地層処分施設とその施工法

トップ :: G 物理学 :: G21 核物理;核工学

【発明の名称】	地層処分施設とその施工法
【発明者】	【氏名】熊坂博夫【氏名】塩沢満夫【氏名】櫻井英行
【要約】	【課題】原子力発電における高レベル放射性廃棄物を処分するために、処分孔に対しても周辺の地山において安定性の相違が生じないように支保して、その安定性を確保して安全上の懸念を解消する地層処分施設とその施工法を提供する。【解決手段】本発明による地層処分施設は、掘削した処分坑道１９に処分孔１１を形成し、この処分孔１１に封入される緩衝材１５中に廃棄体１２を埋設して定置するために、処分孔１１に封入する緩衝材１５を有底鋼管２０に充填させて配置し、硬岩や堆積層から成る地層にあっても廃棄体を埋設定置する処分孔周辺の岩盤の安定性を確保して、高レベル放射性廃棄物の処分における安全性を確立している。

【特許請求の範囲】
【請求項１】掘削した処分坑道に処分孔を形成し、該処分孔に封入される緩衝材中に廃棄体を埋設して定置する地層処分施設であって、処分孔に封入する緩衝材を有底鋼管に充填させて配置することを特徴とする地層処分施設。
【請求項２】有底鋼管が、底部を平面に形成することを特徴とする請求項１に記載の地層処分施設。
【請求項３】有底鋼管が、底部を球面に形成することを特徴とする請求項１に記載の地層処分施設。
【請求項４】地層が、堆積岩から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地層処分施設。
【請求項５】掘削した処分坑道に処分孔を形成し、該処分孔に有底鋼管を設置してから緩衝材を封入し、次いで封入された緩衝材中に廃棄体を埋設して定置させ、しかる後に蓋状の緩衝材で廃棄体を封鎖してから処分孔を緩衝材で充填する請求項１乃至４のいずれかに記載の地層処分施設の施工法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地層処分施設とその施工法に関し、特に、堆積岩においても周辺岩盤の安定性を確保して廃棄体を安全に処分できる地層処分施設とその施工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電所を中心にした核燃料サイクルは、使用済燃料を再利用するために、使用済燃料を直接あるいはリサイクル燃料備蓄センターを経由させて再処理工場に移して、ウランやプルトニウムを回収し、燃料に加工して再利用するように構成されているが、この燃料サイクルから外れる放射性廃棄物については、安全に隔離処分されるように計画されている。そのうち、原子力発電所から排出される低レベルの放射性廃棄物は、低レベル放射性廃棄物埋設センターにおいて安全に埋設されている。
【０００３】一方、再処理工場で発生する高レベルの放射性廃棄物については、高レベル放射性廃棄物貯蔵施設において廃棄体を冷却のための貯蔵をした後に地層処分施設において処分することが決められており、地層処分施設では、高レベル放射性廃棄物を処分するために、図７に示されるように地下３００ｍ以深の地下施設として構築されている。
【０００４】地層処分施設１０は、地下施設部１とこれに地上受入施設２を連絡している立坑３及び排気立坑４から構成されている。地下施設部１は、複数の処分トンネル５とこれらを連絡している主要トンネル６から構成されており、立坑３は、キャニスター搬入立坑７、人員・資材立坑８、緊急用立坑９を擁している。
【０００５】地層処分施設は、岩種によって硬岩と堆積岩の二つを対象とした施設に分類されて計画設計されており、各々の施設に関する技術的な検討がなされている。
【０００６】軟岩における地層処分施設は、花崗岩に比べると強度の低い堆積岩において構築されるものであり、堆積岩を対象とした地層処分施設での処分トンネル５は、図８に示されるように処分坑道１９と処分孔１１とから構成されている。
【０００７】処分坑道１９は、廃棄体１２を搬送して坑道の底盤部１３に埋設するためのトンネルであり、処分孔１１は、廃棄体１２を最終的に埋設するための穴である。
【０００８】処分坑道１９は、ＴＢＭで堀削してからコンクリートセグメントにより支保されて構築されており、処分孔１１は、処分坑道１９を建設した後に、処分坑道１９から堀削して作成している。
【０００９】廃棄体１２の処分作業は、先ず処分孔１１の中にベントナイト等から成る底部の緩衝材１４を詰めてから緩衝材１５を封入しており、次いで緩衝材１５の中に廃棄体１２を埋設してから緩衝材１５の上端を蓋状の緩衝材１６で封鎖している。
【００１０】廃棄体１２の埋設に際して、廃棄体１２の上下端には粉末緩衝材１７を介在させることで廃棄体１２の定着を安定させるようにしている。
【００１１】処分孔１１は、残余の空間にベントナイト等から成る緩衝材１８をさらに封入しており、最終的には処分坑道１９内まで緩衝材を充填することで廃棄体１２の処分作業を完了している。
【００１２】しかして、従来の設計計画では処分坑道の安定設計を中心にしており、坑道周辺の安定性に関する検討を実施して坑道を安定させるために必要な支保の仕様が定められている。一方、処分孔を掘削する際の安定性や安全性の確保に関しては検討されておらず、支保の必要性を考慮することなく支保を実施しないままで廃棄体を定置させることも考えられている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、同じ地層に構築するトンネルの場合には、その安定性を評価する場合、トンネルの径の大小によってトンネル周辺の地山の安定性に相違は生じない結果が得られる。
【００１４】従って、処分坑道の安定のために支保が必要と判断される場合には、周辺地山に安定性の相違を生じさせないように処分孔の安定性を確保するために、処分孔にも何らかの支保によって安定性を確保する必要がある。
【００１５】しかるに、従来の設計・検討のように、周辺地山への安定性に関して処分坑道に対する安定性の確立のみが検討なされて、処分孔に対して考慮していない状況は、原子力発電における高レベル放射性廃棄物の処分において、安全上の懸念すべき問題である。
【００１６】本発明は、上述した現状に鑑みて高レベル放射性廃棄物の地層処分における改善策を提案するものであり、処分孔に対しても周辺の地山において安定性の相違が生じないように処分孔を支保することで、その安定性を確保して安全上の懸念を解消する地層処分施設とその施工法を提供している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明による地層処分施設は、基本的に、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、この処分孔に封入される緩衝材中に廃棄体を埋設して定置する地層処分施設において、処分孔に封入する緩衝材を有底鋼管に充填させて配置しており、具体的には、有底鋼管の底部を平面や球面に形成することを特徴とし、堆積岩から成る地層に構築することを特徴としている。
【００１８】これによって、硬岩や堆積層から成る地層にあっても廃棄体を埋設定置する地層処分施設における処分孔周辺の岩盤の安定性を確保して、原子力発電の高レベル放射性廃棄物を処分するための安全性を確立している。
【００１９】又、本発明による地層処分施設の施工法は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、この処分孔に有底鋼管を設置してから緩衝材を封入し、次いで封入された緩衝材中に廃棄体を埋設して定置させ、しかる後に蓋状の緩衝材で廃棄体を封鎖してから処分孔を緩衝材で充填することで構成しており、硬岩や堆積層から成る地層にあっても廃棄体を埋設定置する地層処分施設における処分孔を合理的に施工して周辺地盤の安定性を確保している。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明による地層処分施設は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、この処分孔に封入される緩衝材中に廃棄体を埋設して定置するために、処分孔に封入する緩衝材を有底鋼管に充填させて配置しており、硬岩、特に堆積岩から成る地層に構築することを特徴としている。
【００２１】以下に、各発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、発明の特徴を明確にするために、従来と同様の部分については同じ符号で表示している。
【００２２】図１は、本発明による地層処分施設における処分坑道と処分孔の実施の形態を示す断面図である。
【００２３】地層処分施設に埋設する原子力発電で発生する高レベル放射性廃棄物から成る廃棄体１２は、高レベル放射性廃棄物の廃液を飛散防止のためにガラスと混合して形成したガラス固化体を厚さ約２０ｃｍのオーバーパック等の金属容器に格納した状態で形成されており、高レベル放射性廃棄物が地下水に触れて溶け出すのを防止している。
【００２４】廃棄体埋設から処分坑道の埋め戻しまでの間、トンネルの安全性を確保するために、処分坑道１９と処分孔１１とが築造されているが、処分坑道１９は、ＴＢＭで堀削してからコンクリートセグメントにより支保して構築され、廃棄体１２を最終的に埋設するための処分孔１１は、処分坑道１９を建設した後に、処分坑道１９の底盤部１３から掘削することで築造されている。
【００２５】尚、処分孔１１の配置は、処分坑道１９の底盤部１３に限定されるものでなく、処分坑道１９の側部に処分孔１１を形成して廃棄体１２を横置きに定置する場合もあるが、この場合の処分孔１１は、処分坑道１９の側部から掘削することになる。
【００２６】処分孔１１には、周辺壁と底部とを含めた周辺岩盤の安定性を確保するために縦置きの有底鋼管２０を挿入しているが、有底鋼管２０は、上述のように縦置きに限定されないので、処分坑道１９に対する処分孔１１の位置と処分孔１１のための掘削孔に対応させた形状に造形されることになる。
【００２７】有底鋼管２０の底部には、ベントナイト等から成る底部の緩衝材１４が詰められており、その上に緩衝材１５が配置されている。
【００２８】緩衝材１５の中には廃棄体１２が定置されており、その上下端に粉末状あるいは粒状等の緩衝材１７、１７を介在させることによって廃棄体１２と緩衝材１５との密着度を高めるようにしながら、その上端を蓋状の緩衝材１６で封鎖することで、廃棄体１２の定着を安定させるようにしている。
【００２９】処分孔１１には、残余の空間にベントナイト等から成る緩衝材１８をさらに封入しており、最終的には処分坑道１９内まで緩衝材を充填している。
【００３０】しかして、処分孔に有底鋼管を配置することによるコスト面について述べると、例えば相似形である処分孔と処分坑道とは各径の比率が１／５程度でり、処分孔と処分坑道とが負担する強度の比率は、同強度の材質の材料を用いると、（１／５）²に比例することになり、処分孔が必要な剛性を確保するために採用する材質の厚さは、処分坑道のそれに比較して極めて薄くなる。
【００３１】特に、処分坑道の支保に対して高強度を発揮する鋼材で有底鋼管２０を構成する場合には、鋼管の厚さを施工性や埋設時の機能性から決まってくる最小の厚さで、充分に対処できることになる。従って、処分孔に有底鋼管を配置してもコスト面での嵩高は殆ど問題にならない程度で収まるものである。
【００３２】以上のように、本発明による地層処分施設は、処分孔に封入する緩衝材を有底鋼管に充填させて配置しているので、処分孔周辺の岩盤の安定性を確実に確保し、処分施設の設計・建設を合理的にすると共に、緩衝材が水に接触することを阻止して緩衝材の膨潤等が無くし、鋼管が腐食しても周辺の地盤を還元雰囲気にすることで廃棄体を格納した金属容器の腐食速度を低減させる効果もある。
【００３３】図２は、処分孔に挿入する有底鋼管の実施形態を斜視状に示している。図２（ａ）は、有底鋼管の底部を平面に形成する実施の形態であり、本実施の形態では、円筒状に掘削されて従来と同様に平坦な底部を構成する処分孔に対応できるように構成されている。
【００３４】有底鋼管２１は、処分孔の周壁に密着して処分孔周辺の岩盤の安定性を確保するための円筒部２２と処分孔下部の岩盤に安定性を確保する平面状の底板２３から構成されており、内部に充填される緩衝材や廃棄体を格納した金属容器に地下水が浸透しないように円筒部２２と底板２３とを密に接合している。
【００３５】従って、有底鋼管２１は、処分孔に縦置きする際の安定性を確実に確保しており、周辺の岩盤の安定性を図ると同時に廃棄体の垂直度を確保して定着性を向上させている。
【００３６】図２（ｂ）は、有底鋼管の底部を球面に形成する実施の形態であり、本実施の形態では、球面形にすることにより、孔底の安全性を向上させる機能や掘削される処分孔の平坦に整備されていない底部にも柔軟に対応できる機能を有している。
【００３７】有底鋼管２５は、上記実施の形態と同様に処分孔の周壁に密着して処分孔周辺の岩盤の安定性を確保するための円筒部２２と処分孔下部の岩盤に安定性を確保する球面状の底板２６とから構成されており、内部に充填される緩衝材や廃棄体を格納した金属容器に地下水が浸透しないように円筒部２２と底板２６とは同様に密な状態で接合されている。
【００３８】従って、有底鋼管２５は、処分孔の底部が平坦に整備されていない場合にも、定置する際の安定性を確実に確保しており、周辺の岩盤の安定性を図ると同時に廃棄体の垂直度を確保して定着性を向上させている。
【００３９】次に、本発明による地層処分施設の施工法について説明する。本発明による地層処分施設の施工法は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、処分孔に有底鋼管を設置してから緩衝材を封入し、次いで封入された緩衝材中に廃棄体を埋設して定置させ、しかる後に蓋状の緩衝材で廃棄体を封鎖してから処分孔を緩衝材で充填しており、これによって、経済性を確保できる薄い有底鋼管を設置するのみで、硬岩や堆積層の地層でも廃棄体を埋設定置する処分孔を合理的に施工して周辺地盤の安定性を確保している。
【００４０】以下に、各発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、上記図面と同様の部分については同じ符号で表示している。
【００４１】図３～６は、本発明による地層処分施設の施工法の実施形態における各工程での処分孔の断面図である。
【００４２】図３は、処分孔底面の施工図である。処分孔１１は、図３（ａ）に示すように、処分坑道の底盤部から削孔機２７によって掘削されており、本実施の形態では底部を平坦な平板状に構成している。掘削後の処分孔１１には、図３（ｂ）に示すように、有底鋼管２０が敷設されることで処分孔周辺と底面下部との岩盤の安定性を確保すると共に、緩衝材等に対する地下水の浸透を阻止している。
【００４３】図４の工程は、緩衝材１５の定置状態を示している。緩衝材１５は、図４（ａ）に示すように、定置装置２８に吊下げ装置２９で保持された状態に載置されており、その状態で所定の処分孔１１の位置に移送される。
【００４４】次いで、緩衝材１５は、図４（ｂ）に示すように、定置装置２８の吊下げ装置２９の降下によって処分孔１１に挿入される。この際に、有底鋼管２０の内底には予め粉末状あるいは粒状等の底部の緩衝材１４を充填しておくことで、有底鋼管２０に対する緩衝材１５の安定的な定着を確立している。
【００４５】図４（ｃ）は、緩衝材１５を有底鋼管２０の内底に精度良く定着させた後に、定置装置２８が吊下げ装置２９を収納して退避する工程状態を示している。
【００４６】図５の工程は、廃棄体１２の埋設状態を示している。廃棄体１２は、図５（ａ）に示すように、定置装置２８に異なる吊下げ装置２９’で保持された状態に載置されており、その状態で所定の処分孔１１の位置に移送されて来る。
【００４７】次いで、廃棄体１２は、図５（ｂ）に示すように、定置装置２８の吊下げ装置２９’の降下によって緩衝材１５の内部に挿入される。この際に、緩衝材１５の内底には予め粉末状あるいは粒状等の底部の緩衝材１７を充填して在り、緩衝材１５に対する廃棄体１２の安定的な定着を確立している。
【００４８】図５（ｃ）は、廃棄体１２緩衝材１５を緩衝材１５の内底に精度良く定着させた後に、定置装置２８が吊下げ装置２９’を収納して退避する工程状態を示している。
【００４９】図６の工程は、蓋状の緩衝材１６の定置状態を示している。蓋状の緩衝材１６は、図６（ａ）に示すように、定置装置２８に吊下げ装置２９に保持されない状態で載置されており、その状態で所定の処分孔１１の位置に移送される。
【００５０】次いで、蓋状の緩衝材１６は、図６（ｂ）に示すように、定置装置２８の吊下げ装置２９に吊り下げられて降下することによって有底鋼管２０の緩衝材１５上に挿入される。この際に、廃棄体１２の上端面には予め粉末状あるいは粒状等の緩衝材１７が充填されており、廃棄体１２の上下端に充填設置された粉末状あるいは粒状等の緩衝材１７によって廃棄体１２の緩衝材１５に対する安定的な定着を確立している。
【００５１】図６（ｃ）は、蓋状の緩衝材１６を有底鋼管２０の緩衝材１５上に精度良く定着させた後に、定置装置２８が吊下げ装置２９を収納して退避する工程状態を示しており、廃棄体１２の処分作業が完了した状態を表示している。
【００５２】以上のような作業工程によって明らかなように、本発明による地層処分施設の施工法は、経済性を確保できる程度の安価な薄い有底鋼管を設置するのみで、硬岩や堆積層の地層でも廃棄体を埋設定置する処分孔を合理的に施工して周辺地盤の安定性と廃棄体の定着を確実に確保している。
【００５３】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による地層処分施設とその施工法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、廃棄体の形状や処分孔の配置及び施工装置等に関して、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００５４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明である地層処分施設は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、処分孔に封入される緩衝材中に廃棄体を埋設して定置するために、処分孔に封入する緩衝材を縦置きの有底鋼管に充填させて配置しているので、処分孔周辺の岩盤の安定性を確実に確保し、処分施設の設計・建設を合理的にすると共に、以下の効果を奏している。
■ 鋼管に底部を設けて、廃棄体を埋設する緩衝材が水に接触することを阻止するので、緩衝材の膨潤等が無く廃棄体処分の品質確保ができる。
■ 鋼管が腐食することで、周辺の地盤を還元雰囲気にして廃棄体を格納したオーバーパック等の金属容器の腐食速度を低減できる。
【００５５】請求項２に記載の発明である地層処分施設は、請求項１に記載の地層処分施設において、有底鋼管の底部を平面に形成することを特徴としているので、上記効果に加えて、有底鋼管を縦置きする際の安定性を確保する効果を奏している。
【００５６】請求項３に記載の発明である地層処分施設は、請求項１に記載の地層処分施設において、有底鋼管の底部を球面に形成することを特徴としているので、上記効果に加えて、処分孔の掘削された底面に容易に対応することで有底鋼管を縦置きする際の安定性を確保する効果を奏している。
【００５７】請求項４に記載の発明である地層処分施設は、請求項１乃至３のいずれかに記載の地層処分施設において、地層が堆積岩であることを特徴としているので、地層が花崗岩よりも強度が低くい場合でも処分施設を構築できる効果を奏している。
【００５８】本発明による地層処分施設の施工法は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、処分孔に有底鋼管を設置してから緩衝材を封入し、次いで封入された緩衝材中に廃棄体を埋設して定置させ、しかる後に蓋状の緩衝材で廃棄体を封鎖してから処分孔を緩衝材で充填しているので、経済性を確保できる薄い有底鋼管を設置するのみで、硬岩や堆積層の地層でも廃棄体を埋設定置する処分孔を合理的に施工して周辺地盤の安定性を確保する効果を奏している。

【出願人】	【識別番号】０００００２２９９【氏名又は名称】清水建設株式会社
【出願日】	平成１２年１２月１４日（２０００．１２．１４）
【代理人】	【識別番号】１０００９７４２３【弁理士】【氏名又は名称】柳田良徳（外１名）
【公開番号】	特開２００２－１８１９９５（Ｐ２００２－１８１９９５Ａ）
【公開日】	平成１４年６月２６日（２００２．６．２６）
【出願番号】	特願２０００－３７９８１７（Ｐ２０００－３７９８１７）