1. 서 론
고준위방사성폐기물은 방사성 준위가 높고 붕괴 과정에서 다량의 열과 방사선을 방출하므로 인간과 자연 환경으로부터 영구적으로 격리하여 안전하게 관리해야 한다. 이를 위해 여러 국가에서는 고준위방사성폐기물의 영구 처분을 위한 다양한 기술적 방안을 연구하고 있으며 그중 가장 안전하고 실증된 방식으로 평가되는 것이 심지층처분방식이다.
심지층처분은 사용후핵연료를 인간 생활권으로부터 영구 격리하기 위해 내부식성과 내압성을 갖춘 금속 처분용기에 저장한 뒤 지하 500~1000 m 깊이의 자연 암반에 처분하는 개념이다. 지하 심부에 위치한 암반은 지진이나 기타 자연재해로부터 지표면보다 안정적인 지질환경을 제공함으로써 처분시설의 구조적 안정성을 높이며 동시에 인간 활동으로부터의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 심부 암반은 지구화학적 완충작용을 통해 방사성 핵종의 이동을 지연시키는 역할도 수행한다.
심지층처분시스템의 공학적방벽(Engineered barrier system, EBS)은 처분용기, 완충재, 뒤채움재 등으로 구성되며 이들은 처분장에서 방사성 핵종의 누출을 방지하기 위한 인공적인 차폐 시스템이다. 처분용기는 완충재와 뒤채움재로 보호되며 심부 암반은 천연방벽(Natural barrier)으로서 공학적방벽과 함께 다중방벽 시스템(Multi-barrier system)을 형성하여 방사성 핵종의 이동을 억제하는 역할을 한다. 공학적방벽의 일부인 콘크리트 플러그는 처분 시스템에서 구조물에 가해지는 하중을 견디고 완충재와 뒤채움재를 지지하는 기능을 수행한다. 이때 작용하는 주요 외력은 주변 지하수에 의한 정수압과 뒤채움재 및 벤토나이트 씰(Seal)의 포화로 인해 발생하는 팽윤압이다. 특히, 콘크리트 플러그는 벤토나이트 씰 자체가 수밀 차폐 기능을 수행하여 처분 터널에서 진입 터널(access tunnel)로의 지하수 및 핵종 이동을 차단한다(Malm, 2012).
심지층처분을 위한 콘크리트 플러그에 대한 국내 연구는 아직 활발히 이루어지지 않았으나, Park et al.(2011)은 압축공기 에너지 저장 공동의 콘크리트 플러그 형상에 따른 저장 공동의 안정성을 수치해석적 방법으로 평가한 바 있다. 이 연구에서는 강도감소법을 통해 플러그의 안전율을 분석하고 압축 공기의 압력을 5 MPa(압축 공기 생산 시 최소 압력)과 8 MPa(압축 공기 주입 시 최대 압력)로 설정하여 콘크리트에 발생하는 항복 영역의 부피비를 기반으로 안정성을 분석했다. 그 결과 암반에 근입된 테이퍼형 플러그가 원통형 및 쐐기형 플러그보다 더 우수한 역학적 안정성을 가지는 것으로 나타났으며 테이퍼형 형상이 응력 집중을 효과적으로 분산시키는 최적의 형상인 것으로 평가되었다. 또한 Park et al.(2000)은 지하 유류비축기지의 지하저장 공동에 설치되는 콘크리트 플러그를 대상으로 FLAC2D 및 3D 수치해석을 통해 역학적 및 수리적 안정성 평가했다. 이 연구에서는 암반과 콘크리트 접촉면의 상태 변화, 굴착손상대의 발생, 쐐기 깊이 변화 등 다양한 변수에 따른 플러그 거동을 분석하였으며 특히, 측압 계수, 심도, 플러그의 형상이 플러그의 안정성에 미치는 영향을 검토한 바 있다.
심지층처분환경은 위에서 언급한 압축공기 저장 시설이나 지하 유류 비축기지와는 심도, 작용 압력 등의 요구사항에서 차이가 있다. 따라서 본 고에서는 방사성폐기물 심층처분시설 중 처분터널의 콘크리트 플러그를 대상으로 하여 수밀성과 역학적 안정성을 실증적으로 평가한 스웨덴 KBS-3V 시스템의 Domplu 실규모 시험 사례를 분석하고 이를 바탕으로 플러그 설계 및 현장 시공에서 도출된 주요 시사점을 소개하고자 한다.
2. KBS-3V 실규모 돔 플러그 시험
2.1 시험 개요
스웨덴 Forsmark의 Äspö Hard Rock Laboratory (Äspö HRL)에서는 2012년부터 2014년까지 KBS-3V 처분 시스템의 처분 터널 플러그 설계 개념을 검증하고 성능을 개선하기 위한 실규모 돔 플러그 시험(DomPlu)이 수행되었다. KBS-3V 시스템은 사용후핵연료의 최종 처분을 목적으로 스웨덴에서 개발된 방식으로, 지표면으로부터 약 470 m 깊이의 결정질 암반에 건설되며 구리로 제작된 처분용기에 사용후핵연료를 밀봉한 뒤 지진활동이 거의 없는 안정한 지반 조건의 처분공에 배치하는 것이 특징이다. 처분용기는 벤토나이트 블록 및 펠릿 형태의 완충재로 둘러싸이며 저장 및 접근 터널 또한 동일한 재료로 뒤채움 처리된다. 처분 터널의 종단은 돔 형상의 콘크리트 구조물로 밀봉되어 뒤채움재의 유지를 보조하고 구조적 변형을 억제하며 하중을 주변 암반으로 전달하도록 설계된다(Fig. 1).
사용후핵연료 처분장은 전체를 한 번에 완공하는 방식이 아니라 일부 구역을 시공 및 운영하면서 순차적으로 확장된다. 이에 따라 처분 터널 플러그는 처분장 건설 및 운영 과정에서 처분 작업이 진행 중인 구역과 연결된 굴착 공간을 격리하는 역할을 수행한다. 또한, 처분장 폐쇄 후에는 플러그가 처분 터널로 유입되거나 유출되는 지하수 및 가스의 이동을 차단함으로써, 처분 시스템의 장기적 안전성을 확보하는 데 핵심적 역할을 한다. 따라서 플러그는 처분장의 위치와 심도에 따른 지하수압 조건(4 MPa)과 완충재 및 뒤채움재의 포화로 인해 발생하는 팽윤압 조건(2 MPa)에서도 고도의 수밀성과 구조적 안정성을 유지해야 한다(SKB, 2010b). 이를 위해 스웨덴에서는 Fig. 2와 같은 플러그 구성안을 바탕으로 구성 요소별 기능과 특성을 정의하였으며 각 요소의 설계 요구사항은 Table 1과 같다.
Fig. 2.
Schematic overview of the experiment design with the approximate lengths of individual components (Grahm et al., 2015)
Table 1.
Plug system components and their functional characteristics (Grahm et al., 2015, Vogt et al., 2009)
2.2 Domplu 시험 내용
Domplu 시험의 목적은 KBS-3V 처분 시스템을 위한 플러그 설계의 적합성과 안정성을 평가하고 입증하는 것이다. 이를 위해 Domplu 시험에서는 아래와 같은 현장시험을 실시하였다.
1) 4 MPa의 수압이 작용하는 조건에서의 플러그 거동 시험
2) 플러그의 기밀성을 평가하기 위한 기밀성 시험을
3) 콘크리트 플러그의 내하력 평가를 목적으로 한 강도 시험
2.2.1 4 MPa의 수압이 작용하는 조건에서의 플러그 거동 평가(가압 시험)
가압시험은 콘크리트 플러그와 굴착 공동 사이에 접촉 그라우팅을 실시한 후, 플러그 필터부에 물을 주입하여 벤토나이트 씰을 포화시킨 뒤 실시한다. 이후 물 공급을 중단하고 주변 암반으로부터 자연 유입 지하수만 고려하는 조건에서 플러그의 거동을 평가하였다. 당초 계획은 플러그 시스템에 최대 7 MPa 수준의 압력을 가압하는 것이었으나 벤토나이트 씰을 우회하는 암석 균열을 통해 누수가 발생함에 따라 압력은 4 MPa에서 안정적으로 유지되었으며 누수량은 약 1-2 L/h 수준으로 관찰되었다(Fig. 3). 가압 시스템은 최대 10 MPa까지 압력을 가할 수 있는 펌프를 기반으로 구성되었으며 유량은 최대 10 L/min까지 공급 가능한 설비로 설계되었다.
2.2.2 플러그의 기밀성을 평가(가스 누출 시험)
플러그 시스템의 핵심 성능 요구사항 중 하나는 운영 기간 동안 공기 및 지하수의 이동을 차단하는 것이다. SKB는 플러그 내부에 가스가 존재하지 않는 상태에서도 플러그가 처분장의 운영 기간 동안 기밀 상태를 유지해야 한다고 규정하고 있다. 또한 처분장 폐쇄 후 폐기물로부터 발생한 가스가 누출되며 완충재 및 뒤채움재 내 이동 경로를 형성하는 파이핑(piping) 현상이 유발될 수 있다. 이는 완충재 및 뒤채움재의 소실을 야기하여 장기적인 차수 성능을 저해할 수 있으므로 플러그 시스템은 해당 현상의 발생을 억제할 수 있는 수준의 기밀성을 확보해야 한다(SKB and Posiva, 2017).
이에 따라, 약 3년간 4 MPa의 일정한 수압 하에서 가압 시험을 실시한 후 시험 조건을 시험 부지의 자연 지하수압인 약 1.5 MPa로 낮추고, 배수관을 통해 잔류수를 완전히 제거한 뒤 가스 누출 시험이 진행되었다(Fig. 4). 이 과정에서 플러그 필터부는 헬륨 가스로 충전되었으며 약 3일간 필터 내부에 헬륨을 유지하여 잔류 수분을 완전히 제거하였다. 이후 필터 내 가스 압력이 안정적으로 유지되는 상태에서 콘크리트 돔 하부를 중심으로 스니퍼 누출 검출기를 사용하여 콘크리트 돔 하단 부분의 헬륨 농도를 검출한 결과, 유의미한 가스 누출은 관찰되지 않았다. 이를 통해 플러그 시스템은 요구되는 기밀성 기준을 충족함이 확인되었다(Åkesson, 2017).
2.2.3 콘크리트 플러그의 내하력 평가(강도 시험)
강도 시험은 콘크리트 돔 플러그의 하중 지지 능력을 평가하기 위해 수행되었으며 가스 누출 시험 이후에 실시되었다. 본 시험은 플러그 시스템이 실제 처분 환경에서 설계된 하중 조건을 견딜 수 있는지를 검증하기 위해 설계되었다. 시험 과정에서는 플러그 내부 필터를 통해 수압을 일시적으로 8.1 MPa까지 증가시켜 전체 플러그 시스템에 작용하는 총 작용 압력이 약 10 MPa에 도달하도록 하였다. 이때 약 100개의 센서를 설치하여 돔의 온도, 변형률 등의 변화를 실시간으로 계측하였다(Fig. 5).
LVDT (Linear Variable Differential Transformer) 변위계를 이용한 변위 측정 결과, 일부 구간에서 비선형 변형이 관측되었으나 이는 콘크리트 돔 내부에 구조적 균열이나 심각한 손상을 유발하지 않는 수준으로 판단되었다(Fig. 6a). 또한 하중 재하 전후의 변형률 비교 결과, 수치가 거의 동일한 수준을 유지함에 따라 콘크리트 플러그가 전반적으로 탄성 거동을 나타냄을 확인할 수 있었다(Fig. 6b).
2.2.4 비파괴 검사(Non-Destructive Testing, NDT)
콘크리트 돔 플러그의 구조적 안정성과 내부 결함 유무를 확인하고 향후 실제 처분장에서 활용 가능한 비파괴 검사 기법의 적용 가능성을 평가하기 위해 MIRA (Ultra-sonic pulse-echo concrete tomography) 및 GPR (Ground Penetration Radar) 기법을 적용했다(Kristensen, 2018, Malm et al., 2019). 두 방법 모두 콘크리트 내부의 미세한 결함이나 비정상적인 구조를 탐지하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 검사 결과, 콘크리트 돔 상단부에 존재하는 큰 공동과 같은 주요 구조적 이상을 식별하는 데에는 한계가 있는 것으로 파악되었다. 이러한 결과를 바탕으로 제안된 실제 처분 현장에 적용 가능한 비파괴 검사 프로그램의 구성 및 적용 방안에 대해 Table 2 및 Fig. 7에 정리하였다.
Table 2.
Location of defects which should be examined by NDT (Malm et al., 2019)
2.2.5 재료 샘플링 및 실험실 시험
본 시험은 KBS-3V 처분장에 적용하기 위해 개발된 저 pH 자기충전 콘크리트(Self-compacting low-pH concrete, B200)로 제작된 대형 콘크리트 돔의 재료 특성을 평가하고, 돔 플러그가 장기간에 걸쳐 안정적인 성능을 유지할 수 있는지를 검증하기 위해 수행되었다. 실험 샘플 채취를 위해 콘크리트 돔에서 코어 드릴링이 실시되었으며(Fig. 8), 콘크리트와 암반 간 결합 강도(Bond strength) 측정을 위한 샘플은 직경 150 mm의 드릴을 사용하여 콘크리트와 암석이 각각 50%씩 포함되도록 채취되었다. 이외의 재료 특성 시험용 샘플은 직경 95 mm의 드릴을 이용하였다. 수행된 재료 시험에는 압축 강도, 인장 강도, 밀도, 탄성계수(영률), 침투성, pH, 탄산화 깊이, 미세구조, 모세관 포화도 등 역학적 및 내구성 평가 항목이 포함되었다(Vogt et al., 2009, Enzell and Malm, 2019).
코어 샘플링과 육안 관찰 결과, 구조적 결함으로 판단될 수 있는 명확한 균열은 발견되지 않았으나, 일부 위치(H02)에서는 삼각형 형태의 공동이 관찰되었다. 이는 콘크리트 타설 과정에서 돔 상부의 체적이 완전히 채워지지 않았음을 시사한다. 그럼에도 불구하고, 재료 시험 결과는 콘크리트 구조물이 장기적인 처분장 환경 조건 하에서도 설계된 역학적 및 물리적 성능을 충족하고 안정적으로 유지할 수 있음을 보여주었다(Enzell and Malm, 2019).
Fig. 8.
The locations of drill cores with diameter 150 mm for investigation and in-situ test of bond strength between rock and concrete (Vogt., 2019)
2.2.6 해체
돔 플러그의 해체는 DomPlu 프로젝트의 최종 단계로서, 콘크리트 돔과 그 내부 시스템 및 재료들의 최종 상태를 종합적으로 평가하기 위해 수행되었다. 해체 작업은 두 단계로 구성되었다. 첫 번째 단계에서는 콘크리트 돔의 구조적 및 재료적 특성을 분석할 수 있는 시편을 채취하기 위해, 정사각형 형태의 seam drilling을 통해 코어 드릴링을 수행하였다(Fig. 9a). 두 번째 단계에서는 유압 해머를 이용하여 코어 드릴링 외에 손상되지 않은 추가 시편(intact sample)을 회수함으로써(Fig. 9b), 돔 내부의 구조적 건전성과 재료 상태를 보다 광범위하게 평가하였다.해체 과정에서 가장 주목할 만한 결과는, 비파괴 검사 과정에서 일부 탐지되었던 콘크리트 돔 상단의 대형 공동이 실제로 명확히 확인되었다는 점이다. 이는 콘크리트의 타설 및 양생 과정 중 상부에 공극이 형성될 가능성을 시사하며, 이러한 현상을 방지하기 위한 보다 정교한 시공 기술과 구조 설계의 필요성을 부각시킨다. 공동 형성을 방지하기 위한 설계적 검토 사항과 시공 기술의 개선 방안은 본 고의 2.3절에 상세히 기술하였다.
2.2.7 벤토나이트 시험
본 시험은 해체 과정에서 채취된 벤토나이트 씰과 뒤채움재 샘플을 분석하여, 운영 기간 동안 벤토나이트 씰의 거동을 평가하기 위해 수행되었다. 총 450개의 샘플이 0.6 m × 0.8 m 격자 패턴에 따라 벤토나이트 씰 내에서 채취되었으며(Fig. 10), 위치별 수분 함량에 대한 평가 결과(Table 3)에서는 필터에 인접한 BT5와 콘크리트 돔에 인접한 BT1에서 가장 높은 수분 함량이 나타났다. 반면, 씰 중앙부는 상대적으로 낮은 수분 함량을 보여주었으며, 이는 지하수가 벤토나이트 씰을 우회하여 유입되었을 가능성을 시사한다. 시험 기간동안 벤토나이트 씰은 2 MPa 미만의 팽윤압을 견디도록 설계되었으며 실험 결과를 통해 벤토나이트 씰과 뒤채움재의 장기 안정성 및 밀봉 능력을 확인할 수 있었다 (Åkesson et al., 2019).
Table 3.
Water content of bentonite seal (Enzell and Malm, 2019)
2.3 돔 플러그의 개선사항
2.3.1 콘크리트 돔 설계의 개선
Domplu 시험에서 발견된 돔 상단의 공동은 콘크리트 돔을 타설할 때 돔 상단에 공기가 포집되었으며 환기관(venting tubes)의 수가 공기를 배출하기에 충분하지 않았기 때문으로 파악되었다. 이에 대한 개선 사항으로는 플러그 상단에 더 큰 직경의 환기관 또는 추가 환기관을 설치하고 타설 과정을 모니터링하기 위한 센서나 거푸집 내부를 확인할 수 있는 카메라를 사용하는 것이 제안되었다. 또한, 저 pH 콘크리트의 유동성을 향상시키기 위해서는 작은 골재와 고성능 가소제로 구성된 수정된 콘크리트 혼합물을 사용하여 상단부를 충전하는 방안도 제시되었다(Enzell and Malm, 2019).
2.3.2 거푸집의 개선
거푸집은 콘크리트 타설 직후 하부에 발생하는 수평 압력과 양생 후의 수직 하중을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다(Fig. 11). 콘크리트 타설 중 타설 속도가 느리면 콘크리트 하부가 먼저 양생되어 결과적으로 거푸집에 가해지는 수평 압력이 감소하는 결과를 초래한다. 실험에서는 거푸집에 장착된 냉각 파이프의 영향으로 인해 양생 속도가 증가하여 거푸집의 지지 하중이 예상보다 더 빠르게 감소하였다. 따라서 거푸집은 타설 및 양생 속도를 고려하여 낮은 수평 구속 압력 조건을 가정하여 설계되어야 한다(Grahm et al., 2015).
스웨덴 최종처분장 설계에서 설치되는 플러그의 총 개수는 700여 개에 달하므로 거푸집의 재사용이 가능하고 보다 신속하게 다양한 터널 형상에 적용할 수 있도록 하기 위한 시공 및 해체 방법의 개발도 필요하다.
또한, 대부분의 비파괴 검사 장비는 콘크리트 하부 표면의 불규칙성에 민감하게 반응하여 돔 구조의 평가 정확도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이에 따라, 콘크리트 돔 하단부에는 보다 정밀한 표면 마감 처리가 요구된다(Fig. 11b).
2.3.3 벤토나이트 씰 부분의 개선
벤토나이트 씰은 플러그의 수밀 성능을 담당하며 콘크리트 돔에 작용하는 팽윤압이 2 MPa가 되도록 설계되었다 (Fig. 12). 실험에서는 인접하는 굴착손상영역에 해당하는 암반의 높은 투수율로 인해 지하수 유동의 상당 부분이 벤토나이트 씰을 우회하여 누출되는 것으로 관찰되었으며 이에 대해 다음과 같은 개선 사항이 제안되었다. 주변 암반에 형성되는 굴착손상영역(EDZ, Excavation Damaged Zone)을 최소화하는 굴착 방법의 적용 플러그 주변 암반에서는 플러그를 우회하는 누출 경로를 제공하는 암반 내 균열 발생 억제 지하수가 EDZ를 통해 벤토나이트 씰로 유입될 수 있도록 벤토나이트 씰이 EDZ와 교차하도록 시공
3. 결 론
사용후핵연료 심지층처분장에서의 공학적방벽은 처분장 운영 과정 및 폐쇄 후 처분용기를 보호하는 역할을 수행함과 동시에 장기간에 걸쳐 방사성 핵종의 누출을 방지하고 핵종 유출 발생 시 방사성 붕괴를 통해 핵종이 충분히 안전한 수준에 도달할 때까지 이동 속도를 지연함으로써 인간 생태계를 안전하게 유지하는 역할을 담당한다. 공학적방벽의 일부인 플러그는 여타 완충재와 뒤채움재를 구성하는 벤토나이트에서 발생하는 팽윤압을 지지하고 처분용기의 부식에 영향을 미치는 과도한 지하수의 유입을 차단하는 기능을 수행한다.
본 고에서는 공학적방벽의 일부로서 완충재와 뒤채움재를 보호하는 플러그의 수밀성과 역학적 안정성 검증을 목적으로 한 스웨덴 Forsmark의 Äspo Hard Rock Laboratory에서 2012년부터 2014년까지 수행한 실규모 돔플러그 현장 시험의 주요 결과 및 시험 결과에 기초한 성능 개선 사항을 검토하였다. 실규모 플러그 현장시험의 내용 및 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
∙가압 시험 결과, 4 MPa의 수압에서도 설계 콘크리트 플러그가 안정적으로 유지됨을 확인하였다. 다만, 터널 주변 굴착영향영역을 통한 우회 누수가 관측되었으며 플러그를 우회할 가능성이 있는 주변 암반에서의 균열 형성 및 굴착영향영역을 최소화하는 굴착 방법을 적용할 필요가 있다.
∙처분장 폐쇄 후 폐기물로부터 발생하는 유해 가스의 누출과 이로 인한 완충재 및 뒤채움재에서의 파이핑(piping) 현상을 방지하기 위해 플러그 기밀성의 현장 평가 목적으로 가스 누출 시험을 실시하였다. 헬륨 가스를 이용한 플러그 기밀성의 현장시험 결과, 플러그 필터부의 수분을 완전히 제거한 보수적 조건에서도 유의미한 가스 누출은 발생하지 않아 플러그의 가스 밀봉 요구성능을 충족하는 것을 확인하였다.
∙콘크리트 돔은 완충재 및 뒤채움재에 사용되는 팽창성 벤토나이트의 팽윤압을 지지할 수 있어야 하기 때문에 설계 하중 지지 능력을 평가하기 위한 가압 시험 및 결과 분석을 실시하였다. 플러그에 부착된 변형률 및 변위계로부터 비선형 변형거동이 관측되었지만 구조적 손상을 일으키거나 균열이 발생하는 수준에는 도달하지 않음을 확인하였다.
∙플러그 해체 시험의 일환으로 콘크리트 구조체에 대한 비파괴 검사와 샘플링을 통한 재료 시험을 실시하였으며 이를 통해 콘크리트 양생과정에서 돔 상단에 축적되는 공기로 인해 공동이 형성될 수 있음을 확인하였다. 따라서 환기관을 배치하여 공기 포집을 방지하고 타설 과정을 효과적으로 계측할 수 있는 광학 카메라 및 제반 센서의 도입이 필요함을 파악하였다.
∙콘크리트 플러그 타설을 위한 거푸집은 타설 직후 발생하는 수평 압력과 양생 후의 수직 하중을 견딜 수 있도록 설계되나 타설 속도에 비해 하부 콘크리트가 먼저 양생되어 거푸집에 가해지는 압력이 예상보다 낮아질 수 있음을 확인하였다. 따라서, 냉각파이프 설치 및 이로 인한 콘크리트 양생 속도의 증가를 고려한 거푸집의 설계가 이뤄져야 한다. 또한, 콘크리트 돔의 내부 결함을 확인하기 위한 비파괴 검사(NDT)에서는 검사 장비가 돔 표면의 불규칙한 거칠기로 인해 원활하게 작동하지 않고 상단부 공동을 발견하는 데 한계가 있다는 점이 지적되었다. 따라서 가능한 매끄러운 돔 표면을 형성할 수 있도록 거푸집 설계의 개선이 필요할 것으로 보인다.
국내에서는 2006년부터 한국원자력연구원의 화강암반 내에 지하처분 연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)을 구축하여 운영해 왔다. 또한 2024년 산업통상자원부는 500 m 처분장 심도에서의 지하연구시설 건설부지로 태백이 선정되었으며 2026년부터 본격적인 시설 구축을 시작해 2030년부터 20년간 운영될 예정임을 발표한 바 있다. 이러한 지하연구시설의 운영 목적 중 하나는 설계 처분시스템이 실제와 유사한 지질환경에서 시공 가능하고 안전하고 정상적으로 작동하는지를 실증적으로 확인하는데 있다. 이에 따라 국내 지질 조건 및 처분 환경에 적합한 한국형 플러그 시스템을 개발하고 지하연구시설에서의 검증 연구가 수행되어야 하며, 본 검토 결과는 그 과정에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이를 기반으로 다음과 같은 추가 연구를 제안할 수 있다.
첫째, 국내 지질 조건에 처분 여건에 적합한 플러그 형상 분석이 필요하며 지하 공동 굴착 시 워터젯(water jet) 또는 와이어 쏘(wire saw) 등을 이용하여 플러그 및 공동 주변의 굴착손상영역을 최소화할 수 있는 방안에 대한 시험 및 분석이 요구된다.
둘째, 굴착 후 형성되는 균열이 발달한 굴착손상영역을 통한 가스 및 지하수 유동을 저감하기 위해 플러그 주변에 그라우팅을 실시하여 플러그의 수밀성을 높이기 위한 실증 실험을 실시하고 그라우팅 재료의 장기 안정성을 확인할 필요가 있다.
셋째, 그라우팅과 함께 록볼트를 설치함으로써 플러그 주변 암반의 역학적 안정성을 제고할 수 있으므로 록볼트가 플러그 시스템의 장기적 성능에 미치는 영향에 대한 연구도 필요하다.
마지막으로 실제 처분장 심도에서 건설되는 지하연구시설에서는 플러그 건설을 위한 지상 시설로부터의 재료 운반, 지하 처분터널에서의 설치 및 건설, 필요시 해체에 이르는 전체 공정을 시연함으로써 플러그의 설계 성능을 검증할 수 있다. 이와 함께 각 단위 공정들에서 예상되는 문제점 및 리스크를 사전에 도출함으로써 보다 안전하고 경제적인 플러그 시공을 달성할 수 있을 것이다.
