JP2014137360A - 吹付け方法及び緩衝材の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吹付け材のリバウンド率の低減を図る吹付け方法を提供する。
【解決手段】
この吹付け方法では、吹付け材をノズル３１から噴射し、放射性の廃棄体１０３の余裕進度処分施設１０１においてベントナイトを含む締固め土からなる壁体を吹付け工法で構築する。吹付け方法は、所定の吹付け面上で水平に延びる第１の吹付け帯部５４を、下から順に互いに一部ずつ重なり合わせて上下方向に略等間隔で複数配列するように形成することで、上下方向に交互に現れる複数の尾根部５４ａと複数の谷部５４ｃとを有する第１の吹付け部５２を吹付け面上に形成する第１の吹付け工程と、第１の吹付け部５２の各々の谷部５４ｃを埋めるように、水平に延びる第２の吹付け帯部５６を上下方向に複数配列するように形成することで、第２の吹付け部５３を第１の吹付け部５２上に形成する第２の吹付け工程と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射性廃棄物の地層処分施設における壁体を吹付け工法で構築するための吹付け方法、及び放射性廃棄物の地層処分施設における緩衝体を吹付け工法で形成する緩衝材の形成方法に関するものである。

特許文献１には、トンネル壁面に対する吹付け方法が記載されている。この方法には、トンネル長手方向及びトンネル周方向の位置制御が可能とされる吹付け装置を用いる。そして、吹付け装置をトンネル周方向に左右交互に移動させる。このとき、トンネル長手方向における吹付け装置の前進速度を吹付け幅に基づいて制御することにより、均一厚で円滑な仕上がり面を得る。

特許文献２には、トンネル壁面に対する吹付け制御方法が記載されている。この方法には、所定の時間がセットされた吹付け材圧送装置用シーケンサを用いる。所定の時間は、吹付け装置に吹付け材を供給するための吹付け用ホース長さに対応している。また、所定の時間は、吹付け材圧送開始から吹付け材が吐出開始されるまでの時間および／または吹付け材供給停止からホース内の吹付け材が吐出終了するまでの時間である。このシーケンサは、吹付けノズルから吹付け材が吐出されるタイミングに合わせて吹付け装置を移動させる。また、このシーケンサは、吹付け装置の移動停止のタイミングに合わせて吹付けノズルからの吹付け材の吐出を終了させる。

特許文献３には、トンネル掘削機に吹付け設備を取り付けるための構造が記載されている。この構造によれば、移動制御用シリンダユニットを用いて、トンネル掘削機に吹付け装置を支持する走行基体が連結されている。移動制御用シリンダユニットは、トンネル掘削機の掘進により吹付け装置の相対的位置が移動しないように、トンネル掘削機と吹付け装置との間の距離を制御する。

特許文献４には、トンネルの周方向壁面に対して均等厚又は均一な仕上がり面で吹付けでき、吹付け装置の１回の走行によって多層吹きが可能となる吹付け方法が記載されている。この方法では、吹付け装置をトンネル周方向に左右交互に移動させるとともに、１旋回ごとの吹付け装置の前進距離が吹付け幅の１／ｎ（ｎ；０以外の偶数）となるように吹付け装置の前進速度を制御する。

特開２０００−７１６５４号公報 特開２０００−２６５７９３号公報 特開２００１−２２７２９１号公報 特開２０００−３２８８９４号公報

ところで、当該技術分野においては、壁体や緩衝材の施工全体として効率化・低コスト化を図るべく、リバウンド率の低減を図ることが望まれている。

本発明は、吹付け材のリバウンド率の低減を図る吹付け方法及び緩衝材の形成方法を提供することを目的とする。

本発明の吹付け方法は、吹付け材をノズルから噴射し、放射性廃棄物の地層処分施設においてベントナイトを含む締固め土からなる壁体を吹付け工法で構築するための吹付け方法であって、所定の吹付け面上で水平に延びる第１の吹付け帯部を、下から順に互いに一部ずつ重なり合わせて上下方向に略等間隔で複数配列するように形成することで、上下方向に交互に現れる複数の尾根部と複数の谷部とを有する第１の吹付け部を吹付け面上に形成する第１の吹付け工程と、第１の吹付け部の各々の谷部を埋めるように、水平に延びる第２の吹付け帯部を上下方向に複数配列するように形成することで、第２の吹付け部を第１の吹付け部上に形成する第２の吹付け工程と、を備える。

この吹付け方法では、第１の吹付け工程を実施することにより、第１の吹付け部が形成される。この第１の吹付け工程では、水平に延びる第１の吹付け帯部を下から順に互いに一部ずつ重なり合わせて上下方向に略等間隔で複数配列するように形成する。このため第１の吹付け部は、上下方向に交互に現れる複数の尾根部と複数の谷部とを有している。次に、第２の吹付け工程を実施する。この第２の吹付け工程では、第１の吹付け部の各々の谷部を埋めるように、水平に延びる第２の吹付け帯部を上下方向に複数配列するように形成する。このように第１の吹付け部上に第２の吹付け部を形成すると、吹付け面上に形成した壁体の表面が平面に近い形状に形成される。そして、第２の吹付け工程の後に再び第１の吹付け工程を実施する場合には、吹付け面が平面に近い形状に形成されているので、吹付け面に吹付けられる吹付け材のリバウンド率が低減される。従って、この吹付け方法に適用される吹付け材を吹付けるためのノズルワークによれば、吹付け面を平面に近い形状に形成して吹付け材のリバウンド率の低減を図ることができる。

本発明の吹付け方法の第１の吹付け工程では、吹付け面からの尾根部の厚さが常に一定になるようにノズルからの噴射及びノズルの駆動を行ってもよい。この工程によれば、第１及び第２の吹付け部を有する壁体の厚さを一定にすることができる。

本発明の吹付け方法の第１の吹付け工程では、吹付け面上の同じ水平軌道上に複数回重ねて吹付けを行って第１の吹付け帯部を形成してもよい。この工程によれば、吹付け面上の同じ水平軌道上に吹付ける回数に応じて、第１の吹付け部の厚さを所望の厚さにすることができる。

本発明の吹付け方法の第１の吹付け工程では、ノズルを水平に移動させながら第１の吹付け帯部を形成する水平吹付けステップと、ノズルを所定距離だけ上方に移動させるノズル上移動ステップと、を交互に行ってもよい。この工程によれば、第１の吹付け部を形成するときのリバウンド率の低減を図ることができる。

水平吹付けステップは、ノズルを同一の水平軌道上で往復動させるノズル往復ステップを含んでもよい。このステップによれば、第１及び第２の吹付け部を有する厚い層を形成することができる。

本発明の吹付け方法では、吹付け面が締固め土以外からなり、吹付け面からの尾根部の厚さをｄとし、第１の吹付け帯部の上下方向の配列間隔をｗとしたとき、ｄ／ｗが０．６〜１．２であってもよい。この方法によれば、吹付け面からの第１の吹付け部の剥落を抑制することができる。

また、本発明の吹付け方法では、吹付け面が締固め土からなり、吹付け面からの尾根部の厚さをｄとし、第１の吹付け帯部の上下方向の配列間隔をｗとしたとき、ｄ／ｗが０．２〜０．８であってもよい。この方法によれば、第１の吹付け部を形成する時のリバウンド率の低減を図ることができる。

本発明の緩衝材の形成方法は、放射性廃棄物の地層処分施設において妻壁から坑道の延在方向に延びる緩衝材を、吹付け工法で形成する緩衝材の形成方法であって、上述した吹付け方法により形成され第１の吹付け部と第２の吹付け部とを有する吹付け層を、妻壁から坑道の出口に向けて複数積層していく。この緩衝材の形成方法によれば、坑道の延在方向に対して幅が狭い狭隘部に対して高密度にされた吹付け材からなる緩衝材を形成することができる。

また、本発明の緩衝材の形成方法は、放射性廃棄物の地層処分施設において妻壁から坑道の延在方向に延びる緩衝材を、吹付け工法で形成する緩衝材の形成方法であって、上述した一の吹付け方法によって妻壁上に吹付け層の第１層を形成する第１層形成工程と、上述した別の吹付け方法によって第１層上に第２層以降を複数積層していく積層工程と、を備える。この緩衝材の形成方法では、吹付け材とは異なる材料からなる妻壁から剥落しにくい第１層が形成される。そして、吹付け材と同じ材料からなる第２層は、第１層よりも薄く形成されるので、リバウンド率を低減することができる。

本発明の吹付け方法及び緩衝材の形成方法によれば、吹付け材のリバウンド率の低減を図ることができる。

本発明の吹付け方法及び緩衝体の形成方法が用いられる構造物の一例を示す断面図である。 図１に示す構造物の一部を破った斜視図である。 本発明の吹付け方法が実行される充填予定空間を示す側面図である。 （ａ）は第１の吹付け層を示す断面図であり、（ｂ）は第１の吹付け層及び第２の吹付け層を示す断面図である。 本発明の吹付け方法及び緩衝体の形成方法の実施に用いられる吹付け装置を示す側面図である。 図５に示す吹付け装置の正面図である。 本発明の吹付け方法及び緩衝層の形成方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の吹付け方法及び緩衝層の形成方法の一工程を示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の吹付け方法及び緩衝材の形成方法の実施形態について説明する。まず、本実施形態の吹付け方法及び緩衝材の形成方法を用いて施工される構造物の一例として、低レベル放射性廃棄物の余裕深度処分施設（地層処分施設）１０１について説明する。

図１に示すように、低レベル放射性廃棄物の余裕深度処分施設１０１は、放射性廃棄物の地層処分を行うための施設である。施設１０１で処理される廃棄体１０３は、放射性廃棄物が鉄鋼製の容器に封入されて形成されており、トンネル（坑道）１０５内に収容される。廃棄体１０３同士の隙間に充填材１０７が充填され、更にその周囲を多層に囲むように順に、コンクリートピット１０９、低拡散層１１１、緩衝層（緩衝材）１１３が形成されている。緩衝層１１３とトンネル１０５の壁面との間の空間には、上部埋め戻し層１１５Ｕ及び側部埋め戻し層１１５Ｓを含む埋め戻し層１１５が設けられている。また、トンネル１０５の底面と緩衝層１１３との間には、床部材１１６が設けられている。

以下では、図１に示すように、トンネル１０５の幅方向にＸ軸、トンネル１０５の長手方向（図１の紙面に直交する方向）にＹ軸、鉛直方向にＺ軸を取ったＸＹＺ座標系を設定し、各構成要素の位置関係の説明にＸ，Ｙ，Ｚを用いるものとする。また、「前方」、「後方」といったような「前後」の概念をもつ文言を用いる場合には、＋Ｙ方向を「前」、−Ｙ方向を「後」とする。

上記の施設１０１の緩衝層１１３は、吹付け材で形成され遮水層として機能する壁体である。吹付け材は、ベントナイトを含む締固め土である。緩衝層１１３は、ＹＺ平面に平行な側壁部分である側部緩衝層１１３ａと、ＸＹ平面に平行であり廃棄体１０３に対して上側に設けられた上部緩衝層１１３ｂと、ＸＹ平面に平行であり廃棄体１０３に対して下側に設けられた下部緩衝層１１３ｃと、を有している。例えば、緩衝層１１３の側部緩衝層１１３ａは、本実施形態の吹付け方法及び緩衝材の形成方法で施工される。一例として、側部緩衝層１１３ａの寸法は、Ｘ方向に１ｍ、Ｙ方向に１３０ｍ、Ｚ方向に８ｍである。側部緩衝層１１３ａの施工時には、既に、低拡散層１１１及び側部埋め戻し層１１５Ｓが完成済みであるので、側部緩衝層１１３ａの施工においては、低拡散層１１１と側部埋め戻し層１１５Ｓとの間の狭隘な空間での作業を強いられ、重機等を用いることができない。更に、側部緩衝層１１３ａの施工は、吹付け材を高密度に締固めする必要があるので、吹付け工法が好適に採用される。以下、側部緩衝層１１３ａとして吹付け材が充填される予定の上記空間（幅１ｍ、長さ１３０ｍ、高さ８ｍの空間）を、「充填予定空間」と称し、符号「Ｒ」を付して表すものとする。

緩衝層１１３について、側部緩衝層１１３ａを例にさらに詳細に説明する。側部緩衝層１１３ａは、トンネル１０５の妻面（妻壁）１１（図３参照）からトンネル１０５の出口に向けて積層された複数の吹付け層５０，６０を有している。側部緩衝層１１３ａは、第１の吹付け層（第１層）５０と第２の吹付け層（第２層）６０とを有している。

図２及び図３に示すように、第１の吹付け層５０は、妻面１１上に形成され、低拡散層１１１の外側の側壁１１１ａと、側部埋め戻し層１１５Ｓの内側の側壁１１５ａと間に設けられている。第１吹付け層５０の大きさは、例えばＸ方向に１ｍ、Ｙ方向に０．１５ｍ、Ｚ方向に８ｍである。第１吹付け層５０は、複数の第１層体５１を含んでいる。第１層体５１は、充填予定空間Ｒの上下方向（Ｚ方向）に積み重ねられている。

図４（ａ）に示すように、第１層体５１は、第１の吹付け部５２と、第２の吹付け部５３とを含んでいる。第１の吹付け部５２は、水平方向（Ｘ方向）に延在した複数の第１の吹付け帯部５４を含んでいる。また、第１の吹付け部５２は、複数の尾根部５４ａと、複数の谷部５４ｃを含んでいる。第１の吹付け帯部５４は、上下方向（Ｚ方向）に所定の配列間隔ｗ１で複数配列されている。第１の吹付け帯部５４は、略三角形状の断面形状を有している。なお、図４（ａ）では、第１の吹付け帯部５４の断面は、模式的に三角形の断面として示している。また、第１の吹付け帯部５４は、上下方向に互いに隣り合う第１の吹付け帯部５４と少なくとも一部が重なり合っている重複部５４ｂを有している。第１の吹付け帯部５４同士の一部が重なり合うことにより、上下方向に配列された第１の吹付け帯部５４同士が一体化される。複数の第１の吹付け帯部５４が一体化された第１の吹付け部５２によれば、妻面１１から第１の吹付け部５２が剥落することを抑制できる。

ここで、第１の吹付け帯部５４では、尾根部５４ａの厚さｄ１と配列間隔ｗ１との比率（ｄ１／ｗ１）が、０．６〜１．２である。一例として、比率（ｄ１／ｗ１）は１である。妻面１１からの尾根部５４ａの厚さｄ１は、０．１〜０．２ｍであり、一例として、尾根部５４ａの厚さｄ１は、０．１５ｍである。第１の吹付け帯部５４の上下方向（Ｚ方向）の配列間隔ｗ１は、一例として０．１５ｍである。ここで、配列間隔ｗ１は、第１の吹付け帯部５４の互いに隣り合う尾根部５４ａ間の距離により規定される。

第２の吹付け部５３は、水平方向に延在した複数の第２の吹付け帯部５６を含んでいる。第２の吹付け帯部５６は、上下方向に所定の配列間隔ｗ１で複数配列されている。第２の吹付け帯部５６は、略三角形状の断面を有し、第１の吹付け部５２の谷部５４ｃを埋めるように形成されている。なお、図４（ａ）では、第２の吹付け帯部５６の断面を、模式的に三角形の断面で示している。この第２の吹付け部５３は、ＸＺ面に沿って延びる平滑な表面５３ａを有している。表面５３ａは、第２の吹付け層６０の施工時には第２の吹付け層６０の吹付け面になる。この表面５３ａは、平面に近い形状に形成されているので、第２の吹付け層６０の施工時において、吹付け材の噴射方向と表面５３ａとの角度を容易に垂直に保つことができる。従って、吹付け材のリバウンド率を低減することができる。

第２の吹付け層６０について説明する。第２の吹付け層６０は、第１の吹付け層５０の上に複数積層され（図３参照）、充填予定空間Ｒの互いに対面する側壁１１１ａ，１１５ａの間に水平方向に延在している。第２の吹付け層６０の大きさは、例えばＸ方向に１ｍ、Ｙ方向に０．０３ｍ、Ｚ方向に８ｍである。第２の吹付け層６０は、複数の第２層体６１を含んでいる。第２層体６１は、充填予定空間Ｒの上下方向（Ｚ方向）に積み重ねられている。

図４（ｂ）に示すように、第２層体６１は、第３の吹付け部６２と第４の吹付け部６３とを含んでいる。第３の吹付け部６２は、水平方向に延在した複数の第３の吹付け帯部６４を含んでいる。第３の吹付け帯部６４は、表面５３ａからの尾根部６４ａの厚さｄ２が第１の吹付け帯部５４の厚さｄ１と異なっている。表面５３ａからの尾根部６４ａの厚さｄ２は、０．０２〜０．０６ｍであり、一例として、尾根部６４ａの厚さｄ２は、０．０４ｍである。また、第３の吹付け帯部６４の上下方向（Ｚ方向）の配列間隔ｗ２は、一例として０．０５ｍである。第３の吹付け帯部６４では、表面５３ａからの尾根部６４ａの厚さｄ２と第３の吹付け帯部６４同士の配列間隔ｗ２との比率（ｄ２／ｗ２）は、０．２〜０．８である。また、比率（ｄ２／ｗ２）は、０．２〜０．６であってもよい。一例として、比率（ｄ２／ｗ２）は０．５である。第４の吹付け部６３は、水平方向に延在した複数の第４の吹付け帯部６６を含んでいる。第４の吹付け帯部６６は、略三角形状の断面を有し、第３の吹付け部６２の谷部６４ｃを埋めるように形成されている。なお、図４（ｂ）では、第３の吹付け帯部６４及び第４の吹付け帯部６６の断面を、模式的に三角形の断面で示している。

図５及び図６に示す吹付け装置１について説明する。図５及び図６に示すように、吹付け装置１は、ホイスト５と、吹付け本体部３と、吹付け材供給部１７と、を備えている。吹付け本体部３は、ホイスト５によりワイヤー７を介して充填予定空間Ｒ内に吊り下げられる。充填予定空間Ｒの上方には、Ｙ方向に延在しホイスト５を支持するレール９が設けられており、ホイスト５はレール９に案内されてＹ方向に移動可能である。更にホイスト５がワイヤー７を巻き上げ／巻き出しすることにより、吹付け本体部３が上下移動する。以上の構成により、吹付け本体部３は、充填予定空間Ｒ内においてＹ，Ｚ方向に平行移動可能である。

吹付け材供給部１７は、チューブ１５を通じて吹付け材（ベントナイトを含む締固め土）を吹付け本体部３に供給する。吹付け材供給部１７は、通常の吹付け工法で用いられる公知の吹付け機１７ａ、コンプレッサ１７ｂ及び材料供給機１７ｃで構成されている。

吹付け本体部３は、前方の妻面（吹付け面）１１に対して吹付け材を噴射する部分である。なお、妻面１１は、緩衝層１１３のうち側部緩衝層１１３ａの前方に設けられたＸＺ平面に平行な壁の壁面である。詳細は後述するが、妻面１１の上に吹付け材を繰り返し吹付け、１３０ｍの厚さまで積み重ねていくことにより、最終的には、Ｙ方向に１３０ｍの長さをもつ側部緩衝層１１３ａが完成する。

吹付け本体部３は、ワイヤー７が掛けられる吊り下げ治具２１と、吊り下げ治具２１の下面に取り付けられたロボットアーム２３と、ロボットアーム２３のアーム先端に取り付けられたノズルユニット２５と、を備えている。ロボットアーム２３の基部側が吊り下げ治具２１の下面に固定されており、多関節をもつロボットアーム２３が下方に延びている。ノズルユニット２５は、吹付け材を噴射するノズル３１を備えている。また、吊り下げ治具２１の上面には、ロボットアーム２３を制御するための制御コンピュータ２７が搭載されている。ロボットアーム２３は、制御コンピュータ２７からの制御信号に基づいて動作し、ノズルユニット２５の姿勢及び位置を自在に変更することができる。すなわち、ロボットアーム２３は、ノズルユニット２５を駆動しノズルユニット２５の姿勢及び位置を決めるアクチュエータとして機能する。ロボットアーム２３によるノズルユニット２５の可動範囲の上下方向（Ｚ方向）の幅は、例えば０．９ｍである。

ロボットアーム２３は、あらかじめ一連のノズルワークをプログラムとして制御コンピュータ２７に記憶させ、当該プログラムに従う同じノズルワークを繰り返し再生することができる。また、ロボットアーム２３は、制御コンピュータ２７に接続された手動コントローラを操作することにより、作業者が手動でノズル３１の位置及び姿勢を操作することもできる。

吊り下げ治具２１には、Ｘ方向の両側に張り出すガイドローラ２９が取り付けられている。一対のガイドローラ２９がそれぞれ側壁１１１ａ，１１５ａに押し当てられることで、吹付け圧等に起因する吹付け本体部３の揺動が抑制される。また、吊り下げ治具２１の前端面には、前方の画像を撮像するカメラ３０が取り付けられている。カメラ３０は、撮像した画像を画像信号として制御コンピュータ２７に送信する。

続いて、本実施形態の吹付け方法及び緩衝材の形成方法を説明する。本実施形態の吹付け方法は、壁体を形成する方法である。この壁体には、側部緩衝層１１３ａ、上部緩衝層１１３ｂ、下部緩衝層１１３ｃ、及びトンネルの出口を塞ぐためのプラグ埋め戻し材を含む。以下、側部緩衝層１１３ａの施工を例に吹付け方法及び緩衝材の形成方法を説明する。

まず、吹付け装置１を用いて第１の吹付け層５０の第１層体５１を形成する吹付け方法を説明する。この吹付け方法は、第１の吹付け工程と第２の吹付け工程とを備えている。

図７（ａ）に示すように、ノズル３１を初期位置に配置する（第１工程）。ノズル３１から噴射される吹付け材の噴射軸Ｂが底面８２から所定の高さになるように、ホイスト５を駆動して吹付け本体部３のＺ方向の位置を設定し、ロボットアーム２３を駆動してノズル３１のＺ方向の位置を調整する。また、ノズル３１から妻面１１までの距離が約１ｍになるように、吹付け本体部３のＹ方向の位置を設定し、ロボットアーム２３を駆動してノズル３１のＹ方向の位置を調整する。例えば、吹付け開始前のノズル３１から妻面１１までの距離が１．１５ｍであり、吹付け終了後のノズル３１から妻面１１までの距離が１ｍとなるようにノズル３１の位置を設定する。

ノズル３１から吹付け材を噴射しつつ、ノズル３１の噴射軸Ｂを妻面１１上の軌道（水平軌道）Ｔ１に沿って移動させる（第２工程：水平吹付けステップ）。このとき、妻面１１からの尾根部５４ａの厚さｄ１が常に一定になるようにノズル３１からの吹付け材の噴射及びノズルの駆動を行う。例えば、ノズル３１からの単位時間あたりの吹付け材噴出量、吹付け材の噴射速度、及び吹付け材の噴射拡散角度といったノズル３１の仕様に応じて、ノズル３１から妻面１１までの距離、ノズル３１の移動速度、及び吹付け時間を調整する。

第１層体５１を形成するための第２工程は、ノズル３１を妻面１１上の同一の軌道（水平軌道）Ｔ１に沿って往復動させて複数回重ねて吹付けを行うステップ（ノズル往復ステップ）を含んでいる。ここで、吹付け回数とは、軌道Ｔ１に沿って側壁１１１ａから側壁１１５ａまで、又は側壁１１５ａから側壁１１１ａまで吹付ける工程を１回とする。吹付け回数は、第１の吹付け帯部５４の厚さｄ１と、厚さｄ１に対する間隔ｗ１の比（ｄ１／ｗ１）とに基づいて設定される。例えば、吹付け回数は３回に設定される。また、厚さｄ１と間隔ｗ１との比（ｄ１／ｗ１）は、妻面１１を構成する材料に基づいて設定される。第１の吹付け部５２が施工される妻面１１は、コンクリート等吹付け材とは異なる材料により構成されている。吹付け面を構成する材料と、吹付け材とが異なる場合には、吹付け面に対する吹付け材の付着強度が低下する場合がある。このため、厚さｄ１と間隔ｗ１との比（ｄ１／ｗ１）を０．６〜１．２に設定して、第１の吹付け帯部５４の断面積を拡大することにより、側壁１１１ａ，１１５ａとの付着面積を拡大する。付着面積の拡大により、妻面１１からの第１の吹付け帯部５４の材料変形による反りと剥落を抑制することができる。この第２工程により、最下段の第１の吹付け帯部５４が形成される。

図７（ｂ）に示すように、最下段の第１の吹付け帯部５４の形成後、噴射軸Ｂを軌道Ｔ１から上方に例えば０．１５ｍ移動させるように、ロボットアーム２３を駆動してノズル３１の位置を軌道Ｔ２に沿って変更する（第３工程：ノズル上移動ステップ）。軌道Ｔ２は、上下方向（Ｚ方向）に沿った軌道である。軌道Ｔ２の始点は最下段の第１の吹付け帯部５４を形成するための軌道Ｔ１の端部と連続している。軌道Ｔ２の終点は次の第１の吹付け帯部５４を形成するための軌道Ｔ１の端部と連続している。この第３工程により、軌道Ｔ１と次の第１の吹付け帯部５４を形成するための軌道Ｔ１との間隔が所定の間隔ｗ１に設定される。軌道Ｔ１の間隔ｗ１は、略等間隔とされ一例として０．１５ｍに設定される。なお、第３工程では、ノズル３１から吹付け材を噴射させたまま、ノズル３１の位置を変更してもよい。

第３工程を実施した後に、ノズル３１から吹付け材を噴射しつつ、ノズル３１の噴射軸Ｂを妻面１１上の水平の軌道Ｔ１に沿って移動させ、複数回重ねて吹付けを行う（第２工程）。このとき、第１の吹付け帯部５４は、先に形成された第１の吹付け帯部５４の上端５４ｄに、後から施工された第１の吹付け帯部５４の下端５４ｅが重なり合わされるように形成される。この第４工程により、２段目の第１の吹付け帯部５４が施工される。

上述した第２工程（水平吹付けステップ）と第３工程（ノズル上移動ステップ）とを交互に行うことにより、第１の吹付け層５０を構成する第１層体５１が施工される。本実施形態では、第１層体５１のＺ方向の長さは０．９ｍであり、第１の吹付け帯部５４同士の間隔ｗ１は０．１５ｍである。従って、第１層体５１は上下方向に６個の第１の吹付け帯部５４を有している。なお、第１の吹付け部５２を施工する第１の吹付け工程は、上記第２及び第３工程を含む。

また、第１の吹付け部５２を形成する軌道は、水平方向の軌道Ｔ１と上下方向の軌道Ｔ２とを含んでいる。これら水平方向の軌道Ｔ１と上下方向の軌道Ｔ２とは連続した一筆書き状の軌道である。ノズル３１をこのような一筆書き状の軌道に沿って移動させることにより、ノズル３１から吹付け材を連続的に噴射しつつ、第１の吹付け部５２を形成することができる。従って、複数の第１の吹付け帯部５４の繋ぎ目を平面に近い形状にすることができる。

図８（ａ）に示すように、第１の吹付け部５２の形成後、噴射軸Ｂを軌道Ｔ１から下方に０．０７５ｍ移動させるように、ロボットアーム２３を駆動してノズル３１の位置を軌道Ｔ３に沿って変更する（第４工程：ノズル下移動ステップ）。このとき、上下方向（Ｚ方向）に沿って、最上段の第１の吹付け帯部５４の尾根部５４ａと、この第１の吹付け帯部５４の下方に設けられた第１の吹付け帯部５４の尾根部５４ａとの略中央に噴射軸Ｂが配置されるように、ノズル３１を移動する。より詳細には、最上段の第１の吹付け帯部５４を施工した軌道（水平軌道）Ｔ１に対して、下方に所定距離だけ離間した位置に第２の吹付け帯部５６を施工するための軌道Ｔ４が設定されるように、ノズル３１の位置が変更される。この所定距離は、第１の吹付け帯部５４同士の間隔ｗ１の１／２である。

ノズル３１を軌道Ｔ３に沿って移動させた後に、ノズル３１から吹付け材を噴射しつつ、ノズル３１の噴射軸Ｂを側壁１１５ａ側から側壁１１１ａ側に、軌道Ｔ４に沿って移動する（第５工程：水平吹付けステップ）。このとき、軌道Ｔ４に沿った吹付け回数は少なくとも１回以上に設定する。一例として、吹付け回数を１回に設定することにより、第１の吹付け帯部５４の間の谷部５４ｃに吹付け材を充填する。このように、第２の吹付け部５３の表面５３ａが第１の吹付け帯部５４の尾根部５４ａを覆うように、第２の吹付け部５３を施工するために必要な回数を設定する。

図８（ｂ）に示すように、噴射軸Ｂを軌道Ｔ４から下方に０．１５ｍ移動させるように、ロボットアーム２３を駆動してノズル３１の位置を軌道Ｔ５に沿って変更する（第６工程：ノズル下移動ステップ）。この第６工程により、軌道Ｔ４同士の間隔ｗ１が所定の距離に設定される。一例として、間隔ｗ１は０．１５ｍである。なお、第６工程では、ノズル３１から吹付け材を噴射させたまま、軌道Ｔ５に沿ってノズル３１を移動させてもよい。

ノズル３１を軌道Ｔ５に沿って移動させた後に、ノズル３１から吹付け材を噴射しつつ、ノズル３１の噴射軸Ｂを側壁１１１ａ側から側壁１１５ａ側に、軌道Ｔ４に沿って移動させて吹付けを行う（第５工程）。

上述した第５及び第６工程を繰り返し実施することにより、第１の吹付け部５２の各々の谷部５４ｃを埋める第２の吹付け部５３が施工される。このように、第２の吹付け部５３を施工する第２の吹付け工程は、上記第５及び第６工程を含む。そして、最下段の第２の吹付け帯部５６を施工すると、第１の吹付け層５０を構成する一の第１層体５１が完成する。

続いて、吹付け装置１を用いて第２の吹付け層６０を構成する第２層体６１を形成する吹付け方法を説明する。この吹付け方法は、第１の吹付け工程と第２の吹付け工程とを備えている。第２層体６１を形成する吹付け方法は、以下に示す内容を除き、第１の吹付け層５０の第１層体５１を形成する第１の吹付け工程と第２の吹付け工程と同様の方法により実施される。第２層体６１を形成する場合に、第１層体５１を形成する場合と相違する点について詳細に説明する。

図４（ｂ）に示すように、第２の吹付け層６０は、第１の吹付け層５０に対して厚さが相違している。より詳細には、厚さｄ２と間隔ｗ２との比（ｄ２／ｗ２）が、０．２〜０．８に設定される。このような厚さｄ２を有する第１の吹付け帯部６４を形成する場合には、軌道Ｔ１に沿った吹付け回数を、第１の吹付け層５０を施工したときの吹付け回数よりも少なく設定する。例えば、吹付け回数は１回である。

ここで、吹付け回数を１回とした場合には、厚さｄ２が厚さｄ１よりも小さくなる。尾根部６４ａの厚さｄ２が小さくなると、表面５３ａと第２の吹付け帯部６４の斜面６４ｄとのなす角度αが小さくなる。角度αが小さい場合には、噴射軸Ｂと表面５３ａとのなす角度をより垂直に近い状態に保つことができるので、吹付け材のリバウンド率を低減することができる。

一方、第１の吹付け層５０を施工する場合には、妻面１１からの第１の吹付け層５０の剥落を抑制することが重視される。従って、第１の吹付け層５０を施工する場合には、尾根部５４ａの厚さｄ１を大きくすることにより、第１の吹付け層５０と側壁１１１ａ，１１５ａとの付着面積を増加させて妻面１１からの第１の吹付け層５０の剥落を抑制すると共に第１の吹付け層５０の剥落を抑制することができる。

（側部緩衝層の形成方法）
続いて、廃棄体１０３の余裕深度処分施設１０１における側部緩衝層１１３ａの施工方法を例に本実施形態の緩衝材の形成方法を説明する。図３に示すように、側部緩衝層１１３ａの施工では、妻面１１からトンネル１０５の出口に向けて複数の吹付け層５０，６０を積層していく。

はじめに、第１の吹付け層５０を形成する（第１層形成工程）。まず、最下段の第１層体５１を形成する。第１層体５１は、上述した方法により形成する。この第１層体５１を形成する間は、吹付け本体部３の高さは一定に保持され、ノズル３１はロボットアーム２３の駆動により上下方向に移動させる。最下段の第１層体５１を形成した後に、ホイスト５（図２参照）を駆動し、吹付け本体部３を上方（Ｚ方向）に０．９ｍ移動させる。そして、同様の工程を実施して、第１層体５１に対してＺ方向に連結するように次の第１層体５１を形成する。このように、第１層体５１を形成する工程と、吹付け装置１を上方に移動させる工程とを繰り返すことにより、Ｚ方向に互いに連結する複数の第１層体５１を有する第１の吹付け層５０が形成される。

第１の吹付け層５０を形成した後に、ホイスト５（図２参照）の移動により吹付け本体部３をトンネル１０５の出口方向（−Ｙ方向）に０．１５ｍ移動させる。そして、ホイスト５のワイヤー７を下方に伸ばして吹付け本体部３を下降させる。

第１の吹付け層５０の表面５３ａ上に第２の吹付け層６０以降を複数積層する（積層工程）。第２の吹付け層６０は、第１の吹付け層５０と同様に、まず、最下段の第２層体６１を形成する。第２層体６１は上述した方法により形成する。次に、吹付け装置１を上方（＋Ｚ方向）に０．９ｍ移動させる。そして、同様の工程を実施して、第２層体６１に対してＺ方向に連結するように次の第２層体６１を形成する。このように、第２層体６１を形成する工程と、吹付け装置１を＋Ｚ方向に移動させる工程とを繰り返すことにより、Ｚ方向に互いに連結する複数の第２層体６１を有する第２の吹付け層６０が形成される。

さらに、第２の吹付け層６０上に別の第２の吹付け層６０を形成する。第２の吹付け層６０上への別の第２の吹付け層６０の形成を繰り返すことにより、妻面１１からトンネル１０５の延在方向（−Ｙ方向）に向けて複数の第２の吹付け層６０が積層される。従って、廃棄体１０３の余裕深度処分施設１０１において妻面１１からトンネル１０５の延在方向に延びる側部緩衝層１１３ａが第１及び第２の吹付け方法により形成される。すなわち、ベントナイトを含む締固め土からなる吹付け層５０，６０が−Ｙ方向に順次積層され成長し、最終的には、充填予定空間Ｒがすべて吹付け材で充填され、側部緩衝層１１３ａが完成する。

続いて、上述の吹付け方法及び緩衝層の施工方法による作用効果について説明する。

この吹付け方法では、第１の吹付け工程を実施して、第１の吹付け部５２を形成する。次に、第２の吹付け工程を実施して、第２の吹付け部５３を形成する。第２の吹付け部５３は、第１の吹付け部５２の谷部５４ｃを埋めるように形成されるので、第２の吹付け部５３の表面５３ａが平面に近い形状に形成される。そして、第２の吹付け工程の後に再び第１の吹付け工程を実施する場合に、吹付け面が平面に近い形状に形成されているので、表面５３ａに吹付けられる吹付け材のリバウンド率が低減される。従って、この吹付け方法によれば、表面５３ａを平面に近い形状に形成して吹付け材のリバウンド率の低減を図ることができる。

また、第１の吹付け工程では、妻面１１からの尾根部５４ａの厚さｄ１が常に一定になるようにノズルからの噴射及びノズルの駆動を行う。この工程によれば、第１の吹付け層５０及び第２の吹付け層６０の厚さを一定にすることができる。

また、第１の吹付け層５０を施工するときの第１の吹付け工程では、妻面１１上の同じ水平の軌道Ｔ１上に複数回重ねて吹付けを行って第１の吹付け帯部５４を形成する。この工程によれば、妻面１１上の同じ水平の軌道Ｔ１上に吹付ける回数に応じて、第１の吹付け部５２の尾根部５４ａの厚さｄ１を所望の厚さにすることができる。

また、この吹付け方法では、第１の吹付け層５０の厚さを所定の厚さに制御することができる。このため、吹付け面である妻面１１が締固め土以外の材料からなる場合であっても、第１の吹付け層５０の厚さｄ１を大きくすることにより、妻面１１からの第１の吹付け層５０の剥落を抑制することができる。さらに、表面５３ａが吹付け材と同じ場合は、第２の吹付け層６０の厚さｄ２を小さくすることにより、リバウンド率の低減を図ることができる。

この緩衝材の形成方法によれば、トンネル１０５の延在方向（Ｙ方向）の長さに対して幅（Ｘ方向）の長さが短い充填予定空間Ｒに対して、高密度にされた吹付け材からなる緩衝層１１３を形成することができる。

また、側部緩衝層１１３ａの施工は、放射性の廃棄体１０３の近傍で行われるものであるので、作業者の放射線被曝が問題になり易い。これに対し、本実施形態の吹付け方法及び吹付け装置１では、プログラム動作再生工程をロボットアーム２３によって自動的に無人で行うことができる。よって、作業者の放射線被曝を低減させることができ、ひいては、人件費を低減することができる。

以上、本発明の吹付け方法及び緩衝材の形成方法について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態で例示した構成要素の具体的な寸法、距離等の数値は、説明の理解を容易にするための一例であり、本発明を限定するものではない。

例えば、本実施形態の吹付け方法及び緩衝層の施工方法は、作業者により実施してもよい。

また、吹付け装置１は、ロボットアームを用いたファクトリーオートメーション（ＦＡ）ロボットに限定されない。例えば、油圧式ロボットやバックホウ形態のアタッチメントを用いたロボットであってもよい。

以下、第１の吹付け工程を用いて行った実験例について説明する。

（実験例１）
実験例１では、コンクリート面を吹付け面として第１の吹付け部５２を形成した。実験例１における条件は以下の通りとした。
第１の吹付け部５２の大きさ：幅（Ｘ）１．０ｍ×高さ（Ｚ）３．２４ｍ
第１の吹付け部５２の厚さｄ：０．１０ｍ
ノズル３１から吹付け面までの距離：０．９ｍ
吹付け材の含水比：２１．５％
ノズル３１からの吹付け材の供給量：１２．５ｋｇ／１０ｓｅｃ
リバウンド材の回収方法：吸引回収
吹付け回数：最大６回

この実験例１を実施してリバウンド率を確認した。リバウンド率は、ノズル３１から供給した吹付け材の重量に対する吸引回収されたリバウンド材の重量の比とした。実験例１では、リバウンド率は平均４２．７％であることがわかった。

（実験例２）
実験例２では、吹付け材と同じベントナイトを含む締固め土からなる面に第１の吹付け部５２を形成した。実験例２における条件は以下の通りとした。
第１の吹付け部５２の大きさ：幅（Ｘ）１．０ｍ×高さ（Ｚ）３．２４ｍ
第１の吹付け部５２の厚さｄ：０．０５ｍ
ノズル３１から吹付け面までの距離：０．９ｍ
吹付け材の含水比：２１．５％
ノズル３１からの吹付け材の供給量：１２．５ｋｇ／１０ｓｅｃ
リバウンド材の回収方法：吸引回収
吹付け回数：最大１０回

この実験例２を実施してリバウンド率を確認したところ、リバウンド率は平均３６．６％であった。従って、吹付け材と同じベントナイトを含む締固め土からなる面に第１の吹付け部５２を形成する場合にはリバウンド率が低減されることがわかった。吹付け面が吹付け材と同じ材料からなる場合には、第１の吹付け帯部５４の剥落を防ぐためにある程度の厚さを確保する必要がない。このため、吹付け材の吹付けにより形成される凹凸が小さくされ、吹付け材の吹付け方向と吹付け面との間の角度が略垂直に保たれているためにリバウンド率が低減されていると考えられる。また、実験例２では、第１の吹付け帯部５４と吹付け面との間の付着領域の大きさは０．２４５ｍであることがわかった。

（実験例３）
実験例３では、吹付け材と同じベントナイトを含む締固め土からなる面に第１の吹付け部５２を形成した。実験例３における条件は以下の通りとした。なお、実験例３は、実験例２に対してノズル３１から吹付け面までの距離が相違している。その他の条件は、実験例２と同じである。
第１の吹付け部５２の大きさ：幅（Ｘ）１．０ｍ×高さ（Ｚ）３．２４ｍ
第１の吹付け部５２の厚さｄ：０．０５ｍ
ノズル３１から吹付け面までの距離：１．１ｍ
吹付け材の含水比：２１．５％
ノズル３１からの吹付け材の供給量：１２．５ｋｇ／１０ｓｅｃ
リバウンド材の回収方法：吸引回収
吹付け回数：最大１０回

この実験例３を実施してリバウンド率を確認したところ、リバウンド率は平均２９．１％であった。また、実験例３では、第１の吹付け帯部５４と吹付け面との間の付着領域の大きさは０．３ｍであることがわかった。ここで、ノズル３１から吹付け面までの距離は、第１の吹付け部５２を形成する前のノズル３１から吹付け面までの距離である。ノズル３１から吹付け面までの距離が大きくされると、ノズル３１から噴射される吹付け材の拡散領域が大きくなるので、第１の吹付け帯部５４と吹付け面との間の付着領域が拡大し、凹凸が少ない吹付け面となる。従って、吹付け材の吹付け方向と吹付け面との間の角度を一層垂直に近い状態に保つことができるので、リバウンド率がさらに低減されると考えられる。

１…吹付け装置、３…本体部、５…ホイスト、７…ワイヤー、９…レール、１１…妻面、１５…チューブ、１７…材供給部、１７ａ…吹付け機、１７ｂ…コンプレッサ、１７ｃ…材料供給機、２１…治具、２３…ロボットアーム、２５…ノズルユニット、２７…制御コンピュータ、２９…ガイドローラ、３０…カメラ、３１…ノズル、５０…第１の吹付け層、５１…第１層体、５２…第１の吹付け部、５３…第２の吹付け部、５３ａ…表面、５４…第１の吹付け帯部、５４ａ…尾根部、５４ｂ…重複部、５４ｃ…谷部、５４ｄ…上端、５４ｅ…下端、５６…第２の吹付け帯部、６０…第２の吹付け層、６１…第２層体、６２…第３の吹付け部、６３…第４の吹付け部、６４…第３の吹付け帯部、６４ａ…尾根部、６４ｃ…谷部、６４ｄ…斜面、６６…第４の吹付け帯部、８２…底面、１０１…余裕深度処分施設、１０３…廃棄体、１０５…トンネル、１０７…充填材、１０９…コンクリートピット、１１１…低拡散層、１１１ａ…側壁、１１３…緩衝層、１１３ａ…側部緩衝層、１１３ｂ…上部緩衝層、１１３ｃ…下部緩衝層、１１５…埋め戻し層、１１５Ｓ…側部埋め戻し層、１１５Ｕ…上部埋め戻し層、１１５ａ…側壁、１１６…床部材、Ｂ…噴射軸、Ｒ…充填予定空間、Ｔ１〜Ｔ５…軌道、ｗ１，ｗ２…配列間隔、α…角度。

Claims (9)

1. 吹付け材をノズルから噴射し、放射性廃棄物の地層処分施設においてベントナイトを含む締固め土からなる壁体を吹付け工法で構築するための吹付け方法であって、
   所定の吹付け面上で水平に延びる第１の吹付け帯部を、下から順に互いに一部ずつ重なり合わせて上下方向に略等間隔で複数配列するように形成することで、上下方向に交互に現れる複数の尾根部と複数の谷部とを有する第１の吹付け部を前記吹付け面上に形成する第１の吹付け工程と、
   前記第１の吹付け部の各々の前記谷部を埋めるように、水平に延びる第２の吹付け帯部を上下方向に複数配列するように形成することで、第２の吹付け部を前記第１の吹付け部上に形成する第２の吹付け工程と、を備える吹付け方法。
2. 前記第１の吹付け工程では、
   前記吹付け面からの前記尾根部の厚さが常に一定になるように前記ノズルからの噴射及び前記ノズルの駆動を行う請求項１に記載の吹付け方法。
3. 前記第１の吹付け工程では、
   前記吹付け面上の同じ水平軌道上に複数回重ねて吹付けを行って前記第１の吹付け帯部を形成する請求項１又は２に記載の吹付け方法。
4. 前記第１の吹付け工程では、
   前記ノズルを水平に移動させながら前記第１の吹付け帯部を形成する水平吹付けステップと、
   前記ノズルを所定距離だけ上方に移動させるノズル上移動ステップと、を交互に行う請求項１〜３の何れか１項に記載の吹付け方法。
5. 前記水平吹付けステップは、
   前記ノズルを同一の水平軌道上で往復動させるノズル往復ステップを含む請求項４に記載の吹付け方法。
6. 前記吹付け面が前記締固め土以外からなり、
   前記吹付け面からの前記尾根部の厚さをｄとし、前記第１の吹付け帯部の上下方向の配列間隔をｗとしたとき、
   ｄ／ｗが０．６〜１．２である請求項１〜５の何れか１項に記載の吹付け方法。
7. 前記吹付け面が前記締固め土からなり、
   前記吹付け面からの前記尾根部の厚さをｄとし、前記第１の吹付け帯部の上下方向の配列間隔をｗとしたとき、
   ｄ／ｗが０．２〜０．８である請求項１〜５の何れか１項に記載の吹付け方法。
8. 放射性廃棄物の地層処分施設において妻壁から坑道の延在方向に延びる緩衝材を、吹付け工法で形成する緩衝材の形成方法であって、
   請求項１〜７の何れか１項に記載の吹付け方法により形成され前記第１の吹付け部と前記第２の吹付け部とを有する吹付け層を、前記妻壁から前記坑道の出口に向けて複数積層していく緩衝材の形成方法。
9. 放射性廃棄物の地層処分施設において妻壁から坑道の延在方向に延びる緩衝材を、吹付け工法で形成する緩衝材の形成方法であって、
   請求項６に記載の吹付け方法によって前記妻壁上に前記壁体の第１層を形成する第１層形成工程と、
   請求項７に記載の吹付け方法によって前記第１層上に第２層以降を複数積層していく積層工程と、を備える緩衝材の形成方法。

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