JP2008115618A - 岩盤におけるグラウト工法 - Google Patents

Abstract

【課題】止水効果を確実に発揮することができ、グラウト注入領域の透水性を低下させることができるようにした。
【解決手段】Ｃａ型ベントナイトを水で溶解してなるＣａ型ベントナイトスラリー１１及びナトリウム溶液１２を岩盤に注入する直前の位置をなす注入孔３の混合領域３Ａで混合させ、その混合により改質された改質Ｎａ型ベントナイトを岩盤に注入することで、或いはナトリウム溶液１２を先に注入した岩盤内にＣａ型ベントナイトスラリー１１を注入混合させることで改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤中の地下水を吸収して水と反応して膨潤する。そして、改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤の亀裂を塞ぐことで地下水の流れを遮断して止水効果を発揮させるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、岩盤におけるグラウト工法に関する。

原子力発電所等から発生する高レベル放射性廃棄物は、３００ｍを超える地下深部の安定した岩盤中に処分されることが想定されている。そして、放射性廃棄体から放出される放射性核種については、廃棄体を覆って収容するオーバーパック（炭素鋼などの容器）、ベントナイトからなる人工バリア、さらにその周辺岩盤からなる天然バリアの２種類のバリアにより封じ込める方法により処分されることが想定されている。オーバーパックには１０００年程度の耐用年数が要求されているが、それ以降はオーバーパックの劣化などにより周辺の地下水が廃棄体に接触し、放射性核種が岩盤中に流れる地下水によって移行されて拡散するといった可能性があるが、オーバーパック周辺に配置した高密度ベントナイトからなる緩衝材や地下深部の岩盤の透水性が低いことから、地下水の流れが極めて緩慢であり、放射性核種の移行速度はきわめて遅くなることが予想されている。

ところが、岩盤内には断層破砕帯や高透水割目などの天然の亀裂が存在するうえに、坑道の掘削に伴い、坑道周辺に健全部岩盤に比べて透水性の高い掘削損傷領域が存在している。このような天然の亀裂や掘削損傷領域の存在により、局所的に地下水の流れが速くなる水みちが形成される場合がある。
そこで、汚染された地下水の地上流出を防止するためには、処分孔と地上を連絡するアクセス坑道となる立坑の周辺の水みちを遮断することが有効である。そのため、断層破砕帯などの極めて透水性の高い地質不良部に対して、遮断箇所にベントナイトグラウト等を注入し、そのベントナイト材料による止水プラグを設置する方法が一般的である。ベントナイトグラウトは、ベントナイトに水やエタノール等の有機溶媒を混合したベントナイトスラリーから形成されている。止水プラグの構築方法は、坑道断面より大きく拡幅掘削し、この拡幅箇所に膨潤性が高く低透水性のベントナイトブロック等を設置する。これにより、坑道周辺に流れる水みちを遮断し、さらに拡幅掘削によって生じた掘削損傷領域が新たな水みちとなりうる箇所にベントナイトグラウトを注入する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、放射性廃棄体を処分する処分孔や処分坑道においても微小な亀裂が多数存在するため、全体として透水係数が健全部岩盤に比較して相対的に高くなっている部分が存在することが考えられる。そのため、上述した止水プラグの場合と同様に微小亀裂を自然材料を用いたベントナイトグラウトなどにより改良し、透水係数を健全部岩盤並みに低下させることが研究されている。
特開２００５−４８４０４号公報

しかしながら、従来のベントナイトグラウトによる改良方法では、以下のような問題があった。
このグラウトのベントナイト材料には、膨潤性に優れるＮａ型ベントナイトが使用されることが想定されているが、Ｎａ型ベントナイトを水を溶媒としてスラリー化した場合、ベントナイト中のモンモリロナイトによる膨潤に起因して粘性度が極めて増大するため、高濃度のベントナイトスラリーを作成することができない。このため、溶媒としてエタノールや塩水を使用する方法があるが、岩盤へ注入した後にエタノールや塩水などが地下水と置換して十分な膨潤力が得られるかどうかが確実ではなく、止水性の確実性に問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、止水効果を確実に発揮することができ、グラウト注入領域の透水性を低下させることができるようにした岩盤におけるグラウト工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る岩盤におけるグラウト工法では、岩盤の透水性を低下させるための岩盤におけるグラウト工法であって、Ｃａ型ベントナイトを水で溶解してなるＣａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を混合する工程と、混合してなるＣａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を岩盤に注入する工程とを有していることを特徴としている。
本発明では、Ｃａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を混合させ、その混合により改質された改質Ｎａ型ベントナイト（グラウト）を岩盤に注入することで、改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤中の地下水を吸収して水と反応して膨潤する。これにより、改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤の亀裂を塞ぎ、地下水の流れを遮断して止水効果を発揮することができる。

また、本発明に係る岩盤におけるグラウト工法では、Ｃａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を注入するための注入孔が岩盤に設けられ、Ｃａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液は、注入孔の最深部で混合され、最深部から岩盤に向けて注入されることが好ましい。
本発明では、岩盤への注入直前の位置をなす注入孔の最深部でＣａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を混合し、その最深部から注入管等を介すことなく岩盤に注入できることから、例えばミキサなどを使用してＣａ型ベントナイトスラリーとナトリウム溶液とを混合してから注入管を挿通させて注入する場合において混合したグラウトの粘性が高くなって注入管内で詰まるといった不具合をなくすことができる。

また、本発明に係る岩盤におけるグラウト工法では、岩盤の透水性を低下させるための岩盤におけるグラウト工法であって、ナトリウム溶液を岩盤に注入する工程と、注入後に、ナトリウム溶液の注入領域にＣａ型ベントナイトを水で溶解してなるＣａ型ベントナイトスラリーを注入することで、Ｃａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を混合する工程とを有していることを特徴としている。
本発明では、先にナトリウム溶液を岩盤の所定領域に注入しておき、その注入後にＣａ型ベントナイトスラリーをナトリウム溶液の注入領域に注入することで、Ｃａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液が混合され、その混合により改質された改質Ｎａ型ベントナイト（グラウト）が岩盤内に充填される。改質Ｎａ型ベントナイトは岩盤中の地下水を吸収して水と反応して膨潤し、岩盤の亀裂を塞ぎ、地下水の流れを遮断して止水効果を発揮することができる。

本発明の岩盤におけるグラウト工法によれば、Ｃａ型ベントナイトスラリーとナトリウム溶液との混合により改質された改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤内に充填されることで、その改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤中の地下水を吸収して水と反応して膨潤し、岩盤の亀裂を塞ぐことができる。したがって、地下水の流れを遮断して止水効果を発揮することができ、注入されているグラウトによってその注入領域の透水性を低下させることができる。
そして、例えば、高レベル放射性廃棄物の地層処分場などでその放射性廃棄物を埋設する坑道において、その坑道周辺の掘削損傷領域や、処分孔、処分坑道周辺などの岩盤に本グラウトを注入することで、止水プラグによる止水性能が確実なものとなり、高レベル放射性核種を含んだ地下水が地上などに移行することを防止することができる。

以下、本発明に係る岩盤におけるグラウト工法の第一の実施の形態について、図１および図２に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による岩盤におけるグラウト工法を示す図、図２は図１に示すグラウト注入箇所の拡大図である。

図１に示すように、本発明による第一の実施の形態による岩盤へのグラウト工法は、高レベル放射性廃棄物の地層処分場において、その放射性廃棄物を埋没するための複数の処分孔を有する坑道１に採用されるものである。坑道１は、例えば地下３００ｍを超える地下深部の安定した岩盤中に掘削され、図１では坑道１の一部を示したものである。なお、放射性廃棄物は、ステンレス製の容器に収納されており、さらにその回りを炭素鋼等のオーバーパック（図示省略）が覆う形状となっている。
また、坑道１の周辺岩盤には、その坑道１を構築する際に掘削によって緩みが発生した掘削損傷領域Ｄがあり、この掘削損傷領域Ｄが岩盤に存在する地下水の水みちを形成させるものとなっている。

そして、坑道１の内部の所定位置には、止水プラグ２が設置されている。止水プラグ２は、坑道１の所定領域においてその断面より大きく拡幅掘削され、この拡幅箇所に例えばブロック状に形成されたベントナイト系材料からなる止水材を積み重ねて構築したものである。この止水プラグ２を施工することにより、坑道１内の水の動きを止めることができる。また、止水プラグ２の設置位置の坑道１周囲には、掘削損傷領域Ｄを遮断するようにグラウト１０が注入されている。ここで、グラウト１０が注入される範囲を「グラウト注入領域Ｇ」とする。

図２に示すように、岩盤に注入されるグラウト１０は、Ｃａ型ベントナイトを水で溶解してスラリー化してなるＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とを注入直前の位置（後述する混合領域３Ａ）で混合したスラリー状の材料（後述する改質Ｎａ型ベントナイト）が使用される。そして、本第一の実施の形態では、ナトリウム溶液として炭酸ナトリウムを使用する。

Ｃａ型ベントナイトは、Ｃａイオンを有し、Ｎａイオンを有するＮａ型ベントナイトに比べて膨潤力が劣るため、水に溶解しても粘性が極端に高くなることは無いため、高濃度（高密度）のＣａ型ベントナイトスラリー１１をグラウト材料として使用することが可能となる。そして、Ｃａ型ベントナイトスラリー１１は、ナトリウム溶液１２と混合することにより、膨潤性を有するＮａ型ベントナイト（必要に応じて「改質Ｎａ型ベントナイト」と呼ぶ）に改質される。そのため、Ｃａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とを混合した状態で岩盤中に充填することで、高濃度の改質Ｎａ型ベントナイトの岩盤（掘削損傷領域Ｄの亀裂や自然亀裂など）中への注入を可能にするものである。

岩盤に注入された改質Ｎａ型ベントナイトは、粘性が高く、膨潤性（遮水性）による止水性を有し、岩盤内の地下水を吸収して水と反応することで膨潤することから、注入時のグラウト１０（つまり改質Ｎａ型ベントナイト）が地下水によって流出することを防ぐことができ、さらに岩盤の透水性が小さくなることから、グラウト注入領域Ｇの亀裂を塞いで止水性を発揮し、地下水の水みちを遮断することができる。

次に、本第一の実施の形態によるグラウト工法について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、先ず、止水プラグ２の周囲には、坑道１の壁面１ａより外方に向けて例えば放射状に所定数の注入孔３、３、…を削孔する。そして、図２に示すように、水で溶解してなる高濃度のＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とを注入孔３、３、…からほぼ同時に注入する。そして、両者１１、１２が混合された状態のグラウト１０（改質Ｎａ型ベントナイト）は、注入孔３の先端部（後述する混合領域３Ａ）から周辺岩盤の亀裂に浸透するようにして充填される。

図２に示すように、さらに具体的に説明すると、先ず、注入管４には二重管を使用する。そして、注入孔３の最深部（先端部）に所定の大きさをなす混合領域３Ａを確保するようにして注入管４を注入孔３に挿入する。次いで、注入管４の内管部４ａ及び外管部４ｂの一方（本実施の形態では内管部４ａ）に高濃度のＣａ型ベントナイトスラリー１１を注入し、それとほぼ同時に他方（外管部４ｂ）にナトリウム溶液１２を注入する。

そうすると、注入孔３の混合領域３ＡにおいてＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とが混合され、高濃度のＮａ型ベントナイトに改質しつつ、その改質Ｎａ型ベントナイトが混合領域３Ａから岩盤の亀裂に浸透する。岩盤に注入された改質Ｎａ型ベントナイトは、上述したように地下水を吸収して水と反応して膨潤し、岩盤の亀裂を塞ぐことができる。すなわち、グラウト注入領域Ｇにおいて、地下水の流れ（坑道１周辺の掘削損傷領域Ｄの水みち）を遮断することができる。

なお、グラウト１０の充填完了後、注入管４を取り外し、膨潤したグラウト１０が漏れないように注入口３ａ或いは注入管４を密封処理する。
また、本グラウト工法では、岩盤への注入直前の混合領域３ＡでＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とが混合され、その混合領域３Ａから注入管等を介すことなく岩盤に注入されることから、例えばミキサなどを使用してＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とを混合してから注入管を挿通させて注入する場合において混合したグラウトの粘性が高くなって注入管内で詰まるといった不具合をなくすことができる。

上述のように第一の実施の形態による岩盤におけるグラウト工法では、Ｃａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２との混合により改質された改質Ｎａ型ベントナイト、すなわちグラウト１０が岩盤内に充填されることで、その改質Ｎａ型ベントナイトが岩盤中の地下水を吸収して水と反応して膨潤し、岩盤の亀裂を塞ぐことができる。したがって、地下水の流れを遮断して止水効果を発揮することができ、注入されているグラウト１０によってその注入領域の透水性を低下させることができる。
そして、高レベル放射性廃棄物の地層処分場などでその放射性廃棄物を埋設する坑道１において、その坑道１周辺の掘削損傷領域Ｄや、処分孔、処分坑道周辺などの岩盤に本グラウト１０を注入することで、止水プラグ２による止水性能が確実なものとなり、高レベル放射性核種を含んだ地下水が地上などに移行することを防止することができる。

次に、本発明の第二の実施の形態について、図３に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図３は本発明の第二の実施の形態による岩盤におけるグラウト工法を示す図であって、図２に対応する図である。
図３に示すように、第二の実施の形態による岩盤におけるグラウト工法では、Ｃａ型ベントナイトスラリー１１にナトリウム溶液１２を混合させる方法として、第一の実施の形態のように両者１１、１２を注入孔３の混合領域３Ａ（図１参照）でほぼ同時に混合させる方法に代えて、先に溶液状で浸透性の高いナトリウム溶液１２を岩盤に注入してからＣａ型ベントナイトスラリー１１を注入し、岩盤内で両者１１、１２を混合させるものである。

つまり、具体的に説明すると、注入管４には第一の実施の形態の二重管に代えて単管を使用する。そして、注入孔３の先端部（最深部）に所定の大きさをなす注入口３Ｂを確保するようにして注入管４を注入孔３に挿入する。
次いで、先行して注入管４からナトリウム溶液１２を岩盤内のグラウト充填領域Ｇに注入しておき、その注入後に同じ注入管４或いは別のＣａ型ベントナイトスラリー１１用の注入管に交換してＣａ型ベントナイトスラリー１１を岩盤に注入する。そうすると、岩盤内においてＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２とが混合され、その混合により改質された改質Ｎａ型ベントナイト（グラウト１０）が岩盤内に充填されることになる。
このように、第二の実施の形態では、第一の実施の形態と同様に、改質Ｎａ型ベントナイトは岩盤中の地下水を吸収して水と反応して膨潤し、岩盤の亀裂を塞いで地下水の流れを遮断して止水効果を発揮することができる。

以上、本発明による岩盤におけるグラウト工法の第一及び第二の実施の形態について説明したが、本発明は上記の第一及び第二の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第一及び第二の実施の形態ではナトリウム溶液１２として炭酸ナトリウムを用いているが、ナトリウム系の溶液であればとくに限定されるものではない。
また、本第一及び第二の実施の形態では高レベル放射性廃棄物の地層処分場などでその放射性廃棄物を埋設する坑道１周辺の岩盤をグラウト対象としているが、このような施工に限定されることはなく、例えば道路、鉄道、上下水道など他の用途のトンネルの周辺岩盤や、ダム工事、基礎工事などで岩盤の所定領域を止水するような施工に適用することができる。

また、第一の実施の形態では注入管４に二重管を使用しているが、これに限定されることはなく、例えば注入孔３の孔径より小さな外径のＣａ型ベントナイトスラリー１１用及びナトリウム溶液１２用の２本の注入管を使用してもよい。この場合も第一の実施の形態と同様に注入孔３に混合領域３Ａを確保した状態で２本の注入管を挿入し、それら注入管にＣａ型ベントナイトスラリー１１とナトリウム溶液１２をほぼ同時に注入して、混合領域３Ａで両者１１、１２を混合させて岩盤に注入される。
また、注入孔３の具体的な形状、寸法、本数に関する制限はなく、必要とされるグラウト注入領域の範囲に応じて適宜設定すればよいとされる。

本発明の第一の実施の形態による岩盤におけるグラウト工法を示す図である。 図１に示すグラウト注入箇所の拡大図である。 本発明の第二の実施の形態による岩盤におけるグラウト工法を示す図であって、図２に対応する図である。

符号の説明

１ 坑道
２ 止水プラグ
３ 注入孔
３Ａ 混合領域
４ 注入管
１０ グラウト
１１ Ｃａ型ベントナイトスラリー
１２ ナトリウム溶液
Ｄ 掘削損傷領域
Ｇ グラウト注入領域

Claims (3)

1. 岩盤の透水性を低下させるための岩盤におけるグラウト工法であって、
   Ｃａ型ベントナイトを水で溶解してなるＣａ型ベントナイトスラリー及びナトリウム溶液を混合する工程と、
   前記混合してなる前記Ｃａ型ベントナイトスラリー及び前記ナトリウム溶液を前記岩盤に注入する工程と、
   を有していることを特徴とする岩盤におけるグラウト工法。
2. 前記Ｃａ型ベントナイトスラリー及び前記ナトリウム溶液を注入するための注入孔が前記岩盤に設けられ、
   前記Ｃａ型ベントナイトスラリー及び前記ナトリウム溶液は、前記注入孔の最深部で混合され、該最深部から前記岩盤に向けて注入されることを特徴とする請求項１に記載の岩盤におけるグラウト工法。
3. 岩盤の透水性を低下させるための岩盤におけるグラウト工法であって、
   ナトリウム溶液を前記岩盤に注入する工程と、
   前記注入後に、前記ナトリウム溶液の注入領域にＣａ型ベントナイトを水で溶解してなるＣａ型ベントナイトスラリーを注入することで、前記Ｃａ型ベントナイトスラリー及び前記ナトリウム溶液を混合する工程と、
   を有していることを特徴とする岩盤におけるグラウト工法。

Images