JP2012093300A - 放射性廃棄物の埋設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】緩衝材ブロックの設置の際に処分孔の内壁から湧き出た地下水を遮断する放射性廃棄物の埋設方法を提供すること。
【解決手段】放射性廃棄物を封入した廃棄体を定置する処分孔を掘削する掘削工程（ステップＳ１）と、掘削した処分孔の内壁面を遮水性部材で覆う被覆工程（ステップＳ２）と、内壁面を遮水性部材で覆った処分孔に土質材料を締め固めた緩衝材ブロックを設置する工程（ステップＳ３）と、緩衝材ブロックを設置した処分孔から遮水性部材を取り除く工程（ステップＳ４）とを有するので、処分孔の内壁から湧き出た地下水を緩衝材ブロックの設置の際に遮断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射性廃棄物の埋設方法に関し、特に、処分坑道の床面に処分孔を掘削し、その孔内に放射性廃棄物を封入した廃棄体を定置する放射性廃棄物の埋設方法に関する。

原子力の利用に伴い発生する放射性廃棄物は、安全に管理するために適切な方法で処理が行われた後、最終処分される。たとえば、再処理で使用済燃料からウラン、プルトニウム等の有用物を分離した後に残存する放射能レベルの高い廃棄物（高レベル放射性廃棄物）は、ガラスで固化した後、３０〜５０年間冷却のために貯蔵され、その後、地下深く埋設される。

ガラスで固化した放射性廃棄物（ガラス固化体）を埋設する埋設処分施設（地下施設）は、地上施設から廃棄体（ガラス固化体をオーバーパック（金属製の容器）に封入したもの）や建設資材などを搬送するためのアクセス坑道や連絡坑道、廃棄体を埋設するための処分坑道や処分孔などから構成される。

廃棄体の埋設方法には、処分孔竪置き方式と、処分坑道横置き方式とがある。処分孔竪置き方式は、処分坑道の床面に処分孔を掘削し、その孔内に廃棄体を埋設するもので、予めブロック状に締め固められた緩衝材ブロックを設置することにより、廃棄体のまわりを緩衝材が囲繞する。緩衝材ブロックは、ベントナイトと砂とを混合したベントナイト系土質材料を締め固めることにより作成され、地震等の外力が加わって処分孔が変形した場合に廃棄体に加わる力を低減するとともに、地下水の侵入を阻止する（たとえば、非特許文献１参照）。

原子力発電環境整備機構、"高レベル放射性廃棄物処分の技術と安全性"、［平成２２年１０月１日検索］、インターネット＜http://www.numo.or.jp/library/technical_report/tr0401.html＞

しかしながら、上述した放射性廃棄物の埋設方法では、緩衝材ブロックの設置の際に処分孔の内壁から湧き出た地下水を遮断することができない。これにより、緩衝材ブロックの設置の際に処分孔の内壁から湧き出た地下水が緩衝材ブロックに浸透し、緩衝材ブロックが吸水膨潤することになり、緩衝材ブロックの形状が損なわれ、緩衝材ブロックの設置位置を維持することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処分孔の内壁から湧き出た地下水を緩衝材ブロックの設置の際に遮断する放射性廃棄物の埋設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、本発明は、放射性廃棄物を封入した廃棄体を定置する処分孔を掘削する掘削工程と、掘削した処分孔の内壁面を遮水性部材で覆う被覆工程と、内壁面を遮水性部材で覆った処分孔に土質材料を締め固めた緩衝材ブロックを設置する設置工程と、前記緩衝材ブロックを設置した処分孔から前記遮水性部材を取り除く除去工程とを有することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記遮水性部材が円筒形の自立する管であり、前記掘削工程において処分孔を掘削する地層に前記管を挿入することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記管の下端に地層を掘削するビットを設け、前記掘削工程において前記管を回転させることにより、処分孔を掘削する地層に前記管を圧入することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明の被覆工程において、処分孔の底壁面を遮水性部材で覆うことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記遮水性部材を取り除いた隙間にペレット状またはスラリー状の土質材料を充填する充填工程を有することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記遮水性部材を複数回に分けて段階的に取り除き、かつ、それにより生じた隙間にその都度土質材料を充填することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記充填工程において充填した土質材料が前記緩衝材ブロックのまわりに該緩衝材ブロックの密度と同等または小さな密度の外層を形成することを特徴とする。

本発明にかかる放射性廃棄物の埋設方法は、掘削した処分孔の内壁面を遮水性部材で覆うので、処分孔の内壁から湧き出た地下水を緩衝材ブロックの設置の際に遮断する。これにより、緩衝材ブロックの設置の際に処分孔の内壁から湧き出た地下水が緩衝材ブロックに浸透することもなければ、緩衝材ブロックが吸水膨潤することもない。したがって、緩衝材ブロックの形状が損なわれることがなく、緩衝材ブロックの設置位置を維持できる。

また、深部地圧に対して十分な強度を有しない軟岩系岩盤であっても、管が支保工として機能するので、作業員の安全を確保でき、また、処分孔周囲の岩盤のゆるみやそれに伴う劣化を抑制できる。

図１は、本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設方法により、放射性廃棄物を埋設した放射性廃棄物の埋設施設の要部を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設方法を示す工程図である。 図３は、図２に示した掘削工程および被覆工程の詳細を示す図である。 図４は、図２に示した掘削工程および被覆工程の詳細を示す図である。 図５−１は、図２に示した掘削工程および被覆工程の詳細を示す図である。 図５−２は、地層を掘削するビットを示す図である。 図６は、図２に示した掘削工程および被覆工程の詳細を示す図である。 図７は、図２に示した設置工程の詳細を示す図である。 図８は、図２に示した設置工程の詳細を示す図である。 図９は、図２に示した除去工程および充填工程の詳細を示す図である。 図１０は、図２に示した除去工程および充填工程の詳細を示す図である。

以下に、本発明にかかる放射性廃棄物の埋設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この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である放射性廃棄物の埋設方法により、放射性廃棄物を埋設した放射性廃棄物の埋設施設の要部を示す模式図である。また、図２は、本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設方法を示す工程図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設方法は、処分坑道１の床面に処分孔２を掘削し、その孔内に廃棄体３を定置する処分孔竪置き方式によるものである。原子力の利用に伴い発生する放射性廃棄物は、ガラスで固化された後、オーバーパックと称される金属製の容器に封入された廃棄体３となり、処分孔２に埋設される。

図２に示すように、本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設方法は、掘削工程（ステップＳ１）、被覆工程（ステップＳ２）、設置工程（ステップＳ３）、除去工程（ステップＳ４）、充填工程（ステップＳ５）を有している。

まず、図３〜図６に基づいて、掘削工程（ステップＳ１）と被覆工程（ステップＳ２）とについて説明する。図３〜図６は、図２に示した掘削工程および被覆工程の詳細を示す図である。

掘削工程（ステップＳ１）は、放射性廃棄物を封入した廃棄体３を定置する処分孔２を掘削する工程であり、被覆工程（ステップＳ２）は、掘削した処分孔２の内壁面を遮水性部材４で覆う工程である。

遮水性部材４は、円筒形の自立する管や短冊状の鋼矢板を連結したものを用いることができる。円筒形の自立した管は、鋼管、アルミ管などの金属製の管のほか、塩化ビニル管などの樹脂製の管を用いることができる。

図３は、軟岩系岩盤（軟質岩）により構成された地層に処分孔２を掘削する例を示したものであり、支保工および遮水性部材４として大口径の鋼管４０（以下、「大口径鋼管４０」という）を用いる。図３に示すように、軟岩系岩盤により構成された地層に処分孔２を掘削する場合には、局部掘削、床付け掘削、大口径鋼管４０の挿入を繰り返すとともに、大口径鋼管４０を継ぎ足すことにより、掘削した処分孔２の内壁面を連続した大口径鋼管４０で覆う。なお、大口径鋼管４０の継ぎ足しには、溶接、接着、印籠継手などの機械的な接合などを採用し、水密性と一体性を確保する。また、掘削した処分孔２の内壁面から突出した岩は、大口径鋼管４０を降ろす際に削り取られるが、これは、大口径鋼管４０の自重が大きいことによるものである。管の自重が小さい場合（たとえば、大口径鋼管４０に代えて大口径の樹脂製の管を用いた場合）には、処分坑道１の坑道床面に設置した管挿入装置（図示せず）を用いて下向きに押し下げることにより、処分孔２の内壁面から突出した岩を削り取ることができる。

そして、処分孔２をあらかじめ定めた深度まで掘り下げたら、処分孔２の底壁面をセメント系または金属製の遮水性部材で覆う。図３に示す例では、処分孔２の掘削面にモルタルＭを打設するとともに水平に敷き均すことにより、処分孔２の底となる岩盤から湧き出る地下水を遮断するとともに緩衝材ブロック５の設置に適した底面を形成する。なお、掘削面に打設するモルタルＭは、長期にわたり緩衝材を変質させにくい低アルカリセメントを配合したものが好ましい。

図３に例示した掘削工程は、支保工および遮水性部材４として大口径鋼管４０を用いるので、遮水性が担保され、掘削した処分孔２の内壁から湧き出る地下水を遮断できる。また、掘削面にモルタルＭを打設するので、処分孔２の底となる岩盤から湧き出る地下水も遮断できる。これにより、大口径鋼管４０の内部空間をドライ環境に保つことができる。また、大口径鋼管４０の肉厚は、必要に応じて任意の厚みに設定するが、大型機械により上げ下ろしをするので、重量が大きくなっても処分孔２の掘削工程に支障が生じることはない。また、深部地圧に対して十分な強度を有しない軟岩系岩盤であっても大口径鋼管４０が支保工として機能するので、作業員の安全を確保でき、また、処分孔周囲の岩盤のゆるみやそれに伴う劣化を抑制できる。なお、図３に示す例では、遮水性部材４に鋼管４０を用いる例を示したが、鋼製に限られるものではなく、アルミ製、銅製などの金属製、または、塩化ビニルなどの樹脂製であっても同様の効果が期待できる。

図４は、大口径鋼管４０を挿入する部位にラッパ状に拡開した溝２１を先行掘削する例を示したものである。図４に示すように、処分孔２を掘削する場合には、先行掘削（ラインドリリング）、大口径鋼管４０の挿入、床付け掘削を繰り返すとともに、大口径鋼管４０を継ぎ足すことにより、掘削した処分孔２の内壁面を連続した大口径鋼管４０で覆う。溝２１は、ボーリング装置（図示せず）あるいは削岩機（図示せず）により掘削されるが、軟岩系岩盤（軟質岩）の場合には、チェーンソウに類似した切削装置で掘削することもできる。また、大口径鋼管４０の挿入、床付け掘削の順番に代えて、床付け掘削、大口径鋼管４０の挿入の順番にしてもよい。

図４に例示した掘削工程は、大口径鋼管４０の挿入部位にラッパ状に拡開した溝２１を先行掘削することにより、大口径鋼管４０の挿入が処分孔２の掘削よりも先行するので、地山安定性が向上する。

図５−１は、回転圧入装置Ｊを用いて、大口径鋼管４０を地層に圧入する例を示したものであり、図５−２に示すように、先端（下端）に地層を掘削するビット４１を設けた大口径鋼管４０を用いる。図５−１に示すように、回転圧入装置Ｊが大口径鋼管４０を回転させると、大口径鋼管４０の先端に設けたビット４１が地層を掘削し、大口径鋼管４０を地層に圧入する。そして、大口径鋼管４０が所定量圧入された時点で大口径鋼管４０を継ぎ足すことにより、さらに深く大口径鋼管４０を圧入する。なお、処分孔２は、大口径鋼管４０を所定量圧入するごとに地層を掘削することにより形成してもよいし、あらかじめ決めた深度まで大口径鋼管４０を圧入した後に地層を掘削することにより形成してもよい。

図５−１に例示した掘削工程は、回転圧入装置Ｊが大口径鋼管４０を回転させることにより、大口径鋼管４０の先端に設けたビット４１が地層を掘削するので、地層に硬い岩盤がある場合であっても効率的に掘削できる。

図６は、遮水性部材４に短冊状の鋼矢板（シートパイル）４２を連結したものを用いた例を示したものであり、処分孔２を掘削した後に、掘削した処分孔２の内壁面を鋼矢板４２を連結したもので覆う。なお、鋼矢板４２と鋼矢板４２との連結部の遮水性は完全（水密）ではないので、処分孔２の内壁面と鋼矢板４２の外周面との間にベントナイトスラリー２２の注入あるいはベントナイトペレットの充填により、裏込め、遮水することが好ましい。

図６に例示した短冊状の鋼矢板４２は、狭い坑道内空間での作業に好適であり、短冊状であるため、より小さい力で鋼矢板４２を除去できる。

つぎに、図７または図８に基づいて、設置工程について説明する。図７および図８は、図２に示した設置工程の詳細を示す図である。

設置工程（ステップＳ３）は、内壁面を遮水性部材４（たとえば、大口径鋼管４０）で覆った処分孔２に土質材料を締め固めた緩衝材ブロック５を設置する工程である。緩衝材ブロック５は、ベントナイトと砂とを混合したベントナイト系土質材料を締め固めることにより作成され、その乾燥密度を１．６ｇ／ｃｍ^３以上とする。そして、緩衝材ブロック５が設置された処分孔２は、地震等の外力が加わって変形した場合に廃棄体３に加わる力を低減するとともに、地下水の侵入を阻止する。

図７は、軟岩系岩盤（軟質岩）により構成された地層に掘削した処分孔２に緩衝材ブロック５を設置する例を示したものであり、緩衝材ブロック５に、円盤状の緩衝材ブロック５１と円環状の緩衝材ブロック５２とを用いる。

円盤状の緩衝材ブロック５１は、その外径が遮水性部材４の内径よりも小さく形成してあり、その設置の際に遮水性部材４と干渉することがない。円環状の緩衝材ブロック５２は、その外径が遮水性部材４の内径よりも小さく、その内径が廃棄体３の外径よりも大きく形成してあり、その設置の際に遮水性部材４と干渉することがなく、また、その内部に収納する廃棄体３と干渉することもない。

図７に示すように、設置工程（ステップＳ３）では、円盤状の緩衝材ブロック５１の上に複数の円環状の緩衝材ブロック５２を積み重ねて設置することにより、緩衝材ブロック５（円環状の緩衝材ブロック５２）の内部に収納領域Ｓを設ける。そして、この収納領域Ｓに廃棄体３を収納する。その後、収納領域Ｓと廃棄体３との間に生じる隙間には、粒状に成型されたベントナイトペレット６０を密実に充填することにより、隙間における有効ベントナイト乾燥密度（砂の体積を除去した領域に存在するベントナイトの密度を乾燥密度で表示した値）が緩衝材ブロック５の有効ベントナイト乾燥密度に同等程度となるように充填する。たとえば、緩衝材がベントナイト７０％砂３０％の配合率で乾燥密度が１．６ｇ／ｃｍ^３である場合には有効ベントナイト乾燥密度は約１．４ｇ／ｃｍ^３とする。その後さらに、円環状の緩衝材ブロック５２の上に円盤状の緩衝材ブロック５１を積み重ねて設置することにより、収納領域Ｓを閉鎖する。

なお、本実施の形態では、緩衝材ブロック５に、円盤状の緩衝材ブロック５１と円環状の緩衝材ブロック５２とを用いたが、中央をくり抜いた円環状のブロックを等分した扇形の緩衝材ブロックとくり抜いた中央を埋める円柱形の緩衝材ブロックとを用いてもよい。

図７に例示した設置工程は、上述した被覆工程において処分孔２の内壁面を遮水性部材４で覆ってあるので、ドライ環境下で緩衝材ブロック５を設置できる。これにより、吸水膨潤性の大きな緩衝材ブロック５の吸水膨潤を回避できる。また、遮水性部材４は、緩衝材ブロック５を降ろす際のガイドとしても機能するので、緩衝材ブロック５が処分孔２の内壁面から突出した岩に衝突することがなく、緩衝材ブロック５の損傷を最小限に抑えることができる。

図８は、硬岩系岩盤（硬質岩）により構成された地層に掘削した処分孔２に緩衝材ブロック５を設置する例を示したものである。図８に示すように、硬岩系岩盤では、支保工を必要としない場合もあるが、そのような場合には掘削工程（ステップＳ１）と設置工程（ステップＳ３）との間に遮水性部材４を設置する。なお、この場合には、打設したモルタルＭと遮水性部材４との間にゴムパッキンなどのシール部材を介在させ、遮水性能を高めることが好ましい。

つぎに、図９または図１０に基づいて、除去工程（ステップＳ４）と充填構造（ステップＳ５）とについて説明する。図９および図１０は、図２に示した除去工程および充填工程の詳細を示す図である。

除去工程（ステップＳ４）は、緩衝材ブロック５を設置した処分孔２から遮水性部材４を取り除く工程であり、充填工程（ステップＳ５）は、遮水性部材４を取り除いた隙間にペレット状またはスラリー状の土質材料６を充填する工程である。

図９は、遮水性部材４を取り除いた隙間に粒状に成型されたベントナイトペレット６０を密実に充填する例を示したものである。このようにベントナイトペレット６０を充填することにより、隙間における有効ベントナイト乾燥密度を１．４ｇ／ｃｍ^３とする。

このように、隙間における有効ベントナイト乾燥密度を１．４ｇ／ｃｍ^３とすれば、ベントナイトが有する吸水膨潤性により緩衝材ブロック５と同程度の自己シール性を発揮し、緩衝材ブロック５への地下水の浸透を抑制できる。

図１０は、遮水性部材４を複数回に分けて段階的に取り除き、かつ、それにより生じた隙間にその都度ベントナイトペレット６０を充填する例を示したものである。

図１０に示すように、遮水性部材４を段階的に取り除く（引き抜く）工程と、隙間にベントナイトペレット６０を充填する工程とを交互に繰り返すことにより、遮水性部材４を取り除くとともに、隙間にベントナイトペレット６０を充填する。このように、遮水性部材４を引き抜いた直後に隙間にベントナイトペレット６０を充填すると、岩盤の変形や崩壊によって隙間にベントナイトペレット６０を充填できなくなることがない。

ここで、処分孔２の内壁面と緩衝材ブロック５の外周面との間に生じた隙間に粒状に成型されたベントナイトペレット６０の代わりにベントナイトスラリー（懸濁液）を充填してもよいし、ベントナイトペレット６０とベントナイトスラリーとを併用して充填してもよい。このように材料を適宜選択することにより、隙間における有効ベントナイト乾燥密度を０．６から１．６ｇ／ｃｍ^３の範囲の任意の密度とすることができる。

これらの材料を適宜選択することによって、隙間における有効ベントナイト乾燥密度を緩衝材ブロック５の有効ベントナイト乾燥密度よりも小さくすると、緩衝材ブロックの５のまわりに緩衝材ブロック５よりも若干大きな透水性の外層が形成される。この外層は、早期に地下水を吸水膨潤するので、緩衝材ブロック５のまわりに早期に、かつ、均等に難透水性層を形成する。これにより、緩衝材ブロック５と緩衝材ブロック５との継ぎ目から先行して地下水が浸透する事態が回避されるので、緩衝材ブロック５の中心部へ向かう地下水の浸潤領域が均等に進展して、バランスよい膨潤圧や変形の分布をもたらす。このような手段を用いることは、放射性廃棄物の処分の安全性を実証するために行う実物大の模擬実験において、均等な地下水浸潤領域の進展と均等な膨潤圧の発生を維持できるので、実験の試験体である模擬緩衝材の境界条件を適切に制御でき、結果として、より有効な計測データを取得できる。

上述した本発明の実施の形態である放射性廃棄物の埋設方法は、掘削した処分孔２の内壁面を処分孔２の内壁から湧き出た地下水を遮断する遮水性部材４で覆うので、処分孔２の内壁から湧き出た地下水を緩衝材ブロック５の設置の際に遮断する。これにより、緩衝材ブロック５の設置の際に処分孔２の内壁から湧き出た地下水が緩衝材ブロック５に浸透することもなければ、吸水膨潤することもない。したがって、緩衝材ブロック５の形状が損なわれることがなく、緩衝材ブロック５の設置位置を維持できる。

１ 処分坑道
２ 処分孔
２１ 溝
２２ ベントナイトスラリー
３ 廃棄体
４ 遮水性部材
４０ 大口径鋼管
４１ ビット
４２ 鋼矢板
５ 緩衝材ブロック
５１ 円盤状の緩衝材ブロック
５２ 円環状の緩衝材ブロック
６ 土質材料
６０ ベントナイトペレット
Ｊ 回転圧入装置
Ｍ モルタル
Ｓ 収納領域

Claims (7)

1. 放射性廃棄物を封入した廃棄体を定置する処分孔を掘削する掘削工程と、
   掘削した処分孔の内壁面を遮水性部材で覆う被覆工程と、
   内壁面を遮水性部材で覆った処分孔に土質材料を締め固めた緩衝材ブロックを設置する設置工程と、
   前記緩衝材ブロックを設置した処分孔から前記遮水性部材を取り除く除去工程と
   を有することを特徴とする放射性廃棄物の埋設方法。
2. 前記遮水性部材が円筒形の自立する管であり、前記掘削工程において処分孔を掘削する地層に前記管を挿入することを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物の埋設方法。
3. 前記管の下端に地層を掘削するビットを設け、前記掘削工程において前記管を回転させることにより、処分孔を掘削する地層に前記管を圧入することを特徴とする請求項２に記載の放射性廃棄物の埋設方法。
4. 前記被覆工程において、処分孔の底壁面を遮水性部材で覆うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放射性廃棄物の埋設方法。
5. 前記遮水性部材を取り除いた隙間にペレット状またはスラリー状の土質材料を充填する充填工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放射性廃棄物の埋設方法。
6. 前記遮水性部材を複数回に分けて段階的に取り除き、かつ、それにより生じた隙間にその都度土質材料を充填することを特徴とする請求項５に記載の放射性廃棄物の埋設方法。
7. 隙間に充填した土質材料が前記緩衝材ブロックのまわりに該緩衝材ブロックの密度と同等または小さな密度の外層を形成することを特徴とする請求項５または６に記載の放射性廃棄物の埋設方法。

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