RU2093641C1

RU2093641C1 - Method of building storages for toxic and radioactive wastes

Info

Publication number: RU2093641C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Бакулин; А.В. Бакулин; А.И. Камко; А.Е. Макаревич
Original assignee: Бакулин Виктор Николаевич
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: environment pollution control. SUBSTANCE: first basin is excavated and bore-holes are drilled in it, and located in central bore-hole is nonexplosive pneumatic vibration source. Bore-holes are filled with elastic-resilient material, and oscillations are generated in earth in frequency range of 60-1500 Hz, and simultaneously injected are loosening solutions. Vibration operation at frequencies of 60-1500 Hz is continued during period at which deformation of earth compression is substituted with tensile deformation. Then change is made to natural oscillations of earth, and initially injected into bore-holes is mixture containing zeolite and then consolidating solutions. Operation at natural oscillations of earth is continued during period at which strength of consolidating solutions reaches 0.5 of design or standard strength. After that, bottom and walls of basin are concreted by spraying method with simultaneous vibration of concrete mix. EFFECT: high efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области геоэкологии и может быть использовано при строительстве хранилищ токсичных и радиоактивных отходов с предотвращением утечки радиоактивных флюидов в окружающую среду. The claimed invention relates to the field of geoecology and can be used in the construction of repositories of toxic and radioactive waste with the prevention of leakage of radioactive fluids into the environment.

Известен способ создания хранилищ токсичных и радиоактивных отходов, включающий выемку грунта и подготовка котлована соответствующих размеров, трамбование дна и стенок для уплотнения, армирование основания и стенок хранилища бетонными плитами с последующей заделкой швов между ними (БСЭ, том 17, изд. Сов. энциклопедия, 1974). A known method of creating repositories of toxic and radioactive waste, including excavating and preparing a pit of appropriate size, tamping the bottom and walls for compaction, reinforcing the base and walls of the storehouse with concrete slabs, followed by sealing the joints between them (TSB, volume 17, ed. Sov. Encyclopedia, 1974).

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не исключает утечек токсичных и радиоактивный флюидов в окружающую среду. The known method is time-consuming, low-tech, does not exclude the leakage of toxic and radioactive fluids into the environment.

Известен способ возведения хранилищ токсичных и радиоактивных отходов, включающий разработку котлована, бетонирование дна и стенок хранилища и образование в основании экрана с абсорбирующим веществом (авт.св. ФРГ 3 717 884, кл. B 09 B 1/00, 1988). A known method of erecting repositories of toxic and radioactive waste, including the development of a pit, concreting the bottom and walls of the repository and the formation of a screen with an absorbing substance at the base (ed. St. Germany 3 717 884, class B 09 B 1/00, 1988).

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не использует в качестве абсорбирующего вещества цеолит, нагнетаемый в основании и стенки хранилища с использованием вибровоздействий в резонансном режиме. The known method is time-consuming, low-tech, does not use zeolite injected in the base and walls of the storage using vibration effects in resonance mode as an absorbing substance.

Цель изобретения снижение энергоемкости и увеличение эксплуатационной надежности способа. The purpose of the invention is to reduce energy intensity and increase the operational reliability of the method.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перед образованием экрана по подошве котлована бурят скважины и размещают в центральной скважине пневматические источники колебаний с ориентацией их осей в направлении максимальных главных напряжений в грунте, в качестве адсорбирующего вещества используют цеолит, содержащийся в смеси состава (в мас.):
поверхностно-активные вещества 3-5
цеолит 60-85
вода остальное,
а экран образуют путем предварительного нагнетания в грунт через скважины сначала разупрочняющего раствора при одновременном вибровоздействии на грунт в диапазоне 60-1500 гц до замены в грунте деформаций сжатия деформации растяжения и последующего нагнетания сначала содержащей цеолит смеси и затем
закрепляющего раствора при одновременном вибровоздействии на грунт с частотой собственных колебаний грунта до достижения скрепляющим раствором 0,5 его проектной или нормативной прочности, причем при осуществлении вибровоздействий на грунт в источниках возбуждают одинаковые колебания.This goal is achieved by the fact that before the formation of the screen at the bottom of the pit, wells are drilled and pneumatic oscillation sources are placed in the central well with their axes oriented in the direction of the maximum principal stresses in the soil, zeolite contained in the mixture of the composition (in wt. .):
surfactants 3-5
zeolite 60-85
water the rest
and the screen is formed by preliminary injection into the soil through the wells of the first softening solution with simultaneous vibration exposure to the soil in the range of 60-1500 Hz until the compression deformations in the soil are replaced by tensile strain and then the mixture is first injected with zeolite and then
a fixing solution with simultaneous vibration exposure to the soil with the frequency of natural vibrations of the soil until the fastening solution reaches 0.5 of its design or standard strength, and when vibrating on the soil in the sources, the same vibrations are excited.

Скважины выполняют глубиной 3-5 м, а перед нагнетанием скрепляющего раствора их заполняют этим раствором до отметки 1,0-1,5 м,
Дно и стенки хранилища выполняют толщиной 3-7 см путем набрызга с одновременным вибровоздействием на бетонную смесь.Wells are filled with a depth of 3-5 m, and before injection of the bonding solution they are filled with this solution to the level of 1.0-1.5 m,
The bottom and walls of the storehouse are 3–7 cm thick by spraying with simultaneous vibration exposure to the concrete mixture.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа, где 1- хранилище, 2- сважина для размещения виброисточника, 3- виброисточник, 4- упруговязкое тело, 5- компрессор высокого давления, 6-электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 7- мини-ЭВМ, 8-нагнетательные скважины, 9- гидроимпульсатор для нагнетания технологических растворов, а на фиг. 2 дано сечение основания хранилища в разрезе, где 1 -хранилище, 10 - набрызг-бетон, 11- цеолит, 12-отвержденные отходы. In FIG. 1 is a diagram of the implementation of the method, where 1 is a storage, 2 is a well to accommodate a vibration source, 3 is a vibration source, 4 is an elastic-viscous body, 5 is a high-pressure compressor, 6 is an electronic control panel for synchronizing the operation of a group of vibration sources, 7 is a mini-computer, 8-injection wells, 9-hydraulic pulser for injection of technological solutions, and in FIG. 2 shows a section of the base of the storage in the context, where 1 is storage, 10 is spray concrete, 11 is zeolite, 12 is solidified waste.

Способ осуществляют следующим образом: роют котлован, являющийся хранилищем 1 отходов, в центре котлована бурят скважину Ф200-300 мм и глубиной 3-5 м, размещают в скважине 2 виброисточники 3 и заполняют скважину 2 упруговязким телом 4. Максимальный диаметр скважины 2 и ее глубину для размещения в ней виброисточников 3 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 гц, при которых имеет максимальная закачка упругой энергии в тело почвы 1 и составляющая от 3 до 16% всей энергии, поступающей в источник 3 от компрессора высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7 от 60 до 300 атмосфер. Глубина скважины 2 оптимальна величине давления, обеспечиваемого упруговязким телом, в качестве которого используют воду, мокрый песок и другие минеральные добавки вперемешку с водой, составляющей для диапазона 60-1500 гц примерно 5-7 атмосфер. The method is as follows: dig a pit, which is a storage of 1 waste, in the center of the pit, drill a well of 200-300 mm and a depth of 3-5 m, place vibration sources 3 in the well 2 and fill the well 2 with an elastic viscous body 4. The maximum diameter of the well 2 and its depth for placement of vibration sources 3, it is selected based on the optimal conditions for the excitation of seismic vibrations at frequencies of 60-1500 Hz, at which the maximum injection of elastic energy into the soil body 1 and constitutes from 3 to 16% of all energy supplied to source 3 from high pressure presser EU-5 or EU-7 from 60 to 300 atmospheres. The depth of the well 2 is optimal for the pressure provided by the viscoelastic body, which is used as water, wet sand and other mineral additives mixed with water, which for the range of 60-1500 Hz is about 5-7 atmospheres.

Время воздействия синхронной работы группы виброисточников для приведения локального участка грунта или пород в колебательное состояние регулируется посредством электронного пульта управления 6 и мини-ЭВМ 7 и зависит от обводненности почвы и физико-механических свойств грунтов, причем импульсы давления сжатого воздуха, подаваемого от компрессора 5 в источник 3, преобразуется в электрический сигнал тензодатчиком, встроенным в источник 3, и подается на вход электронного пульта управления 6 и осуществляется синхронизация работы группы виброисточников с помощью мини-ЭВМ 7. При синхронной работе группы виброисточников амплитуду колебаний медленно поднимают от минимально возможного до максимально уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в грунте или породах, равном 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления - оползней, обвалов, горных ударов и сотрясений грунта. Колебания вызывают в массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределения поля упругих напряжений на пути распространения мощных упругих колебаний и частичную дегазацию локального участка грунта или пород, подверженного вибрациям. Эти явления имеют место как при работе группы виброисточников, так и при работе одиночного источника. Работу группы виброисточников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований: методом разгрузки и с использованием тензодатчиков, ультразвуковыми, сейсмическими методами или методами с использованием электромагнитной и сейсмоакустической эмиссии. The exposure time of the synchronous operation of a group of vibration sources to bring a local site of soil or rocks into an oscillatory state is controlled by an electronic control panel 6 and a mini-computer 7 and depends on the water content of the soil and the physical and mechanical properties of the soil, and the pressure pulses of compressed air supplied from the compressor 5 to source 3 is converted into an electrical signal by a strain gauge built into source 3, and fed to the input of the electronic control panel 6 and synchronized operation of the group vi sources using a mini-computer 7. During synchronous operation of a group of vibration sources, the oscillation amplitude is slowly raised from the lowest possible to the maximum level determined by the level of stress in the soil or rocks, equal to 0.5 from destructive with such a condition, so as not to cause dynamic manifestations of rock pressure - landslides, landslides, rock strikes and earthquakes. Oscillations in the array cause relative movement of structural elements, redistribution of the field of elastic stresses along the path of propagation of powerful elastic vibrations, and partial degassing of a local area of soil or rocks subject to vibrations. These phenomena occur both during the operation of a group of vibration sources and during the operation of a single source. The work of the group of vibration sources is controlled by geomechanical and geophysical research methods: unloading and using strain gauges, ultrasonic, seismic methods or methods using electromagnetic and seismic acoustic emission.

Воздействие на основание и стенки хранилища осуществляют поэтапно: вначале приводят грунт или породы в возбужденное состояние в диапазоне от 60 до 1500 гц и нагнетают в скважины 8 посредством гидроимпульсатора 9 разупрочняющие растворы, в качестве которых используют ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия сменяют деформации растяжения грунта, после чего переходят на частоту собственных колебаний массива, причем вначале нагнетают цеолит, затем нагнетают скрепляющие растворы и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность скрепляющего раствора достигнет величины 0,5 от нормативной или проектной прочности. Цеолит нагнетают в скважины глубиной 3-5 м с таким условием, чтобы он заполнил и трещины грунта для предотвращения утечки радионуклидов в окружающую среду, а затем после нагнетания в грунт цеолита заполняют скважины скрепляющими растворами до отметки 1,0-1,5 м и лишь после этого нагнетают в них скрепляющие растворы, причем для придания необходимой прочности основанию и стенкам хранилища в совокупности с вибровоздействиями осуществляют набрызг бетона и вибровоздействия производят в течение времени, при котором толщина скрепляющего раствора на основании и стенках хранилища достигает слоя 3-5 см. The impact on the base and walls of the storehouse is carried out in stages: first, soil or rocks are brought into an excited state in the range from 60 to 1500 Hz and injected into wells 8 by means of a hydraulic pulse 9 softening solutions, which use surfactants, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, and vibration exposure is carried out over a period of time at which compression deformations are replaced by soil tensile deformations, after which they switch to the frequency of natural oscillations of the array, and at first the zeolite is pumped, m is pumped fastener solutions and produce vibration exposure for a time at which the bonding strength of the solution reaches a value of 0.5 or regulatory design strength. Zeolite is injected into wells with a depth of 3-5 m with the condition that it also fills the soil cracks to prevent radionuclide leakage into the environment, and then, after injection of zeolite into the soil, the wells are filled with fastening solutions to the level of 1.0-1.5 m and only thereafter, bonding solutions are injected into them, and in order to give the necessary strength to the base and walls of the storage, in conjunction with vibration effects, concrete is sprayed and vibration effects are produced during the time at which the thickness of the bonding solution Based on the walls and reaches the storage layer of 3-5 cm.

Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников позволяет:
возбуждать упругие колебания в выбранном диапазоне частот в режиме накопления при неизменных контактных условиях и закачать в массив необходимую упругую энергию для управления состоянием и свойствами грунтового массива;
повысить проницаемость грунта до, во время нагнетания цеолита или скрепляющих растворов;
создать хранилища, армированные цеолитом, для предотвращения утечки радиоактивных флюидов в окружающую среду;
повысить эксплуатационную надежность хранилищ при захоронении в них токсичных или радиоактивных отходов.The advantages of the method are that the placement of vibration sources allows you to:
excite elastic vibrations in the selected frequency range in the accumulation mode under constant contact conditions and pump the necessary elastic energy into the array to control the state and properties of the soil mass;
to increase the permeability of the soil before, during the injection of zeolite or cementing solutions;
create storage facilities reinforced with zeolite to prevent the leakage of radioactive fluids into the environment;
to increase the operational reliability of storage facilities during the burial of toxic or radioactive waste in them.

Сущность способа состоит в том, что, возбуждая в грунтовом массиве мощные вибрационные колебания, на пути возникают волны сжатия и разрежения, которые, в свою очередь, способствуют миграции флюидов жидкостей и газовоздушных включений в порах и трещинах грунта на несколько порядков быстрее, чем в отсутствии упругой волны. Миграция флюидов на пути распространения упругих волн в грунтовом массиве вызывает:
перераспределение поля упругих напряжений;
частичную дегазацию грунта, поврежденного вибрациями;
кавитирующие процессы, возникающие на пути распространения упругих волн при соблюдении определенных начальных и граничных условий при определенных РТ-параметрах, при которых резко на несколько порядков возрастает проницаемость грунта и разрушаются перегородки между порами и трещинами, что весьма облегчает нагнетание цеолита и скрепляющих растворов в основание и стенки хранилища и увеличивает эксплуатационную надежность хранилища, поскольку цеолиты поглощают радионуклиды, скапливающиеся на стенках и основании хранилища и не дает им проникнуть в окружающую среду.The essence of the method lies in the fact that by exciting powerful vibrational vibrations in the soil mass, compression and rarefaction waves appear on the path, which, in turn, facilitate the migration of fluid fluids and gas-air inclusions in the pores and cracks of the soil several orders of magnitude faster than in the absence elastic wave. Migration of fluids along the propagation path of elastic waves in a soil massif causes:
redistribution of the field of elastic stresses;
partial degassing of soil damaged by vibrations;
cavitating processes arising on the propagation path of elastic waves under certain initial and boundary conditions under certain PT parameters, at which the permeability of the soil increases sharply by several orders of magnitude and the partitions between pores and cracks are destroyed, which greatly facilitates the injection of zeolite and cementing solutions into the base and walls of the storage and increases the operational reliability of the storage, since zeolites absorb radionuclides that accumulate on the walls and base of the storage and does not to penetrate to the environment.

Использование заявляемого способа позволит значительно повысить надежность хранилищ по сравнению с имеющимися классическими хранилищами и повысить безремонтный срок их службы в 2-3 раза. Using the proposed method will significantly improve the reliability of storages in comparison with the existing classical storages and increase the maintenance-free service life by 2-3 times.

Claims

1. A method of erecting toxic and radioactive waste storage facilities, including excavating a pit, concreting the bottom and walls of the storage facility and forming an absorbent material screen at the base, characterized in that wells are drilled before the formation of the screen at the bottom of the foundation pit and pneumatic oscillation sources with orientation their axes in the direction of the maximum principal stresses in the soil, zeolite contained in the mixture of the composition, wt.

Surfactants 3 5
Zeolite 60 85
Water Else
and the screen is formed by preliminary injection into the soil through the wells of the first softening solution with simultaneous vibration on the soil 60 1500 Hz until the compression deformations in the soil are replaced by tensile strains and then the mixture is first injected with zeolite and then bonded with simultaneous vibration on the soil with the natural vibration frequency of the soil until the fastening solution reaches 0.5 of its design or normative strength, and when vibrating on the soil at the source excite the same fluctuations.

2. The method according to claim 1, characterized in that the wells are 3,55 m deep, and before injection of the bonding solution they are filled with this solution to the level of 1.0 to 1.5 m.

3. The method according to p. 1, characterized in that the bottom and walls of the storehouse are 5-7 cm thick by spraying with simultaneous vibration exposure to the concrete mixture.