Pienten ja isojen puskurilohkojen asennus

Transkriptio

1 Työraportti Pienten ja isojen puskurilohkojen asennus Harri Saari Mikko Nikula Mikko Suikki Toukokuu 2010 POSIVA OY Olkiluoto FI EURAJOKI, FINLAND Tel Fax

2 Työraportti Pienten ja isojen puskurilohkojen asennus Harri Saari, Mikko Nikula Afore Consulting Oy Mikko Suikki Optimik Oy Toukokuu 2010 Posivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

3 PIENTEN JA ISOJEN PUSKURILOHKOJEN ASENNUS TIIVISTELMÄ Raportti esittelee pystyreikään loppusijoitettavan käytetyn polttoaineen loppusijoituskapselia ympäröivän puskurirakenteen asennusta. Raportissa käsitellään erikokoisten lohkojen asennettavuutta ja asennuslaitteistoa, sekä arvioidaan saavutettua asennuksen laatua ja puskurin asentamiseen tarvittavaa aikaa. Tutkittavaksi valittiin kaksi erikokoista lohkovaihtoehtoa. Ensimmäinen vaihtoehto oli pienet lohkot, joita käytettäessä puskurirakenne koostuu 200 mm korkeista pienistä sektorilohkoista. Toinen vaihtoehto oli isot lohkot, jossa puskurirakenne koostuu kahdeksasta lohkosta. Molempien lohkovaihtoehtojen materiaaliksi valittiin näissä kokeissa bentoniitin sijasta betoni. Asennuskoe oli kolmevaiheinen. Ensimmäisessä vaiheessa ladottiin 2 m korkea puskurirakenne pienillä lohkoilla, jotta voitiin varmistaa koelaitteiston ja lohkojen toiminta. Toisessa vaiheessa puskurirakenteet asennettiin kapselin ympärillä olevaa sylinterimäistä osaa vastaavaan korkeuteen molemmilla lohkovaihtoehdoilla. Kolmannessa vaiheessa testattiin myös kapselin päälle tulevien lohkojen asennettavuutta pienillä lohkoilla. Asennuskokeissa erityistä huomiota kiinnitettiin lohkojen asennettavuuteen sekä asennuksessa tarvittavaan aikaan. Molempien lohkojen nostimet toimivat hyvin. Nostettavasta massasta johtuen isojen lohkojen nostimen runkorakenne (ja muu nostolaitteisto) oli järeämpi. Käytetyt nostimet olivat testeissä yhden teräsköyden varassa roikkuvia. Ladonta onnistuu molemmilla lohkoilla riittävällä tarkkuudella ja ladotut tornit olivat tukevia. Isojen lohkojen ladonta on huomattavasti nopeampaa ja todennäköisesti niiden käsittely kokonaisuudessaankin olisi helpompaa loppusijoituslaitoksella. Nostovarmuuden kannalta pienet lohkot ovat turvallisempia asentaa kapselin päälle. Isoilla lohkoilla tiukat muotovaatimukset ovat ladonnan onnistumisen kannalta tärkeitä. Pienten lohkojen mittatarkkuusvaatimukset ovat suhteessa vähäisemmät, sillä lohkojen limitys tasoittaa mittapoikkeamista johtuvat epätasaisuudet. Pienten lohkojen puskurin ladonnan kokonaisajaksi loppusijoitustunnelissa arvioitiin vähän yli 3 tuntia. Isojen lohkojen puskurin ladonnan kokonaisajaksi arvioitiin vastaavasti hieman alle tunti. Avainsanat: Bentoniittipuskuri, bentoniittilohko, loppusijoitusreikä, puskurin asennus, imukuppinostin, alipainenostin.

4 EMPLACEMENT OF SMALL AND LARGE BUFFER BLOCKS ABSTRACT The report describes emplacement of a buffer structure encircling a spent fuel canister to be deposited in a vertical hole. The report deals with installability of various size blocks and with an emplacement gear, as well as evaluates the achieved quality of emplacement and the time needed for installing the buffer. Two block assembly of unequal size were chosen for examination. A first option involved small blocks, the use of which resulted in a buffer structure consisting of small sector blocks 200 mm in height. A second option involved large blocks, resulting in a buffer structure which consists of eight blocks. In these tests, the material chosen for both block options was concrete instead of bentonite. The emplacement test was a three-phase process. A first phase included stacking a two meter high buffer structure with small blocks for ensuring the operation of test equipment and blocks. A second phase included installing buffer structures with both block options to a height matching that of a canister-encircling cylindrical component. A third phase included testing also the installability of blocks to be placed above the canister by using small blocks. In emplacement tests, special attention was paid to the installability of blocks as well as to the time required for emplacement. Lifters for both blocks worked well. Due to the mass to be lifted, the lifter for large blocks had a more heavy-duty frame structure (and other lifting gear). The employed lifters were suspended in the tests on a single steel wire rope. Stacking was managed with both block sizes at adequate precision and stacked-up towers were steady. The stacking of large blocks was considerably faster. Therefore it is probably that the overall handling of the large blocks will be more convenient at a final disposal site. From the standpoint of reliability in lifting, the small blocks were safer to install above the canister. In large blocks, there are strict shape-related requirements which are important for successful stacking. Although the dimensional accuracy requirements of small blocks are proportionally less demanding than those of large blocks, because the bonding of blocks even up the unevenness of dimensional variances of small blocks. The estimated total time for stacking a buffer of small blocks was little more than 3 hours. Respectively, the estimated total time for stacking a buffer of large blocks was slightly less than an hour. Keywords: Bentonite buffer, bentonite block, deposition hole, buffer emplacement, vacuum lifter.

5 1 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT ALKUSANAT 1 JOHDANTO TAVOITTEET BENTONIITTIPUSKURI Puskurin mitat Materiaali Puskurivaihtoehdot Pienet lohkot Isot lohkot LOHKOJEN ASENTAMINEN Pienet lohkot Isot lohkot ASENNUSLAITTEET Yleistä Nostimeen liittyvät standardit ja määräykset Nostimien suunnittelu ASENNUSKOKEISSA KÄYTETYT KOELAITTEET Pienten lohkojen koelaitteet Isojen lohkojen koelaitteet Asennuskokeissa käytetty demoreikä Apulaitteet ASENNUSKOKEET Pienet lohkot Asennustesti pienillä lohkoilla 2 m korkuiseen reikään Asennustestit 6 m korkuisella demoreiällä Isot lohkot Asennuskokeiden tulokset PUSKURIN ASENNUSAIKATARKASTELU Pienien lohkojen puskurin ladonta-aika Isojen lohkojen puskurin ladonta-aika SAAVUTETUN ASENNUSLAADUN ARVIOINTI YHTEENVETO Nostimet Ladonta ja asennusaika Valmistus- ja asennustoleranssit Nostimen jatkokehitys VIITTEET LIITTEET... 45

6 2

7 3 ALKUSANAT Pienten ja isojen puskurilohkojen asennuksen työraportti tehtiin Afore Consulting Oy:ssä Posiva Oy:n tilauksesta. Suunnittelutyö tehtiin pääosin Solidworks 3D-ohjelmistolla. Lujuuslaskennassa käytettiin COSMOS- FEM-ohjelmaa. Afore Consulting Oy:ssä projektipäällikkönä toimi Harri Saari. Projektissa mukana olivat myös Mikko Nikula ja Antti Eeva. Mikko Suikki, Optimik Oy, toimi projektissa asiantuntijana ja laati raportin tekstin yhteistyössä Harri Saaren ja Mikko Nikulan kanssa, Afore Consulting Oy:n muistioiden ja dokumenttien pohjalta (Liitteet). Tilaajana ja projektin valvojana Posiva Oy:ltä oli Keijo Haapala. Erityiskiitokset myös kehitystyössä mukana olleille Aimo Hautojärvelle, Posiva, Heikki Raikolle, VTT. TKS ohjelmassa on tämän raportin työnimenä mainittu: Installation of Buffer Blocks - Small and large size. Tämän raportin kirjoitustyön yhteydessä on nimi muutettu nykyiseksi: Emplacement of small and large buffer blocks.

8 4

9 5 1 JOHDANTO Raportti esittelee pystyreikään loppusijoitettavan käytetyn polttoaineen loppusijoituskapselia ympäröivän puskurirakenteen asennusta. Raportissa käsitellään erikokoisten lohkojen asennettavuutta ja asennuslaitteistoa, sekä arvioidaan saavutettua asennuksen laatua ja puskurin asentamiseen tarvittavaa aikaa. Loppusijoituslaitos, jonne käytetty polttoaine siirretään (Saanio ym. 2009), tulee sijaitsemaan noin 400 m syvyydessä Olkiluodon kallioperässä. Laitos koostuu teknisistä tiloista, tarvittavasta tunnelitekniikasta sekä ajotunneleista ja loppusijoitustunneleista, joiden lattiaan varsinaiset loppusijoitusreiät porataan. Loppusijoituskapseli (Raiko 2005) asennetaan loppusijoitusreikään asennettavan muodoltaan sylinterimäisen puskurirakenteen (Kuva 1) sisälle. Puskurin ulkohalkaisija on 1700 mm ja kapselin kohdalla sisähalkaisija on 1070 mm. Puskurirakenteen kokonaiskorkeus on 7800 mm OL1-2:n kapseleiden loppusijoituksessa. Tutkittavaksi valittiin kaksi erikokoista lohkovaihtoehtoa. Ensimmäinen vaihtoehto oli pienet lohkot, joita käytettäessä puskurirakenne koostuu 200 mm korkeista (762 kpl) pienistä sektorilohkoista. Toinen vaihtoehto oli isot lohkot, jossa puskurirakenne koostuu kahdeksasta lohkosta. Molempien lohkojen materiaaliksi valittiin näissä kokeissa bentoniitin sijasta betoni, sillä bentoniittilohkojen toimitusaika olisi ollut pidempi ja ne olisivat olleet betonilohkoja kalliimpia. Betonilohkot myös kestävät paremmin käsittelyä kokeissa, jossa rakennetta ladotaan ja puretaan monta kertaa. Asennuslaitteiston osalta tutkittiin ainoastaan bentoniittinostinta ja sen mekaniikkaa. Nostimen siirtolaitteistona käytettiin asennuskokeissa siltanosturia. Asennuskokeissa erityistä huomiota kiinnitettiin lohkojen asennettavuuteen ja asennuksessa tarvittavaan aikaan. Lyhyt asennusaika vähentää kosteudesta aiheutuvien haittojen vaikutusta puskurilohkoihin puskureiden asennuksen aikana. Pienten lohkojen asennuskoe oli kolmevaiheinen ja isojen lohkojen yksivaiheinen. Ensimmäisessä vaiheessa ladottiin 2 m korkea puskurirakenne pienistä lohkoista, jotta voitiin varmistaa koelaitteiston ja lohkojen toiminta. Toisessa vaiheessa puskurirakenteet asennettiin kapselin ympärillä olevaa sylinterimäistä osaa vastaavaan korkeuteen molemmilla lohkovaihtoehdoilla. Kolmannessa vaiheessa testattiin myös kapselin päälle tulevien lohkojen asennettavuutta pienillä lohkoilla.

10 6

11 7 2 TAVOITTEET Tavoitteena oli tutkia erikokoisten ja -muotoisten lohkojen käsittelyä asennuksen kannalta, sekä varmistaa suunnittelun pohjalta saadut tulokset asennuskokein. Lopullisessa ratkaisussa tärkeitä tekijöitä ovat asennuksen tekninen varmuus, lyhyt asennusaika ja laadunvarmistus. Asennuskokeiden toteutuksessa piti pyrkiä siihen, että ladotut puskurirakenteet vastaisivat mitoiltaan mahdollisimman tarkasti lopullista puskuria. Asennusaika ja asennukseen liittyvät ongelmat kirjattiin jatkoanalyyseja varten. Asennus piti suorittaa riittävän monta kertaa, jotta saadaan todellinen käsitys asennuksen onnistumisen toistettavuudesta. Asennuskokeissa tehtyjen mittausten perusteella arvioitiin puskurilohkojen ja kallioon poratun sijoitusreiän seinämän välisen välyksen riittävyyttä kuten myös puskurilohkojen sisään kapselia varten jäävää tilaa. Toteutuneiden välysten perusteella määriteltiin toleranssit, joilla puskurirakenne voidaan toteuttaa suunnitelmien mukaisena. Tavoitteena oli luoda toleranssivaatimukset sekä lohkoille, sijoitusreiälle että ladonnan geometriselle kokonaislaadulle. Myös tarvittava pinnan laatu lohkoille määritettiin. Tavoitteena oli myös arvioida tapoja, joilla asennetun puskurin laadun varmistus voidaan suorittaa. Kuva 1. KBS-3V- tyyppinen loppusijoituskonsepti: 1. Loppusijoitustunneli, 2. Bentoniittipuskuri, 3. Kuparikapseli, 4. Tunnelitäyte, 5. Kallio (Posiva).

12 8

13 9 3 BENTONIITTIPUSKURI Loppusijoituskapseli eristetään ja suojataan ympäröivästä kalliosta bentoniittipuskurilla. Puskurin tehtävänä on suojata kuparikapselia kemiallisilta ja mekaanisilta vaurioilta sekä estää mahdollisen kapselivaurion sattuessa haitallisten aineiden kulkeutuminen puskurin ulkopuolelle. Puskurin tulee myös varmistaa riittävä suojaus pieniä kalliosiirtymiä vastaan. Puskuri johtaa myös kapselin jälkilämmön ympäröivään kallioperään. Puskurirakenteeseen ei saa jäädä mitään muita materiaaleja. Puskuri vettyy vuotovesien vaikutuksesta ja bentoniitin voimakas paisuminen estää veden virtauksia kapselin välittömässä läheisyydessä. Jotta puskuri voi toimia suunnitellulla tavalla, pitää reiän täytön kokonaistiheyden olla riittävä. Tämän takia sekä sisä- että ulkoreunan toteutuvalla välyksellä on suuri merkitys kokonaistiheyden kannalta. Yhtenä mahdollisuutena kokonaistiheyden kasvattamiseen on tutkittu bentoniittipuskurin ja kallion välin täyttämistä esim. bentoniittipelleteillä. Bentoniittipuskurin ydintekninen turvallisuusluokka on 3 (YVL 2.1), sillä ne osallistuvat sekä polttoaineen jälkilämmön poistoon, että pitkäaikaisturvallisuusmielessä radioaktiivisten aineiden leviämisen estämiseen. 3.1 Puskurin mitat Bentoniittipuskurin perusmitoitus näkyy kuvassa 1. Puskurin ulkohalkaisija on 1700 mm, joka on vain 50 mm vähemmän kuin loppusijoitusreiän nimellismitta. Puskurirakenteen umpinaisen alaosan korkeus on 800 mm, jonka päälle asennetaan rengasmaiset puskurilohkot. Lohkojen sisähalkaisija on 1070 mm ja loppusijoituskapseli asennetaan näiden rengasmaisten puskurilohkojen sisään. Kapselin ulkohalkaisija on 1050 mm, joten asennusvälystä jää teoriassa 10 mm. Kapselin päälle tulee yläpuolinen ladonta, joka on 2000 mm korkea. Puskurireiän yläosaan tulee lisäksi 200 mm:n (OL3 250 mm) vahvuinen puskurin yläosan täytelohko. Kokonaismassa OL1-2 puskurille on noin kg. 3.2 Materiaali Bentoniitti on poikkeuksellisen pehmeä ja helposti muovautuva savilaji, jonka päämineraali on useimmissa tapauksissa montmorilloniitti, joka on smektiittiryhmän mineraali. Bentoniitti pystyy absorboimaan suuria määriä vettä ja sen seurauksena laajenemaan jopa kymmenkertaiseksi. Bentoniittilohkoja valmistetaan bentoniittijauheesta puristamalla suurella paineella. Puristetun bentoniittilohkon tiheys on noin 2100 kg/m³ ja vetolujuus noin 1 N/mm². (Varin 2007) Puristetun tai koneistetun bentoniittilohkon pinnanlaatu on hyvä. Puristetun bentoniitin vetolujuus on riittävä ja ilmanläpäiseväisyys niin pieni, että se soveltuu hyvin alipainenostimella tapahtuvan asennukseen. Asennuskokeiden yhteydessä mitattiin bentoniitista valmistettujen koepuristelohkojen kitkakerroin. Mittauksessa kitkakerroin sileiden pintojen välillä oli noin 0,4.

14 Puskurivaihtoehdot Tutkittavaksi valittiin kaksi lohkovaihtoehtoa. Ensimmäinen vaihtoehto oli pienet lohkot, joita käytettäessä puskurirakenne koostuu 200 mm korkeista pienistä sektorilohkoista. Tällä lohkorakenteella tarvittava lohkojen kokonaismäärä on 762 kpl ja se sisältää kolmea erilaista lohkomuotoa. Pienten lohkojen päämitat määräytyivät vastaamaan kokoa, jonka kokoisten kappaleiden valmistus tiedettiin jo yleisesti käytössä olevalla tekniikalla mahdolliseksi. Toinen vaihtoehto oli isot lohkot, jossa puskurirakenne koostuu kahdeksasta lohkosta ja joita on myös kolmea eri muotoa. Isojen lohkojen koko määräytyi alipainenostimen maksiminostokyvyn mukaan niin, että riittävä nostovarmuus olisi saavutettavissa myös vikatapauksessa (yhden nostopiirin pettäessä). Lohkojen mittakuvat ja työn aikana määritellyt mittatoleranssit ovat liitteissä 1 ja Pienet lohkot Pieniä lohkoja tarvitaan puskurin rakentamiseksi kolmea eri muotoa (Kuva 2). Umpinaiset kapselin ala- tai yläpuoliset kerrokset muodostuvat kaikista lohkomuodoista, kun taas kapselin sivuille tulevassa osassa käytetään ainoastaan ulkosektoriosia. Lisäksi tarvitaan kapselikannen täytelohko, joka asennetaan kapselin yläpään syvennykseen (Kuva 3, vasen lohko). Puskuri (OL1-2 kuparikapselille, h=4800 mm, Kuva 4) muodostuu kokonaisuudessaan 38 kerroksesta, joista 4 on pohjakerroksia, 24 sylinterimäistä kerrosta ja 10 kapselin yläpuolista kerrosta. Kaikkien kerroksien korkeus on 200 mm. Yhteen umpikerrokseen tarvitaan ulkosektorilohkoja 16 kpl, sisäsektorilohkoja 10 kpl ja yksi keskilohko. Ulkosektorilohko painaa noin 36 kg/kpl, sisäsektorilohko 34 kg/kpl ja keskilohko 42 kg/kpl. Loppusijoituskapselin kannen täytelohkon massa on 85,5kg/kpl (Tiheydellä 2100 kg/ m³). Tällä rakenteella tarvittava lohkojen kokonaismäärä on 762 kpl. Kapselin yläpuolisen osuuden säteilysuojausominaisuus on sitä vastoin todennäköisesti huonompi, johtuen pystysuuntaisista saumoista, joita rakenteeseen muodostuu. Säteittäiset saumat voidaan helposti limittää latomalla osat tiilikuvioon kuten kapselin sivuillakin, mutta rengasmaisten saumojen osalta joudutaan ladonnassa käyttämään esimerkiksi epäkeskeistä ladontaa.

15 11 Kuva 2. Pienten lohkojen mitat ja muodot. Oikealla kuvassa ulkosektori, keskellä sisäsektori ja vasemmalla keskilohko. Kuva 3. Pienistä lohkoista muodostuvien kerrosten mitat ja muodot. Vasemmalla kuvassa kapselin yläpään syvennykseen asetettava täytelohko.

16 12 Kuva 4. Pienistä lohkoista ladottu puskurirakenne.

17 Isot lohkot Myös isoista lohkoista valmistettaessa tarvitaan kolmea eri lohkokokoa (Kuva 5). Pohjalohko on 800 mm korkea umpinainen lohko, jonka massa on noin 3810 kg. Kapselin ympärillä on rengasmaisia lohkoja, joiden korkeus on 960 mm ja massa 2760 kg/kpl. Kapselin yläpuoliset lohkot (2 kpl) ovat 1000 mm korkeita ja painavat 4770 kg/kpl. Lisäksi tarvitaan vastaava loppusijoituskapselin kannen täytelohko kuin pienissäkin lohkoissa. Tämän lohkon massa on 86 kg/kpl. Tässä vaihtoehdossa tämä täytelohko on mahdollista integroida myös ylälohkon alapintaan, jos se kokonaisprosessin kannalta on järkevää. Isoista lohkoista tehty puskuri muodostaa homogeenisen tulpan kapselin yläpuolelle, joten se vähentää tehokkaasti kapselin aiheuttamaa säteilykuormaa loppusijoituskäytävässä. Tällä on merkitystä loppusijoitusprosessin aikana, jolloin joudutaan työskentelemään tunnelissa, joka on jo osittain polttoainekapseleilla täytetty. Kuva 5. Isoista lohkoista ladottu puskurirakenne.

18 14

19 15 4 LOHKOJEN ASENTAMINEN Bentoniittilohkojen asennus on suunniteltu tehtävän kahdessa vaiheessa. Ensimmäisenä asennetaan hyvin tasatun pohjan päälle pohjalohkot ja kapselin sivuille tulevat reunalohkot. Kapselin asennuksen jälkeen asennetaan kapselin päälle tulevat ylälohkot. Pohjan tasaisuudelle asetetaan suuret vaatimukset, jotta vältetään lohkojen hammastus kerrosten välillä. Menetelmiä suoran pohjan valmistamiseksi ja varmistamiseksi tutkitaan erikseen. Ladottaessa jokainen kerros keskitetään reiän keskilinjan mukaan, jotta ladonnasta tulee mahdollisimman suora. Keskitykseen voidaan käyttää etukäteen määriteltyä reiän teoreettista keskilinjaa, joka voidaan merkitä esimerkiksi loppusijoitustunnelin kattoon. Nostimessa voi olla kallioseinämään nojaavat aktiivisesti ohjattavat pyörät, joilla nostin pidetään vakaana ja voidaan tarkasti keskittää. Apuna voidaan käyttää esimerkiksi pystysuoraa laservaloa, joka kohdistetaan keskilinjan merkkiin. Koska lohkot voivat olla hieman epätasapainossa aineen epähomogeenisuuden tai mittavirheiden takia, pitää nostin todennäköisesti myös tasapainottaa. Bentoniittilohkojen mittatarkkuudesta riippuen voidaan joutua tilanteeseen, että ladottu puskuri alkaa kallistua niin paljon ettei tarvittavaa asennusvälystä kuparikapselille voida saavuttaa. Tällöin pitää harkita toimia joilla ladonnan suoruutta voidaan parantaa. Liitteessä 11 on kuva, jossa näkyy nyt määriteltyjen isojen lohkojen (Liite 2) toleranssien mahdollistama maksimi puskurien vinous. Koska lopullisia valmistustarkkuuksia puskurilohkoille ei tässä vaiheessa ole tiedossa, ei ole täyttä varmuutta siitä, voidaanko lohkoja valmistaa nyt määriteltyjen varsin tarkkojen mittatoleranssien puitteissa. Ladonnan onnistumiseen vaikuttaa myös valmistustarkkuuden lisäksi se, miten hyvä mittapysyvyys lohkoilla on niiden varastoinnin ja kuljetuksen aikana. Vähimmäisvaatimuksena voidaan todeta, että lohkot pitää suojata hyvin ulkopuoliselta kosteudelta, sillä pienikin vesipitoisuuden muutos vaikuttaa bentoniittilohkon kokoon. 4.1 Pienet lohkot Pieniä lohkoja asennettaessa nostetaan lohkot paikoilleen kerros kerrallaan. Kerrokset on esivalmisteltu asennusajoneuvon lavalle. Kerrokset ladotaan tiilikuvioon, jotta tornista tulee vakaa. Ladonta on suhteellisen hidasta, sillä kerroskorkeus on vain 200 mm. Lohkojen esiladonta valmiiksi kerroksiksi on myös oma työvaiheensa, joka tosin voidaan suorittaa jo lohkojen pakkausvaiheessa muualla kuin loppusijoitustilassa. Pienet lohkot eivät teoriassa vaadi yhtä suoraa alustaa kuin isot lohkot, sillä lohkojen mataluus pienentää vinouden aiheuttamaa virhettä. Vaikka ladonta alkaisikin vinoutua, ovat kerrosten väliset porrastukset pieniä verrattuna vastaavaan tilanteeseen isoilla lohkoilla. Toisaalta kerrannaisvirheet saattavat aiheuttaa ongelmia, joten kappaleiden korkeustoleranssialue täytyy pitää pienenä. Pienten lohkojen asennuksessa on mahdollisuus miestyönä tehtäviin korjauksiin, sillä yksittäistä lohkoa pystyy käsivoimin liikuttamaan. Toisaalta tämän vuoksi myös yksittäisen lohkon liikkuminen vahingossa on mahdollista.

20 16 Periaatteessa koko puskurin alaosan rakentaminen onnistuisi käsityönä suhteellisen yksinkertaisten apuvälineiden avulla lohko kerrallaan latomalla. Tämä olisi kuitenkin erittäin hidasta ja vaatisi, että työntekijä joutuisi olemaan sijoitusreiässä alttiina sinne tuotavien lohkojen putoamiselle. Lisäksi kapselin yläpuoliset lohkot pitää joka tapauksessa asentaa paikoilleen etäohjattavalla laitteella, joten tällaiseen käsityöhön ei kannata ryhtyä. 4.2 Isot lohkot Isojen lohkojen etuna ovat nopea ladottavuus ja ainakin periaatteessa sileämpi kapselin asennusreikä, sillä saumoja on huomattavasti vähemmän. Tosin mitta- ja muotovirheet näkyvät herkemmin lohkojen välisenä porrastuksena ja esimerkiksi pohjan suoruus aiheuttaa suuremman virheen saumakohdissa lohkojen korkeuden takia. Lisäksi lohkojen ylä- ja alapintojen suoruus pitää olla todella hyvä, ettei ylempi lohko huoju alemman päällä. Pienillä lohkoilla tätä ongelmaa ei ole, sillä tiilikuvioon latominen sitoo palat tehokkaasti toisiinsa. Nostettavat massat ovat huomattavasti suurempia ja varsinkin nostoon käytettävä pintaala suhteessa massaan on pienempi kuin pienillä lohkoilla. Tästä aiheutuu, että saavutettava nostovarmuuskin on pienempi. Mahdollisesti tällä ratkaisulla tarvitaan alipaineen lisäksi mekaaninen tuki, jolla varmistetaan, ettei lohko pääse putoamaan. Varsinkaan kapselin yläpuoliset lohkot eivät saa aiheuttaa vaurioita pudotessaan kapselin päälle.

21 17 5 ASENNUSLAITTEET 5.1 Yleistä Bentoniittipuskurin asennuslaitteisto koostuu ainakin yhdestä ajoneuvosta, jolla puskurin osat voidaan tuoda asennuspaikalle, nostimesta, jolla asennus suoritetaan sekä sopivista kuljetuspakkauksista, jotka suojaavat bentoniittilohkoja ympäristön aiheuttamilta vaurioilta. Nostin on yhdistetty kiinteäksi osaksi ajoneuvoa. Ajoneuvon kuljetuskapasiteetti pitää olla niin suuri, että se pystyy tuomaan kaikki esiasennusvaiheessa tarvittavat lohkot kerralla, jotta vältetään ylimääräistä ajoa ahtaassa loppusijoituskäytävässä. Kapselin asennuksen jälkeen asennettavat ylälohkot tuodaan paikalle vasta asennuksen yhteydessä. Koska yläpuolinen ladonta poikkeaa esiasennusvaiheesta merkittävästi, on mahdollista että tämä ajoneuvo on erikseen tätä asennustapahtumaa varten rakennettu. Kapselin päälle tapahtuva lohkojen asennus sisältää riskin kapselin vaurioittamiselle. Asennus pitää suorittaa niin, ettei asennushenkilöstölle aiheudu ylimääräisiä säteilyannoksia kohonneesta säteilytasosta huolimatta. Kapselin yläpää on tässä vaiheessa paljaana asennusreiässä ja säteily pääsee siroamaan suhteellisen vapaasti loppusijoituskäytävään. Tämän työn aikana ei asennusajoneuvoja suunniteltu tarkemmin, vaan keskityttiin ainoastaan bentoniittilohkojen käsittelyyn tarkoitetun nostimen suunnitteluun ja testaamiseen. Esisuunnitteluvaiheessa tehdyn kartoituksen jälkeen todettiin alipainenostimen olevan bentoniitille sopivimman. Mekaaniset nostimet aiheuttavat suuria paikallisia puristusjännityksiä, jotka rikkoisivat helposti suhteellisen hauraan materiaalin. Lisäksi koko kerroksen nostava mekaaninen nostin vaatisi tarkemmat lohkojen valmistustoleranssit kuin alipaineratkaisu, sillä sisäosien nosto perustuisi kappaleiden väliseen kitkaan. Lisäksi ahdas asennusreikä rajoittaa mekaanisen ratkaisun mahdollisuuksia varsin paljon. Kuvassa 6 on esisuunnitteluvaiheessa kehitetty mekaaninen nostinratkaisu. Kuva 6. Mekaanisen nostimen periaatekuva. Eräs idea nostolle oli käyttää bentoniitin mahdollista ilmanläpäisevyyttä hyväksi, jolloin imukupin rakenteesta olisi tullut hieman normaalirakenteesta poikkeava. Mittauksissa

22 18 kuitenkin todettiin että bentoniitin ilmanläpäisy oli erittäin pientä, joten kyseisen idean jatkokehittelystä luovuttiin. Ongelmia aiheutti myös, että rakenne olisi vaatinut tiivisteen asentamista bentoniitin ja kalliopinnan väliin, jolloin riski tiivisteen vaurioitumiselle olisi ollut suuri sekä kaksoisvarmistuksen toteuttaminen. Bentoniittilohkojen kuljetuspakkauksien pitää olla kosteustiiviitä muodonmuutosten välttämiseksi. Pienten lohkojen tapauksessa niiden olisi pidettävä myös esivalmisteltu kerrosladonta paikoillaan, jotta ladonta loppusijoitusreikään onnistuisi suunnitellusti. 5.2 Nostimeen liittyvät standardit ja määräykset Alipainenostimen osalta tarkastettiin aluksi näiden suunnitteluun ja valmistukseen liittyvät määräykset, standardit ja asetukset. Nostimen rakentamiseen liittyy seuraavat standardit: Yleiset koneturvallisuusstandardit ja määräykset: SFS EN ISO Koneturvallisuus, peruskäsitteet ja menetelmät. SFS EN ISO Koneturvallisuus, tekniset periaatteet. 98/37/EY Koneturvallisuusdirektiivi. 2006/42/EY Koneturvallisuusdirektiivi. 400/2008 Valtioneuvoston asetus koneiden turvallisuudesta. 1104/1999 Valtioneuvoston päätös koneiden turvallisuudesta annetun valtioneuvoston päätöksen muuttamisesta. 765/2000 Valtioneuvoston asetus koneiden turvallisuudesta annetun valtioneuvoston päätöksen 15 :n muuttamisesta. Nosturien suunnitteluun liittyvät standardit: SFS-EN Nosturit. Turvallisuus. Irrotettavat nostoapuvälineet (sis. myös alipainenostimet). SFS-EN AC Nosturit. Yleissuunnittelu. Osa 1: Yleiset periaatteet ja vaatimukset. (Koskee lähinnä itse nosturirungon rakennetta kuormitusten kannalta). SFS-ISO 4301/1 Nosturit ja nostolaitteet. Luokitus. Osa 1: Yleistä. (Laitteen ja koneiston kokonaisluokitus). SFS-ISO 4301/2 Nosturit ja nostolaitteet. Luokitus. Osa 2: Ajoneuvonosturit. (Ajoneuvonosturin koneiston luokitus). Sekä kaikki muut näissä viitatut tai osakomponentteja koskevat standardit. Kapselin päälle tulevien lohkojen nostimen ydintekninen turvallisuusluokka on todennäköisimmin 4 (YVL 2.1), sillä vaikka laitteen vaurioituminen ei suoranaisesti voi aiheuttaa ydin- tai säteilyturvallisuutta merkittävästi uhkaavaa alkutapahtumaa, voi se silti vaurioittaa oleellisia turvatoimintoja. Tämä on totta siinä tapauksessa, jos suuri bentoniittilohko putoaa kapselin päälle ja aiheuttaa kapseliin vaurion. YVL 5.8 ohjeessa todetaan, että luokkien 4 ja EYT nosturien teräsrakenteen pitää täyttää ympäristöministeriön julkaiseman rakentamismääräyskokoelman (RakMK) määräykset ja ohjeet, sekä muut yleiset koneturvallisuuteen liittyvät standardit ja asetukset.

23 19 Bentoniittinosturin tapauksessa ei voida välttää YVL-ohjeen 5.8 kohdassa 4 esitettyä huomiota siitä, ettei polttoaineen päälle saa nostaa raskaita taakkoja. Riskianalyysit voidaan pääosin ohittaa toteamalla, ettei bentoniittinosturi aiheuta riskiä polttoaineen vaurioitumiselle eikä kriittisyydelle. Ongelmaksi jää purku- ja korjaustoimenpiteiden aiheuttama kasvanut säteilyriski lähialueella työskenteleville. 5.3 Nostimien suunnittelu Protonostimien suunnittelussa ei käyty kuitenkaan läpi kaikkia standardeja, vaan keskityttiin lähinnä laitteen toiminnalliseen puoleen. SFS-EN määrittää alipainetarttujille varmuuskertoimeksi 2, johon päästiin myös suurilla lohkoilla käyttämällä käytännössä koko lohkon yläpinta-ala nostopintana. Koska viimeisten lohkojen asennuksessa nostimen on täytettävä yksittäisvikakriteeri, jaettiin nostimen alipainetekniikka kolmeen eri piiriin. Kahteen piiriin jaolla oltaisiin toisen piirin pettäessä oltu aivan kantokyvyn rajoilla, joten tällaiseen ratkaisuun oli tarve. Nyt yhden piirin pettäessä varmuuskerroin on vielä luokkaa 1,33. Nostimen jako useampiin alipainepiireihin ei ole ongelma, eikä aiheuta suuriakaan muutoksia laitteen tekniikassa. Periaatteessa nostin on mahdollista tehdä jopa niin, että jokaisella imukupilla on oma alipainepiirinsä. Kuvassa 7 on esitetty suurten lohkojen alipainenostimen imukuppien jako kolmeen eri piiriin. Pienten lohkojen nostimen nostovarmuus oli sen verran suurempi, että tässä laitteessa piirejä on vain kaksi. Pieniä lohkoja nostettaessa kerralla nostettava massa on maksimissaan 960 kg, joten sen rakenne voi myös muilta osin olla huomattavasti kevyempi.

24 Kuva 7. Isojen lohkojen alipainenostimen imukuppien jako kolmeen eri piiriin. 20

25 21 6 ASENNUSKOKEISSA KÄYTETYT KOELAITTEET Asennuskokeita varten tarvittiin lohkoja, jotka riittävän tarkoin jäljittelisivät loppusijoituksessa käytettäviä bentoniittilohkoja. Koska lohkojen valmistaminen bentoniitistä tässä vaiheessa olisi ollut epätarkoituksenmukaista, käytettiin asennuskokeissa betonista valmistettuja lohkoja. Betoni kestää mekaanista käsittelyä huomattavasti paremmin ja on edullisempi valmistaa. Betonin huokoiset pinnat käsiteltiin PU-pinnoitteella (Solmaster EP 6000-hartsin ja yleissementin seos 1:3), jotta alipainenostimet toimisivat kunnolla ja pinnanlaatu jäljittelisi tarkemmin bentoniittia. Betonin ominaispaino (2,2-2,3 t/m 3 ) on hieman suurempi kuin bentoniitin (2,1 t/ m 3 ), mutta erolla ei ollut varsinaista mitoitusteknistä merkitystä. Betonin suurempi ominaispaino ja huonompi pinnanlaatu antavat kokeille konservatiivisuutta, sillä todellisen asennustilanteen voidaan olettaa olevan helpompi. Lisäksi suunniteltiin ja valmistettiin molemmille lohkotyypeille soveltuvat alipainenostimet sekä loppusijoitusreikää kuvaava rakennelma ns. demoreikä. Myös joitain lohkojen käsittelyyn ja valmiin reiän mittaamiseen tarvittavia apuvälineitä rakennettiin. 6.1 Pienten lohkojen koelaitteet Pienet betonilohkot (Kuva 8) valettiin tarkkamittaiseen teräsmuottiin, jonka avulla lohkoista tuli varsin mittatarkkoja. Painoissa oli hieman hajontaa johtuen joko valumassan vaihtelusta tai muotin täytössä käytetyn tärytyksen kestosta. Mittaustuloksia lohkojen mitoista ja painoista on lueteltu liitteessä 5. Kuva 8. Pienet betonilohkot esiladottuna ladonta-alustalle, josta lohkot nostettiin alipainenostimella. Alustalla ovat sekä ohjaukset nostimelle että merkinnät lohkojen paikoille.

26 22 Pienten lohkojen nostin (Kuva 9) toteutettiin käyttämällä imukuppeja (Piab F110 Nitril PVC, G1/2 ), joita asennettiin 4 jokaiselle lohkolle. Imukupit oli kytketty kahteen alipainepiiriin siten, että ristikkäiset kupit joka lohkossa kuuluivat samaan piiriin (PIkaavio liitteessä 3). Alipainepumppuna käytettiin Buschin mallia KB 0010 D (10m3/h, minimipaine 2 hpa (mbar) abs.). Turvallisuuden takaamiseksi järjestelmässä oli kaksi 20 litran painevaraajaa, painemittari (SMC GZ43-K-01) sekä paineen noususta varoittava paineanturi (Piab VS kPa). Lisäksi jokainen imukuppi oli erikseen suljettavissa käsiventtiilillä. Nostimen runko valmistettiin teräksestä hitsaamalla. Kuva 9. Pienten lohkojen alipainenostin. 6.2 Isojen lohkojen koelaitteet Isot lohkot (Kuva 10) valettiin ensin ylikokoon ja hiottiin sen jälkeen mittoihinsa kivihiomossa. Myös nämä lohkot käsiteltiin pinnan huokoisuuden takia ja jotta pinta jäljittelisi tarkemmin bentoniittia.

27 23 Kuva 10. Isoja lohkoja betonista. Vasemmalla pohjalohko ja oikealla reunalohko. Isojen lohkojen alipainenostin (Kuva 11) toteutettiin käyttämällä tätä tarkoitusta varten suunniteltuja imukuppeja. Erikoiskupeilla saatiin maksimoitua nostopinta-ala. Kupit olivat alumiinista valmistettuja levyjä, joiden alapintaan oli koneistettu ura huulitiivistettä (V-tiiviste VL -325 NBR) varten. Kupit asennettiin kiinteästi nostimen teräsrunkoon. Tässä nostimessa alipaineputkisto jouduttiin jakamaan kolmeen piiriin, jotta saavutettaisiin yksittäisvikakriteerin vaatima nostovarmuus. Yhden piirin pettäessä jää vielä noin 1,3 kertainen nostokyky jäljelle. Alipainepumppuna käytettiin Buschin mallia KB 0020 D (20 m3/h, minimipaine 2 hpa (mbar) abs.). Turvallisuuden takaamiseksi järjestelmässä oli kolme 20 litran painevaraajaa ja paineen noususta varoittava paineanturi (Piab VS kpa). Lisäksi jokainen imukuppi sekä piiri olivat erikseen suljettavissa käsiventtiilillä. Nostimen runko valmistettiin teräksestä hitsaamalla. Kuva 11. Isojen lohkojen alipainenostin.

28 Asennuskokeissa käytetty demoreikä Loppusijoitusreikää kuvaava demoreikä valmistettiin teräsrunkoisina elementteinä, joiden korkeus oli noin 2 m. Runko-osan sisälle asennettiin siirrettävät kehät. Kehien sisäpintaan kiinnitettiin kertopuiset pystyjohteet kuvaamaan porattua kallioreikää Ø1750 mm. Tällaisella avoimella rakenteella puskurin asennuksen seuraaminen ja mittauksien tekeminen oli helppoa. Siirrettävillä kehillä voidaan tarvittaessa vinouttaa tai kaarevoittaa reikää, jos halutaan testata asennusta reikään, jonka poraus ei ole onnistunut parhaalla mahdollisella tavalla. Koeporauksista saatavia mitta- ja muotovirheitä voidaan tarvittaessa siirtää demoreikään, jolloin ladonnan onnistumista voidaan testata myös tällaisessa tapauksessa. Alaosaksi valmistettiin tukeva jalallinen alusta, joka mahdollistaa sekä alustan suoruuden säädön että alakautta tehtävät mittaukset tai kaapelivedot esim. mittalaitteita tai valaistusta varten. Kuva 12. Demoreikä, joka vastaa mitoitukseltaan loppusijoitusreikää.

29 Apulaitteet Koska pienten lohkojen latominen valmiiksi pyöreäksi kerrokseksi ennen nostoa oli puskurin mittatarkkuuden kannalta ensiarvoisen tärkeää, valmistettiin esilatomista varten ladonta-alusta. Ladonta-alustassa (Kuva 13) oli merkatut paikat lohkoille, sekä mahdollisuus kiinnittää apuohjain siksi aikaa kun ulkosektorilohkoja asennetaan. Lisäksi ladonta-alustassa oli ohjaimet, jotka keskittivät nostimen automaattisesti kehän keskelle. Sisäkehä näkyy kuvan vasemmassa reunassa. Ladotun reiän arvioimiseksi valmistettiin vanerista kiekkoja (Kuva 14), joilla voitiin tulkata ladonnan sisämittaa ja pyöreyttä. Kiekkoja tehtiin 3 kappaletta eri halkaisijamitoilla. Tiukkamittainen kiekko toimi tulkkina eli sen mahtuessa reiän läpi oli reikä ainakin riittävän suuri. Pienempiä kiekkoja voitiin käyttää mitattaessa reiän halkaisijoita ja pyöreyttä. Jännittämällä ohjauskaapeli reiän keskelle, oli mahdollista havainnoida myös ladonnan suoruutta. Lisäksi apuna oli pienten lohkojen siirtoon käytetty käsinostin, telineet ja nostolava demoreiän ympärillä, sekä mittausvälineitä ja -laitteita. Kuva 13. Lohkojen esiladontaan käytetty ladonta-alusta. Nostimen ohjaimet näkyvät ladonta-alustan kulmissa ja pohjalevyssä on merkinnät lohkojen oikealle ladonnalle. Vasemmalla alakulmassa näkyy irrotettava sisäkehä, jonka avulla ulkosektorilohkojen ladonta oli helpompaa.

30 26 Kuva 14. Havaintovälineenä käytetty vanerikiekko. Kiekolla voitiin havaita helpommin mahdolliset virheet ladonnan pyöreydessä, sillä esim. kolmiomaista muotovirhettä ei aina voida havaita halkaisijaa mittaamalla.

31 27 7 ASENNUSKOKEET Ennen asennuskokeita laadittiin testaussuunnitelmat, joiden mukaan asennustestejä suoritettiin. Asennustestien tulokset kirjattiin erillisiin testausmuistioihin, josta tämän kappaleen tiedot on poimittu. Sekä testaussuunnitelmat että testimuistiot ovat raportin liitteinä. Kunkin kappaleen alussa on mainittu, mitkä liitteet liittyvät kyseiseen kappaleeseen. Nostimet koottiin ja testattiin Afore Oy:n tiloissa. Pienten lohkojen asennuskokeet aloitettiin Mynämäellä Timeka Oy:n konepajassa, mutta myöhemmin siirryttiin korkeampaan halliin Turun Pansiossa sijaitsevan Mobimar Oy:n tiloihin (Kuva 15). Nostimen liikutteluun käytettiin hallinostureita, joissa nostomoottorina oli varsin nopeasti pysähtyvä jarrumoottori. Mobimarin nosturissa oli valmiina pistorasia koukussa, josta saatiin sähkönsyöttö alipainepumpulle ja muille nostimen laitteille. Kuva 15. Testiympäristö Mobimarilla.

32 Pienet lohkot Asennustesti pienillä lohkoilla 2 m korkuiseen reikään Testaussuunnitelma on liite 4 ja testausraportti liite 5. Lohkot tarkastettiin ja punnittiin ennen asennustestejä. Lohkot olivat erittäin tarkkamittaisia, korkeustoleranssin ollessa vain noin ±0,2 mm. Ensimmäinen valmistuserä oli hieman alipainoinen johtuen käytetystä valumassasta, mutta myöhemmin tehtyjen lohkojen (ulkosektorilohko) massojen keskiarvo oli 38,1 kg, eli sopivasti hieman suurempi kuin oletettujen bentoniittilohkojen massa. Alipainenostinta alustavasti testattaessa havaittiin, ettei nostin saanut tartuntaa nostettavista lohkoista. Syyksi tähän selvisi lattian epätasaisuudesta ja lohkojen korkeuseroista muodostuva tartuntapinnan epätasaisuus. Valituilla imukupeilla oli vain hyvien rajattu tiivisteen joustomatka, joka ei riittänyt kompensoimaan korkeuseroja. Nostimen rakennetta muutettiin siten, että imukupit kiinnitettiin runkoon akselilla, joka salli noin 5 mm pystyliikkeen. Tämän jälkeen nostin toimi odotetusti. Imukuppien tartuntaa paransi nostimeen lisätyt alipainevaraajat, koska nyt alipaine muodostui imukupeille huomattavasti nopeammin. Nostettaessa alipainetaso oli luokkaa kpa, vaihtelu aiheutui lähinnä lohkojen pintojen epätasaisesta laadusta. Selkeitä vuototilanteita oli vain muutama ja kaikki johtuivat joko lohkon pinnan virheestä tai roskasta tiivistepinnan välissä. Nostimen toiminnan minimipaine määriteltiin laskemalla alipainetta lohkojen ollessa nostimen kannatuksessa. Lohkot putosivat alipainetason ollessa noin -15 kpa, joten nostovarmuus oli varsin hyvä. Kun pumppu sammutettiin kesken noston, putosivat ulkosektorilohkot 2 min 18 sekunnin kuluttua. Kerros, jossa olivat kaikki lohkot, putosi 1 min 15 sekuntia pumpun sammutuksen jälkeen. Putoamisen nopeuteen vaikuttaa suuresti vuototaso, joka kullekin nostolle on erilainen. Nämä kokeet olivat yksittäisiä ja näin ollen vain suuntaa antavia. Ennen asennustestin aloittamista demoreiän suoruudet tarkistettiin ja köysipyörän keskeisyys mitattiin. Ladonta-alusta vaaitettiin ja paikoitettiin suhteessa demoreikään niin, ettei nosturin siirroissa tarvittu kuin sen poikittaisliikettä. Tällä varmistettiin se, että nosturin asema säilyy keskittävään köysipyörään nähden sivusuunnassa samana koko asennusprosessin ajan. Nostimen toiminta varmistettiin matalin koenostoin ennen varsinaisen asennustestin aloitusta. Nostin tasapainotettiin ennen laskua demoreikään, jotta se olisi mahdollisimman vaakasuorassa. Tasapainotus tehtiin irtopainoilla vertaamalla nostimen reunan korkeutta demoreiän ylälevyn tasoon (Kuva 16).

33 29 Kuva 16. Nostimen tasapainotus reiän yläreunassa. Lohkotorni pystytettiin ensimmäisessä testissä 2 m korkeuteen kolme kertaa. Ladonnoista mitattiin jokaisen kerroksen halkaisijat (vastakkaisten lohkojen etäisyys toisistaan) kahdeksasta eri kohdasta. Kahdessa viimeisessä ladonnassa vastaava halkaisijamittaus tehtiin myös ennen nostoa ladonta-alustalla, jotta voitiin todeta aiheuttaako nostoprosessi muutoksia halkaisijaan. Tornin keskeisyyden ja muotovirheiden selvittämiseksi mitattiin lohkojen etäisyys keskilinjasta. Lopuksi mitattiin tornin korkeus neljästä eri kohdasta. Tulosraportin mukaan kolmannen ladonnan halkaisijoiden keskiarvo oli 1073,3 mm ja keskihajonta 1,4 mm. Halkaisijan maksimimitta oli 1075 mm ja minimi 1070 mm. Käytetyt lohkot muodostivat tavoiteltua kokoa suuremman sisähalkaisijan. Kerrosten poikkeama keskilinjalta oli välillä mm, joten periaatteessa myös tässä ladonnassa jäisi noin 5 mm minimivälys kapselin asentamiselle. Lisäksi suoritettiin puskurin sisäpinnan 3D-skannaus, jonka mukaan tornin sisään mahtuva suurin sylinteri on 1063 mm Asennustestit 6 m korkuisella demoreiällä Testaussuunnitelma on liite 6 ja testausraportti liite 7. Laitteiston tarkistusten jälkeen puskurin sylinterimäisen osan ladonta suoritettiin 4,8 m korkeuteen. Pieniä vuotoja oli vaikea paikallistaa, mutta ne olivat havaittavissa painetason muutoksista. Yksittäisiä imukuppeja sulkemalla oli mahdollista havaita myös pienet

34 30 vuodot, mutta tämä oli luonnollisesti käsityönä suoritettuna työlästä. Ladonnan aikana kohdistus tapahtui demoreiässä olevan köysipyörän avulla. Keskitysongelmia aiheutui nostimen epätasapainosta ja heilumisesta. Jatkossa kohdistaminen pitäisi tapahtua joko alemmista lohkoista tai reiän seinämistä. Koska myös näissä nostoissa vuotoa imukupeissa aiheutti tiivistepintojen väliin jääneet roskat, voisi laitteeseen lisätä puhallustoiminnon, jolla mahdollisesti poistettaisiin epäpuhtauksia imukuppien alta siinä vaiheessa kun ne laskeutuvat kiinni lohkoihin. Myös asentamiseen käytettyä aikaa arvioitiin todellisen asennusajan määrittämiseksi. Pystytyksen jälkeen tornille tehtiin 3D-skannaus. Skannauksen tulokset ovat liitteessä 8. Jotta kapselin yläpinnan sekä puskurilohkojen korkeusvaihtelun vaikutuksia voitiin arvioida, suoritettiin pienillä lohkoilla ladonta myös kapselin yläpuolelle (Kuva 17). Kapselia korvaamassa oli lyhyt hitsauskokeissa käytetty lieriö, joka muilta muodoiltaan ja mitoiltaan on täysin loppusijoituskapselin kaltainen. Testatut korkeuserot olivat 3, 6 ja 10 mm, siten että puskuriladonta oli aina ylempänä kuin kapseli. 10 mm ero on arvioitu olevan maksimi mittatoleransseista syntyvä korkeusero kapselikannen ja puskurin välillä. Kapselin kannen päälle asennettiin testissä 85 mm korkuinen kannen täytelohko, jotta saatiin kannen sisäosa samalle tasolle kannen reunojen kanssa. Kannen päälle ladottiin 2 metriä paksu kerros puskuria, eli vastaava määrä kuin loppusijoitusrei issäkin. Lohkotornien purkaminen onnistui vastaavasti kuin niiden latominen. Tartunta onnistui, vaikka lohkot eivät olleetkaan tornissa yhtä tasaisesti kuin ladonta-alustalla. Virhetilanteiden simulointi osoitti, ettei nostimen kaksipiirisyys toiminut odotetulla tavalla, vaan letkun tai imukupin rikkoutuminen pudotti taakan hyvin nopeasti. Tähän olivat syynä järjestelmässä käytetyt yksisuuntaventtiilit, jotka eivät olleet alipainejärjestelmään soveltuvat. Alipainejärjestelmän pienten paine-erojen takia mekaaniset venttiilit pitää olla erityisen herkkätoimisia tai ne pitää korvata sähköisillä tai apupaineohjatuilla venttiileillä.

35 31 Kuva 17. Yläpuolisen ladonnan koe. Ylin ladontakerros on suora, vaikka kapselin yläpinta oli 10 mm alempana kuin kapselia ympäröivä puskurirakenne. 7.2 Isot lohkot Testaussuunnitelma on liite 9 ja testausraportti liite 10. Isojen lohkojen laatu ei ensimmäisellä kertaa ollut riittävä, vaan lohkot huojuivat toistensa päällä johtuen pintojen muotovirheistä. Lohkot toimitettiin uudelleen hiottaviksi, jonka jälkeen ladonta onnistui hyväksyttävällä tavalla. Asennusaikatarkastelua silmälläpitäen testattiin lohkojen siirtoa myös nosturin suuremmalla liikenopeudella, joka oli 70 mm/s. Siirrot onnistuivat myös tällä nopeudella ilman lohkojen irtoamisia. Tartunta lohkoihin onnistui hyvin, ongelmia aiheuttivat ainoastaan mahdolliset roskat tai betonin pintavirheet. Alipainetaso nostoissa vaihteli välillä kpa. Rajana nostoille pidettiin -70 kpa alipainetta, eli jos tätä painetta ei saavutettu, tarkastettiin pinta roskien varalta tai alettiin etsiä vuotavaa imukuppia sulkemalla niitä yksi kerrallaan. Ylälohkojen tartunnan minimi alipainetasoksi mitattiin -20 kpa. Pumpun sammuttamisesta muutos tähän paineeseen kesti 7 min 23 sek. Nosto onnistui jopa sulkemalla kaksi alipainepiiriä kolmesta; lisäksi piti sulkea vielä viimeisen piirin yksi imukuppi, ennen kuin kappale putoaa nostimesta. Reunalohkoilla nosto onnistui vastaavasti, mutta putoamisaika oli 1 min 23 sek. Putoamisaikaan vaikuttaa suuresti tiivistettävien pintojen laatu eli toisin sanoen kokonaisvuototaso. Vuototaso on jokaisella nos-

36 32 tolla erisuuruinen. Nämä pudotuskokeet olivat yksittäisiä ja näin ollen vain suuntaa antavia. Nostimen kohdistaminen tehtiin käsityönä alemman lohkon ulkoreunan mukaan. Tasapainotusta isoilla lohkoilla ei tehty, mutta sillä saavutettaisiin helpompi kohdistettavuus. Pienikin keskeisyysvirhe kallistaa lohkoa ja aiheuttaa näin ongelman kohdistustilanteessa. Lohkotornin purku sujui ongelmitta ja samoin menetelmin kuin asennus. 7.3 Asennuskokeiden tulokset Ladontojen tulosraportit ovat liitteinä 5, 7, 8 ja 10. Molemmilla lohkotyypeillä saavutettiin ladonta, johon loppusijoituskapseli olisi voitu asentaa. Pienistä lohkoista muodostetun tornin (3D-mitattu ladonta) kokonaisasennusvälykseksi jäi noin 15 mm, sillä ladonnassa toteutunut kaikkien kerroshalkaisijoiden keskiarvo oli 1071,9 mm ja suurin mahdollinen läpimenevä sylinteri oli 1065,7 mm. Vaikka kerroshalkaisijoiden keskiarvo on hieman tavoiteltua (1070 mm) suurempi, lohkojen asennusvirheet pudottavat asennustoleranssin hieman tavoiteltua 20 mm kokonaisvälystä (10 mm rako joka puolella) pienemmäksi. Isojen lohkojen torni mitattiin ulkopuolelta, keskeisyysheiton ollessa ± 3 mm. Molemmat alipainenostimet toimivat hyvin. Valitsemamme nostoraja oli -70 kpa, mikä saavutetaan, kun pinnan laatu kappaleissa on tyydyttävä. Molemmissa tarttujissa piirijako varmisti kappaleiden kiinnipysymisen myös yhden piirin pettäessä. Yksikään lohko ei pudonnut nostojen aikana. Molemmissa tarttujissa lohkot pysyivät kiinni yli minuutin, vaikka alipainepumppu sammutettiin (SFS-EN vaatimus 5 min, henkilöriskin sisältävissä nostoissa). Kiinnipysyvyyteen vaikuttaa suuresti lohkojen pinnan laatu, sekä käytettävän varatyhjiön tilavuus. Suurempitehoinen, noin 20 m³/h tuottava pumppu, toimi testeissä luotettavammin, sillä tällä pumpulla pienien vuotojen merkitys kokonaispaineeseen ei ollut niin merkittävä. Vapaasti roikkuva nostin on herkkä lohkojen epätasapainolle. Pienten lohkojen asennuksessa epätasapainolla oli merkitystä paikoitukseen, koska keskittäminen tapahtui ainoastaan kiinteän köysipyörän avulla. Isoilla lohkoilla epätasapainolla ei ollut merkitystä, koska keskittäminen tehtiin käsin. Tässäkin tapauksessa epätasapaino hankaloittaa asennusta, koska taakan alapinta voi olla vinossa. Testien perusteella hyväksyttävä korkeusero pienillä lohkoilla on kapselin yläpään ja puskurin reunalohkojen välillä 10 mm. Ladonta tasoittui muutaman kerroksen jälkeen täysin. Latomalla kapselin yläpuoliset lohkot niin, että niiden keskeisyyttä poikkeutetaan kerrosten välillä noin 5 mm, saadaan ladonnasta parempi myös ylös suuntautuvan säteilyn vähentämisen kannalta. Poikkeuttaminen estää suorien pystyrakojen synnyn. Pienten lohkojen ladonnan 3D-skannauksen tulostaulukkoa käsittelemällä voidaan löytää ladonnasta pieni muotovirhe, vaikka yksittäisiä tuloksia tutkien sitä on vaikea

37 33 havaita. Kuvassa 18 on ladotun puskurin kerrosten keskipisteet XYZ- koordinaatissa. Virhealue on noin millimetriä. Syy ladonnan virheelle ei ole tiedossa. Virhe on kuitenkin pieni, eikä sillä ole suurtakaan merkitystä kokonaisvälyksen muodostumiselle. Kuva 18. Kuvassa on ladotun puskurin kerrosten keskipisteet XYZ- koordinaatissa.

38 34 Bentoniittipuskurin alkuvaiheen vettymisnopeuteen vaikuttaa se, miten paljon mahdollisia veden virtausreittejä lohkojen väliin jää. Asiaa havainnoitiin karkealla tasolla asentamalla puskurin sisään voimakas valonlähde ja kuvaamalla ulkopuolelta lohkojen välistä tulevaa valoa. Kuvassa 19 näkyy hyvin, miten pienten lohkojen väliin jää selkeitä rakoja sekä pysty- että vaakasaumoihin. Veden tai ilman todellisen vuotomäärän mittaamistakin harkittiin, mutta näistä luovuttiin hankalan koejärjestelyn ja tulosten tulkinnanvaraisuuden takia. Kuva 18. Lohkojen rakojen havainnointi valokuvaamalla. Lohkojen pintojen väliin jää selkeät raot sekä pysty- että vaakasuunnassa.

39 35 8 PUSKURIN ASENNUSAIKATARKASTELU Puskurin asennusaikatarkastelu perustuu asennustesteissä käytetyn siltanosturin siirtonopeuksiin. Siirtomatkoissa on otettu huomioon lohkotornin korkeuden ja etäisyyksien muutos. Nostimen kiinnittymiseen ja avautumiseen tarvittava aika on arvioitu kokemusperäisesti. Laskennassa käytettiin siirtonopeutena 120 mm/s ja nosto/lasku nopeutena 70 mm/s. Nostimen kiinnittymiseen, irrottamiseen ja asemointiin arvioitiin kokemusperäisesti 30 s/kerros. 8.1 Pienien lohkojen puskurin ladonta-aika Oletustilanteen mukaisen asennuksen ensimmäisessä vaiheessa siirtomatkaa syntyy noin 250 m, joka tarkoittaa aikana 35 min ja nosto/lasku matkaa noin 460 m, aikana 1 h 50 min. Kokonaissiirtoaika siis yhteensä 2 h 25 min. Lisätään nostimen arvioitu kohdistus ja tartunta-aika 15 minuuttia. Esiasennusaika-arvio on yhteensä noin 2 h 40 min. Kapselin yläpuolisten lohkojen ladonnassa siirtomatkaa syntyy noin 55 m, aikana 8 min ja nosto/lasku matkaa noin 90 m, aikana 21 min. Siirtoaika yhteensä 29 min. Lisätään nostimen arvioitu 5 minuutin kohdistus ja tartunta-aika. Yläosan asennusaika-arvio on yhteensä noin 34 min. Pienten lohkojen puskurin asennuksen kokonaisajaksi saadaan näin 3 h 14 min. Ladonta-aikaan voidaan arvioida vielä loppusijoituskapselin asennusaika, joka on noin 50 minuuttia, jos oletetaan että asennusajoneuvo lähtee liikkeelle välittömästi kun puskurin alaosa on todettu olevan kunnossa. Keskimääräinen ajomatka ajoneuvolle keskustunnelissa on noin 800 m, jonka ajamiseen kuluu 10 minuuttia nopeudella 5 km/h. Loppusijoituskäytävään edestakainen ajomatka on keskimäärin 300 m, jonka suorittamiseen kuluu 10 minuuttia ajonopeudella 1,8 km/h. Itse kapselin asennus kestää noin 30 min. Laskelmassa otetaan huomioon siirtoajoneuvojen tarvitsema 41 min ajoaika eri vaiheiden välillä. Keskimääräinen aika kuparikapselin loppusijoitukselle on siis noin 4 h 45 min. pienistä lohkoista valmistetun puskurin asennuksen aloittamisesta viimeisen bentoniittilohkon asennukseen. Kapseli voi olla asennettuna parhaimmillaan noin 3 h 10 min. kuluttua ladonnan aloittamisesta. Tässä laskelmassa ei ole otettu huomioon mahdolliseen ladonnan jälkeiseen tarkastukseen kuluvaa aikaa. 8.2 Isojen lohkojen puskurin ladonta-aika Oletustilanteen mukaisen asennuksen ensimmäisessä vaiheessa siirtoaika on yhteensä 29 min. Lisätään nostimen tarvitsema 6 minuutin kohdistus ja tartunta-aika. Esiasennusaika-arvio on yhteensä noin 35 min. Kapselin yläpuolisten lohkojen ladonnassa siirtoaika on yhteensä 10 min. Lisätään nostimen tarvitsema 1 minuutin kohdistus ja tartunta-aika. Yläosan asennusaika-arvio on yhteensä noin 11 min.