地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)影響因素分析

榮 峰，孫永強(qiáng)，王合祥

（中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，石家莊050021）

地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)影響因素分析

榮 峰，孫永強(qiáng)，王合祥

（中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，石家莊050021）

主體結(jié)構(gòu)形式的確定是高放廢物處置地下實(shí)驗(yàn)室工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。從地下實(shí)驗(yàn)室類(lèi)型、功能要求、深度確定、用地條件、地形條件、工程地質(zhì)條件、建造實(shí)施、運(yùn)行安全、長(zhǎng)期安全性及許可證申領(lǐng)、環(huán)境保護(hù)和工期與造價(jià)等方面討論和分析對(duì)影響主體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的因素，并提出了設(shè)計(jì)建議，以期為我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室總體方案設(shè)計(jì)提供參考。

地下實(shí)驗(yàn)室；主體結(jié)構(gòu)；出入路徑；影響因素

Abstract:The determination of general structure of URL for HLW is a key point in the process of engineering design.In this article， the influence factors such as the categorization of URL， functional requirements， decision of the depth， property right of the ground， topographic conditions， geology conditions， excavation technologies， operation safety， long-term safety， license application，environmental impacts，construction schedule and cost of the engineering to the design of the general structure have been discussed and analyzed.Some suggestions have also been given out，in order to provide a reference about the design of general plan of URL in China.

Key words:Underground Research Laboratory； general structural； access route； influence factor

高放廢物處置地下實(shí)驗(yàn)室是用于開(kāi)展處置庫(kù)的特性評(píng)價(jià)、各種實(shí)驗(yàn)研究和驗(yàn)證工程屏障的地下設(shè)施，在選定巖層中建造以獲得比較接近實(shí)際條件，包括設(shè)計(jì)、挖掘、建造和運(yùn)行等多方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室需要在處置庫(kù)場(chǎng)址區(qū)建造，往往被設(shè)計(jì)建造成處置庫(kù)的一部分，規(guī)模較大且主體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。普通地下實(shí)驗(yàn)室可以是專(zhuān)門(mén)的、完善的地下實(shí)驗(yàn)設(shè)施，也可以是簡(jiǎn)單的或依附于已有的地下工程，只進(jìn)行一些專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)研究的地下設(shè)施。地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)需考慮各種影響因素。

1 主體結(jié)構(gòu)形式

地下實(shí)驗(yàn)室一般由出入路徑、通風(fēng)巷道、試驗(yàn)巷道和輔助巷道等設(shè)施組成，這些設(shè)施在空間上的有機(jī)組合即形成地下實(shí)驗(yàn)室的主體結(jié)構(gòu)。

到目前為止，世界主要有核國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)了二十多座地下實(shí)驗(yàn)室，而專(zhuān)門(mén)建設(shè)的地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)形式有斜坡道＋多豎井＋平巷、多豎井＋平巷和斜坡道＋平巷等，深度在500～1 000 m（表1）。主體結(jié)構(gòu)形式與地下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)需求、建造費(fèi)用以及地下實(shí)驗(yàn)室分類(lèi)密切相關(guān)，并且與地質(zhì)條件、地形條件、運(yùn)行及安全相關(guān)聯(lián)。

1）多豎井＋平巷形式：豎井一般包括主井、副井和通風(fēng)井，主井運(yùn)送設(shè)備材料，副井運(yùn)送人員等。平巷包括實(shí)驗(yàn)硐室及通道，可布置多層試驗(yàn)水平。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)場(chǎng)地集中，占地面積小，便于管理，運(yùn)輸、通風(fēng)線(xiàn)路便捷。缺點(diǎn)是豎井建造及運(yùn)行管理較復(fù)雜，不能在不同標(biāo)高靈活布置所需實(shí)驗(yàn)硐室。

2）斜坡道＋多豎井＋平巷形式（瑞典?sp?、芬蘭ONKALO）：斜坡道主要通行無(wú)軌設(shè)備，將大型設(shè)備、材料運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)水平。豎井則用于運(yùn)送人員、小型設(shè)備和材料。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)輸靈活，揭露巖石構(gòu)造、層面和裂隙完全，可在不同標(biāo)高靈活布置平巷及實(shí)驗(yàn)硐室。缺點(diǎn)是斜坡道工程量、巖體擾動(dòng)較大，工業(yè)場(chǎng)地分散。

3）斜坡道＋平巷（美國(guó)尤卡山）：斜坡道主要運(yùn)輸人員、設(shè)備和材料。其優(yōu)點(diǎn)是施工方法和施工設(shè)備簡(jiǎn)單，施工速度快，運(yùn)行安全。缺點(diǎn)是運(yùn)輸距離、通風(fēng)管路較長(zhǎng)，揭露巖石構(gòu)造、層面和裂隙受到一定限制。

為了獲取不同深度的水力學(xué)及巖石力學(xué)參數(shù)，地下實(shí)驗(yàn)室在不同的深度設(shè)置主實(shí)驗(yàn)水平和輔助實(shí)驗(yàn)水平。主實(shí)驗(yàn)水平往往設(shè)置在處置深度上，輔助實(shí)驗(yàn)水平一般設(shè)置在其上部和下部。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)水平需設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)硐室或試驗(yàn)設(shè)施，在主實(shí)驗(yàn)水平設(shè)置輔助設(shè)施如設(shè)備硐室、安全避險(xiǎn)設(shè)施等。

表1 專(zhuān)門(mén)建設(shè)的地下實(shí)驗(yàn)室基本情況Table1 The parameters of specially constructed URL in the world

2 主體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)影響因素

2.1 地下實(shí)驗(yàn)室類(lèi)型

對(duì)于特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合最終處置設(shè)施的整體設(shè)計(jì)方案：能夠進(jìn)行處置巷道的表征與評(píng)價(jià)；適合水平及垂直處置概念；適合單層及雙層處置中段布置；能夠使用豎井及出入巷道進(jìn)行廢物罐運(yùn)輸；對(duì)將來(lái)目標(biāo)區(qū)域的擴(kuò)大保持開(kāi)放，并能夠使處置庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展；同時(shí)還應(yīng)為實(shí)際處置庫(kù)的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行保持靈活性。

出入路徑需服從處置庫(kù)發(fā)展不同階段的物流方案，涉及到地下實(shí)驗(yàn)室和處置庫(kù)建設(shè)期的廢石運(yùn)輸、乏燃料及處置庫(kù)運(yùn)行所需材料的運(yùn)輸、人員的安全運(yùn)輸?shù)取Ｓ捎陂_(kāi)挖、運(yùn)輸量大，采用的掘進(jìn)、裝載、運(yùn)輸、處置設(shè)備與機(jī)械量多且大，條件允許的情況下采用斜坡道進(jìn)行運(yùn)輸更加方便且更具靈活性。獨(dú)立設(shè)置入風(fēng)井和排風(fēng)井，可加大通風(fēng)量，并使通風(fēng)系統(tǒng)更加可靠，同時(shí)提高了火災(zāi)安全性。獨(dú)立設(shè)置人員豎井將更加便捷，并提高運(yùn)行安全性。專(zhuān)用的廢物罐運(yùn)輸豎井可在后期需要時(shí)再行掘進(jìn)。

芬蘭ONKALO地下實(shí)驗(yàn)室已成為處置庫(kù)的一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。早期的處置庫(kù)方案采用豎井作為出入路徑。帶斜坡道的處置庫(kù)設(shè)計(jì)與地下實(shí)驗(yàn)室出入斜坡道方案設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，這就使出入斜坡道及輔助設(shè)施能夠成為處置庫(kù)的一部分。當(dāng)時(shí)采用斜坡道方案也為在以后決定采用斜坡道還是豎井運(yùn)輸廢物罐保留了靈活性，但目前已決定再開(kāi)挖一條豎井用于廢物罐運(yùn)輸。

斜坡道方案及豎井兩種方案隨著技術(shù)的進(jìn)步可提供更加寬泛的選擇，兩種方案都可以成為處置庫(kù)的一部分。美國(guó)WIPP地下實(shí)驗(yàn)室即采用4條豎井方案和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，滿(mǎn)足了實(shí)際需要及相關(guān)要求。

對(duì)于普通地下實(shí)驗(yàn)室，主體結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)功能需求、地質(zhì)條件、地形條件、運(yùn)營(yíng)及安全條件等進(jìn)行綜合分析確定。

2.2 功能要求

地下實(shí)驗(yàn)室具有五大功能，即1）現(xiàn)場(chǎng)獲取地質(zhì)處置庫(kù)性能評(píng)價(jià)和安全評(píng)價(jià)的相關(guān)數(shù)據(jù)；2）技術(shù)開(kāi)發(fā)和工程驗(yàn)證；3）原型處置或示范處置；4）人才培養(yǎng)；5）國(guó)際交流與公眾參觀。

2.2.1地質(zhì)環(huán)境調(diào)查

應(yīng)能夠充分收集處置庫(kù)圍巖 （或代表性圍巖）及其他地下條件的信息，以確保最終處置的長(zhǎng)期安全性。

2.2.1.1勘查工作條件

出入路徑建造期間，斜坡道方案研究人員可步行或乘各種車(chē)輛進(jìn)入，對(duì)于豎井方案乘用罐籠必須精密地與建造工作進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2.2.1.2地質(zhì)勘察、評(píng)價(jià)覆蓋的范圍

長(zhǎng)而近乎水平且可改變方向的斜坡道可進(jìn)行更大量的觀察與測(cè)試，與其兩側(cè)水平延伸幾百米的勘察鉆孔一起，可獲得較大面積的巷道信息；地球化學(xué)調(diào)查取樣較方便，水文地質(zhì)調(diào)查可提供較寬的側(cè)壁表面，以便確立顯著的導(dǎo)水區(qū)。但會(huì)在較寬范圍內(nèi)干擾周邊地球化學(xué)環(huán)境，超前注漿會(huì)影響緊鄰水流狀況改變。另外，地球化學(xué)的三維建模、水文地質(zhì)模型具有更多的不確定性。

豎井方案上部水平及其中的勘察鉆孔獲得的信息的面積約為相同深度段斜坡道覆蓋面積的45%～50%。測(cè)豎井提供的新信息較少，由于其中心布置，水平及其中勘察鉆孔適合于工程地質(zhì)分析和編錄，而在其橫向方向上進(jìn)行的垂直構(gòu)造及導(dǎo)水裂隙的調(diào)查是最全面的。要想獲得更大范圍的地質(zhì)信息，則應(yīng)使水平巷道的長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)。豎井方案因其簡(jiǎn)單規(guī)則的幾何形狀，地球化學(xué)等三維建模不確定性較少，各種分析和計(jì)算模型的產(chǎn)生更簡(jiǎn)單。

2.2.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

以地下實(shí)驗(yàn)室為科研平臺(tái)可開(kāi)展大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，包括與處置庫(kù)場(chǎng)址評(píng)價(jià)以及處置庫(kù)設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)等有關(guān)的試驗(yàn)，如地下水流及溶質(zhì)運(yùn)移試驗(yàn)、放射性核素及氣體遷移試驗(yàn)、與熱有關(guān)的各類(lèi)多場(chǎng)耦合試驗(yàn)（熱、核素釋放、力學(xué)影響）以及與各種長(zhǎng)期作用、地球化學(xué)腐蝕、地質(zhì)力學(xué)穩(wěn)定性等有關(guān)的各項(xiàng)試驗(yàn)、緩沖材料和容器試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)對(duì)地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)影響不大，但要尋找有代表性的巖體及構(gòu)造開(kāi)展試驗(yàn)對(duì)平巷及硐室布置產(chǎn)生影響。

挖掘技術(shù)的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)、處置技術(shù)性能的研究等，取決于挖掘、處置技術(shù)設(shè)備尺寸的大小，如采用大尺寸、大噸位設(shè)備則宜采用斜坡道形式，以避免大型設(shè)備的分拆、提升與再組裝。如尺寸較小則在豎井方案中即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的提升與運(yùn)輸。

2.2.3最終處置概念示范

基于場(chǎng)址條件的展示如測(cè)試建造與穩(wěn)定性的巖體設(shè)施、廢物罐儲(chǔ)存孔洞的掘進(jìn)及穩(wěn)定、與處置巷道及其他設(shè)施的回填與封堵相關(guān)的展示等均可安排在主水平或下部水平，對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響不大。

原型示范、高放廢物處置工藝驗(yàn)證試驗(yàn)、工程屏障系統(tǒng)（可行性）示范，則取決于處置工藝與機(jī)械設(shè)備的尺寸與噸位。瑞典和芬蘭高放廢物采用核電站乏燃料直接裝罐處置技術(shù)路線(xiàn)，共同研究的KBS-3處置廢物罐長(zhǎng)4.83 m，直徑1.05 m，單罐總重25～27 t，罐體運(yùn)輸與處置機(jī)械體型大、重量重，?sp?硬巖地下實(shí)驗(yàn)室原型試驗(yàn)時(shí)采用斜坡道運(yùn)輸是合理的，大型機(jī)械采用豎井運(yùn)輸則很難實(shí)現(xiàn)。如果高放廢物采用將乏燃料經(jīng)后處理后的玻璃固化體處置技術(shù)，處置體尺寸及重量小很多，運(yùn)輸與處置機(jī)械也相應(yīng)減小，可為地下實(shí)驗(yàn)室出入路徑提供更寬泛的選擇。加拿大Whiteshell URL的緩沖材料與廢物罐試驗(yàn)即采用了豎井進(jìn)行運(yùn)輸。

2.3 深度的確定

地下實(shí)驗(yàn)室主水平布置深度應(yīng)考慮的因素：1）目標(biāo)巖體：選擇目標(biāo)巖體或代表性巖體，能夠充分滿(mǎn)足地下實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)需求；2）圍巖性質(zhì)：場(chǎng)址的地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及巖石力學(xué)性質(zhì)、地下水還原條件等，研究場(chǎng)址圍巖的穩(wěn)定性；3）安全性與經(jīng)濟(jì)性：地下工程的深度越深，巖爆和巖體穩(wěn)定性、井下人員的事故逃逸等安全風(fēng)險(xiǎn)越大，并且施工建造技術(shù)難度、工程造價(jià)和運(yùn)行成本也將增加。應(yīng)綜合考慮安全性要求、工程造價(jià)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等因素確定地下實(shí)驗(yàn)室合理布置深度。

特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室的布置深度不應(yīng)小于未來(lái)處置庫(kù)的設(shè)計(jì)深度。

2.4 用地條件

建筑及結(jié)構(gòu)物應(yīng)符合現(xiàn)時(shí)運(yùn)行與將來(lái)項(xiàng)目需要的用地規(guī)劃，設(shè)施的主體結(jié)構(gòu)有時(shí)會(huì)受到用地的大小與形狀的制約，設(shè)施的選址以及出入路徑入口、通風(fēng)豎井的井口必須與實(shí)際用地規(guī)劃相結(jié)合，尤其對(duì)國(guó)土面積不大的國(guó)家更是如此。

芬蘭ONKALO作為一個(gè)研究設(shè)施必須完成其目標(biāo)，又必須融進(jìn)處置庫(kù)的基礎(chǔ)設(shè)施中，其定位還應(yīng)在處置設(shè)施的設(shè)計(jì)中具有最大的靈活性。場(chǎng)址西側(cè)為預(yù)留的核電廠用地，東側(cè)有用地所有權(quán)問(wèn)題，南側(cè)為森林公園，均限制了出入路徑的布置。最終的設(shè)計(jì)是在綜合考慮了功能及用地條件情況下的最佳方案［1］。

瑞典?sp?地下實(shí)驗(yàn)室1989年確定設(shè)計(jì)方案，在Simpevarp半島設(shè)置入口，經(jīng)長(zhǎng)直斜坡道抵達(dá)?sp?島下，再通過(guò)兩圈螺旋斜坡道抵達(dá)最終深度-450 m。該設(shè)計(jì)方案充分考慮了用地條件并具有如下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：不需要建設(shè)新的大型入場(chǎng)道路；?sp?島的自然環(huán)境不會(huì)被開(kāi)挖廢石的運(yùn)輸與處置所干擾；地表設(shè)施 “?sp?村”占地面積可以更小。

日本瑞浪Mizunami地下實(shí)驗(yàn)室為兩豎井+兩層平巷結(jié)構(gòu)形式，主要受場(chǎng)址的形狀和面積局限，無(wú)法考慮第3條豎井或其他方案。

2.5 地形條件

主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)便于布置和形成地表工業(yè)場(chǎng)地，廢石等物流運(yùn)輸出口及堆放不與人員集中地表設(shè)施交叉，并具有便利的交通運(yùn)輸及基礎(chǔ)設(shè)施條件。

除地下實(shí)驗(yàn)室功能等需求外，多豎井+平巷形式一般布置在地形相對(duì)平坦或丘陵地區(qū)，適用于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜或需要特殊鑿井的地區(qū)；斜坡道+豎井形式一般適用于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單的中低山和丘陵地區(qū)；斜坡道+平巷形式一般布置在高山地區(qū)。

美國(guó)尤卡山地下實(shí)驗(yàn)室采用斜坡道+平巷形式，充分利用了山體高度作為處置庫(kù)的覆蓋層，山腳相對(duì)平坦地形形成地表工業(yè)場(chǎng)地，U形斜坡道采用TBM技術(shù)連續(xù)掘進(jìn)，施工工藝簡(jiǎn)單，掘進(jìn)速度快，運(yùn)行方便、安全，又滿(mǎn)足了功能需求。

2.6 工程地質(zhì)條件

對(duì)于黏土巖、巖鹽等軟巖地下實(shí)驗(yàn)室，為保證巖體穩(wěn)定性并盡可能減少支護(hù)，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減小規(guī)模、尺寸及巖體開(kāi)挖量，出入路徑宜采用豎井形式而不宜采用斜坡道。如美國(guó)WIPP地下實(shí)驗(yàn)室（巖鹽）即采用了全豎井方案。

主體結(jié)構(gòu)巷道的走向應(yīng)考慮巖體的片理和應(yīng)力狀態(tài)，正確的走向有利于地下設(shè)施的自持穩(wěn)定性，對(duì)職業(yè)安全、巖體支護(hù)、工程造價(jià)與工期均有顯著的影響。

主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及定位應(yīng)避開(kāi)大的斷層，布置設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)地避開(kāi)導(dǎo)水裂隙帶，巷道與最顯著的結(jié)構(gòu)間應(yīng)留出數(shù)十米的距離，當(dāng)有必要穿過(guò)導(dǎo)水裂隙帶時(shí)，也應(yīng)少穿并垂直穿過(guò)該結(jié)構(gòu)。

瑞典?sp?利用長(zhǎng)直斜坡道對(duì)區(qū)域性裂隙帶NE-1進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)僅穿越一次且垂直穿過(guò)該結(jié)構(gòu)；芬蘭ONKALO斜坡道對(duì)于緩傾結(jié)構(gòu)R19B、R20各僅穿越一次，此后巷道均處于緩傾結(jié)構(gòu)下方。

2.7 建造實(shí)施

斜坡道方案大件設(shè)備和材料的運(yùn)輸更容易且靈活，常用的鑿巖機(jī)、裝載機(jī)、廢石及混凝土運(yùn)輸車(chē)輛、消防車(chē)、救援及載人車(chē)輛可在巷道中運(yùn)行。對(duì)于豎井方案，大件物項(xiàng)運(yùn)輸時(shí)必須分拆成較小的部件。

建造活動(dòng)與勘察工作的協(xié)調(diào)及抗干擾方面，由于豎井方案設(shè)施空間小而協(xié)調(diào)的要求更多，且提升機(jī)的失效將使豎井里的工作停止運(yùn)行。斜坡道方案中勘察工作主要在遠(yuǎn)離開(kāi)挖的地方進(jìn)行，減小了協(xié)調(diào)的需求，且采用輪式車(chē)輛運(yùn)輸，發(fā)生的干擾相對(duì)容易消除或解決。

成熟的施工掘進(jìn)技術(shù)及開(kāi)拓習(xí)慣也對(duì)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。例如盲豎井開(kāi)拓技術(shù)在芬蘭應(yīng)用很少，大部分承包商擁有豐富的巷道掘進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)，而不是豎井施工，斜坡道方案幾乎可以全部由芬蘭國(guó)內(nèi)的承包商實(shí)施，而豎井方案則僅有大約60%的工程可由國(guó)內(nèi)的承包商完成。

2.8 運(yùn)行安全

威脅設(shè)施運(yùn)行安全的主要因素是車(chē)輛或設(shè)備引起的火災(zāi)。防火安全概念是防止火災(zāi)發(fā)生、將火災(zāi)限制在一個(gè)防火分區(qū)、結(jié)構(gòu)的耐火能力、逃逸路線(xiàn)、火災(zāi)探測(cè)及消防系統(tǒng)。由于沒(méi)有適用的設(shè)計(jì)規(guī)范可以遵照，國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室往往參照現(xiàn)行建筑規(guī)范，結(jié)合礦山工程的成熟技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，研究制定認(rèn)為更為安全、可行的防火設(shè)計(jì)系統(tǒng)和方案，并獲得消防部門(mén)的認(rèn)可。

芬蘭ONKALO初步方案設(shè)計(jì)階段考慮了不同的主體結(jié)構(gòu)方案，考慮到運(yùn)行安全，提出至少應(yīng)有兩條獨(dú)立的出入路徑。對(duì)于疏散及疏散距離，斜坡道方案不滿(mǎn)足芬蘭建筑規(guī)范，徒步逃生距離超出規(guī)范要求，斜坡道及通風(fēng)豎井的提升機(jī)用于逃生；豎井方案也不滿(mǎn)足建筑規(guī)范，提出了允許緊急情況下利用豎井及通風(fēng)豎井的提升機(jī)逃生。

另外，寒冷地區(qū)受環(huán)境、氣溫等影響，通風(fēng)出入口的選擇和配置上也需要考慮預(yù)熱、保溫等因素，集中設(shè)置的通風(fēng)中心將對(duì)主體結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生一定影響。

2.9 長(zhǎng)期安全性及許可證申領(lǐng)

2.9.1建設(shè)和運(yùn)行帶來(lái)的擾動(dòng)

斜坡道方案建設(shè)與運(yùn)行帶來(lái)的擾動(dòng)比豎井方案更廣泛，主要是由于開(kāi)挖量更大，穿過(guò)構(gòu)造、裂隙帶更多。芬蘭ONKALO斜坡道方案開(kāi)挖量約為豎井方案的2倍，注漿后總涌水量約為豎井方案的3倍，留在巖體中的水泥最大估計(jì)量也高于豎井方案［2］。

2.9.1.1涌水及相關(guān)聯(lián)的水文地球化學(xué)擾動(dòng)

涌水會(huì)導(dǎo)致地下水體的運(yùn)移、下降以及水文地球化學(xué)變化。斜坡道方案對(duì)水文地質(zhì)及水文地球化學(xué)的擾動(dòng)高于豎井方案，但兩種結(jié)構(gòu)方案均可采取技術(shù)措施將擾動(dòng)減少到可接受水平。

2.9.1.2水泥及其他外來(lái)材料

水泥用于防水結(jié)構(gòu)及注漿、襯砌、噴射混凝土、錨栓注漿以及巷道地面找平。水泥影響的定量評(píng)價(jià)比較困難，斜坡道方案水泥及其他外來(lái)材料的遺留量高于豎井方案。

2.9.1.3回填及封堵方法

回填并關(guān)閉后的影響分析主要基于回填及封堵方法。對(duì)于斜坡道方案，由于其較大的開(kāi)挖量以及裂隙帶間較多潛在的水力連接，回填與封堵比豎井方案存在更多的不確定性。

2.9.2長(zhǎng)期安全性及許可證申領(lǐng)方面

對(duì)于特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室，在處置庫(kù)長(zhǎng)期安全性及許可證申領(lǐng)方面，出入斜坡道結(jié)構(gòu)方案含有更多的不確定性，需進(jìn)行更多的研究與分析。由于更大開(kāi)挖量及穿越裂隙帶更多，斜坡道會(huì)產(chǎn)生更多的水文地質(zhì)和水文地球化學(xué)擾動(dòng)。同理，回填及封堵也含有更多的不確定性。

2.1 0 環(huán)境保護(hù)

設(shè)施建設(shè)應(yīng)不顯著地影響周?chē)匀画h(huán)境或改變當(dāng)?shù)鼐用竦纳顮顩r。

斜坡道方案地表儲(chǔ)存面積及廢石運(yùn)輸量約為豎井方案的2倍，且將產(chǎn)生更多車(chē)輛廢氣及噪聲，要處理的涌水量更多。

由豎井引起的地下水位及水頭變化相對(duì)對(duì)稱(chēng)，由于斜坡道結(jié)構(gòu)的形狀、深度位置及各向異性，變化的形式及程度可能更復(fù)雜，需要進(jìn)行更廣泛的分析與監(jiān)測(cè)。

2.1 1 工期與造價(jià)

建造工期與地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)模、主體結(jié)構(gòu)形式、掘進(jìn)施工工藝和地質(zhì)條件相關(guān)。另外，建造活動(dòng)與勘查活動(dòng)交叉及相互影響也是影響工期的關(guān)鍵因素。一般而言，較小的建設(shè)規(guī)模、簡(jiǎn)單的主體結(jié)構(gòu)形式建造工期也較短。

地下實(shí)驗(yàn)室工程造價(jià)與建設(shè)規(guī)模、主體結(jié)構(gòu)形式、掘進(jìn)施工技術(shù)、地質(zhì)條件及人工費(fèi)用相關(guān)，一般而言，平巷形式造價(jià)最小，斜坡道+豎井形式的造價(jià)最高，多豎井加多層平巷形式工程造價(jià)介于兩者之間。

豎井方案中大型機(jī)械的拆分與再組裝將產(chǎn)生附加費(fèi)用，而采用豎井進(jìn)行廢石及回填材料的運(yùn)輸則更便宜。對(duì)于特定場(chǎng)址地下實(shí)驗(yàn)室，在項(xiàng)目整個(gè)生命周期上豎井方案造價(jià)更低廉。

3 結(jié)語(yǔ)

高放廢物處置地下實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)功能需求、地下實(shí)驗(yàn)室分類(lèi)、地質(zhì)條件、地形條件、運(yùn)營(yíng)及安全要求等進(jìn)行綜合研究分析，并經(jīng)過(guò)方案比選確定。斜坡道方案比豎井方案勘察覆蓋面更寬泛，對(duì)于不同的概念及運(yùn)輸類(lèi)型更具靈活性，但對(duì)水文地質(zhì)及水文地球化學(xué)的擾動(dòng)高于豎井方案；豎井方案具有擾動(dòng)小、運(yùn)輸便捷等多方面優(yōu)勢(shì)，但建設(shè)階段需對(duì)勘查活動(dòng)和掘進(jìn)工作進(jìn)行周密的協(xié)調(diào)；成熟的施工掘進(jìn)技術(shù)及開(kāi)拓習(xí)慣也對(duì)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響；一般而言，簡(jiǎn)單的主體結(jié)構(gòu)形式、較小的建設(shè)規(guī)模建造工期也較短，工程造價(jià)更低廉。

［1］ Working Report 2003-26 ONKALO Underground Rock Characterization facility：Main Drawings Stage［R］.Posiva Oy： ONKALO， 2003.

［2］ Working Report 2008-01 ONKALO： Main Drawings in 2007［R］.Posiva Oy： ONKALO， 2008.

Influence factor analysis on the design of URL general structure

RONG Feng， SUN Yongqiang， WANG Hexiang
（The Forth Research and Design Engineering Corporation of CNNC， Shijiazhuang， 050021， China）

TL942

A

1672-0636（2017）03-0174-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.03.008

2015-09-08；

2015-10-12

榮 峰（1964— ），男，河南開(kāi)封人，高級(jí)工程師（研究員級(jí)），主要從事核工程及結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和研究工作。E-mail：rf@c-fine.com.cn