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Dieser Bericht erläutert die Grundlagen und Kenntnisse, die im Verlauf des Projekts Bohrlochversiegelung/-verfüllung der Sondierbohrung SB4a/schräg erarbeitet wurden. Die Sondierbohrung wurde 1994/95 als Bestandteil der Erkundungen zum Wellenberg als möglicher Standort für ein Endlager SMA abgeteuft. Da die Bohrung in den unmittelbaren, geplanten Endlagerbereich vorstiess, musste sie nach sicherheitstechnischen Kriterien einer minimalen Nuklidfreisetzung versiegelt werden. Dies stellte in der Schweiz eine zum ersten Mal durchgeführte Massnahme dar, welche dem Projekt einen Pilotcharakter verlieh.
Abgesehen von der Quartärstrecke durchfährt die Bohrung SB4a/s ausschliesslich Wirtgesteinsformationen. Diese bestehen aus der Palfris-Formation, den Vitznau- Mergeln und den interhelvetischen Mélanges an der Basis der Drusberg-Decke sowie den Schimberg-Schiefern und Globigerinenmergeln im Dach der Axen-Decke. Aus hydrogeologischer Sicht wird das Wirtgestein als geklüftetes Medium mit extrem gering durchlässiger Matrix betrachtet, wobei die Wasserführung praktisch ausschliesslich an Strukturen der spröden Deformation (Ausbildung von kataklastischen Scherzonen) und an spröd überprägte (reaktivierte) duktile Strukturen gebunden ist.
Prinzipuntersuchungen lagen bereits vor Projektbeginn vor, welche die grundsätzliche Machbarkeit einer Bohrlochversiegelung aufgezeigt hatten. Die Unterbindung der potentiellen Wegsamkeit entlang der Bohrung und zwischen einer eventuellen Endlagerzone und der Biosphäre war als prinzipiell möglich eingestuft worden. Die entsprechende Ausführung der Anordnung und Zusammensetzung der Versiegelung hatte jedoch die standortspezifischen Verhältnisse des Wirtgesteins und die in-situ angetroffenen Bohrlochbedingungen zu berücksichtigen.
Für die Sondierbohrung SB4a/schräg wurde ein auf einem Mehrkomponentensystem basierendes Versiegelungskonzept umgesetzt, das die Abdichtwirkung durch die serielle Anordnung von Materialien mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften erzeugt. Als Verfüllmaterialien gelten Tiefbohr- und Quellzemente. Zu den Versiegelungsmaterialien zählen Schwerspat (Baryt) und hochverdichtete Ton- Pellets. Die Materialeigenschaften wurden in umfangreichen experimentellen Untersuchungen im Labor getestet.
Auf der Basis des Versiegelungskonzepts wurde ein Versiegelungsprogramm entwickelt, welches die vorgefundenen geologischen und hydrogeologischen Gegebenheiten berücksichtigte. Dementsprechend konnte die Versiegelung des Bohrlochs programmgemäss und ohne grössere Schwierigkeiten in zweiwöchiger Geländearbeit ausgeführt werden.
Sicherheitsanalytische Betrachtungen führten zur Identifizierung der massgeblichen Parameter, welche die Barrierenwirkung bezüglich der Nuklidflüsse beeinflussen: Wasserflussrate durch das Bohrlochsystem; Länge des versiegelten/verfüllten Bohrlochabschnitts; Halbwertszeit und Sorptionseigenschaften des betrachteten Nuklids. Langlebige oder nicht sorbierende Nuklide werden im versiegelten Bohrloch nicht oder kaum zurückgehalten. Die Auswirkungen sind jedoch vergleichbar mit Fliesspfaden entlang kataklastischer Zonen. Aufgrund der effizienten Rückhaltung im Nahfeld und der geringen Freisetzung dieser Nuklide liegen die entsprechenden Strahlendosen jedoch unterhalb des Schutzziels von 0.1 mSv/a. Nach umfassenden Modellierungsstudien mit variablen Annahmen zu den Materialeigenschaften und unter Berücksichtigung von Kurz- und Langzeitsicherheit, wurde die Barrierenwirkung des versiegelten/ verfüllten Bohrlochsystems SB4a/schräg als genügend beurteilt. Somit stellt die verfüllte Bohrung SB4a/schräg ein in seiner Barrierenwirkung für die Nuklide dem Wirtgestein gleichzustellendes Element dar.
Unter Einsatz einer sorgfältigen Planung, Ausführung und Qualitätssicherung war es möglich, die Verfüllung und Versiegelung der Bohrung SB4a/schräg so zu realisieren, dass die sicherheitstechnischen Vorgaben hinsichtlich der Nuklidfreisetzung erfüllt werden.