JP5839276B2

JP5839276B2 - 裏込め材の充填方法

Info

Publication number: JP5839276B2
Application number: JP2012008323A
Authority: JP
Inventors: 熊坂　博夫; 博夫熊坂; 多田　浩幸; 浩幸多田; 亮斉藤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP2013147830A

Description

本発明は、地山とセグメントとの間に充填する裏込め材の充填方法に関する。

図１は、核燃料サイクルを示す模式図である。図１に示すように、再処理工場Ｆ１で処理され、利用できなくなった高レベルの放射性廃棄物は、高レベル放射性廃棄物貯蔵施設Ｆ２で一定期間貯蔵され、その後、地層処分される。このように、高レベルの放射性廃棄物を地層処分する施設が地層処分施設Ｆ３である。地層処分施設Ｆ３は、高レベルの放射性廃棄物を人間の生活圏や自然環境から約１万年以上の超長期間にわたり隔離することを目的として計画されている。地層処分施設は、硬岩と軟岩の二種類の岩種を対象にしており、施設計画やそれに関連した技術的な検討や計画が国や関連機関において行われている。

図２は、地層処分施設を示す概念図である。図２に示すように、地層処分施設Ｆ３は、地上施設Ｓ１と地下施設Ｓ２とから構成される。地下施設Ｓ２は、坑道群Ｔと、地上施設Ｓ１から坑道群Ｔにアクセスするための立坑Ｔ１または斜坑（図示せず）とから構成される。坑道群Ｔは、数ｋｍ四方の広さに設けられ、その坑道延長は数百ｋｍにわたることが想定されている。また、わが国では、坑道群Ｔを地下３００ｍ以深の地下施設とすることが法令で定められているが、高レベルの放射性廃棄物を地層処分することから、より深いところを目指すことになる。

ところで、軟岩を対象とする地層処分施設の場合、硬岩を対象とする地層処分施設に比べて地山の強度が小さく、また、地山の強度に比べて初期地圧が大きくなるため、建設、操業（維持管理段階）での坑道の安定を確保するためには、重厚な支保が必要となる。

一方、高レベルの放射性廃棄物の地層処分施設において、支保工やグラウトに用いるセメント系材料は、地下水に溶出し、高アルカリ環境を生じさせる。このような高アルカリ環境は、緩衝材や埋め戻し材に使用するベントナイト系の土質材料や周辺岩盤を変質させるので、長期的な性能の確保に不確実性を増大させる結果となる。このような課題を解決すべく、図３に示すように、支保工に岩石を利用したセグメント１０４を用いる坑道が提案されている。図４に示すように、支保工に岩石を利用したセグメント１０４は、鋼製の型枠１４１に花崗岩等の岩石ブロック１４２を配置するとともに、岩石ブロック１４２と岩石ブロック１４２との間、岩石ブロック１４２と型枠１４１との間に生じた隙間にモルタル（図示せず）を充填した複合セグメントである（たとえば、特許文献１参照）。

他方、セグメントを用いて坑道を構築しても、坑道の掘削が進行するにつれて坑道の内壁面（地山の掘削壁面）がせり出してきたときに、その変形がセグメントに伝達されなければ、セグメントが地山の内空変形に抵抗することができない。これにより、支保工にセグメントを用いて坑道を構築する場合には、セグメントと坑道の内壁面との間に生じる空隙に裏込め材を充填することが要求される。

上述した高レベルの放射性廃棄物の地層処分施設では、セメント系材料を極力用いないことが求められることから、砕石などからなる非セメント系の裏込め材を用いることが提案されている（たとえば、非特許文献１および非特許文献２参照）。

特開２００２−２５０７９５号公報

林克彦、野口聡ほか、「高レベル放射性廃棄物処分施設における坑道支保工に用いるセメント系材料の低減化技術に関する研究」日本原子力研究開発機構、地層処分研究開発部門、地層処分基盤研究開発ユニット多田浩幸、熊坂博夫ほか、「岩石利用セグメント支保工の裏込め砕石の変形特性試験と坑道の安定性の検討」土木学会、第６６回年次学術講演会（平成２３年度）ｐ．１１７〜１１８

しかしながら、地山とセグメントとの間に砕石からなる非セメント系の裏込め材を吹き込んでも、裏込め材を高い密度で充填することはできない。これにより、地山壁面が内空側に変位しても、その変位を裏込め材が吸収し、セグメントの支保反力が地山に十分に伝達されないことが予想される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地山とセグメントとの間に砕石からなる非セメント系の裏込め材を高い密度で充填できる裏込め材の充填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、柔軟な包装容器に砕石を充填する充填工程と、前記包装容器に充填した砕石を締め固める締め固め工程と、締め固めた砕石を前記包装容器で包装する包装工程とを有することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記締め固め工程が、砕石が充填された包装容器を剛直な圧縮容器に収容した状態で砕石を締め固めることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記充填工程が、前記包装容器を前記圧縮容器に収容した状態で砕石を充填することを特徴とする。

また、本発明は、掘削した坑道の内空側、肩上部までセグメントを組み立てた後に、地山とセグメントとの間に、あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材を設置することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材を設置した後に、地山とセグメントとの間に残る隙間に、砕石、砂または粉体ベントナイトを充填することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材をセグメントとともに天端部に設置することを特徴とする。

また、本発明は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石からなるブロック状の裏込め材を地山とセグメントとの間に設置するとともに、流動性を有する状態で袋詰めされた砕石からなる隙間用の裏込め材を地山とセグメントとの間に残る隙間に充填することを特徴とする。

また、本発明は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石からなるブロック状の裏込め材を地山とセグメントとの間に設置した後に、地山とセグメントとの間に残る隙間に砕石を吹き込むことを特徴とする。

本発明にかかる裏込め材の充填方法は、柔軟な包装容器に砕石を充填する充填工程と、包装容器に充填した砕石を締め固める締め固め工程と、締め固めた砕石を包装容器で包装する包装工程とを有するので、砕石は、締め固められ、かつ、包装される。これにより、砕石からなる非セメント系の裏込め材は、高い密度となり、地山とセグメントとの間に高い密度で充填される。

本発明にかかる裏込め材の充填方法は、掘削した坑道の内空側、肩上部までセグメントを組み立てた後に、地山とセグメントとの間に、あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材を設置するので、砕石からなる非セメント系の裏込め材は、地山とセグメントとの間に高い密度で充填される。

本発明にかかる裏込め材の充填方法は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石からなるブロック状の裏込め材を地山とセグメントとの間に設置するとともに、流動性を有する状態で袋詰めされた砕石からなる隙間用の裏込め材を地山とセグメントとの間に残る隙間に充填するので、砕石からなる非セメント系の裏込め材は、地山とセグメントとの間に高い密度で充填される。

本発明にかかる裏込め材の充填方法は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされたブロック状の裏込め材を地山とセグメントとの間に設置した後に、地山とセグメントとの間に残る隙間に砕石を吹き込むので、砕石からなる非セメント系の裏込め材は、地山とセグメントとの間に高い密度で充填される。

図１は、核燃料サイクルを示す模式図である。図２は、地層処分施設を示す概念図である。図３は、岩石を利用したセグメントを用いて構築した坑道を示す半断面鳥瞰図である。図４は、図３に示した岩石を利用したセグメントを示す斜視図である。図５は、裏込め材の変形特性を試験する試験装置を示す概念図である。図６は、試験により得られた裏込め材の変形特性を示す図である。図７は、本発明の実施の形態１である裏込め材の充填方法を示す工程図である。図８は、砕石を充填する包装容器を示す斜視図である。図９は、圧縮容器に収容した包装容器に砕石を充填した状態を示す斜視図である。図１０は、締め固められ、かつ、包装されたブロック状の裏込め材を示す斜視図である。図１１は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す概念図である。図１２は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す横断面図である。図１３は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す斜視図である。図１４は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す横断面図である。図１５は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す斜視図である。

まず、図５および図６に基づいて、砕石からなる非セメント系の裏込め材の変形特性について説明する。なお、図５は、裏込め材の変形特性を試験する試験装置を示す概念図であり、図６は、試験により得られた裏込め材の変形特性を示す図である。

図５に示すように、非セメント系の裏込め材の変形特性を試験する試験装置は、台座Ｄの上に設置した鋼製枠Ｆに砕石Ｓを充填し、その上に設置した載荷板Ｐに載荷し、砕石Ｓに圧縮力を作用させるものである。図５に示す例では、上面が一辺４５０．０ｍｍの正方形の台座Ｄの上に、直径が３０３．３ｍｍの円筒型の鋼製枠Ｆを設置し、その中に、砕石Ｓを充填する。充填する砕石Ｓの厚みは、１０ｃｍ、２０ｃｍであり、それぞれについて試験した。この試験では、載荷板Ｐに載荷した後、一旦除荷し、再び載荷板Ｐに載荷した。

図６に示すように、一回目の載荷と二回目の載荷とでは、一回目の載荷で変位が大きく、二回目の載荷で変位が非常に小さいことがわかる。また、一回目の載荷における変位量は、砕石Ｓの厚みに左右され、砕石Ｓの厚みが１０ｃｍのときは、２０ｃｍのときの約半分（二分の一）となり、砕石Ｓの厚みが小さいほど変位量（変形量）が小さいことがわかる。

以上のことを鑑みて、以下に、本発明の裏込め材の充填方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［実施の形態１］
図７は、本発明の実施の形態１である裏込め材の充填方法を示す工程図である。図８は、砕石を充填する包装容器を示す斜視図であり、図９は、圧縮容器に収容した包装容器に砕石を充填した状態を示す斜視図である。図１０は、締め固められ、かつ、包装されたブロック状の裏込め材を示す斜視図である。

本発明の実施の形態１である裏込め材の充填方法は、図７に示すように、充填工程（ステップＳ１）、締め固め工程（ステップＳ２）、包装工程（ステップＳ３）を経ることにより、砕石Ｓが締め固められ、かつ、包装されたブロック状の裏込め材１とした後に、このブロック状の裏込め材１を掘削した坑道２の内空側、肩上部まで組み立てられたセグメント４と地山３との間に設置するものである（ステップＳ４）。

充填工程（ステップＳ１）は、図９に示すように、柔軟な包装容器１０を剛直な圧縮容器Ｃに収容した状態で包装容器１０に砕石Ｓを充填する工程である。包装容器１０は、紙、布、不織布などの変形が可能なもので作成してあり、２ＭＰａ程度の応力が作用しても破れない程度の強度を有している。包装容器１０は、図８に示すように、上面が開口した箱状に形成してあり、開口した上面は蓋部１０ａにより塞がれる。圧縮容器Ｃは、図９に示すように、隙間なく包装容器１０を収容するように、包装容器１０の体積と略同一の容積を有する箱状に形成してある。圧縮容器Ｃは、上面が開口しており、圧縮容器Ｃの上方から圧縮容器Ｃの内部に包装容器１０が収容される。圧縮容器Ｃは、変形しないように剛直に作成してあり、包装容器１０を収容した状態で包装容器１０に砕石Ｓを充填し、砕石Ｓを締め固めても壊れない程度の強度を有している。

締め固め工程（ステップＳ２）は、圧縮容器Ｃに収容した包装容器１０に充填した砕石Ｓを締め固める工程であり、これにより、砕石Ｓが充填された包装容器１０を圧縮容器Ｃに収容した状態で砕石Ｓを締め固めることになる。締め固め工程（ステップＳ２）では、充填した砕石Ｓに所定の圧縮応力が作用するように、充填した砕石Ｓに載荷する。所定の圧縮応力は、たとえば、２ＭＰａであり、これは、期待する支保反力に対応する。

包装工程（ステップＳ３）は、図１０に示すように、締め固めた砕石Ｓを包装容器１０で包装する工程である。包装工程（ステップＳ３）では、開口した上面を蓋部１０ａにより閉じ、接着剤（図示せず）等で封印する。これにより、包装容器１０に充填された砕石Ｓは、締め固められ、かつ、包装されたブロック状の裏込め材１となる。このブロック状の裏込め材１は、圧縮容器Ｃから取り出され、セグメント４と地山３との間に設置されるが、開口した上面を蓋部１０ａにより閉じ、接着剤等で封印してあるので、変形は制限される。

図１１は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す概念図である。上述したように、締め固められ、かつ、包装された砕石Ｓからなるブロック状の裏込め材１は、図１１に示すように、掘削した坑道２の内空側、肩上部までセグメント４を組み立てた後に、地山３とセグメント４との間に設置される。セグメント４は、岩石を利用したセグメントであり、鋼製の型枠に花崗岩等の岩石ブロックを配置するとともに、岩石ブロックと岩石ブロックとの間、岩石ブロックと型枠との間に生じた隙間にモルタルを充填した複合セグメントである。そして、地山３と肩上部まで設置したセグメント４との間に残る隙間には、砕石、砂、または粉体ベントナイトを充填する。

坑道２の天端部には、ブロック状の裏込め材１をセグメント４とともに設置する。この場合に、接着剤や両面テープを用いてセグメント４の背面（地山３に対向する面）にブロック状の裏込め材１を接着すれば、よりスムースに設置することができる。そして、地山３と天端部に設置したセグメント４との間に残る隙間には、砕石、砂、または粉体ベントナイトを充填する。

上述した本発明の実施の形態１である裏込め材の充填方法は、柔軟な包装容器１０を剛直な圧縮容器Ｃに収容した状態で包装容器１０に砕石Ｓを充填する充填工程（ステップＳ１）と、砕石Ｓが充填された包装容器１０を圧縮容器Ｃに収容した状態で砕石Ｓを締め固める締め固め工程（ステップＳ２）と、締め固めた砕石Ｓを包装容器１０で包装する包装工程（ステップＳ３）とを有するので、砕石Ｓは締め固められ、かつ、包装される。これにより、砕石Ｓからなる非セメント系の裏込め材（ブロック状の裏込め材１）は、高い密度となり、地山３とセグメント４との間に高い密度で充填される。

また、砕石Ｓが締め固められ、かつ、包装されたブロック状の裏込め材１からは砕石Ｓがこぼれ落ちることがないので、切羽側に妻板（図示せず）等の対策を施す必要がない。

また、砕石Ｓが締め固められ、かつ、包装されたブロック状の裏込め材１は、あらかじめ圧縮力が載荷してあるため、地山３の変位がセグメント４に直接伝達されることになり、その反力としての支保効果が高くなる。

［実施の形態２］
図１２は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す横断面図であり、図１３は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す斜視図である。

図１２および図１３に示すように、本発明の実施の形態２である裏込め材の充填方法は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石Ｓからなるブロック状の裏込め材５（以下、「ブロック状の裏込め材５」という）を地山３と岩石を利用したセグメント４（以下、単に「セグメント４」という）との間に設置するとともに、流動性を有する状態で袋詰めされた砕石Ｓからなる隙間用の裏込め材６（以下、「隙間用の裏込め材６」という）を地山３とセグメント４との間に残る隙間に充填するものである。

ブロック状の裏込め材５は、所定量の砕石Ｓを所定の圧縮力でブロック状に締め固め、これを袋詰めしたものである。なお、ブロック状の裏込め材５は、上述した本発明の実施の形態１である裏込め材の充填方法と同様に、砕石Ｓを袋詰めした後に、締め固め、その後、袋の口を閉じたものでもよい。

隙間用の裏込め材６は、袋詰めした状態でもある程度の変形が可能である。隙間用の裏込め材６は、ブロック状の裏込め材５よりも小さく、かつ、薄いものである。

本発明の実施の形態２である裏込め材の充填方法は、まず、地山３とセグメント４との間に、ブロック状の裏込め材５を設置する。そして、地山壁面とブロック状の裏込め材６との間、ブロック状の裏込め材６とセグメント４との間、に隙間が残るようであれば、ブロック状の裏込め材６がセグメント４の背面に接するように、地山壁面とブロック状の裏込め材５との間に隙間用の裏込め材６を押し込むことにより、裏込め材（隙間用の裏込め材６）を充填する。

上述した本発明の実施の形態２である裏込め材の充填方法は、ブロック状の裏込め材５を地山３とセグメント４との間に設置するとともに、隙間用の裏込め材６を地山３とセグメント４との間に残る隙間に充填するので、砕石Ｓからなる非セメント系の裏込め材は、地山３とセグメント４との間に高い密度で充填される。

また、ブロック状の裏込め材５がセグメント４の背面に接するように、地山壁面とブロック状の裏込め材５との間に隙間用の裏込め材６を押し込むので、地山壁面に不陸がある場合でも、隙間用の裏込め材６が変形し、充填される。これにより、裏込め材の未充填が生じない。したがって、地山３とブロック状の裏込め材５との間、ブロック状の裏込め材５とセグメント４との間、に砕石や砂を直接充填するような対策を必要としない。

また、地山３とセグメント４との間には、ブロック状の裏込め材５と隙間用の裏込め材６が充填され、砕石や砂を直接充填することがないので、砕石や砂がこぼれ落ちることもなく、切羽側に妻板等の対策を施す必要がない。

また、ブロック状の裏込め材５は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石Ｓからなるので、変形量が少なくなり、地山３の変位がセグメント４に直接伝達されることになり、その反力としての支保効果が高くなる。

なお、上述した本発明の実施の形態２である裏込め材の充填方法では、ブロック状の裏込め材５がセグメント４の背面に接するように、地山壁面とブロック状の裏込め材５との間に隙間用の裏込め材６を押し込み、充填したが、セグメント４とブロック状の裏込め材５との間に隙間用の裏込め材６を押し込み、充填してもよい。

［実施の形態３］
図１４は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す横断面図であり、図１５は、地山とセグメントとの間にブロック状の裏込め材を設置した状態を示す斜視図である。

図１４および図１５に示すように、本発明の実施の形態である裏込め材の充填方法は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石からなるブロック状の裏込め材７（以下、「ブロック状の裏込め材７」という）を地山３と岩石を利用したセグメント４（以下、単に「セグメント４」という）との間に設置した後に、地山３とセグメント４との間に残る隙間に砕石Ｓを吹き込むものである。

ブロック状の裏込め材７は、所定量の砕石Ｓを所定の圧縮力でブロック状に締め固め、これを袋詰めしたものである。なお、ブロック状の裏込め材７は、上述した本発明の実施の形態１である裏込め材の充填方法と同様に、砕石Ｓを袋詰めした後に、締め固め、その後、袋の口を閉じたものでもよい。

本発明の実施の形態３である裏込め材の充填方法は、まず、地山３とセグメント４との間に、ブロック状の裏込め材７を設置する。つぎに、地山壁面とブロック状の裏込め材７との間、ブロック状の裏込め材７とセグメント４との間、に残る隙間に砕石Ｓ（裏込め材）を吹き込み充填する。そして、ブロック状の裏込め材７の設置と砕石Ｓの吹き込み充填とを交互に繰り返すことにより、地山３とセグメントと４の間に裏込め材（ブロック状の裏込め材７と砕石Ｓ（裏込め材））を充填する。

上述した本発明の実施の形態３である裏込め材の充填方法は、ブロック状の裏込め材７の設置と砕石Ｓの吹き込み充填とを交互に繰り返すことにより、地山３とセグメント４との間に裏込め材（ブロック状の裏込め材７と砕石Ｓ（裏込め材））を充填するので、裏込め材（砕石Ｓ）を吹き込み充填する場合よりも、高い密度で充填される。

また、ブロック状の裏込め材７を設置した後に、地山３とセグメント４との間に残る隙間（地山壁面とブロック状の裏込め材７との間、ブロック状の裏込め材７とセグメント４との間）に砕石Ｓ（裏込め材）を充填するので、砕石Ｓがこぼれ落ちにくくなり、切羽側に妻板などの対策を施す必要がない。

また、ブロック状の裏込め材７は、あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石Ｓからなるので、変形量が少なくなり、地山３の変位がセグメント４に直接伝達されることになり、その反力としての支保効果が高くなる。

１ブロック状の裏込め材
１０包装容器
１０ａ蓋部
２坑道
３地山
４セグメント
５ブロック状の裏込め材
６隙間用の裏込め材
７ブロック状の裏込め材
Ｃ圧縮容器
Ｄ台座
Ｆ鋼製枠
Ｐ載荷板
Ｓ砕石

Claims

柔軟な包装容器に砕石を充填する充填工程と、
前記包装容器に充填した砕石を締め固める締め固め工程と、
締め固めた砕石を前記包装容器で包装する包装工程と
を有し、
前記締め固め工程は、砕石が充填された包装容器を剛直な圧縮容器に収容した状態で砕石を締め固めることを特徴とする裏込め材の充填方法。
前記充填工程は、前記包装容器を前記圧縮容器に収容した状態で砕石を充填することを特徴とする請求項１に記載の裏込め材の充填方法。
掘削した坑道の内空側、肩上部までセグメントを組み立てた後に、地山とセグメントとの間に、あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材を設置することを特徴とする裏込め材の充填方法。
あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材を設置した後に、地山とセグメントとの間に残る隙間に、砕石、砂または粉体ベントナイトを充填することを特徴とする請求項３に記載の裏込め材の充填方法。
あらかじめ締め固められ、かつ、包装された砕石からなる裏込め材をセグメントとともに天端部に設置することを特徴とする請求項３または４に記載の裏込め材の充填方法。
あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石からなるブロック状の裏込め材を地山とセグメントとの間に設置するとともに、流動性を有する状態で袋詰めされた砕石からなる隙間用の裏込め材を地山とセグメントとの間に残る隙間に充填することを特徴とする裏込め材の充填方法。
あらかじめ締め固められ、かつ、袋詰めされた砕石からなるブロック状の裏込め材を地山とセグメントとの間に設置した後に、地山とセグメントとの間に残る隙間に砕石を吹き込むことを特徴とする裏込め材の充填方法。