[发明专利]地下核反应堆洞室超大跨度穹顶中空环向开挖结构及开挖方法

说明书

技术领域

本发明属于核电工程技术领域，具体地指一种在核电站开发建设中的地下核反应堆洞室超大跨度穹顶中空环向开挖结构及开挖方法。

背景技术

我国在“十二五”能源规划中提出，要加快推进核电建设。在日本福岛核事故的影响下，刚从切尔诺贝利阴影中走出的核电产业又陷入了低谷。国家对核电项目的审批更加严格和慎重，对核电厂的安全性要求更高。于是，将地面核电站全部或核岛部分置于地下的新型地下核电站将为核电发展提供新的途径。

我国目前研究的第三代商业地下核电站洞室群，其核反应堆洞室穹顶开挖跨度达到约48m，远大于国内外已有的地下核电站开挖跨度，也大于国内外已有水电站地下洞室的开挖跨度，因此，其开挖工艺是地下核电站可行性的关键内容之一。

大跨度地下洞室开挖过程中，其顶拱稳定安全是关键。类似穹顶结构，在部分水电站地下调压井中曾有应用，其开挖施工工艺也是在探索中应用：直接由直径一端点向对侧全面推进；或先沿直径方向打通导洞，再通过导洞两侧扩挖成形；或先沿穹顶内轮廓打向上盘旋的导洞，再通过导洞自上而下扩挖成形；或先沿半径打导洞至中心，接向上导洞至顶拱，再自下而上扩挖成形；或扇形对称扩挖成型。这些开挖工艺可归纳为两类：垂直向分部向前推进或左右推进或水平向分层推进；且这些开挖工艺主要用于一般跨度穹顶施工，不适应与超大跨度穹顶的开挖。

地下核反应堆洞室超大跨度穹顶开挖如其开挖工艺不当，容易引起工期延误、质量失控、投资增加、严重时甚至会引发安全事故。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种程序简单、施工方便、安全可靠的地下核反应堆洞室超大跨度穹顶中空环向开挖结构及开挖方法。

为实现上述目的，本发明所设计的地下核反应堆洞室超大跨度穹顶中空环向开挖结构，其特殊之处在于，包括位于穹顶中心下方的中空导洞，所述中空导洞由穹顶轮廓岩面中部沿竖直方向延伸至穹顶轮廓拱脚所在的水平面，所述中空导洞与洞室岩体之间设置有开挖接露面，所述穹顶轮廓岩面与中空导洞之间设置有一条施工通道，所述施工通道从穹顶外边缘沿直径方向向中空导洞延伸，并与中空导洞连通。

进一步地，所述施工通道位于穹顶轮廓拱脚所在的水平面上，将施工通道设置于穹顶内部，节省开挖施工工作量。

更进一步地，所述中空导洞横截面呈弧形，所述施工通道横截面呈矩形，易于施工作业。所述中空导洞与施工通道之间的夹角为90°，易于施工过程中的通行与运输。

更进一步地，所述施工通道与洞室岩体之间设置有施工通道掌子面。所述施工通道掌子面上设置有临时支护，用于随时监护施工对岩体带来的变形、破坏和其他影响。

一种应用于上述地下核反应堆洞室超大跨度穹顶中空环向开挖结构的开挖方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)开挖施工通道：由穹顶一外边缘处沿直径方向向穹顶中心下方开挖，形成施工通道；

2)开挖中空导洞：由所述施工通道尽头、穹顶中心下方竖直向上开挖，直至穹顶轮廓岩面，形成中空导洞；

3)沿所述中空导洞)呈环形扩挖至穹顶边缘，直至形成完整穹顶。

优选地，所述步骤3)采用从中间向外部呈闪状环形开挖的施工方法。闪状环形开挖的施工方式形成成倍增大的工作面，，工序间干扰小，加快施工速度。

优选地，所述步骤1)中施工通道与洞室岩体之间设置施工通道掌子面，在所述施工通道掌子面上设置临时支护。通过临时支护随时监护岩体发生变形、破坏的情况，以调整施工措施。

优选地，所述步骤2)中中空导洞与洞室岩体之间设置开挖接露面，在所述开挖接露面上设置临时支护。通过临时支护随时监护岩体发生变形、破坏的情况，以调整施工措施。

本发明先沿施工通道向穹顶内部施工，施工到中空导洞后，呈环形状向径向外部开挖，是一种从中间向外部呈闪状依次开挖的方式，可形成较大的工作面进行作业，其工序间干扰小，可提高施工效率和施工安全。

本发明具有如下优点：

1、减小施工过程中对穹顶中心岩体的变形、破坏，保证开挖过程中穹顶结构稳定，提高施工质量；

2、最先形成工程中最脆弱的穹顶中心结构，并对该部位先行支护处理；

3、施工通道位于开挖穹顶结构中，节省施工时间；

4、开挖接露面呈环形闪状分布设置，工作面大，工序间干扰小。

5、加快工期、保证质量失控、提高经济性、具有很高的安全保障。

附图说明