JP5740456B2 - 放射性廃棄物の地下貯蔵施設およびその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性廃棄物の地下貯蔵施設およびその構築方法に関するものである。

原子力発電所や再処理施設からでる放射性廃棄物は、高レベル放射性廃棄物と低レベル放射性廃棄物に区分され、高レベル放射性廃棄物は、廃棄処理される使用済燃料そのもの、及び使用済燃料を再処理してウラン・プルトニウムを回収後に残る核分裂生成物を主成分とするものである。この高レベル放射性廃棄物の処理は、現在ホウケイ酸ガラスと混合溶融してステンレス製容器（キャニスタ）に注入して固化させ、廃棄体として貯蔵する。この貯蔵手段は、一定期間冷却貯蔵した後、地下深部（地上から３００ｍ以上の深さ）に埋設貯蔵する地層処分が法で定められている。

また低レベル放射性廃棄物の内、原子炉内の構造物や、使用済み制御棒のような放射能レベルが比較的高い廃棄物は、所定の容器に封入して廃棄体とし、余裕深度処分（５０〜１００ｍの埋設処分）を行う。

地層処分施設となる地下貯蔵施設の代表的な例は、特許文献１，２に示されている。この施設は、廃棄体（キャニスタ）を地下に搬入する立抗と、立坑と連続する多数の貯蔵用横坑道を備え、各横坑道（処分坑道）の底面に、下方へ掘削した処分孔を間欠的に形成し、各処分孔に人工バリア材（ベントナイト等）で覆った状態で廃棄体を埋設処分するものである。また、低レベル放射性廃棄物の埋設処分手段の例として特許文献３に、岩盤内に形成した処分坑道を処分空間とし、廃棄物を多段積層し、周囲を低拡散物で充填する構成が開示されている。

尚前記の特許文献１には、また処分坑道の構造として、鋼製枠に花崗岩を充填したセグメントで支保構造を形成することが開示されている。

更に地下貯蔵施設において、貯蔵される廃棄体等からの汚染物質が、地下水への浸透を阻止する手段として、特許文献２には、従来例として健全岩盤間に存在する断層破砕帯を貫通する処分坑道に粘土材料による止水プラグを構築することが示されており、その対策として断層破砕帯を避けて処分坑道を岩盤内に構築することが提案されている。

また特許文献３には、常法手段で構築したコンクリート覆工で形成した処分坑道の内壁面に、ベントナイトブロックを配置して抵透水層を設け、更に前記低透水層の内側に鉄筋コンクリート製セグメントを配置して、処分空間を構築する工法が開示されている。

特開２００２−２５０７９５号公報。 特開２００５−３３１３１３号公報。 特開２００４−２９８８２２号公報。

高レベル放射性廃棄物は、所定の廃棄体として地層処分されるが、従前の地下貯蔵施設の処分坑道は、岩盤層での形成を前提としており、更に処分坑道から下方に処分孔を掘削しての埋設処理を行うもので多数の処分坑道並びに処分孔を掘削する必要があり、施設構築が必ずしも効率的であるとは言えない。

また処分坑道や、廃棄体保管のための遮水構造として、ベントナイト系のブロックによるトンネル壁面の形成や、廃棄体の周囲を充填物で満たす手段が提案されているが、遮水用構造物の体積の比率が大きくなり処分空間の利用率が良好とは言えない。

そこで本発明は、放射性廃棄物の埋設処分（地層処分・余裕深度処分）が効率的に行うことができる新規な放射性廃棄物の地下貯蔵施設およびその構築方法を提案したものである。

本発明の請求項１に係る放射性廃棄物の地下貯蔵施設は、施設構築エリア内で、適宜な距離を離して構築されると共に、シールド工法に使用される掘削装置が配置可能な径の複数の立坑と、前記各立坑間を結ぶように各立坑から枝設され、端面全周に止水シール材を装着したコンクリートセグメントによる遮水構造の一次覆工、及び前記一次覆工の内壁面に遮水シートで形成した遮水層、及び前記遮水層の内側のコンクリートによる二次覆工によって三重の完全遮水構造とした処分空間を備える多数の処分坑道とで構成することを特徴とするものである。

また本発明の請求項４に係る放射性廃棄物の地下貯蔵施設の構築方法は、施設構築エリア内で、適宜な距離を離して所定の掘削装置が配置可能な径の立坑を所定の深さまで複数形成し、前記各立坑間を結ぶように各立坑から枝設され多数の処分坑道を、マシン掘削とコンクリートセグメントの組立によるシールド工法で構築する際に、前記セグメントの端面全周に予め止水シール材を装着して遮水構造の一次覆工を行い、前記一次覆工の内壁面に、熱溶着によって連続する遮水シートによる遮水層を形成し、前記遮水層の内側にコンクリートによる二次覆工を行って、処分坑道からの漏水及び処分坑道内への浸水を完全に遮水した三重構造の処分空間を形成してなることを特徴とするものである。

而して埋設処分対象が、高レベル放射性廃棄物の廃棄体の地層処分か、或いは放射能レベルが比較的高い低レベル放射性廃棄物の廃棄体の余裕深度処分かによって立坑の掘削深度が定められる。またその立坑の掘削径は、処分坑道の掘削に採用されるシールド工法に使用する掘削装置（密閉タイプ、開放タイプ、密閉・開放切替タイプなど、地層状態に応じて採用される）を、立坑の底方に配置して発進可能となる大きさとし、前記の立坑掘削後に、当該立坑から前記掘削装置で処分坑道を掘削形成するものである。更に前記の処分坑道は、掘削方向や掘削高さを相違させることによって複数本形成することができ、当該施設構築エリア内での広い処分空間を容易に確保できるものである。而も前記の法処分坑道は一次覆工、遮水層、二次覆工によって処分坑道内の全体が、地下水汚染を防止した三重の完全遮水構造の処分空間となる。また前記立坑は廃棄体の搬入路となる。

また本発明は、施設構築エリア内で適宜な距離を離して構築した複数の立坑を形成し、前記各立坑間を結ぶように設けた処分坑道を形成してなるもので、当該施設構築エリアの範囲で地形や地盤条件に合わせて立坑位置を設定し、その間を結ぶ複数の処分坑道を構築することで、複数の処分坑道の同時施工が容易に可能であり、広い処分空間の構築を効率よく行うことができる。

更に本発明の請求項２、５に係る放射性廃棄物の地下貯蔵施設及びその構築方法は、特に前記の地下貯蔵施設及びその構築方法において、特に立坑直径を４０ｍ程度、処分坑道直径を１６ｍ程度とし、処分坑道内を多階層構造としたもので、放射性廃棄物の搬入等の廃棄体格納作業の全自動化を、階層毎に行うことが可能であり、効率的な格納作業を実現することができる。

また本発明の請求項３に係る放射性廃棄物の地下貯蔵施設は、前記の処分坑道に多階層構造を採用した際に、特に処分坑道の各階に、適宜な緩衝材で所定の厚さに形成した貯蔵床面に、高レベル放射性廃棄体用の処分孔を形成してなるもので、高レベル放射性廃棄体の大量地層処分を実現できる。

本発明の構成は上記のとおりで、放射性廃棄物の埋設処分のための大容量の地下処分空間を容易に構築することができるものである。

本発明の実施形態の地下貯蔵施設の全体説明図。 同要部説明図。 同処分坑道に使用するセグメントの斜視図。 同処分坑道の断面図。 同ａ−ａ線断面図。 同貯蔵例の説明図。

次に本発明の実施形態（構築方法）をその工程順に説明する。実施形態に示した放射性廃棄物の地下貯蔵施設の構築は、所定の施設構築エリア内に構築されるもの、当該構築エリアの地形や地盤条件に合わせて、立坑間隔が数百から２ｋｍ程度の範囲内で立坑位置を設定し、複数の立坑１を掘削形成する。

立坑１は、埋設処分対象が、高レベル放射性廃棄物の廃棄体の地層処分か、或いは放射能レベルが比較的高い低レベル放射性廃棄物の廃棄体の余裕深度処分によって立坑の掘削深度が定められもので、前者の場合は通常３００ｍ以上の深さとし、後者の場合には５０〜１００ｍの深さとする。

また立坑１の直径は、約４０ｍ程度とし、処分坑道２の掘削を行う掘削装置３が立坑底に配置でき、且つ発進可能となる大きさとしたものである。

立坑１の構築が終了すると、掘削径１６ｍ程度の処分坑道２の構築を行うもので、坑道掘削は、掘削装置３と一次覆工に用いるセグメント２１の組み合わせからなる周知のシールド工法を採用し、掘削装置３は、密閉タイプ、開放タイプ、密閉・開放切替タイプなど、地層状態に応じて選択される。

処分坑道２のトンネル形成に使用されるセグメント２１は、コンクリートセグメントであり、特にセグメント２１には、イモ継ぎするためのセグメント継手２１１、トンネル方向の連結手段であるトランスミッションストリップ２１２及びホゾ２１３を備えている他、端面全周に内外方二重のシール材２１４を装着してなる。尚前記シール材２１４はセグメント本体２１に喰い込むアンカー部を備えた高性能アンカータイプのものである。またセグメント２１のトンネル内面側には、セメント結晶増殖剤を塗布して緻密化処理を施しておき、後述する一次覆工における遮水性能を高めるものである。

而して立坑１から掘削装置３で、岩盤Ａに対して横方向（必ずしも水平に限られない）に他方の立坑１に向かって公知のシールド工法によって掘削を行うものである。

即ち掘削装置３の前進に伴ってセグメント２１をイモ継ぎで組み立てて、覆工するものである。特にセグメント２１による覆工は、一次覆工とし、セグメント２１による一次覆工の内壁面に、遮水層２２を形成する。この遮水層２２は、高密度ポリエチレンシート製の遮水シートを熱溶着で連続させて形成する。更に遮水層２２の内壁面にコンクリートによる二次覆工２３を施す。この三重の完全遮水構造によって地下水汚染を生じさせない処分空間（処分坑道）の地下構築を実現するものである。

前記の二次覆工２３を終えた処分坑道２は、岩盤Ａ、裏込め材Ｂ、二重シール材２１４で遮水構造に組み立てられた緻密化処理したセグメント２１による一次覆工、遮水シートによる遮水層２２、二次覆工２３の三重遮水断面構造を備えることによって、処分坑道２内は、完全遮水構造とした処分空間２４となるものである。この完全遮水構造の処分坑道２は、各立坑１間を接続する多数が構築され、所定の施設構築エリアの範囲で地形や地盤条件に合わせて構築される広い処分空間を備えた放射性廃棄物（廃棄体Ｃ）の地下貯蔵施設の全体の基本構造が出来上がるものである。

前記の複数の立坑１及び処分坑道２を具体的な貯蔵施設とするには、処分坑道２の直径が１６ｍ程度の大口径であるので、効率的な廃棄体貯蔵を行うために、処分坑道２内にコンクリート床面２５及び支柱２６を建設し、処分坑道２の内部を多階層構造（例えば３階構造）とするものである。

更に立坑１には、廃棄体Ｃの搬入エレベータ等の搬入に必要な各種機器、並びに処分坑道２内には、無人搬送台車Ｄを備えたり、無人での搬入貯蔵管理が可能なように適宜な自動搬入装置や監視装置を必要に応じて備えるようにするものである。

また放射能レベルが比較的高い低レベル放射性廃棄物の場合は、処分坑道２自体が完全遮水構造であるから、そのまま各階層の床面上に積層載置して貯蔵することが可能であるが、高レベル放射性廃棄体（キャニスタ）Ｃの貯蔵の場合には、集積貯蔵は困難であるから、処分坑道２の各階のコンクリート床面２５に、粘土などの適宜な緩衝材で所定の厚さに貯蔵床面２７を形成すると共に多数の処分孔２８を設け、前記処分孔２８に高レベル放射性廃棄体Ｃを収納保存する。

１ 立坑
２ 処分坑道
２１ セグメント（一次覆工）
２１１ セグメント継手
２１２ トランスミッションストリップ
２１３ ホゾ
２１４ シール材
２２ 遮水層
２３ 二次覆工
２４ 処分空間
２５ コンクリート床面
２６ 支柱
２７ 貯蔵床面
２８ 処分孔
３ 掘削装置
Ａ 岩盤
Ｂ 裏込め材
Ｃ 廃棄体
Ｄ 無人搬送台車

Claims (5)

1. 施設構築エリア内で、適宜な距離を離して構築されると共に、シールド工法に使用される掘削装置が配置可能な径の複数の立坑と、前記各立坑間を結ぶように各立坑から枝設され、端面全周に止水シール材を装着したコンクリートセグメントによる遮水構造の一次覆工、及び前記一次覆工の内壁面に遮水シートで形成した遮水層、及び前記遮水層の内側のコンクリートによる二次覆工によって、三重の完全遮水構造とした処分空間を備える多数の処分坑道とで構成することを特徴とする放射性廃棄物の地下貯蔵施設。
2. 立坑直径が４０ｍ程度、処分坑道直径が１６ｍ程度で、処分坑道内を多階層構造とした請求項１記載の放射性廃棄物の地下貯蔵施設。
3. 多階層構造の処分坑道の各階に、適宜な緩衝材で所定の厚さに形成した貯蔵床面に、高レベル放射性廃棄体用の処分孔を形成してなる請求項２記載の放射性廃棄物の地下貯蔵施設。
4. 施設構築エリア内で、適宜な距離を離してシールド工法に使用される掘削装置が配置可能な径の立坑を所定の深さまで複数形成し、前記各立坑間を結ぶように各立坑から枝設され多数の処分坑道を、マシン掘削とコンクリートセグメントの組立によるシールド工法で構築する際に、前記セグメントの端面全周に予め止水シール材を装着して遮水構造の一次覆工を行い、前記一次覆工の内壁面に、熱溶着によって連続する遮水シートによる遮水層を形成し、前記遮水層の内側にコンクリートによる二次覆工を行って、処分坑道からの漏水及び処分坑道内への浸水を完全に遮水した三重構造の処分空間を形成してなることを特徴とする放射性廃棄物の地下貯蔵施設の構築方法。
5. 立坑直径が４０ｍ程度、処分坑道直径が１６ｍ程度で、処分坑道内を多階層構造としてなる請求項４記載の放射性廃棄物の地下貯蔵施設の構築方法。

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