JP5984006B2

JP5984006B2 - すき間充填材への注水方法

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Publication number: JP5984006B2
Application number: JP2012198984A
Authority: JP
Inventors: 中島　均; 均中島; 石井　卓; 卓石井
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: JP2014052359A

Description

本発明は、ペレット状のすき間充填材への注水に好適なすき間充填材への注水方法に関する。

高レベル放射性廃棄物の処分では、難透水性で吸水膨張性を有する粘土系土質材料を高密度に成形した緩衝材を廃棄体と岩盤との間に構築して、廃棄体への地圧の影響を緩衝し、あるいは、地下水の廃棄体への接触量を抑制し、あるいは、廃棄体からの放射性物質の漏出を抑制することが考えられている。

緩衝材の構築方法として、水平に近い定置処分するための坑道（以下、「処分坑道」と称する）に廃棄体を定置して処分する施設の場合には、図１に示すように２種類の構築が考えられている。図１−１は、処分坑道Ｇにおいて廃棄体Ｗのまわりにブロック状に成形した緩衝材Ｃを組み立てて構築する例であり、図１−２は事前に廃棄体Ｗと緩衝材Ｃを一体化して製作し、かつ、外殻として金属製の円筒容器を採用した緩衝材一体型の廃棄体Ｐをそのまま地下に搬入して、処分坑道Ｇに定置するという例である。

処分坑道Ｇの内空は、廃棄体Ｗおよびその周囲に構築する緩衝材Ｃよりも大きくなければ構築することはできない。同様に、緩衝材一体型の廃棄体Ｐを搬入して処分坑道に定置する場合にも、処分坑道Ｇの内空は、緩衝材一体型の廃棄体Ｐよりも大きくなければならない。その結果、緩衝材Ｃと坑道内壁との間、あるいは、緩衝材一体型の廃棄体Ｐと坑道内壁との間には、すき間が生じる（以下、このすき間のことを「坑道内壁部すき間」と称する）。

この坑道内壁部すき間は、緩衝材の品質を確保するためには、できる限りなんらかの材料で埋め戻しおくことが望ましく、その材料の一つとして、緩衝材Ｃと同じ材料である吸水膨張性を有する粘土系土質材料をペレット状に加工した材料が考えられている（以下、「ペレット状のすき間充填材」と称する）（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−３１９７３２号公報

坑道内壁部すき間にペレット状のすき間充填材を充填した状態では、すき間充填材とすき間充填材との間の空隙（以下、「ペレット外空隙」と称する）およびすき間充填材内部の空隙（以下、「ペレット内空隙」と称する）に空気が存在するため（図３参照）、空隙が水で飽和している状態に比べて伝熱性が低い。一方、放射性廃棄物は、発熱性を有するため、周囲の材料の伝熱性が高いことから、坑道内壁部すき間にペレット状のすき間充填材を充填してから早期に注水して浸水させることが好ましい。

また、処分坑道の局所から湧出する地下水が坑道内すき間に充填したペレット状のすき間充填材に浸透して、一部領域のすき間充填材が吸水膨張すると、すき間充填材が難透水性を発揮し、すき間充填材を充填した坑道内壁部すき間の透水性にムラが生じることが懸念される。具体的には、坑道内壁部すき間の透水性分布が均一でなくなることや、膨潤圧が偏って内部の廃棄物に力が作用することが懸念される。このような現象を防止するためには、坑道内壁部すき間にペレット状のすき間充填材を充填してから早期に注水して浸水させることが好ましい。

また、坑道内壁部すき間にペレット状のすき間充填材を充填してから注水し、浸水させる方法として、処分坑道の天端付近から注水する方法、坑道の底部側から注水する方法等があるが、前者の注水方法を採用すると天端付近に水が行き渡るが、それよりも下には空気が残存する虞れがある。注水位置を処分坑道の中段に設けても、注水口付近のすき間充填材が吸水膨張して難透水性を発揮し、すき間充填材を充填した坑道内壁部すき間の透水性にムラが生じることが懸念される。具体的には、水が下に流れなくなる可能性がある。したがって、処分坑道の底部側から注水して浸水させることが好ましい。

ペレット状のすき間充填材は、浸水直後から吸水膨張するとともに、透水係数が小さくなり、難透水性を発揮するので、坑道内壁部すき間への注水開始から注水完了までの時間が長くなると、その間に、すでに浸水しているすき間充填材の難透水性により、注水できなくなることが懸念される。

また、坑道内壁部すき間への注水が完了した直後は、充填されたペレット状のすき間充填材の難透水性が十分に発揮されないために、処分坑道に沿った地下水圧の分布によっては、処分坑道の軸方向の地下水流れが影響して、ペレット状のすき間充填材が侵食を受けることが懸念される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ペレット状のすき間充填材が吸水膨潤することにより、透水係数が低下することを考慮したすき間充填材への注水方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、処分坑道に定置した廃棄体を囲繞する緩衝材と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレット状のすき間充填材に処分坑道の底部から注水するすき間充填材への注水方法において、事前に把握したすき間充填材の浸水後の透水係数の変化特性に基づいて、前記すき間に水を満たすまでに要する時間と注水に要する圧力とを算出し、これに適した注水量速度と注水圧力を決定することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記すき間に水を満たした後、注水圧力を事前に把握した坑道掘削前の地下水圧と同等の圧力で維持することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、処分坑道の入口区間、さらには、処分坑道の途中の要所に、処分坑道の軸方向への地下水の流れを抑制する遮水プラグを設置することを特徴とする。

本発明にかかるすき間充填材への注水方法は、処分坑道に定置した廃棄体を囲繞する緩衝材と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレット状のすき間充填材に処分坑道の底部から注水するすき間充填材への注水方法において、事前に把握したすき間充填材の浸水後の透水係数の変化特性に基づいて、すき間に水を満たすまでに要する時間と注水に要する圧力とを算出し、これに適した注水量速度と注水圧力を決定するので、ペレット状のすき間充填材が吸水膨潤することにより、透水係数が低下することを考慮し、すき間充填材へ注水できる。

また、本発明にかかるすき間充填材への注水方法は、すき間に水を満たした後、注水圧力を事前に把握した坑道掘削前の地下水圧と同等の圧力で維持するので、地下水は、処分坑道の内部に湧出しなくなる。仮に、地下水が湧出したとしても、処分坑道に沿った地下水圧の分布は、掘削後の周辺地下地圧低下状態から処分坑道掘削前の地下水圧に短時間で回復するので、処分坑道の軸方向の地下水流れは微量となり、充填されたペレット状のすき間充填材が侵食を受けることはなくなる。

図１−１は、廃棄体のまわりにブロック状に成形した緩衝材を組み立てた処分坑道を示す模式図である。図１−２は、廃棄体と緩衝材を一体化した緩衝材一体型の廃棄体を収容した処分坑道を示す模式図である。図２は、一体型廃棄体の埋設手順を示すフローチャートである。図３は、処分坑道に定置した一体型廃棄体と処分坑道との関係を示す模式図である。図４−１は、ペレットの状態を示す模式図である。図４−２は、ペレットを充填したすき間の状態を示す模式図である。図５は、注水設備を付設した処分坑道を示す模式図である。図６は、すき間に充填したペレットを示す図であって、注水する前の状態を示す図である。図７−１は、すき間内の水位の上昇を示す模式図である。図７−２は、すき間内の水位の上昇をモデル化した図である。図８は、図５に示した処分坑道と一体型廃棄体との間に生じるすき間内の水位の上昇をモデル化した図である。図９は、図８に示したモデルにおける水位上昇を示す図である。図１０は、水位上昇位置と注水圧力との関係を示す図である。図１１は、ペレットの透水係数と注水圧力との関係を示す図である。図１２は、注水後の経過時間とペレットの透水係数の関係を示す図である。図１３は、粒径が２０ｍｍのペレットに注水した場合における２日間の透水係数の変化を示す図である。図１４は、注水圧力を求める際に用いたモデルを示す図である。図１５は、水位上昇速度が１ｍ／ｈの場合における水位上昇位置と注水圧力との関係を示す図である。図１６は、水位上昇速度が５ｍ／ｈの場合における水位上昇位置と注水圧力との関係を示す図である。図１７は、水位上昇速度が０．１ｍ／ｈの場合における水位上昇位置と注水圧力との関係を示す図である。図１８は、水位上昇速度と注水圧力との関係を示す図である。図１９は、処分坑道が複数の湧水帯を貫通した廃棄体の埋設処分施設を示す図である。図２０は、処分坑道を掘削する前の天然状態における地山の地下水圧分布を示す図である。図２１は、処分坑道を掘削し、その後、湧水量が落ち着いた状態における地山の地下水圧分布を示す図である。図２２は、処分坑道と廃棄体との間にペレットを充填し、その後、処分坑道と廃棄体との間に注水した直後の状態における地山の地下水圧分布を示す図である。図２３は、一体型廃棄体の埋設手順を示すフローチャートである。図２４は、注水圧を短時間で坑道掘削前の元の地下水圧まで昇圧する途上において、坑道壁面部における水圧が６０ｍＨ_２Ｏに達した場合における地山の地下水圧分布を示す図である。図２５は、注水圧が坑道掘削前の元の地下水圧に相当する１００ｍＨ_２Ｏに達した場合における地山の地下水分布を示す図である。図２６は、地下水圧の分布を概念的に示した図である。図２７は、入口区画に遮水プラグを設置した処分坑道を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態であるペレット状のすき間充填材への注水方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、処分坑道に定置した緩衝材一体型の廃棄体（ＰＥＭ（Pre-fabricated EBS Module））（以下、「一体型廃棄体」という）と処分坑道との間に生じるすき間（以下、「すき間」という）に充填したペレット状のすき間充填材（以下、「ペレット」という）への注水を例に説明するが、これによりこの発明が限定されるものではない。

［すき間への注水に至る作業手順］
図２に基づいて、一体型廃棄体の埋設手順およびすき間への注水に至る作業手順を説明する。なお、図２は、一体型廃棄体の埋設手順を示すフローチャートである。

処分坑道に一体型廃棄体を埋設処分する場合には、図２に示すように、まず、処分坑道に一体型廃棄体を搬入する（ステップＳ１）。

一体型廃棄体を定置する位置まで一体型廃棄体を搬入すると、一体型廃棄体を台座に降ろすことにより、処分坑道に一体型廃棄体を定置する（ステップＳ２）。

つぎに、定置された一体型廃棄体と処分坑道との間にペレットを充填する（ステップＳ３）。ここで充填するペレットは、ベントナイトに代表される粘土系遮水材料を締め固めたもので、注水すると膨潤することにより遮水性能を発揮する（ステップＳ３）。

そして、処分坑道に埋設処分する数の一体型廃棄体を定置し、ペレットを充填すると、その処分坑道の入口を閉鎖する（ステップＳ４）。つぎに、注水孔から注水することにより、ペレットが充填された坑道内壁すき間を水で満たす（ステップＳ５）。

［注水するすき間と注水設備］
ペレットに注水する場合には、まず、ペレットを充填したすき間の容積を求める。図３に示す例では、一体型廃棄体Ｐの外径を２，２００ｍｍ、処分坑道１の坑道径を３，０００ｍｍ、すき間幅を４００ｍｍ、坑道延長を１００ｍとする。この例によると、すき間の断面積は３．２６７ｍ^２となり、すき間の容積は３２７ｍ^３となる。

つぎに、すき間に充填したペレットの状態を求める。ペレットには、ベントナイト系の土質材料を用いる。ペレットの乾燥密度は、図４−１に示すように、２．０Ｍｇ／ｍ^３程度である。ペレットは、図４−２に示すように、すき間に３０〜５０％の空隙率で充填される。空隙率は、すき間の形状や使用するペレットの粒径の違いによって異なるが、ここでは、空隙率（ペレット外）を４０％とする。

つぎに、注水する流量を求める。ここでは、図５に示すように、注水管（注水本管）およびこれから分岐する枝管（注水枝管）を配管した台座１１を処分坑道１の床面に付設し、注水管１２から枝管１３を通り、ペレットに注水するものとする。注水管１２は、一般的な２インチ管（５０Ａ（内径５２．９ｍｍ）または２Ｂ（内径６０．５ｍｍ））を用いるものとする。そして、流速２．０ｍ／ｓで注入する場合には、下式（数１）に示すように、１本の注水管１２で２６３Ｌ／ｍｉｎの注水が可能である。なお、注水する流量が不足する場合には、注水管１２を複数配管することもある。この場合には、２〜４本を想定する。

［水位上昇に伴う水圧上昇］
つぎに、水位上昇速度を求める。ペレットに注水する前は、図６に示す状態にある。注水管から注水すると、すき間内の水位は、図７−１に示すように上昇すると考えられるが、すき間は、坑道に比べて狭く、かつ、ペレットＢ(図６参照)が充填されているので、図７−２のように、モデル化することができる。このモデルを図５に示した処分坑道１と廃棄体Ｐとの間に生じるすき間内の水位上昇に適用すると、図８に示すようになる。

１００ｍの坑道に２本の注水管（２インチ管）を用いて、流量２６３Ｌ／ｍｉｎ（０．００４４ｍ^３／ｓ）で注水した場合の水位上昇速度は、ペレット外の空隙（たとえば、空隙率４０％）のみを水が満たして上昇すると仮定すれば、下式（数２）のように計算される。

すき間に充填したペレットに注水を行う場合には抵抗が作用する。その抵抗は、水の流れやすさを示す透水係数で表すことができる。下式（数３）は、水の流れを表す支配方定式である。

ところで、水位は、図９の左に示す状態から右に示す状態に変化する。図において、Ａ点は注水位置を示し、Ｂ点は水位を示す。また、Ｂ点の圧力は大気圧である。図９に示すように、水位が上昇すると、経路長が長くなるため、同じ流速（水位上昇速度）で注水するためには、注水水頭（注水圧）を増やす必要がある。これにより、同じ流速で注水する場合には、水位の上昇に伴い注水ポンプの負荷が増えていく。

つぎに、注水に必要な圧力を求める。たとえば、ペレットの透水係数が１．０×１０^−４ｍ／ｓ、水位上昇速度１ｍ／ｈの場合には、水位の上昇にともない、図１０に示すように、注水圧力が上昇していき、３．５ｍの最終位置（満水位置）まで注水すると、０．０９５ＭＰａの注水圧力が必要となる。

［ペレットの透水係数に見合った注水圧力］
ペレットの透水係数が１．０×１０^−４より小さい場合は、透水係数の低下に伴い注水圧力が増大する。図１１は、ペレットの透水係数を変化させて注水圧力を算定したもので、透水係数が１／１０、１／１００、１／１０００、１／１００００とオーダーで低下すると、注水圧力がオーダーで増加することを示している。これによると、注水ポンプの最大注水圧力が１ＭＰａである場合には、ペレットの透水係数が１．０×１０^−５ｍ／ｓよりも小さいと注入ポンプの能力が不足することがわかる。この場合には、注入ポンプの吐出圧力を高圧仕様に変更する方法も考えられるが、高圧ポンプの能力の高圧化には限界がある。また、他の方法として、注入ポンプの注入量をオーダーで小さくすることにより、水位上昇速度を遅くし、注水圧力を増加させない方法も考えられるが、満水に至るまでの時間は著しく大きくなるという欠点がある。

つぎに、ペレットの透水性を検討する。図１２に示すように、ペレットの粒径によって透水係数は異なる。粒径の大きいペレットは、注水直後の透水係数が大きく、粒径の小さいペレットは、注水直後の透水係数が小さい。また、ペレットの透水係数は、浸水後の時間の経過とともに低下する。

上述したように、注水ポンプの最大注水圧力が１ＭＰａである場合には、ペレットの透水係数が１．０×１０^−５ｍ／ｓ以上であることが求められるので、図１２に示すように、粒径が２０ｍｍのペレットを用いなければ、現実的な注水ができない。また、透水係数は注水後の数日で急激に低下するため、できるだけ早くに注水を完了する必要がある。

なお、図１２は、浸水後１時間経過後に透水係数の測定を始めた実験データをプロットしたものである。浸水後１時間以内であれば、粒径２０ｍｍよりも小さいペレットの透水係数が１．０×１０^−５ｍ／ｓ以上を呈する可能性があるので、同図のデータは、適用できるペレットの粒径を２０ｍｍ以上に限定するものではない。

図１３は、粒径が２０ｍｍのペレットに注水した場合における２日間の透水係数の変化を示す図である。下式（数４）に回帰式を示す。なお、この式では、注水開始直後の透水係数は、３．０×１０^−５である。

つぎに、注水に伴い透水係数が低下する場合における注水圧力を求める（試算）。ここでは、図１４に示すように、モデル化して求めた。ここでは、注水到達点までの３．５ｍ（注水位置から頂部までの半周）を３５分割した。これにより、分割幅ΔＨは、０．１ｍとなる。

注水は、下部から上部に向けて進展する。水位上昇速度は一定であるから、上述した数式（数３）を用いれば、分割要素に作用する差圧が求まる。この差圧は、透水係数が変化しない場合は、すべての要素で変わらないが、上述したように、透水係数が変化するので、すべての要素で異なる値となる。

透水係数の変化は、図１３の結果から、時間との関数として求める。たとえば、図１４に示す状態１の場合は、要素１は、ｔ＝Δｈ・ｖで求まり、要素３は、ｔ＝３・Δｈ・ｖで求まる。図１４に示す状態２では、水面から下方に向かう３要素は、状態１の水面から下方に向かう３要素と同じ状態となる。それぞれの状態において、水面における圧力は、０となるので、すべての要素に作用する圧力差を合計すると、注水位置における注水圧力が求まる。

［水位上昇速度が十分大きい場合の注水圧］
水位上昇速度１．０ｍ／ｈの場合の注水圧力の増加を求めると、図１５に示す結果が得られる。透水係数が変化しない場合には、水位上昇位置と注水圧力とが線形関係にあるが、透水係数の低下を考慮すると、水位上昇位置が高いところでは、時間の経過に伴い透水係数が低下しているので、注水圧力が大きくなるカーブを描く。なお、点Ａは注水完了時（満水時）の注水圧力を示す。

［水位上昇速度が十分でない場合の注水圧］
つぎに、水位上昇速度を変化させて、注水圧力を求めると、図１６、図１７に示す結果が得られる。図１６に示すように、水位上昇速度を５．０ｍ／ｈにすると、注水完了（満水）までの時間が短いので、透水係数の低下が小さく、線形形状となる。一方、最終圧力は、１．６５ＭＰａとなるので、注水圧力は想定するポンプの吐出圧力（１ＭＰａ）を越える。

図１７に示すように、水位上昇速度を０．１ｍ／ｈにすると、注入完了（満水）までの時間が長いので、透水係数の低下が大きく、注入途中より急激な注入圧力の増加を伴う。また、最終圧力は、１９．５ＭＰａとなるので、注水圧力は想定するポンプの吐出圧力（１ＭＰａ）を大きく越える。

［最適な水位上昇速度の求め方］
注水圧力を様々に変化させて注水完了時（満水時）の注水圧力を求めると、図１８に示すように、水位上昇速度を０．５ｍ／ｈ程度にした場合が最も注水圧力を小さくできることがわかる。また、ポンプの吐出能力を１ＭＰａとした場合、水位上昇速度を０．２〜２．６ｍ／ｈとしなければならないことがわかる。このように、水位上昇速度を０．２〜２．６ｍ／ｈとすると、１７〜１．３時間で注水が完了する。

上述したペレットの注水方法によれば、処分坑道に定置した一体型廃棄体と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレットに処分坑道の底部から注水するペレットへの注水方法において、事前に把握したすき間充填材の浸水後の透水係数の変化特性に基づいて、前記すき間に水を満たすまでに要する時間と注水に要する圧力とを算出し、これに適した注水量速度と注水圧力を決定するので、ペレットが吸水膨潤することにより、透水係数が低下することを考慮したペレットへの注水方法を提供できる。

また、図１２に示すように、ペレットの難透水性が発揮され、ペレットとペレットとの間の空隙に供給される水が行き渡りにくくなる前に、処分坑道に水を満たすことができるので、すき間を早期に水で飽和した吸水膨張性材料の均質な難透水性場を形成することができる。

また、事前に取得した透水係数の変化情報を参考に、最適な注水速度を求めることができる。なお、上述したペレットの粒度配合やペレットの充填密度を変えることで、図１２に示す透水係数は変わるので、上述のような手順で検討した注水条件が現場の状況にマッチしない場合には、ペレットの充填条件（粒度の組み合わせペレットの形成密度）を決めることもできる。

また、ペレットの粒径やペレットの成分によって異なる浸水後の難透水性発揮特性を事前に把握し、図１２に示すように事前に得られたペレットの透水係数の変化特性を勘案して、所定の容積の坑道内壁部すき間を満たすまでに要する時間と要する注水圧力を図１８のように算定して、最適な注水量速度と注水圧力を決めてから、すき間へ注水することもできる。

なお、上述した実施の形態では、一体型廃棄体と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレットへの注水を例に説明したが、緩衝材と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレットへ注水するものであれば、一体型廃棄体と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレットへの注水に限られるものではなく、緩衝材を締め固めたブロック状の緩衝材と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレットへの注水にも適用可能である。

［坑道周囲の地下水圧の変化］
図１９は、処分坑道が複数の湧水帯を貫通した廃棄体の埋設処分施設を示す図である。わが国の地質岩盤条件では、坑道が複数の湧水帯を貫通することは珍しくないので、処分坑道５の坑道延長が長い場合には、図１９に示すように、処分坑道５が複数の湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣを貫通することがある。このような場合には、シール材（膨潤し始めた緩衝材Ｃ）の損傷が懸念される。

図２０は、処分坑道を掘削する前の天然状態における地山の地下水圧分布を示す図である。図２０に示す例では、掘削する処分坑道の深度を１００ｍとし、掘削する処分坑道５が三つの湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣを貫通するものとする。また、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの地下水面が地表（深度０）にあるものとする。図２０に示すように、処分坑道５を掘削する前の天然状態において、水みちとなる湧水帯（断層、断層破砕帯、透水性の大きい火山性噴出物の層など）ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの地下水圧は、どこも同じような値となる。すなわち、地下水圧は、深度が深くなるにつれて大きくなるが、地下水圧を水頭値（その点にピエゾ管をつけて水位置で読み取った場合に相当する値）で表すならば、すべての点の地下水頭値は地表近くに存在する地下水位に等しい値を示すことになる。

地下水は、微少流速で地下を浸透しているので、動水勾配は完全にゼロではない。したがって、水頭値の分布が完全に一定というわけではない。しかしながら、仮に隣の湧水帯に比べて地下水圧に差があったとしても、廃棄体の埋設処分施設が立地する地下深く（たとえば、深度１００〜１０００ｍ）の地山のマクロな動水勾配は、１／１００を上まわることは少ないと予想される。これにより、たとえば、５０ｍ離れた湧水帯の地下水圧の差圧は、水頭にして０．５ｍＨ_２Ｏ程度（圧力差で５ｋＰａ程度）である。

図２１は、処分坑道を掘削し、その後、湧水量が落ち着いた状態における地山の地下水圧分布を示す図である。図２１に示すように、処分坑道５を掘削した後は、湧水帯の坑道交差位置（処分坑道の壁面部）の水圧が大気圧と同じになるため、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの処分坑道周囲における水圧（水頭値）は、掘削後の時間の経過に伴って元の水圧から著しく低くなる。なお、図２１において、複数の湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの透水特性が異なるため、たとえば、湧水帯ＷＢの透水性が隣の湧水帯ＷＡやＷＢの透水性の１０倍（たとえば、透水係数が２０倍、間隙容積が２倍）相当である場合には、湧水帯ＷＢの水圧は、湧水帯ＷＡやＷＣの水圧に比べて奥まで（処分坑道の壁面から地山に向けて離れたところまで）低いものとなる。

［坑道への注水完了後の坑道軸方向の地下水流れ］
その後、処分坑道５と処分坑道５に定置した一体型廃棄体Ｐとの間にペレットを充填した後、図示せぬ排水設備による地下水の湧水の排水行為を停止してから、処分坑道５と一体型廃棄体Ｐとの間に注水すると、その直後は、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣから処分坑道５の内部に地下水が流入する。水は、短時間の内に処分坑道５の内部に満たされるので、その後は、時間の経過とともに遮水性能を発揮する。

図２２は、処分坑道と廃棄体との間にペレットを充填し、その後、処分坑道と一体型廃棄体との間に注水した直後の状態における地山の地下水圧分布を示す図である。処分坑道５の内部が水で満たされると、湧水帯ＷＡやＷＣの水圧は上昇して、早々に元の地下水圧に回復していく。一方、透水性が大きく、貯留量が大きい湧水帯ＷＢの水圧回復は若干遅れる。このように、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣのそれぞれにおける地下水圧の回復速度は、その湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの透水特性に応じてばらつきがあり、湧水帯相互の地下水の湧水圧の差圧が一時的に大きくなる。たとえば、図２２に示すような湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの各々に異なる水圧回復現象が生じて、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣそれぞれの処分坑道抗壁面での湧水圧に差が生じると、同図の中に矢印で示すような湧水帯ＷＡやＷＣから湧水帯ＷＢに向かう坑道軸方向の地下水流れが坑道すき間部に生じる。この地下水流れをもたらす坑道壁面における処分坑道５の軸方向の動水勾配ｉは、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの離間距離Ｌａｂ，Ｌｂｃ、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの坑道閉鎖直前における湧水圧Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの値に対応してたとえば下記のような条件となる。

［湧水帯ＷＡから湧水帯ＷＢに向かう地下水流れの動水勾配］（試算例１）
離間距離Ｌａｂ＝１０ｍ
湧水圧Ｐａ＝３０ｍＨ_２Ｏ，Ｐｂ＝１０ｍＨ_２Ｏ
ｉ＝（３０−１０）／１０＝２

［湧水帯ＷＣから湧水帯ＷＡに向かう地下水流れの動水勾配］（試算例２）
離間距離Ｌｂｃ＝１００ｍ
湧水圧Ｐｂ〜〜１０ｍＨ_２Ｏ，Ｐｃ＝２０ｍＨ_２Ｏ
ｉ＝（２０−１０）／１００＝０．１

［坑道軸方向の地下水流れによるペレット状のすき間充填材の侵食］
上記の試算例は、一例であって、実際には、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣのそれぞれの水理特性に応じてさまざまな流動場となるので、複数の湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣを横切る処分坑道５の壁面付近を処分坑道５の軸方向に浸透する地下水の流れは、いろいろな条件で、地下水が流動することになる。たとえば、上記の試算例１や２で、試算例１のように、動水勾配が大きくなったり、圧力差が大きくなったりすると、シール性能が損なわれることが懸念される。具体的には、坑道壁面に沿って卓越して地下水が流れる流路が生じるパイピング現象が発生し、その後はその水みちを流動する地下水が流れとともに緩衝材を洗掘し、喪失させていくことが懸念される。

なお、このような現象は一時的なものであり、遮水シール特性の材料を坑道壁面に沿ったすき間の充填材として採用するならば、数日間でこのような動水勾配の大きな地下水流れ現象は解消するので、処分坑道５が地下水で満たされてから数日間の動水勾配の大きな浸透流れを抑制できれば、懸念は解消される。

上述した廃棄体の埋設処分施設は、廃棄体の埋設処分施設に注水手段を備えたものである。注水手段は、上述した注水孔から注水するためのものであり、注水圧調整手段を備えている。注水手段は、たとえば、吐出圧力が調整可能な吐出ポンプ９（図２４および図２５参照）で構成され、吐出圧力を調整することにより、注水圧力を調整する。具体的には、大気圧と略同一となる圧力から段階的に高圧となるように調整し、最終的には、処分坑道を掘削する前の地下水圧と略同一の圧力に調整する。

［坑道への緩衝材一体型廃棄体の搬入定置とすき間へのペレット充填および注水の手順］
つぎに、図２３に基づいて一体型廃棄体Ｐの埋設手順を説明する。図２３は、一体型廃棄体の埋設手順を示すフローチャートである。ここでは、掘削する処分坑道５の深度を５００ｍとし、掘削する処分坑道５が三つの湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣを貫通するものとする。また、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの地下水面が地表（深度０）にあるものとする。

処分坑道５に一体型廃棄体Ｐを埋設処分する場合には、図２３に示すように、まず、処分坑道５に一体型廃棄体Ｐを搬入する（ステップＳ１１）。

一体型廃棄体Ｐを定置する位置まで一体型廃棄体Ｐを搬入すると、一体型廃棄体を台座１１（図５参照）に降ろすことにより、処分坑道５に一体型廃棄体Ｐを定置する（ステップＳ１２）。

つぎに、定置された一体型廃棄体Ｐと処分坑道５との間にペレットを充填する（ステップＳ１３）。ここで充填するペレットは、ベントナイトに代表される粘土系遮水材料を締め固めたもので、注水すると膨潤することにより遮水性能を発揮する。

そして、処分坑道５に埋設処分する数の一体型廃棄体Ｐを定置し、ペレットを充填すると、その処分坑道５の入口を閉鎖する（ステップＳ１４）。つぎに、注水管１２（図５参照）から注水することにより、ペレットが充填された坑道内壁すき間を水で満たす（ステップＳ１５）。

坑道内が水で満たされた後、すみやかに注水圧力が段階的に高くなるように昇圧する（ステップＳ１６）。そして、注水圧力が処分坑道５を掘削する前の地下水圧と同等になった場合には、その状態を維持する（ステップＳ１７）。

［注水完了後の坑道内水圧の回復］
図２４は、注水圧を短時間で坑道掘削前の元の地下水圧まで昇圧する途上において、坑道壁面部における水圧が６０ｍＨ_２Ｏに達した場合における地山の地下水圧分布を示す図であり、図２５は、注水圧が坑道掘削前の元の地下水圧に相当する１００ｍＨ_２Ｏに達した場合における地山の地下水圧分布を示す図である。

図２４に示すように、各々の湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの坑道壁面における圧力が６０ｍＨ_２Ｏ（圧力値で約０．６ＭＰａ）まで上昇すると、注水した水は、逆流して湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣに浸入する。これにより、地下水圧が低下していた湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの圧力が回復する。急速な注水を行わなければ、図２２に見られるように、処分坑道５の壁面から離れた位置における地下水圧（水頭値）の回復速度の違いが顕著であり、その結果、湧水帯間の水圧差が大きくなることが問題となる。これにより、急速な注水を行えば、湧水帯間の水圧分布が非常に短時間で回復することにより、湧水帯間の水圧差が解消する。

［坑道内水圧を地下水圧と同等に維持することの効果］
図２５に示すように、注水圧力を短時間で坑道掘削前の元の地下水圧と略同一となる１００ｍＨ_２Ｏまで上昇させると、処分坑道周囲の地下水の水頭値は元の地下水圧Ｐｉに等しい値に回復する。その後は、湧水帯相互の地下水圧の水圧差はほとんどゼロになり、坑道軸方向の地下水の流れは発生しなくなる。

また、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣの水圧が処分坑道を掘削する前の地下水圧Ｐｉと略同一となる圧力になるまでの一時的な状況では、湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣから処分坑道５に地下水が流入することがないので、処分坑道５の軸方向の地下水の流れは発生しにくくなる。その結果、すき間シール性能が損なわれる懸念を解消できる。

［処分坑道の奥から入口部の主要坑道に向かう地下水勾配の解消］
図２６は、処分坑道の入口部に遮水プラグを設けていない場合の地下水圧の分布を概念的に示した図である。処分坑道内部の水圧を処分坑道の掘削前の元の地下水圧と同等の圧力で維持することにより、処分坑道への地下水の浸入量は抑制することができ、かつ、処分坑道の軸方向の地下水圧の勾配も端子間で解消されるので、すき間に充填したペレットの侵食は防止することができるが、処分坑道の入口区間には主要坑道が存在しており、主要坑道は大気圧環境であることから、主要坑道に向かう地下水流れ場は大きな水圧勾配が生じる。その結果、入口に近い領域では処分坑道の軸方向の地下水流れによる影響が懸念される。

上述した廃棄体の埋設処分施設の説明では、主要坑道６における地下水圧（水頭）の分布について省略したが、実際には主要坑道６においても地下水が湧出する。これにより、処分坑道５の入口区画において、主要坑道６を中心とする同心円状の地下水水頭の等高線Ｄが存在する（図２６参照）。

図２７は、入口区画に遮水プラグを設置した処分坑道を示す図である。注水圧の調整が可能な吐出ポンプ（注水手段）６を備えた廃棄体の埋設処分施設は、図２７に示すように、処分坑道の入口区間に遮水プラグ１０を設置しておくことが好ましい。このように、遮水プラグ１０を設置すると、処分坑道の軸方向の地下水の流れが抑制される。

すなわち、主要坑道に向かう地下水圧の勾配は処分坑道入口区間に集中させることができる。その結果、入口区間よりも奥の処分坑道の軸方向の地下水圧勾配は解消する。なお、図２７に示すように、必要に応じて、処分坑道の入口区間と主要坑道の地山には止水グラウトＥを行っても良い。

したがって、上述した遮水プラグ１０は、主要坑道６に向かう地下水の流れを抑制する効果のほか、注水した水が主要坑道６にまわらないで、効率的かつ短時間で湧水帯ＷＡ，ＷＢ，ＷＣに供給される効果も発揮する。尚、遮水プラグ１０は、入口区間に一つに限られるものではなく、処分坑道５の途中に複数設置することも効果的である。

上述した本発明の実施の形態である廃棄体の埋設処分施設は、注水する水の圧力を調整することにより、湧水帯相互の地下水圧の差はほとんどゼロとなるため、処分坑道５の軸方向の地下水流れは発生しなくなる。その結果、すき間シール性能が損なわれる懸念が解消する。

１処分坑道
１１台座
１２注水管
１３枝管
５処分坑道
６主要坑道
９吐出ポンプ
１０遮水プラグ
Ｂペレット（すき間充填材）
Ｐ一体型廃棄体（緩衝材一体型の廃棄体）
ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ湧水帯

Claims

処分坑道に定置した廃棄体を囲繞する緩衝材と処分坑道との間に生じるすき間に充填したペレット状のすき間充填材に処分坑道の底部から注水するすき間充填材への注水方法において、
事前に把握したすき間充填材の浸水後の透水係数の変化特性に基づいて、前記底部からの注水によって前記すき間を満水状態にするために必要な時間と注水に要する圧力とを算出し、
これに適した注水量速度と注水圧力を決定することを特徴とするすき間充填材への注水方法。
前記すき間に水を満たした後、注水圧力を事前に把握した坑道掘削前の地下水圧と同等の圧力で維持することを特徴とする請求項１に記載のすき間充填材への注水方法。
処分坑道の入口区間、さらには、処分坑道の途中の要所に、処分坑道の軸方向への地下水の流れを抑制する遮水プラグを設置することを特徴とする請求項２に記載のすき間充填材への注水方法。