| 【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
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| 【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廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮小させ、適地となる岩盤への制約条件を緩和させて建設コストの低減を図り、廃棄体を定置する際の操作性を有利に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、廃棄体が埋め戻し材を介して竪置きに埋設される処分孔を底部に形成できる形体の処分坑道５と、処分坑道中に在って坑道軸に交差させる方向に横置きされる廃棄体を充填した封鎖体３０から構成されており、封鎖体を緩衝材の介在の下に廃棄体を充填する矩形状の鋼材製容器から構成することを特徴としている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きする地層処分施設。
【請求項２】 廃棄体を充填した封鎖体が、処分坑道中に充填される埋め戻し材で所定間隔で保持され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】 廃棄体を充填した封鎖体が、廃棄体を緩衝材の介在の下に充填する容器から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の地層処分施設。
【請求項４】 容器が、矩形状に形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】 容器が、鋼材で形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の地層処分施設。
【請求項６】 処分坑道中に緩衝材を介在させて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間隔に保持することから成る請求項１乃至５のいずれかに記載の地層処分施設の施工法。
【請求項７】 処分坑道中の埋め戻し材が、第１に廃棄体を充填した封鎖体の下部部分に充填され、該封鎖体を横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置される廃棄体を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中とに充填されることを特徴とする請求項６に記載の地層処分施設の施工法。
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【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、廃棄体の定置操作を容易にして安全かつ高密度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。
【０００３】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、利用不可能な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以深の地下施設が建設されるように計画されている。
【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、複数の処分坑道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、廃棄体搬入立坑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等の軟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、廃棄体を処分する際の定置方法においても竪置き方式と横置き方式が考慮されていて、各々の施設に関する技術的な検討がなされている。
【０００６】軟岩では、処分坑道５はＴＢＭ等によって掘削し、大きな深度の場合は、堀削してから厚さ５０ｃｍ程度の覆工コンクリートや圧縮コンクリートセグメントを用いた覆工によって支保することが考えられる。
【０００７】従来の竪置き方式は、図８に示すように処分坑道の底部から処分孔を掘削し、その坑内に廃棄体を埋め戻し材の介在の下に竪置きに定置する方法であり、硬岩系岩盤の場合には、図８（ａ）のように構成されている。
【０００８】硬岩系岩盤の処分坑道１１は、底部１２が平面に形成され、上部１３は処分坑道１１の幅の半分で、垂直状に形成された側部の立上がり高さと同様の半径で描かれた半円形状に構成されており、処分坑道１１と処分孔１４との配置は、軟岩の場合よりも狭い間隔で構成されている。
【０００９】このために、処分坑道の大きさは、軟岩の縦置きと坑道内横置き方式の中間となり、処分孔の掘削が岩盤の安定性に与える影響も小さい。又、廃棄体１５を定置させるための機械の導入や設置は、坑道断面が比較的大きいことによって容易であり、廃棄体１５の埋設密度を大きく確保できる。
【００１０】一方、図８（ｂ）に示す軟岩系岩盤の処分坑道１６は、底部１７と側部１８が異なる半径の円弧状に形成され、上部１３は側部１８の円弧の上端から半径が処分坑道１６の幅の半分で描かれる半円形状に構成して、その上に厚さ５０ｃｍ程度の覆工コンクリートもしくはコンクリートセグメントを用いた覆工１９を施工しており、処分坑道１６と処分孔１４との配置は、硬岩の場合よりも広い間隔で構成されている。
【００１１】従って、処分坑道の大きさは中程度であるが、処分孔の掘削が岩盤の安定性に与える影響は大きくなっている。このために、廃棄体１５を定置させるための機械の導入や設置が容易性であるものの、廃棄体１５の埋設密度はあまり大きく確保することができなくなっている。
【００１２】これに対して、横置き方式は、図９に示すように竪置き方式の処分孔に充填したものと同等な埋め戻し材２２の介在の下に、廃棄体１５を横置きに掘削した処分坑道の軸方向に合致させるものであり、硬岩系岩盤の場合には、処分坑道２０が図９（ａ）のように円形に構成されているのに対して、軟岩系岩盤の場合には、処分坑道２１を図９（ｂ）のように上下方向の楕円形に構成して応力度を強化している。
【００１３】従って、処分坑道はいずれも径が小さいことで、処分孔の掘削が岩盤の安定性に与える影響は無い。しかして、廃棄体１５の埋設密度は程々に確保することができるが、廃棄体１５を定置させるための機械の導入や設置は不利になっている。
【００１４】以上のような各処分方式における廃棄体１５の処分作業は、先ず処分孔１４や処分坑道２０、２１の中に埋め戻し材を詰めてからベントナイト等から成る埋め戻し材２２を封入しており、次いで埋め戻し材の中に廃棄体１５を埋設して定置し、上記埋め戻し材の上端や先端を蓋状の緩衝材で封鎖している。
【００１５】竪置き方式の処分孔１４は、残余の空間にベントナイト等から成る埋め戻し材２２をさらに封入しており、最終的には処分坑道１１、１６内まで埋め戻し材２３を充填することで廃棄体１５の処分作業を完了している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかして、竪置き方式では、定置のための条件によって処分坑道や処分孔の断面が大きくなることから、掘削や支保等の建設に係るコストが嵩高になり、この傾向は、軟岩における竪置き方式の場合に顕著になる。
【００１７】同様に、横置き方式の場合にも処分坑道の断面が小さいことから、搬送機械を小型にする必要があり、円柱状で重量のある廃棄体では定置のための空間が狭いことから、ベントナイト等の柔らかい埋め戻し材の上に確実に定置させることは簡単でなく、相応の機構を加味した対策が必要になる。加えて廃棄体の処分密度においても処分坑道の軸方向に合致させる必要があるために、密度の縮小を図る点で不利である。
【００１８】特に、廃棄体の処分密度は、地下施設部を構成している複数の処分坑道や主要トンネルの建設長に影響を与えることから、廃棄体の処分密度を大にして地下施設部の構築範囲を縮小させることは、適地となる岩盤への制約条件が緩和されることや建設コストの低減につながるものであり、重要な問題である。
【００１９】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処分における改善策を提案するものであり、廃棄体の処分密度を大にすることで地下施設部全体を縮小し、適地となる岩盤への制約条件を緩和させ、建設コストの低減を図ると共に、廃棄体を定置する際の操作性を有利にする地層処分施設とその施工法を提供している。
【００２０】
【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、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きしており、具体的には、廃棄体を充填した封鎖体を、処分坑道中に充填される埋め戻し材で所定間隔で保持したり、封鎖体を、廃棄体を緩衝材の介在の下に充填する容器から構成し、容器を鋼材で矩形状に形成している。
【００２１】これによって、廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮小させると共に、封鎖体の定置性を向上させ、適地となる岩盤への制約条件を緩和させて建設コストの低減を図っている。
【００２２】本発明による地層処分施設の施工法は、上記地層処分施設の施工法であって、処分坑道中に緩衝材を介在させて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間隔に保持することから成り、処分坑道中の埋め戻し材を、第１に廃棄体を充填した封鎖体の下部部分に充填し、封鎖体を横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置される廃棄体を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中とを埋め戻し材で充填することを特徴にしている。
【００２３】これによって、廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮小させると共に、廃棄体を定置する際の操作性を有利にしている。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明による地層処分施設は、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きしており、具体的には、廃棄体を充填した封鎖体を、処分坑道中に充填される埋め戻し材で所定間隔で保持したり、封鎖体を、廃棄体を緩衝材の介在の下に充填する容器から構成し、容器を鋼材で矩形状に形成している。
【００２５】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。
【００２６】図１は、軟岩の地層に本発明による地層処分施設を適用した場合の処分坑道の実施の形態を示す断面図である。
【００２７】複数の処分坑道５は、従来の軟岩系岩盤に構築される竪置き方式の処分坑道１６と同様に形成されるが、その底部に掘削されていた処分孔１４は形成されていない形状に構成されている。
【００２８】即ち、処分坑道５は、底部１７を所定半径の円弧状に形成しており、その側部１８も底部１７とは異なる半径の円弧状に形成している。側部１８に継続している上部１２は、側部１８の円弧の上端から半径が処分坑道５の幅の半分で描かれる半円形状に構成されており、処分坑道５の配置は、従来と同様に硬岩の場合よりも広い間隔で構成される。
【００２９】従って、本発明における処分坑道は、従来の横置き方式と比較して断面を大きくしていることで、空間的な余裕や大型機械の使用を許容することになり、廃棄体を充填した封鎖体を定置する際の操作性を容易にして作業を有利にしている。
【００３０】尚、本発明を構成している処分坑道は、従来の竪置き方式の処分坑道と同様の形状寸法に形成されるものであるから、地層が硬岩の場合には、そこに構築される処分坑道は、従来の硬岩における竪置き方式の処分坑道と同様の形状寸法に形成されることになる。
【００３１】図２において詳述する、廃棄体１５を充填した封鎖体３０は、処分形態として処分坑道５に充填した埋め戻し材２３の中に横置きに配置するものであるが、横置きの方向は、従来の横置き方式と異なり、坑道軸に対して交差する配置状態にしている。
【００３２】従って、封鎖体３０の配置間隔は、従来の横置き方式の配置間隔に準じて行われるので、竪置き方式の場合よりも狭い間隔で配置することが可能であり、軟岩の場合には特に間隔が狭くなり、半分以下の間隔で配置することが可能になるので廃棄体の処分密度を大幅に高めることができる。
【００３３】以上のように、封鎖体３０は処分坑道５を充填している埋め戻し材２３の中に保持されるものであるが、その配置は、第１に封鎖体３０の下部部分に相当する範囲を埋め戻し材３１で充填して、封鎖体３０を配置する位置が安定的に確保されるようにしており、次いで、封鎖体３０が横置きに配置された後に、封鎖体の上部部分と次に所定の間隔で配置される封鎖体の位置まで埋め戻し材２３によってさらに充填するものであり、これによって１個の封鎖体３０を定置させることにして、これを作業の基準形態にしている。
【００３４】廃棄体１５は、高レベル放射性廃棄物を地層処分施設に埋設するために形成されたものであり、高レベル放射性廃棄物の廃液をガラス固化体にして、これを金属容器に格納したものである。
【００３５】従来は、廃棄体１５を地下水に触れさせないように厳重に処分するために、処分孔の周辺壁と処分坑道の底部を含めた周辺岩盤の安定性を確保すると同時に、処分孔内にベントナイト等から成る埋め戻し材を配置して、この埋め戻し材中に廃棄体１５を定置するという複数の工程からなる作業を構成していた。
【００３６】しかして、本発明の場合には、上記のような処分孔の埋設仕様を図２に示すような一体の封鎖体３０として構成することで達成しており、これによって、廃棄体１５の定置に安定性を確保すると同時に、作業の簡素化を図って施工効率を向上させている。
【００３７】本実施の形態における封鎖体３０は、矩形状の鋼材製容器３２の内部に廃棄体１５とこれを安定的に保持する緩衝材３３を予め充填することで構成されており、廃棄体を埋設処分する際の取り扱いを容易にすると同時に、矩形体にすることで定置における安定性を確実にしている。
【００３８】以上のように、本発明による地層処分施設は、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きにしているので、軟岩の地層においても廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮小させると共に、封鎖体の定置性を向上させ、適地となる岩盤への制約条件を緩和させて建設コストを低減することができる。
【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、上記地層処分施設の施工法であって、処分坑道中に緩衝材を介在させて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間隔に保持することから成り、処分坑道中の埋め戻し材を、第１に廃棄体を充填した封鎖体の下部部分に充填し、封鎖体を横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置される廃棄体を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中とを埋め戻し材で充填することを特徴にしている。
【００４０】以下に、本発明による地層処分施設の施工法について実施の形態を図３〜６に基づいて詳細に説明する。
【００４１】図３は、処分坑道の構築状態を示している。図示のように、地層処分施設の処分坑道５は、底部１７を所定半径の円弧状に形成し、その側部１８も底部１７とは異なる半径の円弧状に形成しており、側部１８に継続している上部１２は、側部１８の円弧の上端から半径が処分坑道５の幅の半分で描かれる半円形状に構成される断面形状に掘削され、内面に覆工１９を施工している。
【００４２】そして、隣接する処分坑道５の配置は、従来と同様に硬岩の場合よりも広い間隔になるように構成されることになる。
【００４３】図４は、処分坑道中に埋め戻し材を充填する第１の段階を示している。処分坑道５の中に充填する埋め戻し材３５は、図示のように腰掛け状の台座３６を設けるように形成される。台座３６は、処分坑道５において封鎖体３０を定置する高さに設定されており、封鎖体３０が矩形状であることに対応させて安定的に静置されるように平面状に整地されている。
【００４４】本台座３６の形成は、処分坑道中の広い空間の下に大型機械の自由な稼働によって容易に施工することが可能であり、台座３６の施工によって以降の封鎖体３０の処分作業を極めて容易にしている。
【００４５】図５は、封鎖体を定置する過程を示している。封鎖体３０の定置は、台座３６の上に搬入してきた封鎖体３０を安置するだけで確実に実施できるものであり、封鎖体３０が矩形状の鋼材製容器３２の内部に廃棄体１５とこれを安定的に保持する埋め戻し材３３を予め充填してあることで、廃棄体１５は、結果的に処分坑道５の所定位置に配置されて、確実に埋設処分されることになる。
【００４６】図６は、定置した封鎖体を埋め戻し材で封鎖する過程を示している。封鎖体３０を定置した後は、封鎖体３０の上部と所定の間隔で定置される予定の想像線で示す封鎖体の位置までの空間を埋め戻し材３６で充填しており、これによって封鎖体３０を埋設処分する作業工程を完了する。
【００４７】このような埋め戻し材３６の充填作業も、矩形状の鋼材製容器３２を平面状の台座３６の上に安置してあるので、埋め戻し材３６によって移動する危惧がないことから迅速に遂行できる。、封鎖体３０を継続して埋設処分する以降の作業は、上記の工程を反復することで連続的に実施され、一つの処分坑道における封鎖体の処分作業を終了する。
【００４８】以上のように、本発明による地層処分施設の施工法は、処分坑道を構築してから埋め戻し材を充填し、その上に封鎖体を坑道軸に交差させる方向に横置きに配置した後に、封鎖体の上部部分と次に配置される封鎖体の位置までの処分坑道中とを埋め戻し材で充填しているので、廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮小させると共に、廃棄体を定置する際の操作性を有利にすることができる。
【００４９】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、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。
【００５０】
【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、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きしているので、以下の効果を奏している。
■ 処分坑道の断面積が大きいので、空間的な余裕や大型機械の使用を可能にして廃棄体を充填した封鎖体を定置する際の操作性を有利にする。
■ 処分孔を掘削しないので、処分坑道の安定性を向上させる。
■ 廃棄体の処分密度を高くするので、処分施設全体を小さくして処分施設の適地を拡大し建設コストを低減して経済性を向上させる。
【００５１】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、廃棄体を充填した封鎖体を、処分坑道中に充填される埋め戻し材で所定間隔で保持することを特徴としているので、上記効果に加えて、廃棄体の処分密度を高くする配置を確実にする効果を奏している。
【００５２】請求項３に記載の発明である地層処分施設は、請求項１又は２に記載の地層処分施設において、廃棄体を充填した封鎖体を、緩衝材の介在の下に廃棄体を充填する容器から構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、廃棄体の埋設仕様を確実に確保する効果を奏している。
【００５３】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、容器を、矩形状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、廃棄体を定置する際の安定性を確保する効果を奏している。
【００５４】請求項５に記載の発明である地層処分施設は、請求項１乃至４のいずれかに記載の地層処分施設において、容器を、鋼材で形成することを特徴としているので、上記効果に加えて、廃棄体を地下水に触れさせないように厳重に処分し、併せて鋼材が腐食することで周辺を還元域に構成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効果を奏している。
【００５５】請求項６に記載の発明である地層処分施設の施工法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の地層処分施設の施工法であって、処分坑道中に緩衝材を介在させて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間隔に保持することから成るので、廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮小させると共に、廃棄体を定置する際の操作性を有利にする効果を奏している。
【００５６】請求項７に記載の発明である地層処分施設の施工法は、請求項６に記載の地層処分施設の施工法であって、処分坑道中の埋め戻し材を、第１に廃棄体を充填した封鎖体の下部部分に充填し、封鎖体を横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置される廃棄体を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中とに充填することを特徴としているので、上記効果に加えて、封鎖体の定置作業を迅速に遂行する効果を奏している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２２９９
【氏名又は名称】清水建設株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年１月１９日（２００１．１．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４２３
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 良徳 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２１４３９４（Ｐ２００２−２１４３９４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月３１日（２００２．７．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１１１８４（Ｐ２００１−１１１８４） |
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