大型地下乏燃料处置库机械化建造方法

摘要

本发明提出了一种大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，包括以下步骤：S1，首先进行竖井施工；S2，然后进行外环施工；S3，竖井一侧外环施工完成后，主盾构机穿过竖井，重复步骤S2对竖井另一侧外环施工；S4，随后对外环内部的内环进行施工；S5，重复步骤S2‑S4，完成相邻层的乏燃料处置库的建造；S6，最后以孔洞为支撑点，修建电梯。本发明通过一个竖井即可实现下部空间的多层开挖，竖井既是盾构机的始发井也是接收井，节约了建造成本，多层处置库特殊的外环和内环线路设计，有利于盾构机省时高效、安全环保地充分开发地下空间。

权利要求

1.一种大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，首先进行竖井（1）施工，在每一层的竖井（1）四周预留若干个孔洞；

S2，然后进行外环（2）施工，在孔洞上搭设临时平台，将主盾构机从地面吊装至临时平台上，调整主盾构机位置，主盾构机沿着外环（2）的掘进路线掘进；

S3，竖井（1）一侧外环（2）施工完成后，主盾构机穿过竖井（1），对竖井（1）另一侧外环（2）施工，施工完后竖井（1）两侧的外环（2）组成8字形；

S4，随后对外环（2）内部的内环（3）进行施工：a，将施工外环（2）的主盾构机吊出竖井（1），将小盾构机放置在外环（2）内；b，小盾构机沿着内环（3）的掘进路线掘进，该内环（3）施工完成后，小盾构机回到竖井（1）内；c，小盾构机通过竖井（1）进入外环（2）内，沿着下一内环（3）的掘进路线继续掘进；d，重复步骤b和步骤c，直至外环（2）内部的各内环（3）全部施工完成后，吊出小盾构机，拆除临时平台；

S5，重复步骤S2- S4，完成相邻层的乏燃料处置库的建造；

S6，最后以孔洞为支撑点，修建电梯。

2.根据权利要求1所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述外环（2）和各内环（3）的掘进路线均包括始发直线段、圆弧段和接收直线段，始发直线段与接收直线段垂直连通，始发直线段和接收直线段均与圆弧段平滑对接。

3.根据权利要求2所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述各内环（3）上的始发直线段均与相邻内环（3）上的接收直线段垂直连通，各内环（3）上的圆弧段均与外环（2）上的圆弧段相互平行。

4.根据权利要求1所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述主盾构机的始发端和接收端均设置在竖井（1）内，主盾构机的始发端的始发方向与主盾构机的接收端的接收方向垂直；所述小盾构机的始发端和接收端分别设置在外环（2）的两个直线段内，且小盾构机的始发方向与接收方向垂直。

5.根据权利要求1或4所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述小盾构机垂直于外环（2）的始发直线段和外环（2）的接收直线段。

6.根据权利要求1所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述步骤S4中，在竖井两侧的外环（2）内分别吊入小盾构机对内环（3）掘进施工。

7.根据权利要求1所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述步骤S4中，在竖井一侧的外环（2）内吊入一小盾构机对内环（3）掘进施工，内环（3）施工完成后，随后利用小盾构机对另一侧外环（2）内的内环（3）掘进施工。

8.根据权利要求1所述的大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，其特征在于，所述相邻层的乏燃料处置库之间在空间上错开一角度。

说明书

大型地下乏燃料处置库机械化建造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及乏燃料地下储存的技术领域，尤其涉及一种大型地下乏燃料处置库机械化建造方法。

背景技术

[0002] 乏燃料是经受过辐射照射、使用过的核燃料，通常由核电站的核反应堆产生，因其具有高放射性、射线危害以及高热释放等特点，相比于一般的废料处置更为严格。目前，对于低、中放射性核废料处理的技术相对较为成熟，而对于高放射性核废料，由于其含有毒性极大、半衰期很长的放射性核素，对其安全处置较为复杂和困难。鉴于此，曾经有人提出“太空处置”、“深海沟处置”、“冰盖处置”、“岩石熔融处置”等多种方案。经过多年的研究和实践，目前普遍接受的可行方案是深部岩石处置，即把高放射性核废料埋在距离地表深约500 m 1000m的岩石地层中，使之与人类的生存环境隔离。~

[0003] 针对于地下处置库的建造方法，国内外很多研究机构和发明人给出了相应的成果，JP2010066112A中给出了在海底面以下处理RI废物的方法和装置，所建造的处置库的类型如同鱼刺一般排列，大大利用了海底下的地下空间；US5387741A中给出了用于地下容纳危险废物材料的方法和设备，处置库呈树根状，容纳废物材料的空间与竖向通道呈辐射状布置；GB2128801A和GB2167599A建造的处置库比较相似，即下部建造较为宽敞处置空间，通过较为狭窄的通道与外界连接。通过类比上述的专利以及未列出的国内外相关专利文件，其共性在于建造的地下处置库一般埋深较浅且结构形式简单，对于地下空间的利用效率不高。同时，采取传统的钻爆法施工，安全性难以得到保证。究其原因，一方面是乏燃料处置库对选址的要求较高，前期选址需要耗费较长的时间，所以目前建造的大多是临时处置库，另一方面是迫于当时的建造水平有限，依靠人工配合简单的机械工具开挖500m以下的地下空间较为困难，尤其是在硬岩中。而随着现在机械化水平的提高，建造临时和永久的大埋深乏燃料处置库将变得简单。

发明内容

[0004] 针对现有地下乏燃料处置库建造时间长、机械化建造水平低、地下空间利用率不高的技术问题，本发明提出一种地下乏燃料处置库机械化建造方法。

[0005] 为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，包括以下步骤：

[0007] S1，首先进行竖井施工，在每一层的竖井四周预留若干个孔洞；

[0008] S2，然后进行外环施工，在孔洞上搭设临时平台，将主盾构机从地面吊装至临时平台上，调整主盾构机位置，主盾构机沿着外环的掘进路线掘进；

[0009] S3，竖井一侧外环施工完成后，主盾构机穿过竖井，对竖井另一侧外环施工，施工完后竖井两侧的外环组成8字形；

[0010] S4，随后对外环内部的内环进行施工：a，将施工外环的主盾构机吊出竖井，将小盾构机放置在外环内；b，小盾构机沿着内环的掘进路线掘进，该内环施工完成后，小盾构机回到竖井内；c，小盾构机通过竖井进入外环内，沿着下一内环的掘进路线继续掘进；d，重复步骤b和步骤c，直至外环内部的各内环全部施工完成后，吊出小盾构机，拆除临时平台；

[0011] S5，重复步骤S2- S4，完成相邻层的乏燃料处置库的建造；

[0012] S6，最后以孔洞为支撑点，修建电梯。

[0013] 优选地，所述外环和各内环的掘进路线均包括始发直线段、圆弧段和接收直线段，始发直线段与接收直线段垂直连通，始发直线段和接收直线段均与圆弧段平滑对接。

[0014] 优选地，所述各内环上的始发直线段均与相邻内环上的接收直线段垂直连通，各内环上的圆弧段均与外环上的圆弧段相互平行。

[0015] 优选地，所述主盾构机的始发端和接收端均设置在竖井内，主盾构机的始发端的始发方向与主盾构机的接收端的接收方向垂直；所述小盾构机的始发端和接收端分别设置在外环的两个直线段，且小盾构机的始发方向与接收方向垂直。

[0016] 优选地，所述小盾构机垂直于外环的始发直线段和外环的接收直线段。

[0017] 优选地，所述步骤S4中，在竖井两侧的外环内分别吊入小盾构机对内环掘进施工。

[0018] 优选地，所述步骤S4中，在竖井一侧的外环内吊入一小盾构机对内环掘进施工，内环施工完成后，随后利用小盾构机对另一侧外环内的内环掘进施工。

[0019] 优选地，所述相邻层的乏燃料处置库之间在空间上错开一角度。

[0020] 与现有技术相比本发明的有益效果：

[0021] （1）通过一个竖井即可实现下部空间的多层开挖，竖井既是盾构的始发井也是接收井，后期也作为修建电梯的工作井，兼具多种功能，从而节省了修建多个竖井造成的时间、资金和劳力上的浪费。

[0022] （2）各层处置库由曲线外环和一系列内环组成，各环在直线段内正交，在曲线段内平行，各环之间未连通的围岩在初步加固后能够形成稳定的支撑体系，各层的内、外环中均可以放置乏燃料，地下空间得到了较为充分的利用。

[0023] （3）外环掘进的路线为直线段—圆弧段—直线段，满足直线段与圆弧段平滑对接，方便盾构机进行曲线掘进，内环掘进也是同理，采用盾构法按照设计的路线掘进，能够省时高效地建造地下处置库。

[0024] （4）小盾构机的始发端和接收端分别在外环的两个直线段内，且始发方向和接收方向垂直，小盾构机经过特殊化的设计，便于在狭小空间的始发和接收。

[0025] （5）对于需要建造多层处置库的情况，可以根据不同深度处的围岩状况，选择合适的深度和建造方向，灵活性高，上、下相邻的处置库方向宜错开一定的角度，避免同一竖直面内净截面削弱严重，影响后期的安全性。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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。

[0027] 图1为本发明的整体结构示意图。

[0028] 图2为本发明外环结构建造过程中的平面剖视图。

[0029] 图3为本发明外环结构建造完成后的平面剖视图。

[0030] 图4为本发明内环结构建造过程中的平面剖视图。

[0031] 图5为本发明内环结构建造完成后的平面剖视图。

[0032] 图中，1为竖井，2为外环，3为内环，4为围岩。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 实施例1：如图1所示，一种大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，包括以下步骤：

[0035] S1，首先进行竖井1施工，采用竖井钻机或机械+爆破开挖等方式施工竖井，直至设计深度，对于需要建造多层处置库的情况，在每一层的竖井1四周预留若干个孔洞；

[0036] S2，如图2和图3所示，随后进行外环2施工，利用竖井1四周预留的孔洞上搭设临时平台，主盾构机的始发端和接收端均设置在竖井1内，主盾构机的始发端的始发方向与主盾构机的接收端的接收方向垂直，将主盾构机从地面吊装至临时平台上，调整主盾构机位置朝着设计的方向前进，外环2的掘进路线包括始发直线段、圆弧段和接收直线段，始发直线段与接收直线段垂直连通，始发直线段和接收直线段均与圆弧段平滑对接，掘进的路线为始发直线段-3/4圆弧段-接收直线段，主盾构机沿着外环2掘进路线掘进；

[0037] S3，如图4和图5所示，竖井1一侧外环2施工完成后，主盾构机穿过竖井1，重复步骤S2中主盾构机的掘进步骤对竖井1另一侧外环2施工，施工完后竖井1两侧外环2组成8字形。

[0038] S4，随后对外环2内部的内环3进行施工：a，将施工外环2的主盾构机吊出竖井1，将小盾构机放置在外环2内，在一侧处置库的外环2内吊入一小盾构机对内环3掘进施工，所述小盾构机的始发端和接收端分别设置在外环2的两个直线段内，小盾构机的始发方向与接收方向垂直；

[0039] b，小盾构机沿着内环3的掘进路线掘进，如图5所示，内环3的掘进路线也包括始发直线段、圆弧段和接收直线段，掘进的路线为始发直线段-3/4圆弧段-接收直线段，始发直线段与接收直线段垂直连通，始发直线段和接收直线段均与圆弧段平滑对接，便于小盾构机施工，各内环3上的始发直线段均与相邻内环3上的接收直线段垂直连通，各内环3上的圆弧段与外环2上的圆弧段相互平行，即外环2与各内环3、各内环3与相邻内环3之间具有一定间隔，该内环3施工完成后，小盾构机回到竖井1内；

[0040] c，小盾构机通过竖井1再次进入外环2内，沿着下一内环3的掘进路线继续掘进；d，重复步骤b和步骤c，完成该乏燃料处置库后，随后利用小盾构机对另一侧处置库的内环3掘进施工，掘进施工步骤同上述内环施工步骤，至此该平面层乏燃料处置库全部施工完成，乏燃料贮存在各处置库的外环2和内环3中，吊出小盾构机，拆除临时平台，

[0041] S5，重复步骤S2- S4，完成相邻层的乏燃料处置库的建造，乏燃料处置库包括外环2和外环2内部的内环3，需要注意的是，乏燃料处置库自下向上施工时，主盾构机直接对地层乏燃料处置库外环进行掘进施工，利用地层提供主盾构机一个支撑力可不需要搭设临时平台，若实际工程需要可搭设临时平台，后续施工步骤同S2-S4，对于乏燃料处置库自上向下施工时，步骤同S2-S4，在掘进过程中，必要时可结合围岩4层防水板铺设和二次衬砌施工；

[0042] S6，最后以孔洞为支撑点，修建电梯，实现乏燃料的运送和贮存。

[0043] 实施例2：大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，所述小盾构机垂直于外环2的始发直线段和外环2的接收直线段，即小盾构机经过特殊化设计，既能满足小半径转弯，也能满足垂直于外环始发直线段和外环的接收直线段，小盾构机在狭小空间的始发和接收，便于小盾构机对内环掘进施工。

[0044] 其余结构及建造方法与实施例1相同。

[0045] 实施例3：大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，所述步骤S4中，在两侧处置库的外环2内分别吊入小盾构机对内环3掘进施工，同时掘进施工，大大提高整体工作效率，缩短工期。

[0046] 其余结构及建造方法与实施例1相同。

[0047] 实施例4：如图1所示，大型地下乏燃料处置库机械化建造方法，所述相邻层的乏燃料处置库之间在空间上错开一定的角度，避免同一竖直面内净截面削弱严重，影响后期的安全性。

[0048] 其余结构及建造方法与实施例1相同。

[0049] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。