CN106089265A - 一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统及排水系统施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统及防水系统施工方法，防水系统包括设置于山体洞室内的防水衬砌，防水衬砌内腔底部设置有混凝土底板，防水衬砌内腔中放置放射性废料桶，防水衬砌内腔的空隙处通过内部回填土充实，防水衬砌的外部与洞室壁内腔的空隙处通过外部回填土充实；排水系统包括混凝土底板上沿防水衬砌内壁底部一周开设的内侧排水沟和沿洞室壁底部一周开设的外侧排水沟。本发明通过多重防排水系统的设计，既能满足处置库运行阶段阻滞和快速排出可能渗入的地下水，又能保证处置库回填关闭后排水系统能够正常运转，还可以保证防排水系统的耐久性，从而实现对放射性核素的包容。

Description

一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统及排水系统施工 方法

技术领域

本发明涉及核电技术，具体地指一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统及排水系统施工方法。

背景技术

核电站和核技术应用产生的大量低中放废物需要经过300至500年的处置，其放射性才能衰变到可接受水平。对其中的长寿命低中放废物，目前国际上倾向于进行较深的岩洞型处置。岩洞处置的方式是在地下几十到几百米的深度，利用天然洞室或者建造人工洞室堆放放射性废物，通过工程屏障和防排水系统，尽可能地限制地下水进入废物处置区，从而限制放射性核素的迁移。由于地下水是核素迁移最重要的载体，因此处置区的防排水设计尤为重要。

目前国内已经运行的低中放处置场均为近地表处置，其处置方式多为在地上或半地上建造处置厂房，厂房上部为覆盖层，排水方式为地表水截排和排出渗析水。由于处置深度浅，其防排水设计较为简单，但需要对处置库投入较长时间的维护和监视，成本较高。岩洞处置库与近地表处置库不同的是其渗水主要为地下水，渗流场复杂，处置区环境复杂，对防排水系统的有效性和耐久性都提出了很高的要求。另一方面，处置区在达到设计处置容量后要进行整体回填，如何确保回填后的排水系统仍然能够运行，目前未有相关背景技术可做参考。

在低中放处置库运行和关闭阶段，地下水沿洞室岩壁裂隙渗入洞室，随着处置时间的延长，工程屏障材料逐渐老化，放射性废物包有可能破损，进入洞室的地下水沿混凝土筒仓裂隙进入处置区，并与废物包接触，从而携带放射性核素，通过岩洞裂隙释放到自然环境，因此亟需一种可靠性高、放置放射性核素迁移的低中放废物岩洞处置库防渗排水系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，提出一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统及排水系统施工方法，通过多重防排水系统的设计，既能满足处置库运行阶段阻滞和快速排出可能渗入的地下水，又能保证处置库回填关闭后排水系统能够正常运转，还可以保证防排水系统的耐久性，从而实现对放射性核素的包容。

本发明所设计的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，包括防水系统和排水系统，其特殊之处在于，所述防水系统包括设置于山体洞室内的防水衬砌，所述防水衬砌内腔一侧开设有与运输通道连通的进料口，所述防水衬砌内腔底部设置有混凝土底板，所述防水衬砌内腔中放置放射性废料桶，所述防水衬砌内腔的空隙处通过内部回填土充实，所述防水衬砌的外部与洞室壁内腔的空隙处通过外部回填土充实；所述排水系统包括混凝土底板上沿防水衬砌内壁底部一周开设的内侧排水沟和沿洞室壁底部一周开设的外侧排水沟，所述内侧排水沟和外侧排水沟中均铺设防砂筛管，所述内侧排水沟和外侧排水沟内的防砂筛管在进料口处与外部排水系统的排水管连通。

进一步地，所述防水衬砌的外壁涂覆沥青防水层，保证防水衬砌与洞室壁内腔之间的防水性能。

更进一步地，所述防水衬砌为筒仓式混凝土结构，相较于隧洞式结构，筒仓式结构内腔更深，空间更大。

更进一步地，所述混凝土底板上方与放射性废料桶之间设置有土垫层，用于放射性废料桶与混凝土底板之间的隔离。

更进一步地，所述防砂筛管包括钻孔基管和密织过滤层，保证快速排水的同时能够有效防止透水孔的堵塞。

更进一步地，所述土垫层、内部回填土和外部回填土为膨润土，膨润土具有高吸附性和耐久性的特点，保证持久稳定的隔离效果。

更进一步地，所述内侧排水沟和外侧排水沟中采用砾石填充，砾石或者粗砂充填内侧排水沟与筛管之间、外侧排水沟与筛管之间的空隙，在满足排水功能的同时可以为回填膨润土提供承重要求。

本发明所设计的一种低中放废物岩洞处置库防水系统施工方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)在山体洞室内的用混凝土搭建筒仓结构的防水衬砌，筒仓壁厚为0.5～1.5m，所述防水衬砌内腔一侧开设有与运输通道连通的进料口；

2)在所述防水衬砌底部铺设混凝土底板，并在所述混凝土底板上方铺设一层土垫层，所述土垫层的厚度为混凝土底板的一半；

3)将放射性废料桶通过进料口运送进入所述防水衬砌并依次码放；

4)当所述防水衬砌内腔达到处置容量后，通过内部回填土充实防水衬砌内腔空隙处；

5)关闭所述进料口，通过外部回填土充实防水衬砌的外部与洞室壁内腔的空隙处。

优选地，在步骤1)之前还包括对洞室壁的微裂隙进行封堵的步骤，防水的同时可以阻滞放射性核素的迁移。

优选地，在所述步骤2)之前还包括对所述防水衬砌外壁涂覆沥青防水层的步骤，保证防水衬砌与洞室壁内腔之间的防水性能。

本发明采用多种防水、排水的技术手段，利用多重工程屏障和防排水设施阻滞放射性核素的迁移。该系统利用水泥砂浆对洞室岩壁进行封堵，在筒仓衬砌外壁涂覆沥青防水层，在筒仓内外侧回填膨润土，可有效阻滞地下水的渗入。该系统利用防砂筛管，可以快速排出可能渗入的地下水，同时保证筛管不堵塞。该系统防水所用的沥青以及回填采用的膨润土材料，经过了长时间的工程应用，其耐久性可满足处置年限的要求。该系统排水所用的不锈钢筛管，具有较强的防腐蚀性能，可以满足工程耐久性要求。

附图说明

图1为本发明一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统的结构示意图。

图2为图1的俯视图

图3为图1中I处放大图。

图4为图1中防砂筛管的剖视图。

图中：洞室壁1，防水衬砌2，沥青防水层2-1，放射性废料桶3，土垫层4，混凝土底板5，内部回填土6，外部回填土7，内侧排水沟8，外侧排水沟9，防砂筛管10，钻孔基管10-1，密织过滤层10-2，透水孔10-3，排水管11，进料口12，运输通道13，砾石14。

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4，本发明一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，以地下筒仓结构处置单元为基础，通过防水系统、排水系统实现对可能渗入地下水的阻滞和快速疏排。防水系统包括设置于山体洞室内的防水衬砌2，防水衬砌2为筒仓式混凝土结构，防水衬砌2壁厚约为1m，外壁涂覆沥青防水层2-1。防水衬砌2内腔一侧开设有与运输通道13连通的进料口12。防水衬砌2内腔底部设置有混凝土底板5，防水衬砌2内腔中放置放射性废料桶3，混凝土底板5上方与放射性废料桶3之间设置有土垫层4。防水衬砌2内腔的空隙处通过内部回填土6充实，防水衬砌2的外部与洞室壁1内腔的空隙处通过外部回填土7充实。土垫层4、内部回填土6和外部回填土7为膨润土，膨润土铺设要求在最优含水率下达到最大可压密实度。

排水系统以防水衬砌2为边界，分为外侧排水和内侧排水，内外侧排水单独布置，地下水排出洞室处设置辐射监测系统。内侧排水系统包括混凝土底板5上沿防水衬砌2内壁底部一周开设的内侧排水沟8，排水沟尺寸约为0.5x0.5m。外侧排水系统包括沿洞室壁1底部一周开设的外侧排水沟9。内侧排水沟8和外侧排水沟9沿进料口和运输通道方向具有一定的坡度，坡度的大小为小于30°。内侧排水沟8和外侧排水沟9中采用砾石14填充，砾石14亦可用粗砂代替，砾石14或者粗砂可以在快速排水的同时保证对回填层的承重。

内侧排水沟8和外侧排水沟9中均铺设防砂筛管10。内侧排水沟8与外侧排水沟9中的防砂筛管10分别与外部排水系统的排水管11在进料口12处连通。在进料口12处，防砂筛管10外接不锈钢排水管11，接口处做密封处理。管道接口处与废水池入口分别布置辐射监测系统。防砂筛管10采用复合型防砂筛管，包括钻孔基管10-1和密织过滤层10-2。钻孔基管10-1上布置透水孔10-3。密织过滤层10-2由不锈钢密纹网复合轧制定型后，整体焊接而成。内部排水系统中采用的筛管，在石油系统中已经广泛使用。为保证材料的耐久性和耐腐蚀性，选用316L特种不锈钢筛管。为保证处置库运行阶段和最终回填关闭后筛管不被堵塞，选用多层复合型防砂管。目前石油工业中防砂筛管的防砂粒径可达到0.05mm到0.1mm，为保证处置库中使用筛管的防堵塞能力，可根据回填材料的粒径进行特制。筛管在石油工业中已经经过多年的成功应用，可在快速排水的同时保证透水孔10-3不堵塞，同时由于不锈钢材料的使用可以保证其在整个处置期中的耐久性。防砂筛管10的使用主要是考虑防水衬砌2内部回填后的排水需要。无论是处置库运行阶段和回填关闭阶段，当工程屏障出现老化，有地下水渗入防水衬砌2内时，渗水沿防水衬砌2内壁落入内侧排水沟8，通过内侧排水沟8内充填材料的间隙汇入防砂筛管10并最终排出。外侧排水系统的地下水，经防砂筛管10快速排至外侧排水沟9中，并最终通过排水管11汇至废水池。

外侧排水系统排水量较大，通过外侧排水系统迁出核素的可能性较小，或者核素浓度较低。内侧排水系统的排水量较小，但一旦有地下水渗入，将可能接触破损的废物桶，在经内侧排水系统排出后，其核素浓度可能会相对较大。因此为了减少地下水排出后的处理量，内外侧排水分开单独布置。

本发明一种低中放废物岩洞处置库防水系统施工方法，包括如下步骤：

1)对洞室壁1的微裂隙进行封堵，封堵材料选用水泥黏土浆，可以保证灌浆材料的工程耐久性，防水的同时可以阻滞放射性核素的迁移；

2)在山体洞室内的用混凝土搭建筒仓结构的防水衬砌2，筒仓壁厚为1m或者0.5m或者1.5m，防水衬砌2内腔一侧开设有与运输通道12连通的进料口11；

3)对防水衬砌2外壁涂覆沥青防水层2-1；

4)在防水衬砌2底部铺设混凝土底板5，并在混凝土底板5上方铺设一层土垫层4，混凝土底板厚为1m，膨润土垫层厚度约0.5m，膨润土铺设要求在最优含水率下达到最大可压密实度；

5)将放射性废料桶3通过进料口12运送进入防水衬砌2并依次码放，放射性废物桶3码放一层后进行灌浆，灌浆材料选用水泥黏土浆，在稳定废物桶堆码结构的同时阻滞核素迁移。

6)当防水衬砌2内腔达到处置容量后，通过内部回填土6充实防水衬砌2内腔空隙处；

7)关闭进料口12，通过外部回填土7充实防水衬砌2的外部与洞室壁1内腔的空隙处。

以放射性废料桶3为中心，从内到外，由废物包灌浆料、土垫层4和内部回填土6、沥青防水涂层2-1、外部回填土7共同组成了多重防水屏障系统。多重防水系统利用膨润土材料的高吸附性和耐久性，在300-500年的处置期限内可以对地下水进行逐层隔离，有效阻滞或减缓地下水的渗入，减缓核素向洞室外的迁移。

其它未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (10)

1.一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，包括防水系统和排水系统，其特征在于：所述防水系统包括设置于山体洞室内的防水衬砌(2)，所述防水衬砌(2)内腔一侧开设有与运输通道(13)连通的进料口(12)，所述防水衬砌(2)内腔底部设置有混凝土底板(5)，所述防水衬砌(2)内腔中放置放射性废料桶(3)，所述防水衬砌(2)内腔的空隙处通过内部回填土(6)充实，所述防水衬砌(2)的外部与洞室壁(1)内腔的空隙处通过外部回填土(7)充实；所述排水系统包括混凝土底板(5)上沿防水衬砌(2)内壁底部一周开设的内侧排水沟(8)和沿洞室壁(1)底部一周开设的外侧排水沟(9)，所述内侧排水沟(8)和外侧排水沟(9)中均铺设防砂筛管(10)，外侧排水沟所述内侧排水沟(8)和外侧排水沟(9)内的防砂筛管(10)在进料口(12)处与外部排水系统的排水管(11)连通。

2.根据权利要求1所述的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，其特征在于：所述防水衬砌(2)的外壁涂覆沥青防水层(2-1)。

3.根据权利要求1所述的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，其特征在于：所述防水衬砌(2)为筒仓式混凝土结构。

4.根据权利要求1或者2所述的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，其特征在于：所述混凝土底板(5)上方与放射性废料桶(3)之间设置有土垫层(4)。

5.根据权利要求1所述的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，其特征在于：所述防砂筛管(10)包括钻孔基管(10-1)和密织过滤层(10-2)。

6.根据权利要求4所述的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，其特征在于：所述土垫层(4)、内部回填土(6)和外部回填土(7)为膨润土。

7.根据权利要求5所述的一种低中放废物岩洞处置库防渗排水系统，其特征在于：所述内侧排水沟(8)和外侧排水沟(9)中采用砾石(14)填充。

8.一种低中放废物岩洞处置库防水系统施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在山体洞室内的用混凝土搭建筒仓结构的防水衬砌(2)，筒仓壁厚为0.5～1.5m，所述防水衬砌(2)内腔一侧开设有与运输通道(13)连通的进料口(12)；

2)在所述防水衬砌(2)底部铺设混凝土底板(5)，并在所述混凝土底板(5)上方铺设一层土垫层(4)，所述土垫层(4)的厚度为混凝土底板(5)的一半；

3)将放射性废料桶(3)通过进料口(12)运送进入所述防水衬砌(2)并依次码放；

4)当所述防水衬砌(2)内腔达到处置容量后，通过内部回填土(6)充实防水衬砌(2)内腔空隙处；

5)关闭所述进料口(12)，通过外部回填土(7)充实防水衬砌(2)的外部与洞室壁(1)内腔的空隙处。

9.根据权利要求8所述的一种低中放废物岩洞处置库防水系统施工方法，其特征在于：在步骤1)之前还包括对洞室壁(1)的微裂隙进行封堵的步骤。

10.根据权利要求8所述的一种低中放废物岩洞处置库防水系统施工方法，其特征在于：在所述步骤2)之前还包括对所述防水衬砌(2)外壁涂覆沥青防水层(2-1)的步骤。