CN104061007B - 一种地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺 - Google Patents

一种地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺 Download PDF

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本发明涉及一种地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺，包括以下步骤：(一)、在穹顶中心部位预留中心岩柱；(二)、沿穹顶所在球面的半径打通施工通道到中心岩柱处，支护其开挖揭露面，加强开挖揭露面中部的支护；(三)、沿施工通道的左右两侧呈扇形对称扩挖，加强掌子面中部的临时支护，对已揭露的穹顶轮廓岩面进行支护，并加强对穹顶轮廓拱脚的支护；(四)、扩挖完成后自上而下挖除中心岩柱。本发明适用于所有大跨度穹顶的施工，尤其适用于地下核反应堆洞室超大跨度穹顶开挖，具有开挖程序简单、施工方便、安全可靠的技术优势。

Description

一种地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺
技术领域
本发明属于核电工程技术领域，涉及核电站开发建设，尤其涉及一种地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺。
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。其施工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。这些施工工艺主要用于一般跨度穹顶施工，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。
地下核反应堆洞室超大跨度穹顶开挖如其施工工艺不当，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
本发明的目的是为了克服现有的施工工艺缺陷，提供一种使超大跨度穹顶的开挖技术可行、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预留中心岩柱施工工艺。
为实现上述目的，本发明设计的地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺，包括以下步骤：
(一)、在穹顶中心部位预留中心岩柱；
(二)、沿穹顶所在球面的半径打通施工通道到中心岩柱处；
(三)、沿施工通道的左右两侧呈扇形对称扩挖；
(四)、扩挖完成后自上而下挖除中心岩柱。
在上述技术方案中，所述中心岩柱预留过程中，支护其开挖揭露面，并加强开挖揭露面中部的支护。
在上述技术方案中，所述扇形对称扩挖过程中，加强扩挖掌子面中部的临时支护，对已揭露的穹顶轮廓岩面进行支护，并加强对穹顶轮廓拱脚的支护。
在上述技术方案中，所述中心岩柱为多边形或圆形断面，断面尺寸8～12m，中心岩柱设计成这种形状和尺寸，易预留成型、应力集中效应小、且方便后期挖除。
本发明所述的超大跨度穹顶不小于40米，通过预留中心岩柱，可临时性减小开挖跨度的效果，减小施工过程中的围岩应力水平及变形水平；在中心岩柱以外的部位开挖并支护，完成后再自上而下拆除中心岩柱，可提高整个施工过程的安全性；对中心岩柱中部、开挖掌子面中部、穹顶轮廓拱脚重点支护，是基于计算分析这些部位的变形水平较其他部位大，为关键控制部位而设计的；对关键控制部位加强安全监测，可及时反馈应力、变形等信息，有利于及时采取相应技术措施，确保安全。
本发明适用于地下核反应堆洞室超大跨度穹顶开挖，具有开挖程序简单、施工方便、安全可靠的技术优势。
附图说明
图1为本发明施工工艺示意图；
图2为图1的I－I剖面示意图；
图中：1、施工通道；2、中心岩柱；3、开挖揭露面；4、扩挖掌子面；5、穹顶轮廓岩面；6、穹顶轮廓拱脚；7、地面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示的地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺，包括以下步骤：
(一)、在穹顶中心部位预留中心岩柱2；中心岩柱2为多边形或者圆形断面，中心岩柱2横截面最大尺寸即断面尺寸为8～12m；
(二)、沿穹顶所在球面的半径打通施工通道1到中心岩柱2处；支护其开挖揭露面3；
(三)、沿施工通道1的左右两侧呈扇形对称扩挖，扇形对称扩挖过程中，加强扩挖掌子面4中部的临时支护，对已揭露的穹顶轮廓岩面5进行支护，穹顶轮廓岩面5与地面7的接触处为穹顶轮廓拱脚6，并加强对穹顶轮廓拱脚6的支护；
(四)、扩挖完成后自上而下挖除中心岩柱2。
实施例1
地下核反应堆洞室超大跨度穹顶，穹顶开挖直径48m，高13.4m。其预留中心岩柱开挖施工工艺为：在穹顶中心部位预留中心岩柱2，先打通半径向到中心柱处的施工通道1，再左右两侧呈扇形对称扩挖，最后再自上而下挖除中心岩柱2。
该穹顶预留中心岩柱2为受力条件较好的圆形，断面为直径12m。通过建立三维数值模型模拟本预留中心岩柱法开挖施工工艺，并在揭露岩面设置监测点进行跟踪监测，结果表明分步施工过程中的围岩变形满足安全要求。经逐步分析，穹顶轮廓岩面5最大位移的趋势基本保持从拱顶至穹顶轮廓拱脚6的递增趋势，且穹顶轮廓拱脚6处位移基本保持随开挖时程递增的趋势；围岩面最大位移发生部位由临时扩挖掌子面4中部逐渐转移至预留中心岩柱2中部，最大位移值逐渐增大。
在整个扩挖工艺中，重点加强临时扩挖掌子面4中部、预留中心岩柱2中部、穹顶轮廓拱脚6等关键控制重点部位的支护与监测。
作为算例，在同等围岩条件下，与先沿直径方向打通导洞、再通过导洞两侧扩挖成形的常规施工工艺相比较，本发明预留中心岩柱法施工工艺的比较优势如下：
实施例2
水电站调压井大跨度穹顶，穹顶开挖直径41m，高10.0m。其预留中心岩柱开挖施工工艺为：在穹顶中心部位预留中心岩柱2，先打通半径向到中心柱处的施工通道1，再左右两侧呈扇形对称扩挖，最后再自上而下挖除中心岩柱2。
该穹顶预留中心岩柱2断面为直径8m，为受力条件较好的圆形。
在整个扩挖工艺中，重点加强临时扩挖掌子面4中部、预留中心岩柱2中部、穹顶轮廓拱脚6等关键控制重点部位的支护与监测。
本发明未做详细描述的部分属于现有技术。

Claims (2)

1.一种地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺，其特征在于包括以下步骤：
(一)、在穹顶中心部位预留中心岩柱(2)；
(二)、沿穹顶所在球面的半径打通施工通道(1)到中心岩柱(2)处；
(三)、沿施工通道(1)的左右两侧呈扇形对称扩挖；
(四)、扩挖完成后自上而下挖除中心岩柱(2)；
所述中心岩柱(2)预留过程中，支护其开挖揭露面(3)，并加强开挖揭露面(3)中部的支护；
所述沿施工通道(1)的左右两侧呈扇形对称扩挖过程中，加强扩挖掌子面(4)中部的临时支护，对已揭露的穹顶轮廓岩面(5)进行支护，并加强对穹顶轮廓拱脚(6)的支护。
2.根据权利要求1所述的地下核反应堆洞室超大跨度穹顶预留中心岩柱施工工艺，其特征在于：所述中心岩柱(2)为多边形或圆形断面，断面尺寸8～12m。
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