可压缩管片——新设计助力大深度隧道建设

研发背景

法国国家放射性废物管理局一直在探索通过大深度隧道来储存核废料的方案。通过数年的研究,Callovo-Oxfordian(C-Ox)黏土岩层被确定为最适合储存核废料的地层。

传统的衬砌设计在近500 m的深度下,需要大幅增加壁厚,这使得核废料存储隧道的施工成本变得过高。为解决这一问题,放射性废物管理局的技术人员在对当地黏土岩层进行长期观察后,最终提出建立“柔性”衬砌的设想。

“柔性”衬砌

自2014年开始,放射性废物管理局对“柔性”衬砌的概念展开研究。相关研究基于2项试验展开:在喷射混凝土衬砌中添加可压缩的楔形元件,以及在预制构件环形回填过程中使用可压缩的灌浆浆液。对试验衬砌的监测证实了可压缩元件是有效的,只要可压缩元件能保持其塑性(即物体变形的能力),就可以抑制岩石收敛造成的应力。

经过8年的持续研究和对试验段的监测,放射性废物管理局扩展了“柔性”衬砌的设计,提出了将传统预制混凝土管片改造为可压缩管片的设计思路。改造的具体方式为:在传统混凝土管片外部加装1层具有弹性的可压缩层。根据推算,20 cm的可压缩材料加45 cm的混凝土管片在C-Ox黏土岩层中相当于100 cm的传统混凝土管片。

可压缩管片

法国国家放射性废物管理局目前正在测试2种可压缩管片设计思路,它们分别被称为VMC和VAP。2种管片的基本结构都是在预制管片构件外添加1层可压缩外壳。

VMC的可压缩外壳由C-Ox黏土岩层中的土体构成。土体经过加工被制成小尺寸的管壳,然后通过水泥灌浆将大量小管壳凝结在一起。这个由小管壳构成的可压缩外壳会被安装在传统预制混凝土管片的外侧,以组成完整的可压缩管片。VAP的可压缩外壳则是一种以陶瓷或混凝土为材料制造的多孔垫层,这种多孔垫层同样会被安装在传统混凝土管片的外侧。

目前,可压缩管片已经过了较多的相关测试,初步验证了其可行性。法国国家放射性废物管理局正在对各方案进行进一步的多标准分析比较。

(摘自 隧道网微信公众平台 2024-01-24)