JP7225018B2 - 放射性廃棄物処分坑道の端部構造、放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法及び放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射性廃棄物処分坑道の端部構造、放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法及び放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法に関し、特に、地中に形成された坑道内に放射性廃棄物を埋設処分するための放射性廃棄物処分坑道の端部構造、放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法及び放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法に関する。

原子力発電所の運転などに伴い発生する放射性廃棄物は、人間環境と隔離するため、最終的には地下深い地層の中に埋設処分される。この地層には処分坑道が形成されており、放射性廃棄物である廃棄体を定置した後に最終的に埋め戻され、コンクリート等で作製されたプラグを坑道の端部に設けて閉鎖される。ここで、廃棄体としては、例えば、放射能レベルが高い廃液が溶かしたガラスと混ぜ合わされ、固めて高レベル放射性廃棄物のガラス固化体とされたものが挙げられる。

プラグの基本的な機能は、長期間経過して上記廃棄体が劣化、損傷した場合、坑道周辺岩盤のゆるんだ部位で地下水流動とともに核種（放射性物質）が外部に漏洩するリスクを抑制することが挙げられる。

また、万一の事態に備えて廃棄体を再取り出し可能とすることが求められる可能性も高く、その場合、坑道を数十年～数百年の期間埋戻しをしない状態で維持しておく必要があり、坑道の維持のために坑道内部に窒素ガス等のガスを高圧充填し、内圧により坑道を安定化させる方策が提案されている。この場合には、地下水流動のみならず、プラグ周辺の岩盤を通じての漏気を抑制する必要がある。

特許文献１は、透水性岩盤にトンネルを設ける際に、設けたトンネル周囲の岩盤にセメントミルクを止水材として注入することでトンネル周囲の岩盤に止水領域を形成する技術を開示する。具体的には、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、トンネル１０１の内側から放射状に削孔１０２を形成し、この削孔１０２にセメントミルクを注入することでセメントミルクを削孔１０２と交わる亀裂１０４やトンネル１０１周囲の透水性領域１０５に浸透させるものである。

特許文献１に開示された技術によれば、セメントミルクの硬化後にはトンネル１０１周囲に止水領域１０７が形成され、トンネル１０１内部への湧水の浸入を防止することができる。

そして、特許文献１の技術をプラグの設置位置付近の坑道周面に適用することで、プラグによって閉じられた坑道内部空間から、破線矢印１１０に示す経路により、坑道周辺岩盤の透水性領域１０５を介してプラグ１０６を迂回するように坑道外部へと地下水が浸出することを防止することができる。

特開２００６－２９９７４１号公報

しかし、特許文献１に開示された技術によれば、止水領域１０７の形成は削孔１０２からのセメントミルクの坑道周辺岩盤への浸透に依存するので、削孔１０２が亀裂１０４と上手く交差しなかった場合、地下水の浸出の防止効率が低下する。具体的には、坑道周辺岩盤の透水性領域１０５に入った亀裂１０４を介して坑道内部空間からプラグ１０６を迂回して坑道外部領域に容易に地下水が浸出する虞がある。

また、亀裂１０４が無くとも、図１０（ｂ）に示すように、坑道周辺の岩盤の緩み域においては地下水が移動可能であることから、同様に坑道内部空間から地下水が上記透水性領域１０５に移行し、当該透水性領域１０５を移動してプラグを迂回し、坑道外部領域に地下水が進出する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、栓体（プラグ）と坑道とで形成される坑道空間内部から、該坑道空間内に閉じ込めた物質の外部への漏洩をより確実に防止し得る栓体周辺部構造、栓体周辺部構造の製造方法及び坑道空間内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、地中に形成された、放射性廃棄物を内部に定置するための放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、放射性廃棄物が定置される坑道の端部に所定間隔をおいて並べて設置された２個の栓体と、止水材スラリーが充填された２個の前記栓体の栓体間領域と、前記栓体間領域における坑道の内壁の全周面から坑道周辺岩盤へと前記止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、放射性廃棄物が内部に定置された放射性廃棄物処分坑道の端部において、２個の栓体の栓体間領域における坑道の内壁の全周面から坑道周辺岩盤へと止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域を有するので、この領域によって亀裂等を介した坑道の定置室から栓体を迂回して定置室の外部へと移行する地下水やガスの流動をより確実に妨げることができ、定置室に閉じ込めた物質の外部への漏洩をより確実に防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、前記止水材スラリーが、スメクタイトスラリーであることを特徴とする。

従来使用されるセメントグラウトは長時間の経過により劣化するため、劣化後は坑道周辺含浸領域からグラウトが漏出し、止水及び漏気防止効果が失われる虞があるところ、この構成によれば、スメクタイトスラリーが坑道周辺含浸領域に維持されることで、従来よりも長期間に亘って定置室内に閉じ込めた物質の外部への漏洩を防止することが出来る。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、前記栓体間領域における前記坑道の内壁にボーリング孔が放射状に形成されており、前記止水材スラリーが前記ボーリング孔に注入されていることを特徴とする。

この構成によれば、止水材スラリーは栓体間領域における坑道の内壁からだけでなく、ボーリング孔からも坑道周辺含浸領域へ浸入するので、定置室に閉じ込めた物質の外部への漏洩をより効果的に防止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１～３の何れか一項に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、前記栓体間領域に配置されて前記２個の栓体を接続する筒状の内枠を有し、前記栓体間領域における前記止水材スラリーの充填は、前記筒状の内枠と前記坑道の内壁との間になされていることを特徴とする。

この構成によれば、栓体間領域を接続する筒状の内枠が設けられていることで、栓体間領域に注入される止水材スラリーの使用量が削減でき、より少ない止水材スラリーの使用量でより効果的に定置室に閉じ込めた物質の外部への漏洩を防止することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１～４の何れか一項に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、前記栓体と坑道とにより区画された前記放射性廃棄物の定置室内に充填され、該定置室内の壁面に作用する内圧を発生させた窒素ガスを含むことを特徴とする。

この構成によれば、定置室内の壁面に内圧が作用することで、坑道をより力学的に安定な状態に維持することが可能となり、坑道の崩壊に伴う放射性廃棄物処分坑道の端部からの定置室内に閉じ込めた物質の外部への漏洩リスクを低減させることが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１～５の何れか一項に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、前記定置室が埋め戻されていることを特徴とする。

この構成によれば、定置室が埋め戻されていることからさらに坑道の周辺地盤が支保されて力学的に安定となる。よって、坑道の崩壊に伴う放射性廃棄物処分坑道の端部からの定置室内に閉じ込めた物質の外部への漏洩リスクを低減させることが可能となる。

請求項７に記載の発明は、地中に形成した坑道に放射性廃棄物を定置し、栓体により該坑道端部を閉塞してなる放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法であって、坑道の端部に２個の前記栓体を所定間隔をおいて並べて設置する栓体設置工程と、前記栓体間領域に、該栓体間領域における坑道の内壁の全周面から坑道周辺岩盤へと止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域を形成するまで止水材スラリーを注入する注入工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、放射性廃棄物が内部に定置された放射性廃棄物処分坑道の端部において、栓体配置工程で設置された２個の栓体の栓体間領域に、その栓体間領域における坑道の内壁の全周面から坑道周辺岩盤へと面的に止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域が形成されるので、この領域によって亀裂等を介した坑道の定置室から栓体を迂回して定置室の外部へと流れる地下水やガスの流動をより確実に妨げることができ、定置室に閉じ込めた物質の外部への漏洩をより確実に防止することができる。

請求項８に記載の放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法は、請求項５に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の前記定置室内の壁面に作用する内圧を監視する監視工程と、前記監視中に前記内圧が低下した場合にはスメクタイトスラリーである前記止水材スラリーをさらに前記栓体間領域に注入し、前記内圧を上昇させる再注入工程と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、定置室内の壁面に作用する内圧を監視し、この内圧の低下により坑道周辺岩盤の緩み域への窒素ガスの漏洩を検出し、内圧が低下した場合には止水材スラリーをさらに栓体間領域に再注入して定置室内の内圧を上昇させることで窒素ガスの漏洩量の低下を図り、これにより放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩を長期間に亘ってより確実に防ぐことが可能となる。

本発明によれば、放射性廃棄物が内部に定置された放射性廃棄物処分坑道の端部において、２個の栓体の栓体間領域における坑道の内壁の全周面から止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域を有するので、この領域によって亀裂等を介した坑道の定置室から栓体を迂回して定置室の外部へと流れる地下水やガスの流動をより確実に妨げることができ、定置室に閉じ込めた物質の外部への漏洩をより確実に防止することができる。

本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造を模式的に示す断面図である。 放射性廃棄物４の断面図である。 筒状の内枠２０の斜視図である。 図１のＩＶ－ＩＶ線断面部の端面図である。 本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法の、栓体が配置される前の坑道を模式的に示す断面図である。 本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法における栓体配置工程の説明図であって、図５のＡ部拡大図に相当する図である。 本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法における栓体配置工程を説明する断面図である。 本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法における注入工程を説明する断面図である。 本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法における注入工程後の窒素ガスの注入を説明する断面図である。 （ａ）従来の透水性岩盤のトンネル周囲の岩盤に形成された止水領域を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）同図（ａ）のＸ_ｂ－Ｘ_ｂ線断面部の端面図である。

＜放射性廃棄物処分坑道の端部構造＞
次に、本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造を図１～図４を参照して詳細に説明するが、本発明は以下の形態に限られるものでは無い。

図１は本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０を模式的に示す断面図、図２は放射性廃棄物４の断面図、図３は筒状の内枠２０の斜視図、図４は図１のＩＶ－ＩＶ線断面部の端面図である。

図１に示すように、放射性廃棄物処分坑道２は、栓体１２によって区画された放射性廃棄物４を定置するための定置室６を有し、放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０は、この放射性廃棄物処分坑道２の端部領域を構成する。

放射性廃棄物処分坑道２は、地下深部（地表から３００ｍ～１０００ｍ）において略水平方向に伸長する坑道１８を有し、立坑３（図５参照）や斜坑（図示せず）により地上に繋がっている。

坑道１８は、長期的な安定性の観点から断面円形であることが好ましいが、馬蹄形、矩形、楕円形など、様々な形状をとることができる。断面円形とする場合、直径は１ｍ以上８ｍ以下の範囲であり、好ましくは２ｍ以上６ｍ以下の範囲である。

放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０は、並べて設置された２個の栓体１２-１，１２－２と、止水材スラリー１４が充填されたこれら２個の栓体１２-１，１２－２の栓体間領域１６と、を有する。

坑道１８の内壁１８ａは覆工コンクリートやグラウトなどで被覆されていてもよい。さらに、後述するように、坑道１８の坑道空間内の内壁には窒素ガスの充てんにより内圧が作用しているものの、非常に高い圧力を作用させるものでもないので、気密シートによる坑道１８の内壁１８ａの被覆は不要である。さらに言えば、コスト面から気密シート等は用いないことが好ましい。また、栓体間領域１６においては、坑道１８の内壁１８ａの全周面から坑道周辺岩盤５への止水材スラリー１４の含浸を促進するため、栓体間領域１６の内壁１８ａには被覆されていない露出部を設けることが好ましく、栓体間領域１６の内壁１８ａが全く被覆されていない態様もまた好ましい。また、例えば、被覆する場合であっても、覆工コンクリートの全面に内壁１８が露出する小孔部を全面に形成したり、栓体間領域１６の内壁１８ａの被覆をパンチングメタルで行ったりすることが挙げられる。

放射性廃棄物４は、原子力発電所の運転に伴って発生する低レベル放射性廃棄物、使用済み燃料、及び使用済み燃料の再処理に伴い再利用できないものとして残る高レベル放射性廃棄物が挙げられる。低レベル放射性廃棄物としては、たとえば、液体廃棄物、雑固体廃棄物（布・紙など）を凝縮・焼却により容積を減らした後、セメントなどで固めてドラム缶に固定されたものや、使用済み燃料の再処理の工程で発生するＴＲＵ廃棄物（ＴＲａｎｓ－Ｕｒａｎｉｃ ｗａｓｔｅ）が挙げられる。

高レベル放射性廃棄物としては、例えば、図２に示すものが挙げられる。同図に示すように、高レベル放射性廃棄物は、ガラス固化体４ａを炭素鋼やチタンなどの金属製の円筒容器からなるオーバーパック４ｂで被包し（上述の廃棄体に相当する）、オーバーパック４ｂをさらにベントナイトや砂を主成分とする緩衝材４ｃで包囲した後、略円柱形の鋼製容器４ｄ中に密閉したものである。かかる高レベル放射性廃棄物は、Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｏｄｕｌｅ（ＰＥＭと略される）と呼ばれる直径約１～２ｍのモジュールとして例示されるが、直径については、上記坑道に収容可能な大きさで適宜に調整可能である。

栓体１２（プラグ）は、上記放射性廃棄物４が定置された定置室６を塞ぐように配置される。図１では、坑道の基端部（入口側）に所定間隔を置いて２個の栓体１２－１，１２－２が並べて配置されているが、坑道１８の先端部が突き当りではない場合には、先端部にも２個の栓体を並べて設け、本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０を形成する必要がある。

２個の栓体１２－１，１２－２の間隔は、後述するように、内部から漏気及び地下水の流れを防止可能な程度に止水材スラリーの含浸領域を形成可能な長さであればどのような間隔であってもよく、例えば、１ｍ以上５ｍ以下であり、好ましくは１．５ｍ以上４ｍ以下である。

栓体１２には、閉塞した坑道１８における定置室６内外で地下水、（存在する場合には）埋戻し材、ガスなどの移動を防ぐ高い密閉性、及び長期間維持し得る強度が要求される。

このような要求を充足する栓体１２としては、コンクリート、セメントモルタル、鋼材などが挙げられるが、これらに限られるものではない。栓体１２－１，１２－２間の栓体間領域１６には、筒状の内枠２０が設けられていることが好ましい。図３に示すように、筒状の内枠２０は円筒状の枠体であるが、円筒形状以外にも、坑道１８の形状に合わせて断面視で馬蹄形、矩形、楕円形と任意の筒状形状を取ることができる。筒状の内枠２０は、２個の栓体１２－１，１２－２に架け渡され、両者を接続する。筒状の内枠２０は、栓体１２と同じ材料で製造することができるが、鋼製であることが好ましい。

本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０が筒状の内枠２０を有する場合、栓体間領域１６は、筒状の内枠２０と坑道壁部１８ａとの間の枠外領域１６ａと、筒状の内枠２０内の枠内領域１６ｂとに区画される。

枠内領域１６ｂは、栓体１２－１，１２－２にそれぞれ穿設された作業孔１２－１ａ，１２－２ａと連続していても良い。作業孔１２－１ａ，１２－２ａには開閉可能な扉１２－１ｂ，１２－２ｂがそれぞれ設けられている。なお、作業孔１２－１ａ，１２－２ａは本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０において必須の構成ではない。

図４に示すように、栓体間領域１６における坑道の内壁１８ａには、好ましくはボーリング孔２１が放射状に形成される。坑道周辺岩盤５は、坑道１８の掘削の影響を受け、その岩盤が初期に持っていた性質より変化をきたす範囲、すなわち、緩み域が存在している。本発明においては、この緩み域は、透水性に変化をきたす水理学的ゆるみ域のことをいうものとする。この緩み域は、坑道１８の内壁１８ａから最大で坑道１８の直径程度の厚さで存在していると考えられ、従って、ボーリング孔２１の長さは、坑道１８の内壁１８ａから坑道１８の直径程度の長さ以上となるように、すなわち、緩み域の厚さ以上の長さとなるように穿設される。

栓体間領域１６には（筒状の内枠２０が設けられている場合には栓体間領域１６における枠外領域１６ａには）、止水材スラリー１４が充填されている。

また、止水材スラリー１４は、ボーリング孔２１にも注入され、さらには栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａの全周面から坑道周辺岩盤５の緩み域へと含浸し、坑道周辺含浸領域２２を形成している。

なお、内壁１８ａの全周面とは、図４の断面視で円形の坑道１８の内壁１８ａを切れ目なく一周する周面のことを意味しており、図１に示す断面図において栓体間領域１６における内壁１８ａの一部あるいは複数箇所において坑道周辺岩盤５に止水材スラリー１４が含浸していない領域が存在していても構わない。

もちろん、栓体１２－１と１２－２の間の栓体間領域１６における内壁１８ａの全壁面領域から坑道周辺岩盤５へと止水材スラリー１４が含浸していることが最も好ましいが、本発明においてその構成が必須というわけではない。

止水材スラリー１４は、坑道周辺岩盤５の緩み域に含浸可能であって、この含浸領域において地下水の移動、漏気を防止する機能を発揮できるものであればどのような物質であってもよい。また、止水材スラリー１４の流動性は、注入・充填時において維持されていればよく、経時的に固化するスラリーであってもよく、固化せずに流動性を維持するスラリーであっても良い。しかし、注入後に漏気等が発生した場合には止水材スラリー１４を再注入して漏気部位を充填して漏気等を再度防ぐことを可能とする観点から、固化せずに流動性を維持するスラリーであることが好ましい。

経時的に固化するスラリーとしては、例えば、セメントミルク、硬化性樹脂組成物などが挙げられる。流動性を維持するスラリーとしては、例えば、スメクタイトスラリーが挙げられる。スメクタイトとは、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトナイトなどの粘土鉱物の総称である。なかでも、モンモリロナイトを主成分とする弱アルカリ性粘土岩であるベントイトを用いたベントナイトスラリーを止水材スラリー１４として用いることが好ましい。

止水材スラリー１４中の微粒子の粒径は、止水材スラリー１４の懸濁液をレーザー散乱法で測定した場合に、例えば、０．１μｍ～７０μｍの範囲に分布する。レーザー散乱法での測定は、例えば、１０６４型粒度分布測定装置（シーラス社製）を用い、０．１～５００μｍ程度の測定範囲で行うことができる。

微粒子の粒径が上記範囲を下回る場合には亀裂を目詰めすることができず、上記範囲を上回る場合には広い範囲まで止水材スラリー１４を浸透させることができないこと問題があることが経験的に知られている。

止水材スラリー１４中の微粒子の粒径は、好ましくは０．２μｍ～５６μｍの範囲である。

止水材スラリー１４は、例えば、配管２４から栓体間領域１６、好ましくは枠外領域１６ａに注入され、上述のとおりボーリング孔２１や栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａの全周面から坑道周辺岩盤５の緩み域へと含浸する。

また、本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０は、栓体１２－１と坑道１８とにより区画された放射性廃棄物４の定置室６内に充填され、定置室６内の壁面６ａに作用する内圧を発生させた窒素ガスを含むことが好ましい。

窒素ガスの充填は、図１に示すように、図示しないコンプレッサ、配管２８を用いて行うことができるが、これに限られるものではなく、周知の技術を用いて行うことができる。

さらに、定置室６は埋め戻されていても、埋め戻されていなくてもよいが、埋め戻されていることが好ましい。埋戻し材８としては、例えば、坑道１８の掘削の際に発生するずり（岩盤の破片）、ベントナイト、砂を用いることができる。坑道空間内が埋め戻されることで、さらに坑道の周辺地盤が支保されて力学的に安定となることが期待でき、これにより坑道１８の崩壊に伴う放射性廃棄物処分坑道の端部の栓体１２－１付近からの定置室６内に閉じ込めた物質の外部への漏洩リスクを低減させることが可能となる。同時に、埋戻しにより定置室６の容積が減少していることから、充填に用いる窒素ガス量の削減を図ることができる。

本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０によれば、放射性廃棄物４が内部に定置された放射性廃棄物処分坑道の端部において、図１及び図４に示すように、栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａの全周面から坑道周辺岩盤５に止水材スラリー１４が含浸した坑道周辺含浸領域２２を有する。したがって、図１０（ｂ）に示すような、従来の削孔１０２のみを介したセメントミルクを注入した止水領域１０７によっては止水領域１０７相互間にセメントミルクの被含浸領域が発生してしまい、図１の破線矢印１００に示すように、亀裂９等を介して定置室６から坑道周辺岩盤５に浸入した地下水やガスが、当該被含浸領域を通過することで栓体１２－１，１２－２を迂回して定置室の外部７へと移行していたところ、本願発明によれば、図４に示すように、坑道周辺岩盤５の全周に亘って存在する坑道周辺含浸領域２２により坑道周辺岩盤５に浸入した地下水やガスの移動経路が遮断され、定置室６に閉じ込めた物質の外部７への漏洩をより確実に防止することができる。

また、止水材スラリー１４がスメクタイトスラリーであることで、止水材スラリー１４を従来のセメントグラウトと比較して長期間坑道周辺岩盤５に維持させることができ、従来よりも長期間に亘って定置室６内に閉じ込めた物質の外部への漏洩を防止することが出来る。

さらに、ボーリング孔２１を栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａに放射状に形成することで、止水材スラリー１４が栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａからだけでなく、ボーリング孔２１からも坑道周辺岩盤５へと浸入するので、定置室６に閉じ込めた物質の外部への漏洩をより効果的に防止することができる。

そのうえ、２個の栓体１２－１，１２－２を接続する筒状の内枠２０が栓体間領域１６に設けられていることで、止水材スラリー１４の使用量が削減でき、より少ない止水材スラリー１４の使用量でより効果的に定置室６に閉じ込めた物質の外部への漏洩を防止することができる。さらに、筒状の内枠２０に加えて栓体１２－１，１２－２にそれぞれ作業孔１２－１ａ，１２－２ａを設けることで、止水材スラリー１４の注入時、注入後においても定置室６内外への移動経路を確保することが可能となる。

また、窒素ガスにより定置室６の壁面６ａに内圧が作用することで、坑道をより力学的に安定な状態に維持することが可能となる。

＜放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法＞
次に、本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法について、図５～図９を参照して説明する。図５は栓体が配置される前の坑道を模式的に示す断面図、図６は栓体配置工程の説明図であって、図５のＡ部拡大図に相当する図、図７は栓体配置工程を説明する断面図であり、図８は注入工程を説明する断面図、図９は注入工程後の窒素ガスの注入を説明する断面図である。

本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法は、栓体設置工程と、注入工程と、を含む。

そして、栓体設置工程の前に、図５に示すように、坑道１８内には、放射性廃棄物４が予め定置されている。

［栓体設置工程］
図６に示すように、本工程では、放射性廃棄物４が定置室６内に定置された坑道１８の端部に２個の栓体１２－１，１２－２を所定間隔をおいて並べて設置する。栓体１２－１，１２－２には、作業孔１２－１ａ，１２－２ａがそれぞれ設けられていることが好ましい（以上、栓体設置工程）。

［ボーリング孔形成工程］
本工程は任意の工程であり、本工程では、図６に示すように、栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａにボーリング孔２１が放射状に形成される。ボーリング孔２１は、放射状に４本以上形成されることが好ましく、６本以上形成されることがさらに好ましい。本実施の形態では、図４に示すように、ＩＶ－ＩＶ線断面の端面視で計８本放射状に形成されている。なお、ボーリング孔形成工程は、栓体配置工程後に限らず、栓体配置工程前に実施されていても良い（以上、ボーリング孔形成工程）。

［筒状の内枠配置工程］
本工程は任意の工程であり、本工程では、図７に示すように、筒状の内枠２０が、２個の栓体１２－１，１２－２に架け渡され、両者を接続する。栓体１２－１，１２－２と筒状の内枠２０との接続部において、枠外領域１６ａに注入される止水材スラリー１４が枠内領域１６ｂに浸入しないように筒状の内枠２０の端部は栓体１２－１，１２－２と密着している（以上、筒状の内枠配置工程）。

［注入工程］
本工程では、図８に示すように、栓体間領域１６の枠外領域１６ａに、栓体間領域１６における坑道１８の内壁１８ａの全周面から坑道周辺岩盤５へと止水材スラリー１４が含浸した坑道周辺含浸領域２２を形成するまで止水材スラリー１４を注入する。止水材スラリー１４の注入は、例えば、配管２４を介して行うことができる。配管２４に圧力計２５を設けることで、注入圧力をモニターすることができる。ここで、注入圧力は、坑道周辺含浸領域２２を形成することができる圧力であれば特に限定はなく、坑道周辺岩盤５の性状に合わせて決定することができる。注入圧量は、例えば、０．１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下であり、０．５ＭＰａ以上１．５ＭＰａであることが好ましい。
（以上、注入工程）。

［埋戻し工程］
本工程は任意の工程であり、本工程では、放射性廃棄物４が定置された定置室６を埋戻し材８により埋め戻す。

定置室６の埋戻しは、栓体間領域１６の枠内領域１６ｂ及び作業孔１２－１ａ，１２－２ａからなる通路を介して行うことができる。

なお、埋戻し工程は、栓体設置工程後であって注入工程の前に実施することも可能であり、栓体１２－１，１２－２が作業孔１２－１ａ，１２－２ａを有さない場合には、栓体設置工程の前に実施される（以上、埋戻し工程）。

［窒素ガス充填工程］
本工程は任意の工程であり、本工程では、図９に示すように、図示しないコンプレッサ、配管２８を介して窒素ガスを定置室６内に充填し、定置室６内の壁面６ａに作用する内圧を発生させる。

内圧は、圧力センサ３０により測定する。内圧が、例えば、水圧や地圧で決定される所定の好ましい内圧の範囲内となるように窒素ガスを坑道空間内に充填する。具体的には、例えば、所定の内圧の範囲内で目標値を設定し、目標値の±数％の範囲となるように窒素ガスの導入量を調整すればよい。二酸化炭素ガスを坑道空間内に充填する場合には、窒素ガスと同じ経路により二酸化炭素ガスを充填すればよい。

定置室６内の内圧は、大気圧以上であって、且つ坑道が位置する深さにおける地下水の水圧の０．０５倍以上であることが好ましく、これにより、有効に坑道の形状を長期的に維持することができる。また、定置室６の壁面６ａに作用している内圧が、坑道１８が位置する深さにおける地下水の水圧の２倍以下となることで、充填に用いる窒素ガスの量を必要量で抑え、且つ充填に用いる設備の過剰性能を回避することができる。好ましくは、坑道１８が位置する深さにおける地下水の水圧の０．５倍以上１倍以下が例示される。

例えば、深さ３００ｍにおいて水圧は約３ＭＰａであるから、その場合には内圧は０．３ＭＰａ以上６ＭＰａ以下、好ましくは１．５ＭＰａ以上４．５ＭＰａ以下となる。

また、坑道の近傍の岩盤内における地下水の水圧の約２．４６倍が地圧に相当するといえることから（長 秋雄ら、地質調査研究報告、２００９年、第６０巻、第７／８号、第４２６頁参照）、水圧のほかに、内圧の大きさとしては、地圧の０．０５／２．４６倍以上２／２．４６倍以下、好ましくは０．５／２．４６倍以上１／２．４６倍以下が例示される。

なお、水圧の測定は周知の技術を用いて行うことができ、例えば、地盤工学会によって基準化された「ボーリング孔を利用した電気式間隙水圧計の測定方法（ＪＧＳ１３１３）」により測定することができる。また、地圧は、応力解放法を原理とする手法のうちの埋設ひずみ法や、孔底ひずみ法などによって測定することができる。

また、窒素ガス充填工程は、栓体配置工程後であって注入工程の前に実施することも可能である（以上、窒素ガス充填工程）。

＜放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法＞
次に、本発明の放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法について説明する。

放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質とは、放射性廃棄物４であり、特に、ドラム缶（低レベル放射性廃棄物の場合）や鋼製、金属製の容器（高レベル放射性廃棄物の場合）に密閉された放射性核種である。

本発明の放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法は、定置室６内の壁面６ａに作用する内圧を監視する監視工程と、止水材スラリー１４の再注入工程と、を含む。本発明の放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法においては、止水材スラリー１４は、流動性を維持するスラリーであるスメクタイトスラリーである。

［監視工程］
本工程では、放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０の定置室６内の壁面６ａに作用する内圧を監視する。内圧の監視は、例えば、圧力センサ３０を用いて実施することができる。内圧の監視は、常に行われていてもよく、１日１回、１時間置きに１回など、定期的に行われてもよい。内圧を監視し続けているときにこの内圧が低下した場合、次の再注入工程に移行する。

定置室６内の内圧の低下は、例えば、０．３ＭＰａ以上６ＭＰａ以下などの所定範囲内にあった注入圧力の値がこの所定範囲内の下限値を下回ったことと定義してもよいし、上記所定範囲内における閾値を適宜に設定し、この閾値を下回ったことと定義してもよい（以上、監視工程）。

［再注入工程］
本工程では、止水材スラリー１４をさらに栓体間領域１６に注入し、これにより窒素ガスの漏洩量の低下を図り、結果として定置室６ａ内の内圧を上昇させる。止水材スラリー１４は、配管２４を介して栓体間領域１６内に再注入される。止水材スラリー１４の再注入は、圧力センサ３０により定置室６内の内圧を監視しながら行い、定置室６内の内圧の値が上記所定範囲内に戻った時点、あるいは上記閾値を上回った時点で止水材スラリー１４の注入を終了する（以上、再注入工程）。

再注入工程後は、再び監視工程に戻り、定置室６内の内圧の監視を継続する。

したがって、本発明の放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法によれば、定置室６内の壁面６ａに作用する内圧を監視し、この内圧の低下により坑道周辺岩盤５の緩み域への窒素ガスの漏洩を検出し、内圧が低下した場合には止水材スラリー１４をさらに栓体間領域１６に再注入して定置室６内の内圧を上昇させることで窒素ガスの漏洩量の低下を図り、これにより放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩を防ぐことが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、放射性廃棄物処分坑道の端部構造１０は、放射性廃棄物４を坑道１８内に横置きする横置き定置型の放射性廃棄物処分坑道２を例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、坑道の底部に複数の縦穴を設け、この縦穴に放射性廃棄物４を埋設する縦置き定置型の放射性廃棄物処分坑道に対しても本発明の放射性廃棄物処分坑道の端部構造を適用することができる。

また、栓体１２について、上記実施の形態では、栓体１２－１、１２－２の２個の栓体が所定間隔をおいて並べて設置されているが、３個以上の栓体が並べて設置されていてもよい。その場合、３個以上の栓体のうち、何れか２個の栓体の間の領域が栓体間領域となる。

２ 放射性廃棄物処分坑道
４ 放射性廃棄物
６ 定置室
１０ 放射性廃棄物処分坑道の端部構造
１２－１，１２－２ 栓体
１４ 止水材スラリー
１６ 栓体間領域
１８ 坑道
１８ａ 内壁
２０ 筒状の内枠
２１ ボーリング孔
２２ 坑道周辺含浸領域

Claims (6)

1. 地中に形成された、放射性廃棄物を内部に定置するための放射性廃棄物処分坑道の端部構造において、
   放射性廃棄物が定置される坑道の端部に所定間隔をおいて並べて設置された２個の栓体と、
   止水材スラリーが充填された２個の前記栓体の栓体間領域と、
   前記栓体間領域における坑道の内壁の全周面から坑道周辺岩盤へと前記止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域と、
   前記栓体間領域に配置されて前記２個の栓体を接続する筒状の内枠と、を有し、
   前記栓体間領域における前記止水材スラリーの充填は、前記筒状の内枠と前記坑道の内壁との間になされていることを特徴とする放射性廃棄物処分坑道の端部構造。
2. 前記止水材スラリーが、スメクタイトスラリーであることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造。
3. 前記栓体間領域における前記坑道の内壁にボーリング孔が放射状に形成されており、
   前記止水材スラリーが前記ボーリング孔に注入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造。
4. 前記栓体と坑道とにより区画された前記放射性廃棄物の定置室内に充填され、該定置室内の壁面に作用する内圧を発生させた窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造。
5. 地中に形成した坑道に放射性廃棄物を定置し、栓体により該坑道端部を閉塞してなる放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法であって、
   坑道の端部に２個の前記栓体を所定間隔をおいて並べて設置する栓体設置工程と、
   筒状の内枠を、前記２個の栓体に架け渡して両者を接続するように前記２個の栓体の間の領域である栓体間領域に配置する筒状の内枠配置工程と、
   前記栓体間領域における前記筒状の内枠の枠外領域に、該栓体間領域における坑道の内壁の全周面から坑道周辺岩盤へと止水材スラリーが含浸した坑道周辺含浸領域を形成するまで止水材スラリーを注入する注入工程と、
   を含むことを特徴とする放射性廃棄物処分坑道の端部構造の製造方法。
6. 請求項４に記載の放射性廃棄物処分坑道の端部構造の前記定置室内の壁面に作用する内圧を監視する監視工程と、
   前記監視中に前記内圧が低下した場合にはスメクタイトスラリーである前記止水材スラリーをさらに前記栓体間領域に注入し、前記内圧を上昇させる再注入工程と、
   を有することを特徴とする放射性廃棄物処分坑道内に閉じ込めた物質の漏洩防止方法。

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