JP2008202344A - 坑道支保構造体及び坑道の支保方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント系材料を使用することなく、超長期に亘って遮水性を維持できる廃棄物地下坑道の支保構造体及び支保方法を提供する。
【解決手段】支保構造体は、地下坑道の長手方向に所定間隔でほぼ平行に隣接する複数のＨ型鋼製支保工５と、支保工５間に装着される金属製の板状部材９、９Ａとを備えている。坑道の壁面４と支保工５及び板状部材９、９Ａとの間には、豆砂利状の砕石１０が充填され、坑道の埋め戻し時に、砕石１０の隙間にベントナイト系材料１１が充填される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、廃棄物を埋設処分するための坑道支保構造体及び坑道の支保方法、特に、超長期に亘って高い遮水性を維持できる廃棄物地下坑道の支保構造体及び支保方法に関するものである。

廃棄物を埋設処分するための地下坑道では、坑道周囲に地下水が通過することによる毒性物質の漏出を遮水性構造物で防止する必要がある。廃棄物を埋設処分するための地下坑道、特に、放射性廃棄物の埋設処分施設では、埋設する廃棄物を定置する坑道のコンクリート製の支保部材が干年あるいは万年の超長期に亘る経年劣化により透水性の増大を生じ、有害物質の漏出経路となることが懸念されている。

放射性廃棄物の埋設処分では、廃棄物の周囲を粘土系難透水性材料であるベントナイト系粘土で覆う、或いは坑道内全体を埋め戻すことにより、地下水への漏出を抑制することが考えられている。しかし、セメント系部材をベントナイトの近傍に構築する場合には、干年あるいは万年オーダーの期間で地下水によりセメント成分の溶出が生じて、カルシウム成分あるいは高アルカリ成分によるベントナイトの材質劣化を招き、ベントナイトの超長期の低透水性能を確保できなくなることがわかってきた。

このような懸念を排除するためには、セメントを一切使用しない支保部材が必要であるが、粘土系難透水性材料を劣化させることなく、超長期に亘って遮水性を維持できる支保工は存在しないのが現状である。

特許文献１は、高レベル放射性廃棄物を処分する地層処分施設において、処分坑道セグメントを封入材の膨潤性が阻害されないように構成する技術を開示している。地層処分施設は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、この処分孔に廃棄体を定置した後、封入材で埋め戻しており、封入材としてはベントナイトを使用している。

また、特許文献２は、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭとする）により掘削したトンネルの地山を支えて安定に保つトンネルの支保構造及びその組み立て方法に関する技術を開示している。ＴＢＭを前進させると直ちにキーストンプレートと地山との間に豆砂利を充填することにより、ＴＢＭの後端通過後において、地山崩落等の発生を防止し、作業者の安全を確保している。

特開２００２−２５０７９５号公報 特開平１１−４４１９０号公報

しかしながら、特許文献１では、岩石等を鋼製枠に一体化したセグメントによって支保構造を成しており、セグメントを形成する岩石の隙間にセメントモルタルを使用している。従って、干年あるいは万年オーダーの期間で地下水によりセメント成分の溶出が生じて、カルシウム成分あるいは高アルカリ成分によるベントナイトの材質劣化を招き、ベントナイトの超長期の低透水性能を確保できなくなるおそれがあるという問題点があった。

特許文献２では、ＴＢＭのための支保構造であることから、断面形状は円形に限定される。また、トンネルの上部については、亀裂性を有するために地山崩落等が発生するおそれがあり、初期的な地山の弛みを防止するために、部分的な裏込めとして豆砂利を使用している。しかしながら、廃棄物を埋設処分するための地下坑道を意図していないため、豆砂利のみでは止水性を確保できないという問題点もあった。

本発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたものであって、セメント系材料を使用することなく、超長期に亘って遮水性を維持できる廃棄物地下坑道の支保構造体及び支保方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明による坑道支保構造体は、坑道の内壁に沿って湾曲し、かつ坑道の長手方向にほぼ平行に隣接して配置される複数の鋼製支保工と、前記鋼製支保工間に装着される金属製の板状部材と、前記坑道の壁面と前記鋼製支保工及び前記板状部材との間に充填される豆砂利状の砕石と、前記砕石の隙間に充填されるベントナイト系材料とを備えることを特徴とする。

また、本発明による坑道支保構造体にあっては、前記豆砂利状の砕石が、前記坑道の掘削により発生した掘削ずりを利用することを特徴とする。

また、本発明による坑道支保構造体にあっては、前記ベントナイト系材料が、エタノール・ベントナイトスラリーであることを特徴とする。

また、本発明による坑道支保構造体にあっては、前記板状部材が、リブ構造を有する板状部材であることを特徴とする。

また、本発明による坑道支保構造体にあっては、前記板状部材が、砕石注入口を備えていることを特徴とする。

また、本発明による坑道に支保構造体を構築する支保方法にあっては、掘進した前記坑道の切羽直近に、前記坑道の内壁に沿って湾曲した鋼製支保工を建て込み、切羽直近に建て込んだ前記鋼製支保工と直近の鋼製支保工とを所定の間隔で維持するために固定部材で固定し、前記鋼製支保工間に板状部材を装着し、この板状部材及び前記鋼製支保工と前記内壁との間に豆砂利状の砕石を裏込め充填し、前記坑道の埋め戻し時に、前記砕石の隙間にベントナイト系材料を充填することを特徴とする。

また、本発明による坑道の支保方法にあっては、前記ベントナイト系材料の充填を、前記坑道の埋め戻し部に配置されるリターンホースからの前記ベントナイト系材料の戻り状況により確認することを特徴とする。

本発明による坑道支保構造体及び坑道の支保方法によれば、次のような効果が得られる。
（１）セメント系材料を使わない支保構造体を坑道に構築できるため、放射性廃棄物から地下水に漏出することを抑止するために設置されるベントナイト系人工バリアが、セメント成分により性能劣化を生じさせない。
（２）処分坑道の建設時及び廃棄体の埋設時には裏込めにベントナイト系材料を用いないため、地下水の坑道内部への浸入によるベントナイトの膨潤圧の影響や、ベントナイト自体の流出を避けることができる。
（３）坑道の閉鎖時に砕石間の隙間をベントナイト系材料で充填することにより、透水性の小さな裏込め材料を構築することとなり、坑道湧水量を最小限にできる。
（４）千年あるいは万年オーダーの超長期の経年変化によって、鋼製支保工が腐食劣化した場合には、ベントナイト系材料が吸水膨潤してその欠陥部分を埋めて支保部材領域の透水性の増大を防止できる。
（５）なお、廃棄物の埋設処分施設では、坑道を掘削し、廃棄物を定置した後には、廃棄物周囲と坑道支保工との間の空間を粘士材料等で充填埋め戻しするので、坑道を埋め戻した後の鋼製支保工の剛性は喪失しても問題とはならない。坑道壁面に構築した鋼製支保工が地下水の卓越する水みちとなることを防止できれば、埋設施設の本来の機能を維持することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる坑道の支保構造体及び支保方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態による地下坑道の支保構造体を示す概略図であり、図２は、支保構造体を示す概略斜視図である。これらの図１及び図２において、廃棄物を埋設処分するために硬質岩に掘削した地下坑道１内に、支保構造体２が構築されている。硬質岩では岩盤が強く、地圧が比較的小さいので、地下坑道１の上部からの岩盤の落下に対抗できる支保構造体２で地下坑道１の安定性を確保することができる。そのため、図１では、地下坑道１の床面３を除く壁面４に沿って支保構造体２が構築されている。なお、壁面４と支持構造体２との隙間には、必要に応じて木製、金属製或いは合成樹脂製等のパッキン４ａを挿入する。

支保構造体２は、地下坑道１の長手方向に所定間隔でほぼ平行に隣接する複数のＨ型鋼製支保工５（以下、支保工５とする）を備えており、支保工５は、地下坑道１の内側に形成された第１リブ６と、外側に形成された第２リブ７とを備えている。また、支保工５は、ヒンジ８により２つの鋼製部材が結合されて構成されている。

鋼製の板状部材９は、支保工５の第１リブ６に沿って配置されている。板状部材９は、支保工５の第１リブ６に橋渡し状に載せた状態を示しているが、ボルトで固定したり、溶接により固定しても良い。

板状部材９は、図３及び図４に示すように、断面が凹凸形状である。この他、板状部材９としては、鋼製の板状構造物に折り曲げ加工あるいは溶接加工によってリブ構造を付加させたデッキプレートやキーストンプレートなど、種々の形状の板状部材を使用することができる。例えば、図５及び図６に示す板状部材９Ａでは、突出部９Ｂを有する断面形状である。

次に、図７に示すように、板状部材９、９Ａ（以下、単に板状部材９とする）及び支保工５と地下坑道１の壁面４との間には、裏込め材として砕石１０が充填される。なお、図１では、図を見やすくするために砕石１０の図示を省略している。充填される砕石１０としては、豆砂利状の砕石が好ましく、坑道１の掘削により発生した掘削ずりを利用することができる。

さらに、図８に示すように、砕石１０間の隙間には、処分坑道の閉鎖時にベントナイト系材料１１を充填する。ベントナイト系材料１１を充填することにより、止水性を確保することができる。ベントナイト系材料１１としては、固相にベントナイト、液相にエタノールと水を配合したスラリー材であるエタノール・ベントナイトスラリーを使用することができる。

以上のように構成される支保構造体２は、次のようにして地下坑道１内に構築される。地下坑道１内に支保構造体２を構築する場合、まず、地下坑道１先端部の切羽１７で支保工５の１スパン分相当の掘進をする。次に、掘進した地下坑道１の切羽１７直近に、壁面４に沿って支保工５を建て込む。

切羽直近に建て込んだ支保工５と直近の支保工５との間を、図２に示すように、固定部材である鋼製のタイロッド１２Ａ及びつっぱり管１２で固定し、支保工５相互を所定の間隔で維持するように締結する。隣接し合う支保工５内側の第１リブ６に載せる状態で、板状部材９を装着する。次に、板状部材９と岩盤との空間に、豆砂利状の砕石１０を投入する。

砕石１０の投入は、図９に示すように、砂利注入機１３に取り付けられたホース１４の先端部１５を板状部材９に設けられた砕石注入口１６に取り付け、この砕石注入口１６から板状部材９と岩盤との空間に砕石１０を圧入することにより行う。砕石注入口１６は、図１０に示すように、予め板状部材９に設けられており、図９に示すように、地下坑道１の側部や上部に位置する板状部材９に設けることができる。

なお、板状部材９と岩盤との空間に砕石１０を充填する作業は、図１１に示すように、充填された砕石１０の傾斜状況Ｃに応じて、切羽１７直近の支保工５から５〜１０ｍ程度（砕石１０が切羽１７にあふれ出ない範囲）後方から実施する。以上の手順により処分坑道を完成させ、廃棄体及び緩衝材などの人工バリアの埋設作業を行う操業段階に移る。

廃棄体及び人工バリアが地下坑道１内に埋設された後、その性質が損なわれないように残された坑道１は埋め戻される。埋め戻しの段階で、砕石１０を充填した板状部材９と岩盤との間にベントナイト系材料１１としてエタノール・ベントナイトスラリーを注入し、砕石１０間の隙間に充填する。埋め戻しについては、ベントナイト系材料１１と砂と砕石１０との混合材料等をブロック工法、締め固め方法、吹き付け方法等の施工方法によって埋め戻すことができる。

例えば、現地転圧による締め固め工法の例を図１２に示す。図１２に示すように、坑道１の切羽１７からブルドーザーやバックホウなどの作業車１８によって、矢印の方向に土砂で坑道１を埋め戻して締め固め、埋め戻し部１９とする。なお、図１２では、支保構造体２は図示していない。

ベントナイト系材料１１は、図１３に示すように、埋め戻し開始端部２０の両側壁の下部に設けられたベントナイト系材料注入口２１から、グラウトパイプ２２を接続して、グラウト注入機２３により注入する。ベントナイト系材料１１の注入は、埋め戻しが終了した一定区間に一度に行う。従って、注入区間は、ベントナイト系材料１１を一度に注入できる範囲とする。

ベントナイト系材料１１の注入は、リターンホース２４からのベントナイト系材料１１の戻り状況により確認する。このリターンホース２４は、埋め戻し終了端部２５の天端付近に取り付ける。すなわち、リターンホース２４は、ベントナイト系材料１１が埋め戻し終了端部２５から漏れ出さないように、埋め戻し終了端部２５から離れた位置の砕石注入口１６に埋め戻す前に予め設置しておく。以後、同様の方法により埋め戻しが終了した一定区間ごとにベントナイト系材料１１の注入を繰り返して行い、処分坑道一本分の埋め戻しを完了する。

ベントナイト系材料１１の注入に使用したグラウトパイプ２２及びリターンホース２４は、ベントナイト系材料１１の注入後、次の埋め戻し部分に埋め殺す。次の埋め戻し区間のベントナイト系材料１１の注入には、予め別のグラウトパイプ２６を埋め戻し終了端部２５より内部の両側壁の下部に設けられたベントナイト系材料注入口２７に接続しておく。

このように、処分坑道の建設時及び廃棄体の埋設時には、裏込めにベントナイト系材料を用いないため、地下水の坑道内部への浸入によるベントナイトの膨潤圧の影響や、ベントナイト自体の流出を避けることができる。また、坑道の閉鎖時に砕石間の隙間をベントナイト系材料で充填することにより、透水性の小さな裏込め材料を構築することができ、坑道湧水量を最小限に抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる坑道の支保構造体及び支保方法は、セメント系材料を使わない支保構造体を坑道に構築できるため、放射性廃棄物から地下水に漏出することを抑止するために設置されるベントナイト系人工バリアのセメント成分による性能劣化を生じさせない。また、処分坑道の建設時及び廃棄体の埋設時には裏込めにベントナイト系材料を用いないため、地下水の坑道内部への浸入によるベントナイトの膨潤圧の影響や、ベントナイト自体の流出を避けることができる。さらに、坑道の閉鎖時に砕石間の隙間をエタノールベントナイトで充填することにより、透水性の小さな裏込め材料を構築することとなり、坑道湧水量を最小限にできる。従って、超長期に亘って遮水性を維持できる廃棄物地下坑道の支保工に有用であり、特に、放射性廃棄物の埋設処分施設における支保工に適している。

本発明の実施の形態による地下坑道の支保構造体を示す概略図である。 支保構造体を示す概略斜視図である。 板状部材９を示す概略斜視図である。 板状部材９のＡ−Ａ’線に沿った側面図である。 板状部材９Ａを示す概略斜視図である。 板状部材９ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 板状部材９、９Ａ及び支保工５と地下坑道の壁面との間に砕石が充填された状態を示す概略断面図である。 板状部材９、９Ａ及び支保工５と地下坑道の壁面との間に砕石が充填され、ベントナイト系材料が注入された状態を示す概略断面図である。 砂利注入機により砕石を板状部材と岩盤との空間に充填する状態を示す概略断面図である。 板状部材に砕石注入口が設けられている状態を示す概略断面図である。 板状部材と岩盤との空間に砕石を充填する作業を示す概略断面図である。 現地転圧による締め固め工法の例を示す概略図である。 ベントナイト系材料をグラウト注入機で注入する状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 地下坑道
２ 支保構造体
３ 床面
４ 壁面
５ 支保工
６ 第１リブ
７ 第２リブ
８ ヒンジ
９、９Ａ 板状部材
９Ｂ 突出部
１０ 砕石
１１ ベントナイト系材料
１２ つっぱり管
１２Ａ タイロッド
１３ 砂利注入機
１４ ホース
１５ 先端部
１６ 砕石注入口
１７ 切羽
１８ 作業車
１９ 埋め戻し部
２０ 埋め戻し開始端部
２１、２７ ベントナイト系材料注入口
２２、２６ グラウトパイプ
２３ グラウト注入機
２４ リターンホース
２５ 埋め戻し終了端部

Claims (7)

1. 坑道の内壁に沿って湾曲し、かつ坑道の長手方向にほぼ平行に隣接して配置される複数の鋼製支保工と、前記鋼製支保工間に装着される金属製の板状部材と、前記坑道の壁面と前記鋼製支保工及び前記板状部材との間に充填される豆砂利状の砕石と、前記砕石の隙間に充填されるベントナイト系材料とを備えることを特徴とする坑道支保構造体。
2. 前記豆砂利状の砕石は、前記坑道の掘削により発生した掘削ずりを利用することを特徴とする請求項１に記載の坑道支保構造体。
3. 前記ベントナイト系材料は、エタノール・ベントナイトスラリーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の坑道支保構造体。
4. 前記板状部材は、リブ構造を有する板状部材であることを特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の坑道支保構造体。
5. 前記板状部材は、砕石注入口を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の坑道支保構造体。
6. 坑道に支保構造体を構築する支保方法であって、掘進した前記坑道の切羽直近に、前記坑道の内壁に沿って湾曲した鋼製支保工を建て込み、切羽直近に建て込んだ前記鋼製支保工と直近の鋼製支保工とを所定の間隔で維持するために固定部材で固定し、前記鋼製支保工間に板状部材を装着し、この板状部材及び前記鋼製支保工と前記内壁との間に豆砂利状の砕石を裏込め充填し、前記坑道の埋め戻し時に、前記砕石の隙間にベントナイト系材料を充填することを特徴とする坑道の支保方法。
7. 前記ベントナイト系材料の充填は、前記坑道の埋め戻し部に配置されるリターンホースからの前記ベントナイト系材料の戻り状況により確認することを特徴とする請求項６に記載の坑道の支保方法。

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