JP2016217028A

JP2016217028A - 吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物

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Publication number: JP2016217028A
Application number: JP2015103999A
Authority: JP
Inventors: 石井　卓; Taku Ishii; 卓石井; 創石井; So Ishii
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-12-22

Abstract

【課題】人力でも坑道内部に高密度に充てんすることができる吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物を提供する。【解決手段】坑道内部を遮水性材料で埋め戻すために、または、坑道内部の特定区間に遮水性に優れた区間を設けるために、坑道内部の所定の対象空間に吸水膨張性粘土を充てんする方法であって、対象空間に直方体形状、立方体形状または六角柱形状に成形された吸水膨張性粘土からなる複数個のブロック２０を積み上げるとともに、球状に成形された吸水膨張性粘土からなる成形体２８をブロック２０の定置面に敷き均す工程と、ブロック２０相互のすき間に充てんする工程の少なくとも一方を有するようにする。【選択図】図５

Description

本発明は、地下に掘削された坑道に設ける遮水区間を構築するための吸水膨張性粘土の充てん方法およびこの充てん方法により構築される構築物に関し、特に、放射性廃棄物あるいは重金属等有害廃棄物を地下に埋設処分した廃棄物埋設処分施設の坑道を遮水性材料で埋め戻すために適用される吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物、または、坑道の特定区間に遮水性に優れた遮水区間を設けて坑道周囲の岩盤ゆるみ域の難透水性を回復させるための遮水プラグを構築するために適用される吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物に関するものである。

（放射性廃棄物の埋設処分の適用分野）
周知のように地下深部に高レベル（あるいは低レベル）の放射性廃棄物を埋設処分することが検討されている。高レベル放射性廃棄物埋設処分の場合には、廃棄物はガラスと混ぜて固化され、このガラス固化体を炭素鋼などからなるオーバーパックで密閉した廃棄体として処分される。ここで、廃棄体は、図８および図９に示すように、地下深部の比較的安定した地山内に構築された、略環状に繋がる主要坑道１と、この主要坑道１と繋がるように形成した処分坑道２とからなる廃棄物埋設処分施設における処分坑道２内に処分される（例えば、特許文献１を参照）。

このような施設において廃棄体が処分された坑道をそのままにしておくと、坑道の周辺地山の緩みが拡大したり、地下水の卓越した水みちが形成され、廃棄物埋設処分施設全体としてのバリア性能を低下させるおそれがある。このため、地山と同等以上の低透水性の材料（埋め戻し材）によって、例えば図１−１に示すように坑道１０を埋め戻すことが必要であり、この埋め戻し材として膨潤性や放射性物質の吸着性に優れるベントナイトを用いることが検討されている。

ベントナイトを埋め戻し材として使用した場合には、地山から坑道に浸入した地下水が接触してベントナイトが吸水膨張し地山を押圧するとともに地山の水みちとなる割れ目をシールすることによってさらなる地下水の浸入を防止することができ、かつ吸水膨張に伴い埋め戻し材の透水係数が低下することで地下水の浸透を防止することができる。これにより、放射性廃棄物を確実に外部の自然環境から隔離して処分することが可能になる。

さらに、地下の岩盤内に坑道を掘削すると、それまで岩盤が受けていた地圧が開放されて、坑道周囲の岩盤はゆるみを生じ、岩盤が本来有していた難透水性が損なわれる。このようなデメリットを改善するために、例えば図２−１に示すように坑道１０内部の特定区間に遮水性に優れた遮水区間１２を設けることが考えられている。このような遮水区間１２を遮水プラグと称す。遮水プラグは、例えば図２−１に示すように、当該坑道区間の前後に設けた剛性壁１４をタイロッド１６で連結固定して移動しないようにし、さらに坑道１０周囲の岩盤とで拘束された区間に、吸水膨張性粘土１８（例えばベントナイト粘土）を高密度に充てんして構築される。図２−２に概念的に示したように、坑道１０への廃棄体の埋設処分が終了し、坑道１０に地下水が浸透してくると、遮水プラグの吸水膨張性粘土１８は膨張圧を発揮して坑道１０周囲の岩盤を押し返すので、坑道１０周囲の岩盤は再び拘束応力を受けて、ゆるみが減少し、難透水性が回復する。

一方、低レベル放射性廃棄物の埋設処分の場合には、図１０に示すように、地表近くの浅い位置に設けた埋設処分施設４に処分できる廃棄物とは別に、より濃度の高い廃棄物は、地下に比較的大きな処分坑道２を掘削して、コンクリート容器等に格納した廃棄物容器を、その処分坑道２内に定置してから施設を閉鎖して埋設処分する。この場合も、地上から地下の処分坑道に至るアクセス用の主要坑道１は遮水することが求められる。したがって、図１−１と同様の坑道の埋め戻しと、図２−１と同様の遮水区間を設ける必要がある。

（放射性廃棄物の埋設処分とは別の適用分野）
重金属等有害廃棄物を地下に埋設処分した廃棄物埋設処分施設においても、図１−１もしくは図２−１に示したように、坑道に遮水区間を設ける場合がある。

（既存の充てん技術）
坑道の特定区間に充てんする埋め戻し材、もしくは高密度に充てんする吸水膨張性粘土としては、例えば、ベントナイト原鉱石を破砕したベントナイト破砕材、ベントナイトを板状に圧密成形したベントナイトプレートを破砕したベントナイト破砕材、ベントナイトを例えば円柱状に圧密成形したベントナイトペレット、ベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形したベントナイトボールなど、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の大きさに形成した各種のベントナイト成形体（ベントナイト粒状体）を用いることが検討されている（例えば、特許文献２〜６を参照）。

ところで、上記のようなベントナイト成形体を用いて優れた所定の性能を発揮させるためには、すなわち高密度のベントナイト充てん層を形成するためには、所定の空間にどれだけの質量のベントナイトを詰め込めるかが重要であるため、球状に高密度成形されたベントナイト成形体を可及的に高密度で形成し、かつその球状に高密度成形されたベントナイト成形体を可及的に高充てん率で充てん（施工）する必要がある。

これを解決する技術として特許文献５がある。この技術は、粉体のベントナイトに水を加えて混ぜ合わせるとともに、押し出し造粒工程でディスクダイ（押し出し造粒機）を用いて湿潤状態の円柱状のベントナイト成形体を成形し、押し出し造粒工程で成形したベントナイト成形体を転動造粒工程で球形に成形し、さらに転動造粒工程で成形した球形のベントナイト成形体を乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥工程で乾燥して、球状に高密度成形されたベントナイト成形体を製造する方法である。

このベントナイト成形体の製造方法によれば、高い圧力を使用したり、複雑な工程を要することなく、乾燥密度が充分に高い高密度の略球形のベントナイト成形体を効率よく容易に製造することが可能である。また、このように製造した球状に高密度成形されたベントナイト成形体を所定の空間に自由落下で投入するだけで充分に高密度（理論的に約７５％）の充てん率で充てんすることが可能になる。

しかも、上記の製造方法では、押出孔の孔径が異なるディスクダイを用いることで粒径が異なるベントナイト成形体を容易にかつ大量に製造することが可能であるから、上記の製造方法により粒径が異なる複数種類の球状に高密度成形されたベントナイト成形体（以下、高密度球状ペレットと称す）を製造し、それら複数種類のベントナイト成形体を所定比率で混合して充てんすることにより充てん率をさらに高めることが可能であり、それによりバリア性能に優れたベントナイト遮水層を容易に形成することが可能になる。

ところで、狭いすき間への充てんとは異なり、大空間となる坑道区間を高密度球状ペレットで高密度に充てんする場合には、非常に多くの高密度球状ペレットの製造が必要となるので、さらなるコスト低減のために、大粒径の高密度球状ペレットを製造することが望ましい。しかしながら、大粒径の高密度球状ペレットを製造するには製造工程に占める乾燥工程が著しく長期化するため、効率的な製造が困難であった。

この課題を解決する方法として、高密度球状ペレットよりも寸法の大きい直方体、立方体あるいは六角柱形状の高密度圧縮成型体（以下、高密度圧縮成型ブロックと称す）を作り、坑道区間の空間に積み上げて充てんすることが考えられている。この高密度圧縮成型ブロックは金型内におけるプレス成型作業により比較的容易に製作可能である。

当該坑道区間は剛性壁で仕切られている部位への充てんとなる場合がある。すなわち、図９に示すような多数の坑道群で構成される埋設処分施設では、図中に符号３で示したような仕切り構造を各処分坑道２の終端部に設けることになる。あるいは、同図に符号３で示した部位は、遮水プラグが設置される区間に相当している場合もある。

例えば、図１−１、図１−２は坑道埋め戻し対象の末端部分への高密度充てんをイメージしたものであるが、閉じられた狭い空間であるため、重機を使うことは困難で、人力による手作業充てんが必要である。

同様に、例えば図２−１に示すような遮水区間においても、狭い閉鎖空間における高密度充てん作業となる。

このような坑道区間への高密度粘土材料の充てん方法として、例えば、図１−１、図１−２に示すように、直方体形状の高密度圧縮成型ブロックを事前に工場生産しておいて、これを現地で人力により積み上げて充てんする方法が現実的であり、この場合、図２−３に示すようにブロック多段積みによる充てん作業が適用される。

（坑道区間の望ましい充てん密度）
坑道埋め戻しあるいは遮水プラグ区間を充てんするベントナイト材料はできるだけ高密度であることが望ましい。なぜならば、当該区間の充てん材が吸水膨張したときの遮水性（難透水性）は充てん密度（単位体積中を満たしているベントナイトの乾燥重量）によって決まるからである。図３−１は非特許文献１に記載の透水係数予測式（ｋ＝１０・ｅｘｐ（−１．３２８ρ−１０．４４７）に基づいてグラフ化した図であり、充てんされているベントナイトの充てん密度（乾燥密度に換算した値）と透水係数の関係を示しており、密度が大きいほど透水係数が小さくなることがわかる。

同図から例えば、ベントナイトの充てん密度を１．０ないしは１．２ｇ／ｃｍ^３にすることにより、透水係数は１×１０^−１１ｍ／ｓから１×１０^−１２ｍ／ｓになることがわかる。非特許文献２にあるように、一辺２０ｃｍの立方体形状でベントナイト乾燥密度１．６ｇ／ｃｍ^３の高密度圧縮成型ブロックを作成できており、プレス圧力をさらに大きくすることでより高密度なブロックの成型も可能である。

なお、同図の横軸として示されている有効ベントナイト密度とは、材料が砂等の骨材とベントナイトの混合材料である場合をも対象にした指標であり、骨材の占めている体積を除いた骨材間隙空間を満たすベントナイトの存在量を乾燥密度値で示した値を意味している。骨材部分は透水係数が十分小さいので、残る空間領域をどの程度のベントナイト密度にできるかを目標値にすることが意味を持つからである。

したがって、ベントナイトの高密度圧縮成型ブロックはこの密度以上になるように製造することになる。ブロックはプレス成型して製作することが可能なので、より高密度にすることは容易である。例えば、ベントナイト密度を１．０ｇ／ｃｍ^３以上にする場合には、ベントナイト１００％配合ではなくて、例えばケイ砂７０％とベントナイト３０％を均質混合して、適度な加水を行ってから金型にプレス成型して作成した高密度圧縮成型ブロックの密度が乾燥密度に換算して１．８ｇ／ｃｍ^３程度になれば、有効ベントナイト密度は１．０ｇ／ｃｍ^３以上となるので、このような配合の高密度圧縮成型ブロックを使用してもよい。この際、加水は製作したブロックの粘結程度に関与するので、ある程度は加湿状態であることが必要である。

図３−２は、有効ベントナイト密度とベントナイト材料の吸水膨張圧の関係を示した非特許文献３のグラフの例である。遮水プラグの坑道区間に充てんする材料は吸水膨張圧を発揮することが求められる。例えば同図において有効ベントナイト密度を１．５〜１．８ｇ／ｃｍ^３にするならば、当該材料の吸水膨張圧は１〜５ＭＰａ相当になる。このような圧力は地圧に換算すると深さ５０〜１００ｍに相当し、地下水で満たされている場合であれば、岩石の水中重量が岩石密度値の半分になるので、深さ１００〜２００ｍに相当することになる。例えば、深さ３００ｍに立地する埋設処分施設であれば、元の地圧の１／３〜２／３まで岩盤の拘束応力を回復させることができる。有効ベントナイト密度が１．５〜１．８ｇ／ｃｍ^３となるような高密度圧縮成型ブロックをプレス製作することは可能である。

特開２００３−２１５２９７号公報特許第４０３６９７５号公報特開平６−４１５１３号公報特許第３５３９９２８号公報特開２００９−２７４９１０号公報特開２０１２−３１６６５号公報

前田、棚井、他、「カルシウム型化及びカルシウム型ベントナイトの基本特性」、ＰＮＣＴＮ８４１０９８−０２１、１９９８年中島均、石井卓、他、「放射性廃棄物処分施設における小型ベントナイトブロック定置工法（その１）」、土木学会第６０回年次学術講演会要旨集、３−３１５、ｐｐ．６２９−６３０、２００５年９月工藤康二、田中幸久、横倉俊幸、北村至、「締固めたベントナイト試料の膨張圧測定方法に関する検討」、第４０回地盤工学研究発表会要旨集、Ｎｏ．１２８９Ｄ−５、ｐｐ．２５７３−２５７４、２００５年７月

（課題１）
吸水膨張性粘土を直方体形状、立方体形状もしくは六角柱形状に高密度に作成した高密度圧縮成型ブロックは、金型内にてプレス成型して作成した場合、寸法に若干のバラツキが生じる。

その原因として、プレス圧のバラツキ、成型後の乾燥収縮による寸法の変化あるいはねじれ変形等がある。その結果、ブロックをすき間なく積み上げることが困難となり、図４に示すように、ブロック２０相互間にすき間が発生し、このすき間が水みちとなって遮水性を損なうことが懸念される。あるいは、本来発揮してほしい吸水膨張圧がすき間空間で緩和されて小さくなることが懸念される。

（課題２）
高密度に吸水膨張性粘土を圧縮成型して作成された高密度圧縮成型ブロックは、適度な水分量を保持していることが望ましい。過度に乾燥していると材料相互の粘結性が不足して割れやすかったり、表面が損傷しやすい。逆に過度に湿潤化すると軟質となり、ブロックを手で持って積み上げる際に凹み変形やねじれ変形が生じる。

作成後の高密度圧縮成型ブロックは乾燥すると粘結性不足による損傷が、湿潤化すると軟質になって凹み変形やねじれ変形が懸念される。また、水分率の変化によって、寸法変化や表面の乾燥ひび割れの発生を起こすことも懸念される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、人力でも坑道内部に高密度に充てんすることができる吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る吸水膨張性粘土の充てん方法は、坑道内部を遮水性材料で埋め戻すために、または、坑道内部の特定区間に遮水性に優れた区間を設けるために、坑道内部の所定の対象空間に吸水膨張性粘土を充てんする方法であって、対象空間に直方体形状、立方体形状または六角柱形状に成形された吸水膨張性粘土からなる複数個のブロックを積み上げるとともに、球状に成形された吸水膨張性粘土からなる成形体を前記ブロックの定置面に敷き均す工程と、前記ブロック相互のすき間に充てんする工程の少なくとも一方を有することを特徴とする。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法は、上述した発明において、球状に成形された前記成形体は、その粒径が略同一であり、その粒径は０．３〜１ｍｍであることを特徴とする。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法は、上述した発明において、球状に成形された前記成形体は、その粒径の粒度範囲が０．３〜５ｍｍであることを特徴とする。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法は、上述した発明において、剛性板の上に載置した前記ブロックの上方から、下方が開口した略キャップ状の蓋を被せて前記剛性板と前記蓋とで前記ブロックを密閉状態に収納した後、この密閉状態の前記ブロックを所定の保管位置または充てん位置まで搬送する工程をさらに有することを特徴とする。

また、本発明に係る構築物は、上述した吸水膨張性粘土の充てん方法によって構築される構築物であって、坑道内部を遮水性材料である前記ブロックおよび前記成形体で埋め戻すことで構築され、または、坑道内部の特定区間に前記ブロックおよび前記成形体を充てんすることで構築され、遮水性に優れることを特徴とする。

本発明に係る吸水膨張性粘土の充てん方法によれば、坑道内部を遮水性材料で埋め戻すために、または、坑道内部の特定区間に遮水性に優れた区間を設けるために、坑道内部の所定の対象空間に吸水膨張性粘土を充てんする方法であって、対象空間に直方体形状、立方体形状または六角柱形状に成形された吸水膨張性粘土からなる複数個のブロックを積み上げるとともに、球状に成形された吸水膨張性粘土からなる成形体を前記ブロックの定置面に敷き均す工程と、前記ブロック相互のすき間に充てんする工程の少なくとも一方を有するので、人力でも坑道内部を吸水膨張性粘土で高密度に充てんすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法は、上述した発明において、球状に成形された前記成形体は、その粒径が略同一であり、その粒径は０．３〜１ｍｍであるので、狭い敷き均し厚さあるいはブロック相互間の狭いすき間に所定の密度の吸水膨張性粘土からなる成形体を容易に充てんすることができる。また、ブロックの配合と密度を適宜組み合わせることで、人力でも容易に坑道内部を高密度に充てんすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法によれば、球状に成形された前記成形体は、その粒径の粒度範囲が０．３〜５ｍｍであるので、さらなる高密度の充てんが可能になるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法によれば、剛性板の上に載置した前記ブロックの上方から、下方が開口した略キャップ状の蓋を被せて前記剛性板と前記蓋とで前記ブロックを密閉状態に収納した後、この密閉状態の前記ブロックを所定の保管位置または充てん位置まで搬送する工程をさらに有するので、剛性板と蓋からなる専用容器でブロックを密閉収納することによって、ブロックの保管中および搬送中におけるブロックの水分変化を防止でき、例えば高密度圧縮成型ブロックの条件変化を心配しないで構築作業が可能である。また、専用容器は、閉鎖されている狭い空間における手作業によるブロック定置配列作業に適した寸法と重量に設定することができるので、搬入および構築場所における仮置き作業を効率的にすることができるという効果を奏する。

図１−１は、坑道の埋め戻しにおけるブロック積みによる構築方法の概念を示す縦断面図である。図１−２は、坑道の埋め戻しにおけるブロック積み構築作業のイメージを示す斜視図である。図２−１は、遮水プラグの構造概念図である。図２−２は、遮水プラグの吸水膨張性粘土による周囲岩盤に付与される圧力のイメージ図である。図２−３は、ブロック積みによる遮水プラグの構築方法の概念図である。図３−１は、有効ベントナイト密度と透水係数の関係を示す図である。図３−２は、有効ベントナイト乾燥密度と最大膨潤圧または膨潤圧の関係を示す図である。図４は、寸法不揃いのブロックの積み上げ構築によって生じるすき間の一例を示す斜視図である。図５は、本発明に係る吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物の実施の形態を示す斜視図であり、寸法不揃いのブロックの積み上げ構築例を示す図である。図６は、粒径１ｍｍ級ペレットと４ｍｍ級ペレットの混合比率（割合）と充てん密度の関係を示す図である。図７−１は、本発明におけるブロックの保管と搬送のための専用容器の一例を示す斜視図であり、（１）は被せ蓋、（２）は底板およびブロック、（３）は専用容器に格納されたブロックである。図７−２は、本発明におけるブロックの保管と搬送のための専用容器の乾燥・湿潤化密閉構造を示す横断面図である。図７−３は、本発明におけるブロックの専用容器の構築箇所への搬送方法の一例を示す図である。図８は、廃棄物埋設処分施設の一例を示す図である。図９は、主要坑道および処分坑道の一例を示す図である。図１０は、低レベル放射性廃棄物の埋設処分施設の一例を示す図である。

以下に、本発明に係る吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物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。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１に係る吸水膨張性粘土の充てん方法は、坑道内部を埋め戻すために、坑道内部の所定の対象空間に吸水膨張性粘土を充てんする方法であって、対象空間に直方体形状に成形されたベントナイト系材料（吸水膨張性粘土）からなる複数個の高密度圧縮成型ブロックを積み上げるとともに、球状に成形されたベントナイト系材料からなる高密度球状ペレット（成形体）をブロックの定置面に敷き均す工程と、ブロック相互間のすき間に充てんする工程の少なくとも一方を有するものである。なお、ブロックの形状は、直方体形状に限るものではなく立方体形状または六角柱形状であってもよい。

図１−１および図１−２は、本実施の形態１に係る吸水膨張性粘土の充てん方法として、坑道埋め戻しに係る坑道端部空間の高密度充てん方法を概念的に示したものである。

まず、図１−１（１）に示すように、坑道一般部２２は現地転圧あるいは吹付け充てんによって構築しておく。坑道終端部では仕切り壁２４が存在しているため閉鎖空間となり、重機施工は困難である。したがって、人力による充てん作業を行う。（２）に示すように、人力にて充てん対象空間に上記のブロック２０を積み上げる。（３）に示すように、作業員が作業困難な空間に至った後は、仕切り壁２４に設けたマンホール２６からブロック２０の積み作業を行う。（４）に示すように、ブロック２０の積み作業が困難な空間には上記のペレット２８を吹込み充填する。

ここで、例えば有効ベントナイト密度１．０ｇ／ｃｍ^３程度となるように充てんするのであれば、図３−１に示すように透水係数は１×１０^−１１ｍ／ｓ程度にすることができる。このような特性を有する高密度圧縮成型ブロックは、ケイ砂７０％とベントナイト３０％を配合した材料で乾燥密度換算値１．８ｇ／ｃｍ^３程度に成型することで製造可能である。

ところで、ベントナイト系材料のような吸水膨張性粘土を直方体形状、立方体形状もしくは六角柱形状に高密度に成形した高密度圧縮成型ブロックは、上述したように金型内にてプレス成型して作成した場合、寸法に若干のバラツキが生じる。このため、図４に示すような不揃いな積み上げ整列状態となり、ブロック２０相互間にすき間が生じてしまう。

このすき間をなくすため、すき間に市販のベントナイト（粉体）を充てんすることには困難を伴う。市販のベントナイトは粉体であり、このまますき間敷き均し材として使用すると、下記の（１）、（２）の問題が生じる。

（１）そもそも粉体のままでは充てん密度を１ｇ／ｃｍ^３以上にすることはできない。
（２）粉体のベントナイトを敷き均しする場合には、粉体が舞ってしまい粉塵となるため、作業環境が悪化する。

図６は、ベントナイト１００％の材料から作った高密度球状ペレット（ペレット粒子の乾燥密度は約１．９５Ｍｇ／ｍ^３以上）を大小２粒径混合して充てんした場合の充てん密度の実験例を示したものである（下記の参考文献１を参照）。

［参考文献１］戸栗智仁、中島均、石井卓、他、「横置き定置方式における緩衝材周辺隙間へのベントナイトペレットの充てん方法に関する研究」、土木学会第６３回年次学術講演会、ＣＳ０５−１２、ｐｐ．１９１−１９２、平成２０年９月

この図に示すように、大小２粒径の高密度球状ペレットを混合充てんした場合の密度は乾燥密度で１．４ｇ／ｃｍ^３程度となる。なお、グラフの横軸右端と左端のプロットは、それぞれ粒径４ｍｍ級もしくは１ｍｍ級の高密度球状ペレット当該粒径のみの単粒で充てんした場合の充てん密度を意味しており、１．２〜１．３ｇ／ｃｍ^３である。

すなわち、ベントナイト１００％の材料から作成された細粒の高密度球状ペレットをすき間充てん材として適用した場合には、有効ベントナイト密度１．０ｇ／ｃｍ^３以上に充てんできることがわかる。

したがって、図５に示すように、ブロック２０を高さ１層分敷き並べるごとに、ブロック２０の上面（定置面）に細粒の高密度球状ペレット２８を敷き均すとともに、各ブロック２０の側面間のすき間に高密度球状ペレット２８を流し込むことによって、すき間の少ない充てんが可能となる。

このすき間充てん厚さおよび敷き均し厚さは数ｍｍ程度とすることが好ましい。この程度の厚さであれば、粒径０．３ｍｍから１ｍｍの高密度球状ペレットを均質に敷き均し充てんすることが可能である。ここで、高密度球状ペレットの粒径としては０．３〜１ｍｍの範囲の略同一のものを採用してもよい。なお、下記の参考文献２に例示されているように、高密度球状ペレットとしては、粒径０．３ｍｍ、０．６ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍのものを作成可能である。

［参考文献２］中島均、齋藤亮、石井卓、「乾燥収縮を利用したベントナイトペレットの製造方法」、原子力学会原子力バックエンド研究、Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．２、ｐｐ．８３−９３、２０１４年１２月

積み上げるブロックを適度に余裕のある寸法と密度に作成し、敷き均しおよびすき間充てんを適度な充てん密度となるように設定することで、目標としていた所期の坑道充てん密度を達成することができる。ブロック間のすき間は水みちとなることがなくなる。このようにすることで、坑道内部に遮水性に優れた本発明の構築物を構築することができる。

このように、本実施の形態によれば、人力でも坑道内部をベントナイト系材料で高密度に充てんすることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、上記の実施の形態１において、粒径０．３〜５ｍｍの粒径の異なる複数種類の高密度球状ペレットを混合して充てんする方法である。図６は、粒径１ｍｍと粒径４ｍｍの高密度球状ペレットを混合して充てんした場合の充てん密度の測定例であるが、ペレット径を単粒にした場合よりも高い密度にできることを示している。例えば、粒径２ｍｍと粒径０．３ｍｍの高密度球状ペレットを混合充てんするならば、厚さ数ｍｍに敷き均すことも容易である。

このように細粒の高密度球状ペレットとして、粒径の粒度範囲が０．３ｍｍ〜５ｍｍの高密度球状ペレットの混合材料を使うことにより、さらに高密度の充てんが可能となる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３は、上記の実施の形態１または２において、高密度圧縮成型ブロックの保管および搬送容器に関する工夫を行ったものである。

図７−１は、高密度圧縮成型ブロックを保管および構築位置まで搬送するための専用容器の適用例を示したものである。（１）は被せ蓋、（２）は底板およびブロック、（３）は専用容器に格納されたブロックである。

この図に示すように、専用容器３０は、剛性の大きい底板３２（剛性板）と、一辺が数１０ｃｍ程度の直方体形状の内空を有し、下方が開口した被せ蓋３４（蓋）と、被せ蓋３４の開口縁の外側に設けられ、両者を留め着ける留め金３６とで構成される。被せ蓋３４は透明な材質で構成している。

作成後のブロック２０は、例えば３列×４段に整列して底板３２上に積載する。このときのブロック２０の形状寸法としては、例えば長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ５０ｍｍとすることができる。このブロック群を格納する専用容器３０の寸法は、一辺が数１０ｃｍ程度の直方体形状となる。底板３２の上に整列載置したブロック２０の上方から、被せ蓋３４を被せることで、各ブロック２０を密閉状態に格納することができる。

この専用容器３０の断面図は図７−２に示すようになっているので、この専用容器３０を多段積みして倉庫（所定の保管位置）内に保管することも可能であるし、一つ一つの専用容器３０を図７−３に示すように昇降機構付き台車３８で構築箇所（所定の充てん位置）に搬送することも可能である。

この場合、閉鎖空間で作業する作業員は、仕切り壁２４のマンホール２６に設けたコンベア４０を通じて搬送された専用容器３０を受け取り、被せ蓋３４を外して、ブロック２０一つ一つを手作業で取り出して積み上げ作業することができる。

ブロック２０の寸法を長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ５０ｍｍ程度にすると、ブロック１個の重量は３ｋｇ程度となるから、作業員は片手での定置作業が可能であり、効率よく充てん作業を行うことができる。

また、当該専用容器３０は、閉鎖されている狭い空間における手作業によるブロック定置配列作業に適した寸法と重量に設定することができるので、搬入および構築場所における仮置き作業を効率的にすることができる。

さらに、当該専用容器３０の内部にブロック２０を格納することによって、保管中ならびに搬送中におけるブロック２０の水分変化を防止できるので、ブロック２０の条件変化を心配しないで構築作業が可能である。

以上説明したように、本発明に係る吸水膨張性粘土の充てん方法によれば、坑道内部を遮水性材料で埋め戻すために、または、坑道内部の特定区間に遮水性に優れた区間を設けるために、坑道内部の所定の対象空間に吸水膨張性粘土を充てんする方法であって、対象空間に直方体形状、立方体形状または六角柱形状に成形された吸水膨張性粘土からなる複数個のブロックを積み上げるとともに、球状に成形された吸水膨張性粘土からなる成形体を前記ブロックの定置面に敷き均す工程と、前記ブロック相互のすき間に充てんする工程の少なくとも一方を有するので、人力でも坑道内部を吸水膨張性粘土で高密度に充てんすることができる。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法は、上述した発明において、球状に成形された前記成形体は、その粒径が略同一であり、その粒径は０．３〜１ｍｍであるので、狭い敷き均し厚さあるいはブロック相互間の狭いすき間に所定の密度の吸水膨張性粘土からなる成形体を容易に充てんすることができる。また、ブロックの配合と密度を適宜組み合わせることで、人力でも容易に坑道内部を高密度に充てんすることができる。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法によれば、球状に成形された前記成形体は、その粒径の粒度範囲が０．３〜５ｍｍであるので、さらなる高密度の充てんが可能になる。

また、本発明に係る他の吸水膨張性粘土の充てん方法によれば、剛性板の上に載置した前記ブロックの上方から、下方が開口した略キャップ状の蓋を被せて前記剛性板と前記蓋とで前記ブロックを密閉状態に収納した後、この密閉状態の前記ブロックを所定の保管位置または充てん位置まで搬送する工程をさらに有するので、剛性板と蓋からなる専用容器でブロックを密閉収納することによって、ブロックの保管中および搬送中におけるブロックの水分変化を防止でき、例えば高密度圧縮成型ブロックの条件変化を心配しないで構築作業が可能である。また、専用容器は、閉鎖されている狭い空間における手作業によるブロック定置配列作業に適した寸法と重量に設定することができるので、搬入および構築場所における仮置き作業を効率的にすることができる。

以上のように、本発明に係る吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物は、放射性廃棄物あるいは重金属等有害廃棄物を地下に埋設処分した廃棄物埋設処分施設の坑道を遮水性材料で埋め戻すために適用される吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物、または、坑道の特定区間に遮水性に優れた遮水区間を設けて坑道周囲の岩盤ゆるみ域の難透水性を回復させるための遮水プラグを構築するために適用される吸水膨張性粘土の充てん方法および構築物に有用であり、特に、人力でも坑道内部に吸水膨張性粘土を高密度に充てんするのに適している。

１０坑道
１２遮水区間
１４剛性壁
１６タイロッド
１８吸水膨張性粘土
２０ブロック
２２坑道一般部
２４仕切り壁
２６マンホール
２８高密度球状ペレット（成形体）
３０専用容器
３２底板（剛性板）
３４被せ蓋（蓋）
３６留め金
３８昇降機構付き台車
４０コンベア

Claims

坑道内部を遮水性材料で埋め戻すために、または、坑道内部の特定区間に遮水性に優れた区間を設けるために、坑道内部の所定の対象空間に吸水膨張性粘土を充てんする方法であって、
対象空間に直方体形状、立方体形状または六角柱形状に成形された吸水膨張性粘土からなる複数個のブロックを積み上げるとともに、
球状に成形された吸水膨張性粘土からなる成形体を前記ブロックの定置面に敷き均す工程と、前記ブロック相互のすき間に充てんする工程の少なくとも一方を有することを特徴とする吸水膨張性粘土の充てん方法。
球状に成形された前記成形体は、その粒径が略同一であり、その粒径は０．３〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の吸水膨張性粘土の充てん方法。
球状に成形された前記成形体は、その粒径の粒度範囲が０．３〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の吸水膨張性粘土の充てん方法。
剛性板の上に載置した前記ブロックの上方から、下方が開口した略キャップ状の蓋を被せて前記剛性板と前記蓋とで前記ブロックを密閉状態に収納した後、この密閉状態の前記ブロックを所定の保管位置または充てん位置まで搬送する工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の吸水膨張性粘土の充てん方法。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の吸水膨張性粘土の充てん方法によって構築される構築物であって、
坑道内部を遮水性材料である前記ブロックおよび前記成形体で埋め戻すことで構築され、または、坑道内部の特定区間に前記ブロックおよび前記成形体を充てんすることで構築され、遮水性に優れることを特徴とする構築物。