CN208106434U - 用于地下中子能电站的结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于地下中子能电站的结构体系，其包括主隧洞结构体以及连接在所述主隧洞结构体一端的至少一个分支隧洞结构体，所述至少一个分支隧洞结构体与所述主隧洞结构体相连通，其中，所述主隧洞结构体的衬砌以及所述分支隧洞结构体的衬砌均具有：由内向外依次设置的模筑钢筋混凝土层、喷射混凝土层和锚杆支护结构，所述喷射混凝土层与所述模筑钢筋混凝土层之间设有防水层。本实用新型的用于地下中子能电站的结构体系，能够解决地下中子能电站的建设安全、运营安全问题，同时能够满足对地下中子能电站的退役和废料处置的要求。

Description

用于地下中子能电站的结构体系

技术领域

本实用新型涉及地下能源结构和地质封存技术领域，尤其涉及一种用于地下中子能电站的结构体系。

背景技术

深地质处置是一种有效的废料地质封存方式，是指把高放废物埋藏在深几百米的稳定地层中，采用工程屏障和天然屏障相结合的多重屏障隔离体系，使之与人类生存环境隔离。目前的深地质处置仅考虑将放射性物质(例如，乏燃料和废料等)进行物理封存，要求进行完全密闭封存，且一般建议采用机器人完成回填等工作，其并没有考虑人的可达性和废物的再利用性，因此，深地质处置的封存环境是放射性物质的自然衰变，不适合用于利用放射性物质产生能量的地下中子能电站。

常规的地下结构体系一般只需要满足强度要求和运营要求即可，几乎不涉及防止核素迁移的结构，不适用于地下中子能电站的运营要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于地下中子能电站的结构体系，能够解决地下中子能电站的建设安全、运营安全问题，同时能够满足地下中子能电站退役和对废料永久处置的要求。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种用于地下中子能电站的结构体系，包括主隧洞结构体以及连接在所述主隧洞结构体一端的至少一个分支隧洞结构体，所述至少一个分支隧洞结构体与所述主隧洞结构体相连通，其中，所述主隧洞结构体的衬砌以及所述分支隧洞结构体的衬砌均具有：

由内向外依次设置的模筑钢筋混凝土层、喷射混凝土层和锚杆支护结构，所述喷射混凝土层与所述模筑钢筋混凝土层之间设有防水层。

在本实用新型的实施方式中，所述防水层由层叠在一起的防水板及土工织布组成，所述土工织布与所述喷射混凝土层相接，所述防水板与所述模筑钢筋混凝土层相接。

在本实用新型的实施方式中，所述锚杆支护结构为由间隔设置的多根锚杆组成，所述多根锚杆插接于所述喷射混凝土层。

在本实用新型的实施方式中，所述主隧洞结构体内设有屏蔽门，所述主隧洞结构体通过所述屏蔽门被分割为中子能硐室和热电联供硐室。

在本实用新型的实施方式中，所述主隧洞结构体的下方设有用于封存所述地下中子能电站的能量产生系统的防核素迁移屏障体，所述防核素迁移屏障体位于所述中子能硐室的下方。

在本实用新型的实施方式中，所述防核素迁移屏障体的衬砌具有由内至外依次设置的铅粉混凝土层、粘土层、钢筋混凝土层、注浆层和围岩层。

在本实用新型的实施方式中，所述主隧洞结构体的下方设有加固结构，所述加固结构位于所述中子能硐室中用于放置所述地下中子能电站的中子源系统的下方。

在本实用新型的实施方式中，所述加固结构为采用多个注浆管向周边围岩内注浆而形成的注浆加固体。

在本实用新型的实施方式中，所述用于地下中子能电站的结构体系还具有竖井结构，所述竖井结构设置在所述主隧洞结构体与所述分支隧洞结构体的连接处，所述竖井结构分别与所述主隧洞结构体和所述分支隧洞结构体相连通。

在本实用新型的实施方式中，所述用于地下中子能电站的结构体系距离地面的垂直距离不小于70m。

在本实用新型的实施方式中，所述主隧洞结构体的截面为圆形、马蹄形或三圆拱形；所述分支隧洞结构体的截面为圆形、马蹄形或三圆拱形。

本实用新型的用于地下中子能电站的结构体系的特点及优点是：本实用新型的用于地下中子能电站的结构体系，满足了地下中子能电站的建设和运营要求，能够实现地下中子能电站的建设、运营、退役和废料封存一体化设计，并能够确保地下中子能电站与人类居住环境的隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的用于地下中子能电站的结构体系的俯视结构图。

图2为图1的A-A向剖面的第一实施例的剖面图。

图3为图1的A-A向剖面的第二实施例的剖面图。

图4为图1的A-A向剖面的第三实施例的剖面图。

图5为本实用新型的主隧洞结构体/分支隧洞结构体的局部衬砌的放大示意图。

图6为本实用新型的主隧洞结构体和竖井结构的主视结构示意图。

图7为本实用新型的分支隧洞结构体和竖井结构的主视结构示意图。

图8为本实用新型的另一分支隧洞结构体和竖井结构的主视结构示意图。

附图标号说明：1、主隧洞结构体；11、模筑钢筋混凝土层；12、喷射混凝土层；121、钢拱架；122、混凝土；13、锚杆支护结构；131、锚杆；14、防水层；15、中子能硐室；16、热电联供硐室；17、加固结构；171、注浆管；172、注浆加固体；2、分支隧洞结构体；3、通风配电系统；4、燃料储存系统；5、屏蔽门；6、中子源系统；7、能量产生系统；8、防核素迁移屏障体；81、铅粉混凝土层；82、粘土层；83、钢筋混凝土层；84、注浆层；9、竖井结构；91、围护结构体；92、支撑结构；10、热电联供系统；h1、厚度；h2、厚度；L长度。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种用于地下中子能电站的结构体系，包括主隧洞结构体1以及连接在所述主隧洞结构体1一端的至少一个分支隧洞结构体2，所述至少一个分支隧洞结构体2与所述主隧洞结构体1相连通，其中，所述主隧洞结构体1的衬砌以及所述分支隧洞结构体2的衬砌均具有：由内向外依次设置的模筑钢筋混凝土层11、喷射混凝土层12和锚杆支护结构13，所述喷射混凝土层12与所述模筑钢筋混凝土层11之间设有防水层14。

具体是，如图2所示，在一可行的实施例中，主隧洞结构体1的截面大体呈圆形，也即，该主隧洞结构体1为圆筒状结构；如图3所示，在另一可行的实施例中，主隧洞结构体1的截面大体呈三圆拱形；如图4所示，在再一可行的实施例中，主隧洞结构体1的截面大体呈马蹄形。当然，在其他的实施例中，该主隧洞结构体1的截面也可为其他形状，在此不做限制。

请配合参阅图1所示，该主隧洞结构体1为地下中子能电站的核心硐室，其大体呈长条状硐室结构，该主隧洞结构体1水平布置在地面以下，其距离地面的垂直距离不小于70m，也即，请配合参阅图6所示，该主隧洞结构体1的拱顶距离地面的垂直距离H不小于70m。另外，位于本实用新型的用于地下中子能电站的结构体系的周边围岩要求选择具有一定离子吸附能力、热传导性能的围岩，进而实现地下中子能电站与人类居住环境的完全隔离和地下中子能电站的运营安全。

至少一个分支隧洞结构体2连接在主隧洞结构体1的一端，该分支隧洞结构体2的截面与主隧洞结构体1的截面相同，其大体呈圆形、马蹄形或三圆拱形，当然，在其他的实施例中，该分支隧洞结构体2的截面也可为其他形状，在此不做限制。在本实用新型中，该用于地下中子能电站的结构体系具有两个分支隧洞结构体2，两个分支隧洞结构体2分别连接在主隧洞结构体1的一端，从而使得该用于地下中子能电站的结构体系大体呈Y形形状。两个分支隧洞结构体2中，其中一个分支隧洞结构体2内用于放置地下中子能电站的通风配电系统3，另一个分支隧洞结构体2内用于放置地下中子能电站的燃料储存系统4。其中，在本实用新型中，放置有燃料储存系统4的分支隧洞结构体2内还设有屏蔽门5，该屏蔽门5用于封闭该分支隧洞，以实现燃料储存系统4与外部的隔离。该分支隧洞结构体2大体呈长条状硐室结构，并水平布置在地面以下，其距离地面的垂直距离不小于70m，也即，请配合参阅图7和图8所示，两个分支隧洞结构体2的拱顶距离地面的垂直距离H均不小于70m。

在本实用新型中，上述主隧洞结构体1的衬砌和分支隧洞结构体2的衬砌的结构组成基本相同，二者的衬砌均包括由内向外依次设置的由模筑钢筋混凝土层11构成的二衬、由喷射混凝土层12和锚杆支护结构13构成的初衬，在喷射混凝土层12与模筑钢筋混凝土层11之间设有防水层14。

具体是，如图5所示，该喷射混凝土层12由钢拱架121及喷射在钢拱架121上的混凝土122形成。在本实施例中，沿隧洞结构体的长度方向，该喷射混凝土层12内设置有多个钢拱架121，相邻两个钢拱架121之间的间距为0.5m～1.5m；该喷射混凝土层12的厚度h1为30cm～50cm。

模筑钢筋混凝土层11设置在喷射混凝土层12的内侧，该模筑钢筋混凝土层11根据主隧洞结构体1和分支隧洞结构体2的具体形状支好模板后浇注成型，该模筑钢筋混凝土层11应按照钢筋混凝土结构并承担全部围岩荷载进行设计，具体应依据当地地质、水文条件综合确定。在本实施例中，该模筑钢筋混凝土层11的厚度h2为20cm～50cm。

防水层14夹设在模筑钢筋混凝土层11与喷射混凝土层12之间，该防水层14用于阻隔地下岩层中的水分，以确保隧洞结构体内的运营环境。在本实施例中，该防水层14由层叠在一起的防水板及土工织布组成，该土工织布与喷射混凝土层12相接，该防水板与模筑钢筋混凝土层11相接。

锚杆支护结构13为由间隔设置的多根锚杆131组成，多根锚杆131插接于喷射混凝土层12。在本实施例中，该锚杆131的长度L为3m～5m，多根锚杆131呈梅花形布置，该锚杆131的具体尺寸应根据周边围岩的力学性质和地质情况综合确定，在此不做限制。

该分支隧洞结构体2的衬砌与主隧洞结构体1的衬砌类似，但分支隧洞结构体2的模筑钢筋混凝土层11的厚度可适当降低。

根据本实用新型的一个实施方式，请配合参阅图1和图6所示，在主隧洞结构体1内设有屏蔽门5，该主隧洞结构体1通过该屏蔽门5被分割为中子能硐室15和热电联供硐室16。其中，中子能硐室15内用于放置地下中子能电站的中子源系统6和能量产生系统7；热电联供硐室16内用于放置地下中子能电站的热电联供系统10。该屏蔽门5可实现中子射线和核素与外部的隔离。

具体的，为实现地下中子能电站的能量产生系统7的建设、运营、退役和封存一体化设计，在主隧洞结构体1的下方设有用于封存地下中子能电站的能量产生系统7的防核素迁移屏障体8，该防核素迁移屏障体8位于中子能硐室15的下方并靠近热电联供硐室16设置。在本实用新型中，该防核素迁移屏障体8具有由内至外依次设置的铅粉混凝土层81、粘土层82、钢筋混凝土层83和注浆层84，该防核素迁移屏障体8还可进一步包括位于注浆层84外部的周边围岩层。该防核素迁移屏障体8的顶部与主隧洞结构体1的底部平齐，且实现与主隧洞结构体1的密封连接，在特殊情况下，该防核素迁移屏障体8的顶部也可高于或低于主隧洞结构体1的底壁，在此不做限制。

根据本实用新型的一个实施方式，该主隧洞结构体1的下方设有加固结构17，该加固结构17位于中子能硐室15的下方并靠近防核素迁移屏障体8设置，也即，该加固结构17设置在中子能硐室15中用于放置地下中子能电站的中子源系统6的下方。在本实用新型中，该加固结构17为采用多个注浆管171向周边围岩内注浆而形成的注浆加固体172。该加固结构17用以控制该区段长期运营的不均匀沉降。该加固结构17的多个注浆管171可在隧道施工过程中，以梅花形布孔的形式采用钻孔方式形成于地下围岩中，注浆量应控制在不引起隧道底板产生过大应力为准。当然，当用于地下中子能电站的结构体系周围的围岩强度较高、沿隧洞方向分布均匀且流变不明显时，可省去该加固结构17。注浆压力和注浆量可根据围岩的地质、水文条件综合确定。当然，在其他的实施方式中，该加固结构17也可采用设置桩基或其他结构体系来控制该区段的长期不均匀沉降，在此不做限制。

根据本实用新型的一个实施方式，该用于地下中子能电站的结构体系还具有竖井结构9，该竖井结构9设置在主隧洞结构体1与分支隧洞结构体2的连接处，该竖井结构9分别与主隧洞结构体1和分支隧洞结构体2相连通。

具体的，该竖井结构9的横断面一般为圆形，局部也可采用方形等形状，可具体依据施工空间自由选择，该竖井结构9按照一般竖井规范进行设计施工即可，该竖井结构9用来实现地下中子能电站与地面的联通，其结构形式为钢筋混凝土结构，其结构厚度依据当地的地质条件、水文条件和施工水平等综合确定。在地层较好区域，可采用随撑随挖的形式施工，采用钢格栅、锚杆和注浆作为初期支护，随后施工内部混凝土结构作为永久结构。在本实施例中，该竖井结构9由围护结构体91和设置在围护结构体91内的支撑结构92组成。

本实用新型的用于地下中子能电站的结构体系，满足了地下中子能电站的建设和运营要求，能够实现地下中子能电站的建设、运营、退役和废料封存一体化设计，并能够确保地下中子能电站与人类居住环境的隔离。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (11)

1.一种用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，包括主隧洞结构体以及连接在所述主隧洞结构体一端的至少一个分支隧洞结构体，所述至少一个分支隧洞结构体与所述主隧洞结构体相连通，其中，所述主隧洞结构体的衬砌以及所述分支隧洞结构体的衬砌均具有：

由内向外依次设置的模筑钢筋混凝土层、喷射混凝土层和锚杆支护结构，所述喷射混凝土层与所述模筑钢筋混凝土层之间设有防水层。

2.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述防水层由层叠在一起的防水板及土工织布组成，所述土工织布与所述喷射混凝土层相接，所述防水板与所述模筑钢筋混凝土层相接。

3.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述锚杆支护结构为由间隔设置的多根锚杆组成，所述多根锚杆插接于所述喷射混凝土层。

4.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述主隧洞结构体内设有屏蔽门，所述主隧洞结构体通过所述屏蔽门被分割为中子能硐室和热电联供硐室。

5.如权利要求4所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述主隧洞结构体的下方设有用于封存所述地下中子能电站的能量产生系统的防核素迁移屏障体，所述防核素迁移屏障体位于所述中子能硐室的下方。

6.如权利要求5所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述防核素迁移屏障体的衬砌具有由内至外依次设置的铅粉混凝土层、粘土层、钢筋混凝土层、注浆层和围岩层。

7.如权利要求4所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述主隧洞结构体的下方设有加固结构，所述加固结构位于所述中子能硐室中用于放置所述地下中子能电站的中子源系统的下方。

8.如权利要求7所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述加固结构为采用多个注浆管向周边围岩内注浆而形成的注浆加固体。

9.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述用于地下中子能电站的结构体系还具有竖井结构，所述竖井结构设置在所述主隧洞结构体与所述分支隧洞结构体的连接处，所述竖井结构分别与所述主隧洞结构体和所述分支隧洞结构体相连通。

10.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述用于地下中子能电站的结构体系距离地面的垂直距离不小于70m。

11.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的结构体系，其特征在于，所述主隧洞结构体的截面为圆形、马蹄形或三圆拱形；所述分支隧洞结构体的截面为圆形、马蹄形或三圆拱形。