JP4281618B2 - 廃棄物地層処分施設の地下施設 - Google Patents

Description

本発明は、放射性廃棄物やその他の有害な廃棄物を廃棄物地層処分施設の地下に掘削形成された処分坑道に埋設処分するための地下施設に関するものであり、特に、放射性廃棄物の地下水流動による核種移行遅延に有効に適用される地下施設である。

原子力発電から生じる放射性廃棄物のうち高レベル放射性廃棄物は、使用済核燃料の再処理工程で分離された液体廃棄物であり、放射能レベルが高いばかりでなく、長期間にわたって放射能を持ち続ける長寿命の放射性核種が数多く含まれている。そのため、このような高レベル放射性廃棄物は、ガラス原料と共にステンレス鋼製のキャニスターに溶かし込みガラス固化体として安定化処理し、冷却のため数１０年間貯蔵した後、ガラス固化体が収納されたキャニスター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するなどして廃棄体とし、この廃棄体を地下３００ｍ（法律により決定）より深い安定した地層中に埋設処分するようにしている。

この廃棄体の地層処分方法としては、施工性、安全性、経済性の観点から、パネル方式（図５〜図７）が採用されている。図５に示すように、高レベル放射性廃棄物の地層処分施設５０は、地上施設５１と地下施設５２とから構成されている。地下施設５２は、地上と地下を結ぶ立坑や斜坑等のアクセス坑道５３、地下深部に複数並列して水平に掘削形成された処分坑道５４、これら処分坑道に接続される主要坑道５５等から構成されている（例えば、特許文献１、２等）。処分坑道５４は区画されて独立した水平な処分パネルＰに分割されており、処分サイトの地質環境条件等に応じて、分散配置や多層配置等の柔軟なパネルレイアウトが可能とされ、また建設・操業・閉鎖の主要な作業を独立・並行して実施できるようにされている。

また、処分坑道５４における廃棄体の定置方式には、種々の方式が考えられているが、例えば、図６に示すような処分孔竪置き方式、図７に示すような処分坑道横置き方式がある。図６では、天然バリアとしての岩盤Ａ中に掘削形成された処分坑道５４の底版部から下に向って処分孔５６を鉛直に掘削形成し、トンネル軸方向には所定の間隔をおいて多数形成し、この処分孔５６内に人工バリアとして地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材（ベントナイト等) Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に竪にした廃棄体Ｃを埋設定置している。処分坑道５４は埋め戻される。図７では、処分坑道５４内に緩衝材Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に横にした廃棄体Ｃをトンネル軸方向に所定の間隔をおいて埋設定置している。

このような地下施設は、天然バリアとして透水係数が低い岩盤（花崗岩）を選択して建設されているが、図８(a) に示すように、掘削形成された処分坑道５４の周辺には、掘削に伴う損傷と空洞形成による応力再配分により、透水性の高いゆるみ域６０が形成され、このゆるみ域６０が核種の卓越した移行経路になると考えられている。現在、核種の卓越した移行経路になるゆるみ域６０を遮断するため、図８(b) に示すように、処分坑道５４の途中に掘り込み掘削により拡幅凹部６１を形成し、ここにプラグ（ベントナイト等の粘土材料など）６２を設置して、ゆるみ域６０を遮断することが考えられている。

なお、特許文献１の発明では、高レベル放射性廃棄物貯蔵施設の地下施設において、施設全体の地下水流動を解析し、立坑の構築位置を地下水流動が下向きの位置に選定し、あるいは立坑の構築位置を地下施設の上流側とすることにより、立坑周辺の透水性の高いゆるみ領域に下向き水流を発生させて高レベル放射性廃棄物を処分した後の安全性を確立している。
特開２００２−１９６０９８号公報 特開平１０−１０４３９８号公報

従来のプラグを設置する方法では、図８(b) に示すように、プラグ設置のための掘込みを掘削するときにも、その外側に新たなゆるみ域６３が形成され（通常の坑道掘削よりは小さくすることが可能）、透水性の高いゆるみ域の遮断が十分とは言えないのが現状であった。また、プラグ設置はコスト的にも高価なものであった。

本発明は、上記のような問題を解消すべくなされたものであり、放射性廃棄物やその他の有害な廃棄物を廃棄物地層処分施設の地下に掘削形成された処分坑道に埋設処分するための地下施設において、従来のようなプラグを用いることなく処分坑道の形状のみで、透水性の高い処分坑道外周部のゆるみ域（必要に応じて設けられる支保工の劣化による移行経路の形成にも対応可）の地下水流動を大幅に低減することができる廃棄物地層処分施設の地下施設を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の発明は、廃棄物地層処分場の地下に形成された処分坑道に地上から搬入される廃棄物を埋設するための地下施設であり、掘削形成された処分坑道に沿う地下水流動方向に対して逆行する形状の坑道部分が処分坑道と処分坑道との間に連続するように形成されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の地下施設である。

本発明は、廃棄物の地層処分における処分坑道にどうしても生じてしまう「ゆるみ域」の存在を受け入れ、地下水流動の観点でゆるみ域が問題にならないように形状的な方策を採用したものである。具体的には、地下水流動方向、即ち動水勾配（地下水流動の駆動力）による核種の卓越した移行経路方向に対して逆行する形状の坑道部分（地質環境によって必要となる坑道内面の支保工も含む）を存在させ、処分坑道の外周部におけるゆるみ域（支保工も含む）内の流れを妨げるようにする。なお、高レベル放射性廃棄物の地層処分に限らず、その他の有害な廃棄物の地層処分にも適用することができる。

本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の地下施設において、逆行する形状の坑道部分が、処分坑道と処分坑道との間に連続するＵ字状またはＳ字状の坑道であることを特徴とする廃棄物地層処分施設の地下施設である。

即ち、地下水流動での導水勾配、地質環境によるゆるみ域の程度、支保工の程度などに応じて、２次元的平面配置のＵ字状またはＵ字状を組み合わせたＳ字状等の坑道部分、３次元的立体配置のＵ字状またはＳ字状等の坑道部分を設ける。この坑道部分は処分坑道と同様にトンネル掘削機等で掘削形成することができる。なお、廃棄体の定置方式には、処分孔竪置き方式（廃棄体や緩衝材の定置性等に優れている) 、処分坑道横置き方式（坑道の掘削量や埋め戻し量を小さくできる) などを採用することができる。また、対象となるサイトの地質環境に応じ、プラグとの組み合わせもあり得る。

以上のような構成の本発明において、Ｕ字状やＳ字状等の坑道部分の逆行する形状のゆるみ域が、上流側の処分坑道の外周部分のゆるみ域内の流れを妨げるように作用し、プラグを用いることなく処分坑道の形状のみで、透水性の高い処分坑道外周部のゆるみ域の地下水流動を大幅に低減することができ、放射性廃棄物の地層処分の場合、地下水流動の観点から核種の移行遅延を達成することができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

(1) 掘削形成された処分坑道に沿う地下水流動方向に対して逆行するＵ字状やＳ字状等の坑道部分を処分坑道と連続するように形成しているため、プラグを用いることなく処分坑道の形状のみで、透水性の高い処分坑道外周部のゆるみ域（必要に応じて設けられる支保工の劣化による移行経路も含む）の地下水流動を大幅に低減することができる。放射性廃棄物の地層処分の場合には、地下水流動の観点から核種の移行遅延を達成することができる。

(2) 従来のプラグを無くすことができ、あるいはプラグの設置数を減らすことができ、コストの低減を図ることができる。

(3) 水理学的に定量的に評価する手法が確立されている処分坑道の形状のみで、透水性の高い処分坑道外周部のゆるみ域の遮断が可能となり、安全性を明確に評価できる。

以下、本発明を図示する実施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に適用した例である。図１は本発明の地下施設の処分坑道の一例を示す平面図である。図２〜図４は本発明の処分坑道の種々の形状例を示す概略平面図と概略斜視図である。

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設は、地上施設と地下施設とから構成されており、図１に示すように、地下３００ｍ（法律により決定）より深い岩盤（天然バリア：花崗岩健岩部）Ａ中に掘削形成される処分坑道１に、地下水流動方向、即ち動水勾配（地下水流動の駆動力）による核種の卓越した移行経路方向Ｆに対して逆行する形状の坑道部分２を処分坑道１と一体的に連続するように掘削形成する。この図示例の坑道部分２は、平面視でＵ字状を２つ組み合わせたＳ字状であり、このＳ字状の坑道部分２の逆行する形状のゆるみ域４により、上流側の処分坑道１の外周部分のゆるみ域３内の流れを妨げるようにし、地下水流動の観点から廃棄体Ｃからの核種の移行遅延を生じさせる。

処分坑道１はトンネル掘削機等で水平に（水平に対して傾斜させてもよい）掘削形成され、Ｓ字状の坑道部分２も同様に掘削形成される。また、坑道内面には地質環境に応じて支保工が施工される。処分坑道１における廃棄体Ｃ（キャニスターが収納されたオーバーパック）の定置方式には、処分孔竪置き方式や処分坑道横置き方式などが用いられ、図示例の処分坑道横置き方式では、地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材Ｂ（人工バリア) が充填される。坑道部分２にも廃棄体Ｃが埋設定置される。なお、緩衝材Ｂは、主材料がベントナイトの土質系材料（水と触れ合うと膨潤し、内圧が高まることで水の侵入を抑制する特徴があり、核種の流出を遅延させる効果が期待されている）が用いられる。

図２の例は、横方向にずれて位置する処分坑道１と処分坑道１とをＳ字状の坑道部分２で一体的に結合する場合であり、このＳ字状の坑道部分２を途中に有する処分坑道１を、横方向に所定の間隔をおいて、縦方向には坑道部分２がずれて位置するように、平行に配列して地層処分パネルを形成している。

図３の例は、平面視でＵ字状の坑道部分２を用いた場合であり、図３(a) では、２本の平行な処分坑道１の端部同士をＵ字状の坑道部分２で一体的に結合し、これを横方向に複数配列して地層処分パネルを形成している。図３(b) では、直交配置の２本の処分坑道１の端部同士をＵ字状の坑道部分２で一体的に結合し、これを坑道部分２がずれて位置するように配列して地層処分パネルを形成している。

図４の例は、３次元的立体配置の場合であり、水平面内のＵ字状の坑道部分２と垂直面内のＵ字状の坑道部分２とにより、上下にずれて位置する処分坑道１と処分坑道１とを一体的に結合している。

なお、坑道部分２の形状は以上のような図示例に限らず、その他の種々の形状が考えられる。また、対象となるサイトの地質環境に応じ、プラグとの組み合わせもあり得る。また、以上は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に適用した例を示したが、これに限らず、その他の有害な廃棄物の地層処分にも適用することができる。

本発明の地下施設の処分坑道の一例を示す平面図である。 本発明のＳ字状の坑道部分を設けた地層処分パネルの例を示す概略平面図である。 本発明のＵ字状の坑道部分を設けた地層処分パネルの例を示す概略平面図である。 本発明の３次元的立体配置の坑道部分を設けた処分坑道の概略斜視図である。 高レベル放射性廃棄物の地層処分施設における水平パネル方式を示す断面にした斜視図である 高レベル放射性廃棄物の地層処分施設における廃棄体の処分孔竪置き方式を示したものであり、(a) は処分坑道内部の透視図、(b) は断面にした斜視図である。 高レベル放射性廃棄物の地層処分施設における廃棄体の処分坑道横置き方式を示す断面にした斜視図である。 従来の処分坑道を示す概略平面図である。

符号の説明

１……処分坑道
２……逆行する形状の坑道部分
３……処分坑道１の外周部分のゆるみ域
４……坑道部分２の逆行する形状のゆるみ域
Ａ……岩盤（天然バリア）
Ｂ……緩衝材（人工バリア）
Ｃ……廃棄体
Ｆ……地下水流動方向、即ち動水勾配による核種の卓越した移行経路方向

Claims (2)

1. 廃棄物地層処分場の地下に形成された処分坑道に地上から搬入される廃棄物を埋設するための地下施設であり、掘削形成された処分坑道に沿う地下水流動方向に対して逆行する形状の坑道部分が処分坑道と処分坑道との間に連続するように形成されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の地下施設。
2. 請求項１に記載の地下施設において、逆行する形状の坑道部分が、処分坑道と処分坑道との間に連続するＵ字状またはＳ字状の坑道であることを特徴とする廃棄物地層処分施設の地下施設。

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