JP4609726B2 - 廃棄物埋設処分施設のプラグ構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば放射性廃棄物などの廃棄物を埋設処分する廃棄物埋設処分施設のプラグ構造に関する。

例えば地下３００ｍを超える地下深部に高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。この際、放射性廃棄物は、例えば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て廃棄体を形成した状態で処分される。また、図５及び図６に示すように、地下深部に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や処分孔（以下、処分坑道２という）とを備えて廃棄物埋設処分施設Ａが形成され、この処分坑道２に廃棄体が処分される。この種の廃棄物埋設処分施設Ａに廃棄体を処分する際には、地下水の浸入を阻止するとともに地盤Ｔからの圧力が廃棄体に作用することを抑制するための緩衝材３が処分坑道２を埋め戻すように設けられ、廃棄体がその周りを緩衝材３で覆われてこれに埋設される。

このような緩衝材３には、膨潤性や放射性廃棄物の吸着性に優れるベントナイトやベントナイト混合材（ベントナイト系粘土材）が用いられる。そして、この緩衝材３は、地盤Ｔから処分坑道２に浸入した地下水が接触するに従って膨潤し、地盤Ｔを押圧してさらなる地下水の浸入を防止したり、膨潤に伴い緩衝材３の透水係数が低下し地下水の浸透を防止することが可能とされている。これにより、放射性廃棄物を確実に外部から隔離することができる。

一方、上記のように緩衝材３としてベントナイト系粘土材を用いた場合には、緩衝材３が膨潤するとともに、その膨潤圧によって処分坑道２から主要坑道１にはみ出すように膨出し、この結果として廃棄体を覆う緩衝材３の密度が低下し、地下水の遮蔽能力ひいては放射性物質の封止能力が低下してしまう。また、このように膨出して密度低下を生じた緩衝材３を再度処分坑道２から取り出し、所定の密度で設置し直すことは、多大な労力を要することになる。

このため、この種の廃棄物埋設処分施設Ａにおいては、例えば特許文献１や特許文献２に開示された地下空間に高圧気体を貯蔵する施設のように、処分坑道２の端部２ａ側に処分坑道２を閉塞させるコンクリート製のプラグ（閉塞プラグ）４を設置して、膨潤する緩衝材３を受け止めその膨出を防いで密度低下を防止することが考えられている。
特開平５−２１３４２２号公報 特開平６−２１２８９９号公報

しかしながら、上記のコンクリート製プラグ４を採用した場合には、図７に示すように、作用した膨潤圧に対する反力を得るため、処分坑道２を拡幅掘削して切欠部５を形成し、この切欠部５に周縁部を配置してプラグ４を設置する必要が生じる。このように切欠部５を形成するために処分坑道２を拡幅掘削した場合には、処分坑道２自体の掘削時に生じる地盤Ｔの緩み領域Ｔ１に対し外側に新たな緩み領域Ｔ２が形成され、また、これら新旧の緩み領域Ｔ１、Ｔ２が連続することになる。このため、連続する新旧の緩み領域Ｔ１、Ｔ２が水みちとなって処分坑道２に地下水が浸入しやすくなり、地下水の遮蔽性能の低下を招くという問題があった。

さらに、コンクリート製プラグ４においては、セメントからＣａ（カルシウム）や高アルカリ成分が地下水に溶出することになり、特にＣａイオンによって緩衝材３が劣化するという問題があった。すなわち、ベントナイトは、その膨潤性に優れるという点でＮａ（ナトリウム）型ベントナイトが用いられるが、このＮａ型ベントナイトは、Ｃａイオンと接触するとＮａとＣａのイオン交換がなされ、膨潤性に劣るＣａ型ベントナイトに変質してしまう。このため、緩衝材３の膨潤性が乏しくなり地下水の遮蔽能力ひいては放射性物質の遮蔽能力の低下を招くという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑み、例えば放射性廃棄物などの廃棄物を封止する緩衝材の劣化や密度低下を確実に防止して、廃棄物を好適に埋設処分することが可能な廃棄物埋設処分施設のプラグ構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の廃棄物埋設処分施設のプラグ構造は、廃棄物を埋設処分する坑道を閉塞させるように設置され、該坑道内に前記廃棄物を封止するように充填された膨潤性の緩衝材の膨潤圧を受け止める廃棄物埋設処分施設のプラグ構造であって、前記坑道には、内面が外側に凹むように切り欠かれた切欠部が設けられるとともに、前記坑道の軸線方向内側に凸のアーチ状に形成された隔壁が前記切欠部に外周部を係合させつつ前記坑道を閉塞するように設けられており、前記隔壁は、岩石またはレンガもしくは金属製箱状に形成されたセグメント本体及び該セグメント本体に充填された膨潤性粘土材からなる複合セグメントのブロック体が積層されて形成され、前記切欠部の近傍に位置する地盤には、エタノールとベントナイトを混合したベントナイト混合材が注入されてベントナイト改良部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の廃棄物埋設処分施設のプラグ構造において、前記ブロック体は、前記坑道の軸線方向内側から前記軸線方向外側に向かうに従い幅が漸次小となるくさび状に形成されていることが望ましい。

本発明の廃棄物埋設処分施設のプラグ構造によれば、切欠部に係合された隔壁が設けられていることによって、坑道内の緩衝材が膨潤した場合においても、この膨潤圧を隔壁で受けつつ切欠部の地盤に伝達して支持することができる。また、このとき、隔壁が、坑道の軸線方向内側に凸のアーチ状に形成されていることによって、隔壁に作用する緩衝材の膨潤圧を、確実に切欠部を通じて地盤に伝達して支持することができる。これにより、緩衝材が膨出することを防止でき、緩衝材の密度低下を防止して確実に廃棄体を封止することができる。

また、地盤に隔壁を支持する切欠部を形成した場合においても、切欠部の近傍の地盤に、すなわちこの切欠部の形成に伴って生じた地盤の緩み領域に、ベントナイト混合材が注入されてベントナイト改良部が設けられているため、切欠部を形成することによって新たに緩んだ地盤の緩み領域の透水性を回復させることができ、坑道形成時に生じた緩み領域と新たな緩み領域が繋がって地下水の水みちが形成されることを防止できる。これにより、隔壁を支持するための切欠部を形成した場合においても地下水の遮蔽能力を維持することができる。

さらに、隔壁が、岩石またはレンガもしくは金属製のセグメント本体及び膨潤性粘土材からなる複合セグメントのブロック体で構成され、かつ切欠部の形成に伴い生じた地盤の緩み領域の透水性を回復させるベントナイト改良部がベントナイト混合材を注入して形成されるため、すなわち、本発明のプラグ構造にはセメント材料が使用されていないため、緩衝材が劣化することを防止でき、確実に廃棄物を封止して処分することが可能になる。

また、本発明の廃棄物埋設処分施設のプラグ構造においては、隔壁のブロック体が坑道の軸線方向内側から軸線方向外側に向かうに従い幅が漸次小となるくさび状に形成されていることによって、大きな膨潤圧が作用するほどに隔壁の一体性が確保されることになり、確実に膨潤圧を受け止めて支持することができる。

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る廃棄物埋設処分施設のプラグ構造について説明する。本実施形態は、例えば地下３００ｍを超える地下深部に高レベルの放射性廃棄物を埋設処分するための廃棄物埋設処分施設のプラグ構造に関するものである。

本実施形態の廃棄物埋設処分施設Ｂは、図１及び図２に示すように、地上から地下深部に向けて構築され、地下深部で略環状に繋がる主要坑道１と、主要坑道１に連設されその内部に放射性廃棄物が処分される複数条の処分坑道（坑道）２と、放射性廃棄物の周りを覆うようにして処分坑道２に充填される緩衝材３と、処分坑道２の両端部２ａ側に処分坑道２を閉塞させるようにそれぞれ設けられたプラグ（プラグ構造）１０とから構成されている。

ここで、処分対象の放射性廃棄物は、例えば放射レベルの高い廃液をガラスと混ぜて固化し、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の状態で処分される。そして、このように処分坑道２に処分される廃棄体は、自然地盤の天然バリアと主に緩衝材３からなる人工バリアによって生物圏から隔離され、放射性物質による影響が将来にわたって人間の環境に及ばないように処分される。

処分坑道２には、図２及び図３に示すように、地盤Ｔの掘削内面に、この掘削内面の曲率半径と略等しい曲率半径を備えた複数の円弧盤状の覆工セグメント１１が周方向に連続して設けられ、周方向の掘削内面を被覆して支持する環状のセグメントリング体１２が形成されている。また、セグメントリング体１２が処分坑道２の軸線Ｏ１方向に連続するように接続されて、掘削内面を被覆支持する覆工が形成されている。この覆工を形成する覆工セグメント（複合セグメント）１１は、セグメント本体１１ａが、凸曲面の外周側が開口した鋼製箱状に形成され、その内部にベントナイト系粘土材１１ｂが圧縮されつつ充填されて形成されている。そして、覆工セグメント１１は、セグメント本体１１ａの開口する上面側を掘削内面側に向けて、すなわちベントナイト系粘土材１１ｂの露出面１１ｃを掘削内面に向けて設置されている。

緩衝材３は、膨潤性や放射性廃棄物の吸着性に優れるベントナイトまたはベントナイト混合材であり、処分坑道２内の廃棄体を封止するように、覆工と処分坑道２の両端部２ａ側に設置されるプラグ１０とで画成された空間Ｓ内に充填されている。この緩衝材３は、地盤Ｔから処分坑道２内に浸入した地下水が接触すると膨潤し、膨潤とともにその透水係数が大幅に低下して封止した廃棄体に地下水が接触することを防止する。また、例えば地盤Ｔの変位などによって廃棄体に作用する力を緩衝するものとされ、さらに、例えば廃棄体が損傷されて放射性物質が放出されるような場合には、この放射性物質を吸着し外部への漏出を抑制するものとされる。

本実施形態のプラグ１０は、図２に示すように、鋼製のセグメント本体１２ａ及びベントナイト系粘土材（膨潤性粘土材）１２ｂからなるブロック状の複数の複合セグメント（ブロック体）１２が処分坑道２を閉塞させるように積層された隔壁１３と、隔壁１３の外周部１３ａと係合する地盤Ｔに形成された切欠部１４と、切欠部１４よりも処分坑道２の径方向外側に形成されたベントナイト改良部１５とから構成されている。

隔壁１３は、処分坑道２の軸線Ｏ１に沿う断面が緩衝材３側（処分坑道２の軸線Ｏ１方向内側）に凸のアーチ状を呈するように形成され、この隔壁１３を構成するブロック体１２は、処分坑道２の軸線Ｏ１方向内側から外側に向かうに従い径方向及び周方向の幅が漸次小となるくさび状に形成されている。そして、隣接するブロック体１２同士は、端面同士を密着させた状態で例えばボルトやナット等の継手が締結されて互いに一体結合されている。

また、隔壁１３の中央に位置する一つのブロック体１２は、マンホール部１６とされ、このマンホール部１６は、例えば廃棄体の処分時に取り外されてこの部分の孔から処分坑道２内への資機材の搬出入や点検などに供され、廃棄体の処分後には、この孔を閉塞させるように設置されて処分坑道２を完全に閉塞させるものとされている。

さらに、この隔壁１３は、図２に示すように、その外周部１３ａが、処分坑道２の内面が径方向外側に凹むように処分坑道２を拡幅掘削して形成した切欠部１４に係合されて支持されている。このように隔壁１３を支持する切欠部１４は、断面略三角形状に形成され、その内面に隔壁１３の外周部１３ａの端面が面接触した状態で係合される。

また、ベントナイト改良部１５は、切欠部１４の近傍の地盤Ｔに、すなわちこの切欠部１４を処分坑道２に形成することによって生じた地盤Ｔの緩み領域Ｔ２に、エタノールとベントナイトを混合したベントナイト混合材が全周に亘って注入されて形成されている。このように形成されたベントナイト改良部１５は、処分坑道２の拡幅掘削に伴って緩んだ地盤Ｔ２の間隙に注入したベントナイト混合材のエタノールと地下水が置換され、この置換した地下水によってベントナイトが膨潤した状態で形成されている。これにより緩み領域Ｔ２に位置するベントナイト改良部１５は、地盤Ｔの間隙を膨潤した高密度のベントナイトで埋められて透水性が他の地盤Ｔと同等に回復されている。

上記のように構成された本実施形態の廃棄物埋設処分施設Ｂのプラグ１０は、処分坑道２の内面を拡幅するように掘削して切欠部１４を形成した後に、ベントナイト改良部１５が形成され、ついで処分坑道２を閉塞させるようにブロック体１２を積層しつつその外周部１３ａを切欠部１４に係合させて形成される。このように形成した本実施形態のプラグ１０においては、処分坑道２に切欠部１４を形成した場合においても、地盤Ｔに形成される新たな緩み領域Ｔ２がベントナイト混合材で密実に改良されるため、地下水の遮蔽性能の低下を招くことがない。

また、両端部２ａ側にそれぞれ設けたプラグ１０で処分坑道２内に封止した緩衝材３に、地盤Ｔから浸透した地下水が接触して緩衝材３が膨潤した場合には、直接緩衝材３と接触する隔壁１３に膨潤圧が作用し、この膨潤圧を隔壁１３から切欠部１４を通じて地盤Ｔで支持することが可能になる。さらに、このとき、隔壁１３が処分坑道２の軸線Ｏ１方向内側に凸のアーチ状に形成されるとともに、隔壁１３を形成するブロック体１２がくさび状に形成されているため、作用した膨潤圧で隔壁１３のブロック体１２がずれたりすることがなく、大きな膨潤圧が作用するほどに一体性が確保され、確実に膨潤圧を隔壁１３で受けて地盤Ｔにこの力を伝達し支持することができる。これにより、膨潤した緩衝材３の密度低下を防止して確実に廃棄体を封止することができる。

さらに、隔壁１３を構成するブロック体１２が、鋼製のセグメント本体１２ａとベントナイト系粘土材１２ｂとから形成され、かつ緩み領域Ｔ２を改良したベントナイト改良部１５がエタノールとベントナイトのベントナイト混合材で形成されるため、すなわち、本実施形態のプラグ１０にはセメント材料が使用されていないため、緩衝材３に接触する地下水がアルカリ性を呈したり、地下水にカルシウムイオンが多量に含有されるようなことがない。これにより、緩衝材３が劣化することを防止でき、確実に廃棄体を封止して処分することが可能になる。

また、これに加えて、隔壁１３が長期に亘って地下水と接触するなどして、ブロック体１２のセグメント本体１２ａに腐食が発生した場合においても、腐食した欠陥部から浸入した地下水がセグメント本体１２ａに充填されたベントナイト系粘土材１２ｂに接触することになり、このベントナイト系粘土材１２ｂが膨潤して欠陥部を埋めることができる。これにより、地下水の遮蔽能力を長期的に確実に維持することが可能になる。

したがって、本実施形態の廃棄物埋設処分施設Ｂのプラグ構造１０によれば、緩衝材３の膨潤圧を確実に受け止めることができるとともに緩衝材３の劣化や密度低下を防止でき、かつ地下水の遮蔽能力を長期間確実に維持することができるため、長期に亘って放射性廃棄物を確実に隔離することが可能になる。

以上、本発明に係る廃棄物埋設処分施設Ｂのプラグ構造１０の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、隔壁１３を構成するブロック体１２が鋼製のセグメント本体１２ａとベントナイト系粘土材１２ｂからなる複合セグメントであるものとしたが、ブロック体１２は、図４に示すように、岩石やレンガであってもよく、この場合においても本実施形態と同様に確実に緩衝材３の膨潤圧を受け止めることができる。

また、ブロック体１２が複合セグメントである場合においても、セグメント本体１２ａは、例えば鋳鉄など他の金属材料で形成されてもよく、さらに、セグメント本体１２ａに充填される膨潤性粘土材は、ベントナイト系粘土材１１ｂに限定される必要はない。

また、本実施形態では、処分する廃棄物が放射性廃棄物であるものとして説明を行なったが、他の有害物質を処分する廃棄物埋設処分施設に本発明のプラグ構造１０が適用されてもよいものである。さらに、本実施形態では、プラグ構造１０が処分坑道２の両端部２ａ側にそれぞれ設けられているものとしたが、一端が閉塞された処分孔（坑道）の端部に設けられて、この処分孔内に廃棄体を埋設しつつ充填された緩衝材の膨出を抑えるために用いられてもよい。

本発明の一実施形態に係る廃棄物埋設処分施設を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る廃棄物埋設処分施設のプラグ構造を示す断面図である。 図２の廃棄物埋設処分施設の覆工を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る廃棄物埋設処分施設のプラグ構造の変形例として示した断面図である。 コンクリート製プラグを備えた廃棄物埋設処分施設を示す斜視図である。 図５の廃棄物埋設処分施設の処分坑道を示す断面図である。 図５の処分坑道に形成された切欠部及び地盤の緩み領域を示す断面図である。

符号の説明

１ 主要坑道
２ 処分坑道（坑道）
２ａ 端部
３ 緩衝材
１０ プラグ（プラグ構造）
１１ 覆工セグメント
１２ ブロック体（複合セグメント、岩石、レンガ）
１２ａ セグメント本体
１２ｂ ベントナイト系粘土材（膨潤性粘土材）
１３ 隔壁
１４ 切欠部
１５ ベントナイト改良部
１６ マンホール部
Ａ 廃棄物埋設処分施設
Ｂ 廃棄物埋設処分施設
Ｔ 地盤
Ｔ１ 地盤の緩み領域
Ｔ２ 地盤の緩み領域
Ｏ１ 処分坑道の軸線

Claims (2)

1. 廃棄物を埋設処分する坑道を閉塞させるように設置され、該坑道内に前記廃棄物を封止するように充填された膨潤性の緩衝材の膨潤圧を受け止める廃棄物埋設処分施設のプラグ構造であって、
   前記坑道には、内面が外側に凹むように切り欠かれた切欠部が設けられるとともに、前記坑道の軸線方向内側に凸のアーチ状に形成された隔壁が前記切欠部に外周部を係合させつつ前記坑道を閉塞するように設けられており、前記隔壁は、岩石またはレンガもしくは金属製箱状に形成されたセグメント本体及び該セグメント本体に充填された膨潤性粘土材からなる複合セグメントのブロック体が積層されて形成され、前記切欠部の近傍に位置する地盤には、エタノールとベントナイトを混合したベントナイト混合材が注入されてベントナイト改良部が形成されていることを特徴とする廃棄物埋設処分施設のプラグ構造。
2. 請求項１記載の廃棄物埋設処分施設のプラグ構造において、
   前記ブロック体は、前記坑道の軸線方向内側から前記軸線方向外側に向かうに従い幅が漸次小となるくさび状に形成されていることを特徴とする廃棄物埋設処分施設のプラグ構造。
   
   

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