JP2002214394A - 地層処分施設とその施工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子力発電における高レベル放射性廃棄物を
処分する廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を
縮小させ、適地となる岩盤への制約条件を緩和させて建
設コストの低減を図り、廃棄体を定置する際の操作性を
有利にする地層処分施設とその施工法を提供する。 【解決手段】 本発明による地層処分施設は、廃棄体が
埋め戻し材を介して竪置きに埋設される処分孔を底部に
形成できる形体の処分坑道５と、処分坑道中に在って坑
道軸に交差させる方向に横置きされる廃棄体を充填した
封鎖体３０から構成されており、封鎖体を緩衝材の介在
の下に廃棄体を充填する矩形状の鋼材製容器から構成す
ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地層処分施設とそ
の施工法に関し、特に、廃棄体の定置操作を容易にして
安全かつ高密度に処分できる地層処分施設とその施工法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所を中心にした核燃料サイク
ルは、使用済燃料を再利用するために、使用済燃料を直
接あるいはリサイクル燃料備蓄センターを経由させて再
処理工場に移して、ウランやプルトニウムを回収し、燃
料に加工して再利用するように構成されているが、この
燃料サイクルから外れる放射性廃棄物については、安全
に隔離処分されるように計画されている。

【０００３】再処理工場で発生する高レベルの放射性廃
棄物については、高レベル放射性廃棄物貯蔵施設におい
て廃棄体を冷却のための貯蔵をした後に地層処分施設に
おいて処分することが決められており、地層処分施設で
は、利用不可能な放射性廃棄物を処分するために、図７
に示されるように地下３００ｍ以深の地下施設が建設さ
れるように計画されている。

【０００４】地層処分施設１０は、地下施設部１とこれ
に地上受入施設２を連絡している立坑３及び排気立坑４
から構成されている。地下施設部１は、複数の処分坑道
５とこれらを連絡している主要トンネル６から構成され
ており、立坑３は、廃棄体搬入立坑７、人員・資材立坑
８、緊急用立坑９を擁している。

【０００５】地層処分施設は、岩種によって硬岩と堆積
岩等の軟岩の二つを対象とした施設に分類されて計画設
計されており、廃棄体を処分する際の定置方法において
も竪置き方式と横置き方式が考慮されていて、各々の施
設に関する技術的な検討がなされている。

【０００６】軟岩では、処分坑道５はＴＢＭ等によって
掘削し、大きな深度の場合は、堀削してから厚さ５０ｃ
ｍ程度の覆工コンクリートや圧縮コンクリートセグメン
トを用いた覆工によって支保することが考えられる。

【０００７】従来の竪置き方式は、図８に示すように処
分坑道の底部から処分孔を掘削し、その坑内に廃棄体を
埋め戻し材の介在の下に竪置きに定置する方法であり、
硬岩系岩盤の場合には、図８（ａ）のように構成されて
いる。

【０００８】硬岩系岩盤の処分坑道１１は、底部１２が
平面に形成され、上部１３は処分坑道１１の幅の半分
で、垂直状に形成された側部の立上がり高さと同様の半
径で描かれた半円形状に構成されており、処分坑道１１
と処分孔１４との配置は、軟岩の場合よりも狭い間隔で
構成されている。

【０００９】このために、処分坑道の大きさは、軟岩の
縦置きと坑道内横置き方式の中間となり、処分孔の掘削
が岩盤の安定性に与える影響も小さい。又、廃棄体１５
を定置させるための機械の導入や設置は、坑道断面が比
較的大きいことによって容易であり、廃棄体１５の埋設
密度を大きく確保できる。

【００１０】一方、図８（ｂ）に示す軟岩系岩盤の処分
坑道１６は、底部１７と側部１８が異なる半径の円弧状
に形成され、上部１３は側部１８の円弧の上端から半径
が処分坑道１６の幅の半分で描かれる半円形状に構成し
て、その上に厚さ５０ｃｍ程度の覆工コンクリートもし
くはコンクリートセグメントを用いた覆工１９を施工し
ており、処分坑道１６と処分孔１４との配置は、硬岩の
場合よりも広い間隔で構成されている。

【００１１】従って、処分坑道の大きさは中程度である
が、処分孔の掘削が岩盤の安定性に与える影響は大きく
なっている。このために、廃棄体１５を定置させるため
の機械の導入や設置が容易性であるものの、廃棄体１５
の埋設密度はあまり大きく確保することができなくなっ
ている。

【００１２】これに対して、横置き方式は、図９に示す
ように竪置き方式の処分孔に充填したものと同等な埋め
戻し材２２の介在の下に、廃棄体１５を横置きに掘削し
た処分坑道の軸方向に合致させるものであり、硬岩系岩
盤の場合には、処分坑道２０が図９（ａ）のように円形
に構成されているのに対して、軟岩系岩盤の場合には、
処分坑道２１を図９（ｂ）のように上下方向の楕円形に
構成して応力度を強化している。

【００１３】従って、処分坑道はいずれも径が小さいこ
とで、処分孔の掘削が岩盤の安定性に与える影響は無
い。しかして、廃棄体１５の埋設密度は程々に確保する
ことができるが、廃棄体１５を定置させるための機械の
導入や設置は不利になっている。

【００１４】以上のような各処分方式における廃棄体１
５の処分作業は、先ず処分孔１４や処分坑道２０、２１
の中に埋め戻し材を詰めてからベントナイト等から成る
埋め戻し材２２を封入しており、次いで埋め戻し材の中
に廃棄体１５を埋設して定置し、上記埋め戻し材の上端
や先端を蓋状の緩衝材で封鎖している。

【００１５】竪置き方式の処分孔１４は、残余の空間に
ベントナイト等から成る埋め戻し材２２をさらに封入し
ており、最終的には処分坑道１１、１６内まで埋め戻し
材２３を充填することで廃棄体１５の処分作業を完了し
ている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかして、竪置き方式
では、定置のための条件によって処分坑道や処分孔の断
面が大きくなることから、掘削や支保等の建設に係るコ
ストが嵩高になり、この傾向は、軟岩における竪置き方
式の場合に顕著になる。

【００１７】同様に、横置き方式の場合にも処分坑道の
断面が小さいことから、搬送機械を小型にする必要があ
り、円柱状で重量のある廃棄体では定置のための空間が
狭いことから、ベントナイト等の柔らかい埋め戻し材の
上に確実に定置させることは簡単でなく、相応の機構を
加味した対策が必要になる。加えて廃棄体の処分密度に
おいても処分坑道の軸方向に合致させる必要があるため
に、密度の縮小を図る点で不利である。

【００１８】特に、廃棄体の処分密度は、地下施設部を
構成している複数の処分坑道や主要トンネルの建設長に
影響を与えることから、廃棄体の処分密度を大にして地
下施設部の構築範囲を縮小させることは、適地となる岩
盤への制約条件が緩和されることや建設コストの低減に
つながるものであり、重要な問題である。

【００１９】本発明は、上述した現状に鑑みて高レベル
放射性廃棄物の処分における改善策を提案するものであ
り、廃棄体の処分密度を大にすることで地下施設部全体
を縮小し、適地となる岩盤への制約条件を緩和させ、建
設コストの低減を図ると共に、廃棄体を定置する際の操
作性を有利にする地層処分施設とその施工法を提供して
いる。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明による地層処分施
設は、基本的に、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体
を坑道軸と交差させる方向に横置きしており、具体的に
は、廃棄体を充填した封鎖体を、処分坑道中に充填され
る埋め戻し材で所定間隔で保持したり、封鎖体を、廃棄
体を緩衝材の介在の下に充填する容器から構成し、容器
を鋼材で矩形状に形成している。

【００２１】これによって、廃棄体の処分密度を大にし
て地下施設部全体を縮小させると共に、封鎖体の定置性
を向上させ、適地となる岩盤への制約条件を緩和させて
建設コストの低減を図っている。

【００２２】本発明による地層処分施設の施工法は、上
記地層処分施設の施工法であって、処分坑道中に緩衝材
を介在させて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差さ
せる方向に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間隔に保
持することから成り、処分坑道中の埋め戻し材を、第１
に廃棄体を充填した封鎖体の下部部分に充填し、封鎖体
を横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置
される廃棄体を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中
とを埋め戻し材で充填することを特徴にしている。

【００２３】これによって、廃棄体の処分密度を大にし
て地下施設部全体を縮小させると共に、廃棄体を定置す
る際の操作性を有利にしている。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明による地層処分施設は、処
分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させ
る方向に横置きしており、具体的には、廃棄体を充填し
た封鎖体を、処分坑道中に充填される埋め戻し材で所定
間隔で保持したり、封鎖体を、廃棄体を緩衝材の介在の
下に充填する容器から構成し、容器を鋼材で矩形状に形
成している。

【００２５】以下に、各発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明するが、発明の特徴を明確にするため
に、従来と同様の部分については同じ符号で表示してい
る。

【００２６】図１は、軟岩の地層に本発明による地層処
分施設を適用した場合の処分坑道の実施の形態を示す断
面図である。

【００２７】複数の処分坑道５は、従来の軟岩系岩盤に
構築される竪置き方式の処分坑道１６と同様に形成され
るが、その底部に掘削されていた処分孔１４は形成され
ていない形状に構成されている。

【００２８】即ち、処分坑道５は、底部１７を所定半径
の円弧状に形成しており、その側部１８も底部１７とは
異なる半径の円弧状に形成している。側部１８に継続し
ている上部１２は、側部１８の円弧の上端から半径が処
分坑道５の幅の半分で描かれる半円形状に構成されてお
り、処分坑道５の配置は、従来と同様に硬岩の場合より
も広い間隔で構成される。

【００２９】従って、本発明における処分坑道は、従来
の横置き方式と比較して断面を大きくしていることで、
空間的な余裕や大型機械の使用を許容することになり、
廃棄体を充填した封鎖体を定置する際の操作性を容易に
して作業を有利にしている。

【００３０】尚、本発明を構成している処分坑道は、従
来の竪置き方式の処分坑道と同様の形状寸法に形成され
るものであるから、地層が硬岩の場合には、そこに構築
される処分坑道は、従来の硬岩における竪置き方式の処
分坑道と同様の形状寸法に形成されることになる。

【００３１】図２において詳述する、廃棄体１５を充填
した封鎖体３０は、処分形態として処分坑道５に充填し
た埋め戻し材２３の中に横置きに配置するものである
が、横置きの方向は、従来の横置き方式と異なり、坑道
軸に対して交差する配置状態にしている。

【００３２】従って、封鎖体３０の配置間隔は、従来の
横置き方式の配置間隔に準じて行われるので、竪置き方
式の場合よりも狭い間隔で配置することが可能であり、
軟岩の場合には特に間隔が狭くなり、半分以下の間隔で
配置することが可能になるので廃棄体の処分密度を大幅
に高めることができる。

【００３３】以上のように、封鎖体３０は処分坑道５を
充填している埋め戻し材２３の中に保持されるものであ
るが、その配置は、第１に封鎖体３０の下部部分に相当
する範囲を埋め戻し材３１で充填して、封鎖体３０を配
置する位置が安定的に確保されるようにしており、次い
で、封鎖体３０が横置きに配置された後に、封鎖体の上
部部分と次に所定の間隔で配置される封鎖体の位置まで
埋め戻し材２３によってさらに充填するものであり、こ
れによって１個の封鎖体３０を定置させることにして、
これを作業の基準形態にしている。

【００３４】廃棄体１５は、高レベル放射性廃棄物を地
層処分施設に埋設するために形成されたものであり、高
レベル放射性廃棄物の廃液をガラス固化体にして、これ
を金属容器に格納したものである。

【００３５】従来は、廃棄体１５を地下水に触れさせな
いように厳重に処分するために、処分孔の周辺壁と処分
坑道の底部を含めた周辺岩盤の安定性を確保すると同時
に、処分孔内にベントナイト等から成る埋め戻し材を配
置して、この埋め戻し材中に廃棄体１５を定置するとい
う複数の工程からなる作業を構成していた。

【００３６】しかして、本発明の場合には、上記のよう
な処分孔の埋設仕様を図２に示すような一体の封鎖体３
０として構成することで達成しており、これによって、
廃棄体１５の定置に安定性を確保すると同時に、作業の
簡素化を図って施工効率を向上させている。

【００３７】本実施の形態における封鎖体３０は、矩形
状の鋼材製容器３２の内部に廃棄体１５とこれを安定的
に保持する緩衝材３３を予め充填することで構成されて
おり、廃棄体を埋設処分する際の取り扱いを容易にする
と同時に、矩形体にすることで定置における安定性を確
実にしている。

【００３８】以上のように、本発明による地層処分施設
は、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交
差させる方向に横置きにしているので、軟岩の地層にお
いても廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体を縮
小させると共に、封鎖体の定置性を向上させ、適地とな
る岩盤への制約条件を緩和させて建設コストを低減する
ことができる。

【００３９】次に、本発明による地層処分施設の施工法
について説明する。本発明による地層処分施設の施工法
は、上記地層処分施設の施工法であって、処分坑道中に
緩衝材を介在させて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と
交差させる方向に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間
隔に保持することから成り、処分坑道中の埋め戻し材
を、第１に廃棄体を充填した封鎖体の下部部分に充填
し、封鎖体を横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と
次いで配置される廃棄体を充填した封鎖体の位置までの
処分坑道中とを埋め戻し材で充填することを特徴にして
いる。

【００４０】以下に、本発明による地層処分施設の施工
法について実施の形態を図３〜６に基づいて詳細に説明
する。

【００４１】図３は、処分坑道の構築状態を示してい
る。図示のように、地層処分施設の処分坑道５は、底部
１７を所定半径の円弧状に形成し、その側部１８も底部
１７とは異なる半径の円弧状に形成しており、側部１８
に継続している上部１２は、側部１８の円弧の上端から
半径が処分坑道５の幅の半分で描かれる半円形状に構成
される断面形状に掘削され、内面に覆工１９を施工して
いる。

【００４２】そして、隣接する処分坑道５の配置は、従
来と同様に硬岩の場合よりも広い間隔になるように構成
されることになる。

【００４３】図４は、処分坑道中に埋め戻し材を充填す
る第１の段階を示している。処分坑道５の中に充填する
埋め戻し材３５は、図示のように腰掛け状の台座３６を
設けるように形成される。台座３６は、処分坑道５にお
いて封鎖体３０を定置する高さに設定されており、封鎖
体３０が矩形状であることに対応させて安定的に静置さ
れるように平面状に整地されている。

【００４４】本台座３６の形成は、処分坑道中の広い空
間の下に大型機械の自由な稼働によって容易に施工する
ことが可能であり、台座３６の施工によって以降の封鎖
体３０の処分作業を極めて容易にしている。

【００４５】図５は、封鎖体を定置する過程を示してい
る。封鎖体３０の定置は、台座３６の上に搬入してきた
封鎖体３０を安置するだけで確実に実施できるものであ
り、封鎖体３０が矩形状の鋼材製容器３２の内部に廃棄
体１５とこれを安定的に保持する埋め戻し材３３を予め
充填してあることで、廃棄体１５は、結果的に処分坑道
５の所定位置に配置されて、確実に埋設処分されること
になる。

【００４６】図６は、定置した封鎖体を埋め戻し材で封
鎖する過程を示している。封鎖体３０を定置した後は、
封鎖体３０の上部と所定の間隔で定置される予定の想像
線で示す封鎖体の位置までの空間を埋め戻し材３６で充
填しており、これによって封鎖体３０を埋設処分する作
業工程を完了する。

【００４７】このような埋め戻し材３６の充填作業も、
矩形状の鋼材製容器３２を平面状の台座３６の上に安置
してあるので、埋め戻し材３６によって移動する危惧が
ないことから迅速に遂行できる。、封鎖体３０を継続し
て埋設処分する以降の作業は、上記の工程を反復するこ
とで連続的に実施され、一つの処分坑道における封鎖体
の処分作業を終了する。

【００４８】以上のように、本発明による地層処分施設
の施工法は、処分坑道を構築してから埋め戻し材を充填
し、その上に封鎖体を坑道軸に交差させる方向に横置き
に配置した後に、封鎖体の上部部分と次に配置される封
鎖体の位置までの処分坑道中とを埋め戻し材で充填して
いるので、廃棄体の処分密度を大にして地下施設部全体
を縮小させると共に、廃棄体を定置する際の操作性を有
利にすることができる。

【００４９】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明してきたが、本発明による地層処分施設とその施
工法は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可
能であることは当然のことである。

【００５０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明である地層処分施
設は、処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と
交差させる方向に横置きしているので、以下の効果を奏
している。 処分坑道の断面積が大きいので、空間的な余裕や大
型機械の使用を可能にして廃棄体を充填した封鎖体を定
置する際の操作性を有利にする。 処分孔を掘削しないので、処分坑道の安定性を向上
させる。 廃棄体の処分密度を高くするので、処分施設全体を
小さくして処分施設の適地を拡大し建設コストを低減し
て経済性を向上させる。

【００５１】請求項２に記載の発明である地層処分施設
は、請求項１に記載の地層処分施設において、廃棄体を
充填した封鎖体を、処分坑道中に充填される埋め戻し材
で所定間隔で保持することを特徴としているので、上記
効果に加えて、廃棄体の処分密度を高くする配置を確実
にする効果を奏している。

【００５２】請求項３に記載の発明である地層処分施設
は、請求項１又は２に記載の地層処分施設において、廃
棄体を充填した封鎖体を、緩衝材の介在の下に廃棄体を
充填する容器から構成することを特徴としているので、
上記効果に加えて、廃棄体の埋設仕様を確実に確保する
効果を奏している。

【００５３】請求項４に記載の発明である地層処分施設
は、請求項１乃至３のいずれかに記載の地層処分施設に
おいて、容器を、矩形状に形成することを特徴としてい
るので、上記効果に加えて、廃棄体を定置する際の安定
性を確保する効果を奏している。

【００５４】請求項５に記載の発明である地層処分施設
は、請求項１乃至４のいずれかに記載の地層処分施設に
おいて、容器を、鋼材で形成することを特徴としている
ので、上記効果に加えて、廃棄体を地下水に触れさせな
いように厳重に処分し、併せて鋼材が腐食することで周
辺を還元域に構成して廃棄体を格納したオーバーパック
等の金属容器の腐食速度を低減できる効果を奏してい
る。

【００５５】請求項６に記載の発明である地層処分施設
の施工法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の地層処
分施設の施工法であって、処分坑道中に緩衝材を介在さ
せて廃棄体を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向
に横置きに配置し、埋め戻し材で所定間隔に保持するこ
とから成るので、廃棄体の処分密度を大にして地下施設
部全体を縮小させると共に、廃棄体を定置する際の操作
性を有利にする効果を奏している。

【００５６】請求項７に記載の発明である地層処分施設
の施工法は、請求項６に記載の地層処分施設の施工法で
あって、処分坑道中の埋め戻し材を、第１に廃棄体を充
填した封鎖体の下部部分に充填し、封鎖体を横置きに配
置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置される廃棄体
を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中とに充填する
ことを特徴としているので、上記効果に加えて、封鎖体
の定置作業を迅速に遂行する効果を奏している。

【図面の簡単な説明】

【 図１】本発明の地層処分施設における処分坑道の断
面図

【 図２】本発明の地層処分施設に用いる封鎖体の斜視
断面図

【 図３】本発明の地層処分施設の施工法における処分
坑道の施工図

【 図４】本発明の地層処分施設の施工法における処分
坑道への埋め戻し材の充填図

【 図５】本発明の地層処分施設の施工法における処分
坑道への封鎖体の定置図

【 図６】本発明の地層処分施設の施工法における処分
坑道への埋め戻し材の充填図

【 図７】従来工法による地層処分施設の斜視図

【 図８】従来工法による竪置き方式の処分坑道と処分
孔の断面図

【 図９】従来工法による横置き方式の処分坑道の断面
図

【符号の説明】

１ 地下施設部、 ２ 地上受入施設、 ３ 立坑、
４ 排気立坑、５ 処分坑道、 ６ 主要トンネル、
７ 廃棄体搬入立坑、８ 資材立坑、 ９ 緊急用立
坑、 １０ 地層処分施設、１１、１６ 処分坑道、
１２、１７ 底部、 １３ 上部、１４ 処分孔、 １
５ 廃棄体、 １８ 側部、 １９ 覆工、２０、２１
処分坑道、 ２２、２３ 埋め戻し材、３０ 封鎖
体、 ３１、３５ 埋め戻し材、 ３２ 鋼材製容器、
３３ 緩衝材、 ３６ 台座、

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処分坑道中に廃棄体を充填した封鎖体を
   坑道軸と交差させる方向に横置きする地層処分施設。
2. 【請求項２】 廃棄体を充填した封鎖体が、処分坑道中
   に充填される埋め戻し材で所定間隔で保持されることを
   特徴とする請求項１に記載の地層処分施設。
3. 【請求項３】 廃棄体を充填した封鎖体が、廃棄体を緩
   衝材の介在の下に充填する容器から成ることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の地層処分施設。
4. 【請求項４】 容器が、矩形状に形成されることを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地層処分施
   設。
5. 【請求項５】 容器が、鋼材で形成されることを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の地層処分施設。
6. 【請求項６】 処分坑道中に緩衝材を介在させて廃棄体
   を充填した封鎖体を坑道軸と交差させる方向に横置きに
   配置し、埋め戻し材で所定間隔に保持することから成る
   請求項１乃至５のいずれかに記載の地層処分施設の施工
   法。
7. 【請求項７】 処分坑道中の埋め戻し材が、第１に廃棄
   体を充填した封鎖体の下部部分に充填され、該封鎖体を
   横置きに配置した後に封鎖体の上部部分と次いで配置さ
   れる廃棄体を充填した封鎖体の位置までの処分坑道中と
   に充填されることを特徴とする請求項６に記載の地層処
   分施設の施工法。