JP2008100154A - 埋設処分施設用の透気経路部材及び埋設処分施設 - Google Patents

Abstract

【課題】埋設処分施設用の透気経路部材及びそれを用いた埋設処分施設を提供する。
【解決手段】埋設処分施設１０用の透気経路部材１１は、地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄体を埋設処分する施設内のガスを透気する透気経路部材であって、支保工１２内に設置された廃棄体１３の周囲を覆う難透水性の遮水層１４の少なくとも一部に設けられ、高剛性の両端開放筒状の容器１５と、前記筒状の容器１５の内部に充填される前記遮水層１４よりも透気し易い材料からなる充填部１６と、前記充填部１６のガスの発生源側に設けられる突起状高透気性部材とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの逃げ道の起点となる埋設処分施設用の透気経路部材及びそれを用いた埋設処分施設に関する。

近年における最大のテーマは、社会産業の発展における結果としての産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための廃棄物処分施設の設置、さらには、原子力発電における高、低レベルの放射性廃棄物に関する数百年以上に及ぶ廃棄物の処置を社会生活に障害を与えることなく如何に処理するかである。

産業廃棄物や一般廃棄物を埋め立てるための処分施設では、産業廃棄物が人間の生活環境に影響を与えないようにするために、そこからの漏出汚水が地下に浸透することで環境汚染を引き起こさないように処置することが義務付けられており、地下に埋設することが種々提案されている。

放射性廃棄物を地下に埋設するための施設では地下水の流れが遅い良好な地層中に埋設すること、および廃棄物の周囲を例えばベントナイト等の難透水性材料で取り囲み、地下水の浸入および汚水地下水の施設外への漏出を抑制することが求められており、種々の提案がなされている（特許文献１、特許文献２）。

このようなベントナイト等の難透水性材料を用いてなる遮水層を設けた施設の一例を図１０に示す。図１０は、地盤中に埋設する施設の概略を示すものであり、地下水位１以下の場所に支保工２の内部に難透水性の遮水層３が形成され、その内側に廃棄体４が設けられている。前記廃棄体４と遮水層３との間には透水性の例えばコンクリート等の充填材５が充填されている。

また、密度の大きい固状体と粉体とを混合して転圧することによる高密度遮水材を構築することが提案されている（特許文献３）。さらに、高密度の粘土系遮水材の成形方法及び現地転圧方法の提案もなされている（特許文献４）。

特開２００３−２１１１１３号公報 特開２００３−２５５０８７号公報 特開２００３−２５５０８７号公報 特開２００５−１３１９２３号公報

しかしながら、図１０に示すような提案の施設においては、埋設する廃棄物の中には鉄材の長期間の嫌気性腐食によって微量ではあるが水素ガスを発生する。あるいは廃棄体４が放射性廃棄物の場合には、該廃棄体の周囲の水が放射分解を生じて、水素ガスを発生する。これらの水素ガス等のガスが施設内部に蓄積するとガス圧上昇によって施設構造が破壊されるおそれが想定されるので、ガス圧が低い段階で施設外部へ開放することが望ましい。

また、ベントナイト系の難透水性材料は不飽和状態ではガスを透気するものの、ひとたび地下水で飽和してしまうと、材料の有する膨潤圧を上回るガス圧が作用するまではガスを透過しない性質を有している。この結果として、高い圧力のガスが施設内部に蓄積することとなり、やがては施設の遮水層のバリア構造を破壊してしまうおそれがある。

ところで、前記特許文献１では、遮水性を向上させるために、粘土材料中の空気を排出し、水を圧密充填することが提案されているが、粘土に水を含有させると結果として、粘土の均一層を形成した遮水材とすることで、遮水性の向上を図ることができるものの、遮水機能が堅牢なため、透気性が備わっていないので、廃棄体内部で発生したガスを開放することができない、という問題が発生する。

よって、ガス圧の比較的低い段階で施設外部へガスを効率的に開放することが望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みて、施工が容易でバリア機能を当初から長期に亙って維持できると共に、ガスの逃げ道の起点を備えた埋設処分施設用の透気経路部材及びそれを用いた埋設処分施設を提供することを課題とする。

上記の課題を達成する第１の発明は、地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄体を埋設処分する施設内のガスを透気する透気経路部材であって、廃棄体の周囲を覆う難透水性の遮水層の少なくとも一部に設けられ、高剛性の両端開放筒状の容器と、前記筒状の容器の内部に充填される前記遮水層よりも透気し易い材料からなる充填部と、前記筒状容器に充填された充填部のガス発生源側に設けられる突起状高透気性部材とからなることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記突起状高透気性部材が、充填部内に脈状の透気通路を形成する鋭角なくさび状であることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記高剛性の両端開放筒状の容器が、金属、セラミックス、岩石のいずれかであり、且つ、前記突起状高透気性部材が、砥石、軽石、金属焼結材料、セラミックス、岩石、砂礫、粒状ガラスのいずれかであることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記遮水層よりも透気し易い材料が低密度ベントナイトであることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記難透水性の遮水層が高密度ベントナイト又はベントナイト混合土であることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材にある。

第６の発明は、廃棄体埋設処分用の地下空洞に設けられた支保工と、前記支保工内に設置され、前記廃棄体の周囲を覆う遮水層と、前記遮水層の少なくとも一部に設けられる第１乃至５のいずれか一つの埋設処分施設の透気経路部材とからなることを特徴とする埋設処分施設にある。

本発明に係る埋設処分施設用の透気経路部材によれば、高剛性の両端開放筒状の容器内に充填された遮水層よりも透気し易い材料からなる充填部に、脈状通路のガスの逃げ道の起点となる突起状高透気性部材を配置することで、充填部内でのガス領域の脈状貫入現象が確実に進展することとなる。この結果、内部のガス圧が比較的低い圧力において、早期に難透水性の遮水層を破過することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る埋設処分施設の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は本発明に係る埋設処分施設の概略図である。
図１に示すように、本実施例にかかる埋設処分施設１０用の透気経路部材１１は、地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄体を埋設処分する施設内のガスを透気する透気経路部材であって、支保工１２内に設置された廃棄体１３の周囲を覆う難透水性の遮水層１４の少なくとも一部に設けられ、高剛性の両端開放筒状の容器１５と、前記筒状の容器１５の内部に充填される前記遮水層１４よりも透気し易い材料からなる充填部１６と、前記筒状容器に充填された充填部１６の高圧ガス１７の発生源側に設けられる突起状高透気性部材１８とからなるものである。

また、本実施例では、前記廃棄体１３と前記遮水層１４との間には廃棄体収納用躯体１９が設けられており、また前記遮水層１４と前記支保工１２との間にはコンクリート等の充填材２０が充填されている。

ここで、本実施例に係る埋設処分施設１０は、地下空洞内に構築される場合を示しており、支保工１２で囲まれた空洞は、地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄体１３を埋設処分する施設である。

前記廃棄体１３の周囲には難透水性の遮水層１４が形成されており、前記遮水層１４を貫通するように透気経路部材１１が設けられている。なお、本実施例では埋設処分施設用の透気経路部材を一つとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、廃棄体の大きさやガスの透気状態を鑑みて、所定の個所に複数個配設するようにしてもよい。
また、透気経路部材１１は遮水層の外側にはみ出ても良く、例えば上方には支保工１２の外縁部まで、下方には廃棄体層１３の内部まで延長させても良い。

図２は埋設処分施設用の透気経路部材１１の斜視図である。
図２に示すように、埋設処分施設用の透気経路部材１１は、剛性の大きな長期劣化の少ない中空部材からなる高剛性の両端開放筒状の容器１５と、この容器１５の内部に前記遮水層１４よりも透気し易い材料を充填して充填部１６を構成している。そして、前記充填部１６のガス発生源側（底部側）にポーラス材からなる突起状高透気性部材１８が設置されている。

前記突起状高透気性部材１８は、前記充填部１６内に、後述する脈状の透気通路２１（図６参照）を形成する鋭角なくさび状であることが特に好ましい。

また、前記突起状高透気性部材１８の材質としては、例えば砥石、軽石、金属焼結材料、セラミックス、岩石、砂礫、粒状ガラスのいずれかとすることが発生した高圧ガスの充填部１６内への流入を促進する点から好ましい。特に、ガス透過性が良好で且つ数百年以上安定な材料であればいずれでもよい。
前記高剛性の両端開放筒状の容器１５の材質としては、例えば金属、セラミックス、岩石のいずれかとすることが好ましく、特に剛性が大きく且つ透気性が小さく数百年以上安定な材料であればいずれでもよい。

前記充填部１６を構成する遮水層よりも透気し易い材料としては、例えば６００〜１４００ｋｇ／ｍ³程度の低密度ベントナイトであることが好ましい。また、同様な通気性と低透水性を有する粘土を用いるようにしてもよい。

前記遮水層１４を構成する前記難遮水材料としては、例えば１０００〜２０００ｋｇ／ｍ³程度の高密度ベントナイト又はベントナイト混合土とすることが好ましい。

また、図３は両端開放筒状の容器１５の斜視図である。図３に示すように、透気経路部材１１を構成する両端開放筒状の容器１５は、その高さＨは、遮水層と同様としている。そして、遮水層１４の厚さが１ｍの場合には、例えば高さＨが１ｍとなり、その直径Ｄは０．３〜１ｍ程度とするのが好ましい。
但し、高さＨは前述のように遮水層１４の高さを超えるようにしても良い。

また、図４は、前記突起状高透気性部材１８の斜視図である。図４に示すように、前記突起状高透気性部材１８の長さｌは、前記容器１５の内径をｄとすると、ｄ×１／１０〜ｄ×１／１とするのが好ましい。
また、突起状高透気性部材１８の高さｈは１〜５０ｃｍ、幅ｗは１〜１０ｃｍ程度とするのが好ましい。

前記遮水層１４は非常に難透水性の材料である高密度ベントナイトとするのが好ましいが、局部的に高透水な欠陥部分を設けずにスムースにガスを開放できるならば理想的である。しかし、遮水層１４に適した例えば密度１６００ｋｇ／ｍ³級のベントナイトでは、低圧でガスが破過することは期待しにくく、材料に局部的に存在する弱部をねらってガスが侵入する現象を期待することになるが、これでは自然の成り行きまかせであり、確実に廃棄体から発生するガスを開放することができないこととなる。

そこで、本発明では遮水層１４の一部に突起状高透気性部材１８を有する透気経路部材１１を設け、該突起状高透気性部材１８により確実にガスを開放する透気通路形成に寄与するようにしている。

ここで、図面を用いて遮水層１４内に透気経路部材１１を設けた場合（図５−１）と、設けない場合（図５−２）について説明する。

一般にベントナイトは吸水して膨潤圧２２を発生する。前記膨潤圧２２は、ベントナイトの密度が大きいほど高い圧力となる。低密度ベントナイトは膨潤圧が小さいので、より低いガス圧で透気経路が形成されるが、周囲に存在する高密度ベントナイトから高い膨潤圧２２を受けると透気し難くなる。すなわち、図５−２に示すように、単純に低密度ベントナイトを高密度ベントナイトの一部に設けたのみでは、その周囲の高密度ベントナイトによって膨潤圧２２が作用するので、圧縮され透気しにくくなる。
これに対し、図５−１に示すように剛性の大きい容器１５を低密度ベントナイトと高密度ベントナイトの間に挿入することで、低密度ベントナイトは周囲から膨潤圧２２の影響を受けにくくなり、透気し易くなる。

図６は、例えばくさび状の突起状高透気性部材１８による脈状貫入通路の形成過程を示す模式図である。
均質な低密度ベントナイトからなる充填部１６は高圧ガスのガス圧によって圧密作用を受け、あるいは粘性変形を受け、低密度ベントナイトの間隙を満たしていた間隙水を排除しながら、ガスの脈状貫入現象が徐々に上方側に進展していく。この進展により透気経路が形成されるが、このようなガスの脈状貫入現象は不確実現象であるのが、突起状高透気性部材１８を設置することにより、ガスの脈状貫入現象のトリガーとなるので、確実に透気経路が形成されることになる。

このように、本発明によれば、埋設処分施設の透気経路部材１１の筒状容器１５内に充填した例えば低密度ベントナイトの充填部１６の底部に例えばくさび型のポーラス材からなる突起状高透気性部材１８を設置することにより、透気し易い低密度ベントナイトの充填部１６へのガス領域の脈状貫入現象が確実に進展することとなる。これにより、低圧で且つ確実に廃棄体で発生したガスが低密度ベントナイトからなる充填部１６を破過することとなる。

ここで、充填部１６の材料である低密度ベントナイトへのガス破過現象は、低密度ベントナイトと水で構成されている粘塑性材料を、ガスが微小破壊もしくは粘性破壊させながら脈状に侵入していく現象であると想定されている（穂刈、沖原他、「ベントナイト混合土の透気特性における寸法効果について」、放射性廃棄物研究、ＶＯｌ.Ｎｏ.２、ｐ９７．１９９７）。すなわち、遮水層１４はベントナイトと水との一体化物であるが、ベントナイト粘塑性材料中において高圧ガスの圧力によって、脈状の透気経路が三次元的網目状に広がって、やがてはベントナイト塑性材料を貫通し、その結果、ガスが透気することとなる。

よって、本発明によりこの脈状経路の形成のためのトリガーとして遮水層１４の内面にポーラス材からなる突起状高透気性部材１８を配置することにより、遮水層１４へのガス領域の脈状侵入現象が確実に進展するので、より低圧で早期にガスは難透水性の遮水層１４を破過することになる。
すなわち、遮水層１４は地下をゆっくり流れる地下水程度の動水勾配では、該地下水は施設内部をほとんど透過せず、施設内部に蓄えられてガス圧の圧力が高まった時点ではガスはスムースに開放されるという、極めて優れた機能を発揮することになる。

よって、このような埋設処分施設の透気経路部材１１を廃棄体１３の周囲を覆う遮水層１４を貫通する形で１乃至複数個設けることによって、遮水層１４はガスの施設外部へのスムースな移動を妨げないことができる。
一方、遮水層１４は、地盤中をゆっくり流れる地下水は施設内部をほとんど透過せず、局部的に遮水層の中に設けられた透気経路部材１１の遮水層よりも透気し易い材料１６は前記遮水層１４よりも若干透水性が大きいものの、当該部分を通過する地下水量はほとんど無視できる程度であるために、施設全体の地下水透過量は十分小さい量に抑制させるものとなる。

＜透気試験＞
前記くさび型のポーラス材からなる突起状高透気性部材１８の設置の有無による低密度ベントナイトの充填部のガス透過性の試験を行なった。
図７−１は本試験例による低密度ベントナイト（乾燥密度１２００ｋｇ／ｃｍ³）に突起状高透気性部材１８を設置した概略図であり、図７−２は前記突起状高透気性部材１８を設置しない比較例のものである。

その結果を図８に示す。
図８はガス圧の載荷時間と押し出し水量（ガス圧によって圧密を受けた低密度ベントナイトの間隙を満たしていた間隙水が系外へ排除された量）との関係図である。低密度ベントナイトをガスが抜ける際に水が押出される量を時間で計測したものである。
図８に示すように、徐々に作用するガス圧を段階的に上昇させて、透気経路が形成されて透気開始するまで観測を続けた。

図７−１の本試験例に係る場合には、０．５５ＭＰａのときに透気通路が形成されて、透気が開始した。一方比較例に係る場合には、０．７５ＭＰａのときに透気が開始した。
この結果、本試験例の突起状高透気性部材１８が存在する試験例の方がより透気しやすいことが確認された。

また、図９−１、図９−２は前述した試験体をＸ線ＣＴスキャン撮影によって撮影した断面写真である。
本試験例の突起状高透気性部材１８が存在する試験体では、突起状高透気性部材１８のくさびの先端から上方に透気通路２１が形成されていることが明瞭に確認できた。
一方、比較例の場合には、透気通路は無数の網目状に形成されており、透気通路の形成により多くの時間を要することが判る。

以上のように、本発明によれば、透気性材料からなる充填部のガス発生源側に突起状高透気性部材を配してなる透気経路部材を遮水層の一部に設けてなるので、廃棄体から発生するガスの透気経路部材中における充填部への脈状侵入現象が確実に進展でき、地下に廃棄体を埋設する施設に適用することに適している。

本実施例にかかる埋設処分施設の概略構成図である。 埋設処分施設用の透気経路部材の斜視図である。 両端開放筒状の容器の斜視図である。 突起状高透気性部材の斜視図である。 遮水層内に透気経路部材を設けた場合の膨潤圧の作用模式図である。 遮水層内に透気経路部材を設けない場合の膨潤圧の作用模式図である。 突起状高透気性部材による脈状貫入通路の形成過程を示す模式図である。 本試験例による低密度ベントナイトに突起状高透気性部材を設置した概略図である。 比較例による低密度ベントナイトに突起状高透気性部材を設置しない概略図である。 ガス圧の載荷時間と押し出し水量との関係図である。 本試験体をＸ線ＣＴスキャン撮影によって撮影した断面写真である。 比較試験体をＸ線ＣＴスキャン撮影によって撮影した断面写真である。 従来の埋設処分施設の概略構成図である。

符号の説明

１０ 埋設処分施設
１１ 透気経路部材
１２ 支保工
１３ 廃棄体
１４ 遮水層
１５ 両端開放筒状の容器
１６ 充填部
１７ 高圧ガス
１８ 突起状高透気性部材
１９ 廃棄体収納用躯体
２０ 充填材
２１ 透気通路
２２ 膨潤圧

Claims (6)

1. 地下水の存在する地盤中に設けられ、内部に廃棄体を埋設処分する施設内のガスを透気する透気経路部材であって、
   廃棄体の周囲を覆う難透水性の遮水層の少なくとも一部に設けられ、高剛性の両端開放筒状の容器と、
   前記筒状の容器の内部に充填される前記遮水層よりも透気し易い材料からなる充填部と、
   前記筒状容器に充填された充填部のガス発生源側に設けられる突起状高透気性部材とからなることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材。
2. 請求項１において、
   前記突起状高透気性部材が、充填部内に脈状の透気通路を形成する鋭角なくさび状であることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材。
3. 請求項１又は２において、
   前記高剛性の両端開放筒状の容器が、金属、セラミックス、岩石のいずれかであり、且つ、
   前記突起状高透気性部材が、砥石、軽石、金属焼結材料、セラミックス、岩石、砂礫、粒状ガラスのいずれかであることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
   前記遮水層よりも透気し易い材料が低密度ベントナイトであることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
   前記難透水性の遮水層が高密度ベントナイト又はベントナイト混合土であることを特徴とする埋設処分施設用の透気経路部材。
6. 廃棄体埋設処分用の地下空洞に設けられた支保工と、
   前記支保工内に設置され、前記廃棄体の周囲を覆う遮水層と、
   前記遮水層の少なくとも一部に設けられる請求項１乃至５のいずれか一つの埋設処分施設の透気経路部材とからなることを特徴とする埋設処分施設。