Loppusijoitustunneleiden täyttötekniikka

Työ r a p o r t t i 9 9-7 5 Loppusijoitustunneleiden täyttötekniikka Timo Kirkkomäki Joulukuu 1999 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-00100 HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-2280 30 Fax +358-9-2280 3719

Työ r a p o r t t i 9 9-7 5 loppusijoitustunneleiden täyttötekniikka Timo Kirkkomäki Joulukuu 1999

INSINÖÖRITOIMISTO SAA TE 30.12.1999 SAANIO & RIEKKOLA OY SAATE TYÖRAPORTIN TARKASTAMISESTA JA HYVÄKSYMISESTÄ TILAAJA: TILAUS: YHTEYSHENKILÖT: Posiva Oy Mikonkatu 15 A 00100 HELSINKI 9524/99/JPS TkL Jukka-Pekka Salo Dl Reijo Riekkola Saanio & Riekkola Oy Posiva Oy t.>.l. c "~ Saanio & Riekkola Oy TYÖRAPORTTI: 99-75 LOPPUSIJOITUSTUNNELEIDEN TÄYTTÖTEKNIIKKA TEKIJÄ: Dl Timo Kirkkomäki Saanio & Riekkola Oy TARKASTAJA: Dl Timo Saanio Saanio & Riekkola Oy HYVÄKSYJÄ:,. ~:,~~~~ D Reijo Riekkola Saanio & Riekkola Oy

Työ r a p o r t t i 9 9-7 5 Loppusijoitustunneleiden täyttötekniikka Timo Kirkkomäki Saanio & Riekkola Oy Joulukuu 1999 Pasivan 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.

TIIVISTELMÄ Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustilojen perusratkaisun lähtökohtana on polttoaineen sijoittaminen Suomen kallioperään noin 400-700 m syvyyteen. Perusratkaisussa sijoitustunneleiden pohjaan porataan reiät, joihin käytetty polttoaine asennetaan kuparirautakapseleissa. Kapseleiden asennuksen jälkeen sijoitustunnelit täytetään täyttömateriaalilla. Tässä raportissa tarkastellaan sijoitustunneteiden täyttämistä murskeen ja bentoniitin sekoituksella. Täyttömateriaali sekoitetaan loppusijoitustilojen sekoittamassa louhintatyömaakäyttöön tarkoitetulla siirrettävällä ruiskubetoniasemalla. Täyttömateriaalin runkoaineena käytettävä murskattu kiviaines tuodaan maan alle louheen nostoon käytettävällä nostokapalla. Täyttömateriaalin hentoniitti siirretään loppusijoitustiloihin työkuilun tavarahissillä suursäkeissä, joissa se myös varastoidaan sekoittamon bentoniittivarastossa. Murske varastoidaan maan alla murskesiiloissa. Täyttömateriaalia sekoitetaan noin 5-6 m 3 annoksissa. Valmis täyttömateriaaliannos siirretään sekoituksen jälkeen suoraan täytettävään tunneliin. Täyttömateriaalin kuljetukseen käytetään maanalaisiin tiloihin tarkoitettua betoninkuljetusajoneuvoa. Loppusijoitustunnelissa täyttömateriaaliannokset levitetään ja tiivistetään noin 40 asteen kulmassa noin 20 cm paksuiksi vinokerroksiksi. Täyttömateriaalin levityksessä ja tiivistyksessä käytetään täyttö- ja tiivistyskonetta. Murskebentoniitti siirretään säiliöajoneuvosta täyttö- ja tiivistyskoneen takaosassa sijaitsevaan syöttökaukaloon, josta se siirretään koneen läpi meneväliä hihnakuljettimella koneen etupuolelle. Hihnakuljettimen päähän on asennettu hihnasinko, jolla täyttömateriaali levitetään tunnelin perälle vinokerrokseen. Täyttömateriaali tiivistetään tärylevyllä. Avainsanat : Täyttömateriaali, murskebentoniitti, täyttö- ja tiivistyskone

BACKFILLING OF THE DEPOSITION TUNNELS ABSTRACT The basic concept for the disposal of spent nuclear fuel in Finland is based on its emplacement in crystalline bedrock at depths between 400 and 700 metres. In the design for the basic concept, spent fuel is encapsulated in copper-steel canisters and emplaced in disposal holes bored in the floor of the deposition tunnels. After the installation of the waste canisters the deposition tunnels will be filled with a backfill materia!. This report describes the filling of the deposition tunnels with a mixture of crushed rock and bentonite. The backfill will be mixed in the underground repository in a removable shotcrete mixing plant. The crushed rock to be used as aggregate will be transported to the repository in the hoist cage used for the lifting of blasted rock. The bentonite component of the backfill will be transported to the repository in large bags via a freight lift in the work shaft and will be stored in the same bags in the mixing plant station. The crushed rock will be stored in underground silos. The backfill will be mixed in batches of 5-6 m 3. After mixing, the batch of backfill is moved immediately in a concrete transportation vehicle to the deposition tunnel being filled. In the deposition tunnel the batch of backfill is spread and compacted in layers approximately 20 cm thick inclined at an angle of about 40 degrees. A filling and compacting machine will be used to spread and compact the backfill. The mixture of crushed rock and bentonite is moved from the transportation vehicle to the feeder tray at the back of the filling and compacting machine, and from there to the front of the machine via a belt conveyor. Spreading of the backfill in inclined layers is carried out by a throbelt situated at the end of the belt conveyor. Compaction of the backfill is carried out using a vibrating plate. Keywords: backfill, mixture of crushed rock and bentonite, filling and compacting machine

1 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO ESIPUHE 1 JOHDANTO 2 TÄYTTÖMATERIAALIN KOMPONENTIT 2.1 Bentoniitti 2.2 Kivimurske 2.3 Vesi 1 2 3 6 6 6 7 3 TÄYTTÖMATERIAALIN KOMPONENTTIEN SIIRTO JA VARASTOINTI 8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Murskeen siirto Murskeen varastointi Bentoniitin siirto Bentoniitin varastointi Vesi 8 9 10 10 11 4 TÄYTTÖMATERIAALIN SEKOITUS, VARASTOINTI JA SIIRTO 12 4.1 4.2 4.3 Sekoituksen periaate Täyttömateriaalin sekoituslaitteet Täyttömateriaalin siirto 12 12 15 5 TUNNELEIDEN TÄYTTÖTEKNIIKKA JA -LAITTEET 5.1 Loppusijoitustunneleiden täytön periaate 5.2 Täyttökone 5.3 Täyttömateriaalin linkous 5.4 Täyttömateriaalin tiivistys 6 YHTEENVETO VIITTEET 17 17 19 22 24 27 28

2 ESIPUHE Raportti on laadittu Posiva Oy:n tilauksesta T2000-ohjelmassa. Posivan yhdyshenkilönä on ollut T2000-ohjelman päällikkö TkL Jukka-Pekka Salo. Raportin laadinnan keskeisissä teknisissä ongelmissa on avustanut Dl Tapani Kukkola Fortum Engineering Oy:stä. Kaivosajoneuvoihin ja hihnasinkoon liittyvissä kysymyksissä on avustanut Dl Heikki Miettinen Normet Corporationista. Ruiskubetoniasemaan ja kuljettimiin liittyvissä asioissa on avustanut Mikko Rautio Steel-Kamet Oy:stä.

3 1 JOHDANTO Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustilojen perusratkaisun lähtökohtana on polttoaineen sijoittaminen Suomen kallioperään noin 400-700 m syvyyteen. Perusratkaisussa sijoitustuoneleiden pohjaan porataan reiät, joihin käytetty polttoaine asennetaan kuparirautakapseleissa. Kapseleiden asennuksen jälkeen sijoitustunnelit täytetään täyttömateriaalilla. Tässä raportissa tarkastellaan sijoitustuoneleiden täyttämistä murskeen ja bentoniitin sekoituksella. Loppusijoitustilojen rakentamisvaihe käynnistyy 201 0-luvun alkupuolella. Rakentamisvaiheen työt ajoitetaan siten, että loppusijoittaminen voidaan aloittaa vuonna 2020. Osa tilojen rakennustöistä tehdään vuoden 2020 jälkeen loppusijoitusvaiheen aikana. Kapseleiden sijoitustehokkuus on keskimäärin 60 kapselia vuodessa, jolloin sijoitusvaihe kestää noin 23 vuotta. Suurin mahdollinen sijoitustehokkuus on 100 kapselia vuodessa (Kukkola 1999a). Nykyisten ydinvoimalaitosten 40 vuoden käytön aikana syntyvän jätemäärän loppusijoittamiseen tarvittavien kalliotilojen louhintatilavuus on noin 400 000 m 3 (Taulukko 1-1 ja Kuva 1-1) (Riekkola et al. 1999). Tilat muodostuvat varsinaisista sijoitustunneleista, niitä yhdistävästä keskustunnelista sekä muista aputiloista ja koiluista. Sijoitustuoneleiden pohjaan porattujen sijoitusreikien kokonaismäärä on 1400 kappaletta, ja niiden välinen etäisyys on 8 m. Perusratkaisussa sijoitustunnelit on asemoitu säännöllisesti toisiinsa nähden olettaen, että se on kallioperän puolesta mahdollista. Sijoitustunneteiden pituus on tällöin noin 200 m. Sijoitustunnelin periaatteellinen mitoitus on esitetty Kuvassa 1-2. TYÖKUILU HENKILÖKUILU KAPSELIKUILU TEKNISET TILAT KÄ YTTO JA KÄYTÖs TAPOISTOJA TEHALLI Kuva 1-1. Loppusijoitustilojen perusratkaisu 1400 kapselille.

4 Sijoitustunnelin poikkipinta-alan ollessa noin 14,0 m 2 ja suurimman sijoituskapasiteetin noin 2 kapselia, eli 16 tunnelimetriä viikossa, saadaan täyttömateriaalin menekiksi noin 224 m 3 viikossa. Tämä vastaa keskimäärin noin 45 m 3 päivittäistä tarvetta. Sijoitustuoneleiden täytön tehokkuudeksi käytännössä on kuitenkin tässä raportissa valittu noin yksi sijoitustunnelimetri tunnissa ( 1 tunn.mlh). Taulukko 1-1. Loppusijoitustilojen louhintatilavuudet (Riekkola et al. 1999). Tila Tilavuus, m 3 Tutkimusperät 1200 Sijoitustunnelit 209 200 Sijoitusreiät 24 770 Keskustunneli 73 780 Lastauspaikat 830 Käyttö- ja käytöstäpoistojätehalli 3 730 Työkuilun alapäähän liittyvät tilat 23 200 Tunneli kapselikuilulle 1760 Henkilökuilun alapäähän liittyvät tilat 4020 Henkilökuilu 10 850 Kapselikuilu 17 010 Työkuilu 27 780 Yhteensä 398 130

5 SIIRRETTÄVÄ VALVONTA-ALUEEN RAJA KOKONAISPITUUS 214 75 m 3750: :.' 8000 27000 10000 5000 6000 6000 SIIRRETTÄVÄ VALVONTA-ALUEEN RAJA..Q_=-.Q.. 0 LI) C: 0 LI) <0 C\1 A=14,00 rrf 0 g! $2 ~ 3500 q 1752 : Kuva 1-2. Sijoitustunneleiden periaatteellinen mitoitus.

6 2 TÄYTTÖMATERIAALIN KOMPONENTIT 2.1 Bentoniitti Loppusijoitustilat täytetään bentoniitin ja murskeen sekoituksella. Bentoniitti on savea, joka märkänä on plastista ja liukasta. Kuivattuna ja hienoksi jauhettuna se on erittäin pölyävää ja tuntuu liukkaalta sekä vahamaiselta. Loppusijoitustiloissa bentoniitin käyttö perustuu sen ominaisuuteen paisua joutuessaan kosketuksiin veden kanssa. Paisuvana mineraalina bentoniitissa on montmorilliitti (Pusch et al. 1997). Bentoniittia esiintyy laajalti ympäri maapalloa aina muutaman centtimetrin paksuisista kerroksista useiden metrien paksuisiin kerrostumiin (Pusch et al. 1997). Yksistään Euroopan bentoniittiresursseiksi on arvioitu yli 10 10 m 3 Yhdysvaltojen resurssit ovat moninkertaiset verrattuna Euroopan resursseihin, ja koko maailman resurssit yli 1012 m3. Loppusijoitustilojen suunnittelussa referenssibentoniitiksi on valittu Voiclay Limitedin valmistama MX80 natriumbentoniitti. Bentoniittipitoisuus täyttömateriaalissa on 10-30 %. Lopullinen bentoniitin määrä ja laatu valitaan pohjaveden suolapitoisuuden perusteella. 2.2 Kivimurske Loppusijoitustilojen täyttömateriaalin runkoaineena käytetään murskattua kiviainesta. Runkoaineen tärkeimpiä ominaisuuksia lujuuden ja sopivan mineraalikoostumuksen lisäksi on hyvä tiivistettävyys, jotta jo asennusvaiheessa saavutetaan mahdollisimman korkea tiivistysaste. Täyttömateriaalin hyvään tiivistettävyyteen vaikuttavat runkoaineen raekokojakauma sekä raemuoto. Täyttömateriaalin raekooksi on esitetty 0-20 mm. Raemuodon tulisi olla mahdollisimman kuutiomainen. Raekokojakauman, eli rakeisuuskäyrän tulisi vastata Kuvassa 2.2-1 esitettyä niin sanottua Fullerin optimaalista käyrää, jotta saavutetaan paras tiiveys (Tolppanen 1998).

7 100 80 / -~ 0 - tb >- :i Q. :ca.j 60 40 20 0 0,001 0,01 --~- "'"', ~ ~~ "" / / 1 11 0,1 10 100 Raekoko (mm) Kuva 2.2-1. Fullerin optimaalinen rakeisuuskäyrä 5% läpäisyn vastatessa raekokoa 0, 01 mm ja maksimiraekoon ollessa 20 mm. 2.3 Vesi Täyttömateriaalin ves1p1totsuus on noin 10 tilavuusprosenttia. Murske ja hentoniitti sisältävät kuitenkin jo jonkin verran vettä, joten täyttömateriaaliin lisättävän veden määrä jää todennäköisesti noin 3-4 painoprosenttiin. Veden tulee olla puhdasta.

8 3 TÄYTTÖMATERIAALIN KOMPONENTTIEN SIIRTO JA VARASTOINTI 3.1 Murskeen siirto Loppusijoitustilojen täyttömateriaalin runkoaineena käytetään rakennusvaiheessa tiloista louhittua kiviainesta. Louhe murskataan maan päällä niin että raekokojakauma tulee täyttömateriaaliin sopivaksi. Maanpäälliseltä murskausasemalta murske siirretään ensin työkuilurakennuksen yhteydessä olevaan murskesiiloon, jonka koko on noin 20 m 3 (Kukkola 1999b ). Sen täyttö on jatkuvaa toimintaa, sillä siilon tarkoitus on toimia ainoastaan puskurivarastona murskeen annostelussa louheennostokappaan. Murske tuodaan murskausasemalta joko kauhakuormaajalla, kuorma-autolla tai dumpperilla ruppuen lopullisesta työkuilurakennuksen ja murskausaseman välisestä etäisyydestä. Siilosta murske syötetään ensin siilon alapuolella olevaan mittataskuun. Mittataskussa on painoanturi, joka ohjaa mursketta siirtävää syötintä. Mittataskuun punnitaan louheennostokappaan kerralla mahtuva murskemäärä, eli noin 10 tonnia, jonka jälkeen painoanturi pysäyttää syöttimen. Tämän jälkeen louheennostokapan saavuttua lastausasemaan, mittatasku tyhjennetään kerralla avaamalla sen pohjassa oleva sektoriluukku. Kapan lastaus on tällöin tehokasta, ja mittataskuun voidaan punnita seuraavaa annosta sillävälin kun kappaa tyhjennetään alhaalla. Järjestelmää käytetään yleisesti kaivoksilla. TylJkuilun yläpää o~ n Murskesiilo Mittataskun syljtin ~<J--+---- Q Mittatasku Louheennostokappa Kaatotaskun syljtin L oppusijoitustilat 0 Murskesiilo Kuva 3.1-1. Murskeen siirto loppusijoitustiloihin.

9 Louheennostokapan kapasiteetti riittää hyvin vaadittuun vähimmäistäyttönopeuteen 1 tunn.m/h. Louheennostokapassa voidaan keralla siirtää 10 tonnia mursketta, joka irtotiheydellä 1,6 t/m 3 vastaa noin 6 m 3 Täyttönopeudella 1 tunn.rnlh täytetään 14,0 m 3 tunnissa. Murskeen irtotilavuuskertoimella 1,2 ja 100% mursketäytöllä saadaan tunnissa tarvittavaksi murskemääräksi 16,8 m 3, joka vastaa noin 3 kapallista tunnissa. Murskeen siirto louheennostokapassa ei aiheuta ylimääräisiä pölyhaittoja, sillä murske ei ole louhetta pölyävämpää. Kuljetuksessa mahdollisesti tapahtuva lievä eri partikkelikokojen erottuminen ei haittaa, sillä runkoaine sekoittuu täyttömateriaalia sekoitettaessa. Runkoaineen satunnainen kastuminen siirron aikana ei vaikuta täyttömateriaalin kosteuspitoisuuteen, sillä täyttömateriaalin vesipitoisuutta tarkkaillaan ja säädetään valmistuksen aikana annoskohtaisesti. Tarpeen vaatiessa louheennostokappa voidaan pestä, jottei siitä pääse siirtymään epäpuhtauksia täyttömateriaalin runkoaineeseen. Loppusijoitustiloissa louheennostokappa tyhjennetään kapan pohjassa olevasta luukusta murskeenkaatotaskuun. Kaatotaskun alla on syötin, joka annostelee murskeen tasaisesti hihnakuljettimelle. Kappaa ei voida tyhjentää suoraan hihnakuljettimelle, sillä kuljettimet eivät kestä tätä. Kaatotaskun teholliseksi kooksi riittää noin 7 m 3, joka vastaa noin 10 tonnia mursketta tilavuuspainolla 1,5 t/m 3 Hihnakuljettimilla murske siirretään loppusijoitustilojen sekoittamassa SIJaitseviin murskesiiloihin. Hihnakuljetin koteloidaan, jotta murskeen siirrosta ei aiheudu ylimääräisiä pölyhaittoja. 3.2 Murskeen varastointi Loppusijoitustilojen murskesiilot toimivat murskeen varmuusvarastona. Niiden kapasiteetin tulee riittää vähintään yhden kapselin loppusijoituksen yhteydessä tehtävään sijoitustunnelin täyttöön. Edellä kappaleessa 1 todettiin, että tunnelin poikkipinta-ala on 14,0 m 2 ja kapselien välinen etäisyys 8,0 m. Murskeen tiheys täyttömateriaalissa on noin 1,9 t/m 3 ja irtotiheys noin 1,6 t/m 3, jolloin murskeen irtotilavuuskerroin on noin 1,2. Täyttömateriaalin hentoniittipitoisuuden ollessa 15 %, saadaan siilojen teholliseksi kooksi noin 115m 3 (Kaava 3.2-1). 3.2-1 Mikäli täyttömateriaalissa ei ole hentoniittia lainkaan, on siilojen koon oltava noin 135m 3 (Kaava 3.2-2). Vastaavasti, mikäli hentoniittipitoisuus on 30 %, riittää siilojen kooksi noin 95 m 3 (Kaava 3.2-3). 14,0 m 2 * 8 m * 1,2 = 134,4 m 3 14,0 m 2 * 8 m * 1,2 * 0,70 = 94,08 m 3 3.2-2 3.2-3 Siilojen teholliseksi kooksi on jatkosuunnitelmiin valittu 135 m 3

10 3.3 Bentoniitin siirto Bentoniittia toimitetaan loppusijoituslaitokselle noin 4000 tonnia vuodessa kun täyttömateriaalin hentoniittipitoisuus on 15 % ja kapselointilaitoksen vuosituotanto 60 kapselia vuodessa (Kukkola 1999h ). Kapselointilaitoksen yhteydessä toimivassa hentoniittilohkojen puristamossa käytetään vuodessa noin 1500 tonnia hentoniittia, ja loput noin 2500 tonnia menee työkuilun kautta loppusijoitustiloihin täyttömateriaaliksi. Bentaoiitti tuodaan kuorma-autoilla 20 jalan konteissa. Kontit puretaan kuorma-autoista hentoniittikonttikentälle. Kentälle mahtuu kerrallaan noin 100 konttia. Bentoniittikonttikentältä kontit siirretään lukkinosturilla työkuilurakennuksen yhteydessä olevaan välivarastoon. Lämpimään välivarastoon mahtuu kerrallaan viisi konttia, joiden keskimääräinen varastointiaika välivarastossa on noin pari viikkoa. Tänä aikana hentoniitti temperoituu konteissa vuodenajasta riippumatta sopivan lämpöiseksi. Koottien kapasiteetti on noin 20 tonnia. Konteissa hentoniitti on pakattuna 2000 kg:n suursäkkeihin, joiden tilavuus on 1,5 m 3 Kontit puretaan maanpäällisessä välivarastossa, josta hentoniitti siirretään maan alle suursäkeissä työkuilun tavarahissillä. Bentoniittisäkit siirretään hissiin trukilla. Hissin kapasiteetti on noin 10 tonnia, eli enintään 5 säkkiä kerralla. Maan alla säkit siirretään hissistä toisella trukilla sekoittamon yhteydessä olevaan bentoniittivarastoon. Säkkien siirrossa voidaan käyttää myös kumipyöräistä perävaunua, johon kaikki säkit lastataan. Tällöin kaikki säkit voidaan siirtää kerralla hissiin sekä hissistä pois seisottamatta tavarahissiä turhaan. Perävaunua voidaan vetää taikka työntää trukilla. 3.4 Bentoniitin varastointi Bentoniittivarastoon on mahduttava hentoniittia vähintään niin paljon, että se riittää yhden kapselin sijoittamisen yhteydessä tehtävään sijoitustunnelin täyttöön. Bentoniitin irtotiheyden ollessa 1,5 t/m 3 ja tiheys täyttömateriaalissa 1,9 t/m 3, on sen irtotilavuuskerroin noin 1,3. Varaston kooksi saadaan tällöin noin 44m 3, eli 30 säkillistä 30% hentoniittipitoisuudella (Kaava 3.4-1). 14,0 m 2 * 8 m * 1,3 * 0,30 = 43,68 m 3 3.4-1 Bentoniittivarastolle on sekoittamosta varattu lattiapinta-alaa noin 126m 2 Säkkejä siirretään varastossa siltanosturilla, jolloin säkit voidaan varastoida aivan vierekkäin. Yhden säkin tilantarve on tällöin sen pohjapinta-ala, eli 0,81 m 2 Varastoon mahtuu noin 155 säkkiä, eli noin 5 kapselin tarve 30% hentoniittipitoisuudella. Bentoniittivaraston ylimitoituksella voidaan tasata työkuilun hissin kuljetuskapasiteetin kuormitushuippuja. Täyttövaiheessa hissillä ei tarvitse tuoda hentoniittia, vaan koko kapasiteetti voidaan hyödyntää murskeen siirrossa.

11 Maanalaisesta hentoniittivarastosta suursäkit tyhjennetään sekoitusaseman hentoniittisiiloon. Säkkien pohjassa on tyhjennysventtiili (Kuva 3.4-1), jonka kautta säkit tyhjennetään siiloon ilman pölyhaittoja. Siilosta hentoniitti siirretään ruuvikuljettimella sekoittimeen, jossa se sekoitetaan runkoaineeseen ja veteen. Bentoniittisiilon tarkoitus on toimia täyttömateriaalin sekoituksessa hentoniitin puskurivarastona. Siilon kooksi riittää noin 15 m 3, joka vastaa noin 3 tunnin täyttömäärää 30 % hentoniittipitoisuudella. Suuremmassa siilossa hienorakeinen hentoniitti saattaa holvautua herkemmin. Nostopiste Täyttöventti r/>350-450 1150 Tyhjemysventti r/j 35Q-450 / 900 900 Kuva 3.4-1. Suursäkki. 3.5 Vesi Täyttömateriaalin valmistuksessa tarvittava makea vesi otetaan joko loppusijoitustilojen vedenselkeytysaltaista tai vesijohtoverkostosta. Mikäli selkeytysaltaitten vesi on liian suolaista, käytetään työkuilua pitkin tuotavaa puhdasta vettä.

12 4 TÄYTTÖMATERIAALIN SEKOITUS, VARASTOINTI JA SIIRTO 4.1 Sekoituksen periaate Loppusijoitustilojen täyttömateriaalina käytettävä murskebentoniitti sekoitetaan maan alla loppusijoitustiloissa. Täyttömateriaalin murske sekä hentoniitti tuodaan maan alle työkuilua pitkin. Vesi otetaan joko työkuilun läheisyydessä sijaitsevasta kierrätysveden pumppaamosta tai työkuilua pitkin maan päältä makean veden linjasta. Täyttömateriaalin sekoituslaitteistot on loppusijoituslaitoksen perusratkaisussa sijoitettu sekoittamaan, joka sijaitsee työkuilun läheisyydessä. Tällöin murskeen, bentoniitin ja veden siirtoetäisyydet jäävät maan alla mahdollisimman lyhyiksi. Täyttömateriaalin menekin kuormitushuippuja voidaan tasata varastoimaila bentoniittia riittävästi sekoitusaseman yhteyteen sijoitetussa bentoniittivarastossa. Kuormitushuipun aikana hissillä lasketaan alas pelkkää mursketta, jolloin valmiin täyttömateriaalin menekki voi olla suurempi kuin hissin kapasiteetti. Maanalainen sekoitusasema on täyttömateriaalin menekin kannalta joustava vaihtoehto. Murskebentoniitti sekoitetaan yksittäisinä annoksina. Annoksen oikea seossuhde varmistetaan punnitsemalla annoskokoon tarvittavat kiintoainekset joka kerta erikseen. Jokaisesta sekoitetusta annoksesta otetaan näyte laadunvalvontaa varten. Pikaanalysointimenetelmällä näyte analysoidaan ennen annoksen sijoittamista tunnelin perälle. Murskebentoniitti siirretään sekoittamosta suoraan täytettävään tunneliin ajoneuvolla, jossa eri partikkelikokojen ja veden erottuminen voidaan estää pyörittämällä säiliötä kuljetuksen aikana. 4.2 Täyttömateriaalin sekoituslaitteet Sijoitustuoneleiden täyttömateriaali sekoitetaan betonin sekoittamiseen tarkoitetuilla laitteilla. Rakennusvaiheessa valmiin betonimassan tarve on niin suuri, että betoniaseman tuonti maan alle on perusteltua. Rakennusvaiheen jälkeen käyttövaiheessa betonimassan tarve vähenee, jolloin betoniasemaa käytetään täyttömateriaalin sekoittamiseen (Kuva 4.2-1 ). Ruiskubetonin valmistamiseen tarkoitettuja siirrettäviä betoniasemia valmistaa Steel-Kamet Oy. Kalajoella toimivan yhtiön toiminta on keskittynyt betoni- ja prosessiteollisuuden koneiden ja laitteiden suunnitteluun, valmistukseen ja asennustoimintaan. Standardituotteita ovat betoniasemat, betonisekoittimet, ruuvi- ja hihnakuljettimet, sekä siilot ja poistoilmansuodattimet. Ruiskubetoniasema tekee ennalta ohjelmoidun reseptin mukaan automaattisesti valmiin annoksen, jonka koko voi vaihdella välillä 0,1-9,9 m 3 laitteiden kokoonpanosta riippuen. Laitteiston logiikka ohjaa runkoaineen hihnavaakaa, sideainevaakaa sekä vesivaakaa, joilla mitataan oikeat osakomponenttien massat. Vaakojen punnitustulokset

13 saadaan näytölle ja voidaan tarvittaessa tulostaa jokaisesta tehdystä annoksesta saatavaan annosraporttiin. Annoksen notkeutta mitataan sekoittimen moottorin tehomittauksella. Notkeus voidaan ennalta määritellä halutuksi, ja antaa laitteiston logiikan suorittaa notkeuden säätö automaattisesti. Steel-Kametin betoniasema muodostuu erillisistä moduleista, jotka voidaan kuljetuksen ajaksi irroittaa toisistaan ja lastata kolmeen rekka-autoon. Aseman kasaaminen käyttökuntoon ei vaadi erillisiä kiinteitä perustuksia. Asema sisältää siilot sekä vaa' at runkoaineelle ja sementille. Siirrettävien runkoainesiilojen koko on yleensä noin 45-60 m 3 (Kuva 4.2-1 ). Siirrettävän ruiskubetoniaseman runkoainesiilot koostuvat kahdesta tai kolmesta peräkkäin olevasta siilosta. Niiden kapasiteetti on kuitenkin Sijoitustunnelien täyttötyöhön liian pieni, ja ne ovat liian kookkaita yhtenä kokonaisena kappaleena kuilua pitkin alas laskettaviksi. Runkoainesiilojen kapasiteettia on kasvatettu, ja ne on suunniteltu loppusijoitustiloihin paremmin soveltuviksi. Runkoainesiilojen tulee muodostua elementeistä, joiden lopullinen kokoaminen tehdään vasta paikanpäällä sekoittamassa (Kuva 4.2-2). Kuvissa 4.2-3 ja 4.2-4 on esitetty ratkaisu, jossa siilosto muodostuu kahdesta 67,5 m 3 siilosta. Betoniaseman kapasiteetti on noin 30-50m 3 valmista betonia tunnissa rnppuen käytetystä sekoittajasta. Tämä riittää hyvin täyttömateriaalin sekoittamiseen. Sijoitustunnelien täyttönopeus on noin 1 tunn.mlh, joka vastaa 14 m 3 tunnissa. Loppusijoitustilassa betoniasema asennetaan kiinteästi sekoittamoon. Sen ei tarvitse olla ensimmäisen pystytyksen jälkeen siirrettävissä, mutta koostuessaan erillisistä moduleista, se on helpompi siirtää kuilua tai vinoramppia pitkin loppusijoitustiloihin. Hihnakuljetin Murskesiilot Sekoitin Bentoniitti Hihnakuljetin Ruuvikuljetin Kuva 4.2-1. Ruiskubetoniasema, jossa loppusijoitustilojen täyttömateriaali sekoitetaan murskeesta, vedestä ja bentoniitista.

14 Kuva 4.2-2. Esimerkki elementeistä koostuvasta siilosta (Antti-Teollisuus Oy). 5750 5250 0 0> M M 0 0 (0 LI) Kuva 4.2-3. Luonnos loppusijoitustilojen sekoittamon murskesiilosta, jonka kapasiteetti on 67,5 m 3

15 / Leikkaus A - A TYÖKUILU HALLI SÄHKÖLAITE TILA SEKOITTAMO!----- ~-- - - ----, -.C -~-1 1 1!! BENTONIITTIVARASTO TYÖKUILU HALLI Kuva 4.2-4. Murskesiilojen sijoitus loppusijoitustilojen sekoittamaan. 4.3 Täyttömateriaalin siirto Täyttömateriaalia ei sekoiteta varastoon, vaan se toimitetaan aina sekoittamisen jälkeen suoraan täytettävän tunnelin perään. Täyttömateriaaliannos lastataan sekoittamassa kuljetukseen sopivaan ajoneuvoon, joka toimittaa sen täytettävään tunneliin. Ajoneuvoja tulee olla riittävän monta, jotta tunnelin täyttö saadaan jatkuvaksi prosessiksi. Valmiin betonin kuljetukseen käytetään yleisesti niin maan päällä kuin allakin ajoneuvoja, joissa on pyörivä säiliö. Säiliön sisällä on levyjä, jotka on asennettu vinottain säiliön seinämään muodostaen ruuvimaisen pinnan. Säiliötä pyörittämällä levyt siirtävät massaa säiliön sisällä. Pyörityssuuntaa vaihtamalla massan siirtosuuntaa säiliössä voidaan muuttaa. Siirtämällä massaa säiliön ompinaista päätyä kohden, saadaan massaa sekoitettua esimerkiksi kuljetuksen aikana. Vastakkaiseen suuntaan pyörittämällä säiliö tyhjenee massan purkautuessa ulos säiliön avonaisesta takapäästä. Murskebentoniitin siirrossa ei voida käyttää perinteisiä kuorma-autoja tai dumppereita, sillä loppusijoitustunnelin korkeus ei riitä kuorma-auton tai dumpperin lavan kippaamiseen. Täyttömateriaali tulee myös voida siirtää kuljetusajoneuvosta täyttö- ja tiivistyskoneeseen, jolloin täyttömateriaalin purku tulee olla täsmällisempää kuin kasaan kippaaminen.

16 Valmiin murskebentoniitin siirtoon voidaan käyttää kaivosolosuhteisiin tarkoitettua betoninkuljetusajoneuvoa. Sopiva ajoneuvo löytyy esimerkiksi Normet Oy:n valikoimista. Normet Oy on vuonna 1962 perustettu, Iisalmessa sijaitseva konepaja, joka suunnittelee, valmistaa ja markkinoi kaivos- ja tunnelirakentamisen erikoisajoneuvoja. Normetin Variomec 1050M on runko-ohjattu pyöriväliä säiliöllä varustettu betoninkuljetusajoneuvo (Kuva 4.3-1 ). Säiliön pyörityssuunta sekä -nopeus ovat vapaasti kuljettajan valittavissa. Ajoneuvon huippunopeus on 25 km/h, ja säiliön maksimikapasiteetti 100% täytöllä 5,2 m 3 tai 8000 kg. Variomec 1050M pohjautuu Multimec 1000 runkoon, jonka muut variaatiot ovat V ariomec 1 060D dumpperi 6 m 3 lavalla ja V ariomec 1905B koripuomiajoneuvo. 2200 1650 2500 Kuva 4.3-1. Normetin Variomec 1050M betoninkuljetusajoneuvo 5m 3 säiliöllä (Normet Corporation). pyöriväliä

17 5 TUNNELEIDEN TÄYTTÖTEKNIIKKA JA -LAITTEET 5.1 Loppusijoitustunneleiden täytön periaate Sijoitustuoneleiden täyttö aloitetaan tunnelin perästä edeten yhden reikävälin kerrallaan kohti keskustunnelin puoleista päätä. Täyttö tapahtuu vinokerroksin (Kuva 5.1-1). Kerrosten paksuuteen sekä täyttökulmaan vaikuttavat niin materiaalin ominaisuudet kuin tiivistyksen tehokkuus. Täyttömateriaalirintauksen pinta-ala sekä pituus tunnelin suunnassa riippuvat vinokerrosten kulmasta. Vinokerroksen maksimijyrkkyyteen vaikuttaa täyttömateriaalin materiaaliominaisuudet Liian jyrkässä kulmassa oleva vinokerros saattaa sortua tai ainakin löyhtyä kapseleiden asennuksen aikana. Täyttömateriaalirintauksen pituus tunnelin suunnassa vaikuttaa täyttöetäisyyteen, joka taas vaikuttaa esimerkiksi tiivistyksessä käytettävän koneen dimensioihin sekä täyttömateriaalin levittämiseen. Vinokerroksen kulman loiventuessa tunnelin yläreunaan jäävä vaikeasti täytettävä tila pitenee, ja sen etäisyys täyttörintaman alareunasta kasvaa. Sopiva täyttökulma saattaisi olla esimerkiksi materiaalin sisäinen kitkakulma vähennettynä 5 asteella. Tällöin materiaali pysyy hyvin vinokerroksessa, mutta kerroksen pituus ja pinta-ala ovat mahdollisimman pieniä. Tässä raportissa tuoneleiden täyttö oletetaan tehtävän 40 asteen kulmassa. Kuva 5.1-1. Sijoitustunneleiden vinokerrostäytön periaate.

18 Kappaleessa 4.3 todettiin, että murskebentoniitin kuljetuksessa käytettävän Normet Variomec 1050M betoninkuljetusajoneuvon säiliön tilavuus 100% täytöllä on 5,2 m 3. Olettaen, että yhden täyttömateriaalierän kokoa pystytään kasvattamaan siten, että tehollinen kapasiteetti olisi 5,6 m 3, saadaan yhdellä erällä täytettävän kerroksen tilavuudeksi irtotilavuuskertoimella on 1,2 noin 4,67 m 3. Vinokerrokseen levitettynä ja tiivistettynä yhden täyttömateriaalierän pituus tunnelin suunnassa on tällöin noin 33 cm ja paksuus on noin 21 cm (Kuva 5.1-2). Mikäli täyttökerroksen pituutta tunnelin suunnassa halutaan lisätä esimerkiksi 0,5 metriin, tulee täyttökerroksen paksuuden olla 32 cm ja yhden täyttömateriaalierän tilavuus 8,4 m 3. Tunneleita täytetään vaiheittain siten, että kerrallaan täytetään 1-2 kapselin osuus sijoitustunnelista. Täyttötyö lopetetaan siten, että täyttömateriaalin ja seuraavan tyhjän sijoitusreiän väliin jää noin 2 metrin osuus tunnelia (kuva 5.1-3). Olettaen, että täyttö tehdään vinokerroksina 40 asteen kulmassa, on etäisyys sijoitusreiän yläpinnasta viimeisen täyttökerroksen yläpintaan noin 2, 7 m. 333 5244 Si Kuva 5.1-2. Täyttömateriaalikerroksen paksuus. ---~----- -- -- -

19-5244 2000 6248 Kuva 5.1-3. Täyttökerroksen paksuus. 5.2 Täyttökone Loppusijoitusunneleiden täyttö perinteisin menetelmin esimerkiksi lastauskoneella tai kauhakuormaajalla ei ole mahdollista, sillä kauhat ovat joko liian isoja ja kömpelöitä tai pieniä ja tehottomia. Tunneleiden mahdollisimman täydellinen täyttö on edellytys hyvän kokonaistiivistysasteen saavuttamiseen. Täytön tehokkuus pitää olla riittävä, jotta tunneleiden täyttö etenee muiden loppusijoitusvaiheiden kanssa samassa tahdissa. Täyttömateriaalin levitykseen ja tiivistykseen käytettävän koneen toimintaedellytyksiä asettaa murskebentoniitin halutun tiivistysasteen ja levitysnopeuden lisäksi myös sijoitustuoneleiden kapeus, mataluus ja pituus. Sijoitustunneleiden leveys 3,5 m ei käytännössä riitä kahden ajoneuvon ohitukseen tunnelissa. Täyttömateriaalin kuljetusajoneuvon leveys on noin 2 m, jolloin 0,1 m leveillä suojaetäisyyksillä ohitettavan ajoneuvon maksimileveydeksijäisi ainoastaan 1,2 m. Sijoitustuoneleiden pituudesta johtuen ei ole kannattavaa, että täyttötyöhön käytettävä kone ajaa tunnelista ulos siksi aikaa kun kuljetusajoneuvo käy tyhjentämässä täyttömateriaaliannoksen tunnelin perälle. Normaalin tela-alustaisen työkoneen maksiminopeus on yleensä noin 5 km/h (1,39 m/s), jolloin 200m pitkän tunnelin pelkkä ajoaika yhteen suuntaa olisi noin 2 Y2 minuuttia. Jos yhden täyttömateriaaliannoksen tyhjentämiseen tunnelin perälle kuljetusajoneuvolla kestäisi noin 5 minuuttia, olisi täyttö- ja tiivistyskoneen kokonaisodotusaika yhtä täyttömateriaaliannosta kohden noin 10 minuuttia.

20 Täyttömateriaali on siis siirrettävä kuljetusajoneuvosta täyttötyöhön käytettävän koneen ohi täytettävän tunnelin perälle. Täyttökoneen ei tällöin tarvitse siirtyä, eikä poistua täytettävästä tunnelista kesken täyttötyön. Murskebentoniitin kuljetusajoneuvo voi purkaa lastin keskeyttämättä täyttökoneen työtä, ja tunnelin täyttämistä voidaan tehdä mahdollisimman tehokkaasti jatkuvana prosessina. Yksi ratkaisu täyttömateriaalin siirtoon täyttö- ja tiivistyskoneen ohi on, että täyttömateriaali siirretään täyttökoneen läpi hihnakuljettimella. Kuljetusajoneuvo tyhjentää säiliön täyttökoneen takana olevaan syöttökaukaloon. Hihnakuljetin siirtää täyttömateriaalin koneen läpi sen etupuolelle. Täyttömateriaali levitetään tunnelin perälle hihnakuljettimen etupäähän asennetulla hihnasingolla (ks. luku 5.3). Täyttömateriaali tasataan ja tiivistetään täyttökoneen etupuolella olevan puomiston päähän asennetulla tärylevyllä (ks. luku 5.4). Tärylevy ja sitä käyttävä puomisto suunnitellaan ja muotoillaan siten, että niillä pystytään tiivistämään 40 asteen kulmassa oleva vinokerros ja etenkin tunnelin katonraja. Täyttö- ja tiivistyskoneen alustaratkaisun tulee olla sellainen, että koneen on mahdollista liikkua sekä työskennellä tunnelissa lattian poiston jälkeen. Lattiaa poistetaan kuitenkin vain yhden kapselivälin matkalta kerrallaan, joten ajomatkat hankalissa olosuhteissa ovat hyvin lyhyet. Tarvittaessa koneeseen voidaan asentaa hydraulijalat, joilla se on mahdollista tukea suoraan asentoon epätasaisella pohjalla tiivistystyön ajaksi. Kuvassa 5.2-1 on esitetty luonnos loppusijoitustunneleiden täyttö- ja tiivistyskoneesta. Siinä mekaaniseen louhintaan tarkoitettu kone on muutettu täyttö- ja tiivistystyöhön soveltuvaksi. Hihnakuljetin on asennettu siten, että täyttömateriaalin kuljetusajoneuvo voi tyhjentää lastin koneen takapäässä olevaan syöttökaukaloon. Hihnakuljetin siirtää täyttömateriaalin koneen läpi sen etupuolelle. Täyttömateriaali levitetään tunnelin perälle vinokerrokseen hihnakuljettimen päähän asennetulla hihnasingolla. Kauhan ja iskuvasaran tilalla on tärylevy, jolla täyttömateriaali tasataan ja tiivistetään. Loppusijoitustunneleiden täyttö- ja tiivistyskone voi perustua myös tavalliseen telaalustaiseen kaivinkoneeseen (Kuva 5.2-2). Tällöin kaivinkoneen yläosan pyörityskoneisto korvataan hihnakuljettimella, ja yläosa asennetaan kiinteästi tela-alustaan. Hihnakuljettimen toisessa päässä on syöttökaukalo ja toisessa hihnasinko. Kauhan tilalle asennetaan tärylevy. Tärylevyn sivusuuntaista siirtoa varten puomisto tulee muuttaa kiinnityskohdastaan myös sivusuunnassa kääntyväksi. Kaivinkoneiden perustoiminnot ovat pääsääntöisesti toteutettu hydrauliikan avulla, ja kaivinkoneen varsinainen moottori käyttää ainoastaan hydraulipumppua, jolloin muutokset ja lisäykset ovat suhteellisen yksinkertaisesti toteutettavissa.

21 ~ ///////////////// ///////////////////////////////////////////////////////// Hihnakul jetin Kuva 5.2-1. Loppusijoitustunneleiden täyttö ja tiivistyskoneen luonnos. a) b) Kuva 5.2-2. Luonnos periaatteesta, jolla tavallinen kaivinkone muutetaan loppusijoitustunneleiden täyttö- ja tiivistyskoneeksi.

22 5.3 Täyttömateriaalin linkous Loppusijoitustunneleiden täyttömateriaalin levityksessä 40 asteen vinokerrokseen voidaan käyttää samaa tekniikkaa kuin esimerkiksi Outokummun Keretin kaivoksella on käytetty täyttölouhinta (Cut-and-Fill) tyyppisen louhinnan yhteydessä. Täyttölouhinnan ensimmäisessä vaiheessa malmiesiintymään louhitut tunnelit täytetään ennen seuraavassa vaiheessa louhittavia tiloja. Tyhjät tilat täytetään yleensä sivukivimurskeen ja rikastamon kuonan sekä sementin seoksella. Täyttömateriaalin tehokkaaseen ja nopeaan levitykseen Keretin kaivoksella käytettiin Normet Oy:n valmistamia hihnasinkoja. Kaivosdumpperin perään asennetuilla hihnasingoilla täyttömateriaali singottiin täytettävään peraan (Kuva 5.3-1). Täyttömateriaalina käytettiin maakosteaa louhetta (partikkelikoko max 50 mm), johon oli sekoitettu joko kuonaa tai sementtiä. Dumpperin lava oli varustettu puskulevyllä, joka työnsi täyttömateriaalin lavan takana olevaan hihnasingon syöttökaukaloon. Puskulevyn sijasta lavassa voidaan käyttää hihna- tai ruuvipohjakaukaloa tai lavan sijaan voidaan käyttää pyörivää säiliötä. Hihnasinkojen toiminta perustuu suurella nopeudella pyonvaan hihnaan sekä hihnateloihin (Kuva 5.3-2). Materiaali syötetään hihnan ja niin sanotun syöttötelan tai 1okeropyörän ~ väliin, joka puristaa materiaalin tiukasti hihnaa vasten. Tämä lisää huomattavasti niiden välistä kitkaa, minkä seurauksena materiaali saavuttaa nopeasti lyhyelläkin matkalla lähes hihnan nopeuden. Normetin hihnasingossa hihnan nopeus on noin 20 rnls, jolloin singon kapasiteetti yli 1 m 3 /min. Hihnaa pyöritetään joko sähkö- tai hydraulimoottorilla, jonka minimiteho on noin 50 kw. Hihnasinkoa voidaan kääntää vaakatasossa noin 90 astetta ja pystysuunnassa noin 30 astetta. Materiaalin maksimi heittoetäisyys on yli 30m ja maksimi heittokorkeus noin 8 m (Nieminen & Koskinen 1987) (Kuva 5.3-3). Kuva 5.3-1. Nonnetin hihnasingon toimintaperiaate kaivosdumpperin perään asennettuna (Nieminen & Koskinen 1987).

23 Kuva 5.3-2. Normetin hihnasingon pääpiirustukset (Nieminen & Koskinen 1987). H Lmin L L teor Kuva 5.3-3. Täyttömateriaalin lentorata. H on noin 8 m ja L on yli 30m (Nieminen & Koskinen 1987).

24 5.4 Täyttömateriaalin tiivistys Maaperään tärytyksellä aikaansaadut paineaallot pienentävät voimakkaasti maapartikkelien välistä kitkaa, jolloin tärylaitteen painon vaikutuksesta maa tiivistyy. Tiivistysvaikutus riippuu useista eri tekijöistä, joista tärkeimmät ovat laitteen kokonaispaino, pintapaine, leveys ja pituus, tärytyksen frekvenssi ja amplitudi, keskipakoisvoima sekä epäkeskomassan aiheuttama momentti. Jos amplitudi kuitenkin kasvaa liikaa, saattaa tiivistettävän kerroksen pinta löyhtyä (Pohjarakennus, RIL 95 1974). Maaperän tiivistyminen täryttämällä on myös riippuvainen maaperän vesipitoisuudesta, raekoosta ja tiivistysajasta. Tärylevyihin erikoistunut suomalainen Marakon Oy valmistaa ja myy kaivinkoneisiin, traktorikaivureihin, pienkuormaajiin ja muihin työkoneisiin aseunettavia Kenguru-merkkisiä tärylevyjä (Kuva 5.4-1). Tärylevyt toimivat peruskoneen hydrauliikalla. Tehokkaimman mallin, TL300, paino on 900 kg, täryvoima 8990 kg ja peittoala 0,8 m 2 Kuvassa 5.4-2 on esitetty Marakon Oy:n TL300-mallilla tehdyn tiivistyskokeen tiivistysaste syvyyden funktiona. Tiivistysjakson kesto on ollut 20-40 sekuntia. Tiivistetty maa-aines on ollut hiekkapitoista soraa, jonka maksimiraekoko on ollut 50 mm (Kuva 5.4-3). Testituloksen mukaan tiivistettävän materiaalin pintakerros jää ensimmäisen 10 cm syvyyteen asti selvästi löyhemmäksi. Paras tiivistysaste 97,0 % saavutetaan syvyyden välillä 25-30 cm. Tämän jälkeen tiivistysaste jälleen heikkenee. Mikäli tiivistys tehdään kerroksittain, voidaan olettaa, että seuraavan kerroksen täryttäminen tiivistää myös edellisen kerroksen löyhemmän pintaosan. Tällöin kerrospaksuuden ja halutun minimitiivistysasteen valinnan määrääväksi tekijäksi muodostuu kuinka syvältä ja tehokkaasti seuraavan kerroksen halutaan tiivistävän edellisen kerroksen pintaosan. Kuvassa 5.4-4 on esitetty 20 cm paksuina kerroksina tehdyn täytön tiivistysaste. Minimitiivistysaste on tällöin 96,5 %. Sijoitustuoneleiden 40 asteen vinokerroksen pinta-ala on noin 22 m 2 Tällöin 0,8 m 2 peittoalalla ja 40 sekunnin tiivistysjaksolla saadaan koko vinokerroksen tiivistyksen kestoksi noin 18 minuuttia. Vinokerroksen paksuuden ollessa tunnelin suunnassa 0,33 m, saadaan teholliseksi tiivistysnopeudeksi noin 1,1 tunn.mlh. Tärylevyt, esimerkiksi Marakon Oy:n Kenguru-sarjan tärylevyt, on suunniteltu vaakakerrosten tiivistämiseen. Tärylevyt ovat kuitenkin rakenteeltaan yksinkertaisia, ja levyjen epäkeskomoottorit toimivat työkoneen hydrauliikalla. Tämän johdosta tärylevyn muuttaminen paremmin tunnelissa sijaitsevien vinokerrosten tiivistämiseen soveltuvaksi ei teknisesti pitäisi olla ongelma. Kuvassa 5.4-5 on esitetty luonnos täyttömateriaalin tiivistämiseen soveltuvasta tärylevystä.

25 Kuva 5.4-1. Peruskoneeseen asennettava tärylevy (Marakon Oy). 98,0 96,0 94,0 l 92,0 ~ ~ 90,0 ~ t= 88,0 86,0 84,0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Tiivistyssyvyys (m) Kuva 5.4-2. Kenguru TL300-mallin tiivistysaste syvyydenfunktiona (Marakon Oy). 100 90 BO 70 c 60 >- IlO 50 ~. Q,..J 40 30 20 10 _..lo.l-~ ~ / v~,,.,-"' 0 0,01 0,1 10 100 V Raekoko (mm) /... ~"'!'1 V / ~ ><' )1 Kuva 5.4-3. Marakon Oy:n tiivistyskokeessa käytetyn maaperän raekokojakauma.

26 98,0 96,0 ~.. 94,0 :.. 92,0 >- > 90,0 j: 88,0 86,0 84,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Tiivistyssyvyys (m) 1,2 1,4 1,6 1,8 Kuva 5.4-4. Tiivistysaste täytettäessä 20 cm paksuina kerroksina, jolloin minimitiivistysaste on 96,5 %. Kiinnityslaippa ~ Kuva 5.4-5. Luonnos tunneleissa tapahtuvan vinokerrosten tiivistykseen soveltuvasta tärylevystä.

27 6 YHTEENVETO Tässä raportissa tarkastellaan loppusijoitustunneleiden täyttämistä murskeen ja bentoniitin sekoituksella, eli murskehentoniitilla. Murskehentoniitin runkoaineena käytettävä murskattu kiviaines tuodaan maan alle louheen nostoon käytettävällä nostokapalla. Hentoniitti tuodaan maan alle tavarahissillä suursäkeissä. Murske varastoidaan maan alla murskesiiloissa ja hentoniitti säkeissä. Täyttömateriaali sekoitetaan loppusijoitustilojen sekoittamassa louhintatyömaakäyttöön tarkoitetulla siirrettävällä ruiskuhetoniasemalla. Täyttömateriaalia sekoitetaan noin 5-6 m 3 annoksissa, johon runkoaine, hentoniitti sekä vesi mitataan annoskohtaisesti ennen sekoittamista. Valmis täyttömateriaaliannos siirretään sekoituksen jälkeen suoraan täytettävään tunneliin. Täyttömateriaalin kuljetukseen käytetään maanalaisiin tiloihin tarkoitettua betoninkuljetusajoneuvoa. Eri partikkelikokojen erottuminen kuljetuksen aikana estetään pyörittämällä säiliötä ja sekoittamalla täyttömateriaaliannosta. Kuljetukseen käytettävä säiliöajoneuvo tyhjennetään täytettävässä tunnelissa pyörittämällä säiliötä vastakkaiseen suuntaan, jolloin sekoitussiivet tyhjentävät säiliön. Täyttömateriaalin tasaukseen ja tiivistykseen käytetään täyttö- ja tiivistyskonetta, jonka läpi menee hihnakuljetin. Säiliöajoneuvosta murskehentoniitti siirretään täyttö- ja tiivistyskoneen takaosassa sijaitsevan syöttökaukalon kautta hihnakuljettimelle. Koneen etupuolelle hihnakuljettimen päähän on asennettu hihnasinko, jolla täyttömateriaali levitetään tunnelin perälle. Täyttömateriaali levitetään ja tiivistetään noin 40 asteen kulmassa noin 20 cm paksuiksi vinokerroksiksi. Täyttömateriaali tasataan ja tiivistetään vinokerrokseen täyttö- ja tiivistyskoneen etuosaan puomiston päähän asennetulla tärylevyllä. Täyttö- ja tiivistyskone voi perustua tavalliseen tela-alustaiseen kaivinkoneeseen. Kaivinkoneen yläosan pyörityskoneisto korvataan tällöin hihnakuljettimella ja kauhan tilalle asennetaan tärylevy. Täyttö- ja tiivistyskone voi perustua myös mekaaniseen tunnelilouhintaan tarkoitettuun koneeseen, jolloin koneen läpi menevän hihnakuljettimen kallistusta tulee muuttaa ja korvata iskuvasara ja kauha tärylevyllä.

28 VIITTEET Kukkola, T. 1999a. Kapselointilaitoksen- ja prosessin kuvaus. Työraportti 99-28. Posiva Oy, Helsinki. Kukkola, T. 1999b. Loppusijoituslaitoksen maanpäällisten osien kuvaus. Työraportti 99-30. Posiva Oy, Helsinki. Nieminen, P. & Koskinen, M.K. 1987. Backfilling by Throwing- an altemative mine backfill. Orion Corporation Ltd, Normet Mining Equipment Division. Peltosalmi, Finland. Pohjarakennus, RIL 95. 197 4. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto. Helsinki. Pusch, R., Börgesson, L., Fredrikson, A., J ohannesson, L-E., Hökmark, H., Karnland, 0. & Sanden, T. 1997. The Buffer and Backfill Handbook, Part 2: Materials and Techniques. Clay Technology Lund AB. Lund. RiekkoJa, R., Saanio, T., Autio, J., Raiko, H. & Kukkola, T. 1999. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustilojen kuvaus. Työraportti 99-46. Posiva Oy, Helsinki. Tolppanen, P. 1998. Louhitun kiven käyttökohteet ja murskaus. Työraportti 98-40. Posiva Oy, Helsinki.