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報告書

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; プラグコンクリートの配合検討

中山 雅; 丹生屋 純夫*; 三浦 律彦*; 竹田 宣典*

JAEA-Research 2017-016, 62 Pages, 2018/01

JAEA-Research-2017-016.pdf:19.99MB

幌延深地層研究計画では、堆積岩を対象に研究開発を実施するものであり、深地層の科学的研究、地層処分技術の信頼性向上や安全評価手法の高度化等に向けた基盤的な研究開発を実施している。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」および「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの段階に分けて実施している。平成22年度からは第3段階の調査研究を開始しており、平成26年度からは幌延URLの350m調査坑道(試験坑道4)において、人工バリア性能確認試験を実施している。本試験は、幌延の地質環境をひとつの事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期におけるTHMC連成挙動の検証データを取得する事を目的としている。本報告は、プラグコンクリートの配合について、原位置での打設前に検討した配合について取りまとめたものである。配合の検討に際しては、原子力機構が開発し、幌延URLの試験坑道で施工試験を通じて施工実績のある、低アルカリ性セメントの配合を基本とし、プラグの要求性能を考慮して試験を行い、実機試験練り用の配合を決定した。

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成27年度); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 石田 知子*; 畑 浩二*; 鵜山 雅夫*; 佐藤 伸*; 大熊 史子*; 早金 沙綾香*; 松井 裕哉; et al.

JAEA-Technology 2016-035, 153 Pages, 2017/02

JAEA-Technology-2016-035.pdf:37.6MB

超深地層研究所計画における平成27年度の工学技術に関する検討のうち、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の研究の一環として、現在実施中の再冠水試験に伴う止水壁や冠水坑道周辺岩盤の挙動に関する詳細検討を行った。その結果、特に止水壁の温度変化については、解析結果と止水壁内の計測結果がよく一致しており、設計時に検討したクーリング対策工により温度応力によるひび割れの発生は防止できたと考えられる。また、冠水に伴う止水壁と岩盤境界の挙動についても、水-応力連成解析結果と種々の計測結果との比較検討により、解析で設定したモデルは概ね適切との結論を得た。

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成26年度); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 鵜山 雅夫*; 金田 勉*; 上田 正*; 原 朗*; et al.

JAEA-Technology 2016-002, 195 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2016-002.pdf:46.3MB
JAEA-Technology-2016-002-appendix(CD-ROM).zip:16.11MB

瑞浪超深地層研究所計画における平成26年度の工学技術に関する検討5「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の研究の一環として、将来実施が計画されている冠水坑道を地下水で満たす試験に必要となる止水壁他の検討を行った。具体的には、(1)止水壁の機能, 構造, 材料, 施工及び品質管理方法等の検討、(2)冠水坑道を地下水で満たす試験時の止水壁周辺岩盤への影響の解析的予測、を実施した。その結果、予測される最大水圧,温度応力及び地震力に対する岩盤を含む構造安全性、漏水抑制、冠水坑道へのアクセス確保及び計測ケーブルの貫通等の要求を満足する止水壁等の仕様を決定するとともに止水壁設置後の冠水による止水壁周辺岩盤の挙動に関する予察的な知見を得た。

論文

深度500m瑞浪超深地層研究坑道に設置する止水壁の設計

佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 三浦 律彦*; 石田 知子*

トンネルと地下, 46(12), p.901 - 911, 2015/12

日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所において、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究を実施している。研究所は2本の立坑と複数の水平坑道群からなる地下施設で、現在、深度500mまで掘削が進んでいる。深度500mの水平坑道における原位置試験のひとつとして、再冠水試験を実施している。再冠水試験は、斜坑でアクセスした延長約40mの坑道の入口に止水壁を設置して、坑道が地下水で冠水される際の周辺岩盤の挙動や地下水の水圧・水質の変化を観測するものである。止水壁には冠水時の遮水・耐圧機能が求められるとともに、将来の当該施設の閉鎖時のプラグの役割を担うことになる。本報告では、国内外の類似事例を参照して、止水壁の形状や材料について検討するとともに、構造解析や熱応力解析の結果及び計測計画を示す。

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成25年度); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 鵜山 雅夫*; 金田 勉*; 上田 正*; 戸田 亜希子*; et al.

JAEA-Technology 2014-040, 199 Pages, 2015/03

JAEA-Technology-2014-040.pdf:37.2MB

超深地層研究所計画における工学技術に関する研究は、大きく分けて、(1)「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、(2)「研究坑道の建設技術の開発」、(3)「研究坑道の施工対策技術の開発」、(4)「安全性を確保する技術の開発」および、(5)「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の5項目に分類して進めている。これまでは、「第2段階」の調査研究として、研究坑道掘削工事で取得される計測データや施工データを用いた評価に基づく設計の妥当性についての検討などを中心として進めてきた。本研究は、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の一貫として、深度500m研究アクセス北坑道における再冠水試験のための止水壁に関する検討を実施した。具体的には、止水壁やプラグに関する国内外の文献調査を実施し、この結果を基に、設計条件の検討、解析による止水壁躯体の設計と岩盤安定性の評価、主な部材の材料選定、止水グラウトの検討などを実施した。

論文

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,2; 低アルカリ性セメント系グラウト材料の基礎物性と亀裂浸透性との関係

鈴木 健一郎*; 三浦 律彦*; 入矢 桂史郎*; 納多 勝*; 岸 裕和

土木学会平成22年度全国大会第65回年次学術講演会講演概要集(DVD-ROM), p.85 - 86, 2010/09

高レベル放射性廃棄物地層処分における湧水対策としてグラウチングの検討を進めている。しかし、一般に用いられているセメント系のグラウト材はアルカリ性が高く、長期にわたりセメントから溶出する高アルカリ成分がバリア材である岩盤やベントナイトなどの鉱物に化学的な影響を与え、結果としてバリアシステムの長期性能に大きな不確実性をもたらすことが懸念されている。そこで、ポゾラン材などを高含有することによる低アルカリ性セメント系グラウト材料の開発,改良を進め最適配合を得た。今後は、低アルカリ性セメント系グラウト材の基礎物性及び亀裂への浸透特性に関する室内試験データの拡充を行う。

報告書

地層処分を対象としたグラウト材料の開発

福岡 奈緒美; 新貝 文昭; 三浦 律彦*; 延藤 遵*; 山田 勉*; 内藤 守正

JAEA-Data/Code 2010-005, 353 Pages, 2010/07

JAEA-Data-Code-2010-005-01.pdf:8.91MB
JAEA-Data-Code-2010-005-02.pdf:46.47MB

高レベル放射性廃棄物を対象とした地層処分施設では、天然の岩盤(天然バリア)と工学的なバリア(人工バリア)によって構築される多重バリアシステムにより長期的な安全の確保がなされる。しかし、支保工やグラウトに用いられている普通ポルトランドセメントなどのセメント系材料は高アルカリ性であり、長期的には岩盤の変質を引き起こし、処分システムの長期性能に影響を及ぼす可能性が指摘されている。さらに、地層処分施設の操業にあたっては、地下深部の高水圧環境や緩衝材の定置作業性などを確保するために、湧水量が厳しく制限されることが想定されることから、従来のグラウトよりも改良目標値が高く設定され、微細な亀裂に対しても注入可能なグラウト材料が必要と考えられる。このため、平成19年度より、既存のグラウト材料と同等以上の施工性・止水性を有し、岩盤への影響を最小限に抑える低アルカリ性(pH$$leq$$11)のグラウト材料の開発に取り組んでいる。ここでは、グラウト材料の開発状況について室内試験結果及び検討内容を整理し、原位置への適用において最適と考えられる配合を提示する。

報告書

幌延深地層研究計画における低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,3(委託研究)

中山 雅; 小林 保之; 野口 聡; 三浦 律彦*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 人見 尚*

JAEA-Research 2009-036, 49 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-036.pdf:20.34MB

幌延深地層研究計画では、坑道の一部において低アルカリ性セメント(HFSC)を用いたコンクリートの施工性確認試験(原位置試験)の実施を計画しており、それまでにHFSCが実工事での施工に耐えうる性能を持つことを確認しておく必要がある。平成20年度は、HFSCを立坑の支保工に適用するための覆工コンクリートとしての配合選定,pH低下挙動の把握及び幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用についての検討を実施した。HFSCを用いた覆工コンクリートの配合選定においては、補強繊維であるポリプロピレン短繊維を使用した場合と使用しない場合について、高強度配合と一般強度配合の合計4種類の配合を検討し、推奨配合を選定した。幌延の地下施設建設においては、型枠の脱型などで36時間での極初期強度が要求されるが、HFSC424と高性能AE減水剤の組合せで、要求性能を満足できることを確認した。pH低下挙動については、HFSC226, 325, 424, 523及び吹付け配合のHFSC424に対して、材齢3年または6年における浸漬水のpHの測定及び固相,液相の組成について分析評価した。その結果、pHは11.3程度であり、緩やかに低下する傾向を示した。幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用については、HFSC424に対して、溶脱試験を実施した。3日ごとの溶液交換を30回繰り返し、固相及び液相の分析を行った。その結果、HFSC424は、OPCに比べ溶脱量が小さく、溶脱範囲は1/4程度に留まる結果を得た。

論文

ポゾランを高含有した吹付けコンクリート

三浦 律彦*; 小西 一寛*; 入矢 桂史郎*; 中山 雅; 松井 裕哉

セメント・コンクリート, (728), p.63 - 67, 2007/10

半減期の長い核種を含む高レベル放射性廃棄物の処分施設は、地下深部に建設して多重バリアシステムにより、放射性核種を生物圏から隔離するコンセプトが採用されている。放射性廃棄物処分場は、地下数百mに建設されるが、日本の岩盤条件を考えると、特に堆積岩の場合、支保工なしに掘削することは困難と思われる。支保工としての吹付けコンクリートには普通ポルトランドセメントが広く用いられるが、高レベル放射性廃棄物処分場に要求される数千年を越える超長期の性能評価においては、セメント系材料からの浸出水が示す高アルカリ(pH12.5以上)の影響により、人工バリアや天然バリアを変質させる可能性が懸念されている。筆者らは、浸出水のpHを低下させる改善策としてポゾラン反応に着目し、シリカフュームやフライアッシュといったポゾラン材料をOPCに対して50%以上置換した低アルカリ性セメント(HFSC)の研究を行い、浸出水のpHを11程度とすることが可能との結論を得た。本報ではポゾランを高含有したHFSCを用いた低アルカリ性吹付けコンクリートの諸特性について紹介する。

口頭

低アルカリ性セメントグラウト材料の基礎物性に関する検討

三浦 律彦*; 納多 勝*; 小林 保之; 山田 勉

no journal, , 

本研究は、低アルカリ性のグラウト材料について基礎的な検討を行った結果を報告するものである。使用材料は、セメントとして海外で使用されている超微粒子セメントと同等の粒度を有する超微粒子OPCを作製した。また、ポゾラン材料として、シリカフューム,フライアッシュ,球状シリカを採用し、ブリーディングを低減する目的で石灰石微粉末を用いた。配合は、一成分系から四成分系の96配合とした。粘度測定,ブリーディング測定,漏斗流下試験,ベーンせん断試験,強度試験から10配合を選定し、pHが目標とした11より小さいことを確認した。今後は、岩盤亀裂への浸透性評価手法や極初期の強度発現性等を改善し、原位置適用性試験に向けた適用性検討を進める。

口頭

低アルカリ性セメント場所打ちコンクリートの基礎物性に関する検討

野口 聡; 中山 雅; 小林 保之; 三浦 律彦*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*

no journal, , 

本報告は、低アルカリ性セメントHFSC424を場所打ちコンクリートとして使用することを想定し、強度,施工性,断熱温度上昇特性、及び寸法安定性について試験を実施し、評価したものである。幌延地下研究施設の建設工事仕様を目標に、強度及び施工性を満足するコンクリートの配合を選定した。断熱温度上昇量は土木学会予測式の低熱ポルトランドセメントの評価結果と、寸法安定性については普通ポルトランドセメントの評価結果と、ほぼ同等であることを確認した。以上より、適切な配合を選定すれば、HFSC424を用いた場所打ちコンクリートは、強度及び施工性を確保し、かつひび割れ等の初期欠陥に対しても大きな問題はなく、実用可能である、という見通しが得られた。今後は原位置での施工試験による確認が必要であると考えられる。

口頭

地層処分におけるグラウト技術の高度化開発,3; 低アルカリ性セメント系グラウト材料の配合選定に関する実験的研究

三浦 律彦*; 並木 和人*; 小林 保之; 山田 勉

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設の建設/操業にあたり、セメント系材料が多用されることにより閉鎖後長期に渡りセメントから溶出する高アルカリ成分がバリア材である岩盤などの鉱物に変質などの化学的な影響を与え、結果としてシステムの長期性能に大きな不確実性をもたらすことが懸念される。このため、ポゾラン材を高含有した低アルカリ性セメントの開発が進められてきた。本試験では、グラウト材料としての低アルカリ性セメントの原位置適用性試験に向けた配合選定のための基礎物性試験や亀裂モデルを用いた浸透試験を実施した。その結果、超微粒子OPC:シリカフューム=1:1,水結合材比125%を最適配合として選定した。

口頭

低アルカリ性セメントを用いたグラウトの動的注入工法の適用性試験

納多 勝*; 鈴木 健一郎*; 入矢 桂史郎*; 三浦 律彦*; 並木 和人*; 小林 保之

no journal, , 

地層処分のための地下坑道の掘削・施工時における湧水抑制対策としてグラウトがある。グラウトにおいては、注入の効果を向上させる手法としてこれまでさまざまな手法が研究されてきた。本研究では、多くの実績を有する動的注入工法について、亀裂への浸透性を平行平板モデルによる注入試験によりその適用性を評価した。注入材料は低アルカリ性セメント系材料を用いた。試験の結果、動的注入工法は静的な注入に比べて注入量が増加するため、亀裂注入において有効性があることが示された。

口頭

幌延URLにおける人工バリアの性能確認試験,9; 低アルカリ性セメントのプラグコンクリートへの適用

中山 雅; 三浦 律彦*; 石田 知子*; 竹田 宣典*; 丹生屋 純夫*; 城 まゆみ*

no journal, , 

幌延深地層研究センターの地下施設(幌延URL)で実施する人工バリア性能確認試験)では、実物大の模擬人工バリアを設置し、坑道の埋め戻しまでを行う計画である。坑道の埋め戻し部を閉塞するために設置するプラグコンクリートは、原子力機構が開発した低アルカリ性セメント(HFSC)を使用する。HFSCは幌延URLの水平坑道において吹付けコンクリートとしての使用実績はあるが、プラグのような構造躯体に対する施工実績はない。本報では、人工バリア性能確認試験でのプラグに必要とされる要件を整理し、それらを達成する配合の検討結果について報告する。

口頭

幌延URLにおける人工バリア性能確認試験; 高流動・低アルカリプラグコンクリートの配合検討および温度応力解析・躯体温度測定結果

本島 貴之*; 臼井 達哉*; 坂本 淳*; 丹生屋 純夫*; 石田 知子*; 三浦 律彦*; 中山 雅; 大野 宏和

no journal, , 

原子力機構は、幌延深地層研究センター地下施設の深度350mに位置する調査坑道において、実物大の模擬人工バリアを対象に人工バリア定置後の過渡期の現象に着目した熱・水・応力・化学連成現象を評価するための検証データの取得を目的とした原位置試験を実施している。本試験では、坑道の一部をベントナイトと現地ズリの混合土で埋め戻し、埋め戻し材の膨潤圧と地下水圧に耐えるためのプラグコンクリート構造物を設置している。本稿では、ぷらぐコンクリートの配合および温度応力の解析結果、更に実施工時の躯体温度の測定結果について報告する。

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