JP2005350980A - 地下坑道の止水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性廃棄物の地層処分の処分坑道等の止水プラグを用いた止水構造において、坑道内の埋め戻し処理のできない空間部を確実に無くすことができ、また止水プラグのブロック積上げ施工におけるプラグ崩壊に対する安全性を向上させることができ、さらにゆるみ域の拡幅凹部の上部における高所の掘削作業を無くすことができるようにする。
【解決手段】坑道１内の埋め戻し材４の端部形状は階段状であり、この各ステップ４ａ〜４ｄに対してベントナイトブロックを積上げて、ステップ４ａ〜４ｄ毎に各ステップ１０ａ〜１０ｄを下から順次形成し、階段状に傾斜した止水プラグ１０を構築する。各ステップ１０ａ〜１０ｄを足場として利用し、上部の拡幅凹部３を掘り込み掘削し、この拡幅凹部３内にベントナイトブロックを充填して外周止水リング１１を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地下坑道の止水プラグを用いた止水構造に関するものであり、特に放射性廃棄物やその他の有害な廃棄物を廃棄物地層処分施設の地下に掘削形成された処分坑道に埋設処分する場合に有効に適用される止水構造である。

原子力発電から生じる放射性廃棄物のうち高レベル放射性廃棄物は、使用済核燃料の再処理工程で分離された液体廃棄物であり、放射能レベルが高いばかりでなく、長期間にわたって放射能を持ち続ける長寿命の放射性核種が数多く含まれている。そのため、このような高レベル放射性廃棄物は、ガラス原料と共にステンレス鋼製のキャニスターに溶かし込みガラス固化体として安定化処理し、冷却のため数１０年間貯蔵した後、ガラス固化体が収納されたキャニスターをオーバーパックと称される厚肉鋼板製の密閉容器内に密閉収納するなどして廃棄体とし、この廃棄体を地下３００ｍ（法律により決定）より深い安定した地層中に埋設処分するようにしている。

この廃棄体の地層処分方法としては、施工性、安全性、経済性の観点から、パネル方式が採用されている。高レベル放射性廃棄物の地層処分施設は、地上施設と地下施設とから構成されている。地下施設は、地上と地下を結ぶ立坑や斜坑等のアクセス坑道、地下深部に複数並列して水平に掘削形成された処分坑道、これら処分坑道に接続される主要坑道等から構成されている。処分坑道は区画されて独立した水平な処分パネルに分割されており、処分サイトの地質環境条件等に応じて、分散配置や多層配置等の柔軟なパネルレイアウトが可能とされ、また建設・操業・閉鎖の主要な作業を独立・並行して実施できるようにされている。

また、処分坑道における廃棄体の定置方式には、種々の方式が考えられているが、例えば、処分孔竪置き方式、処分坑道横置き方式がある。処分孔竪置き方式では、天然バリアとしての岩盤中に掘削形成された処分坑道の底版部から下に向って処分孔を鉛直に掘削形成し、トンネル軸方向には所定の間隔をおいて多数形成し、この処分孔内に人工バリアとして地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材（ベントナイト等) を敷き詰めると共に、この緩衝材中に竪にした廃棄体を埋設定置している。処分坑道は埋め戻される。処分坑道横置き方式では、処分坑道内に緩衝材を敷き詰めると共に、この緩衝材中に横にした廃棄体をトンネル軸方向に所定の間隔をおいて埋設定置している。

このような地層処分での安全性を示すためには、高レベル放射性廃棄物に含まれる核種が地下水に乗って人間が住んでいる世界に届かないように、天然バリアとして透水係数が低い岩盤（花崗岩や泥岩など）を選択すると共に、掘削した処分坑道を確実に埋め戻し、核種の卓越した移行経路となる水みちを作らないことが要求されている。しかし、図３に示すように、地盤（花崗岩など健岩部）Ａに掘削形成された処分坑道１の周辺には、掘削に伴う損傷と空洞形成による応力再配分により、透水性の高いゆるみ域２が形成され、このゆるみ域２が核種の卓越した移行経路になると考えられている。

そのため、現在、核種の卓越した移行経路になるゆるみ域２を遮断するため、図４に示すように、処分坑道１の途中に拡幅凹部３を掘り込み掘削で形成し、この部分にプラグ（ベントナイト等の粘土材料など）５０を施工して遮断することが考えられている。坑道の横断面を閉塞するプラグ５０の外周部における突起状の外周止水リング５１が拡幅凹部３内に充填される。このプラグ５０は、図４(a) に示すゆるみ域２のみでなく、図４(b) に示すように地質環境に応じてトンネル支保のために施工される覆工コンクリート５の劣化（現在、コンクリート等のセメント系材料は、高レベル放射性廃棄物地層処分で対象となる10万年〜100 万年の超長期間を考慮すると、止水機能が全く無くなる（砂になる）と考えられている。人工材料のため現段階の技術力では、劣化しないと保証することができない。）に対する止水の役割も担っている。なお、処分坑道１内は、岩ずりを含むベントナイト混合土による埋め戻し材４で埋め戻される。

また、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１〜４がある。特許文献１の発明では、坑道の周囲にガラス状物質と溶融岩からなる鍔状の止水用構造物を形成している。特許文献２の発明では、坑道内に膨張性材料を固化してなるプラグを坑道内面を押圧するように配置している。特許文献３の発明では、空洞の止水領域に空洞から外側に向かって放射状の止水ボアホールを設け、この止水ボアホールに止水材を充填し、これと水密一体の充填材を空洞内に充填している。特許文献４の発明では、坑道内の廃棄物埋設部の外側にベントナイト混合土と透水材を介してコンクリートプラグを設け、コンクリートプラグを貫通する排水管を設けている。
特開平４−１２０３９４号公報 特許第３４６５１９６号公報 特開２０００−３４６２７６号公報 特開２００２−１３１４８４号公報

上記の現在計画されているプラグは、坑道の埋め戻しなど実施工を十分に考慮しておらず、絵に描いたもちになる可能性が残されている。具体的には、(1) 実際の施工は、図５(a) に示すように、処分坑道１内の埋め戻し材４は、下から順に一定厚で敷き均され、転圧締め固めされるため、埋め戻し材４の端部は階段状の傾斜面６となっており、図５(b) に示すように、ここに現状のプラグ５０を設置すると、側面視で逆三角形状の空間部５２が残る。つまり、土工で約５ｍもの鉛直面の施工ができていない。セメント系材料（流動材やコンクリート擁壁）を用いれば施工可能であるが、前述したように超長期間を考えると適用できない。(2) プラグは、ブロックの積上げにより施工されるため、鉛直面の施工は可能であるが、鉛直面でのブロック安定性が悪く、安全面で課題が残されている。(3) ゆるみ域２の拡幅凹部３内にもブロックを充填するが、上部の拡幅凹部３の掘削は高所作業となり、この点においても、安全上、問題があった。

本発明は、上記のような問題を解消すべくなされたものであり、地下坑道の止水プラグを用いた止水構造において、地下坑道内の埋め戻し処理のできない空間部を確実に無くすことができ、また止水プラグのブロック積上げ施工におけるプラグ崩壊に対する安全性を向上させることができ、さらにゆるみ域の拡幅凹部の上部における高所の掘削作業を無くすことができる地下坑道の止水構造を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の発明は、地盤内に掘削形成された地下坑道内に止水プラグを坑道横断面を閉塞するように設置して止水を行う地下坑道の止水構造において、前記止水プラグが階段状に積上げられて構成されていることを特徴とする地下坑道の止水構造である。

本発明は、地下坑道の止水プラグを用いた止水に適用されるが、特に放射性廃棄物やその他の有害な廃棄物を廃棄物地層処分施設の地下に掘削形成された処分坑道に埋設処分する場合に有効に適用される。止水プラグは、ベントナイト等の粘土材料が好ましく、またブロック状にして積上げるのが好ましい。この止水プラグを複数のステップに分け、各ステップを下から順にずれるように形成することで、階段形状の止水プラグを処分坑道の横断面を閉塞するように構築する。止水プラグの一方の面が階段状であればよく、他方の面は階段状や鉛直面などでよく、種々の形状が考えられる。例えば、止水プラグの埋め戻し材側の面も階段状の場合（図１(a) 参照) 、埋め戻し材の端部形状が鉛直面であって止水プラグの埋め戻し材側の面が鉛直面の場合、埋め戻し材の端部形状が階段状であって止水プラグの埋め戻し材側の面が階段状で空間側が鉛直面の場合などが考えられる。

本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の地下坑道の止水構造において、地下坑道の内周面に周方向に連続するリング状の凹部が掘削形成され、この凹部内に止水プラグの外周部分が充填されていることを特徴とする地下坑道の止水構造である。

掘削形成された地下坑道には、掘削に伴う損傷と空洞形成による応力再配分により、透水性の高いゆるみ域が形成されるため、このゆるみ域を遮断する場合であり、さらに地質環境に応じてトンネル支保のために施工される覆工コンクリートの劣化による水みちも遮断する場合であり、坑道内周面に掘り込み掘削したリング状の凹部内にも止水プラグを充填し、突起状の外周止水リングを形成する。

本発明の請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の地下坑道の止水構造において、止水プラグは、地下坑道内の埋め戻し材の傾斜端面に沿って配設される傾斜階段形状であることを特徴とする地下坑道の止水構造である。

放射性廃棄物等の処分坑道は、廃棄体の配置後に埋め戻し材により埋め戻され、この埋め戻し材の端部は、下から順に一定厚で敷き均され、転圧締め固めされるため、階段状の傾斜面となっている（図１参照) 。このような階段状の埋め戻し材の各ステップに対して止水プラグを下から順に積上げて、埋め戻し材のステップに対応したステップからなる階段状に傾斜した止水プラグを形成する。この場合、止水プラグの両側の面が平行な階段状となる（図１参照) 。この場合、プラグ量を少なくすることができる。

以上のような構成の本発明において、(1) 階段状に止水プラグを積上げることにより、坑道内の埋め戻し材の実際の端部形状に対応することができ、従来のプラグでは処理できなかった空間部を確実に無くすことができる。(2) 止水プラグを下から順に階段状に積上げていくため、従来の例えば５ｍもの高さの鉛直ブロック積上げを無くすことができる。(3) ゆるみ域等の遮断のための拡幅凹部の上部掘削は約５ｍもの高さの坑道では危険な高所作業（はつり作業となるため、特に危険）となるが、止水プラグを下から順に積上げ、各ステップ上から施工することができ、従来の危険な高所作業を無くすことができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

(1) 階段状に止水プラグを積上げることにより、坑道内の埋め戻し材の実際の端部形状に対応することができ、処理できない空間部を確実に無くすことができ、現実的な概念設計・基本設計が可能となる。例えば、高レベル放射性廃棄物の地層処分では、掘削した処分坑道を確実に埋め戻し、核種の移行経路となる水みちを確実に無くすことができる。

(2) 止水プラグを下から順に階段状に積上げていくため、従来の例えば５ｍもの高さの鉛直ブロック積上げを無くすことができ、施工時の安全性が大幅に向上する。

(3) ゆるみ域等の遮断のための拡幅凹部の上部掘削については、止水プラグを下から順に積上げ、各ステップ上から施工することができるため、従来の危険な高所作業を無くすことができ、施工時の安全性がさらに向上する。

(4) 以上の安全性の向上の観点から、工期・コストの低減等が図られる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は高レベル放射性廃棄物の地層処分における処分坑道に適用した例である。図１は、本発明の処分坑道における埋め戻しと止水プラグの設置の一例を順に示すトンネル軸方向に平行な鉛直断面図である。図２は、止水プラグの拡幅凹部の部分を従来と本発明で比較した斜視図である。

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設は、地上施設と地下施設とから構成されており、図１に示すように、地下３００ｍ（法律により決定）より深い岩盤（天然バリア：花崗岩など健岩部）Ａ中に掘削形成された処分坑道１内あるいは処分坑道１の底版部等に掘削形成された処分孔内に廃棄体（図示せず）が配置され、処分坑道１内が岩ずりを含むベントナイト混合土からなる埋め戻し材４により埋め戻される。なお、地質環境によってはトンネル支保工（覆工コンクリート）が坑道内周面に施工される。

埋め戻し材４の端部は、下から順に一定厚で敷き均され、転圧締め固めされるため、階段状の傾斜面６となっている。このトンネル軸方向に対して傾斜する階段状の埋め戻し材４の各ステップ４ａ〜４ｄに対してベントナイトブロックを下から順に積上げて、ステップ４ａ〜４ｄに対応したステップ１０ａ〜１０ｄからなる階段状に傾斜した止水プラグ１０を形成する。この止水プラグ１０の側面視形状は、ほぼ一定長さの平行四辺形のステップ１０ａ〜１０ｄが下から順にずれて配置された階段形状となる。なお、止水プラグ１０の正面視形状は、処分坑道の横断面に対応した形状の円形や半円形等となる。

また、核種の卓越した移行経路になるゆるみ域２（必要に応じて設けられる支保工も含む）を遮断する拡幅凹部３は、階段形状で傾斜した止水プラグ１０に対応させて処分坑道１の内周面に形成されており、図２に示すように、処分坑道１が断面円形の場合には、傾斜した円形リング状となる。この拡幅凹部３内にもベントナイトブロックを積上げて止水プラグ１０の外周部における突起状の外周止水リング１１を形成する。

ベントナイトブロックは、ベントナイトという粘土を圧縮締め固めしたものであり、形状は例えばレンガを一回り大きくしたものが用いられる。このベントナイトブロックをブロック積みのように積上げ、隙間が生じる場合には粘土状のベントナイトを充填していく。なお、階段状の止水プラグ１０の傾斜角は、プラグ量などから適宜設定されるものであり、施工のし易さの点からは、勾配が緩やかな方がよい。

以上のような構成の止水プラグを例えば以下のような手順で施工する。

(1) 処分坑道１の廃棄体埋設箇所が埋め戻し材４により埋め戻されると、図１(a) に示すように、階段状の埋め戻し材４の手前に拡幅凹部３の下部を掘り込み掘削し、第１ステップの外周止水リング１１ａを拡幅凹部３内に充填し、第１ステップの止水プラグ１０ａを積上げる。

(2) 第１ステップの止水プラグ１０ａを足場として利用し、第１ステップより上の拡幅凹部３を掘り込み掘削し、第２ステップの外周止水リング１１ｂを拡幅凹部３内に充填し、第２ステップの止水プラグ１０ｂを積上げる。このような工程を順次ステップ毎に繰り返して階段状の止水プラグ１０を構築する。なお、最上段のステップの上方の拡幅凹部３内の充填については、ベントナイトブロックを拡幅凹部３内の奥から手前に、横から中央に配置してゆき、最後の隙間は下から上に押し上げた状態で詰めればよい。

(3) この止水プラグ１０の設置が終了すると、次の処分空間の廃棄体の埋設定置が実施され、図１(b) に示すように、空間側が埋め戻し材４により埋め戻される。前記のような止水プラグ１０の設置が繰り返される。

なお、以上は高レベル放射性廃棄物の地層処分における処分坑道に適用した例を示したが、これに限らず、その他の廃棄物の処分坑道の止水、その他の地下坑道の止水にも本発明を適用できる。また、止水プラグの形状や埋め戻し材の端部形状等は図示例に限らず、その他の種々の形状が考えられる。例えば、埋め戻し材の端部形状が鉛直面であり、止水プラグの埋め戻し材側の面が鉛直面で空間側の面が階段状の場合、埋め戻し材の端部形状が階段状であり、止水プラグの埋め戻し材側の面が階段状で空間側の面が鉛直面の場合などが考えられる。

本発明の地下坑道の止水構造の一例であり、処分坑道における埋め戻しと止水プラグの設置を順に示すトンネル軸方向に平行な鉛直断面図であり、(a) はプラグ設置時、(b) はプラグ設置後である。 止水プラグの拡幅凹部の部分を(a) 従来と(b) 本発明で比較した斜視図である。 処分坑道周辺におけるゆるみ域を示すトンネル軸方向に平行な鉛直断面図である。 従来のプラグ形状を示すトンネル軸方向に平行な鉛直断面図であり、(a) は掘削したままの坑道、(b) は支保工のある坑道の例である。 従来における坑道内の埋め戻し材とプラグの関係を示すトンネル軸方向に平行な鉛直断面図であり、(a) はプラグ設置前、(b) はプラグ設置時を示す。

符号の説明

１……処分坑道
２……ゆるみ域
３……拡幅凹部
４……埋め戻し材
５……覆工コンクリート
６……埋め戻し材の傾斜面
１０……止水プラグ
１１……外周止水リング
Ａ……岩盤（花崗岩など健岩部）

Claims (3)

1. 地盤内に掘削形成された地下坑道内に止水プラグを坑道横断面を閉塞するように設置して止水を行う地下坑道の止水構造において、前記止水プラグが階段状に積上げられて構成されていることを特徴とする地下坑道の止水構造。
2. 請求項１に記載の地下坑道の止水構造において、地下坑道の内周面に周方向に連続するリング状の凹部が掘削形成され、この凹部内に止水プラグの外周部分が充填されていることを特徴とする地下坑道の止水構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の地下坑道の止水構造において、止水プラグは、地下坑道内の埋め戻し材の傾斜端面に沿って配設される傾斜階段形状であることを特徴とする地下坑道の止水構造。
   

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