我国自1991年以来,相继建成秦山、大亚湾、岭澳、田湾四个核电站,总装机容量900万千瓦(田湾核电站两台100万千瓦机组近期并网发电)。为适应我国国民经济建设对能源总量以及能源结构的需求,2006年3月22日,国务院常务会议审议并原则通过国家《核电中长期发展规划(2005-2020年)》,根据这一发展规划,今后15年里将建设至少30座核电机组,到2020年,运行核电装机容量4000万千瓦,占全国总发电量的4%,在建核电装机容量1800万千瓦。
一般而言,核电站均选择岩体作为核岛等主体建筑物基础。由于核电工程自身的特殊性,必须确保核岛等主体结构在自重和地震荷载作用下的绝对安全。为此,科学和合理地评估岩体物理和力学参数是进行核电工程场址可行性评价和结构设计的关键问题之一。除常规物理和力学参数外,核电工程设计中,需要提供岩体动静态模量、岩体阻尼比、岩石动态抗压强度等特殊力学参数,然而,由于缺乏相应实验技术和分析方法支撑,这些特殊力学参数的科学评估在一定程度上成为我国核电工程设计的制约因素。
与此同时,在核电站基础施工阶段,主体建筑物基础大部分采用爆破开挖方式进行,如何对爆破开挖进行监控和反馈,确保临近运营核电站、保留基岩等的安全是工程中需要解决的问题之一。特别地,由于核电工程对建基面完整性的极高要求,如何控制爆破开挖对保留基岩影响以确保建基面完整是核电工程安全施工的控制因素之一。
针对上述问题,本项目提出相应的理论、技术和分析方法,应用于7个核电站工程中,为我国核电站的自主设计和建造提供了成功范例。
本项目以弹塑性力学、断裂力学、损伤力学、岩石力学等理论为基础,提出了岩体钻孔弹模实验技术,建立了岩石动态力学特性模型,分析了爆破荷载作用下岩体的损伤演化特征和传播规律。结合现场实验、室内实验、现场监测、数值模拟等进行了核电工程岩体静态、动态力学参数实验和分析方法研究,提出了强度和变形等核电站主体结构设计必需的关键岩体力学参数;研究了岩体爆破安全控制标准,实施了基础爆破开挖的全过程监控,实现了核电站基础爆破开挖安全控制。本项目研究成果已经应用到广东岭澳核电站一期工程、广东岭澳核电站二期工程、辽宁红沿河核电站一期工程、山东海阳核电站一期工程、福建宁德核电站一期工程、山东乳山和石岛湾核电站工程中,获得直接和间接经济效益14,600万元。
根据国家《核电中长期发展规划(2005-2020年)》,未来10-15年,我国将迎来核电建设的高潮期,开工建设至少30座百万千瓦核电机组,成为世界核电工程建设中心。本项目提出的岩石实验方法有望在这些大型核电站的可行性研究及设计中得到推广应用,本项目研究提出的岩石力学实验方法和技术为核电站自主设计提供关键技术支持,基于研究成果主持编写的核电站工程勘测技术规程为我国核电工程勘测提供依据。提出的基础爆破安全控制方法和标准可以为核电站建设提供范例。
与此同时,基于选址和管理等方面的考虑,目前核电站建设采用总体规划、分期建设方案,一般每个场址规划六台机组,分三期建设,每期建设两台机组。因此,在核电站基础施工期间,将普遍存在毗邻运营核电站爆破施工安全问题,同时,也普遍存在核电站预留基岩爆破安全问题,本项目提出的核电站基础爆破开挖安全控制标准及监控和反馈分析方法有望在核电工程基础施工中得到更多推广应用。