放射性廃棄物処分用トンネル
【課題】ベントナイトの遮水性の劣化を可及的に防止することができる放射性廃棄物処分用トンネルを提供する。
【解決手段】本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネル１は、地山１２を掘削して坑道１１を形成し、当該坑道１１の内周面を覆う環状の覆工２０を設けてある。また、覆工２０と坑道１１との間には、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１とベントナイト３２とで構成した充填材層３０を設けてある。また、地山１２を掘削して形成した堀削空間ＤＳから、覆工２０の外周面と杭道１１の内周面との間の空隙１６ｓを分断する妻型枠１３を、地山１２の堀削方向に向けて所定の間隔で設けてある。
【解決手段】本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネル１は、地山１２を掘削して坑道１１を形成し、当該坑道１１の内周面を覆う環状の覆工２０を設けてある。また、覆工２０と坑道１１との間には、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１とベントナイト３２とで構成した充填材層３０を設けてある。また、地山１２を掘削して形成した堀削空間ＤＳから、覆工２０の外周面と杭道１１の内周面との間の空隙１６ｓを分断する妻型枠１３を、地山１２の堀削方向に向けて所定の間隔で設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電所から排出される高レベル放射性廃棄物を処分する放射性廃棄物処分用トンネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの中には、地山を掘削して坑道を形成し、当該坑道の内周面を覆う覆工（ライニンング）を設け、上記覆工と坑道との間隙にセメントミルクを充填することで充填材層を設けたものがある。
【０００３】
このトンネルによれば、覆工と坑道との間にセメントより構成した充填材層を設けるため、覆工の位置がずれることを防止することができるとともに、地山が変形することを防止することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０９８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したトンネルを、高レベル放射性廃棄物を処分する放射性廃棄物処分用トンネルにそのまま適用した場合、セメントミルクが硬化することで形成された充填材層の遮水性が十分とは言い難い。すなわち、上述したトンネルを放射性廃棄物処分用トンネルにそのまま適用した場合には、地下水が充填材層の隙間等から覆工の内部に浸透し、地下水と放射性廃棄物とが接触し、放射能を帯びた地下水が充填材層の隙間等から覆工の外部に流出することとなる。この場合、放射能を帯びた地下水によってトンネルの周辺が汚染されることとなる。
【０００６】
このような事態を防止すべく、例えば覆工の内周面に例えばベントナイトで遮水層を形成することが考えられるが、上記充填材層であるコンクリートから溶出する例えばカルシウムイオン等のアルカリイオンが溶出することによりベントナイトの遮水性を劣化させる等、ベントナイトや地山を構成する岩盤への悪影響が懸念される。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑み、ベントナイトの遮水性の劣化を可及的に防止することができる放射性廃棄物処分用トンネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、地山を掘削して坑道を形成し、当該坑道の内周面を覆う環状の覆工を設けた放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、前記覆工と前記坑道との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材とベントナイトとで構成した充填材層を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１において、前記充填材層は、前記覆工と前記坑道との間に充填された骨材間に、エタノールを加えることによりスラリー状に変成したベントナイトを充填することによって構成したものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１において、前記充填材層は、骨材と粒状のベントナイトとを予め混合したものを、前記覆工と前記坑道との間に充填することによって構成したものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記地山を掘削して形成した掘削空間から、前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の空隙を分断する妻型枠を、前記地山の掘削方向に向けて所定の間隔で設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係る発明は、上記請求項４において、前記妻型枠は、内部に粘土系材料を充填可能な充填空間を有し、当該充填空間に粘土系材料を充填せずに折り畳んだ収納態様と、当該充填空間に粘土系材料を充填することで前記掘削空間から前記空隙を分断する展開態様とに切り換え可能な袋体を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項６に係る発明は、上記請求項５において、前記袋体の前記充填空間に、粘土系材料であるベントナイトを充填することによって、前記妻型枠に遮水性を持たせることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項７に係る発明は、上記請求項２において、前記覆工の内部空間と前記空隙とを連通する通路を少なくとも２本設けることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項８に係る発明は、上記請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の開放端を閉塞する妻型枠を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項９に係る発明は、上記請求項８において、前記妻型枠が板状体で構成したものであり、前記板状体は、少なくとも一部に複数の通気孔を有したものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１０に係る発明は、上記請求項８又は９において、前記妻型枠における天端部及び前記天端部の左右両側に位置する肩部に、前記骨材を前記空隙に充填するための充填口をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項１１に係る発明は、上記請求項１０において、前記妻型枠が、前記天端部から前記各肩部までの範囲に前記複数の通気孔を有したものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項１２に係る発明は、上記請求項１０又は１１において、前記各肩部における充填口が、前記天端部から前記坑道の中心のまわりに左右に４５°回転した位置に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルによれば、覆工と坑道との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材とベントナイトとで構成した充填材層を設けたため、充填材層からカルシウム等のアリカリイオンが溶出することによりベントナイトの遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を適宜参照しながら、本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルの好適な実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
【００２２】
図１および図２は、本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネル１を使用して構築した放射性廃棄物処分体１０を示す説明図である。
【００２３】
放射性廃棄物処分用トンネル１は、坑道１１と、環状の覆工２０と、充填材層３０と妻型枠１３とを備えている。放射性廃棄物処分体１０は、上記覆工２０の内部空間２０ｓ（覆工２０を構成する筒体２１の内部空間２１ｓ）に不図示の高レベル放射性廃棄物を設置し、上記内部空間２０ｓを閉塞する閉塞材４０を設けたものである。
【００２４】
坑道１１は、図３に示す掘削装置５０により地山１２を掘削して形成したものである。より具体的には、この坑道１１は上記掘削装置５０により所定の掘削方向に向けて地山１２を掘削することで形成してある。坑道１１は、例えば図３に示すように、自身の内径Ｄ１が５．４ｍである。
【００２５】
掘削装置５０は、自由断面掘進機である掘削装置本体５１と、覆工２０を構築するセグメント２２を搬送し、かつ当該セグメント２２を組み立てて覆工２０を構築する覆工組立装置本体６０とを備えている。
【００２６】
掘削装置本体５１は、掘削方向に沿った掘削軸の軸心５１ｘを中心に回転可能な円柱状のカッターヘッド５２と、カッターヘッド５２の先端部において、この外周面に取り付けたカッター５３と、駆動した場合には上記カッターヘッド５２を掘削軸の軸心５１ｘ回りに回転させる駆動源５４とを備えている。また、この掘削装置本体５１は、回転軸の軸心５５ｘを中心に回転自在な車輪５５を４つ備えている。そして、掘削装置本体５１は、駆動源５４の駆動力を上記車輪５５に伝達する伝達状態と、駆動源５４の駆動力を上記車輪５５に伝達しない非伝達状態とに切り換え可能に構成してあり、伝達状態に切り換えた状態で駆動源５４を駆動した場合には、回転軸の軸心５５ｘを中心に車輪５５が回転することによって走行するものである。
【００２７】
覆工組立装置本体６０は、覆工２０の内部空間２０ｓにおいて、一定間隔毎に覆工２０に立設する複数の柱６１と、上記掘削方向に沿って延在し、上記柱６１にそれぞれ取り付けたビーム６３とを備えている。
【００２８】
柱６１は、図５に示すように、掘削方向に沿って掘削装置本体５１が移動する領域Ｒ１を確保するため、中央部において折り曲げてＵ字状を成すよう形成してある。また、柱６１の下端部には、回転可能な車輪６２をそれぞれ設けてあり、当該車輪６２を回転した場合、柱６１は後述するレールに沿う態様で掘削方向およびこれと反対方向に移動可能である。図３に示すように、このような柱６１の中央部に、上記ビーム６３を取り付けてある。また、図５に示すように、柱の一方の端と、柱の他方の端との間隔Ｌ１は、例えば３．２ｍである。
【００２９】
このビーム６３には、図３に示すように、当該ビーム６３に対して掘削方向およびこれと反対方向に走行する第１走行手段６３ａおよび第２走行手段６３ｂを設けてある。本実施の形態では、第１走行手段６３ａは、ビーム６３の下端部に設けてある一方、第２走行手段６３ｂは、ビーム６３の上端部に設けてある。
【００３０】
第１走行手段６３ａには、セグメント２２を組み立てて覆工２０を構築する覆工組立手段７０を取り付けてある。覆工組立手段７０は、上記第１走行手段６３ａに取り付けた第１軸部材７１と、回動軸の軸心７０ｘ回りに回動可能な態様で第１軸部材７１に取り付けた第２軸部材７２と、第２軸部材７２に対して進退自在な態様で取り付けた第３軸部材７３と、第３軸部材７３の先端に設け、セグメント２２を保持する不図示の保持具とを備えている。
【００３１】
第２走行手段６３ｂには、図５に示すように、豆砂利等の骨材３１を吐出する骨材吐出手段８０と、例えばベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出手段９０とを設けてある。
【００３２】
骨材吐出手段８０は、第２走行手段６３ｂに取り付けた骨材吐出手段本体８１と、先端から骨材３１を吐出する骨材吐出ノズル８２とを備えている。
【００３３】
ベントナイト吐出手段９０は、第２走行手段６３ｂに取り付けたベントナイト吐出手段本体９１と、先端からベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出ノズル９２とを備えている。
【００３４】
覆工２０は、いわゆるライニングと呼ばれるもので、図１に示すように、上記坑道１１の内周面の全体を覆うよう環状に構成したものである。この覆工２０は、例えば自身の厚さが０．１ｍであり、図３に示す内径Ｄ２が５．０ｍである。この覆工２０は、図６に示すように、円筒状を成す複数の筒体２１を、掘削方向に沿って連続する態様で設けることで構成してある。筒体２１は、図５に示すように、弧状を成す複数のセグメント２２を、上記掘削軸の軸心５１ｘ回りに沿って連続する態様で設けることで構成したものである。この筒体２１は、例えば掘削方向における幅が１ｍとなるよう形成してある。
【００３５】
セグメント２２は、例えば鋼等の金属材料で形成してあり、図７に示すように、外枠となるセグメント本体２３と、セグメント本体２３の内部に嵌め込む複数の岩石２４と、セグメント本体２３と岩石２４との間に充填するモルタル（図示を省略）とで構成してある。
【００３６】
岩石２４は、例えば堆積岩、変成岩、および火成岩等を削ることでセグメント本体２３の内部に嵌め込むことができるように形成してある。なお、岩石２４としては、上記堆積岩等の石灰岩のようにカルシウムやカリウム等のアリカリ性成分を含むものは使用しない。すなわち、本発明における岩石２４とは、アルカリ性成分を含まないものである。
【００３７】
充填材層３０は、図１および図２に示すように、坑道１１と覆工２０との間に設けたものである。より具体的には、充填材層３０は、坑道１１の内周面と、覆工２０の外周面との間の空隙に設けたものである、この充填材層３０は、例えばカルシウムやカリウム等のアリカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利等の骨材３１と、ベントナイト３２とで構成してある。すなわち、本発明における充填材層３０は、アルカリ性成分を含まないよう構成してある。例えば骨材３１は、２．５〜１０．００ｍｍの比較的粒径が小さい砂利で構成してある。このような充填材層３０は、図８に示すように、後述するように、坑道１１の内周面と、筒体２１の外周面との間の空隙に骨材３１を充填しながら筒体２１を連設し、複数の筒体２１で覆工２０を構成してから、図９に示すように、例えば閉塞材４０を設けるとともに、後述するベントナイト充填空間に、エタノールを加えることでスラリー状に変成したベントナイト３２を充填することにより設けてある。このスラリー状のベントナイト３２は、微粒子状又は粉末状に調整されたベントナイトを、エタノールと水とからなる液相に添加してスラリーに調製したものである。
【００３８】
なお、アルカリ性成分を含む骨材であっても、アルカリ性成分の含有量がバリア性能に影響を及ぼさない程度であれば、上記骨材３１として適用することが可能である。ここで、バリア性能とは、「埋め戻し材および緩衝材における核種の移行において、周辺岩盤が持つ遅延性能と同等となるような性能」を意味する。また、骨材のアルカリ性成分が許容値以上の場合、脱アルカリ処理等を施して許容値以下とすることで、骨材３１として適用することができる。
【００３９】
妻型枠１３は、坑道１１の先端側に骨材３１が流出することを防止しながら坑道１１の内周面と筒体２１の外周面との間の空隙に骨材３１を充填するものであって、掘削方向に沿って一定の間隔毎に設けるものである。この妻型枠１３は、図１２に示すように、内部に充填空間を有する袋体１３ｃと、充填ノズル１３ａと、貫通ノズル１３ｂとを備えるものである。充填ノズル１３ａは、上記充填空間に連通する充填口を備えている。
【００４０】
袋体１３ｃは、例えば図１４に示すように、充填空間に例えばベントナイト３２等の粘土系材料を充填していない状態では、折り畳んだ収納態様である一方、例えば図１２に示すように、充填空間に粘土系材料を充填した状態では、当該粘土系材料によって膨らんだ展開態様に切り換わるものである。
【００４１】
次に、この妻型枠１３を設置する方法を説明する。ここでは、地山１２の坑道１１の先端側に、上記掘削装置５０によって形成された掘削空間ＤＳが存在するものとして説明する。
【００４２】
先ず、図１３および図１４に示すように、収納態様の妻型枠１３を、掘削方向の先端側において、新たに設置した筒体２１の外周面に設置する。この状態では、収納態様の妻型枠１３は、充填空間にベントナイト３２を充填した展開態様の妻型枠１３に対して予め設定した一定の間隔（本実施の形態では１ｍ）で設置する。
【００４３】
次に、収納態様の妻型枠１３の充填口に、上記ベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入してから、当該ベントナイト吐出ノズル９２の先端からベントナイト３２を吐出し、袋体１３ｃの充填空間にベントナイト３２を充填する。このように充填空間にベントナイト３２を充填した袋体１３ｃは、図１５に示すように、膨らむことで展開態様に切り換わり、掘削空間ＤＳから、筒体２１の外周面と坑道１１の内周面との空隙１６ｓを分断する。
【００４４】
貫通ノズル１３ｂは、ノズル接続口と骨材吐出口とを備え、当該ノズル接続口および骨材吐出口とが袋体１３ｃの充填空間にそれぞれ非連通であって、ノズル接続口と骨材吐出口とが連通するよう構成してある。この貫通ノズル１３ｂは、上述したように掘削空間ＤＳから空隙１６ｓを分断した状態では、ノズル接続口が掘削空間ＤＳ側に配置され、かつ骨材吐出口が空隙１６ｓ側に配置されることとなる。よって、この状態で、ノズル接続口に上記骨材吐出ノズル８２の先端を挿入した後、当該骨材吐出ノズル８２の先端から骨材３１を吐出すれば、上記空隙１６ｓに骨材３１を充填することができる。
【００４５】
閉塞材４０は、地山１２を構成する岩盤がアルカリ性成分を含まないものである場合には、上記掘削装置５０により地山１２を掘削した際に発生する岩石を用い、当該岩石を破砕することで形成した豆砂利を使用し、この豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成する。一方、地山１２を構成する岩盤がアルカリ性成分を含むものである場合、閉塞材４０は、アルカリ性成分を含まない岩石を破砕することで形成した豆砂利を使用し、この豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成する。この閉塞材４０は、高レベル放射性廃棄物を覆工２０の内部空間２０ｓに設置した後、覆工２０の内部空間２０ｓに充填するものである。
【００４６】
次に、上記のような構成を有する放射性廃棄物処分体１０の製造方法を順を追って説明する。ここでは、図３に示すように、複数の筒体２１を掘削方向に沿って連設してあり、当該筒体２１の内部空間２１ｓにおける下部には、上記柱６１の移動を案内する一対のレール１５が掘削方向に沿って延在するよう筒体２１に設けてあり、かつ掘削装置本体５１が走行できるよう上面が平坦となる態様で土壌材１４を敷き詰めてある。この土壌材１４は、最も厚い部位における厚さＨ２が０．６ｍである。
【００４７】
先ず、上記掘削装置５０において、覆工組立装置本体６０よりも掘削装置本体５１を掘削方向の前方側に配置し、かつ掘削装置本体５１を、上記駆動源５４の駆動力を車輪５５に伝達しない非伝達状態に切り換えた状態で駆動源５４を駆動することにより、掘削軸の軸心５１ｘ回りにカッターヘッド５２回転させながら、掘削装置本体５１を非伝達状態から伝達状態に切り換え、当該掘削装置本体５１を掘削方向に走行させる。
【００４８】
この状態でカッター５３が地山１２に接触すれば、当該カッター５３により地山１２が掘削方向に向けて掘削されることとなる。さらに、この状態から、カッターヘッド５２を上下方向および左右方向に移動させてカッター５３により地山１２を掘削し、図４に示すように、掘削方向の先端側に上記筒体２１の内部空間２１ｓに連通する掘削空間ＤＳを形成し、掘削方向に向けて坑道１１を延ばす。
【００４９】
このような掘削は、掘削空間ＤＳの掘削方向における幅が、上記筒体２１の掘削方向における幅よりも大きくなるまで行う。本実施の形態では、筒体２１の掘削方向における幅が１ｍであるため、掘削方向における掘削空間ＤＳの幅が１ｍ以上となるまで地山１２の掘削を行う。
【００５０】
次に、上記掘削空間ＤＳに複数のセグメント２２を設置することで新たな筒体２１を構築する。セグメント２２を設置する場合には、図１０および図１１に示すように、掘削装置本体５１を掘削方向と反対方向に移動させ、かつ覆工組立装置本体６０を掘削方向に移動させて、掘削装置本体５１と覆工組立装置本体６０とを入れ替える。この後、第１走行手段６３ａを走行させることにより各セグメント２２を個別に搬送して筒体２１を構築する。
【００５１】
次いで、図１３および図１４に示すように、掘削方向における筒体２１の外周面の先端側に、収納態様の袋体１３ｃの妻型枠１３を配置した後、妻型枠１３の充填口に、上記ベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入してから、当該ベントナイト吐出ノズル９２の先端からベントナイト３２を吐出し、図１５に示すように、充填空間にベントナイト３２を充填して袋体１３ｃを展開態様に切り換え、上記掘削空間ＤＳから、筒体２１の外周面と坑道１１の内周面との間の空隙１６ｓを分断する。
【００５２】
次に、図１６および図１７に示すように、貫通ノズル１３ｂのノズル接続口に上記骨材吐出ノズル８２の先端を挿入した後、当該骨材吐出ノズル８２の先端から骨材３１を吐出して、上記空隙１６ｓに骨材３１を充填する。
【００５３】
上述した作業、具体的には、地山１２を掘削して掘削空間ＤＳを形成し、当該掘削空間ＤＳに複数のセグメント２２を設置して筒体２１を構築し、掘削方向の先端側に妻型枠１３を設置して掘削空間ＤＳから空隙１６ｓを分断し、当該空隙１６ｓに骨材３１を充填することを繰り返し、掘削方向に延在する坑道１１を形成し、かつ掘削方向に延在する筒体２１を構築する。
【００５４】
上述したように、掘削方向に延在する坑道１１を形成し、かつ掘削方向に延在する筒体２１を構築する際、適宜の間隔で上記妻型枠１３に遮水性を持たせる。具体的には、図１８に示すように、例えば複数の筒体２１において、９個に１個の間隔で遮水性を持たせる。例えば図１８中、Ｎ１〜Ｎ９で示す妻型枠１３のうち、Ｎ９で示す妻型枠１３にのみ遮水性を持たせる。遮水性を持たせるには、当該妻型枠１３（図１８中、Ｎ９で示す妻型枠１３）の貫通ノズル１３ｂをベントナイト３２で閉塞する。そして、掘削方向において、例えば９個に１個の間隔で妻型枠１３に遮水性持たせることで、坑道１１の内周面と筒体２１の外周面との間にベントナイト充填空間Ｂｓを画成する。また、上記筒体２１には、ベントナイト充填空間Ｂｓと筒体２１の内部空間２１ｓとを連通する通路である注入ノズル１０１および排出確認ノズル１０２を設ける。注入ノズル１０１は、各ベントナイト充填空間Ｂｓにおいて、例えば掘削方向における先端側に設ける一方、排出確認ノズル１０２は、掘削方向における後端側に設ける。しかも、この排出確認ノズル１０２は、筒体２１の内部空間２１ｓの天井部に設けることが好ましい。
【００５５】
そして、筒体２１を連設することで、掘削方向において予め設定した長さを有する覆工２０を構築した後、上記覆工２０の内部空間２０ｓに放射性廃棄物を設置する。その後、上記掘削方向に対して反対となる閉塞方向に向けて、覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞材４０で閉塞しながら上記ベントナイト充填空間Ｂｓにベントナイト３２を充填する。
【００５６】
先ず、例えば図２０に示すように、上記ベントナイト充填空間Ｂｓに対応する覆工２０の内部に、アルカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利とベントナイトとを混合したものを転圧装置１１０で転圧して閉塞材４０を設ける。
【００５７】
次に、図１８に示すように、エタノールを加えることでスラリー状に変成したベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出装置１００と、上記注入ノズル１０１とを接続管１０３で接続した後、ベントナイト吐出装置１００からベントナイト３２を吐出し、ベントナイト充填空間Ｂｓにベントナイト３２を充填する。このとき、排出確認ノズル１０２からベントナイト３２が排出された場合、ベントナイト充填空間Ｂｓがベントナイト３２で満たされたことが分かる。なお、上記接続管１０３、注入ノズル１０１、および排出確認ノズル１０２は、必ずしも放射性廃棄物処分用トンネル１から取り外す必要はない。
【００５８】
本実施の形態に係る放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、覆工２０と坑道１１との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１とベントナイト３２とで構成した充填材層３０を設けたため、充填材層３０からアルカリ性成分が溶出することによりベントナイト３２の遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。
【００５９】
また、地山１２を掘削して形成した掘削空間ＤＳから、覆工２０の外周面と坑道１１の内周面との空隙１６ｓを分断する妻型枠１３を設けたため、上記空隙１６ｓに骨材３１を充填する際、掘削空間ＤＳに骨材３１が流出することを防止することができる。しかも、上記空隙１６ｓに骨材３１を確実に充填することができる。
【００６０】
さらに、上述したように、掘削空間ＤＳに筒体２１を設置する毎に、坑道１１の内周面と、筒体２１の外周面との空隙１６ｓに骨材３１を充填しながら放射性廃棄物処分用トンネル１を形成しているため、掘削により地山１２が変形することを可及的に防止することができる。
【００６１】
また、地山１２の掘削方向に向けて所定の間隔で妻型枠１３を設け、当該妻型枠１３に遮水性を持たせるため、スラリー状のベントナイト３２をベントナイト充填空間Ｂｓに確実に充填することができる。
【００６２】
さらに、千年または万年等の長期間が経過し、当該期間の経過によって金属材料で形成したセグメント本体２３が腐食したとしても、充填材層３０のベントナイト３２が膨潤することで、覆工２０の内部空間２０ｓに地下水が浸入することを防止することができる。
【００６３】
また、覆工２０の内部空間２０ｓに閉塞材４０を設けるため、上述したようにセグメント本体２３が腐食したとしても、覆工２０が潰れることを防止することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態には、アリカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成した閉塞材４０を使用し、当該閉塞材４０を転圧装置１１０で転圧して覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞材４０で閉塞するもので説明した。しかし、この発明の閉塞材４０は、上述した方法で製造するものに限られず、ベントナイト３２と豆砂利を混合したもので直方体状のレンガを形成し、当該レンガで覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞しても良いし、上記豆砂利とベントナイト３２とを混合したものを吹き付けて覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞しても良い。
【００６５】
また、上述した実施の形態には、各ベントナイト充填空間Ｂｓにおいて、掘削方向における先端側に注入ノズル１０１を設ける一方、掘削方向における後端側に排出確認ノズル１０２を設けるもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、注入ノズル１０１および排出確認ノズル１０２を設ける位置は上述した位置に限られない。
【００６６】
さらに、上述した実施の形態には、覆工２０の内部空間２０ｓに放射性廃棄物を設置する放射性廃棄物処分用トンネルで説明した。しかし、この発明はそれに限られず、放射性廃棄物処分用トンネルの下部に下方に向けて延在する処分孔を立設け、その処分孔に放射性廃棄物を設置しても良い。
（実施の形態２）
【００６７】
次に実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネルについて説明する。なお、上述した実施の形態１と同一の構成については同一の符号を使用し、その説明を省略する。
【００６８】
図２１は、建設途中の放射性廃棄物処分用トンネル１の切羽１１ａ近傍を側方から見た断面図、図２２は、図２１における矢視Ｇ−Ｇでの断面図である。なお、図２１及び図２２では、掘削装置５０（掘削装置本体５１、覆工組立装置本体６０、覆工組立手段７０、骨材吐出手段８０、ベントナイト吐出手段９０）の図示を省略している。
【００６９】
上述した実施の形態１では、覆工２０と坑道１１との間の開放端を閉塞する妻型枠１３として、粘土系材料を充填可能な充填空間を有する袋体１３ｃを適用したが、本実施の形態では、覆工２０と坑道１１との間の開放端を閉塞する妻型枠１３０として、上述した袋体１３ｃのような充填空間をもたない板状体を適用している点において、上記実施の形態１と異なっている。それ以外の構成は上記実施の形態１と同じである。
【００７０】
妻型枠１３０は、図２１及び図２２に示すように、環状の板状体として構成してある。板状体は充分な強度を確保できる程度の厚みを有した木材あるいは鋼板等の材料からなるものである。以下の説明では、妻型枠１３０において、坑道１１の天端に隣接する部位を「天端部１３１」、坑道１１の天端の左肩に隣接する部位を「左肩部１３２」、坑道１１の天端の右肩に隣接する部位を「右肩部１３３」とよぶことにする。
【００７１】
図２２に示すように、妻型枠１３０の天端部１３１付近、左肩部１３２付近及び右肩部１３３付近には、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１を充填するための充填口１３５，１３６，１３７がそれぞれ設けてある。各充填口１３５，１３６，１３７は、骨材吐出手段８０における骨材吐出ノズル８２（ともに図１６を参照）の先端部の寸法よりも大きい寸法を有した貫通孔である。
【００７２】
本実施の形態の例では、妻型枠１３０を、複数の通気孔１３４が形成された有孔板１３０ａと、通気孔１３４が形成されていない無孔板１３０ｂとで構成してある。図２３は、図２２に示した有孔板１３０ａの一部を拡大して示した図であり、図２４は、妻型枠１３０に設けた充填口１３５から坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間に骨材３１を充填した状態を示す断面図である。
【００７３】
図２３及び図２４に示すように、有孔板１３０ａに形成された複数の通気孔１３４は、骨材３１の径よりも若干大きいかあるいは小さい径を有した円形の貫通孔であり、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１を充填する際に、骨材充填部３１ｓに溜まった空気を外部に排出するための孔である。
【００７４】
より詳細に説明すると、本実施の形態では、妻型枠１３０に設けた充填口１３５，１３６，１３７から圧縮空気によって坑道１１と覆工２０との間の空隙に骨材３１を吹き込んでいる。このため、例えば図２５に示すように、通気孔のない妻型枠１３０´を用い、充填口１３５´に骨材吐出ノズル８２の先端部８２ａを差し込んで骨材３１を吹き込んだ場合、骨材充填部３１ｓにおいて、骨材３１とともに吹き込まれた空気の逃げ場がなくなり、骨材充填部３１ｓの奥側に空気溜まりＡＳによる骨材の未充填部が生じることが実験により確認されている。図２５に示すような空気溜まりＡＳが生じた状態では、地山１２の押し出しによる地圧がセグメント２２に均等に作用せず、セグメント２２の支保効果が充分に得られなくなるとともに、セグメント２２に局所的に大きな曲げモーメントが発生することが推定される。このため、セグメント２２の厚みを厚くせざるを得なくなり、結果的にセグメント２２に使用するモルタルの量が多くなってしまう。
【００７５】
そこで、本実施の形態では、妻型枠１３０の少なくとも一部を有孔板１３０ａで構成することで、骨材充填部３１ｓに溜まった空気を通気孔１３４から速やかに排出させ、骨材充填部３１ｓに空気溜まりＡＳが生じるのを防止するようにしている。通気孔１３４の直径及び密度は、骨材充填部３１ｓに溜まった空気を十分に排出することができ、且つ、骨材３１が通気孔１３４から外部に流出しない程度としてある。具体的には、通気孔１３４の直径は、骨材の粒径の２倍程度以下とするのが好ましい。また、通気孔１３４の密度は有孔板１３０ａの材質の強度により異なるが、有孔板１３０ａに必要な強度を損なわない程度とする。
【００７６】
本実施の形態では、図２２に示すように、妻型枠１３０の天端部１３１から左右肩部１３２，１３３までの範囲を上述した有孔板１３０ａで構成する一方、妻型枠１３０の左右肩部１３２，１３３より下方の部位を無孔板１３０ｂで構成している。なお、全周を有孔板１３０ａとすることも考えられる。ただし、坑道１１と覆工２０との間の空隙部分において、左右肩部１３２，１３３より下方の部位では、充填口１３６、１３７から吹き込まれた骨材３１が自然に下方に向かって落ちていくため、天端部１３１から左右肩部１３２，１３３までの範囲と比べると、未充填空間が生じにくい。従って、妻型枠１３０の左右肩部１３２，１３３より下方の部位については、必ずしも有孔板１３０ａを用いる必要はない。図２２に示す構成はあくまでも一例であり、施工条件によっては、妻型枠１３０の全体を有孔板１３０ａで構成してもよい。
【００７７】
上述した妻型枠１３０において、左右肩部１３２，１３３における充填口１３６，１３７は、天端部１３１から坑道１１の中心のまわりに左右に約４５°回転した位置に設けられるのが好ましい。また、有孔板１３０ａは、天端部１３１の左右約４５°の範囲に用いられるのが好ましい。上記のように構成した妻型枠１３０を用いて骨材充填試験を行ったところ、坑道１１と覆工２０の間の骨材充填部３１ｓに空気溜まりＡＳを作らずに、均質に充填できることを確認した。
【００７８】
次に、上述した妻型枠１３０を用いた放射性廃棄物処分用トンネル１の構築手順について簡単に説明する。なお、上述した実施の形態１では、坑道１１と覆工２０との間に所定の間隔で妻型枠１３を設置していき、放射性廃棄物処分用トンネル１の構築後も妻型枠１３を撤去せずに残す工法を採用したが、本実施の形態では、１つの掘削区間での骨材充填作業が完了する都度、妻型枠１３０を撤去する工法を採用している。また、上述した実施の形態１では、坑道１１の底部に設置されたセグメント２２上に土壌材１４を敷き詰め、この土壌材１４上で掘削装置５０（図３を参照）を走行させるようにしたが、本実施の形態では、土壌材１４に替えて路盤コンクリート１４０を敷き詰めている。この路盤コンクリート１４０は、図２１及び図２２に示すように、内部に鉄筋が埋設された複数のコンクリートブロックを、坑道１１の底部に設置されたセグメント２２上に、坑道１１の軸方向に並設することによって形成したものである。路盤コンクリート１４０は、放射性廃棄物処分用トンネル１の建設中には掘削装置５０の往来に利用され、放射性廃棄物処分用トンネル１の建設後には廃棄体の搬入台車の移動等に利用される。
【００７９】
先ず、掘削装置５０（図３を参照）を用いて１つの掘削区間を掘削した後、覆工組立装置本体６０（図３を参照）を用いて複数のセグメント２２を設置し、新たな筒体２１（覆工２０）を構築する。次いで、妻型枠１３０を坑道１１と筒体２１と間の開放端に設置し、開放端を閉塞する。
【００８０】
この後、妻型枠１３０の左肩部１３２に設けた充填口１３６に骨材吐出手段８０（図１６を参照）の骨材吐出ノズル８２を挿入して、坑道１１と筒体２１との間の空隙に骨材３１を吹き込み、坑道１１の底部から左肩までの空隙部分に骨材３１を充填する。このとき、充填口１３６から吹き込まれた骨材は自然に下方に向かって落ちていくため、空気溜まりはほとんど生じない。同様にして、妻型枠１３０の右肩部１３３に設けた充填口１３７に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１を吹き込み、坑道１１の底部から右肩までの空隙部分に骨材３１を充填する。
【００８１】
充填口１３６，１３７を塞いだ後、妻型枠１３０の天端部１３１に設けた充填口１３５に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１を吹き込む。充填口１３５から骨材３１を吹き込んでいる間、骨材充填部３１ｓ（図２４を参照）に溜まった空気が有孔板１３０ａの通気孔１３４から排出されるため、骨材充填部３１ｓの空気の循環が良くなる。このため、骨材充填部３１ｓに空気溜まりが生じることはない。その結果、図２１及び図２４に示すように、骨材３１は、坑道１１と筒体２１との間全体に均質に充填されることになる。
【００８２】
この後、次の掘削区間の掘削作業を行う。前の掘削区間で使用した妻型枠１３０は撤去する。なお、セグメント組立て時に妻型枠１３０を撤去するようにしてもよい。撤去した妻型枠１３０は再利用することが可能である。上記工程を最終の掘削区間まで繰り返した後、ベントナイト吐出装置１００（図１８を参照）を用いて、骨材充填部３１ｓにベントナイト３２を充填することにより、坑道１１と覆工２０との間に充填材層３０（図１及び図９を参照）が設けられる。放射性廃棄物処分用トンネル構築後、坑道１１の底部を掘削して形成した複数の処分孔（図示せず）に放射性廃棄物を埋設し、閉塞材４０（図１を参照）によって放射性廃棄物処分用トンネル１の内部を埋め戻す。
【００８３】
以上説明したように、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１においても、覆工２０と坑道１１との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１とベントナイト３２とで構成した充填材層３０を設けたことで、充填材層３０からアルカリ性成分が溶出することによりベントナイト３２の遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。さらに、千年または万年等の長期間が経過し、当該期間の経過によって金属材料で形成したセグメント本体２３が腐食したとしても、充填材層３０のベントナイト３２が膨潤することで、覆工２０の内部空間２０ｓに地下水が浸入することを防止することができる。
【００８４】
また、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、覆工２０（セグメント２２）の外周面と坑道１１の内周面との間の開放端を閉塞する妻型枠１３０を設けたことで、覆工２０と坑道１１との間の空隙部分に骨材３１を吹き込む際に、外部に骨材３１が流出するのを防止することができるとともに、上記空隙部分に骨材３１を確実に充填することができる。
【００８５】
また、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、妻型枠１３０を板状体で構成するとともに、この板状体として複数の通気孔１３４を有した有孔板１３０ａを適用したことで、覆工２０（セグメント２２）と坑道１１との間の空隙部分に骨材３１を吹き込む際に、骨材充填部３１ｓに空気溜まりＡＳが生じるのを防止することができる。その結果、骨材充填部３１ｓ全体に骨材３１を均質に充填することができる。
【００８６】
さらに、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、妻型枠１３０における天端部１３１及び天端部１３１の左右両側に位置する肩部１３２，１３３に、上記空隙部分に骨材を充填する充填口１３６，１３７をそれぞれ設けたことで、空隙部分への骨材の充填性をさらに向上させることができる。
【００８７】
加えて、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、充填口１３６，１３７を、天端部１３１から坑道１１の中心のまわりに左右に４５°回転した位置に設けたことで、空隙部分への骨材の充填性を最も優れたものとすることができる。
（実施の形態３）
【００８８】
次に実施の形態３の放射性廃棄物処分用トンネルについて説明する。なお、上述した実施の形態１，２と同一の構成については同一の符号を使用し、その説明を省略する。
【００８９】
上述した実施の形態１，２では、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１を吹き込んだ後に、骨材３１と骨材３１の間隙部分にスラリー状のベントナイト３２を充填することによって充填材層３０を構成した。これに対して本実施の形態では、骨材３１を上記空隙に吹き込む前に、骨材３１に粒状のベントナイト３２´を予め混合しておき、この混合物を上記空隙に吹き込むことによって充填材層３０´を構成している点において、上記実施の形態１，２と異なっている。
【００９０】
上述した実施の形態１，２で設けた充填材層３０は、放射線核種の移行を妨げるのに十分な遮水性を有したものであるが、遮水性をさらに向上させるために、エタノールに添加するベントナイトの分量を多くしすぎると、粘性が高くなるなどの理由から、骨材３１の間隙部分へのベントナイトの流入・充填性が低下する。このため、目標とするベントナイトの分量を確保することが難しくなる。本実施の形態３では、骨材３１と粒状のベントナイト３２´を予め混合し、この混合物を坑道１１と覆工２０との間の空隙に吹き込むことによって充填材層３０´を構成したことで、上記実施の形態１，２と同程度もしくはそれ以上に、充填材層３０´の骨材３１の間隙に充填する粒状のベントナイト３２´の分量を多くすることが可能である。以下、この充填材層３０´について説明する。なお、以下では、粒状のベントナイト３２´を、省略して「粒状ベントナイト３２´」とよぶ。
【００９１】
図２６は、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１と粒状ベントナイト３２´との混合物が吹き込まれ、充填材層３０´が形成された状態を示す図である。ここで、図２６に例示する妻型枠１３０は、上述した実施の形態２の妻型枠１３０（図２１〜図２３を参照）と同じものである。
【００９２】
骨材３１は、上記実施の形態１，２で用いた骨材３１と同じものであり、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む砕石・豆砂利等から構成されるものである。この骨材３１としては、上記実施の形態１，２で用いたものと同様に、粒径２．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度のものを適用することができる。
【００９３】
粒状ベントナイト３２´は、粉末状のベントナイトを高密度成形することによって球状（ペレット状）や円柱状等の各種形状に形成されたものである。また、粉末状のベントナイトを高密度に圧縮した後に破砕処理されたものや、ベントナイトの原鉱石が破砕処理されたもので、粒度が調整されたものなども使用することができる。本実施の形態では、図２６に示すように、球状に成形された粒状ベントナイト３２´を用いている。粒状ベントナイト３２´は、粒状ベントナイト３２´自身の密度が大きいものほど遮水性能（低透水性）が高い。このため、本実施の形態では、粒状ベントナイト３２´として、その密度が２５００ｋｇ／ｍ3〜２７００ｋｇ／ｍ3程度の高密度に圧縮された粒状ベントナイトを用いている。
【００９４】
また、粒状ベントナイト３２´は、坑道１１と覆工２０との間の空隙に充填される際に骨材３１と骨材３１との間隙に容易に入り込めるようにするために、骨材３１よりも小粒径のものを用いるのが好ましい。具体的には、粒状ベントナイト３２´の粒径は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、微粒子状又は粉末状のベントナイトは、坑道１１と覆工２０との間の空隙に吹き込む際に粉塵の発生源となるため、好ましくない。
【００９５】
上記の骨材３１と粒状ベントナイト３２´は、坑道１１と覆工２０との間の空隙に充填される前に予め所定の割合で混合される。そして、図２６に示すように、妻型枠１３０の各充填口１３５（１３６，１３７）から、骨材３１と粒状ベントナイト３２´との混合物が上記空隙に吹き込まれることにより、充填材層３０´が形成される。
【００９６】
ここで、充填材層３０´における骨材３１の分量（充填密度）は、上記実施の形態１，２の充填材層３０における骨材３１と同じ分量（充填密度）となるようにする。充填材層３０´の骨材３１の分量（充填密度）を、上記実施の形態１，２における充填材層３０の骨材３１と同じ分量（充填密度）とする理由は、切羽近傍での地山の内空へ押し出そうとする地圧をできるだけ直接剛性の高いセグメントに伝達する能力が、上記実施の形態１，２と同じ程度となるようにするためである。
【００９７】
次に、放射性廃棄物処分用トンネル１の構築手順について簡単に説明する。先ず、掘削装置５０（図３を参照）を用いて１つの掘削区間を掘削した後、覆工組立装置本体６０（図３を参照）を用いて複数のセグメント２２を設置し、覆工２０を構築する。次いで、妻型枠１３０を坑道１１と覆工２０と間の開放端に設置し、開放端を閉塞する。
【００９８】
この後、図２６に示すように、妻型枠１３０の左肩部１３２（図２２を参照）に設けた充填口１３６に骨材吐出ノズル８２を挿入して、坑道１１と覆工２０との間の空隙部分に骨材３１と粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込む。同様にして、妻型枠１３０の右肩部１３３（図２２を参照）に設けた充填口１３７に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１と粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込む。
【００９９】
充填口１３６，１３７を塞いだ後、妻型枠１３０の天端部１３１（図２２を参照）に設けた充填口１３５に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１及び粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込む。充填口１３５から骨材３１と粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込んでいる間、骨材・ベントナイト充填部３１ｓ´に溜まった空気は、妻型枠１３０における有孔板１３０ａの通気孔１３４から排出されるため、骨材・ベントナイト充填部３１ｓ´の空気の循環が良くなる。このため、骨材・ベントナイト充填部３１ｓ´に空気溜まりが生じることはない。その結果、図２６に示すように、骨材３１及び粒状ベントナイト３２´は、坑道１１と覆工２０との間全体に均質に充填されることになる。以上の工程を行うことにより、１つの掘削区間において、坑道１１と覆工２０との間に充填材層３０´が形成される。
【０１００】
次いで、次の掘削区間の掘削作業を行う。前の掘削区間で使用した妻型枠１３０は撤去する。なお、セグメント組立て時に妻型枠１３０を撤去するようにしてもよい。上記工程を最終の掘削区間まで繰り返すことにより、トンネルの構築が完了する。
【０１０１】
なお、上述した実施の形態１，２では、放射性廃棄物処分用トンネル１の構築後（埋め戻し時）に、坑道１１と覆工２０との間にスラリー状のベントナイト３２を充填した。これに対して、本実施の形態では、トンネルを掘削区間ごとに順次構築していく際に、坑道１１と覆工２０との間に骨材３１とともに粒状ベントナイト３２´を充填していくので、トンネルの構築完了と同時に充填材層３０´の裏込めも完了する。
【０１０２】
この後、坑道１１の底部を掘削して形成した複数の処分孔に放射性廃棄物を埋設し、閉塞材４０（図１を参照）によって放射性廃棄物処分用トンネル１の内部を埋め戻す。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、実施の形態２の妻型枠１３０を用いて骨材３１と粒状ベントナイト３２´の充填を行う場合について説明したが、実施の形態１の妻型枠１３を用いた場合も、同様にして骨材３１と粒状ベントナイト３２´の充填を行うことができる。
【０１０４】
以上説明したように、実施の形態３の放射性廃棄物処分用トンネル１においても、覆工２０と坑道１１との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１と粒状ベントナイト３２´とで構成した充填材層３０´を設けたことで、充填材層３０´からアルカリ性成分が溶出することにより粒状ベントナイト３２´の遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。さらに、千年または万年等の長期間が経過し、当該期間の経過によって金属材料で形成したセグメント本体２３が腐食したとしても、充填材層３０´の粒状ベントナイト３２´が膨潤することで、覆工２０の内部空間２０ｓに地下水が浸入することを防止することができる。
【０１０５】
また、実施の形態３の放射性廃棄物処分用トンネル１では、骨材３１と粒状ベントナイト３２´とを予め混合し、この混合物を坑道１１と覆工２０との間に充填することによって充填材層３０´を構成している。また、粒状ベントナイト３２´として、粒状ベントナイト３２´自身の密度が高密度であり、かつ、骨材３１と骨材３１との間隙に容易に入り込める程度の小粒径のものを用いている。このため、上記実施の形態１，２のように、スラリー状のベントナイト３２を後充填する場合よりも、充填材層３０´の骨材３１の間隙に充填する粒状ベントナイト３２´の分量を多くすることができる。その結果、充填材層３０´の遮水性（低透水性）をさらに向上させることができるようになるため、トンネル周辺への放射線核種の移行をさらに効果的に防止することができる。
【０１０６】
また、充填材層３０´の密度が高くなり、充填性が高くなることで、充填材層３０´中の骨材３１の地圧による変形が拘束されるため、充填材層３０´の弾性係数を高くすることができる。これにより、セグメント２２による支保効果が高くなることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルを使用して構築した放射性廃棄物処分体を示す横断面である。
【図２】図１における矢視Ａ−Ａでの断面図である。
【図３】図１に示した放射性廃棄物処分体を構築する際に使用する採掘装置を示す説明図である。
【図４】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図５】図４における矢視Ｂ−Ｂでの断面図である。
【図６】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルが備える覆工を示す斜視図である。
【図７】図６に示した覆工の筒体を構成するセグメントを示す斜視図である。
【図８】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、坑道と筒体との間隙を示す要部断面図である。
【図９】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルが備える充填材層を示す要部断面図である。
【図１０】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図１１】図１０における矢視Ｃ−Ｃでの断面図である。
【図１２】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルが備える妻型枠を示す斜視図である。
【図１３】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図１４】図１３における矢視Ｄ−Ｄでの断面図である。
【図１５】図１２に示した妻型枠を展開態様に切り換えた状態を示す説明図である。
【図１６】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図１７】図１６における矢視Ｅ−Ｅでの断面図である。
【図１８】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、坑道の内周面と、覆工の外周面との間の空隙にベントナイトを充填する際の説明図である。
【図１９】図１８における矢視Ｆ−Ｆでの断面図である。
【図２０】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、覆工の内部空間を閉塞する場合の説明図である。
【図２１】実施の形態２である放射性廃棄物処分用トンネルの切羽近傍を示す断面図である。
【図２２】図２１における矢視Ｇ−Ｇでの断面図である。
【図２３】図２２に示した妻型枠の一部を拡大して示した図である。
【図２４】実施の形態２において、坑道と覆工との間の空隙部分に骨材を充填した状態の一例を示す図である。
【図２５】実施の形態２において、坑道と覆工との間の空隙部分に骨材を充填した状態の一例を示す図である。
【図２６】実施の形態３において、坑道と覆工との間の空隙部分に骨材と粒状のベントナイトとの混合物を充填した状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１ 放射性廃棄物処分用トンネル
１０ 放射性廃棄物処分体
１１ 坑道
１１ａ 切羽
１２ 地山
１３ 妻型枠
１３ａ 充填ノズル
１３ｂ 貫通ノズル
１３ｃ 袋体
１４ 土壌材
１５ レール
１６ｓ 空隙
２０ 覆工
２０ｓ 内部空間
２１ 筒体
２１ｓ 内部空間
２２ セグメント
２３ モルタル
２４ 岩石
３０，３０´ 充填材層
３１ 骨材
３１ｓ 骨材充填部
３１ｓ´ 骨材・ベントナイト充填部
３２ ベントナイト
３２´ 粒状ベントナイト
４０ 閉塞材
５０ 掘削装置
５１ 掘削装置本体
５１ｘ 軸心
５２ カッターヘッド
５３ カッター
５４ 駆動源
５５ 車輪
５５ｘ 軸心
６０ 覆工組立装置本体
６１ 柱
６２ 車輪
６３ ビーム
６３ａ 第１走行手段
６３ｂ 第２走行手段
７０ 覆工組立手段
７０ｘ 軸心
７１ 第１軸部材
７２ 第２軸部材
７３ 第３軸部材
８０ 骨材吐出手段
８１ 骨材吐出手段本体
８２ 骨材吐出ノズル
８２ａ 骨材吐出ノズル先端部
９０ ベントナイト吐出手段
９１ ベントナイト吐出手段本体
９２ ベントナイト吐出ノズル
１０１ 注入ノズル
１０２ 排出確認ノズル
１０３ 接続管
１００ ベントナイト吐出装置
１１０ 転圧装置
１３０ 妻型枠
１３０ａ 有孔板
１３０ｂ 無孔板
１３１ 天端部
１３２ 左肩部
１３３ 右肩部
１３４ 通気孔
１３５，１３６，１３７ 充填口
１４０ 路盤コンクリート
Ｂｓ ベントナイト充填空間
ＤＳ 掘削空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電所から排出される高レベル放射性廃棄物を処分する放射性廃棄物処分用トンネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの中には、地山を掘削して坑道を形成し、当該坑道の内周面を覆う覆工（ライニンング）を設け、上記覆工と坑道との間隙にセメントミルクを充填することで充填材層を設けたものがある。
【０００３】
このトンネルによれば、覆工と坑道との間にセメントより構成した充填材層を設けるため、覆工の位置がずれることを防止することができるとともに、地山が変形することを防止することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０９８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したトンネルを、高レベル放射性廃棄物を処分する放射性廃棄物処分用トンネルにそのまま適用した場合、セメントミルクが硬化することで形成された充填材層の遮水性が十分とは言い難い。すなわち、上述したトンネルを放射性廃棄物処分用トンネルにそのまま適用した場合には、地下水が充填材層の隙間等から覆工の内部に浸透し、地下水と放射性廃棄物とが接触し、放射能を帯びた地下水が充填材層の隙間等から覆工の外部に流出することとなる。この場合、放射能を帯びた地下水によってトンネルの周辺が汚染されることとなる。
【０００６】
このような事態を防止すべく、例えば覆工の内周面に例えばベントナイトで遮水層を形成することが考えられるが、上記充填材層であるコンクリートから溶出する例えばカルシウムイオン等のアルカリイオンが溶出することによりベントナイトの遮水性を劣化させる等、ベントナイトや地山を構成する岩盤への悪影響が懸念される。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑み、ベントナイトの遮水性の劣化を可及的に防止することができる放射性廃棄物処分用トンネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、地山を掘削して坑道を形成し、当該坑道の内周面を覆う環状の覆工を設けた放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、前記覆工と前記坑道との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材とベントナイトとで構成した充填材層を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１において、前記充填材層は、前記覆工と前記坑道との間に充填された骨材間に、エタノールを加えることによりスラリー状に変成したベントナイトを充填することによって構成したものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１において、前記充填材層は、骨材と粒状のベントナイトとを予め混合したものを、前記覆工と前記坑道との間に充填することによって構成したものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記地山を掘削して形成した掘削空間から、前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の空隙を分断する妻型枠を、前記地山の掘削方向に向けて所定の間隔で設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係る発明は、上記請求項４において、前記妻型枠は、内部に粘土系材料を充填可能な充填空間を有し、当該充填空間に粘土系材料を充填せずに折り畳んだ収納態様と、当該充填空間に粘土系材料を充填することで前記掘削空間から前記空隙を分断する展開態様とに切り換え可能な袋体を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項６に係る発明は、上記請求項５において、前記袋体の前記充填空間に、粘土系材料であるベントナイトを充填することによって、前記妻型枠に遮水性を持たせることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項７に係る発明は、上記請求項２において、前記覆工の内部空間と前記空隙とを連通する通路を少なくとも２本設けることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項８に係る発明は、上記請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の開放端を閉塞する妻型枠を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項９に係る発明は、上記請求項８において、前記妻型枠が板状体で構成したものであり、前記板状体は、少なくとも一部に複数の通気孔を有したものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１０に係る発明は、上記請求項８又は９において、前記妻型枠における天端部及び前記天端部の左右両側に位置する肩部に、前記骨材を前記空隙に充填するための充填口をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項１１に係る発明は、上記請求項１０において、前記妻型枠が、前記天端部から前記各肩部までの範囲に前記複数の通気孔を有したものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項１２に係る発明は、上記請求項１０又は１１において、前記各肩部における充填口が、前記天端部から前記坑道の中心のまわりに左右に４５°回転した位置に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルによれば、覆工と坑道との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材とベントナイトとで構成した充填材層を設けたため、充填材層からカルシウム等のアリカリイオンが溶出することによりベントナイトの遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を適宜参照しながら、本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルの好適な実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
【００２２】
図１および図２は、本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネル１を使用して構築した放射性廃棄物処分体１０を示す説明図である。
【００２３】
放射性廃棄物処分用トンネル１は、坑道１１と、環状の覆工２０と、充填材層３０と妻型枠１３とを備えている。放射性廃棄物処分体１０は、上記覆工２０の内部空間２０ｓ（覆工２０を構成する筒体２１の内部空間２１ｓ）に不図示の高レベル放射性廃棄物を設置し、上記内部空間２０ｓを閉塞する閉塞材４０を設けたものである。
【００２４】
坑道１１は、図３に示す掘削装置５０により地山１２を掘削して形成したものである。より具体的には、この坑道１１は上記掘削装置５０により所定の掘削方向に向けて地山１２を掘削することで形成してある。坑道１１は、例えば図３に示すように、自身の内径Ｄ１が５．４ｍである。
【００２５】
掘削装置５０は、自由断面掘進機である掘削装置本体５１と、覆工２０を構築するセグメント２２を搬送し、かつ当該セグメント２２を組み立てて覆工２０を構築する覆工組立装置本体６０とを備えている。
【００２６】
掘削装置本体５１は、掘削方向に沿った掘削軸の軸心５１ｘを中心に回転可能な円柱状のカッターヘッド５２と、カッターヘッド５２の先端部において、この外周面に取り付けたカッター５３と、駆動した場合には上記カッターヘッド５２を掘削軸の軸心５１ｘ回りに回転させる駆動源５４とを備えている。また、この掘削装置本体５１は、回転軸の軸心５５ｘを中心に回転自在な車輪５５を４つ備えている。そして、掘削装置本体５１は、駆動源５４の駆動力を上記車輪５５に伝達する伝達状態と、駆動源５４の駆動力を上記車輪５５に伝達しない非伝達状態とに切り換え可能に構成してあり、伝達状態に切り換えた状態で駆動源５４を駆動した場合には、回転軸の軸心５５ｘを中心に車輪５５が回転することによって走行するものである。
【００２７】
覆工組立装置本体６０は、覆工２０の内部空間２０ｓにおいて、一定間隔毎に覆工２０に立設する複数の柱６１と、上記掘削方向に沿って延在し、上記柱６１にそれぞれ取り付けたビーム６３とを備えている。
【００２８】
柱６１は、図５に示すように、掘削方向に沿って掘削装置本体５１が移動する領域Ｒ１を確保するため、中央部において折り曲げてＵ字状を成すよう形成してある。また、柱６１の下端部には、回転可能な車輪６２をそれぞれ設けてあり、当該車輪６２を回転した場合、柱６１は後述するレールに沿う態様で掘削方向およびこれと反対方向に移動可能である。図３に示すように、このような柱６１の中央部に、上記ビーム６３を取り付けてある。また、図５に示すように、柱の一方の端と、柱の他方の端との間隔Ｌ１は、例えば３．２ｍである。
【００２９】
このビーム６３には、図３に示すように、当該ビーム６３に対して掘削方向およびこれと反対方向に走行する第１走行手段６３ａおよび第２走行手段６３ｂを設けてある。本実施の形態では、第１走行手段６３ａは、ビーム６３の下端部に設けてある一方、第２走行手段６３ｂは、ビーム６３の上端部に設けてある。
【００３０】
第１走行手段６３ａには、セグメント２２を組み立てて覆工２０を構築する覆工組立手段７０を取り付けてある。覆工組立手段７０は、上記第１走行手段６３ａに取り付けた第１軸部材７１と、回動軸の軸心７０ｘ回りに回動可能な態様で第１軸部材７１に取り付けた第２軸部材７２と、第２軸部材７２に対して進退自在な態様で取り付けた第３軸部材７３と、第３軸部材７３の先端に設け、セグメント２２を保持する不図示の保持具とを備えている。
【００３１】
第２走行手段６３ｂには、図５に示すように、豆砂利等の骨材３１を吐出する骨材吐出手段８０と、例えばベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出手段９０とを設けてある。
【００３２】
骨材吐出手段８０は、第２走行手段６３ｂに取り付けた骨材吐出手段本体８１と、先端から骨材３１を吐出する骨材吐出ノズル８２とを備えている。
【００３３】
ベントナイト吐出手段９０は、第２走行手段６３ｂに取り付けたベントナイト吐出手段本体９１と、先端からベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出ノズル９２とを備えている。
【００３４】
覆工２０は、いわゆるライニングと呼ばれるもので、図１に示すように、上記坑道１１の内周面の全体を覆うよう環状に構成したものである。この覆工２０は、例えば自身の厚さが０．１ｍであり、図３に示す内径Ｄ２が５．０ｍである。この覆工２０は、図６に示すように、円筒状を成す複数の筒体２１を、掘削方向に沿って連続する態様で設けることで構成してある。筒体２１は、図５に示すように、弧状を成す複数のセグメント２２を、上記掘削軸の軸心５１ｘ回りに沿って連続する態様で設けることで構成したものである。この筒体２１は、例えば掘削方向における幅が１ｍとなるよう形成してある。
【００３５】
セグメント２２は、例えば鋼等の金属材料で形成してあり、図７に示すように、外枠となるセグメント本体２３と、セグメント本体２３の内部に嵌め込む複数の岩石２４と、セグメント本体２３と岩石２４との間に充填するモルタル（図示を省略）とで構成してある。
【００３６】
岩石２４は、例えば堆積岩、変成岩、および火成岩等を削ることでセグメント本体２３の内部に嵌め込むことができるように形成してある。なお、岩石２４としては、上記堆積岩等の石灰岩のようにカルシウムやカリウム等のアリカリ性成分を含むものは使用しない。すなわち、本発明における岩石２４とは、アルカリ性成分を含まないものである。
【００３７】
充填材層３０は、図１および図２に示すように、坑道１１と覆工２０との間に設けたものである。より具体的には、充填材層３０は、坑道１１の内周面と、覆工２０の外周面との間の空隙に設けたものである、この充填材層３０は、例えばカルシウムやカリウム等のアリカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利等の骨材３１と、ベントナイト３２とで構成してある。すなわち、本発明における充填材層３０は、アルカリ性成分を含まないよう構成してある。例えば骨材３１は、２．５〜１０．００ｍｍの比較的粒径が小さい砂利で構成してある。このような充填材層３０は、図８に示すように、後述するように、坑道１１の内周面と、筒体２１の外周面との間の空隙に骨材３１を充填しながら筒体２１を連設し、複数の筒体２１で覆工２０を構成してから、図９に示すように、例えば閉塞材４０を設けるとともに、後述するベントナイト充填空間に、エタノールを加えることでスラリー状に変成したベントナイト３２を充填することにより設けてある。このスラリー状のベントナイト３２は、微粒子状又は粉末状に調整されたベントナイトを、エタノールと水とからなる液相に添加してスラリーに調製したものである。
【００３８】
なお、アルカリ性成分を含む骨材であっても、アルカリ性成分の含有量がバリア性能に影響を及ぼさない程度であれば、上記骨材３１として適用することが可能である。ここで、バリア性能とは、「埋め戻し材および緩衝材における核種の移行において、周辺岩盤が持つ遅延性能と同等となるような性能」を意味する。また、骨材のアルカリ性成分が許容値以上の場合、脱アルカリ処理等を施して許容値以下とすることで、骨材３１として適用することができる。
【００３９】
妻型枠１３は、坑道１１の先端側に骨材３１が流出することを防止しながら坑道１１の内周面と筒体２１の外周面との間の空隙に骨材３１を充填するものであって、掘削方向に沿って一定の間隔毎に設けるものである。この妻型枠１３は、図１２に示すように、内部に充填空間を有する袋体１３ｃと、充填ノズル１３ａと、貫通ノズル１３ｂとを備えるものである。充填ノズル１３ａは、上記充填空間に連通する充填口を備えている。
【００４０】
袋体１３ｃは、例えば図１４に示すように、充填空間に例えばベントナイト３２等の粘土系材料を充填していない状態では、折り畳んだ収納態様である一方、例えば図１２に示すように、充填空間に粘土系材料を充填した状態では、当該粘土系材料によって膨らんだ展開態様に切り換わるものである。
【００４１】
次に、この妻型枠１３を設置する方法を説明する。ここでは、地山１２の坑道１１の先端側に、上記掘削装置５０によって形成された掘削空間ＤＳが存在するものとして説明する。
【００４２】
先ず、図１３および図１４に示すように、収納態様の妻型枠１３を、掘削方向の先端側において、新たに設置した筒体２１の外周面に設置する。この状態では、収納態様の妻型枠１３は、充填空間にベントナイト３２を充填した展開態様の妻型枠１３に対して予め設定した一定の間隔（本実施の形態では１ｍ）で設置する。
【００４３】
次に、収納態様の妻型枠１３の充填口に、上記ベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入してから、当該ベントナイト吐出ノズル９２の先端からベントナイト３２を吐出し、袋体１３ｃの充填空間にベントナイト３２を充填する。このように充填空間にベントナイト３２を充填した袋体１３ｃは、図１５に示すように、膨らむことで展開態様に切り換わり、掘削空間ＤＳから、筒体２１の外周面と坑道１１の内周面との空隙１６ｓを分断する。
【００４４】
貫通ノズル１３ｂは、ノズル接続口と骨材吐出口とを備え、当該ノズル接続口および骨材吐出口とが袋体１３ｃの充填空間にそれぞれ非連通であって、ノズル接続口と骨材吐出口とが連通するよう構成してある。この貫通ノズル１３ｂは、上述したように掘削空間ＤＳから空隙１６ｓを分断した状態では、ノズル接続口が掘削空間ＤＳ側に配置され、かつ骨材吐出口が空隙１６ｓ側に配置されることとなる。よって、この状態で、ノズル接続口に上記骨材吐出ノズル８２の先端を挿入した後、当該骨材吐出ノズル８２の先端から骨材３１を吐出すれば、上記空隙１６ｓに骨材３１を充填することができる。
【００４５】
閉塞材４０は、地山１２を構成する岩盤がアルカリ性成分を含まないものである場合には、上記掘削装置５０により地山１２を掘削した際に発生する岩石を用い、当該岩石を破砕することで形成した豆砂利を使用し、この豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成する。一方、地山１２を構成する岩盤がアルカリ性成分を含むものである場合、閉塞材４０は、アルカリ性成分を含まない岩石を破砕することで形成した豆砂利を使用し、この豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成する。この閉塞材４０は、高レベル放射性廃棄物を覆工２０の内部空間２０ｓに設置した後、覆工２０の内部空間２０ｓに充填するものである。
【００４６】
次に、上記のような構成を有する放射性廃棄物処分体１０の製造方法を順を追って説明する。ここでは、図３に示すように、複数の筒体２１を掘削方向に沿って連設してあり、当該筒体２１の内部空間２１ｓにおける下部には、上記柱６１の移動を案内する一対のレール１５が掘削方向に沿って延在するよう筒体２１に設けてあり、かつ掘削装置本体５１が走行できるよう上面が平坦となる態様で土壌材１４を敷き詰めてある。この土壌材１４は、最も厚い部位における厚さＨ２が０．６ｍである。
【００４７】
先ず、上記掘削装置５０において、覆工組立装置本体６０よりも掘削装置本体５１を掘削方向の前方側に配置し、かつ掘削装置本体５１を、上記駆動源５４の駆動力を車輪５５に伝達しない非伝達状態に切り換えた状態で駆動源５４を駆動することにより、掘削軸の軸心５１ｘ回りにカッターヘッド５２回転させながら、掘削装置本体５１を非伝達状態から伝達状態に切り換え、当該掘削装置本体５１を掘削方向に走行させる。
【００４８】
この状態でカッター５３が地山１２に接触すれば、当該カッター５３により地山１２が掘削方向に向けて掘削されることとなる。さらに、この状態から、カッターヘッド５２を上下方向および左右方向に移動させてカッター５３により地山１２を掘削し、図４に示すように、掘削方向の先端側に上記筒体２１の内部空間２１ｓに連通する掘削空間ＤＳを形成し、掘削方向に向けて坑道１１を延ばす。
【００４９】
このような掘削は、掘削空間ＤＳの掘削方向における幅が、上記筒体２１の掘削方向における幅よりも大きくなるまで行う。本実施の形態では、筒体２１の掘削方向における幅が１ｍであるため、掘削方向における掘削空間ＤＳの幅が１ｍ以上となるまで地山１２の掘削を行う。
【００５０】
次に、上記掘削空間ＤＳに複数のセグメント２２を設置することで新たな筒体２１を構築する。セグメント２２を設置する場合には、図１０および図１１に示すように、掘削装置本体５１を掘削方向と反対方向に移動させ、かつ覆工組立装置本体６０を掘削方向に移動させて、掘削装置本体５１と覆工組立装置本体６０とを入れ替える。この後、第１走行手段６３ａを走行させることにより各セグメント２２を個別に搬送して筒体２１を構築する。
【００５１】
次いで、図１３および図１４に示すように、掘削方向における筒体２１の外周面の先端側に、収納態様の袋体１３ｃの妻型枠１３を配置した後、妻型枠１３の充填口に、上記ベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入してから、当該ベントナイト吐出ノズル９２の先端からベントナイト３２を吐出し、図１５に示すように、充填空間にベントナイト３２を充填して袋体１３ｃを展開態様に切り換え、上記掘削空間ＤＳから、筒体２１の外周面と坑道１１の内周面との間の空隙１６ｓを分断する。
【００５２】
次に、図１６および図１７に示すように、貫通ノズル１３ｂのノズル接続口に上記骨材吐出ノズル８２の先端を挿入した後、当該骨材吐出ノズル８２の先端から骨材３１を吐出して、上記空隙１６ｓに骨材３１を充填する。
【００５３】
上述した作業、具体的には、地山１２を掘削して掘削空間ＤＳを形成し、当該掘削空間ＤＳに複数のセグメント２２を設置して筒体２１を構築し、掘削方向の先端側に妻型枠１３を設置して掘削空間ＤＳから空隙１６ｓを分断し、当該空隙１６ｓに骨材３１を充填することを繰り返し、掘削方向に延在する坑道１１を形成し、かつ掘削方向に延在する筒体２１を構築する。
【００５４】
上述したように、掘削方向に延在する坑道１１を形成し、かつ掘削方向に延在する筒体２１を構築する際、適宜の間隔で上記妻型枠１３に遮水性を持たせる。具体的には、図１８に示すように、例えば複数の筒体２１において、９個に１個の間隔で遮水性を持たせる。例えば図１８中、Ｎ１〜Ｎ９で示す妻型枠１３のうち、Ｎ９で示す妻型枠１３にのみ遮水性を持たせる。遮水性を持たせるには、当該妻型枠１３（図１８中、Ｎ９で示す妻型枠１３）の貫通ノズル１３ｂをベントナイト３２で閉塞する。そして、掘削方向において、例えば９個に１個の間隔で妻型枠１３に遮水性持たせることで、坑道１１の内周面と筒体２１の外周面との間にベントナイト充填空間Ｂｓを画成する。また、上記筒体２１には、ベントナイト充填空間Ｂｓと筒体２１の内部空間２１ｓとを連通する通路である注入ノズル１０１および排出確認ノズル１０２を設ける。注入ノズル１０１は、各ベントナイト充填空間Ｂｓにおいて、例えば掘削方向における先端側に設ける一方、排出確認ノズル１０２は、掘削方向における後端側に設ける。しかも、この排出確認ノズル１０２は、筒体２１の内部空間２１ｓの天井部に設けることが好ましい。
【００５５】
そして、筒体２１を連設することで、掘削方向において予め設定した長さを有する覆工２０を構築した後、上記覆工２０の内部空間２０ｓに放射性廃棄物を設置する。その後、上記掘削方向に対して反対となる閉塞方向に向けて、覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞材４０で閉塞しながら上記ベントナイト充填空間Ｂｓにベントナイト３２を充填する。
【００５６】
先ず、例えば図２０に示すように、上記ベントナイト充填空間Ｂｓに対応する覆工２０の内部に、アルカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利とベントナイトとを混合したものを転圧装置１１０で転圧して閉塞材４０を設ける。
【００５７】
次に、図１８に示すように、エタノールを加えることでスラリー状に変成したベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出装置１００と、上記注入ノズル１０１とを接続管１０３で接続した後、ベントナイト吐出装置１００からベントナイト３２を吐出し、ベントナイト充填空間Ｂｓにベントナイト３２を充填する。このとき、排出確認ノズル１０２からベントナイト３２が排出された場合、ベントナイト充填空間Ｂｓがベントナイト３２で満たされたことが分かる。なお、上記接続管１０３、注入ノズル１０１、および排出確認ノズル１０２は、必ずしも放射性廃棄物処分用トンネル１から取り外す必要はない。
【００５８】
本実施の形態に係る放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、覆工２０と坑道１１との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１とベントナイト３２とで構成した充填材層３０を設けたため、充填材層３０からアルカリ性成分が溶出することによりベントナイト３２の遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。
【００５９】
また、地山１２を掘削して形成した掘削空間ＤＳから、覆工２０の外周面と坑道１１の内周面との空隙１６ｓを分断する妻型枠１３を設けたため、上記空隙１６ｓに骨材３１を充填する際、掘削空間ＤＳに骨材３１が流出することを防止することができる。しかも、上記空隙１６ｓに骨材３１を確実に充填することができる。
【００６０】
さらに、上述したように、掘削空間ＤＳに筒体２１を設置する毎に、坑道１１の内周面と、筒体２１の外周面との空隙１６ｓに骨材３１を充填しながら放射性廃棄物処分用トンネル１を形成しているため、掘削により地山１２が変形することを可及的に防止することができる。
【００６１】
また、地山１２の掘削方向に向けて所定の間隔で妻型枠１３を設け、当該妻型枠１３に遮水性を持たせるため、スラリー状のベントナイト３２をベントナイト充填空間Ｂｓに確実に充填することができる。
【００６２】
さらに、千年または万年等の長期間が経過し、当該期間の経過によって金属材料で形成したセグメント本体２３が腐食したとしても、充填材層３０のベントナイト３２が膨潤することで、覆工２０の内部空間２０ｓに地下水が浸入することを防止することができる。
【００６３】
また、覆工２０の内部空間２０ｓに閉塞材４０を設けるため、上述したようにセグメント本体２３が腐食したとしても、覆工２０が潰れることを防止することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態には、アリカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成した閉塞材４０を使用し、当該閉塞材４０を転圧装置１１０で転圧して覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞材４０で閉塞するもので説明した。しかし、この発明の閉塞材４０は、上述した方法で製造するものに限られず、ベントナイト３２と豆砂利を混合したもので直方体状のレンガを形成し、当該レンガで覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞しても良いし、上記豆砂利とベントナイト３２とを混合したものを吹き付けて覆工２０の内部空間２０ｓを閉塞しても良い。
【００６５】
また、上述した実施の形態には、各ベントナイト充填空間Ｂｓにおいて、掘削方向における先端側に注入ノズル１０１を設ける一方、掘削方向における後端側に排出確認ノズル１０２を設けるもので説明した。しかし、この発明はそれに限られず、注入ノズル１０１および排出確認ノズル１０２を設ける位置は上述した位置に限られない。
【００６６】
さらに、上述した実施の形態には、覆工２０の内部空間２０ｓに放射性廃棄物を設置する放射性廃棄物処分用トンネルで説明した。しかし、この発明はそれに限られず、放射性廃棄物処分用トンネルの下部に下方に向けて延在する処分孔を立設け、その処分孔に放射性廃棄物を設置しても良い。
（実施の形態２）
【００６７】
次に実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネルについて説明する。なお、上述した実施の形態１と同一の構成については同一の符号を使用し、その説明を省略する。
【００６８】
図２１は、建設途中の放射性廃棄物処分用トンネル１の切羽１１ａ近傍を側方から見た断面図、図２２は、図２１における矢視Ｇ−Ｇでの断面図である。なお、図２１及び図２２では、掘削装置５０（掘削装置本体５１、覆工組立装置本体６０、覆工組立手段７０、骨材吐出手段８０、ベントナイト吐出手段９０）の図示を省略している。
【００６９】
上述した実施の形態１では、覆工２０と坑道１１との間の開放端を閉塞する妻型枠１３として、粘土系材料を充填可能な充填空間を有する袋体１３ｃを適用したが、本実施の形態では、覆工２０と坑道１１との間の開放端を閉塞する妻型枠１３０として、上述した袋体１３ｃのような充填空間をもたない板状体を適用している点において、上記実施の形態１と異なっている。それ以外の構成は上記実施の形態１と同じである。
【００７０】
妻型枠１３０は、図２１及び図２２に示すように、環状の板状体として構成してある。板状体は充分な強度を確保できる程度の厚みを有した木材あるいは鋼板等の材料からなるものである。以下の説明では、妻型枠１３０において、坑道１１の天端に隣接する部位を「天端部１３１」、坑道１１の天端の左肩に隣接する部位を「左肩部１３２」、坑道１１の天端の右肩に隣接する部位を「右肩部１３３」とよぶことにする。
【００７１】
図２２に示すように、妻型枠１３０の天端部１３１付近、左肩部１３２付近及び右肩部１３３付近には、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１を充填するための充填口１３５，１３６，１３７がそれぞれ設けてある。各充填口１３５，１３６，１３７は、骨材吐出手段８０における骨材吐出ノズル８２（ともに図１６を参照）の先端部の寸法よりも大きい寸法を有した貫通孔である。
【００７２】
本実施の形態の例では、妻型枠１３０を、複数の通気孔１３４が形成された有孔板１３０ａと、通気孔１３４が形成されていない無孔板１３０ｂとで構成してある。図２３は、図２２に示した有孔板１３０ａの一部を拡大して示した図であり、図２４は、妻型枠１３０に設けた充填口１３５から坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間に骨材３１を充填した状態を示す断面図である。
【００７３】
図２３及び図２４に示すように、有孔板１３０ａに形成された複数の通気孔１３４は、骨材３１の径よりも若干大きいかあるいは小さい径を有した円形の貫通孔であり、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１を充填する際に、骨材充填部３１ｓに溜まった空気を外部に排出するための孔である。
【００７４】
より詳細に説明すると、本実施の形態では、妻型枠１３０に設けた充填口１３５，１３６，１３７から圧縮空気によって坑道１１と覆工２０との間の空隙に骨材３１を吹き込んでいる。このため、例えば図２５に示すように、通気孔のない妻型枠１３０´を用い、充填口１３５´に骨材吐出ノズル８２の先端部８２ａを差し込んで骨材３１を吹き込んだ場合、骨材充填部３１ｓにおいて、骨材３１とともに吹き込まれた空気の逃げ場がなくなり、骨材充填部３１ｓの奥側に空気溜まりＡＳによる骨材の未充填部が生じることが実験により確認されている。図２５に示すような空気溜まりＡＳが生じた状態では、地山１２の押し出しによる地圧がセグメント２２に均等に作用せず、セグメント２２の支保効果が充分に得られなくなるとともに、セグメント２２に局所的に大きな曲げモーメントが発生することが推定される。このため、セグメント２２の厚みを厚くせざるを得なくなり、結果的にセグメント２２に使用するモルタルの量が多くなってしまう。
【００７５】
そこで、本実施の形態では、妻型枠１３０の少なくとも一部を有孔板１３０ａで構成することで、骨材充填部３１ｓに溜まった空気を通気孔１３４から速やかに排出させ、骨材充填部３１ｓに空気溜まりＡＳが生じるのを防止するようにしている。通気孔１３４の直径及び密度は、骨材充填部３１ｓに溜まった空気を十分に排出することができ、且つ、骨材３１が通気孔１３４から外部に流出しない程度としてある。具体的には、通気孔１３４の直径は、骨材の粒径の２倍程度以下とするのが好ましい。また、通気孔１３４の密度は有孔板１３０ａの材質の強度により異なるが、有孔板１３０ａに必要な強度を損なわない程度とする。
【００７６】
本実施の形態では、図２２に示すように、妻型枠１３０の天端部１３１から左右肩部１３２，１３３までの範囲を上述した有孔板１３０ａで構成する一方、妻型枠１３０の左右肩部１３２，１３３より下方の部位を無孔板１３０ｂで構成している。なお、全周を有孔板１３０ａとすることも考えられる。ただし、坑道１１と覆工２０との間の空隙部分において、左右肩部１３２，１３３より下方の部位では、充填口１３６、１３７から吹き込まれた骨材３１が自然に下方に向かって落ちていくため、天端部１３１から左右肩部１３２，１３３までの範囲と比べると、未充填空間が生じにくい。従って、妻型枠１３０の左右肩部１３２，１３３より下方の部位については、必ずしも有孔板１３０ａを用いる必要はない。図２２に示す構成はあくまでも一例であり、施工条件によっては、妻型枠１３０の全体を有孔板１３０ａで構成してもよい。
【００７７】
上述した妻型枠１３０において、左右肩部１３２，１３３における充填口１３６，１３７は、天端部１３１から坑道１１の中心のまわりに左右に約４５°回転した位置に設けられるのが好ましい。また、有孔板１３０ａは、天端部１３１の左右約４５°の範囲に用いられるのが好ましい。上記のように構成した妻型枠１３０を用いて骨材充填試験を行ったところ、坑道１１と覆工２０の間の骨材充填部３１ｓに空気溜まりＡＳを作らずに、均質に充填できることを確認した。
【００７８】
次に、上述した妻型枠１３０を用いた放射性廃棄物処分用トンネル１の構築手順について簡単に説明する。なお、上述した実施の形態１では、坑道１１と覆工２０との間に所定の間隔で妻型枠１３を設置していき、放射性廃棄物処分用トンネル１の構築後も妻型枠１３を撤去せずに残す工法を採用したが、本実施の形態では、１つの掘削区間での骨材充填作業が完了する都度、妻型枠１３０を撤去する工法を採用している。また、上述した実施の形態１では、坑道１１の底部に設置されたセグメント２２上に土壌材１４を敷き詰め、この土壌材１４上で掘削装置５０（図３を参照）を走行させるようにしたが、本実施の形態では、土壌材１４に替えて路盤コンクリート１４０を敷き詰めている。この路盤コンクリート１４０は、図２１及び図２２に示すように、内部に鉄筋が埋設された複数のコンクリートブロックを、坑道１１の底部に設置されたセグメント２２上に、坑道１１の軸方向に並設することによって形成したものである。路盤コンクリート１４０は、放射性廃棄物処分用トンネル１の建設中には掘削装置５０の往来に利用され、放射性廃棄物処分用トンネル１の建設後には廃棄体の搬入台車の移動等に利用される。
【００７９】
先ず、掘削装置５０（図３を参照）を用いて１つの掘削区間を掘削した後、覆工組立装置本体６０（図３を参照）を用いて複数のセグメント２２を設置し、新たな筒体２１（覆工２０）を構築する。次いで、妻型枠１３０を坑道１１と筒体２１と間の開放端に設置し、開放端を閉塞する。
【００８０】
この後、妻型枠１３０の左肩部１３２に設けた充填口１３６に骨材吐出手段８０（図１６を参照）の骨材吐出ノズル８２を挿入して、坑道１１と筒体２１との間の空隙に骨材３１を吹き込み、坑道１１の底部から左肩までの空隙部分に骨材３１を充填する。このとき、充填口１３６から吹き込まれた骨材は自然に下方に向かって落ちていくため、空気溜まりはほとんど生じない。同様にして、妻型枠１３０の右肩部１３３に設けた充填口１３７に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１を吹き込み、坑道１１の底部から右肩までの空隙部分に骨材３１を充填する。
【００８１】
充填口１３６，１３７を塞いだ後、妻型枠１３０の天端部１３１に設けた充填口１３５に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１を吹き込む。充填口１３５から骨材３１を吹き込んでいる間、骨材充填部３１ｓ（図２４を参照）に溜まった空気が有孔板１３０ａの通気孔１３４から排出されるため、骨材充填部３１ｓの空気の循環が良くなる。このため、骨材充填部３１ｓに空気溜まりが生じることはない。その結果、図２１及び図２４に示すように、骨材３１は、坑道１１と筒体２１との間全体に均質に充填されることになる。
【００８２】
この後、次の掘削区間の掘削作業を行う。前の掘削区間で使用した妻型枠１３０は撤去する。なお、セグメント組立て時に妻型枠１３０を撤去するようにしてもよい。撤去した妻型枠１３０は再利用することが可能である。上記工程を最終の掘削区間まで繰り返した後、ベントナイト吐出装置１００（図１８を参照）を用いて、骨材充填部３１ｓにベントナイト３２を充填することにより、坑道１１と覆工２０との間に充填材層３０（図１及び図９を参照）が設けられる。放射性廃棄物処分用トンネル構築後、坑道１１の底部を掘削して形成した複数の処分孔（図示せず）に放射性廃棄物を埋設し、閉塞材４０（図１を参照）によって放射性廃棄物処分用トンネル１の内部を埋め戻す。
【００８３】
以上説明したように、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１においても、覆工２０と坑道１１との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１とベントナイト３２とで構成した充填材層３０を設けたことで、充填材層３０からアルカリ性成分が溶出することによりベントナイト３２の遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。さらに、千年または万年等の長期間が経過し、当該期間の経過によって金属材料で形成したセグメント本体２３が腐食したとしても、充填材層３０のベントナイト３２が膨潤することで、覆工２０の内部空間２０ｓに地下水が浸入することを防止することができる。
【００８４】
また、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、覆工２０（セグメント２２）の外周面と坑道１１の内周面との間の開放端を閉塞する妻型枠１３０を設けたことで、覆工２０と坑道１１との間の空隙部分に骨材３１を吹き込む際に、外部に骨材３１が流出するのを防止することができるとともに、上記空隙部分に骨材３１を確実に充填することができる。
【００８５】
また、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、妻型枠１３０を板状体で構成するとともに、この板状体として複数の通気孔１３４を有した有孔板１３０ａを適用したことで、覆工２０（セグメント２２）と坑道１１との間の空隙部分に骨材３１を吹き込む際に、骨材充填部３１ｓに空気溜まりＡＳが生じるのを防止することができる。その結果、骨材充填部３１ｓ全体に骨材３１を均質に充填することができる。
【００８６】
さらに、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、妻型枠１３０における天端部１３１及び天端部１３１の左右両側に位置する肩部１３２，１３３に、上記空隙部分に骨材を充填する充填口１３６，１３７をそれぞれ設けたことで、空隙部分への骨材の充填性をさらに向上させることができる。
【００８７】
加えて、実施の形態２の放射性廃棄物処分用トンネル１によれば、充填口１３６，１３７を、天端部１３１から坑道１１の中心のまわりに左右に４５°回転した位置に設けたことで、空隙部分への骨材の充填性を最も優れたものとすることができる。
（実施の形態３）
【００８８】
次に実施の形態３の放射性廃棄物処分用トンネルについて説明する。なお、上述した実施の形態１，２と同一の構成については同一の符号を使用し、その説明を省略する。
【００８９】
上述した実施の形態１，２では、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１を吹き込んだ後に、骨材３１と骨材３１の間隙部分にスラリー状のベントナイト３２を充填することによって充填材層３０を構成した。これに対して本実施の形態では、骨材３１を上記空隙に吹き込む前に、骨材３１に粒状のベントナイト３２´を予め混合しておき、この混合物を上記空隙に吹き込むことによって充填材層３０´を構成している点において、上記実施の形態１，２と異なっている。
【００９０】
上述した実施の形態１，２で設けた充填材層３０は、放射線核種の移行を妨げるのに十分な遮水性を有したものであるが、遮水性をさらに向上させるために、エタノールに添加するベントナイトの分量を多くしすぎると、粘性が高くなるなどの理由から、骨材３１の間隙部分へのベントナイトの流入・充填性が低下する。このため、目標とするベントナイトの分量を確保することが難しくなる。本実施の形態３では、骨材３１と粒状のベントナイト３２´を予め混合し、この混合物を坑道１１と覆工２０との間の空隙に吹き込むことによって充填材層３０´を構成したことで、上記実施の形態１，２と同程度もしくはそれ以上に、充填材層３０´の骨材３１の間隙に充填する粒状のベントナイト３２´の分量を多くすることが可能である。以下、この充填材層３０´について説明する。なお、以下では、粒状のベントナイト３２´を、省略して「粒状ベントナイト３２´」とよぶ。
【００９１】
図２６は、坑道１１と覆工２０（セグメント２２）との間の空隙に骨材３１と粒状ベントナイト３２´との混合物が吹き込まれ、充填材層３０´が形成された状態を示す図である。ここで、図２６に例示する妻型枠１３０は、上述した実施の形態２の妻型枠１３０（図２１〜図２３を参照）と同じものである。
【００９２】
骨材３１は、上記実施の形態１，２で用いた骨材３１と同じものであり、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む砕石・豆砂利等から構成されるものである。この骨材３１としては、上記実施の形態１，２で用いたものと同様に、粒径２．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度のものを適用することができる。
【００９３】
粒状ベントナイト３２´は、粉末状のベントナイトを高密度成形することによって球状（ペレット状）や円柱状等の各種形状に形成されたものである。また、粉末状のベントナイトを高密度に圧縮した後に破砕処理されたものや、ベントナイトの原鉱石が破砕処理されたもので、粒度が調整されたものなども使用することができる。本実施の形態では、図２６に示すように、球状に成形された粒状ベントナイト３２´を用いている。粒状ベントナイト３２´は、粒状ベントナイト３２´自身の密度が大きいものほど遮水性能（低透水性）が高い。このため、本実施の形態では、粒状ベントナイト３２´として、その密度が２５００ｋｇ／ｍ3〜２７００ｋｇ／ｍ3程度の高密度に圧縮された粒状ベントナイトを用いている。
【００９４】
また、粒状ベントナイト３２´は、坑道１１と覆工２０との間の空隙に充填される際に骨材３１と骨材３１との間隙に容易に入り込めるようにするために、骨材３１よりも小粒径のものを用いるのが好ましい。具体的には、粒状ベントナイト３２´の粒径は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、微粒子状又は粉末状のベントナイトは、坑道１１と覆工２０との間の空隙に吹き込む際に粉塵の発生源となるため、好ましくない。
【００９５】
上記の骨材３１と粒状ベントナイト３２´は、坑道１１と覆工２０との間の空隙に充填される前に予め所定の割合で混合される。そして、図２６に示すように、妻型枠１３０の各充填口１３５（１３６，１３７）から、骨材３１と粒状ベントナイト３２´との混合物が上記空隙に吹き込まれることにより、充填材層３０´が形成される。
【００９６】
ここで、充填材層３０´における骨材３１の分量（充填密度）は、上記実施の形態１，２の充填材層３０における骨材３１と同じ分量（充填密度）となるようにする。充填材層３０´の骨材３１の分量（充填密度）を、上記実施の形態１，２における充填材層３０の骨材３１と同じ分量（充填密度）とする理由は、切羽近傍での地山の内空へ押し出そうとする地圧をできるだけ直接剛性の高いセグメントに伝達する能力が、上記実施の形態１，２と同じ程度となるようにするためである。
【００９７】
次に、放射性廃棄物処分用トンネル１の構築手順について簡単に説明する。先ず、掘削装置５０（図３を参照）を用いて１つの掘削区間を掘削した後、覆工組立装置本体６０（図３を参照）を用いて複数のセグメント２２を設置し、覆工２０を構築する。次いで、妻型枠１３０を坑道１１と覆工２０と間の開放端に設置し、開放端を閉塞する。
【００９８】
この後、図２６に示すように、妻型枠１３０の左肩部１３２（図２２を参照）に設けた充填口１３６に骨材吐出ノズル８２を挿入して、坑道１１と覆工２０との間の空隙部分に骨材３１と粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込む。同様にして、妻型枠１３０の右肩部１３３（図２２を参照）に設けた充填口１３７に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１と粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込む。
【００９９】
充填口１３６，１３７を塞いだ後、妻型枠１３０の天端部１３１（図２２を参照）に設けた充填口１３５に骨材吐出ノズル８２を挿入して骨材３１及び粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込む。充填口１３５から骨材３１と粒状ベントナイト３２´の混合物を吹き込んでいる間、骨材・ベントナイト充填部３１ｓ´に溜まった空気は、妻型枠１３０における有孔板１３０ａの通気孔１３４から排出されるため、骨材・ベントナイト充填部３１ｓ´の空気の循環が良くなる。このため、骨材・ベントナイト充填部３１ｓ´に空気溜まりが生じることはない。その結果、図２６に示すように、骨材３１及び粒状ベントナイト３２´は、坑道１１と覆工２０との間全体に均質に充填されることになる。以上の工程を行うことにより、１つの掘削区間において、坑道１１と覆工２０との間に充填材層３０´が形成される。
【０１００】
次いで、次の掘削区間の掘削作業を行う。前の掘削区間で使用した妻型枠１３０は撤去する。なお、セグメント組立て時に妻型枠１３０を撤去するようにしてもよい。上記工程を最終の掘削区間まで繰り返すことにより、トンネルの構築が完了する。
【０１０１】
なお、上述した実施の形態１，２では、放射性廃棄物処分用トンネル１の構築後（埋め戻し時）に、坑道１１と覆工２０との間にスラリー状のベントナイト３２を充填した。これに対して、本実施の形態では、トンネルを掘削区間ごとに順次構築していく際に、坑道１１と覆工２０との間に骨材３１とともに粒状ベントナイト３２´を充填していくので、トンネルの構築完了と同時に充填材層３０´の裏込めも完了する。
【０１０２】
この後、坑道１１の底部を掘削して形成した複数の処分孔に放射性廃棄物を埋設し、閉塞材４０（図１を参照）によって放射性廃棄物処分用トンネル１の内部を埋め戻す。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、実施の形態２の妻型枠１３０を用いて骨材３１と粒状ベントナイト３２´の充填を行う場合について説明したが、実施の形態１の妻型枠１３を用いた場合も、同様にして骨材３１と粒状ベントナイト３２´の充填を行うことができる。
【０１０４】
以上説明したように、実施の形態３の放射性廃棄物処分用トンネル１においても、覆工２０と坑道１１との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材３１と粒状ベントナイト３２´とで構成した充填材層３０´を設けたことで、充填材層３０´からアルカリ性成分が溶出することにより粒状ベントナイト３２´の遮水性が劣化することを可及的に防止することができる。さらに、千年または万年等の長期間が経過し、当該期間の経過によって金属材料で形成したセグメント本体２３が腐食したとしても、充填材層３０´の粒状ベントナイト３２´が膨潤することで、覆工２０の内部空間２０ｓに地下水が浸入することを防止することができる。
【０１０５】
また、実施の形態３の放射性廃棄物処分用トンネル１では、骨材３１と粒状ベントナイト３２´とを予め混合し、この混合物を坑道１１と覆工２０との間に充填することによって充填材層３０´を構成している。また、粒状ベントナイト３２´として、粒状ベントナイト３２´自身の密度が高密度であり、かつ、骨材３１と骨材３１との間隙に容易に入り込める程度の小粒径のものを用いている。このため、上記実施の形態１，２のように、スラリー状のベントナイト３２を後充填する場合よりも、充填材層３０´の骨材３１の間隙に充填する粒状ベントナイト３２´の分量を多くすることができる。その結果、充填材層３０´の遮水性（低透水性）をさらに向上させることができるようになるため、トンネル周辺への放射線核種の移行をさらに効果的に防止することができる。
【０１０６】
また、充填材層３０´の密度が高くなり、充填性が高くなることで、充填材層３０´中の骨材３１の地圧による変形が拘束されるため、充填材層３０´の弾性係数を高くすることができる。これにより、セグメント２２による支保効果が高くなることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルを使用して構築した放射性廃棄物処分体を示す横断面である。
【図２】図１における矢視Ａ−Ａでの断面図である。
【図３】図１に示した放射性廃棄物処分体を構築する際に使用する採掘装置を示す説明図である。
【図４】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図５】図４における矢視Ｂ−Ｂでの断面図である。
【図６】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルが備える覆工を示す斜視図である。
【図７】図６に示した覆工の筒体を構成するセグメントを示す斜視図である。
【図８】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、坑道と筒体との間隙を示す要部断面図である。
【図９】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルが備える充填材層を示す要部断面図である。
【図１０】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図１１】図１０における矢視Ｃ−Ｃでの断面図である。
【図１２】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルが備える妻型枠を示す斜視図である。
【図１３】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図１４】図１３における矢視Ｄ−Ｄでの断面図である。
【図１５】図１２に示した妻型枠を展開態様に切り換えた状態を示す説明図である。
【図１６】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルの製造方法を示す説明図である。
【図１７】図１６における矢視Ｅ−Ｅでの断面図である。
【図１８】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、坑道の内周面と、覆工の外周面との間の空隙にベントナイトを充填する際の説明図である。
【図１９】図１８における矢視Ｆ−Ｆでの断面図である。
【図２０】図１に示した放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、覆工の内部空間を閉塞する場合の説明図である。
【図２１】実施の形態２である放射性廃棄物処分用トンネルの切羽近傍を示す断面図である。
【図２２】図２１における矢視Ｇ−Ｇでの断面図である。
【図２３】図２２に示した妻型枠の一部を拡大して示した図である。
【図２４】実施の形態２において、坑道と覆工との間の空隙部分に骨材を充填した状態の一例を示す図である。
【図２５】実施の形態２において、坑道と覆工との間の空隙部分に骨材を充填した状態の一例を示す図である。
【図２６】実施の形態３において、坑道と覆工との間の空隙部分に骨材と粒状のベントナイトとの混合物を充填した状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１ 放射性廃棄物処分用トンネル
１０ 放射性廃棄物処分体
１１ 坑道
１１ａ 切羽
１２ 地山
１３ 妻型枠
１３ａ 充填ノズル
１３ｂ 貫通ノズル
１３ｃ 袋体
１４ 土壌材
１５ レール
１６ｓ 空隙
２０ 覆工
２０ｓ 内部空間
２１ 筒体
２１ｓ 内部空間
２２ セグメント
２３ モルタル
２４ 岩石
３０，３０´ 充填材層
３１ 骨材
３１ｓ 骨材充填部
３１ｓ´ 骨材・ベントナイト充填部
３２ ベントナイト
３２´ 粒状ベントナイト
４０ 閉塞材
５０ 掘削装置
５１ 掘削装置本体
５１ｘ 軸心
５２ カッターヘッド
５３ カッター
５４ 駆動源
５５ 車輪
５５ｘ 軸心
６０ 覆工組立装置本体
６１ 柱
６２ 車輪
６３ ビーム
６３ａ 第１走行手段
６３ｂ 第２走行手段
７０ 覆工組立手段
７０ｘ 軸心
７１ 第１軸部材
７２ 第２軸部材
７３ 第３軸部材
８０ 骨材吐出手段
８１ 骨材吐出手段本体
８２ 骨材吐出ノズル
８２ａ 骨材吐出ノズル先端部
９０ ベントナイト吐出手段
９１ ベントナイト吐出手段本体
９２ ベントナイト吐出ノズル
１０１ 注入ノズル
１０２ 排出確認ノズル
１０３ 接続管
１００ ベントナイト吐出装置
１１０ 転圧装置
１３０ 妻型枠
１３０ａ 有孔板
１３０ｂ 無孔板
１３１ 天端部
１３２ 左肩部
１３３ 右肩部
１３４ 通気孔
１３５，１３６，１３７ 充填口
１４０ 路盤コンクリート
Ｂｓ ベントナイト充填空間
ＤＳ 掘削空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘削して坑道を形成し、当該坑道の内周面を覆う環状の覆工を設けた放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記覆工と前記坑道との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材とベントナイトとで構成した充填材層を設けたことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項２】
前記充填材層は、前記覆工と前記坑道との間に充填された骨材間に、エタノールを加えることによりスラリー状に変成したベントナイトを充填することによって構成したもの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用トンネル。
【請求項３】
前記充填材層は、骨材と粒状のベントナイトとを予め混合したものを、前記覆工と前記坑道との間に充填することによって構成したもの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用トンネル。
【請求項４】
前記地山を掘削して形成した掘削空間から、前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の空隙を分断する妻型枠を、前記地山の掘削方向に向けて所定の間隔で設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項５】
前記妻型枠は、内部に粘土系材料を充填可能な充填空間を有し、当該充填空間に粘土系材料を充填せずに折り畳んだ収納態様と、当該充填空間に粘土系材料を充填することで前記掘削空間から前記空隙を分断する展開態様とに切り換え可能な袋体を有することを特徴とする請求項４に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項６】
前記袋体の前記充填空間に、粘土系材料であるベントナイトを充填することによって、前記妻型枠に遮水性を持たせることを特徴とする請求項５に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項７】
前記覆工の内部空間と前記空隙とを連通する通路を少なくとも２本設けることを特徴とする請求項２に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項８】
前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の開放端を閉塞する妻型枠を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項９】
前記妻型枠は板状体で構成したものであり、
前記板状体は、少なくとも一部に複数の通気孔を有したものであることを特徴とする請求項８に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１０】
前記妻型枠における天端部及び前記天端部の左右両側に位置する肩部に、前記骨材を前記空隙に充填するための充填口をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項８又は９に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１１】
前記妻型枠は、前記天端部から前記各肩部までの範囲に前記複数の通気孔を有したものであることを特徴とする請求項１０に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１２】
前記各肩部における充填口は、前記天端部から前記坑道の中心のまわりに左右に４５°回転した位置に設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１】
地山を掘削して坑道を形成し、当該坑道の内周面を覆う環状の覆工を設けた放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記覆工と前記坑道との間に、アルカリ性成分を含まないか、あるいは、バリア性能に影響を及ぼさない程度のアルカリ性成分を含む骨材とベントナイトとで構成した充填材層を設けたことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項２】
前記充填材層は、前記覆工と前記坑道との間に充填された骨材間に、エタノールを加えることによりスラリー状に変成したベントナイトを充填することによって構成したもの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用トンネル。
【請求項３】
前記充填材層は、骨材と粒状のベントナイトとを予め混合したものを、前記覆工と前記坑道との間に充填することによって構成したもの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用トンネル。
【請求項４】
前記地山を掘削して形成した掘削空間から、前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の空隙を分断する妻型枠を、前記地山の掘削方向に向けて所定の間隔で設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項５】
前記妻型枠は、内部に粘土系材料を充填可能な充填空間を有し、当該充填空間に粘土系材料を充填せずに折り畳んだ収納態様と、当該充填空間に粘土系材料を充填することで前記掘削空間から前記空隙を分断する展開態様とに切り換え可能な袋体を有することを特徴とする請求項４に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項６】
前記袋体の前記充填空間に、粘土系材料であるベントナイトを充填することによって、前記妻型枠に遮水性を持たせることを特徴とする請求項５に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項７】
前記覆工の内部空間と前記空隙とを連通する通路を少なくとも２本設けることを特徴とする請求項２に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項８】
前記覆工の外周面と前記坑道の内周面との間の開放端を閉塞する妻型枠を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項９】
前記妻型枠は板状体で構成したものであり、
前記板状体は、少なくとも一部に複数の通気孔を有したものであることを特徴とする請求項８に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１０】
前記妻型枠における天端部及び前記天端部の左右両側に位置する肩部に、前記骨材を前記空隙に充填するための充填口をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項８又は９に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１１】
前記妻型枠は、前記天端部から前記各肩部までの範囲に前記複数の通気孔を有したものであることを特徴とする請求項１０に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項１２】
前記各肩部における充填口は、前記天端部から前記坑道の中心のまわりに左右に４５°回転した位置に設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の放射性廃棄物処分用トンネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００９−２７６３３５（Ｐ２００９−２７６３３５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２０３３８（Ｐ２００８−２２０３３８）
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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