JP4250908B2 - 坑道のモニタリング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、坑道のモニタリング方法に関するものであり、特に放射性廃棄物等を地下に埋設処分するための地層処分場のモニタリングに有効に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
放射性廃棄物の地層処分方法は、従来から種々の方法が提案されており、例えば高レベル放射性廃棄物に関しては、廃棄物をガラス原料と共に高温で溶かし合わせてステンレス鋼製のキャニスターに流し込むことにより、ガラス固化体として安定化処理し、このガラス固化体をオーバーパックと称される厚肉鋼板製の密閉容器内に密閉収納し、このオーバーパックを地下数百〜千数百ｍの深さの岩盤中に緩衝材を介して地層処分することが計画されている。
【０００３】
このような地層処分システムにおいて、廃棄体（オーバーパック）を定置埋設するレイアウトとしては、図１６に示すような基本的な４つの方式がある。図１６ (a) は、処分坑道横置き方式であり、左右に一対の主要坑道（搬送坑道）１，１間に水平あるいは上下方向に傾斜させた処分坑道（処分空間）２を所定の間隔をおいて平行に掘削形成し、各処分坑道２内に廃棄体Ａを横にして坑道長手方向に所定の間隔をおいて定置埋設している。図１６ (b) は、処分立坑竪置き方式であり、上部の主要坑道（搬送坑道）１と下部の坑道１’間に垂直の処分孔（処分立坑：処分空間）３を所定の間隔をおいて平行に掘削形成し、各処分立坑３内に廃棄体Ａを竪にして上下方向に所定の間隔をおいて定置埋設している。
【０００４】
図１６ (c) は、処分孔横置き方式であり、処分坑道（搬送坑道）４の両側壁部に水平の処分孔（処分空間）５を坑道長手方向に間隔をおいて掘削形成し、各処分孔５内に廃棄体Ａを横にして定置埋設している。図１６ (d) は、処分孔竪置き方式であり、処分坑道４の底部に垂直の処分孔（処分空間）６を坑道長手方向に間隔をおいて掘削形成し、各処分孔６内に廃棄体Ａを竪にして定置埋設している。
【０００５】
このような地層処分システムにおいては、操業前の試験段階や実際の操業段階で、岩盤の変位や地下水の浸入等をモニタリングする必要があり、スウェーデンのプロトタイプ処分場では、図１７に示すような、バリア性能を確認する実証試験が実施されている。
【０００６】
この実証試験では、図１７に示すように、実物大の処分孔６に疑似キャニスターＡと緩衝材Ｃを定置し、上部空間４を埋め戻し、先ず緩衝材Ｃの膨潤挙動をモニタリングしている。この緩衝材の挙動確認のため、多くのセンサー１０１が埋め込まれ、このセンサーからのデータを得るため、隣接して設けた計測用坑道１０２から３０本程度の試錐孔１０３をプロトタイプ処分場１００（処分孔上部坑道４）に向けて掘削し、試錐孔１０３の中に通信ケーブルを配置している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような従来のモニタリング方法では、センサー，試錐孔，通信ケーブルの数が膨大なものとなり、設置作業やメンテナンスに時間がかかり、コストが増大するという課題がある。あるいは、メンテナンスが不可能であり、モニタリングを継続できない場合がある。
【０００８】
また、地層処分場で適用されるセンサーや通信ケーブル等のモニタリング機器は、高温・高圧環境下で長期間の使用に耐える必要があり、モニタリング機器には耐久性が必要とされる。しかし、後述する例に示される通り、モニタリング機器の耐久性は、長期間の使用に対して十分であるとはいえず、従来のモニタリング方法では、一度埋め込んだセンサーやケーブルの交換が難しいという課題がある。
【０００９】
センサーの耐久性に関しては、カナダの地下420ｍの坑道におけるベントナイトプラグとコンクリートプラグの実証試験では、ベントナイトプラグの性能確認のために800個以上のセンサーが設置されたが、その稼動状況は３年間で80％台であった。また、通常の土木工事における情報化施工でも、数年の工事期間終了までに３割程度のセンサーに何らかの問題が生じることが多い。
【００１０】
本発明は、前述のような従来のモニタリング方法の課題を解決すべくなされたもので、本発明の目的は、廃棄物の地層処分場等におけるモニタリングに際し、試錐孔，通信ケーブルの数を少なくすることができると共に、人工バリアに水の通り道が形成されるのを防止することができ、かつ、モニタリング装置を小型で安価な装置とすることができる坑道のモニタリング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１は、廃棄物が緩衝材を介して埋設される処分坑道または処分孔と、この処分坑道または処分孔に廃棄物を搬送するための坑道を備えた地層処分場におけるモニタリング方法であり、処分孔を有する処分坑道または主要坑道の近傍や周辺の岩盤内または坑道支保工の内部や表面、あるいは、処分坑道または処分孔の近傍や周辺の岩盤内または処分坑道または処分孔の内部や表面に、ボーリング孔による走行路あるいはボーリング孔内に走行管を設置した走行路を設け、前記走行路の内部に、計測データを無線で受信する受信器を有するデータ収集機器が内蔵された本体と本体両端部の移動安定装置から構成されている移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分坑道または処分孔内や坑道内の充填材（緩衝材や埋め戻し材・プラグ等）に関連する各種のデータを計測する機能と、計測データを無線で送信する機能を有するモニタリング装置を前記走行路の近傍の岩盤内、または、処分坑道や処分孔の緩衝材中、あるいは処分孔を有する処分坑道の埋め戻し材中に設け、前記モニタリング装置で計測したデータを前記データ収集装置に無線で発信し、走行路内を移動し、あるいは所定の位置に定置した前記データ収集装置で受信して収集することを特徴とする坑道のモニタリング方法である。
【００１３】
この請求項１は、放射性廃棄物等の地層処分場に適用した場合であり、図１６に示す坑道１や４などの近傍の岩盤内に走行路を坑道軸方向と平行または直角に設ける。あるいは、坑道１や４の支保工の内部に坑道軸方向と平行に走行路を設ける。あるいは、図１６に示す処分坑道２，処分孔３，処分孔５，処分孔６などの処分空間の近傍の岩盤内に走行路を処分空間軸方向と平行に設ける。走行路は、ボーリングにより形成し、あるいは、このボーリング孔内に走行管を設置して形成する。走行管の材質は、耐久性のあるプラスチックやセラミックス等が好ましい。一方、モニタリング装置（地中無線センサ）は、処分坑道や処分孔などの処分空間に定置埋設される廃棄体（オーバーパック）等に近接して、あるいは、その近傍に埋設し、または、処分孔に通じる坑道等の埋め戻し材内等に埋設し、例えば、廃棄体の温度など、緩衝材や埋め戻し材の温度、膨潤圧、ひずみなど、周辺岩盤や坑道支保工等の温度、変位、歪み、応力、間隙水圧、空隙、ガス、電位、地下水化学（ｐＨ、Ｅｈ、地下水組成、放射能、電気伝導度等）などを計測する。この計測データを、モニタリング装置に搭載された送信器から無線方式（電磁波方式、音響方式や超音波方式等）で発信し、走行路内を移動し、あるいは、所定の位置に定置されたデータ収集装置の受信器で受信して収集する。
【００１４】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の坑道のモニタリング方法において、データ収集装置は、自走可能なデータ収集機器または外部の駆動手段で移動可能なデータ収集機器にデータの受信器が設けられていることを特徴とする坑道のモニタリング方法である。
【００１５】
この請求項２では、データ収集装置は比較的小径の走行路を移動可能な装置であり、データ収集機器を駆動モータと駆動輪等で自走させ、あるいは、押し棒，ケーブル，流体圧などの外部の駆動手段で走行させる。データ収集機器は、少なくとも受信器が搭載され、受信した計測データを通信ケーブルを介して伝送し、あるいは、データ収集機器のメモリ内に一時的に蓄積するなどする。なお、このデータ収集機器には、センサを搭載し、モニタリング装置（地中無線センサ）とは別の計測を行うようにすることもできる。
【００１６】
本発明の請求項３は、請求項１または２に記載の坑道のモニタリング方法において、モニタリング装置は、密閉容器の中に、電源と、各種の計測を行うセンサと、センサからの計測データを無線で送信する送信器が収納されていることを特徴とする坑道のモニタリング方法である。
【００１７】
この請求項３では、モニタリング装置とデータ収集機器は比較的近くに位置しているため、小型の送信器等を用いることができる。センサは常時作動させてもよいし、電源を節約するために定期的に作動させてもよい。また、モニタリング装置とデータ収集機器にそれぞれ送受信器を設け、モニタリング装置に制御信号を送信してセンサ等を制御することもできる。
【００１８】
以上のような構成の本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法では、坑道の周辺の岩盤内または坑道支保工などに走行路を設け、この走行路内に移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分空間内や坑道内の充填材などに関連する各種のデータをモニタリング装置で計測して無線で発信し、前記データ収集装置で収集するため、従来のスウェーデンのプロトタイプ処分場の場合と比べて、試錐孔，通信ケーブルの数を大幅に削減することができる。
【００１９】
また、モニタリング装置の計測データをデータ収集装置へ無線で伝送するため、緩衝材や埋め戻し材等の人工バリアに水の通り道（通信ケーブルや走行管など）が形成されるのを防止することができ、核種等の選択的移行経路を無くすことができ、処分場の安全性を損なうことがない。また、無線による通信は、モニタリング装置と走行路のデータ収集装置とが比較的近くに位置しているため、例えば１０ｍ程度の短距離の通信であり、小型の通信装置でよく、モニタリング装置を小型で安価な装置とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、高レベル放射性廃棄物の地層処分場に本発明を適用した例である。図１〜図１３は、本発明の基本的なモニタリング方法であり、走行路と移動式のモニタリング装置による坑道のモニタリング方法の実施形態である。
【００２１】
図１は、図１６ (d) の処分孔竪置き方式に適用した例であり、処分坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管１０を坑道４の軸方向と平行に配設し、坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管１１を坑道４の軸方向と直交するように配設している。また、処分坑道４の支保工（吹付けコンクリートと２次覆工コンクリートなど）Ｄ内または支保工Ｄの表面に走行管１２を坑道４の軸方向と平行に配設している。
【００２２】
さらに、坑道４の底部に垂直に掘削形成された処分孔６の近傍における岩盤Ｂ内に走行管１３を処分孔６の軸方向と平行に配設し、処分孔６の緩衝材（ベントナイトを主な成分とする混合土など）Ｃの内部における廃棄体（オーバーパック）Ａの外側に走行管１４を処分孔６の軸方向と平行に配設している。なお、緩衝材Ｃのベントナイト混合土は、力学的な緩衝機能，低透水性能，放射性物質の低拡散性能を有する材料であり、岩盤圧や地下水の影響を低減し、核種の移行を遅延させることができるものである。
【００２３】
このような走行管１０〜１４内に移動式のモニタリング装置２０を配置し、モニタリング装置２０を移動させながら、あるいは、所定の位置に定置させて、後述する種々の測定や採水などのモニタリングを行なう。また、必要に応じて、走行管からモニタリング装置２０を取り出して、センサーや通信ケーブル等の交換やメンテナンスを行なう。
【００２４】
モニタリング装置２０は、例えば図１ (b) に示すように、センサー等のモニタリング機器が内蔵された本体２１と、この本体２１の両端部に配置された移動安定装置２２などから構成されている。移動安定装置２１には、その周方向に間隔をおいて車輪、ローラあるいはスライダー２３等が複数配設されている。本体２１には、１種類のセンサー等を搭載してもよいし、複数個のセンサー等を搭載するようにしてもよい。
【００２５】
例えば、図２ (a) は処分孔内の人工バリア（緩衝材）のモニタリング概念図であり、処分孔６の緩衝材Ｃ内に走行管１４を設置し、この走行管１４の内部に種々のセンサー等を備えた各種モニタリング装置２０を上下に移動させることで、様々なデータを走行管１４内の任意の位置で取得することが可能となる。従来と比べて、センサーの数を大幅に減少させることができ、コストの削減が可能となる。
【００２６】
図２ (b) は天然バリア（岩盤）のモニタリング概念図であり、処分坑道４の周辺母岩に沿って水平ボーリングを行い、このボーリング孔に走行管１０を設置し、この走行管１０の内部にモニタリング装置２０を水平移動させることで、広範囲にわたって１つのセンサーでモニタリングすることが可能となる。センサー等の種類を替えることで、多くの項目をモニタリングすることも可能である。
【００２７】
なお、モニタリング装置２０を常時移動させる必要がない場合には、交換時にのみ移動させるという使い方で十分である。
【００２８】
(1) 走行管の配置レイアウト
図３はオーバーパック近傍の人工バリア内に走行管を設置する場合の走行管の配置レイアウト例を示したものである。処分孔竪置き方式では、図３ (a) に示すように、直線状の走行管１４内をモニタリング装置２０が上下に往復移動する往復型や、廃棄体Ａの周りに環状に配置した走行管１４内をモニタリング装置２０が循環移動する循環型などが考えられる。
【００２９】
処分坑道横置き方式では、図３ (b) に示すように、処分坑道２の軸方向に平行に配設された走行管１４内をモニタリング装置２０が一方向に水平移動する一方通行型、比較的短い走行管１４内をモニタリング装置２０が水平往復移動する往復型、１個ないし複数個の廃棄体Ａの周りをモニタリング装置２０が循環移動する循環型などが考えられる。
【００３０】
図４は天然バリアの配置レイアウト例を示したものであり、図４ (a) の処分孔竪置き方式の処分坑道４では、一方通行型などとし、図４ (b) の処分孔竪置き方式の処分孔６では、往復型などとする。
【００３１】
(2) モニタリング装置の移動方式
図５はモニタリング装置２０の移動方式の例を示したものである。図５ (a) は、移動安定装置２２に走行管の内面を転動する駆動輪２３を複数設け、自走させる自走式の例である。駆動輪２３の駆動モータには電力ケーブル２４で電力を供給する。これに限らず、バッテリー電源式とすることもできる。
【００３２】
図５ (b) は、モニタリング装置２０の片側から伸縮棒等の押し込み装置２５により押し引きする片押し式の例である。処分孔竪置き方式のように上下移動させる場合には、重力を利用できるため、ケーブルとウインチ等による巻き上げ・巻き下げ方式とすることができる。
【００３３】
図５ (c) は、モニタリング装置２０の両端に連結した牽引ケーブル２６で牽引するケーブル式の例である。処分孔竪置き方式のように上下移動させる場合には、モニタリング装置２０の上端部のみに牽引ケーブル２６を連結すればよい。
【００３４】
図５ (d) は、空気圧あるいは液圧（走行管内に液を充填する場合）２７でモニタリング装置２０を移動させる圧力式の例である。一方向の移動に空気圧等を使用し、他方向の移動に牽引ケーブル２６を使用してもよいし、両方向の移動に空気圧等を使用することもできる。
【００３５】
(3) モニタリング装置の形状
図６はモニタリング装置２０の形状の例を示したものである。図６ (a) は、円筒形の本体２１の両端部に車輪付きの移動安定装置２２を設けた基本形の例である。この場合、直線状の走行管内での走行性が良好となる。
【００３６】
図６ (b) は、本体２１の中央部を２分割してピンヒンジ等で連結し、折れ曲がるようにした中折れ型の例である。この場合、曲線状の走行管内での走行が円滑となる。折り曲げる箇所は、本体２１に限らず、その他の部分でもよい。
【００３７】
図６ (c) は、モニタリング装置２０の両端に流線型の端部２８を設けた例である。この場合、液体中を移動させる場合に有効である。
【００３８】
図６ (d) は、装置全体を球型にした例であり、球形の本体２１の中央に移動安定装置２２を設けている。この場合、形状がコンパクトであるため、走行性がよい。
【００３９】
図６ (e) は、円筒形の本体２１のみからなる例であり、移動安定装置２２が無くても、直線状の走行管の場合は十分に走行可能と考えられる。
【００４０】
図６ (f) は、球形の本体２１のみからなる例である。移動方式が圧力方式（空気圧・液圧）で、かつ、データ保存装置を内蔵させれば、ケーブルも不要であり、簡素なシステムになる。
【００４１】
(4) モニタリング装置の交換方法
移動式のモニタリング装置の特徴である「交換しやすさ」や「メンテナンスのし易さ」を向上させるため、図７ (a) に示すように、走行管１４の端部から使用していたモニタリング装置２０を直接取り出し、新しいモニタリング装置２０を挿入し、モニタリング装置を完全に取り替える方式が最も簡単である。
【００４２】
これに対し、常時モニタリングをする必要がなく、モニタリング装置２０を一時的に別の場所に保管しておきたい場合、また、走行管内の雰囲気を乱したくない場合などには、図７ (b) に示すように、走行管１４の一部とモニタリング装置２０を一体化して着脱する方式が考えられる。この場合、走行管１４内の雰囲気が一定に保たれるため、人工バリアへの影響が小さい。センサー自体のキャリブレーションも容易になる。
【００４３】
(5) モニタリング装置からのデータ伝送方式
モニタリング装置２０のセンサーで取得したデータは、図８ (a) に示すように、移動用ケーブルを兼ねる通信ケーブル３０を用い、パソコン等の記録装置３１に直接伝送する方式が考えられる。この方式は、信頼性が高いが、通信距離が長くなる場合にはケーブルに負担がかかる。
【００４４】
また、センサーにメモリを内蔵させ、モニタリングしたデータをメモリ内に一時的に蓄積する方式も考えられる。図８ (b) に示すように、データが保存されたモニタリング装置２０を走行管１４内の所定の位置まで移動させ、記録装置３１に接続してデータを保存する。場合によっては、モニタリング装置２０を走行管１４から取り外して記録装置３１に接続する。モニタリング装置２０の移動方式が圧力方式の場合、ケーブルが不要になるため、システムを簡素化できる。
【００４５】
なお、以上のようなデータ伝送方式に限らず、無線でデータを伝送することも可能である。
【００４６】
また、モニタリング装置２０の走行は、有線方式や無線方式で、オペレータの操作により制御され、あるいはコンピュータにより自動制御される。
【００４７】
(6) 走行管の埋め戻し
実際の操業段階で廃棄体Ａや緩衝材Ｃ等の搬送や定置の作業の間、モニタリングを継続し、これらの作業が終了すると、搬送坑道等を埋め戻して永久閉鎖することになるが、天然バリアや人工バリア内に設置された走行管が将来の水の通りみちになることを防止するため、適切に埋め戻し処理する必要がある。このような埋め戻し処理の一例を図９に示す。
【００４８】
図９において、（1） 先ずモニタリング装置２０を走行管１４内から撤去した後、走行管１４の内部にベントナイトＣを注入する。（2） 緩衝材Ｃの上面から所定の距離だけ走行管１４の上部の周囲の緩衝材Ｃを掘削する。（3） 走行管１４の上部を切断除去する。（4） 掘削した空間を緩衝材Ｃで埋め戻す。
【００４９】
(7) 走行管
移動式のモニタリング装置２０の場合、装置自体は交換可能であるため、交換しながら長期間のモニタリングが可能となる。しかし、走行管１０〜１４の交換は困難であるため、走行管は耐久性のある材質、例えばプラスチックやセラミックスとするのが好ましい。
【００５０】
(8) その他
図１０ (a) に示すように、人工バリア（緩衝材Ｃ）への影響を小さくするため、走行管１４内に窒素等の不活性ガスを封入することも考えられる。
【００５１】
また、図１０ (b) に示すように、走行管１４に通水用孔４０を設けるなどして、再冠水後に走行管１４内に間隙水が浸入可能な構造とすることにより、緩衝材間隙水のｐＨ等の化学特性もモニタリングすることができる。
【００５２】
さらに、図１０ (c) に示すように、モニタリング装置２０に清掃ブラシ４１を設け、走行管１４のメンテナンスを実施することもできる。
【００５３】
(9) 具体的な測定例
図１１は、図１の処分孔竪置き方式における岩盤関連のモニタリングの例を示したものである。図１１ (a) は、モニタリング装置２０に移動式傾斜計２０−１を使用し、岩盤Ｂ内に設置した処分坑道４に平行な３本の走行管１０（１本でもよい）内を水平移動させ、トンネル軸方向の岩盤変位を測定する例である。この測定値から歪みや応力を算出することができる。
【００５４】
図１１ (b) は、岩盤Ｂ内に設置した処分坑道４に垂直な走行管１１内に移動式傾斜計２０−１を上下移動させ、トンネル直角方向の歪みや応力を測定する例である。
【００５５】
図１１ (c) は、モニタリング装置２０に移動式採水装置２０−２を使用し、走行管１０内を水平移動させ、所定の位置で地下水を採取する例である。採水後、試験室で地下水組成を測定する。なお、走行管１０の所定位置にパッカーや弁等を設置しておくこともできる。また、直接、ｐＨ計を走行させることも可能である。
【００５６】
図１２は、図１の処分孔竪置き方式における支保工関連のモニタリングの例を示したものである。図１２ (a) は、モニタリング装置２０に移動式傾斜計２０−１を使用し、支保工Ｄ内に設置した処分坑道４に平行な３本の走行管１２（１本でもよい）内を水平移動させ、トンネル軸方向の支保工変位を測定する例である。この測定値から歪みや応力を算出することができる。
【００５７】
図１２ (b) は、モニタリング装置２０に移動式採水装置２０−２を使用し、走行管１２内を水平移動させ、所定の位置で地下水を採取する例である。採水後、試験室で地下水組成を測定する。この場合、地盤中地下水組成との比較ができる。なお、走行管１２の所定位置にパッカーや弁等を設置しておくこともできる。また、直接、ｐＨ計を走行させることも可能である。
【００５８】
図１２ (c) は、モニタリング装置２０に移動式超音波測定器２０−３を使用し、走行管１２内を水平移動させ、支保工Ｄの背面の空隙を測定する例である。
【００５９】
図１３は支保工関連のその他のモニタリング等の例を示したものである。図１３ (a) は、走行管１２を支保工Ｄの２次覆工排水層内（排水シート内）に２本設置し（１本でもよい）、排水層に浸入する地下水を通水孔等を有する走行管１２に集水し、処分坑道４の端部より排水する例である。その際、水量と組成を測定する。
【００６０】
図１３ (b) は、長期間供用中に支保工Ｄの背面に空隙が発生し、処分坑道４の健全性を維持するのが難しくなった場合には、走行管１２を予めダブルパッカー式スリーブパイプとし、グラウトの注入を行なう例である。管の閉塞にも利用することができる。グラウト材料は、セメント系やベントナイト系などを使用する。
【００６１】
なお、以上は、図１６に示す放射性廃棄物の地層処分場に適用した場合について説明したが、これに限らず、その他の廃棄物の埋設処分にも適用が可能であり、さらに、通常のトンネルのモニタリングにも適用が可能である。
【００６２】
次に、図１４、図１５は、本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法（請求項１〜３）の実施形態である。図１４は、実験段階（実験場）に適用した場合を示している。
【００６３】
図１４は、図１と同様に、処分孔竪置き方式であり、処分坑道４の支保工（吹付けコンクリートと２次覆工コンクリートなど）Ｄ内または支保工Ｄの表面に走行管１２が坑道４の軸方向と平行に配設されている。なお、処分坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管を坑道４の軸方向と平行に配設し、坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管を坑道４の軸方向と直交するように配設してもよい（図示省略、図１参照）。また、坑道４の底部に垂直に掘削形成された処分孔６内に廃棄体（オーバーパック）Ａが緩衝材（ベントナイトを主な成分とする混合土など）Ｃにより定置埋設されている。なお、処分坑道４の奥側が埋め戻し材Ｅで埋め戻され、プラグＦで閉鎖されている。
【００６４】
このような処分坑道４において、図１４に示すように、走行管１２内に移動式のデータ収集装置５０を配置し、緩衝材Ｃおよび埋め戻し材Ｅなどの中に地中無線センサによるモニタリング装置５１を埋設し、各種のデータをモニタリング装置５１のセンサで計測し、この計測されたデータを無線でデータ収集装置５０に発信し、このデータ信号をデータ収集装置５１で収集する。データ収集装置５０は、走行管１２内を移動させながら、あるいは、所定の位置に定置させて、データを収集する。必要に応じて、データ収集装置５０は交換・メンテナンス位置５２から取り出して、部品の交換やメンテナンスを行う。
【００６５】
移動式のデータ収集装置５０は、図１５に示すように、データ収集機器が内蔵された本体５３と、車輪やローラやスライダー等の移動安定装置５４などから構成されている。本体５３には、少なくとも、データ収集機器の無線の受信器が搭載されている。
【００６６】
移動式のデータ収集装置５０の移動方式は、図１の移動式のモニタリング装置２０と同様であり、図５に示すような、駆動輪と駆動モータを用いた電力ケーブル供給方式やバッテリー電源方式、その他の方式を採用できる。また、形状も図６に示す種々の形状を採用することができる。また、データ収集装置５０で収集したデータは、図１の移動式のモニタリング装置２０と同様に、通信ケーブルでパソコン等の記録装置に伝送する方式、データ収集機器にメモリを内蔵させて一次的に蓄積しておく方式、無線で記録装置に伝送する方式などを採用することができる。
【００６７】
地中無線センサによるモニタリング装置５１は、図１４に示すように、密閉容器５５の中に、電源５６と、各種の計測を行うセンサ５７と、センサ５７からの計測データを無線で送信する送信器５８などを搭載して構成されている。信号の無線伝送には、電磁気信号による電磁波方式あるいは音波信号による音響方式・超音波方式等を用いる。
【００６８】
埋設してあるセンサ５７からの計測データを、近傍を走行し、あるいは近傍に定置されたデータ収集装置５０で収集するため、バリア（緩衝材Ｃや埋め戻し材Ｅなど）に水の通りみち（通信ケーブルや走行管など）が形成されるのを防止することができる。また、無線による通信は、例えば１０ｍ程度の短距離の通信であり、小型の通信装置でよく、モニタリング装置５１を小型で安価な装置とすることができる。さらに、電源やセンサ等も１０年程度の短期間使用できる装置とすれば、より小型で安価な装置とすることができ、実験段階（実験場）に使用する場合に好適となる。なお、実験段階に限らず、長期にわたるモニタリングにも適用できることはいうまでもない。
【００６９】
なお、地中無線センサによるモニタリング装置５１は、図１４に示すように、処分孔６の緩衝材Ｃおよび処分坑道４の埋め戻し材Ｅの中に埋設する場合を例示したが、これに限らず、例えば図１６ (a) 、(b) の場合には、処分坑道２や処分孔３の内部に埋設する。
【００７０】
センサ５７は、温度センサ、圧力センサ、変位センサ（傾斜計）、超音波センサ，ｐＨセンサなどであり、（1）廃棄体Ａの温度など、（2）緩衝材Ｂや埋め戻し材Ｅの温度、膨潤圧、ひずみなど、（3）周辺岩盤や坑道支保工等の温度、変位、歪み、応力、間隙水圧、空隙、ガス、電位、地下水化学（ｐＨ、Ｅｈ、地下水組成、放射能、電気伝導度等）など、の項目を計測する。
【００７１】
なお、センサ５７は、耐腐食性、耐圧性、耐放射線性等に優れたプローブを用い、このプローブを検出箇所に配置する。
【００７２】
また、データ収集装置５０にもセンサを設け、モニタリング装置５１とは別の計測を行うようにすることもできる。また、モニタリング装置５１のセンサ５７は常時作動させてもよいし、電源５６を節約するために定期的に作動させてもよい。また、モニタリング装置５１とデータ収集装置５０にそれぞれ送受信器を設け、モニタリング装置５１に制御信号を送信してセンサ５７を制御することもできる。
【００７３】
なお、以上は、図１６に示す放射性廃棄物の地層処分場に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法は、その他の廃棄物の埋設処分にも適用が可能であり、さらに、通常のトンネルのモニタリングにも適用が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
(1) 本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法は、坑道の周辺の岩盤内または坑道支保工などに走行路を設け、この走行路内に移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分空間内や坑道内の充填材などに関連する各種のデータをモニタリング装置で計測して無線で発信し、前記データ収集装置で収集するため、従来のスウェーデンのプロトタイプ処分場の場合と比べて、試錐孔，通信ケーブルの数を大幅に削減することができ、コストの大幅な低減が可能となる。
【００７５】
(2) また、モニタリング装置の計測データをデータ収集装置へ無線で伝送するため、緩衝材や埋め戻し材等の人工バリアに水の通り道（通信ケーブルや走行管など）が形成されるのを防止することができ、核種等の選択的移行経路を無くすことができ、処分場の安全性を損なうことがない。また、無線による通信は、モニタリング装置と走行路のデータ収集装置とが比較的近くに位置しているため、例えば１０ｍ程度の短距離の通信であり、小型の通信装置でよく、モニタリング装置を小型で安価な装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的なモニタリング方法であり、走行路と移動式のモニタリング装置による坑道のモニタリング方法を廃棄物の地層処分に適用した場合の１例であり、(a) は断面にして示す斜視図、(b) は部分断面図である。
【図２】図１の処分孔と処分坑道の断面図である。
【図３】図１のモニタリング方法における処分孔と処分坑道における人工バリアのモニタリングを示す断面図である。
【図４】図１のモニタリング方法における坑道と処分孔における天然バリアのモニタリングを示す断面図である。
【図５】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置の種々の移動方式を示す断面図である。
【図６】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置の種々の形状を示す断面図である。
【図７】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置の交換方法を示す断面図である。
【図８】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置のデータ伝送方法を示す断面図である。
【図９】図１のモニタリング方法における走行管の埋め戻しを示す断面図である。
【図１０】図１のモニタリング方法にけるその他のモニタリングやメンテナンスを示す断面図である。
【図１１】図１のモニタリング方法における岩盤関連のモニタリングの具体例を示す断面図である。
【図１２】図１のモニタリング方法における支保工関連のモニタリングの具体例を示す断面図である。
【図１３】図１のモニタリング方法における支保工関連のその他のモニタリングやメンテナンスの具体例を示す断面図である。
【図１４】本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法を廃棄物の地層処分に適用した場合の１例であり、断面にして示す斜視図である。
【図１５】図１４における移動式のデータ収集装置と地中無線センサによるモニタリング装置を示す断面図である。
【図１６】廃棄物の地層処分の基本的な定置方式を示す斜視図である。
【図１７】従来の実証試験の処分場におけるモニタリングシステムを示す断面図と斜視図である。
【符号の説明】
Ａ……廃棄体
Ｂ……岩盤
Ｃ……緩衝材
Ｄ……支保工
Ｅ……埋め戻し材
Ｆ……プラグ
１……主要坑道
２……処分坑道
３……処分孔
４……処分坑道
５……処分孔
６……処分孔
７……立坑
１０，１１，１２，１３，１４……走行管
２０……モニタリング装置
２１……本体
２２……移動安定装置
２３……車輪、ローラあるいはスライダー等
２４……電力ケーブル
２５……押し込み装置
２６……牽引ケーブル
２７……空気圧あるいは液圧
２８……流線型の端部
３０……通信ケーブル
３１……記録装置
４０……通水用孔
４１……清掃ブラシ
５０……データ収集装置
５１……モニタリング装置
５２……交換・メンテナンス位置
５３……本体
５４……移動安定装置
５５……密閉容器
５６……電源
５７……センサ
５８……送信器
【発明の属する技術分野】
本発明は、坑道のモニタリング方法に関するものであり、特に放射性廃棄物等を地下に埋設処分するための地層処分場のモニタリングに有効に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
放射性廃棄物の地層処分方法は、従来から種々の方法が提案されており、例えば高レベル放射性廃棄物に関しては、廃棄物をガラス原料と共に高温で溶かし合わせてステンレス鋼製のキャニスターに流し込むことにより、ガラス固化体として安定化処理し、このガラス固化体をオーバーパックと称される厚肉鋼板製の密閉容器内に密閉収納し、このオーバーパックを地下数百〜千数百ｍの深さの岩盤中に緩衝材を介して地層処分することが計画されている。
【０００３】
このような地層処分システムにおいて、廃棄体（オーバーパック）を定置埋設するレイアウトとしては、図１６に示すような基本的な４つの方式がある。図１６ (a) は、処分坑道横置き方式であり、左右に一対の主要坑道（搬送坑道）１，１間に水平あるいは上下方向に傾斜させた処分坑道（処分空間）２を所定の間隔をおいて平行に掘削形成し、各処分坑道２内に廃棄体Ａを横にして坑道長手方向に所定の間隔をおいて定置埋設している。図１６ (b) は、処分立坑竪置き方式であり、上部の主要坑道（搬送坑道）１と下部の坑道１’間に垂直の処分孔（処分立坑：処分空間）３を所定の間隔をおいて平行に掘削形成し、各処分立坑３内に廃棄体Ａを竪にして上下方向に所定の間隔をおいて定置埋設している。
【０００４】
図１６ (c) は、処分孔横置き方式であり、処分坑道（搬送坑道）４の両側壁部に水平の処分孔（処分空間）５を坑道長手方向に間隔をおいて掘削形成し、各処分孔５内に廃棄体Ａを横にして定置埋設している。図１６ (d) は、処分孔竪置き方式であり、処分坑道４の底部に垂直の処分孔（処分空間）６を坑道長手方向に間隔をおいて掘削形成し、各処分孔６内に廃棄体Ａを竪にして定置埋設している。
【０００５】
このような地層処分システムにおいては、操業前の試験段階や実際の操業段階で、岩盤の変位や地下水の浸入等をモニタリングする必要があり、スウェーデンのプロトタイプ処分場では、図１７に示すような、バリア性能を確認する実証試験が実施されている。
【０００６】
この実証試験では、図１７に示すように、実物大の処分孔６に疑似キャニスターＡと緩衝材Ｃを定置し、上部空間４を埋め戻し、先ず緩衝材Ｃの膨潤挙動をモニタリングしている。この緩衝材の挙動確認のため、多くのセンサー１０１が埋め込まれ、このセンサーからのデータを得るため、隣接して設けた計測用坑道１０２から３０本程度の試錐孔１０３をプロトタイプ処分場１００（処分孔上部坑道４）に向けて掘削し、試錐孔１０３の中に通信ケーブルを配置している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような従来のモニタリング方法では、センサー，試錐孔，通信ケーブルの数が膨大なものとなり、設置作業やメンテナンスに時間がかかり、コストが増大するという課題がある。あるいは、メンテナンスが不可能であり、モニタリングを継続できない場合がある。
【０００８】
また、地層処分場で適用されるセンサーや通信ケーブル等のモニタリング機器は、高温・高圧環境下で長期間の使用に耐える必要があり、モニタリング機器には耐久性が必要とされる。しかし、後述する例に示される通り、モニタリング機器の耐久性は、長期間の使用に対して十分であるとはいえず、従来のモニタリング方法では、一度埋め込んだセンサーやケーブルの交換が難しいという課題がある。
【０００９】
センサーの耐久性に関しては、カナダの地下420ｍの坑道におけるベントナイトプラグとコンクリートプラグの実証試験では、ベントナイトプラグの性能確認のために800個以上のセンサーが設置されたが、その稼動状況は３年間で80％台であった。また、通常の土木工事における情報化施工でも、数年の工事期間終了までに３割程度のセンサーに何らかの問題が生じることが多い。
【００１０】
本発明は、前述のような従来のモニタリング方法の課題を解決すべくなされたもので、本発明の目的は、廃棄物の地層処分場等におけるモニタリングに際し、試錐孔，通信ケーブルの数を少なくすることができると共に、人工バリアに水の通り道が形成されるのを防止することができ、かつ、モニタリング装置を小型で安価な装置とすることができる坑道のモニタリング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１は、廃棄物が緩衝材を介して埋設される処分坑道または処分孔と、この処分坑道または処分孔に廃棄物を搬送するための坑道を備えた地層処分場におけるモニタリング方法であり、処分孔を有する処分坑道または主要坑道の近傍や周辺の岩盤内または坑道支保工の内部や表面、あるいは、処分坑道または処分孔の近傍や周辺の岩盤内または処分坑道または処分孔の内部や表面に、ボーリング孔による走行路あるいはボーリング孔内に走行管を設置した走行路を設け、前記走行路の内部に、計測データを無線で受信する受信器を有するデータ収集機器が内蔵された本体と本体両端部の移動安定装置から構成されている移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分坑道または処分孔内や坑道内の充填材（緩衝材や埋め戻し材・プラグ等）に関連する各種のデータを計測する機能と、計測データを無線で送信する機能を有するモニタリング装置を前記走行路の近傍の岩盤内、または、処分坑道や処分孔の緩衝材中、あるいは処分孔を有する処分坑道の埋め戻し材中に設け、前記モニタリング装置で計測したデータを前記データ収集装置に無線で発信し、走行路内を移動し、あるいは所定の位置に定置した前記データ収集装置で受信して収集することを特徴とする坑道のモニタリング方法である。
【００１３】
この請求項１は、放射性廃棄物等の地層処分場に適用した場合であり、図１６に示す坑道１や４などの近傍の岩盤内に走行路を坑道軸方向と平行または直角に設ける。あるいは、坑道１や４の支保工の内部に坑道軸方向と平行に走行路を設ける。あるいは、図１６に示す処分坑道２，処分孔３，処分孔５，処分孔６などの処分空間の近傍の岩盤内に走行路を処分空間軸方向と平行に設ける。走行路は、ボーリングにより形成し、あるいは、このボーリング孔内に走行管を設置して形成する。走行管の材質は、耐久性のあるプラスチックやセラミックス等が好ましい。一方、モニタリング装置（地中無線センサ）は、処分坑道や処分孔などの処分空間に定置埋設される廃棄体（オーバーパック）等に近接して、あるいは、その近傍に埋設し、または、処分孔に通じる坑道等の埋め戻し材内等に埋設し、例えば、廃棄体の温度など、緩衝材や埋め戻し材の温度、膨潤圧、ひずみなど、周辺岩盤や坑道支保工等の温度、変位、歪み、応力、間隙水圧、空隙、ガス、電位、地下水化学（ｐＨ、Ｅｈ、地下水組成、放射能、電気伝導度等）などを計測する。この計測データを、モニタリング装置に搭載された送信器から無線方式（電磁波方式、音響方式や超音波方式等）で発信し、走行路内を移動し、あるいは、所定の位置に定置されたデータ収集装置の受信器で受信して収集する。
【００１４】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の坑道のモニタリング方法において、データ収集装置は、自走可能なデータ収集機器または外部の駆動手段で移動可能なデータ収集機器にデータの受信器が設けられていることを特徴とする坑道のモニタリング方法である。
【００１５】
この請求項２では、データ収集装置は比較的小径の走行路を移動可能な装置であり、データ収集機器を駆動モータと駆動輪等で自走させ、あるいは、押し棒，ケーブル，流体圧などの外部の駆動手段で走行させる。データ収集機器は、少なくとも受信器が搭載され、受信した計測データを通信ケーブルを介して伝送し、あるいは、データ収集機器のメモリ内に一時的に蓄積するなどする。なお、このデータ収集機器には、センサを搭載し、モニタリング装置（地中無線センサ）とは別の計測を行うようにすることもできる。
【００１６】
本発明の請求項３は、請求項１または２に記載の坑道のモニタリング方法において、モニタリング装置は、密閉容器の中に、電源と、各種の計測を行うセンサと、センサからの計測データを無線で送信する送信器が収納されていることを特徴とする坑道のモニタリング方法である。
【００１７】
この請求項３では、モニタリング装置とデータ収集機器は比較的近くに位置しているため、小型の送信器等を用いることができる。センサは常時作動させてもよいし、電源を節約するために定期的に作動させてもよい。また、モニタリング装置とデータ収集機器にそれぞれ送受信器を設け、モニタリング装置に制御信号を送信してセンサ等を制御することもできる。
【００１８】
以上のような構成の本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法では、坑道の周辺の岩盤内または坑道支保工などに走行路を設け、この走行路内に移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分空間内や坑道内の充填材などに関連する各種のデータをモニタリング装置で計測して無線で発信し、前記データ収集装置で収集するため、従来のスウェーデンのプロトタイプ処分場の場合と比べて、試錐孔，通信ケーブルの数を大幅に削減することができる。
【００１９】
また、モニタリング装置の計測データをデータ収集装置へ無線で伝送するため、緩衝材や埋め戻し材等の人工バリアに水の通り道（通信ケーブルや走行管など）が形成されるのを防止することができ、核種等の選択的移行経路を無くすことができ、処分場の安全性を損なうことがない。また、無線による通信は、モニタリング装置と走行路のデータ収集装置とが比較的近くに位置しているため、例えば１０ｍ程度の短距離の通信であり、小型の通信装置でよく、モニタリング装置を小型で安価な装置とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、高レベル放射性廃棄物の地層処分場に本発明を適用した例である。図１〜図１３は、本発明の基本的なモニタリング方法であり、走行路と移動式のモニタリング装置による坑道のモニタリング方法の実施形態である。
【００２１】
図１は、図１６ (d) の処分孔竪置き方式に適用した例であり、処分坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管１０を坑道４の軸方向と平行に配設し、坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管１１を坑道４の軸方向と直交するように配設している。また、処分坑道４の支保工（吹付けコンクリートと２次覆工コンクリートなど）Ｄ内または支保工Ｄの表面に走行管１２を坑道４の軸方向と平行に配設している。
【００２２】
さらに、坑道４の底部に垂直に掘削形成された処分孔６の近傍における岩盤Ｂ内に走行管１３を処分孔６の軸方向と平行に配設し、処分孔６の緩衝材（ベントナイトを主な成分とする混合土など）Ｃの内部における廃棄体（オーバーパック）Ａの外側に走行管１４を処分孔６の軸方向と平行に配設している。なお、緩衝材Ｃのベントナイト混合土は、力学的な緩衝機能，低透水性能，放射性物質の低拡散性能を有する材料であり、岩盤圧や地下水の影響を低減し、核種の移行を遅延させることができるものである。
【００２３】
このような走行管１０〜１４内に移動式のモニタリング装置２０を配置し、モニタリング装置２０を移動させながら、あるいは、所定の位置に定置させて、後述する種々の測定や採水などのモニタリングを行なう。また、必要に応じて、走行管からモニタリング装置２０を取り出して、センサーや通信ケーブル等の交換やメンテナンスを行なう。
【００２４】
モニタリング装置２０は、例えば図１ (b) に示すように、センサー等のモニタリング機器が内蔵された本体２１と、この本体２１の両端部に配置された移動安定装置２２などから構成されている。移動安定装置２１には、その周方向に間隔をおいて車輪、ローラあるいはスライダー２３等が複数配設されている。本体２１には、１種類のセンサー等を搭載してもよいし、複数個のセンサー等を搭載するようにしてもよい。
【００２５】
例えば、図２ (a) は処分孔内の人工バリア（緩衝材）のモニタリング概念図であり、処分孔６の緩衝材Ｃ内に走行管１４を設置し、この走行管１４の内部に種々のセンサー等を備えた各種モニタリング装置２０を上下に移動させることで、様々なデータを走行管１４内の任意の位置で取得することが可能となる。従来と比べて、センサーの数を大幅に減少させることができ、コストの削減が可能となる。
【００２６】
図２ (b) は天然バリア（岩盤）のモニタリング概念図であり、処分坑道４の周辺母岩に沿って水平ボーリングを行い、このボーリング孔に走行管１０を設置し、この走行管１０の内部にモニタリング装置２０を水平移動させることで、広範囲にわたって１つのセンサーでモニタリングすることが可能となる。センサー等の種類を替えることで、多くの項目をモニタリングすることも可能である。
【００２７】
なお、モニタリング装置２０を常時移動させる必要がない場合には、交換時にのみ移動させるという使い方で十分である。
【００２８】
(1) 走行管の配置レイアウト
図３はオーバーパック近傍の人工バリア内に走行管を設置する場合の走行管の配置レイアウト例を示したものである。処分孔竪置き方式では、図３ (a) に示すように、直線状の走行管１４内をモニタリング装置２０が上下に往復移動する往復型や、廃棄体Ａの周りに環状に配置した走行管１４内をモニタリング装置２０が循環移動する循環型などが考えられる。
【００２９】
処分坑道横置き方式では、図３ (b) に示すように、処分坑道２の軸方向に平行に配設された走行管１４内をモニタリング装置２０が一方向に水平移動する一方通行型、比較的短い走行管１４内をモニタリング装置２０が水平往復移動する往復型、１個ないし複数個の廃棄体Ａの周りをモニタリング装置２０が循環移動する循環型などが考えられる。
【００３０】
図４は天然バリアの配置レイアウト例を示したものであり、図４ (a) の処分孔竪置き方式の処分坑道４では、一方通行型などとし、図４ (b) の処分孔竪置き方式の処分孔６では、往復型などとする。
【００３１】
(2) モニタリング装置の移動方式
図５はモニタリング装置２０の移動方式の例を示したものである。図５ (a) は、移動安定装置２２に走行管の内面を転動する駆動輪２３を複数設け、自走させる自走式の例である。駆動輪２３の駆動モータには電力ケーブル２４で電力を供給する。これに限らず、バッテリー電源式とすることもできる。
【００３２】
図５ (b) は、モニタリング装置２０の片側から伸縮棒等の押し込み装置２５により押し引きする片押し式の例である。処分孔竪置き方式のように上下移動させる場合には、重力を利用できるため、ケーブルとウインチ等による巻き上げ・巻き下げ方式とすることができる。
【００３３】
図５ (c) は、モニタリング装置２０の両端に連結した牽引ケーブル２６で牽引するケーブル式の例である。処分孔竪置き方式のように上下移動させる場合には、モニタリング装置２０の上端部のみに牽引ケーブル２６を連結すればよい。
【００３４】
図５ (d) は、空気圧あるいは液圧（走行管内に液を充填する場合）２７でモニタリング装置２０を移動させる圧力式の例である。一方向の移動に空気圧等を使用し、他方向の移動に牽引ケーブル２６を使用してもよいし、両方向の移動に空気圧等を使用することもできる。
【００３５】
(3) モニタリング装置の形状
図６はモニタリング装置２０の形状の例を示したものである。図６ (a) は、円筒形の本体２１の両端部に車輪付きの移動安定装置２２を設けた基本形の例である。この場合、直線状の走行管内での走行性が良好となる。
【００３６】
図６ (b) は、本体２１の中央部を２分割してピンヒンジ等で連結し、折れ曲がるようにした中折れ型の例である。この場合、曲線状の走行管内での走行が円滑となる。折り曲げる箇所は、本体２１に限らず、その他の部分でもよい。
【００３７】
図６ (c) は、モニタリング装置２０の両端に流線型の端部２８を設けた例である。この場合、液体中を移動させる場合に有効である。
【００３８】
図６ (d) は、装置全体を球型にした例であり、球形の本体２１の中央に移動安定装置２２を設けている。この場合、形状がコンパクトであるため、走行性がよい。
【００３９】
図６ (e) は、円筒形の本体２１のみからなる例であり、移動安定装置２２が無くても、直線状の走行管の場合は十分に走行可能と考えられる。
【００４０】
図６ (f) は、球形の本体２１のみからなる例である。移動方式が圧力方式（空気圧・液圧）で、かつ、データ保存装置を内蔵させれば、ケーブルも不要であり、簡素なシステムになる。
【００４１】
(4) モニタリング装置の交換方法
移動式のモニタリング装置の特徴である「交換しやすさ」や「メンテナンスのし易さ」を向上させるため、図７ (a) に示すように、走行管１４の端部から使用していたモニタリング装置２０を直接取り出し、新しいモニタリング装置２０を挿入し、モニタリング装置を完全に取り替える方式が最も簡単である。
【００４２】
これに対し、常時モニタリングをする必要がなく、モニタリング装置２０を一時的に別の場所に保管しておきたい場合、また、走行管内の雰囲気を乱したくない場合などには、図７ (b) に示すように、走行管１４の一部とモニタリング装置２０を一体化して着脱する方式が考えられる。この場合、走行管１４内の雰囲気が一定に保たれるため、人工バリアへの影響が小さい。センサー自体のキャリブレーションも容易になる。
【００４３】
(5) モニタリング装置からのデータ伝送方式
モニタリング装置２０のセンサーで取得したデータは、図８ (a) に示すように、移動用ケーブルを兼ねる通信ケーブル３０を用い、パソコン等の記録装置３１に直接伝送する方式が考えられる。この方式は、信頼性が高いが、通信距離が長くなる場合にはケーブルに負担がかかる。
【００４４】
また、センサーにメモリを内蔵させ、モニタリングしたデータをメモリ内に一時的に蓄積する方式も考えられる。図８ (b) に示すように、データが保存されたモニタリング装置２０を走行管１４内の所定の位置まで移動させ、記録装置３１に接続してデータを保存する。場合によっては、モニタリング装置２０を走行管１４から取り外して記録装置３１に接続する。モニタリング装置２０の移動方式が圧力方式の場合、ケーブルが不要になるため、システムを簡素化できる。
【００４５】
なお、以上のようなデータ伝送方式に限らず、無線でデータを伝送することも可能である。
【００４６】
また、モニタリング装置２０の走行は、有線方式や無線方式で、オペレータの操作により制御され、あるいはコンピュータにより自動制御される。
【００４７】
(6) 走行管の埋め戻し
実際の操業段階で廃棄体Ａや緩衝材Ｃ等の搬送や定置の作業の間、モニタリングを継続し、これらの作業が終了すると、搬送坑道等を埋め戻して永久閉鎖することになるが、天然バリアや人工バリア内に設置された走行管が将来の水の通りみちになることを防止するため、適切に埋め戻し処理する必要がある。このような埋め戻し処理の一例を図９に示す。
【００４８】
図９において、（1） 先ずモニタリング装置２０を走行管１４内から撤去した後、走行管１４の内部にベントナイトＣを注入する。（2） 緩衝材Ｃの上面から所定の距離だけ走行管１４の上部の周囲の緩衝材Ｃを掘削する。（3） 走行管１４の上部を切断除去する。（4） 掘削した空間を緩衝材Ｃで埋め戻す。
【００４９】
(7) 走行管
移動式のモニタリング装置２０の場合、装置自体は交換可能であるため、交換しながら長期間のモニタリングが可能となる。しかし、走行管１０〜１４の交換は困難であるため、走行管は耐久性のある材質、例えばプラスチックやセラミックスとするのが好ましい。
【００５０】
(8) その他
図１０ (a) に示すように、人工バリア（緩衝材Ｃ）への影響を小さくするため、走行管１４内に窒素等の不活性ガスを封入することも考えられる。
【００５１】
また、図１０ (b) に示すように、走行管１４に通水用孔４０を設けるなどして、再冠水後に走行管１４内に間隙水が浸入可能な構造とすることにより、緩衝材間隙水のｐＨ等の化学特性もモニタリングすることができる。
【００５２】
さらに、図１０ (c) に示すように、モニタリング装置２０に清掃ブラシ４１を設け、走行管１４のメンテナンスを実施することもできる。
【００５３】
(9) 具体的な測定例
図１１は、図１の処分孔竪置き方式における岩盤関連のモニタリングの例を示したものである。図１１ (a) は、モニタリング装置２０に移動式傾斜計２０−１を使用し、岩盤Ｂ内に設置した処分坑道４に平行な３本の走行管１０（１本でもよい）内を水平移動させ、トンネル軸方向の岩盤変位を測定する例である。この測定値から歪みや応力を算出することができる。
【００５４】
図１１ (b) は、岩盤Ｂ内に設置した処分坑道４に垂直な走行管１１内に移動式傾斜計２０−１を上下移動させ、トンネル直角方向の歪みや応力を測定する例である。
【００５５】
図１１ (c) は、モニタリング装置２０に移動式採水装置２０−２を使用し、走行管１０内を水平移動させ、所定の位置で地下水を採取する例である。採水後、試験室で地下水組成を測定する。なお、走行管１０の所定位置にパッカーや弁等を設置しておくこともできる。また、直接、ｐＨ計を走行させることも可能である。
【００５６】
図１２は、図１の処分孔竪置き方式における支保工関連のモニタリングの例を示したものである。図１２ (a) は、モニタリング装置２０に移動式傾斜計２０−１を使用し、支保工Ｄ内に設置した処分坑道４に平行な３本の走行管１２（１本でもよい）内を水平移動させ、トンネル軸方向の支保工変位を測定する例である。この測定値から歪みや応力を算出することができる。
【００５７】
図１２ (b) は、モニタリング装置２０に移動式採水装置２０−２を使用し、走行管１２内を水平移動させ、所定の位置で地下水を採取する例である。採水後、試験室で地下水組成を測定する。この場合、地盤中地下水組成との比較ができる。なお、走行管１２の所定位置にパッカーや弁等を設置しておくこともできる。また、直接、ｐＨ計を走行させることも可能である。
【００５８】
図１２ (c) は、モニタリング装置２０に移動式超音波測定器２０−３を使用し、走行管１２内を水平移動させ、支保工Ｄの背面の空隙を測定する例である。
【００５９】
図１３は支保工関連のその他のモニタリング等の例を示したものである。図１３ (a) は、走行管１２を支保工Ｄの２次覆工排水層内（排水シート内）に２本設置し（１本でもよい）、排水層に浸入する地下水を通水孔等を有する走行管１２に集水し、処分坑道４の端部より排水する例である。その際、水量と組成を測定する。
【００６０】
図１３ (b) は、長期間供用中に支保工Ｄの背面に空隙が発生し、処分坑道４の健全性を維持するのが難しくなった場合には、走行管１２を予めダブルパッカー式スリーブパイプとし、グラウトの注入を行なう例である。管の閉塞にも利用することができる。グラウト材料は、セメント系やベントナイト系などを使用する。
【００６１】
なお、以上は、図１６に示す放射性廃棄物の地層処分場に適用した場合について説明したが、これに限らず、その他の廃棄物の埋設処分にも適用が可能であり、さらに、通常のトンネルのモニタリングにも適用が可能である。
【００６２】
次に、図１４、図１５は、本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法（請求項１〜３）の実施形態である。図１４は、実験段階（実験場）に適用した場合を示している。
【００６３】
図１４は、図１と同様に、処分孔竪置き方式であり、処分坑道４の支保工（吹付けコンクリートと２次覆工コンクリートなど）Ｄ内または支保工Ｄの表面に走行管１２が坑道４の軸方向と平行に配設されている。なお、処分坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管を坑道４の軸方向と平行に配設し、坑道４の近傍における岩盤Ｂ内に走行管を坑道４の軸方向と直交するように配設してもよい（図示省略、図１参照）。また、坑道４の底部に垂直に掘削形成された処分孔６内に廃棄体（オーバーパック）Ａが緩衝材（ベントナイトを主な成分とする混合土など）Ｃにより定置埋設されている。なお、処分坑道４の奥側が埋め戻し材Ｅで埋め戻され、プラグＦで閉鎖されている。
【００６４】
このような処分坑道４において、図１４に示すように、走行管１２内に移動式のデータ収集装置５０を配置し、緩衝材Ｃおよび埋め戻し材Ｅなどの中に地中無線センサによるモニタリング装置５１を埋設し、各種のデータをモニタリング装置５１のセンサで計測し、この計測されたデータを無線でデータ収集装置５０に発信し、このデータ信号をデータ収集装置５１で収集する。データ収集装置５０は、走行管１２内を移動させながら、あるいは、所定の位置に定置させて、データを収集する。必要に応じて、データ収集装置５０は交換・メンテナンス位置５２から取り出して、部品の交換やメンテナンスを行う。
【００６５】
移動式のデータ収集装置５０は、図１５に示すように、データ収集機器が内蔵された本体５３と、車輪やローラやスライダー等の移動安定装置５４などから構成されている。本体５３には、少なくとも、データ収集機器の無線の受信器が搭載されている。
【００６６】
移動式のデータ収集装置５０の移動方式は、図１の移動式のモニタリング装置２０と同様であり、図５に示すような、駆動輪と駆動モータを用いた電力ケーブル供給方式やバッテリー電源方式、その他の方式を採用できる。また、形状も図６に示す種々の形状を採用することができる。また、データ収集装置５０で収集したデータは、図１の移動式のモニタリング装置２０と同様に、通信ケーブルでパソコン等の記録装置に伝送する方式、データ収集機器にメモリを内蔵させて一次的に蓄積しておく方式、無線で記録装置に伝送する方式などを採用することができる。
【００６７】
地中無線センサによるモニタリング装置５１は、図１４に示すように、密閉容器５５の中に、電源５６と、各種の計測を行うセンサ５７と、センサ５７からの計測データを無線で送信する送信器５８などを搭載して構成されている。信号の無線伝送には、電磁気信号による電磁波方式あるいは音波信号による音響方式・超音波方式等を用いる。
【００６８】
埋設してあるセンサ５７からの計測データを、近傍を走行し、あるいは近傍に定置されたデータ収集装置５０で収集するため、バリア（緩衝材Ｃや埋め戻し材Ｅなど）に水の通りみち（通信ケーブルや走行管など）が形成されるのを防止することができる。また、無線による通信は、例えば１０ｍ程度の短距離の通信であり、小型の通信装置でよく、モニタリング装置５１を小型で安価な装置とすることができる。さらに、電源やセンサ等も１０年程度の短期間使用できる装置とすれば、より小型で安価な装置とすることができ、実験段階（実験場）に使用する場合に好適となる。なお、実験段階に限らず、長期にわたるモニタリングにも適用できることはいうまでもない。
【００６９】
なお、地中無線センサによるモニタリング装置５１は、図１４に示すように、処分孔６の緩衝材Ｃおよび処分坑道４の埋め戻し材Ｅの中に埋設する場合を例示したが、これに限らず、例えば図１６ (a) 、(b) の場合には、処分坑道２や処分孔３の内部に埋設する。
【００７０】
センサ５７は、温度センサ、圧力センサ、変位センサ（傾斜計）、超音波センサ，ｐＨセンサなどであり、（1）廃棄体Ａの温度など、（2）緩衝材Ｂや埋め戻し材Ｅの温度、膨潤圧、ひずみなど、（3）周辺岩盤や坑道支保工等の温度、変位、歪み、応力、間隙水圧、空隙、ガス、電位、地下水化学（ｐＨ、Ｅｈ、地下水組成、放射能、電気伝導度等）など、の項目を計測する。
【００７１】
なお、センサ５７は、耐腐食性、耐圧性、耐放射線性等に優れたプローブを用い、このプローブを検出箇所に配置する。
【００７２】
また、データ収集装置５０にもセンサを設け、モニタリング装置５１とは別の計測を行うようにすることもできる。また、モニタリング装置５１のセンサ５７は常時作動させてもよいし、電源５６を節約するために定期的に作動させてもよい。また、モニタリング装置５１とデータ収集装置５０にそれぞれ送受信器を設け、モニタリング装置５１に制御信号を送信してセンサ５７を制御することもできる。
【００７３】
なお、以上は、図１６に示す放射性廃棄物の地層処分場に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法は、その他の廃棄物の埋設処分にも適用が可能であり、さらに、通常のトンネルのモニタリングにも適用が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
(1) 本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法は、坑道の周辺の岩盤内または坑道支保工などに走行路を設け、この走行路内に移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分空間内や坑道内の充填材などに関連する各種のデータをモニタリング装置で計測して無線で発信し、前記データ収集装置で収集するため、従来のスウェーデンのプロトタイプ処分場の場合と比べて、試錐孔，通信ケーブルの数を大幅に削減することができ、コストの大幅な低減が可能となる。
【００７５】
(2) また、モニタリング装置の計測データをデータ収集装置へ無線で伝送するため、緩衝材や埋め戻し材等の人工バリアに水の通り道（通信ケーブルや走行管など）が形成されるのを防止することができ、核種等の選択的移行経路を無くすことができ、処分場の安全性を損なうことがない。また、無線による通信は、モニタリング装置と走行路のデータ収集装置とが比較的近くに位置しているため、例えば１０ｍ程度の短距離の通信であり、小型の通信装置でよく、モニタリング装置を小型で安価な装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的なモニタリング方法であり、走行路と移動式のモニタリング装置による坑道のモニタリング方法を廃棄物の地層処分に適用した場合の１例であり、(a) は断面にして示す斜視図、(b) は部分断面図である。
【図２】図１の処分孔と処分坑道の断面図である。
【図３】図１のモニタリング方法における処分孔と処分坑道における人工バリアのモニタリングを示す断面図である。
【図４】図１のモニタリング方法における坑道と処分孔における天然バリアのモニタリングを示す断面図である。
【図５】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置の種々の移動方式を示す断面図である。
【図６】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置の種々の形状を示す断面図である。
【図７】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置の交換方法を示す断面図である。
【図８】図１のモニタリング方法におけるモニタリング装置のデータ伝送方法を示す断面図である。
【図９】図１のモニタリング方法における走行管の埋め戻しを示す断面図である。
【図１０】図１のモニタリング方法にけるその他のモニタリングやメンテナンスを示す断面図である。
【図１１】図１のモニタリング方法における岩盤関連のモニタリングの具体例を示す断面図である。
【図１２】図１のモニタリング方法における支保工関連のモニタリングの具体例を示す断面図である。
【図１３】図１のモニタリング方法における支保工関連のその他のモニタリングやメンテナンスの具体例を示す断面図である。
【図１４】本発明の走行路と移動式のデータ収集装置と地中無線センサによる坑道のモニタリング方法を廃棄物の地層処分に適用した場合の１例であり、断面にして示す斜視図である。
【図１５】図１４における移動式のデータ収集装置と地中無線センサによるモニタリング装置を示す断面図である。
【図１６】廃棄物の地層処分の基本的な定置方式を示す斜視図である。
【図１７】従来の実証試験の処分場におけるモニタリングシステムを示す断面図と斜視図である。
【符号の説明】
Ａ……廃棄体
Ｂ……岩盤
Ｃ……緩衝材
Ｄ……支保工
Ｅ……埋め戻し材
Ｆ……プラグ
１……主要坑道
２……処分坑道
３……処分孔
４……処分坑道
５……処分孔
６……処分孔
７……立坑
１０，１１，１２，１３，１４……走行管
２０……モニタリング装置
２１……本体
２２……移動安定装置
２３……車輪、ローラあるいはスライダー等
２４……電力ケーブル
２５……押し込み装置
２６……牽引ケーブル
２７……空気圧あるいは液圧
２８……流線型の端部
３０……通信ケーブル
３１……記録装置
４０……通水用孔
４１……清掃ブラシ
５０……データ収集装置
５１……モニタリング装置
５２……交換・メンテナンス位置
５３……本体
５４……移動安定装置
５５……密閉容器
５６……電源
５７……センサ
５８……送信器
Claims (3)
- 廃棄物が緩衝材を介して埋設される処分坑道または処分孔と、この処分坑道または処分孔に廃棄物を搬送するための坑道を備えた地層処分場におけるモニタリング方法であり、処分孔を有する処分坑道または主要坑道の近傍や周辺の岩盤内または坑道支保工の内部や表面、あるいは、処分坑道または処分孔の近傍や周辺の岩盤内または処分坑道または処分孔の内部や表面に、ボーリング孔による走行路あるいはボーリング孔内に走行管を設置した走行路を設け、前記走行路の内部に、計測データを無線で受信する受信器を有するデータ収集機器が内蔵された本体と本体両端部の移動安定装置から構成されている移動式のデータ収集装置を配置し、岩盤、坑道支保工または処分坑道または処分孔内や坑道内の充填材に関連する各種のデータを計測する機能と、計測データを無線で送信する機能を有するモニタリング装置を前記走行路の近傍の岩盤内、または、処分坑道や処分孔の緩衝材中、あるいは処分孔を有する処分坑道の埋め戻し材中に設け、前記モニタリング装置で計測したデータを前記データ収集装置に無線で発信し、走行路内を移動し、あるいは所定の位置に定置した前記データ収集装置で受信して収集することを特徴とする坑道のモニタリング方法。
- 請求項１に記載の坑道のモニタリング方法において、データ収集装置は、自走可能なデータ収集機器または外部の駆動手段で移動可能なデータ収集機器にデータの受信器が設けられていることを特徴とする坑道のモニタリング方法。
- 請求項１または２に記載の坑道のモニタリング方法において、モニタリング装置は、密閉容器の中に、電源と、各種の計測を行うセンサーと、センサーからの計測データを無線で送信する送信器が収納されていることを特徴とする坑道のモニタリング方法。
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