JP4111560B2 - 土壌堆積物により覆われた岩盤層上に建設されている施設 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地震による事象に対する安全基準に適合するように設計されている原子力プラントの構造に関する。具体的に言えば、本発明は、軟弱な土壌基礎材料が深い岩盤の上を覆っているサイト（敷地）にある原子力プラントの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力プラントは、経験しそうな最も過酷な地震により引き起こされる地面の動きに耐えるように設計されている。地震解析では、地震のような事象発生時に原子炉が安全に停止することが示されなければならない。安全な停止に絶対的に必要な構成要素及び構造は、安全分類（セーフティ・クラス）Ｉの構造として考えられるものである。
【０００３】
岩盤が自然地表面から非常に（３０メートル又は約１００フィート以上の）深い所に位置しているとき、従来の建築マット基礎を利用して安全分類Ｉの基礎を設けることは非常にコストがかかると共に時間を浪費する。岩盤境界から放出される地震加速度は、土壌を介して有意に増幅され、原子力プラントの構造、システム及び構成要素にかかる非常に高い地震力になる。地震励起状態における液化の可能性は、従来設計における地下の基礎に激しい影響を及ぼす。
【０００４】
従って、原子力プラントのために選択されたサイトにおける深い岩盤の上を覆っている軟弱な土壌基礎材料を克服する新たな建築設計に対する要求がある。この建築設計は、発電プラントの構造、システム及び構成要素に対する地震事象の影響を最小限にしなければならない。その設計は又、異なる形式のプラントに適応可能であるべきである。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、軟弱な土壌堆積物によって覆われた深い岩盤上に原子力プラントを建設するための新規な設計構造である。本発明は、軟弱な土壌を貫通していると共に適当な岩盤物質（柔らかい又は硬い岩盤）上に埋設されている単純な基礎構造を採用している。構造上のコンクリートが、軟弱な土壌材料を埋める（ブリッジする）ために用いられる好ましい媒体である。本発明の好ましい実施例に従えば、基礎構造が、水中用形式の（トレミー（tremie））コンクリートで満たされた複数のケーソンを含んでいる。代替的には、補強されたコンクリートで形成されているパイル又は任意の形式の基礎構造が、これによって支持されている構造上の負荷を軟弱な土壌材料から適当な岩盤へ伝達するために使用され得る。
【０００６】
原子力プラントの構造、システム及び構成要素への地震の影響を最小限にするために、弾性（ゴム）軸受け又は地震アイソレータ（フィルタ）が、プラント建物を支持するために使用されている。このようなアイソレータは、非常に多くの震動入力をフィルタで除去する。発電複合体におけるすべての主要な構造（即ち、原子炉建屋、タービン建屋、ラドウェスト建屋及び制御建屋）は、弾性軸受け又は地震アイソレータを収容している共通のマット基礎の上に配置されていると共に、建屋の間の差動移動を最小限にする。
【０００７】
本発明に従った建築構造は、原子力プラントの非常に多くの異なる設計に適用されるであろう。本発明は、発電複合体の設計を標準化すると共にその設計を異なる形式のサイトで使用することを可能にする。唯一変化するものは、基礎構造の詳細及び地震時のエネルギを吸収する弾性軸受けのような地震アイソレータの繊細なチューニングである。
【０００８】
一般的に、原子力発電複合体にかかる地震負荷は、構造、システム及び構成要素の設計に有意な影響を及ぼす。地震負荷は、複合体が地震活動度の高い区域に配置されているか、地震活動度の低い区域に配置されているかに依存する。地震アイソレータのフィルタリング又は隔離特性により、原子力発電複合体の構造、システム及び構成要素の震動は、アイソレータ上の構造に対する標準的な一組の包絡設計値が地震活動度の高い位置を含んだサイトとは無関係に定義され得るように制御される。岩盤の高さも位置から位置へと変化するので、ケーソンの長さのみを変化させることにより、標準的で一般的な埋め込みがサイトとは無関係に選択され得る。こうして、原子力発電複合体の標準設計が達成され得る。
【０００９】
【実施例】
図２を参照すると、本発明の好ましい実施例に従った構造基礎が、ピット又は地下室１０を含んでおり、ピット又は地下室１０は、発電複合体を支持している水平な平板（スラブ）床１０ａと、平板床１０ａの周囲から垂直上方に延在している壁１０ｂとを有している。好ましくは、隔離地下室１０は、鋼のバーで補強されたコンクリートで形成されている。平板床１０ａの厚さは、３ｍのオーダであってもよい。周囲壁１０ｂは、より薄い、即ち１．５ｍのオーダであってもよい。
【００１０】
図１に最もよく示されているように、例示的な発電複合体は、一対の原子炉建屋２２及び２４と、一対のタービン建屋２６及び２８と、制御建屋３０と、一対のラドウェスト建屋３２及び３４とを含んでいる。これらの建屋は、平板床１０ａの上に配置されており、好ましくは、複合体によって占められる区域が最小になるように配置されている。図１における例示的な平板床は正方形状を有しているが、実際には平面床１０ａの形状は、特定のプラントの構成及び／又は基礎を成す地形に適合するように構成され得る。
【００１１】
図２に示すように、隔離地下室１０は、複数のペデスタル１２によって垂直に支持されており、複数のペデスタル１２は、軟弱な土壌の上部層４の下方にある岩盤層２の上に立っている。４×４配列のペデスタルが図１及び図２に示されているが、ペデスタルの数が１６である必要がないことは地震技術に関する当業者には容易に明らかである。ペデスタルは行列状に配置されている必要もなく、又は互いに等しい距離で隔設されている必要もない。ペデスタルの間隔及び配置は、平面床の形状及び／若しくは基礎を成す地形に適合するように、又は所定の負荷歪み特性をもたらすように調節され得る。
【００１２】
図２に最もよく示されているように、各々のペデスタル１２は好ましくは、トレミー・コンクリート１６で満たされたケーソン１４を含んでいる。トレミー・コンクリート１６は水中に沈められたときに、コンクリートの溶解を防止する添加物を含有している形式のコンクリートである。各々のケーソン１４は、大きな（例えば、直径３０ｍの）円形円筒形状のシェル（図３に詳細に示されている）であり、好ましくは、構造用鋼で製造されていると共に不十分な（lean）コンクリートで満たされている。代替的には、各々のケーソンは、岩盤層の上に位置しているコンクリート塊を取り囲んでいるコンクリート部材を含んでいてもよい。シェルの厚さは、３．５ｍのオーダであってもよい。各々のケーソンの高さは、各々のケーソンが埋め込まれている位置における岩盤層２の上部境界の深さに関連して変化するであろう。各々のペデスタルの上端部は、隔離地下室１０の平面床１０ａの下方の対応する区域を支持している。ペデスタルの配列は全体で、全体的に水平位置にある平面床１０ａを支持している。
【００１３】
ペデスタルを構成するためには先ず、土壌層の上部数メートルにある軟弱な土壌層が掘り出される。次いで、各々のケーソンの１４の下端部が、ケーソンの頂部すべてが水平平面内の所望の高さに位置するまで、残りの土壌層を通り抜けて岩盤層２内に埋め込まれる。ケーソン内部の容積がばらの岩石、土壌及び水を除去するように浚渫された後に、ケーソンは非常に堅固でしっかりした支持構造を形成するようにトレミー・コンクリートで埋め戻される。この構造は、隔離地下室１０にかかるすべての荷重を支持すると共に岩盤基礎２に伝達する。
【００１４】
本発明の好ましい実施例に従って、発電複合体の各々の建屋（図１の参照番号２２、２４、２６、２８、３０、３２及び３４）は、それぞれ一組の弾性軸受け１８によって隔離地下室１０の平板床１０ａ上に独立に支持されている。これらの弾性軸受けは、地震時の建屋の構造的健全性を維持すると共にそれらの建屋と支持隔離地下室との間の連結していない移動を可能にする地震アイソレータとして作用する。設計及び建設において伝統的であるかもしれない地震アイソレータは、隔離地下室１０の平板床１０ａの上部表面の上方の所定の高さで建屋の底部を支持している。好ましくは、その所定の高さは、発電プラントの作業員がアイソレータの検査及び保守を実行するための出入り（アクセス）を行う通路を形成するのに十分（例えば、２ｍのオーダ）である。
【００１５】
上述した基礎の設計を用いて、発電複合体は実質的に、深い岩盤上に支持されている。大きな円形のペデスタルは、すべての荷重を岩盤基礎に伝達する非常に堅固でしっかりした構造を形成している。提案された構造は簡易であると共に、十分な公差でよく達成される。隔離地下室も同様に、従来の材料及び技術で建設された。弾性軸受けは、発電複合体構造を岩盤基礎に向いている横からの地震負荷から隔離するように選択されている。弾性軸受けは、せん断ばね（ｓｈｅａｒｓｐｒｉｎｇｓ）として作用する。これらは大きな変位に適応すると共に、水平方向に移動する過程におけるエネルギを吸収する。これらは、各々個別のサイトへの適用に対して寸法決めされている。隔離地下室の横方向の振動は、垂直壁１０ｂの外側周囲に沿った安定化された土壌６の配置により減少する可能性がある。この土壌は、振動を用いた付加材をしみ込ませることにより安定化されている。
【００１６】
岩石に対するコンクリートの大幅な質量低下と組み合わせて地震アイソレータ（フィルタ）を使用することは、上述した構造の標準化としてのアイソレータを可能にする独特の概念である。好ましい埋め込みについて原子力発電複合体との関連で記載してきたが、地震事象からの保護を要求するいかなる種類の設備も本発明の隔離地下室の上に建設され得ることは明らかであろう。
【００１７】
ここに述べた観念及び概念は、適当な（柔らかい又は硬い）岩盤を覆っている軟弱な土壌の上に位置している原子力プラント（又はその他の産業施設）の経済的な基礎（土台）をもたらす概念設計としての手段を提供する。この設計は、原子力プラントの構造、システム及び構成要素にかかる地震負荷を最小限にするであろう。更に、この設計は、基礎を建設するために必要とされる総時間を最小限にする。
【００１８】
本発明の結果として、標準的な原子力発電プラント設計の使用が、そのサイトが軟弱な土壌の上に位置しているか及び地震活動度の高い区域に位置しているかにかかわりなく可能になる。又、この設計は、発電複合体の主要な構成要素の配置を同時に接近させることを可能にする。これにより、必要とされるプラントの面積を最小限にすると共に、建屋の間の差動移動を減少させる。最初は、原子力施設に対する基礎支持を試験、監視及び調節をすることが可能であろう。
【００１９】
好ましい埋め込みを例示の目的のみのために開示してきた。ここに開示された構造の変更及び改変は、当業者には容易に明らかであろう。例えば、本発明の隔離の概念は、（土壌の深さに依存する）基礎建設の異なる方法を考慮に入れるのに十分なほど用途が多い。図２は、岩盤表面が隔離地下室１０の平面床の底部の下方約３５ｍにあると仮定された場合の実例的なサイトに対して示されている。ケーソンの寸法は、比較的浅いサイトではケーソンが使用されないと言ってもよい程度まで減少させることができ、コンクリートの充填は従来の形態で成される。より頑丈なケーソン又は一組の同心のケーソンが、岩盤層２のより深い頂部表面を有しているサイトに対して使用され得る。ケーソンが使用される場合、ケーソンの間の空間は、設計要求に応じて砂、セメント又はその他任意の適当な材料で満たされる。このようなすべての変更及び改変は、本発明によって包含されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例に従った深い岩盤サイトの構造基礎のサイト平面図である。
【図２】図１に描いた構造基礎を図１に示した切断線２−２に沿って切った概略断面立面図である。
【図３】図２に示した細部Ａの拡大図である。
【符号の説明】
２ 岩盤層
４ 土壌の上部層
６ 安定化された土壌
１０ 地下室
１０ａ 平板（スラブ）床
１０ｂ 壁
１２ ペデスタル
１４ ケーソン
１６ コンクリート
２２、２４ 原子炉建屋
２６、２８ タービン建屋
３０ 制御建屋
３２、３４ ラドウェスト建屋

Claims (6)

1. 土壌堆積物（４）により覆われた岩盤層（２）上に建設されている施設であって、
   トレミー・コンクリートで満たされた複数のケーソンであって、前記複数のケーソンのそれぞれが、前記岩盤層の上に接触した状態で位置付けられる底端部と、所定の高さに配置されている頂端部とを有している、前記複数のケーソンと、
   該複数のケーソンの頂端部により水平状態において垂直方向に支持されている床（１０ａ）を含んでいる隔離地下室（１０）と、該隔離地下室の前記床上に装着されている第１の複数の地震アイソレータ（１８）と、該第１の複数の地震アイソレータのみにより支持されている第１の建屋（２２）と、前記隔離地下室の前記床上に装着されている第２の複数の地震アイソレータ（１８）と、該第２の複数の地震アイソレータのみにより支持されている第２の建屋（２４、２６又は２８）とを備えており、前記第１及び第２の建屋は、その間に所定の間隔を有しており、
   前記第１の建屋は、第１の原子炉建屋（２２）であり、前記第２の建屋は、第２の原子炉建屋（２４）又はタービン建屋（２６又は２８）であることを特徴とする、
   土壌堆積物（４）により覆われた岩盤層（２）上に建設されている施設。
2. 前記ケーソンの各々は、金属シェルを含んでいる請求項１に記載の施設。
3. 前記ケーソンの各々は、前記トレミー・コンクリートを取り囲んでいると共に閉じ込めているコンクリート部材を含んでいる請求項１に記載の施設。
4. 前記ケーソンの各々の下端部は、前記岩盤層に埋め込まれている請求項２に記載の施設。
5. 前記床は、補強されたコンクリートで形成されている請求項１に記載の施設。
6. 前記隔離地下室は更に、前記床の周囲から上方に延在している垂直壁（１０ｂ）を含んでいる請求項１に記載の施設。

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