[논문]사용후핵연료 최종처분장 건설과정에서의 굴착손상영역(EDZ)의 현장평가 방법 및 시공품질관리 체계에 관한 사례검토

김형목; 남명진; 박의섭

doi:10.7474/tus.2022.32.2.107

초록
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사용후핵연료 최종처분장 건설 과정에서 발생하는 굴착손상영역(EDZ)은 처분시설의 역학적 안정성 및 처분공 간격 설정 등의 설계요소로서 고려해야 할 뿐만 아니라 영역 내 투수특성은 폐쇄 후 지하수 유입량 변화에 따른 처분용기 부식 속도 및 핵종유출 등에도 막대한 영향을 미치게 된다. 따라서, 처분시설 및 관련 지하연구시설(URL)의 건설과정에서는 EDZ의 발생양상을 현장에서 정확하게 파악하고 미리 규정된 요건을 만족할 수 있도록 철저하게 관리할 수 있어야 한다. 이 논문에서는 핀란드 온칼로 시설에서의 EDZ 관련 연구사례를 검토하고 처분시설 굴착과정에서의 EDZ의 현장평가방법 및 시공품질관리 체계에 대해 검토하였다. EDZ 현장 평가를 위해서는 굴찰 갱도 주변의 교란을 유발하는 시추공 굴착이 불필요한 GPR 탐사가 가장 적합함과 온칼로 처분시설의 EDZ는 바닥부에서 두드러지게 발생하여 0~70 cm의 두께로 발생함을 확인하였다. 이들 결과는 국내 처분환경에 적합한 EDZ 관련 규제요건 개발에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

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Excavation-Disturbed Zone (EDZ) is an important design factor in constructing final disposal facilities for spent nuclear fuel, since EDZ affects mechanical stability including a spacing between disposal holes, and the hydraulic properties within EDZ plays a significant role in estimating in-flow ra...

Excavation-Disturbed Zone (EDZ) is an important design factor in constructing final disposal facilities for spent nuclear fuel, since EDZ affects mechanical stability including a spacing between disposal holes, and the hydraulic properties within EDZ plays a significant role in estimating in-flow rate of groundwater as well as a subsequent corrosion rate of a canister. Thus, it is highly required to characterize in-situ EDZ with precision and control the EDZ occurrence while excavating disposal facilities and constructing relevant underground research facilities. In this report, we not only reviewed EDZ-related researches carried out in the ONKALO facility of Finland but also examined appropriate methods for field inspection and quality control of EDZ occurrence. From the review, GPR can be the most efficient method for in-situ characterization of EDZ since it does not demand drilling a borehole that may disturb a surrounding environment of caverns. And the EDZ occurrence was dominant at a cavern floor and it ranged from 0 to 70 cm. These can provide useful information in developing necessary EDZ-related regulations for domestic disposal facilities.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Laws and technical standards for high-level radioactive wastes (KORAD, 2021)
그림 Fig. 2. Major design parameters of disposal facility at each stage of construction, exploitation and long-term operation (Birkholzer et al., 2019)
그림 Fig. 3. The concept of excavation-induced damage and influenced (or disturbed) zones (Follin et al., 2021)
그림 Fig. 4. Geometry of underground facility in ONKALO facility and the location of EDZ study area (Follin et al., 2021)
그림 Fig. 5. The dimensions of excavated caverns for EDZ study in ONKALO facility (Follin et al., 2021)
그림 Fig. 6. The separations of EDZ study cavern in ONKALO with respect to the types of used explosives (Follin et al., 2021)
그림 Fig. 7. Close-up of the location of the EDZ study area within the ONK-TKU-3620 cavern (Follin et al., 2021)
$Fig. 8. 3D visualization of an wire-sawed section of the EDZ Study Area (left) and the photograph of bedrock planes (1.3 m deep) being wire sawed for the observation of EDZ fractures (Kiuru et al., 2021)$ 그림 Fig. 8. 3D visualization of an wire-sawed section of the EDZ Study Area (left) and the photograph of bedrock planes (1.3 m deep) being wire sawed for the observation of EDZ fractures (Kiuru et al., 2021)
표 Table 1. Advantages and disadvantages of methods used for EDZ characterization (reproduced from Follin et al., 2021)
그림 Fig. 9. The GRP EDZ result from one investigation line (GPR Line L88) at the EDZ study area in ONKALO (Heikkinen et al., 2021)
그림 Fig. 10. Legislation guidance for the EDZ in Finnish disposal program (Follin et al., 2021)
표 Table 2. Allowed maximum thickness of the EDZ layer in different tunnels (Follin et al., 2021)
그림 Fig. 11. The flowchart of Posiva’s EDZ control processes (Follin et al., 2021)

참고문헌 (14)

Birkholzer, J.T., Tsang, C.F., Bond, A.E., Hudson, J.A., Jing, L., and Stephansson, O., 2019, 25 years of DECOVALEX - Scientific advances and lessons learned from an international research collaboration in coupled subsurface processes. Int. J. Rock Mechanics and Mining Sciences, 122: 103995.
Follin, S., Koskinen, L., Sukkanen, J., Riihiluoma, N., Kantia, P., Kiuru, R., and Mustonen, S., 2021, Characterisation of EDZ for final disposal facility of spent nuclear fuel in Olkiluoto, Posiva 2021-16. Posiva Oy. Olkilouto, Finland.
Heikkinen, E., Kantia, P., Kiuru, R., and Riihiluoma, N., 2021, EDZ Study Area in ONK-TKU-3620: Geophysical tests conducted between 2012 and 2014. Posiva Working Report 2017-53, Posiva Oy. Olkilouto, Finland.
Kim, H.M., Ryu, D.W., and Synn, J.H., 2008, In-Situ Evaluation Technique for Hydraulic Conductivity in Excavation Disturbed Zone (EDZ), TUNNEL & UNDERGROUND SPACE, 18(2): 91-97.
Kim, H.M. and Park, E.S. 2020, Review of Numerical Approaches to Simulate Time Evolution of Excavation-Induced Permeability in Argillaceous Rocks, TUNNEL & UNDERGROUND SPACE, 30(6): 519-539.
Kiuru, R., Heikkine, E., Jacobsson, L., and Kovacs, D., 2021, EDZ Study Area in ONK-TKU-3620: Petrophysical, rock mechanics, and petrographical testing and analysis conducted on drill core specimens between 2104 and 2016. Posiva Working Report 2017-56, Posiva Oy. Olkilouto, Finland.
KORAD, 2021, News Letter for high-level radioactive wastes. KORAD TI 2021-03.
Kwon, S. and Min, K.B., 2020, An Introduction to the DECOVALEX-2019 Task G: EDZ Evolution - Reliability, Feasibility, and Significance of Measurements of Conductivity and Transmissivity of the Rock Mass, TUNNEL & UNDERGROUND SPACE, 30(4): 306-319.
Kwon, S.K. and Cho, W.J., 2007, Investigation of excavation disturbed zone around a tunnel by blasting, Explosives & Blasting, 25(1): 15-29.
Lee, C., Kwon, S., Choi, J.W., and Jeon, S., 2011, An Estimation of the Excavation Damaged Zone at the KAERI Underground Research Tunnel, TUNNEL & UNDERGROUND SPACE, 21(5): 359-369.
Mustonen, S., Mellanen, S., Lehtimake, T., and Heikkinen E., 2010, EDZ09 Project and related EDZ studies in Onkalo 2008-2010. Working Report 2010-27, Posiva Oy, Olkiluoto, Finland.
Posiva SKB., 2017, Safety functions, performance targets and technical design requirements for a KBS-3V repository. Conclusions and recommendations from a joint SKB and Posiva working group, Posiva SKB Report 01, Posiva Oy, Olkiluoto, Finland and Svensk Karnbranslehantering AB, Stockholm, Swenden.
Reyes-Montes, J. and Flynn, W., 2021, EDZ study area in ONK-TKU-3620: Seismic cross-hole tomography, Posiva Working Report 2015-24, Posiva Oy, Olkiluoto, Finland
Um, J.-G. and Hyun, S.G., 2022, Rock Mechanics Site Characterization for HLW Disposal Facilities, Econ. Environ. Geol. 2022 Feb; 55(1): 1-17.

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