国外高放废物地下实验室处置工艺现场试验概述

分析了国际上地质处置技术先进国家的高放废物地质处置方案,总结了国外高放废物地下实验室所开展的相关试验项目,为开展我国高放废物处置工艺研究和地下实验室功能分析、需求研究和试验项目内容提供可靠依据和技术输入。     

我国高放废物地质处置概念研究

在对国外核废处理先进国家的高放废物地质处置工艺技术深入研究的基础上,介绍了我国高放废物地质处置概念设想。结合我国未来处置库场址条件和高放废物源项特征,分别对花岗岩和黏土岩地层提出了竖直孔处置、小断面水平巷道处置和巷道处置的建议方案,为我国高放废物的地质处置提供参考。     

我国高放废物深钻孔处置概念及处置工艺初步设想

深钻孔处置是深地质处置中更安全、更灵活、场址适应性更强的一种处置方式,通过对高放废物处置对象的研究,参考美国Sandia实验室提出的处置概念及处置工艺,提出我国深钻孔处置的处置概念及处置工艺,并针对深钻孔处置的钻固井技术,给出总体要求。     

我国高放废物深钻孔处置热学分析

深部钻探技术的发展使得高放废物深钻孔处置逐渐再次受到国际上的广泛关注。针对我国高放废物深钻孔处置概念设计,采用ANSYS软件建立了深钻孔处置热学计算模型,对处置后高放废物罐及其周边围岩温度场演变规律进行分析。结果表明:1)高放废物罐进行深钻孔处置后,其表面温度在几年内达到峰值;2)废物罐暂存时间对处置区达到峰值温度的时间和峰值温度大小有重要影响,为控制处置区峰值温度,延长废物罐暂存时间是可行的;3)围岩温度升高速度与其距废物罐的距离成负相关关系,距废物罐越远,温度升高速度越慢。     

高放废物深地质处置及其研究概况

简要介绍了高放废物深地质处置的概念及其关键技术问题、高放废物工程屏障及其研究概况、高放废物处置库的选址因素及选址过程、处置库的主要岩石力学问题与候选主岩、地下实验室核素迁移示踪研究概况，最后，简要介绍了美、法、俄、韩、中等国在高放废物处置方面的研究计划与进展。     

Mont Terri试验场Mine-by巷道开挖近场响应模拟分析

 瑞士Mont Terri地下实验室于2008年构建Mine-by(MB) Niche巷道,并围绕其中的MB Niche 2进行开挖诱发Opalinus Clay黏土岩围岩变形及流固耦合特征的现场实测分析。以MB Niche 2巷道为背景工程,利用基于双应变胡克模型(TPHM)的数值模拟方法,对MB Niche 2巷道的开挖过程进行模拟分析,计算结果较为准确地反映开挖卸载诱发的近场围岩变形行为、损伤区及孔隙水压力演化特征。模拟结果显示,巷道拱顶径向位移可达甚至超过10 mm,两帮破坏深度可达1.4 m,孔隙压力的扰动区最远可出现在掌子面前方11 m左右,最大孔隙压力可抬升至3.3 MPa,模拟结果与现场实测值表现出较好的一致性。基于双应变胡克模型TPHM的计算结果较基于传统胡克模型SPHM的计算结果更趋于符合实际,这在一定程度上反映出TPHM较好地捕捉到岩石中孔隙、裂隙等的自然应变(真应变)的物理本质,强调合适的本构模型在卸荷开挖工程问题模拟分析中的重要性。     

中国岩石力学与工程学会废物地下处置专业委员会成立大会暨首届学术交流大会在北京召开

由中国岩石力学与工程学会废物地下处置专业委员会主办、核工业北京地质研究院承办、东华理工学院和中国科学院武汉岩土力学研究所协办的“废物地下处置专业委员会成立大会暨首届学术交流大会”于2006年7月12日在北京召开，来自国防科工委、国家环保总局、国家自然科学基金委员会等政府部门以及中国核工业建设集团公司有关院所、中国科学院所属研究所和大学共42个单位90余名代表参加了会议。大会主席、中国岩石力学与工程学会钱七虎院士致开幕词，潘自强院士、王思敬院士、李焯芬院士和国防科工委系统工程二司林森副司长在开幕式上讲话，对“废物地下处置专业委员会”的成立表示热烈祝贺，有关单位还发来了贺信。本次会议是以废物地下处置为中心主题，研讨废物地下处置的理论、实践探索、工程实例、新技术与新方法等。会议收到论文全文28篇，会上交流了18篇，涉及高放废物地质处置、中低放废物处置、有害废物处置等领域。     

放射性废物浅埋处置库顶盖试验研究

 顶盖是低中放废物近地表处置库的重要防护屏障,对放射性废物处置库的长期安全性起着重要作用。以一拟建放射性废物浅埋处置库为例,结合当地自然特征及地质条件,采用地质类比结合试验的途径来研究顶盖的功能和实用性。通过对顶盖表面植被层、隔水层的岩性分析,进行抗自然营力侵蚀,以及岩石力学性质、水理性质、渗透性能等方面的试验研究。试验结果表明,顶盖表面植被层采用天然的砂砾石层,隔水层采用黏土砾石层等可使顶盖结构简单、库容增加,且造价降低;还可使强度、稳定性和防护性能得到明显提高。     

中国高放废物处置库缓冲材料物理性能

深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。中国深地质处置的概念模型采用多重工程屏障系统（包括废物固化体、废物容器、外包装、缓冲／回填材料）和适宜的地质围岩地质体共同作川来确保高放废物与生物圈的安全隔离。膨润上由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能向被国际上选作缓冲材料的基础材料。经过全国筛选，高庙子膨润土矿床被选作我国缓冲材料供应基地。从2000年起，对产自该矿床的钠基膨润土GMZ-1开始了系统的研究工作。介绍了GMZ-1的矿物组成、基本特征和GMZ-1在不同干密度、不同含水量条件下的热传导、水传导、力学性能参数及GMZ-1在不同干密度条件下的膨胀特性参数测定结果。GMZ-1钠基膨润土具有蒙脱石含量高（75％左右）、杂质矿物相对较少的特点，对于该材料的系统和深入研究对于开发我国缓冲回填材料技术，确保高放废物的安全有效处置有重要意义。     

矿山平行巷道开挖顺序数值模拟研究

以某煤矿地下车场3条主要巷道的开挖设计工作为工程背景,采用有限差分FLAC2D软件,对3条平行巷道的开挖顺序进行了数值模拟研究。通过对比分析不同开挖方案塑性区云图、巷道净变形量和最终变形量,表明采用左、中、右开挖顺序为最优方案。     

长梁山隧道水平软弱围岩地段施工效应分析

针对长梁山隧道软弱围岩段的施工难题，采用三维数值模拟于段对施工过程进行了计算分析。根据计算分析的结果，基本掌握了存正台阶、短进尺开挖情况下软弱围岩地段围岩的应力分布特征和变形特性，从而表明对于长梁山隧道的软弱围岩地段采用正台阶、短进尺的施工方案是合理的。     

连拱隧道动态施工模型试验与三维数值仿真模拟研究

连拱隧道作为公路隧道新的结构型式，理论上还不成熟。以云南省元磨高速公路的一座连拱隧道作为工程背景，按弹性阶段相似原则进行连拱隧道室内模型试验，模拟连拱隧道的施工工况，采用压力盒、数码摄像、沉降板等仪器量测施工过程中隧道围岩应力和位移分布，采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟连拱隧道的施工工况，得出施工过程中隧道围岩位移、应力和塑性区分布规律，其结果与模型试验所得结果基本一致。     

浅埋隧道爆破开挖及其振动效应研究

 以密兴路火郎峪隧道工程出口段开挖为研究背景,进行隧道爆破开挖和地表振动监测试验研究。分析结果表明：(1) 沿隧道开挖方向,自成形隧道区向未开挖区,地表爆破振动速度逐渐降低;浅埋隧道爆破开挖振动波传播规律与其断面尺寸、隧道埋深、开挖方法以及围岩地质条件等有关。(2) 掏槽孔爆破振动控制是降低浅埋隧道振害的关键,使用多级小楔形掏槽能有效改善爆破振动效应与破岩效果。(3) 全面监控浅埋隧道掘进爆破振动效应,优化爆破参数,能有效控制爆破减振害,提高施工效率。     

深部岩体开挖方式对损伤区影响的试验研究

 深埋隧洞开挖过程中,钻爆法和TBM开挖所对应的不同围岩应力调整路径对开挖损伤区的形成有重要影响,但这一影响尚未引起足够的重视。依托锦屏二级水电站深埋隧洞群的开挖,通过损伤区原位检测试验对比分析2种不同开挖方式下围岩损伤区的特性及形成原因;作为现场试验的补充,在考虑锦屏大理岩基本力学特性和应力瞬态调整效应的基础上,采用数值方法比较应力瞬态和准静态调整所分别形成的开挖损伤区大小。试验结果表明,锦屏二级引水隧洞钻爆开挖的洞段,内损伤区(即严重损伤区)深度可以占到总损伤区深度的50%以上,岩体基本失去承载力。另外,此区域在断面上的分布特性受到开挖二次应力场的影响,表明伴随爆破过程发生的地应力瞬态卸载效应是内损伤区形成的直接原因之一;而TBM开挖洞段,内损伤区深度约占总损伤区深度的30％,该区域的形成可能更多地受到锦屏大理岩强度时间效应的影响,是表面应力松弛破坏逐渐发展的结果;考虑锦屏大理岩脆–延–塑性转换特性和应力瞬态调整效应后,可以利用数值计算方法较为客观地估计不同开挖应力路径下围岩开挖损伤区的范围。研究结论对深埋隧洞开挖方式选择及支护策略制定具有借鉴意义。     

深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验

锦屏二级水电站深埋引水隧洞处于西南高应力区,地质条件复杂,岩爆、突水、塌方等工程地质灾害突出,掌握TBM开挖围岩损伤演化规律,设计有效的支护方案防治TBM施工过程地质灾害的发生是非常重要的。为此,开展TBM施工过程中声发射监测试验,研究TBM开挖过程中围岩损伤的演化规律。试验结果表明:沿洞轴线方向,TBM开挖时掌子面前约10m的范围内围岩已受到不同程度的损伤,TBM开挖后围岩损伤破裂主要集中在掌子面后7m的范围内,其中以掌子面后3m时为最;沿洞径方向,围岩受损伤的范围约9m,根据损伤程度的不同,划分为松动区、损伤区和扰动区,依次为距洞壁3,3～9和9～22m的范围。从力学的角度揭示损伤演化的机制和松动区、损伤区和扰动区划分的依据,为支护措施设计与支护时机的选取提供科学依据。分析讨论传感器选取、传感器布置、现场噪音及地质条件等各种因素对围岩损伤结果的影响及进一步发展和研究的方向。     

非扰动开挖隧道模型的水压力试验研究

 隧道施工地下水问题困扰着隧道工程界多年,关于地下水压力对支护结构的影响认识不一致,为此需要从地下水作用机制研究出发,开展隧道衬砌水压力模型试验研究。模型隧道净空设计参考国内300～350 km/h高速铁路单线标准,模型试验的设计包括围岩模拟、试验流体、参数选择、试验工况、试验仪器选择等,试验工况包括：不同水头高度(1,2和4 m)和不同支护及排水条件(无支护全排和二衬不排水)等。通过在实际岩体中的小比例洞室模拟试验研究,对隧道开挖和支护引起的地下水渗流变化过程、地下水排放方式与水荷载之间的相关关系等取得较明确的定性认识,并以模型试验为基础开展数值模拟分析,为隧道水压力定量研究奠定试验基础。     

黄土隧道快速开挖试验研究

在黄土隧道施工过程中,经常会遇到强度高于10MPa的泥岩,常规挖掘机械开挖速度慢。文中依托宝兰客专14标古城岭隧道和兰山隧道,通过现场试验对比钻爆法、破碎锤和铣挖机开挖,得出了采用铣挖机开挖具有施工速度快、对围岩扰动小、安全性高、开挖成型好、效率高等优点,对类似的隧道工程施工具有较强的指导意义。     

神经网络方法在洞室施工期应力及变形预测中的应用及其改进

在有限元法计算结果的基础上，用神经网络方法对洞室施工期应力及变形进行预测。对BP神经网络算法进行了适当的改进，并提出了几种新的改进方法，得到了良好的效果。所得的结论具有较高的拟合精度，并有实用价值。     

浅埋暗挖施工中的隧道交叉处理方案比较

北京美术馆东街热力联络线浅埋暗挖隧道与电力隧道正交,在保证安全和质量、节约工期和成本的前提下进行多方案比较,提出了解决浅埋暗挖施工中隧道交叉问题的处理方法。     

暗挖地铁隧道二次衬砌混凝土施工常见问题及对策

暗挖地铁隧道二次衬砌混凝土施工易质量和技术问题,首先介绍二次衬砌混凝土浇筑工艺,解析二次衬砌混凝土的浇筑特点,全面分析二次衬砌中常见的技术质量问题并提出了相应的解决对策。得出结论为避免二次衬砌混凝土施工出现问题,应选择合理的浇筑方案,加强系统管理及研究隧道模架荷载的计算方法。