Host Rock Classification (HRC) system for nuclear waste disposal in crystalline bedrock

A new rock mass classification scheme, the Host Rock Classification system (HRC-system) has been developed for evaluating the suitability of volumes of rock mass for the disposal of high-level nuclear waste in Precambrian crystalline bedrock. To support the development of the system, the requirements of host rock to be used for disposal have been studied in detail and the significance of the various rock mass properties have been examined. The HRC-system considers both the long-term safety of the repository and the constructability in the rock mass. The system is specific to the KBS-3V disposal concept and can be used only at sites that have been evaluated to be suitable at the site scale. By using the HRC-system, it is possible to identify potentially suitable volumes within the site at several different scales (repository, tunnel and canister scales). The selection of the classification parameters to be included in the HRC-system is based on an extensive study on the rock mass properties and their various influences on the long-term safety, the constructability and the layout and location of the repository. The parameters proposed for the classification at the repository scale include fracture zones, strength/stress ratio, hydraulic conductivity and the Groundwater Chemistry Index. The parameters proposed for the classification at the tunnel scale include hydraulic conductivity, Q´ and fracture zones and the parameters proposed for the classification at the canister scale include hydraulic conductivity, Q´, fracture zones, fracture width (aperture + filling) and fracture trace length. The parameter values will be used to determine the suitability classes for the volumes of rock to be classified. The HRC-system includes four suitability classes at the repository and tunnel scales and three suitability classes at the canister scale and the classification process is linked to several important decisions regarding the location and acceptability of many components of the repository at all three scales. The HRC-system is, thereby, one possible design tool that aids in locating the different repository components into volumes of host rock that are more suitable than others and that are considered to fulfil the fundamental requirements set for the repository host rock. The generic HRC-system, which is the main result of this work, is also adjusted to the site-specific properties of the Olkiluoto site in Finland and the classification procedure is demonstrated by a test classification using data from Olkiluoto. Keywords: host rock, classification, HRC-system, nuclear waste disposal, long-term safety, constructability, KBS-3V, crystalline bedrock, Olkiluoto

HRC-luokitus on uusi kallioluokitusjärjestelmä, joka on kehitetty kallion soveltuvuuden arviointiin korkea-aktiivisten ydinjätteiden loppusijoitusta varten. HRC on lyhenne sanoista Host Rock Classification (sijoituskallion luokittelu). HRC-luokitus huomioi sekä sen, kuinka turvallista loppusijoitus on pitkän ajan kuluessa, että sen, kuinka hyvin loppusijoitustilat pystytaan rakentamaan luokiteltavaan kallioon. Luokitus soveltuu esimerkiksi Suomessa ja Ruotsissa suunnitteilla oleviin loppusijoitustiloihin, ja sitä voidaan käyttää muissakin maissa, joissa on samantyyppistä vanhaa (prekambrista), kovaa peruskalliota ja joissa loppusijoitustilat rakennetaan saman loppusijoituskonseptin (KBS-3V) mukaisesti. Luokitusta voidaan kuitenkin käyttää vain sellaisilla paikoilla, jotka on jo kokonaisuudessaan arvioitu soveltuviksi loppusijoitukseen. HRC-luokituksen avulla tällaisilla paikoilla voidaan tunnistaa loppusijoitukseen parhaiten soveltuvat kallio-osueet eri mittakaavoissa (tilojen, tunnelin ja loppusijoituskapselin mittakaavassa). HRC-luokitukseen sisältyvien luokitusparametrien valinta perustuu laajaan selvitykseen kallion ominaisuuksista sekä niiden erilaisista vaikutuksista loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuteen, kallion rakennettavuuteen sekä loppusijoitustilojen sijaintiin ja tilaratkaisuun. Luokitusparametreja ovat muun muassa kallion rikkonaisuusvyöhykkeet, vedenjohtavuus ja rakojen pituus. Parametriarvojen perusteella kalliotilavuudet voidaan luokitella eri soveltuvuusluokkiin. HRC-luokitukseen kuuluu neljä soveltuvuusluokkaa tilojen ja tunnelin mittakaavassa ja kolme soveltuvuusluokkaa kapselin mittakaavassa. Luokituksen avulla varmistetaan, että ennen tilojen rakentamista ja sen aikana tehtävät päätökset ja toimenpiteet huomioivat mahdollisimman hyvin myös kallion laadun ja soveltuvuuden. HRC-luokitus on siten eräs mahdollinen työkalu tilojen sijoittamiseksi kalliotilavuuksiin, jotka ovat paremmin soveltuvia kuin muut ja joiden katsotaan täyttävän loppusijoituskalliolle asetetut vaatimukset. Yleinen HRC-luokitus, joka on tämän työn pääasiallinen tulos, on myös sovitettu suomalaisen loppusijoituspaikan Olkiluodon paikkakohtaisiin ominaisuuksiin, ja Olkiluotoa koskevaa tutkimusaineistoa on käytetty luokituksen testaamiseen käytännössä.