核岛洞室群长廊形布置地下核电站的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种核岛洞室群长廊形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，所述核岛设置在地下洞室群中，所述地下洞室群中，用于放置反应堆厂房的反应堆厂房洞室居中布置，用于放置辅助厂房的辅助洞室群对立地布置于反应堆厂房洞室两侧，形成长廊结构。将核岛各厂房布置于地下形成长廊形结构，能减少地下核岛洞室群的洞室数量，便于规避不利岩层走向和地应力大主应力方向，利于洞室围岩稳定。
【专利说明】核岛洞室群长廊形布置地下核电站
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地下核电技术，具体地指一种核岛洞室群长廊形布置地下核电站。
【背景技术】
[0002]如苏联切尔诺贝利核事故、美国二哩岛核事故、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、研究机构提出将大型商业核电站建设于地下，利用岩体的天然屏蔽作用，使极端事故情况下核污染得以有效控制，提高核电站的安保等级。美国、日本、前苏联、欧洲等国家和地区自上世纪70年代至今，陆续进行了地下核电站的概念设计研究，其建设的基本思路是将核电站涉核设备，例如反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳压器、一回路管道及相关附属设备等，安放于地下洞室内。这种建设方式，设备布置灵活，地下洞室规模较小，洞室施工开挖难度较低。
[0003]虽然相关研究早已有之，但目前世界上并无大型商业地下核电站的工程实例。这主要是因为:①将核电站建设于地下，由于洞室开挖，土建工程费用将有所增加为降低设备运行的事故率，在核电站建设过程中应尽量减小对参考电站现有设备工艺系统的改动。如按照上述地下核电站建设思路，将核电站涉核设备根据地下洞室的空间要求，灵活布置于洞室内，虽然能在一定程度上减小洞室规模，但将使涉核设备的布置与现有地面参考电站有较大不同，从而需进行大量的安全性评估和论证，且不符合世界第三代核电建设标准化、模块化的总思路。
[0004]现有地面商业核电站核岛各厂房，例如反应堆厂房、燃料厂房、电气厂房、安全厂房、核辅助厂房等，其内部设备布置均经过严格论证，具有标准化和模块化的特点。由此，大型商业地下核电站建设中，应尽量保障核岛各厂房的结构形式、相互位置关系、内部设备布置等不进行大的改变，以减少核工艺系统的调整。但是，受地下洞室开挖技术的限制，难以提供一个足够大的洞室，将现有地面核岛各厂房完全复制建设于地下。
[0005]即保障核岛各厂房的结构形式、相互位置关系、内部设备布置等不进行大的调整，又能满足现有地下洞室开挖技术的要求，地下核电站建设最简单的方式是将现有地面核电站中核岛各厂房以反应堆厂房为中心沿径向拉伸，将各厂房布置于不同的小型洞室内，从而在整体上呈现环形布置的特点。如此，需建设反应堆厂房洞室、燃料厂房洞室、安全厂房洞室、核辅助厂房洞室、电气厂房洞室、连接厂房洞室等6个独立的地下洞室。这样在地下洞室群开挖中，需布置三层、共38条施工支洞，施工干扰大，不利于洞室群围岩稳定。而且，环形布置中，燃料厂房洞室、连接厂房洞室等洞室的轴线相互垂直，无法保障各洞室轴线均与岩层走向和地应力大主应力方向呈大角度相交，不利于洞室围岩稳定。因此，有必要对地下核岛洞室群的布置形式进行优化，以减少洞室、施工支洞数量，同时使各洞室轴线平行，以便核岛洞室群布置时规避不利岩层走向和地应力大主应力方向。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的提供一种技术可行、经济合理的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，将现有地面核电站核岛建筑物布置于地下岩体中。
[0007]为实现上述目的，本实用新型所设计的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，核岛洞室群长廊形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，其特殊之处在于:所述核岛设置在地下洞室群中，所述地下洞室群中，用于放置辅助厂房的辅助洞室群对立地布置于反应堆厂房洞室两侧，形成长廊结构。其中，所述辅助洞室群包括用于放置电气厂房的电气厂房洞室、用于放置燃料厂房的燃料厂房洞室、用于设置安全设备的安全厂房洞室、核辅助厂房洞室。
[0008]进一步地，所述电气厂房洞室和燃料厂房洞室分别位于长廊对立的两侧。如此，两长廊形洞室的轴线相互平行，利于洞群布置时规避不利岩层走向和地应力大主应力方向。
[0009]优选地，所述核辅助厂房洞室、安全厂房洞室与燃料厂房洞室在同一侧，且所述核辅助厂房洞室、安全厂房洞室与燃料厂房洞室为同一组合洞室，以便减少洞室和施工支洞的数量。其中，所述安全厂房洞室有两个，互为备用，如此可保障在一个安全厂房设备出现事故的情况下，另一个安全厂房可保障核反应堆的正常运行。所述组合洞室内，两个安全厂房位于核燃料厂房的左右两侧，在物理上进行相互隔离，保障一个安全厂房出现事故不影响另一个安全厂房的正常运行。所述核辅助厂房位于组合洞室的最左侧或者最右侧。
[0010]进一步地，所述电气厂房洞室内设置有电气厂房和用于控制蒸汽管道开合的主蒸汽阀室。如此，电气厂房与地面中央控制室的连接电缆和主蒸汽管道可以布置于同一隧洞内，节约工程投资。
[0011]更进一步地，所述反应堆厂房洞室与所述辅助厂房洞室群间设置具有交通、管道、电缆、消防、通风作用的连接隧洞。如此，可保证各辅助厂房与反应堆厂房之间的管道、电缆布置于相对独立的隧洞内，且各辅助厂房洞室内的工作人员可不通过其它洞室直接进入反应堆厂房洞室，利于核安全防护分区。
[0012]再进一步的，所述辅助洞室群外围布置有主交通隧洞，各辅助厂房洞室均设置有至少两条交通支洞与主交通隧洞连接，其中，所述主交通隧洞两端均通达地表，与地面形成两个出入口。如此，可保证各辅助厂房洞室均直接与主交通隧洞连接，便于设备运输，避免洞室间施工的相互干扰；同时，各辅助厂房洞室均有两个隧洞与主交通隧洞连接，主交通隧洞两端均通达地表，可保证在极端事故情况下，如一个出口因事故无法通行的情况下，人员可通过另一个出口及时逃离。
[0013]为了严重事故下有效控制反应堆厂房内的压力，所述核岛洞室群长廊形布置地下核电站包括泄压洞室，所述泄压洞室位于主隧洞内侧，且泄压洞室仅与反应堆厂房洞室相通。
[0014]再进一步地，所述反应堆厂房洞室上部岩体或地表设置有非能动水池，所述非能动水池通过管道与反应堆厂房喷淋系统连接，以便核事故工况下冷却水自流进入反应堆厂房。
[0015]本实用新型将核电站中涉核建筑物布置于不同的地下洞室内，从而形成长廊型地下洞室群。其有益效果主要体现在:
[0016](I)通过将核岛各厂房布置于不同的地下洞室内，将单个洞室的空间尺寸控制在已建地下洞室的规模以内，从而确保现有的地下洞室开挖技术能满足地下核电站涉核建筑物布置于地下的要求；
[0017](2)将核岛中的燃料厂房、核辅助厂房、安全厂房等建设于组合厂房洞室中，有效减少了洞室群主洞室的数量，利于洞室群围岩稳定；
[0018](3)组合厂房洞室、电气厂房洞室等洞室轴线平行，利于洞群布置时规避不利岩层走向和地应力大主应力方向。
[0019](5)非能动水池布置于反应堆厂房洞室顶部，在核事故情况下能利用势能自流为反应堆消防系统供水。避免事故情况下电力系统供应中断，所引发的反应堆消防系统失效。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为一种核岛洞室群长廊形布置地下核电站的洞室布置结构示意图。
[0021]图2为图1的俯视结构示意图。
[0022]图3为一种核岛洞室群长廊形布置地下核电站的厂房布置结构示意图。
[0023]图中:反应堆厂房洞室1，反应堆厂房1.1，辅助厂房洞室群2，电气厂房洞室3，泄压洞室4，核辅助厂房洞室5，安全厂房洞室6，燃料厂房洞室7，组合洞室8，核辅助厂房51，安全厂房61，燃料厂房71，管道隧洞9，设备运输隧洞10，主交通隧洞11，非能动水池12，主蒸汽阀室13，电气厂房14，管道15，连接隧洞16，交通支隧洞17。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。
[0025]为尽量减少核工艺系统的调整，同时使地下洞室的建设规模处于目前地下洞室的施工技术水平之内，地下核电站建设最简单的方式是将现有地面核电站中核岛各厂房以反应堆厂房为中心沿径向拉伸，将各厂房布置于不同的小型洞室内，从而在整体上呈现环形布置的特点。如此，需建设反应堆厂房洞室、燃料厂房洞室、安全厂房洞室、核辅助厂房洞室、电气厂房洞室、连接厂房洞室等6个独立的地下洞室。这样在地下洞室群开挖中，需布置三层、共38条施工支洞，施工干扰大，不利于洞室群围岩稳定。因此，有必要对地下核岛洞室群的布置形式进行优化，以减少洞室和施工支洞数量。
[0026]考虑到地下洞室开挖中，应尽量使洞室轴线与不利岩层走向和地应力大主应力方向呈大角度相交，以利于洞室围岩稳定。因此，本实用新型对地下核岛洞室群的优化思路是，将燃料厂房洞室与主蒸汽阀室所在的电气厂房洞室平行布置于反应堆厂房洞室的两对侦牝其余厂房建设于燃料厂房或主蒸汽阀室所在的洞室内，从而形成长廊形的核岛洞室群布置形式。如此布置，洞室数量由6个减少为4个，施工支洞由38条减少为24条，且各洞室轴线平行，以便核岛洞室群布置时规避不利岩层走向和地应力大主应力方向。具体布置形式，如下所述:
[0027]图中所示的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，包括设置在地下的用于放置反应堆厂房1.1的反应堆厂房洞室1、用于放置辅助厂房的辅助厂房洞室群2，用于事故情况下包容反应堆安全壳内高压气体的泄压洞室4。辅助厂房洞室群包括组合洞室2和电气厂房洞室3。反应堆厂房洞室I位于核岛洞室群的中部，辅助厂房洞室群呈长廊形相对布置于两侦牝其中组合洞室2位于靠山内侧，电气厂房洞室3位于靠山外侧，泄压洞室4位于组合洞室2和电气厂房洞室3的中间岩体区域。
[0028]组合洞室2内各厂房由图可知，燃料厂房71居中，燃料厂房71两侧分别布置有安全厂房61，组合洞室2内最左侧布置有核辅助厂房51 ;电气厂房洞室3内设置有主蒸汽阀室13和电气厂房14。反应堆厂房洞室I为圆筒形，直径46m，高87m;组合洞室2为城门洞形，尺寸30mX70.5mX226m(宽X高X长，下同)；电气厂房洞室3为城门洞形，尺寸30mX60mX60m ;为满足泄压容积要求，泄压洞室4为圆筒形，直径20m，高42m。
[0029]为满足洞室顶拱围岩稳定和防御武器打击的要求，并经弹塑性有限元计算，反应堆厂房洞室I和辅助厂房洞室群2的各洞室顶部岩体厚度最少为70m，本方案选择厚度为135m ;为满足洞室间岩体稳定要求，经弹塑性有限元计算，反应堆厂房洞室I与组合洞室2间距LI为50m，反应堆厂房洞室I与电气厂房洞室3间距L2为50m，反应堆厂房洞室I与泄压洞室4间距L3为60m。
[0030]为满足反应堆厂房1.1内蒸汽发生器等大型设备的运输要求，距反应堆厂房洞室I底部29m高处建设有设备运输隧洞10，通达地表；距反应堆厂房洞室I底部9m高处建设有用于布置主蒸汽管道的管道隧洞9，主蒸汽管道连接反应堆厂房1.1与地面汽轮机厂房，且主蒸汽管道上的主蒸汽阀室13位于电气厂房洞室3内；为满足交通、消防、通风、电缆、管道等要求，反应堆厂房洞室I与组合洞室2、电气厂房洞室3、泄压洞室4通过连接隧洞16连接；为满足交通、消防、通风等要求，组合洞室2、电气厂房洞3室均建设至少2条交通支洞17与主交通隧洞11连接，其中电气厂房还与设备运输隧洞10连接；主交通洞11两端通达地表，与地面形成两个出入口。在组合洞室2中，相邻的厂房有共用的交通支洞17。
[0031]反应堆厂房洞室I上部的地表建设非能动水池12。非能动水池12通过多条管道15与反应堆厂房1.1连接，以便核事故工况下冷却水自流进入反应堆厂房。
[0032]以上所述仅是本实用新型的一种实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.核岛洞室群长廊形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，其特征在于:所述核岛设置在地下洞室群中，所述地下洞室群中，用于放置反应堆厂房(1.1)的反应堆厂房洞室(I)居中布置，用于放置辅助厂房的辅助洞室群(2)对立地布置于反应堆厂房洞室(2)两侧，形成长廊结构。
2.根据权利要求1所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述辅助洞室群(2)包括用于放置主蒸汽阀(13)和电气厂房(14)的电气厂房洞室(3)、用于放置燃料厂房(71)的燃料厂房洞室(7)、用于设置安全设备厂房(61)的安全厂房洞室(6)、用于放置核辅助厂房(51)的核辅助厂房洞室(5)。
3.根据权利要求2所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述电气厂房洞室(3)和燃料厂房洞室(7)分别位于长廊的两侧。
4.根据权利要求3所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述核辅助厂房洞室(5)、安全厂房洞室(6)与燃料厂房洞室(7)在同一侧，所述核辅助厂房洞室(5)、安全厂房洞室(6)与燃料厂房洞室(7)为同一组合洞室(8)。
5.根据权利要求4所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述组合洞室(8)中安全设备厂房(61)有两个，分别位于燃料厂房(71)两侧，所述核辅助厂房(51)位于组合洞室(8)的最左侧或者最右侧。
6.根据权利要求2?5中任一项所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述电气厂房洞室(3)内设置有用于控制蒸汽管道开合的主蒸汽阀室(13)和电气厂房(14)。
7.根据权利要求6中所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述反应堆厂房洞室(I)与所述辅助厂房洞室群(2)间设置具有交通、管道、电缆、消防、通风作用的连接隧洞(16)。
8.根据权利要求7中所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述辅助洞室群(2)外围布置有主交通隧洞(11)，所述辅助洞室群(2)的各洞室均设置至少两条交通支洞(17)与主交通隧洞(11)连接，其中，所述主交通隧洞(11)两端均通达地表，与地面形成两个出入口。
9.根据权利要求8所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:它还包括泄压洞室(4)，所述泄压洞室(4)位于主交通隧洞(11)内侧与反应堆厂房洞室(I)相通。
10.根据权利要求7?9任一项所述的核岛洞室群长廊形布置地下核电站，其特征在于:所述反应堆厂房洞室(I)上部岩体或地表设置有非能动水池(12)，所述非能动水池(12)通过管道(15)与反应堆厂房(11)连接。
【文档编号】E04H5/02GK203966579SQ201420316612
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】周述达, 钮新强, 杨启贵, 张文其, 赵鑫, 张风, 施华堂, 刘浩, 杨家胜, 陈又华, 刘立新, 李庆, 隋海明, 肖韵菲, 明哲东 申请人:长江勘测规划设计研究有限责任公司, 中国核动力研究设计院