阶地平埋型地下核电站的制作方法与工艺

本发明涉及核电技术，具体地指一种阶地平埋型地下核电站。

背景技术：
目前大型商业核电站均布置在地面，单堆功率一般在600MW以上，建筑物主要包括两部分：核岛(包括反应堆装置和一回路系统)和常规岛(包括汽轮发电机系统、冷却塔、其它辅助设备等)。前苏联切尔诺贝利核事故、美国三哩岛核事故、以及日本福岛核事故表明，在极端事故情况下现有地面核电站不足以有效防控核泄露、确保核安全。为此，国内外一些学者提出将大型核电站中的涉核建筑物建设于地下岩体洞室中，利用岩体的天然屏蔽作用，防止极端事故情况下核污染的大规模扩散，提高核电站的安保等级。但开挖地下洞室，一般选择在山区或丘陵等地形环境，建设环境较地面核电站区别较大；且地面核电站核岛与常规岛为紧靠布置，建筑物数量多、尺寸大，现有地下空间技术难以满足单个人工地下洞室容纳核岛所有建筑物，地面核电站的总体布置不能满足建设地下核电站的需要。因此，有必要根据外部建设环境的变化，研究地下核电站的总体布置。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种适用于山体边坡外侧和边坡上部均有较大平台、或者边坡外侧和边坡上部人工开挖均容易形成较大平台的地形环境的阶地平埋型地下核电站。为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明所设计的一种阶地平埋型地下核电站，包括核岛和常规岛，其特殊之处在于，所述核岛涉核建筑物置于山体核岛洞室群内，所述常规岛置于第一常规岛区域和第二常规岛区域上，所述第一常规岛区域位于山体边坡上部的阶地平台，所述第二常规岛区域位于边坡外侧的地面平台上，所述核岛洞室群相对第二常规岛平埋于山体内。在上述技术方案中，所述第一常规岛区域上包括但不限于泵房；所述第二常规岛区域上包括但不限于汽轮机厂房、常规岛其他厂房和冷却塔。常规岛厂房分两区布置，布置方案灵活，工程投资节省。在上述技术方案中，所述核岛洞室群包括用于放置反应堆厂房的反应堆厂房洞室、用于放置核岛电气控制厂房的电气厂房洞室和用于放置核辅助厂房、核燃料厂房和安全厂房的组合厂房洞室，所述组合厂房洞室布置在反应堆厂房洞室的上方，所述电气厂房洞室布置在反应堆厂房洞室的右侧。核岛反应堆厂房及带放射性的辅助厂房置于地下洞室群中，利用岩体的天然屏蔽作用，防止极端事故情况下核污染的大规模扩散，提高核电站的安保等级。在上述技术方案中，所述核岛洞室群还包括用于反应堆厂房泄压的泄压洞室，可提高反应堆厂房的安全性。在上述技术方案中，所述反应堆厂房洞室为圆筒形洞室，所述电气厂房洞室和组合厂房洞室为城门洞形洞室，便于洞室内厂房的布置，同时保证洞室稳定安全。在上述技术方案中，所述反应堆厂房洞室周边的岩体内设置有核素迁移防护系统，所述核素迁移防护系统包括反应堆厂房洞室内衬砌结构层、洞周经固结灌浆的岩体层、防渗帷幕层和内层排水孔幕层，所述内衬砌结构层、洞周经固结灌浆的岩体层、防渗帷幕层和内层排水孔幕层从内向外依次布置；所述核岛洞室群周边岩体内设置有外围排水孔幕层。核素迁移防护系统，可有效防止含放射性核素的冷却水通过岩体地下水迁移至外界生物圈。在上述技术方案中，所述反应堆厂房与汽轮机厂房通过蒸汽管道连通，所述蒸汽管道位于水平的蒸汽管道隧洞内。蒸汽管道通过蒸汽管道隧洞从反应堆厂房水平连接至地面汽轮机厂房，蒸汽管道隧洞为水平的隧洞，使蒸汽水平运输、能耗最小。在上述技术方案中，非能动水池设置于边坡上部的阶地平台上，所述非能动水池通过垂直管道与反应堆厂房洞室内的反应堆厂房连通。将非能动水池设置于山体边坡外侧地面平台，利用空间高程差，实现非能动供水，以便核事故工况下冷却水自流进入反应堆厂房。在上述技术方案中，所述反应堆厂房洞室、组合厂房洞室、电气厂房洞室之间通过运输交通隧洞连通。交通运输隧洞实现各洞室间的交通、运输、消防。在上述技术方案中，所述组合厂房洞室中核燃料厂房与反应堆厂房洞室的燃料输送口位置对应，有两个安全厂房分别位于核燃料厂房两侧。在核燃料厂房两侧各设一个安全厂房，安全性更高，核燃料厂房与反应堆厂房洞室的燃料输送口位置对应方便运输核燃料。本发明的实质是将核电站中涉核建筑物布置于不同的地下洞室内，常规岛厂房主要布置于边坡外侧的地面平台，蒸汽管道通过隧洞从反应堆厂房水平连接至地面汽轮机厂房，边坡上部的阶地平台主要布置核岛非能动冷却水池，从而形成阶地平埋型地下核电站。其有益效果主要体现在：(1)为在山坡较缓、核岛洞室群顶部有缓坡阶地平台、坡外有合适平台的丘陵或山地条件下建设大型地下核电站提供了一种可行性方案，工程经济性好，双平台条件有利于施工布置；(2)主要工艺系统较地面核电站无需重大调整，降低了地下核电站技术研发难度；(3)通过将核岛厂房布置于不同的地下洞室内，可确保现有的地下工程技术满足地下核电站涉核建筑物布置于地下的要求；(4)地下洞室岩体的天然屏蔽作用，提高了核电站应对地震、海啸、飞弹打击等灾害的能力，可防止极端事故下核污染的大规模扩散；(5)地下洞室群岩体内的核素迁移防护系统，可有效防止含放射性核素的冷却水通过岩体地下水迁移至外界生物圈；(6)非能动水池布置于边坡上部阶地平台，在核事故情况下能利用势能自流为反应堆厂房供水。避免事故情况下电力系统供应中断，所引发的供水失效。附图说明图1为阶地平埋型地下核电站的剖面图；图2为图1的俯视图；图3为图1中核素迁移防护系统的结构示意图。图中：1.反应堆厂房洞室，2.核辅助厂房，3.核燃料厂房，4.安全厂房，5.电气厂房洞室，6.组合厂房洞室，7.泄压洞室，8.运输交通隧洞，9.核素迁移防护系统，9-1.内衬砌结构层，9-2.固结灌浆的岩体层，9-3.防渗帷幕层，9-4.内层排水孔幕层，9-5.外围排水孔幕层，10.蒸汽管道隧洞，11.汽轮机厂房，12.常规岛其他厂房，13.冷却塔，14.非能动水池，15.泵房，A.山体，B.地面平台，C.第一常规岛区域，D.第二常规岛区域，E.阶地平台。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。参照图1、图2和图3，本发明一种阶地平埋型地下核电站，包括核岛和常规岛，核岛涉核建筑物置于山体A核岛洞室群内，常规岛置于第一常规岛区域C和第二常规岛区域D上，第一常规岛区域C位于山体A上部的阶地平台E上，第二常规岛区域D位于外侧的地面平台B，核岛洞室群相对第二常规岛D平埋于山体A内，如图1所示。核岛洞室群包括反应堆厂房洞室1、电气厂房洞室5、组合厂房洞室6和泄压洞室7。以俯视的视角(如图2所示)，组合厂房洞室6布置在反应堆厂房洞室1的上方，电气厂房洞室5布置在反应堆厂房洞室1的右侧。反应堆厂房洞室1内的反应堆厂房主要包括反应堆、蒸汽发生器、冷却剂泵、安全壳等设备。反应堆厂房整体布置于独立的地下洞室内。反应堆、蒸汽发生器、冷却剂泵通过管道串联形成一回路，作为蒸汽供应系统。安全壳包裹反应堆、蒸汽发生器、冷却剂泵等设备，作为核电站的第三道安全屏障。反应堆厂房洞室1与汽轮机厂房11通过水平的蒸汽管道隧洞10连通。泄压洞室7用于反应堆厂房泄压。核辅助厂房2、核燃料厂房3和安全厂房4均放置于组合厂房洞室6同一个地下洞室内；核燃料厂房3与反应堆厂房洞室1的燃料输送口位置对应，有两个安全厂房4分别位于核燃料厂房3两侧。核岛电气控制厂房独立布置于电气厂房洞室5内，其内还设主蒸汽阀室。各地下洞室之间均通过运输交通隧洞8连通，运输交通隧洞8用于核燃料厂房3与反应堆厂房洞室1的燃料运输以及各洞室之间的交通、消防、运输。在满足核工艺系统和围岩稳定要求的条件下，除反应堆厂房洞室1外的各洞室可根据实际地质条件灵活布置。常规岛置于第一常规岛区域C和第二常规岛区域D上，第一常规岛区域C上包括但不限于泵房15；第二常规岛区域D上包括但不限于汽轮机厂房11、常规岛其他厂房12和冷却塔13，在满足核工艺系统要求的条件下，常规岛建筑群可根据实际条件灵活布置在地面平台B及阶地平台E上。汽轮机厂房11、常规岛其他厂房12和冷却塔13可置于山体A边坡外侧的地面平台B上，泵房15等可置于边坡上部的阶地平台E上。汽轮机厂房11中的汽轮机和蒸汽发生器通过蒸汽管道串联形成二回路，高压蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机发电。冷凝器与冷却塔13通过管道串联形成三回路，对做功后的二回路蒸汽进行冷却。非能动水池14设置于第一常规岛区域C上，非能动水池14通过垂直管道与反应堆厂房洞室1内的反应堆厂房连通。非能动水池14通过管道连接水池和反应堆厂房，利用空间高程差，实现非能动供水，以便核事故工况下冷却水自流进入反应堆厂房。反应堆厂房洞室1为圆筒形洞室，电气厂房洞室5和组合厂房洞室6为城门洞形洞室。各洞室尺寸应满足容纳设备和洞室围岩稳定要求。各洞室间距及洞室顶部岩体厚度应满足岩体稳定要求。如图1所示，反应堆厂房洞室1周边的岩体内设置有核素迁移防护系统9，核素迁移防护系统9包括反应堆厂房洞室1内衬砌结构层9-1、洞周经固结灌浆的岩体层9-2、防渗帷幕层9-3和内层排水孔幕层9-4，内衬砌结构层9-1、洞周经固结灌浆的岩体层9-2、防渗帷幕层9-3和内层排水孔幕层9-4从内向外依次布置。如图3所示，核岛洞室群周边的岩体内设置有外围排水孔幕层9-5。核素迁移防护系统9防止岩体中的地下水渗入洞室群和阻止洞室内含放射性核素的冷却水外渗入岩体地下水进入外界生物圈。衬砌厚度、固结灌浆范围、防渗帷幕及排水孔幕的布置形式及参数，根据实际地质条件通过计算分析确定。核岛洞室群还包括为保障洞室开挖稳定而采取的一系列人工加固措施，如系统锚杆、系统锚索、混凝土喷层等。其它未详细说明的部分均为现有技术。