本發(fā)明屬于核電工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種在核電站開發(fā)建設(shè)中的地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂中空環(huán)向開挖結(jié)構(gòu)及開挖方法。

背景技術(shù)：

我國在“十二五”能源規(guī)劃中提出，要加快推進核電建設(shè)。在日本福島核事故的影響下，剛從切爾諾貝利陰影中走出的核電產(chǎn)業(yè)又陷入了低谷。國家對核電項目的審批更加嚴格和慎重，對核電廠的安全性要求更高。于是，將地面核電站全部或核島部分置于地下的新型地下核電站將為核電發(fā)展提供新的途徑。

我國目前研究的第三代商業(yè)地下核電站洞室群，其核反應(yīng)堆洞室穹頂開挖跨度達到約48m，遠大于國內(nèi)外已有的地下核電站開挖跨度，也大于國內(nèi)外已有水電站地下洞室的開挖跨度，因此，其開挖工藝是地下核電站可行性的關(guān)鍵內(nèi)容之一。

大跨度地下洞室開挖過程中，其頂拱穩(wěn)定安全是關(guān)鍵。類似穹頂結(jié)構(gòu)，在部分水電站地下調(diào)壓井中曾有應(yīng)用，其開挖施工工藝也是在探索中應(yīng)用：直接由直徑一端點向?qū)?cè)全面推進；或先沿直徑方向打通導(dǎo)洞，再通過導(dǎo)洞兩側(cè)擴挖成形；或先沿穹頂內(nèi)輪廓打向上盤旋的導(dǎo)洞，再通過導(dǎo)洞自上而下擴挖成形；或先沿半徑打?qū)Ф粗林行?，接向上?dǎo)洞至頂拱，再自下而上擴挖成形；或扇形對稱擴挖成型。這些開挖工藝可歸納為兩類：垂直向分部向前推進或左右推進或水平向分層推進；且這些開挖工藝主要用于一般跨度穹頂施工，不適應(yīng)與超大跨度穹頂?shù)拈_挖。

地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂開挖如其開挖工藝不當，容易引起工期延誤、質(zhì)量失控、投資增加、嚴重時甚至?xí)l(fā)安全事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種程序簡單、施工方便、安全可靠的地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂中空環(huán)向開挖結(jié)構(gòu)及開挖方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂中空環(huán)向開挖結(jié)構(gòu)，其特殊之處在于，包括位于穹頂中心下方的中空導(dǎo)洞，所述中空導(dǎo)洞由穹頂輪廓巖面中部沿豎直方向延伸至穹頂輪廓拱腳所在的水平面，所述中空導(dǎo)洞與洞室?guī)r體之間設(shè)置有開挖接露面，所述穹頂輪廓巖面與中空導(dǎo)洞之間設(shè)置有一條施工通道，所述施工通道從穹頂外邊緣沿直徑方向向中空導(dǎo)洞延伸，并與中空導(dǎo)洞連通。

進一步地，所述施工通道位于穹頂輪廓拱腳所在的水平面上，將施工通道設(shè)置于穹頂內(nèi)部，節(jié)省開挖施工工作量。

更進一步地，所述中空導(dǎo)洞橫截面呈弧形，所述施工通道橫截面呈矩形，易于施工作業(yè)。所述中空導(dǎo)洞與施工通道之間的夾角為90°，易于施工過程中的通行與運輸。

更進一步地，所述施工通道與洞室?guī)r體之間設(shè)置有施工通道掌子面。所述施工通道掌子面上設(shè)置有臨時支護，用于隨時監(jiān)護施工對巖體帶來的變形、破壞和其他影響。

一種應(yīng)用于上述地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂中空環(huán)向開挖結(jié)構(gòu)的開挖方法，其特殊之處在于，包括如下步驟：

1)開挖施工通道：由穹頂一外邊緣處沿直徑方向向穹頂中心下方開挖，形成施工通道；

2)開挖中空導(dǎo)洞：由所述施工通道盡頭、穹頂中心下方豎直向上開挖，直至穹頂輪廓巖面，形成中空導(dǎo)洞；

3)沿所述中空導(dǎo)洞)呈環(huán)形擴挖至穹頂邊緣，直至形成完整穹頂。

優(yōu)選地，所述步驟3)采用從中間向外部呈閃狀環(huán)形開挖的施工方法。閃狀環(huán)形開挖的施工方式形成成倍增大的工作面，，工序間干擾小，加快施工速度。

優(yōu)選地，所述步驟1)中施工通道與洞室?guī)r體之間設(shè)置施工通道掌子面，在所述施工通道掌子面上設(shè)置臨時支護。通過臨時支護隨時監(jiān)護巖體發(fā)生變形、破壞的情況，以調(diào)整施工措施。

優(yōu)選地，所述步驟2)中中空導(dǎo)洞與洞室?guī)r體之間設(shè)置開挖接露面，在所述開挖接露面上設(shè)置臨時支護。通過臨時支護隨時監(jiān)護巖體發(fā)生變形、破壞的情況，以調(diào)整施工措施。

本發(fā)明先沿施工通道向穹頂內(nèi)部施工，施工到中空導(dǎo)洞后，呈環(huán)形狀向徑向外部開挖，是一種從中間向外部呈閃狀依次開挖的方式，可形成較大的工作面進行作業(yè)，其工序間干擾小，可提高施工效率和施工安全。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、減小施工過程中對穹頂中心巖體的變形、破壞，保證開挖過程中穹頂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提高施工質(zhì)量；

2、最先形成工程中最脆弱的穹頂中心結(jié)構(gòu)，并對該部位先行支護處理；

3、施工通道位于開挖穹頂結(jié)構(gòu)中，節(jié)省施工時間；

4、開挖接露面呈環(huán)形閃狀分布設(shè)置，工作面大，工序間干擾小。

5、加快工期、保證質(zhì)量失控、提高經(jīng)濟性、具有很高的安全保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂中空環(huán)向開挖結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的i－i剖面示意圖。

圖中：施工通道1，中空導(dǎo)洞2，開挖接露面3，施工通道掌子面4，穹頂輪廓巖面5，穹頂輪廓拱腳6。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，但該實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂中空環(huán)向開挖結(jié)構(gòu)包括中空導(dǎo)洞2和施工通道1。中空導(dǎo)洞2位于穹頂中心下方，由穹頂輪廓巖面5中部沿豎直方向延伸至穹頂輪廓拱腳6所在的水平面。施工通道1位于穹頂輪廓巖面5與中空導(dǎo)洞2之間，從穹頂外邊緣一處沿直徑方向向中空導(dǎo)洞2延伸，并與中空導(dǎo)洞2連通。

本實施例要開挖穹頂?shù)某叽鐬橹睆?8.4m，高度13.4m；針對該穹頂具有超大直徑的特點，本實施例采用從中間向外部呈閃狀依次開挖的施工方法，以適應(yīng)超大跨度穹頂?shù)拈_挖。

本實施例中，中空導(dǎo)洞2設(shè)置在穹頂內(nèi)部，其橫截面呈弧形，直接約為12m，中空導(dǎo)洞2從穹頂輪廓巖面5中部沿豎向延伸至穹頂輪廓拱腳6位于的水平面，中空導(dǎo)洞2設(shè)置有開挖接露面3；施工通道1位于穹頂中間位置，其橫截面呈矩形，并與中空導(dǎo)洞2之間的夾角為90°，施工通道1從穹頂一處外邊沿直徑方向向中空導(dǎo)洞2延伸，施工通道1與中空導(dǎo)洞2相通，施工通道1兩側(cè)設(shè)置有施工通道掌子面4。

在對地下核反應(yīng)堆洞室超大跨度穹頂進行開挖時，它包括以下步驟：

1)開挖施工通道1，由穹頂一外邊緣處沿直徑方向向穹頂中心下方開挖，形成施工通道1，施工通道1與洞室?guī)r體之間設(shè)置施工通道掌子面4，在施工通道掌子面4上設(shè)置臨時支護。

2)開挖直徑約為12m的中空導(dǎo)洞2，由施工通道1盡頭、穹頂中心下方豎直向上開挖，直至穹頂輪廓巖面5，形成中空導(dǎo)洞2，中空導(dǎo)洞2與施工通道1連通，這樣施工人員可以從施工通道1中進行中空導(dǎo)洞2的施工，支護中空導(dǎo)洞2的開挖揭露面3；中空導(dǎo)洞2與洞室?guī)r體之間設(shè)置開挖接露面3，在開挖接露面3上設(shè)置臨時支護。

3)沿中空導(dǎo)洞2呈環(huán)形擴挖至穹頂邊緣，直至形成完整穹頂。沿中空導(dǎo)洞2呈環(huán)形擴挖至穹頂邊緣，采用一種從中間向外部呈閃狀依次開挖的方式，可形成較大的工作面進行作業(yè)，其工序間干擾小，可提高施工效率和施工安全；在開挖過程中，對已揭露的穹頂輪廓巖面5進行支護；并加強對穹頂輪廓拱腳6的支護。

上述施工過程中，為了保證施工安全，對開挖揭露面3、施工通道掌子面4、穹頂輪廓巖面5及穹頂輪廓拱腳6需重點支護，基于計算分析這些部位的變形水平較其他部位大，為關(guān)鍵控制部位，對關(guān)鍵控制部位加強安全監(jiān)測，可及時反饋應(yīng)力、變形等信息，有利于及時采取相應(yīng)技術(shù)措施，確保安全。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。