關(guān)于核電工程應(yīng)用隔震技術(shù)的可行性探討

馮亦澤

【摘 要】隔震技術(shù)是在工程建設(shè)過程中，用于提升建筑工程整體抗震能力的技術(shù)手段。本文針對核電工程中隔震技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢和研究方向進行剖析，通過實際案例分析，確定隔震技術(shù)的可行性。使建筑在地震中能夠不倒塌，減少地震帶來的經(jīng)濟損失和環(huán)境危害。

【關(guān)鍵詞】核電工程；隔震技術(shù)；技術(shù)文件

引言：核電作為非常特殊和復(fù)雜的工程，增加核電工程的抗震能力可以提高核電廠的安全性。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)核電廠建立在非地震區(qū)，并且采用水冷技術(shù)，反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)剛度較高，使隔震技術(shù)應(yīng)用受到限制。隨著核電技術(shù)的不斷革新，使反應(yīng)堆剛度和體量逐漸降低，隔震技術(shù)的優(yōu)越性也在逐步顯現(xiàn)。

1核電工程中隔震技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1提高安全性

核電工程采用隔震技術(shù)可以減少地震發(fā)生時所產(chǎn)生的上傳地震力，使核電工程上部結(jié)構(gòu)對于地震波動不再敏感，促使核電結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計實現(xiàn)標(biāo)準化建設(shè)的目標(biāo)。在進行核電廠建設(shè)前，根據(jù)以往該地區(qū)地震波動范圍，只需選擇相應(yīng)的隔震系統(tǒng)來滿足減震要求，減少了更改核電廠結(jié)構(gòu)的時間成本和技術(shù)成本。相較于無隔震技術(shù)的核電廠，應(yīng)用隔震技術(shù)的核電廠抗震能力更強、安全性更高。

1.2實現(xiàn)去耦化

在進行核電廠各類組合件設(shè)計抗震設(shè)計時，因為選用了隔震技術(shù)，所以在設(shè)計時只需考慮各組合件相對核電廠房產(chǎn)生的各樓層反應(yīng)譜，使設(shè)計變得簡單化。核電工廠的組成結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，各組合件在有限的空間相互交叉、互相影響。利用隔震技術(shù)可以減少上傳地震力傳輸?shù)竭@些結(jié)構(gòu)時的地震作用，降低各組件之間的耦合作用，減少了核電廠的設(shè)計成本和施工成本。

1.3減少不確定因素影響

每個核電廠擬建地區(qū)會受到很多不確定因素的影響。在進行擬建地區(qū)地震危險性測定時，受到擬建地區(qū)地貌、組成結(jié)構(gòu)的影響，造成設(shè)計譜的譜值偏離美國核管會RG1.60規(guī)定。雖然譜值偏離對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)較小，但是具體會產(chǎn)生多少影響始終沒有固定結(jié)論。隔震技術(shù)是對核電廠整體結(jié)構(gòu)起到加固作用，受到譜值偏離影響較小，可以有效解決不確定因素造成的影響。

1.4減少高震區(qū)建設(shè)費用

根據(jù)美國核管會RG1.165規(guī)定，在進行抗震設(shè)計時，需要選用重復(fù)期為10000年的抗震設(shè)計。部分地區(qū)的震動頻次相對較高，如果按照RG1.165規(guī)定進行抗震設(shè)計，核電廠的造價會非常昂貴。隔震技術(shù)的應(yīng)用，可以抵消部分震動所帶來的影響，使擬建地區(qū)震動頻次相對平穩(wěn)，進而降低核電廠造價費用。

2核電工程中隔震技術(shù)的研究方向

2.1系統(tǒng)和材料革新

上世紀末期，加拿大供應(yīng)商在核電項目競標(biāo)中推出基底隔震技術(shù)，隔震墊的主要材料選擇聚四氟乙烯，而隔震墊的鋪設(shè)方式選擇滑動式，在承受較高輻射照射后性能變化幅度較小，可以抵抗地震波動所產(chǎn)生的地震力。除此之外，其他國家在隔震墊材料上，研發(fā)出高阻尼天然橡膠、高阻尼人工橡膠材料、各尺寸鉛芯橡膠墊、硬質(zhì)橡膠隔震墊等多種材料。

2.2新一代核反應(yīng)堆中的應(yīng)用

新一代核反應(yīng)堆是指快中子反應(yīng)堆[1]。核電廠技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使得核電廠建設(shè)要求和設(shè)計方案要求變得更加嚴格。相較于傳統(tǒng)核反應(yīng)堆，新一代核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)柔性相對較高，將隔震技術(shù)應(yīng)用到新一代核反應(yīng)堆中，可以減緩鉛冷類反應(yīng)堆在地震中的晃動頻率。目前在新一代核反應(yīng)堆中，隔震技術(shù)的研究處于模擬階段，但是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以看出，隔震技術(shù)在中子反應(yīng)堆中有很大的應(yīng)用前景。

2.3應(yīng)對超常規(guī)設(shè)計地震動

美國核管會雖然制定了較為嚴格的震動標(biāo)準，但在實際擬建地區(qū)，震動情況會出現(xiàn)偏差，如何應(yīng)對超出常規(guī)設(shè)計地震動標(biāo)準，也成為未來隔震技術(shù)的研究方向[2]。例如，美國在上世紀90年代，針對內(nèi)部AP600核反應(yīng)堆進行水平隔震研究，目的是研究超出設(shè)計地震動標(biāo)準0.2g后，AP600核反應(yīng)堆的震動情況。針對收集的資料，嘗試選用不同的隔震技術(shù)進行應(yīng)對，確定合適的隔震技術(shù)，提高核電廠的可靠性。

2.4制定核電廠隔震技術(shù)文件

核電廠隔震技術(shù)文件的設(shè)立，可以讓施工單位明確工程材料選擇、施工、測試等標(biāo)準，以文件形式確立隔震技術(shù)的可行性。例如，上世紀90年代，日本中央電力工業(yè)研究所制定了“快中子堆與輕水反應(yīng)堆隔震技術(shù)導(dǎo)則”、“快增殖反應(yīng)堆隔震規(guī)則”、“快增殖反應(yīng)堆質(zhì)量驗證標(biāo)準”等文件。制定核電廠隔震技術(shù)文件，增加了在核反應(yīng)堆使用隔震技術(shù)的可能性，進而提高核電廠的抗震能力。

3案例分析

3.1法國Cruas核電廠

3.1.1核電廠概況

Cruas核電廠在1978年開始建設(shè)，1984年正式投入使用，廠內(nèi)設(shè)有四座壓水反應(yīng)堆，以羅納河水作為冷卻水來源。在建設(shè)過程中，每個壓水反應(yīng)堆均安放在尺寸為500×500×65mm的氯丁橡膠隔震墊上，其中四號反應(yīng)堆在2009年停止運作。Cruas核電廠引用隔震技術(shù)的初衷是為了將處于地震活動較小地區(qū)（SEE為0.2g）的核反應(yīng)堆遷移至地震活動較大的Cruas地區(qū)（SEE為0.3g）。

3.1.2經(jīng)驗總結(jié)

Cruas核電廠在長期使用過程中，隔震墊所選用的氯丁合成橡膠容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，并且會隨著使用年限的增長變硬，使原本性能發(fā)生改變。Cruas核電廠所采用的壓水性反應(yīng)堆外部結(jié)構(gòu)非常堅固，剛度較強，造成隔震技術(shù)效果顯現(xiàn)不明顯。在使用過程中，Cruas地區(qū)曾出現(xiàn)多次地震波動較大情況，受到橡膠墊緩沖作用，對于Cruas核電廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有造成重大破壞，甚至部分破壞都不需要修復(fù)。針對此類使用情況，雖然隔震技術(shù)使用優(yōu)勢不太明顯，但是可以減緩輸出地震力對核電廠冷卻塔造成的影響，提高核電廠的運作安全。

3.2南非Koeberg核電廠

3.2.1核電廠概況

南非Koeberg核電廠與法國Cruas核電廠類似，為了將地震活動較小區(qū)域的反應(yīng)堆應(yīng)用至地震活動較大的Koeberg地區(qū)，核電廠建設(shè)地區(qū)的SEE為0.3g。南非Koeberg核電廠總共有兩個反應(yīng)堆，隔震墊材料選擇氯丁合成橡膠墊，尺寸選擇700×700×100mm。與法國Cruas核電廠不同的是，南非Koeberg核電廠在隔震墊的上端和下端分別安裝了一個滑動面，下端由鉛-銅合金板構(gòu)成，上端由拋光不銹鋼板構(gòu)成。當(dāng)?shù)卣鸹顒虞^為頻繁造成上下面發(fā)生滑動時，可以確保輸出地震力在反應(yīng)堆冷卻塔中的側(cè)向力小于滑動界面之間的摩擦力。

3.2.2經(jīng)驗總結(jié)

因為南非Koeberg核電廠與法國Cruas核電廠采用一致的合成材料，所以該核電廠在使用過程中會出現(xiàn)材料老化、性能改變的情況。除此之外，南非Koeberg核電廠在隔震墊上下兩端使用雙金屬，使得反應(yīng)堆機械性能較差，造成抗震能力降低。相較于其他沒有采用隔震技術(shù)的核電廠，南非Koeberg核電廠在經(jīng)歷幾次較大波動后仍舊可以繼續(xù)使用，墻體破壞程度較小，可以起到降低反應(yīng)堆地震載荷的作用。

結(jié)論：綜上所述，隔震技術(shù)在核電工程中具備較多的應(yīng)用優(yōu)勢，新一代核電反應(yīng)堆技術(shù)的成熟，使得隔震技術(shù)的應(yīng)用前景變得更加廣泛。在核電工程中應(yīng)用隔震技術(shù)，對于減少建設(shè)成本、提高核電工程抗震能力都有著重要意義。

參考文獻：

[1]劉永彬.超大型冷卻塔結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)應(yīng)用可行性研究[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2018.

[2]謝禮立，翟長海.核電工程應(yīng)用隔震技術(shù)的可行性探討[J].地震工程與工程振動，2018，32（01）：1-10.

（作者單位：中核核電運行管理有限公司）