CN108167021B - 高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，涉及高放废物处置技术领域。所述安全阻隔方法在原有的高放废物处置库巷道壁上开挖多组密封段，并用缓冲材料块进行填充，在地下水的作用下，缓冲材料块膨胀，实现密封段的密封。本发明公开的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，在核素发生泄漏流入巷道并流经开挖扰动区时，密封段的存在有效阻隔核素从岩层缝隙中泄漏，从而保证高放废物处置库的安全，消除核素泄漏的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及高放废物处置技术领域，具体涉及一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔的方法。
背景技术
近年来，随着国民经济的蓬勃发展，能源短缺逐渐成为中国所面临的严峻问题，中国越来越重视核能的利用和发展，核能的利用，必将产生大量的核废料，因此核废料处置已经成为迫在解决的课题。
对于高放废物的处置，目前国际社会上普遍接受的可行方案是把高放废物深埋于地下500～1000m深的稳定的地层中：即将高放废物经过固化处理、灌装后，储藏在深部地质处置库中，该处置库通常称为“高放废物地质处置库”,以下简称为“处置库”。
处置库的设计思路，一般采用的是“多屏障系统”，包括围岩地质屏障，基于膨润土作为缓冲材料的人工屏障和废物储存容器屏障。玻璃固化的高放废物封装在特制的容器中，这种容器是用非常耐腐蚀的高级合金钢或铜等材料制造的。处置的时候，固化容器的周围还要填充吸附性能好的膨润土材料，这样构成了多道“人工屏障”。除此之外，还有优良的“天然屏障”。高放废物库建在几百米深地下的稳定地质层内(如花岗岩、粘土岩、盐岩等)，随着时间的推移，围岩中的地下水将从四周逐渐侵蚀到膨润土材料中，膨润土将逐渐吸水膨胀，从而填满膨润土块体之间以及膨润土块体与围岩之间的空隙，从而起到密封作用。
在开挖地下深部处置库的过程中，将对其周围一定范围内的岩体应力场产生明显扰动，开挖面附近一定范围内岩体的力学性质不可避免地发生明显变化，这种扰动主要体现为岩体内部大量微裂纹的萌生、扩展和贯穿、应力的重分布等，从而影响工程的安全性。发生这种扰动的区域被称为开挖扰动区(ExcavationDisturbed Zone)或开挖损伤区(Excavation Damaged Zone)。
正是由于这种开挖扰动区域的存在，使得原本由围岩地质屏障，基于膨润土作为缓冲材料的人工屏障和废物储存容器屏障的这种“多屏障系统”存在一定得安全隐患。当处置库埋入地下非常久的时间后，高放废料储存容器有可能发生破裂，导致核素发生泄漏。这时，由膨润土作为缓冲材料的人工屏障和围岩地质屏障能够很好的阻隔核素的进一步泄露和迁移。但是，由于开挖扰动区的存在,使得周围一定范围内的原本致密的稳定的地质层萌生、扩展和贯穿大量的微裂纹，核素就通过这些微裂纹，发生迁移和泄漏，而超过扰动区的范围，岩体依然保持稳定和致密。所以，当核素穿过微裂缝，随着水汽横向迁移到一定范围后，即超出开挖扰动区时，核素无法再进一步迁移，稳定地质层提供了很好的密闭性。在这个方向上，处置库是安全的。但是，核素在纵向上穿过微裂缝，可以直接越过基于膨润土作为缓冲材料的人工屏障，最终，达到处置库外围连接着地表的巷道，再随着水气直接可抵达地表，造成核素泄漏，所以我们必须在这个方向上加一层人工屏障，限制核素的纵向迁移，消除这种安全隐患。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种有效防止核素纵向迁移的安全阻隔方法，以消除核素迁移所带来的安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，在原有的高放废物处置库巷道壁上开挖多组密封段，并以缓冲材料进行填充密封，当核素发生泄漏流入巷道，并流经开挖扰动区时，密封段的存在有效阻隔核素从岩层缝隙中泄漏，从而保证高放废物处置库的安全，消除核素泄漏的安全隐患。
根据本发明的目的提出的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，所述高放废物处置库包括高放废物存放区，巷道以及人行通道；所述安全阻隔方法包括以下步骤：
步骤一：将高放废物放入高放废物存放区内，放置完成后，关上金属大门，形成金属隔离层，密闭高放废物存放区。
步骤二：使用岩体检测装置对巷道进行检测，结合岩体力学知识确定巷道开挖扰动区的范围和深度。
步骤三：根据检测结果，使用岩体开挖装置在巷道壁上开挖多组用于核素阻隔的密封段。
步骤四：根据密封段的形状和尺寸以及巷道的尺寸，分别制作若干尺寸不一的缓冲材料块。
步骤五：在巷道内由里向外填充预制的缓冲材料块，当经过密封段时，先将对应密封段填充密封，再填充巷道，如此依次完成整个巷道的填充，形成缓冲材料隔离层。
步骤六：在缓冲材料隔离层外浇筑混凝土，形成混凝土密封层。
步骤七：在地下水的作用下，缓冲材料块吸水膨胀，实现巷道密封。
优选的，步骤五中密封段填充时，将制作好的缓冲材料块均匀的分层嵌入密封段内，放入的顺序从下到上，对于巷道下部成型的密封段中的缓冲材料块，直接分层摆放，而对于巷道侧上方以及上部成型的密封段中的缓冲材料块，则通过锚杆锚固在巷道壁岩石上。
优选的，每组所述密封段为沿巷道横截面轮廓成型的闭合凹槽。
优选的，每一所述凹槽厚度为0.3m，相邻两凹槽之间的距离为6-8m。
优选的，所述缓冲材料块土、沙配比为0.7:0.3。
优选的，所述岩体检测装置为岩体声波测试仪，岩体开挖装置为凿岩机。
与现有技术相比，本发明公开的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法的优点：
所述开挖扰动区安全阻隔方法在原有的高放废物处置库巷道壁上根据地质条件确定开挖扰动区的范围和深度并开挖多组密封段，然后用缓冲材料块进行填充，在地下水的作用下，缓冲材料块膨胀，实现密封段的密封。随着时间推移处置库中核素发生泄漏流入巷道并流经开挖扰动区时，密封段的存在有效阻隔核素从岩层缝隙中泄漏，从而保证高放废物处置库的安全，消除核素泄漏的安全隐患，而且该方法施工难度较小，降低劳动难度，同时节约高放废物处置库的整体造价。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为高放废物处置库结构图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1、高放废物存放区；2、金属隔离层；3、密封段；4、缓冲材料隔离层；5、混凝土密封层；6、人行通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种高放废物处置库包括高放废物存放区1，巷道以及人行通道6，开挖扰动区安全阻隔方法包括以下步骤：
步骤一：将高放废物放入高放废物存放区1内，放置完成后，关上金属大门，形成金属隔离层2，密闭高放废物存放区1。
步骤二：使用岩体检测装置对巷道进行检测，结合岩体力学知识确定巷道开挖扰动区的范围和深度。其中岩体检测装置不限，岩体声波测试仪为其中较佳的选择。
步骤三：根据检测结果，使用岩体开挖装置在巷道壁上开挖多组用于核素阻隔的密封段3，密封段3的深度根据开挖扰动区的深度进行确定。每组密封段3为沿巷道横截面轮廓成型的闭合凹槽，凹槽的厚度以及槽间距依具体情况而定。优选的，每一凹槽厚度为0.3m，相邻两凹槽之间的距离为6-8m。当巷道为环形时，密封段3为环形槽，环形槽内缓冲材料块的弧度与环形槽的弧度一致。其中岩体开挖装置不限，凿岩机为其中较佳的选择。
步骤四：根据密封段3的形状和尺寸以及巷道的尺寸，分别制作若干尺寸不一的缓冲材料块。其中该缓冲材料块由膨润土混合物制成，根据膨润土混合物干密度和膨胀力之间的关系以及施工现场所需的膨胀力大小，在实验室中进行试验，最终确定现场所需的膨润土混合物缓冲材料的干密度ρd，再根据现场所需要的膨润土混合物体积V,计算出现场所需要的膨润土混合物质量m，计算公式是：m＝ρd×V。根据计算结果准备相应质量的膨润土混合物，然后制作缓冲材料块。具体的，缓冲材料块的土、沙配比为0.7:0.3。
步骤五：在巷道内由里向外填充预制缓冲材料块，当经过密封段3时，先将对应密封段3填充密封，再填充巷道，如此依次填充完成整个巷道，形成缓冲材料隔离层4。其中密封段3填充时，将制作好的缓冲材料块均匀的分层嵌入密封段3内，放入的顺序从下到上，对于巷道下部成型的密封段3中的缓冲材料块，直接分层摆放，而对于巷道侧上方以及上部成型的密封段3中的缓冲材料块，则通过锚杆锚固在巷道壁岩石上，通过锚固以及下部块体的支撑，可以达到稳定上部的作用。缓冲材料块填充完成后，用砂石填充机对缓冲材料块之间的缝隙以及缓冲材料块与岩体之间的缝隙进行膨润土混合物颗粒填充，从而使得缓冲材料隔离层4充分填充。
步骤六：在缓冲材料隔离层4外浇筑混凝土，形成混凝土密封层5。
步骤七：在地下水的作用下，缓冲材料块吸水膨胀，实现巷道密封。
综上所述，本发明公开的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，在原有的高放废物处置库巷道壁上开挖多组密封段，该密封段根据开挖扰动区的地质条件确定其深度，然后用缓冲材料块进行填充，在地下水的作用下，缓冲材料块膨胀，实现密封段的密封。随着时间推移高放废物处置库中核素发生泄漏流入巷道并流经开挖扰动区时，密封段的存在有效阻隔核素从岩层缝隙中泄漏，从而保证高放废物处置库的安全，消除核素泄漏的安全隐患，而且该方法施工难度较小，降低劳动难度，同时节约高放废物处置库的整体造价。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，其特征在于，所述高放废物处置库包括高放废物存放区(1)，巷道以及人行通道(6)；所述安全阻隔方法包括以下步骤：
步骤一：将高放废物放入高放废物存放区(1)内，放置完成后，关上金属大门，形成金属隔离层(2)，密闭高放废物存放区(1)；
步骤二：使用岩体检测装置对巷道进行检测，结合岩体力学知识确定巷道开挖扰动区的范围和深度；
步骤三：根据检测结果，使用岩体开挖装置在巷道壁上开挖多组用于核素阻隔的密封段(3)；
步骤四：根据密封段(3)的形状和尺寸以及巷道的尺寸，分别制作若干尺寸不一的缓冲材料块；
步骤五：在巷道内由里向外填充预制的缓冲材料块，当经过密封段(3)时，先将对应密封段(3)填充密封，再填充巷道，如此依次完成整个巷道的填充，形成缓冲材料隔离层(4)；
步骤六：在缓冲材料隔离层(4)外浇筑混凝土，形成混凝土密封层(5)；
步骤七：在地下水的作用下，缓冲材料块吸水膨胀，实现巷道密封。
2.根据权利要求1所述的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，其特征在于，步骤五中密封段(3)填充时，将制作好的缓冲材料块均匀的分层嵌入密封段(3)内，放入的顺序从下到上，对于巷道下部成型的密封段(3)中的缓冲材料块，直接分层摆放，而对于巷道侧上方以及上部成型的密封段(3)中的缓冲材料块，则通过锚杆锚固在巷道壁岩石上。
3.根据权利要求2所述的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，其特征在于，每组所述密封段(3)为沿巷道横截面轮廓成型的闭合凹槽。
4.根据权利要求3所述的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，其特征在于，每一所述凹槽厚度为0.3m，相邻两凹槽之间的距离为6-8m。
5.根据权利要求4所述的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，其特征在于，所述缓冲材料块土、沙配比为0.7:0.3。
6.根据权利要求5所述的一种高放废物处置库巷道开挖扰动区安全阻隔方法，其特征在于，所述岩体检测装置为岩体声波测试仪，所述岩体开挖装置为凿岩机。
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