本發(fā)明涉及核電工業(yè)的布置設(shè)計(jì)方法，具體地指一種地下核電站主廠房群臺階式布置設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：
隨著社會對核安全的關(guān)注度越來越高，尤其在日本福島核事故后，促使世界各國重新評估、審視各自的核電站安全和核能規(guī)劃以及進(jìn)一步提高人類對核能發(fā)展的認(rèn)知水平?，F(xiàn)有核電技術(shù)包括三代核電技術(shù)抵御嚴(yán)重的外部事件的能力(如海嘯、地震、大飛機(jī)撞擊等)也受到了公眾的質(zhì)疑。借助現(xiàn)代地下工程技術(shù)和大型水電地下廠房的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將核電站移至山體中，可實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放的可能性，并具備簡化應(yīng)急計(jì)劃區(qū)條件，因此研究中大型地下核電站已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。中國專利階地平埋型地下核電站CN201420316566.0、坡式平埋型地下核電站CN201420315869.0等公開了一種地下核電站地下核島洞室群相對常規(guī)島平埋于山體內(nèi)的布置形式，但沒有提出確定地下與地面位置關(guān)系以及主廠房群位置的具體設(shè)計(jì)方法。綜合考慮廠址基準(zhǔn)洪水位、地下水位、土石方開挖支護(hù)費(fèi)用、循環(huán)水或補(bǔ)水運(yùn)行費(fèi)用、主蒸汽管道長度等因素，地面常規(guī)島平臺高程可能高于地下核島洞室群基準(zhǔn)高程，也可能低于或等于地下核島洞室群基準(zhǔn)高程，但小于地下核島頂部平臺高程。地下核電站主廠房主要布置在地下核島洞室群、地下核島洞室群頂部平臺和地下核電站常規(guī)島平臺三個區(qū)域內(nèi)，從地下核電站主廠房群空間布置上看，均屬于地下核電站的一種臺階式布置，為此有必要研究一種地下核電站臺階式布置中地下核島、地下核島頂部平臺、地下核島常規(guī)島平臺之間的空間位置及各部分區(qū)域主廠房群位置確定的方法，形成一種通用的臺階式布置設(shè)計(jì)方法，以指導(dǎo)地下核電站規(guī)劃、選址、研究、設(shè)計(jì)等工作的開展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，結(jié)合地下核電站的特點(diǎn)，提出一種確定地下核島、地下核島頂部平臺、地下核島常規(guī)島平臺之間空間位置及各部分區(qū)域主廠房群位置的地下核電站主廠房群臺階式布置設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的目的是通過如下措施來達(dá)到的：一種地下核電站主廠房群臺階式布置設(shè)計(jì)方法，其特殊之處在于，包括如下步驟：A)將反應(yīng)堆廠房洞室的底高程c設(shè)置在地下水位s1以上，所述反應(yīng)堆廠房洞室的底高程c與地下水位s1之間留有設(shè)置反應(yīng)堆廠房洞室和地下核島主洞室群排水洞的空間，將所述地下核島主洞室群的基準(zhǔn)底高程a設(shè)置在反應(yīng)堆廠房洞室的底高程c以上；B)將所述地下核島主洞室群頂部平臺的高程e1設(shè)置為底高程c加上所述反應(yīng)堆廠房洞室的高度h1以及反應(yīng)堆廠房洞室頂部覆蓋層巖土體厚度h2，即e1＝c+h1+h2；C)將所述反應(yīng)堆廠房洞室布置在地下核島洞室群頂部平臺幾何中心O1下方，將其他地下核島主廠房洞室與所述反應(yīng)堆廠房洞室的間距d2設(shè)置為d2≥50m；D)將汽輪發(fā)電機(jī)廠房沿主蒸汽管道的中心線M1且靠近主蒸汽管道穿出地面出口處縱向布置，使所述反應(yīng)堆廠房洞室的底部中心O2與汽輪發(fā)電機(jī)廠房的高壓缸驅(qū)動端之間的直線距離L1滿足L1≤300m，且保證所述主蒸汽管道的直線段長度L2滿足L2≤400m；E)設(shè)置地下核電站靠近水源側(cè)的常規(guī)島平臺的實(shí)際高程e2、常規(guī)島平臺最佳高程ex和廠址基準(zhǔn)洪水位s2；F)在所述常規(guī)島平臺上以汽輪發(fā)電機(jī)廠房的縱向軸線M2為基準(zhǔn)，分別在兩側(cè)布置配電裝置和其它輔助生產(chǎn)設(shè)施，其中取水建筑物和冷卻設(shè)施沿著所述軸線M2布置在水源旁邊；G)在所述頂部平臺上，將高位注水箱或池布置在反應(yīng)堆廠房洞室上方，使所述高位注水箱或池中心線M3與反應(yīng)堆廠房洞室中心線M4重合；兩個應(yīng)急冷卻水池或箱(Ⅰ、Ⅱ)在所述高位注水箱或池兩側(cè)對稱布置，且所述兩個應(yīng)急冷卻水池或箱中心連線M5與兩臺蒸汽發(fā)生器的徑向連線M6垂直。優(yōu)選地，所述步驟A)中還包括：在水文地質(zhì)條件簡單，廠址地下水埋深大時，地下水位s1為天然地下水位；在水文地質(zhì)條件復(fù)雜，廠址地下水埋深小時，地下水位s1為在地下核島洞室群周邊設(shè)置疏排措施使地下核島洞室群及其周邊形成疏干區(qū)后的地下水位。優(yōu)選地，所述步驟E)中還包括：所述步驟E)中還包括：當(dāng)所述常規(guī)島平臺(10)所在區(qū)域高陡時，所述常規(guī)島平臺高程e2的取值區(qū)間為ex≤e2﹤e1；當(dāng)所述常規(guī)島平臺所在區(qū)域低平時，所述常規(guī)島平臺高程e2取值區(qū)間為s2﹤e2≤ex，可有效降低土石方開挖與循環(huán)水補(bǔ)水等綜合費(fèi)用。優(yōu)選地，所述步驟B)中反應(yīng)堆廠房洞室頂部覆蓋層巖土體厚度h2滿足h2大于等于2.5d1，d1為反應(yīng)堆廠房洞室的直徑，其中覆蓋層巖土體厚度h2包含地面地基處理的混凝土層，有利于提高洞室圍巖穩(wěn)定性。若巖性質(zhì)量好，洞室穩(wěn)定有保證條件下，頂部覆蓋層巖土體厚度h2滿足h2﹤2.5d1也可行。優(yōu)選地，所述步驟C)中還包括：使燃料廠房洞室正對著所述反應(yīng)堆廠房洞室的燃料輸送通道；將電氣廠房洞室布置在反應(yīng)堆廠房洞室和汽輪發(fā)電機(jī)廠房之間；將核島三廢處理系統(tǒng)布置在地下核輔助廠房中；將核廢物廠房在地下單獨(dú)設(shè)置，為多臺核電機(jī)組共用，放射性廢物暫存在地下核廢物廠房中，可確保燃料運(yùn)輸通道距離最短，燃料運(yùn)輸便利；同時可提供足夠的空間布置電氣貫穿件，便于核島與常規(guī)島之間的連接；將核島三廢處理系統(tǒng)布置在地下，可大大降低放射性廢物泄露的風(fēng)險；核廢物廠房單獨(dú)布置可減小地下核電站核島洞室群規(guī)模，有利于洞室群穩(wěn)定，同時可將核廢物廠房洞室容量做大，也可進(jìn)一步處理后作為中低放廢物處置場。優(yōu)選地，所述步驟E)中還包括：建立所述常規(guī)島平臺開挖支護(hù)工程費(fèi)用關(guān)于常規(guī)島平臺高程e2的遞減函數(shù)模型和所述常規(guī)島平臺的循環(huán)水費(fèi)用關(guān)于常規(guī)島平臺高程e2的遞增函數(shù)模型，通過求兩種費(fèi)用之和最小值推算出常規(guī)島平臺最佳高程ex。優(yōu)選地，所述步驟A)中反應(yīng)堆廠房洞室和地下核島主洞室群的底層排水洞共同設(shè)置為一層，或者分別設(shè)置為一層或者若干層，可根據(jù)廠址條件和核島洞室群底部與地下水位之間的距離，靈活設(shè)置。優(yōu)選地，所述步驟D)中還包括：使所述主蒸汽管道和主給水管道綜合管廊穿過電氣廠房洞室?？蓽p少洞室開挖工程量，同時便于將主蒸汽和主給水管道的控制閥、隔離閥等安裝在電氣廠房內(nèi)，便于控制。優(yōu)選地，所述步驟F)中還包括：設(shè)置冷卻塔，使所述冷卻塔沿著汽輪發(fā)電機(jī)廠房的軸線M2布置在水源旁邊，且與所述汽輪發(fā)電機(jī)廠房的距離大于冷卻塔的高度。可有效保證建筑物的安全。優(yōu)選地，所述步驟G)中高位注水箱或池和兩個應(yīng)急冷卻水池或箱在頂部平臺上直接開挖處理形成或單獨(dú)建造；所述高位注水箱或池為封閉結(jié)構(gòu)，與內(nèi)置換料水箱連通，為非能動堆腔注水系統(tǒng)供水；兩個所述應(yīng)急冷卻水池或箱為敞開式，分別為二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)和非能動安全殼冷卻系統(tǒng)供水。高位注水箱或池和兩個應(yīng)急冷卻水池或箱容量不受限制，可以大容量儲水。因此大容量、高位差可確保非能動安全冷卻系統(tǒng)長時間有效運(yùn)行，不需要操作員干預(yù)的時間遠(yuǎn)大于地面三代核電AP1000等的72小時。優(yōu)選地，所述步驟D)中當(dāng)主蒸汽管道直線管道長度L2過大時，在滿足洞室穩(wěn)定的前提下，將所述反應(yīng)堆廠房洞室偏離地下核島洞室群頂部平臺幾何中心O1且靠近汽輪發(fā)電機(jī)廠房的一側(cè)布置，以滿足主蒸汽管道直線管道長度L2≤400m，以降低長距離傳輸對蒸汽品質(zhì)的影響。優(yōu)選地，與放射性相關(guān)的廠房全部置于地下布置，地下核廢物廠房經(jīng)特殊處理后，可作為短壽命的中低放廢物處置場。優(yōu)選地，在所述地下核島頂部平臺上，將核島消防泵房、應(yīng)急柴油機(jī)房分別布置在高位注水箱或池的兩側(cè)，滿足建筑物消防要求。本發(fā)明地下核電站主廠房群臺階式布置設(shè)計(jì)方法，具有以下有益效果：(1)成功解決了核電站在地下與地面分離布置以及如何確定地下與地面位置關(guān)系、主廠房群位置的技術(shù)難題，合理方便的提供了一種確定地下核電站地下核島、地下核島頂部平臺、地下核島常規(guī)島平臺之間合理的空間位置關(guān)系及各部分區(qū)域主廠房群位置的臺階式布置設(shè)計(jì)方法。(2)通過合理設(shè)置地下核島洞室群基準(zhǔn)底高程和排水洞，另設(shè)完善的排水系統(tǒng)，可使地下核島洞室群始終處于巖體疏干區(qū)，有效阻斷放射性核素在地下的遷移。(3)常規(guī)島平臺高程合理確定，可有效降低土石方開挖支護(hù)和循環(huán)水(或循環(huán)水補(bǔ)水)運(yùn)行等綜合費(fèi)用。(4)通過確定合理的地下核島洞室群頂部平臺高程和洞室間距，可確保地下核島洞室群穩(wěn)定，提升地下核島抗震性能。(5)地下核電站地下核島、地下核島頂部平臺、地下核島常規(guī)島平臺上主廠房群位置的合理確定，可獲得反應(yīng)堆廠房洞室頂部較大的施工空間，同時可縮小主蒸汽管道直線管段、與地面高位水池或箱及應(yīng)急冷卻水池或箱等相連的非能動系統(tǒng)管線的長度，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性。附圖說明圖1為一種地下核電站主廠房群臺階式布置的結(jié)構(gòu)示意圖一；圖2為一種地下核電站主廠房群臺階式布置的結(jié)構(gòu)示意圖二；圖3為圖1的俯視圖；圖中：反應(yīng)堆廠房洞室1，地下核島主洞室群2，排水洞3，廠房洞室排水洞3-1，主洞室群排水洞3-2，地下核島主洞室群頂部平臺4，燃料廠房洞室5，燃料輸送通道6，電氣廠房洞室7，汽輪發(fā)電機(jī)廠房8，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)廠房高壓缸驅(qū)動端9，地下核電站靠近水源側(cè)的常規(guī)島平臺10，高位注水箱或水池11，兩個應(yīng)急冷卻水池或箱Ⅰ和Ⅱ，蒸汽發(fā)生器12，主蒸汽管道13，主給水管道綜合管廊14，冷卻塔15，核島消防泵房16，應(yīng)急柴油機(jī)房17，反應(yīng)堆壓力容器18，反應(yīng)堆壓力容器下筒體冷端管嘴19，水源20。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明一種地下核電站主廠房群臺階式布置設(shè)計(jì)方法是針對地下核電站主廠房群提出的。如圖1～圖3所示，地下核電站主廠房群包括反應(yīng)堆廠房洞室1、地下核島主洞室群2、排水洞3、地下核島主洞室群頂部平臺4、燃料廠房洞室5、燃料輸送通道6、電氣廠房洞室7、汽輪發(fā)電機(jī)廠房8、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)廠房高壓缸驅(qū)動端9、地下核電站靠近水源側(cè)的常規(guī)島平臺10、高位注水箱或水池11、兩個應(yīng)急冷卻水池或箱Ⅰ和Ⅱ、蒸汽發(fā)生器12、主蒸汽管道13、主蒸汽管道和主給水管道綜合管廊14、冷卻塔15、核島消防泵房16、應(yīng)急柴油機(jī)房17、反應(yīng)堆壓力容器18、反應(yīng)堆壓力容器下筒體冷端管嘴19和水源20。本發(fā)明一種地下核電站主廠房群臺階式布置設(shè)計(jì)方法的第一個實(shí)施例，包括如下步驟：A.將反應(yīng)堆廠房洞室1(直徑d1＝45m)的底高程(c＝170m)設(shè)置在地下水位(s1＝150m)以上，底高程c與地下水位s1兩者中間留有設(shè)置反應(yīng)堆廠房洞室1和地下核島主洞室群2的底層排水洞3的空間。將反應(yīng)堆壓力容器18下筒體冷端管嘴19中心線處高程設(shè)置為地下核島主洞室群基準(zhǔn)底高程a，地下核島主洞室群基準(zhǔn)底高程(a＝180m)在反應(yīng)堆廠房洞室1的底高程(c＝170m)以上。在水文地質(zhì)條件簡單，廠址地下水埋深大時，地下水位s1為天然地下水位。底層排水洞3包括廠房洞室排水洞3-1和主洞室群排水洞3-2，可共同設(shè)置為一層，亦可分別設(shè)置為一層或者若干層B.將地下核島主洞室群2頂部平臺4的頂部平臺高程e1設(shè)置為反應(yīng)堆廠房洞室1底高程c加上反應(yīng)堆廠房洞室1高度(h1＝80m)和其頂部覆蓋層巖土體厚度(h2＝120m)，即e1＝c+h1+h2＝370m；頂部覆蓋層巖土體厚度h2滿足h2≥2.5d1。C.將反應(yīng)堆廠房洞室1布置在地下核島洞室群2的頂部平臺4幾何中心O1下方，燃料廠房洞室5正對著反應(yīng)堆廠房洞室1的燃料輸送通道6，電氣廠房洞室7布置在反應(yīng)堆廠房洞室1和汽輪發(fā)電機(jī)廠房8之間，地下核島輔助廠房及其它廠房洞室按功能布置在反應(yīng)堆廠房洞室1附近，各主廠房洞室與反應(yīng)堆廠房洞室1的間距d2＝50m(巖性質(zhì)量好，洞室穩(wěn)定有保證條件下可小于50m)，核廢物廠房在地下單獨(dú)設(shè)置，可為多臺核電機(jī)組共用。D.汽輪發(fā)電機(jī)廠房8沿主蒸汽管道13中心線M1縱向布置，反應(yīng)堆廠房洞室1底部中心O2與汽輪發(fā)電機(jī)廠房8高壓缸驅(qū)動端9之間的直線距離L1＝225m，主蒸汽管道直線段長度L2＝298m；E.設(shè)置地下核電站靠近水源20側(cè)常規(guī)島平臺10的常規(guī)島平臺高程e2，設(shè)置廠址基準(zhǔn)洪水位為s2＝234m。常規(guī)島平臺土石方開挖支護(hù)工程費(fèi)用是關(guān)于常規(guī)島平臺高程e2的遞減函數(shù)，常規(guī)島平臺的循環(huán)水(或補(bǔ)水)費(fèi)用是關(guān)于常規(guī)島平臺高程e2的遞增函數(shù)，通過求兩種主要費(fèi)用最小值可推算出常規(guī)島平臺最佳高程ex＝280m。在保證主蒸汽管道參數(shù)的情況下，綜合考慮主蒸汽管道直線段長度、費(fèi)用等主要因素，且靠近水源20側(cè)常規(guī)島平臺10所在區(qū)域較高程低、地形平緩，常規(guī)島平臺高程e2的可在s2﹤e2≤ex取值，綜合確定常規(guī)島平臺高程e2＝260m；F.在地下核電站靠近水源20側(cè)常規(guī)島平臺10上以汽輪發(fā)電機(jī)廠房8的軸線M2為基準(zhǔn)，分別在兩側(cè)布置配電裝置和其它輔助生產(chǎn)設(shè)施，其中取水建筑物和冷卻設(shè)施一般沿著汽輪發(fā)電機(jī)廠房8的軸線M2布置在水源20旁邊。G.在地下核島洞室群2的頂部平臺4上，將高位注水箱或池11布置在反應(yīng)堆廠房洞室1上方，使高位注水箱或池11中心線M3與反應(yīng)堆廠房洞室中心線M4重合；兩個應(yīng)急冷卻水池或箱Ⅰ、Ⅱ在高位注水箱或池11兩側(cè)對稱布置，且兩個應(yīng)急冷卻水池或箱Ⅰ、Ⅱ的中心連線M5與兩臺蒸汽發(fā)生器12的徑向連線M6垂直；地下核島頂部平臺4上核島消防泵房16、應(yīng)急柴油機(jī)房17及其它廠房分別布置在高位注水箱或池11的兩側(cè)。在本實(shí)施例中，地下水位s1為在地下核島洞室群周邊設(shè)置疏排措施使地下核島洞室群及其周邊形成疏干區(qū)后的地下水位；反應(yīng)堆廠房洞室1設(shè)置一層廠房洞室排水洞3-1，地下核島主洞室群2設(shè)置一層主洞室群排水洞3-2。本發(fā)明中主蒸汽管道13和主給水管道綜合管廊14穿過電氣廠房洞室7內(nèi)。地下核島輔助廠房、安全廠房洞室與燃料廠房洞室5組合成一個洞室。放射性三廢處理系統(tǒng)布置在地下核島輔助廠房中，放射性廢物暫存在地下核廢物廠房中。當(dāng)主蒸汽管道直線管道長度L2偏大時，在滿足洞室穩(wěn)定的前提下，可將反應(yīng)堆廠房洞室1布置位置往汽輪發(fā)電機(jī)廠房8一側(cè)移動，以縮小主蒸汽管道直線管道長度L2，以滿足主蒸汽管道直線管道長度L2≤400m。如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明中汽輪發(fā)電機(jī)廠房8兩側(cè)布置的主要廠房應(yīng)避開汽輪發(fā)電機(jī)組飛射物的直接擊中；冷卻塔15沿著汽輪發(fā)電機(jī)廠房8軸線布置在水源20附近，且與汽輪發(fā)電機(jī)廠房8等主要廠房的距離大于冷卻塔15的高度值。本發(fā)明中在頂部平臺4上設(shè)置了高位差、大容量的高位注水箱11、兩個應(yīng)急冷卻水池Ⅰ、Ⅱ。高位注水箱11為封閉結(jié)構(gòu)，與內(nèi)置換料水箱連通，主要為非能動堆腔注水系統(tǒng)供水，與內(nèi)置換料水箱中水成分相同；兩個應(yīng)急冷卻水池Ⅰ、Ⅱ?yàn)槌ㄩ_式，分別為二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)和非能動安全殼冷卻系統(tǒng)供水。本發(fā)明的第二個實(shí)施例與第一個實(shí)施例的不同之處在于，步驟A)中在水文地質(zhì)條件復(fù)雜，廠址地下水埋深小時，地下水位s1為在地下核島洞室群周邊設(shè)置疏排措施使地下核島洞室群及其周邊形成疏干區(qū)后的地下水位。本發(fā)明的第三個實(shí)施例與第一個實(shí)施例的不同之處在于，步驟B)中在巖性質(zhì)量好，洞室穩(wěn)定有保證條件下，頂部覆蓋層巖土體厚度h2為100m，地下核島主洞室群2頂部平臺4的頂部平臺高程e1設(shè)置為反應(yīng)堆廠房洞室1底高程c加上反應(yīng)堆廠房洞室1高度(h1＝80m)和其頂部覆蓋層巖土體厚度(h2＝100m)，即e1＝c+h1+h2＝350m。本發(fā)明的第四個實(shí)施例與第一個實(shí)施例的不同之處在于，步驟E)中在保證主蒸汽管道參數(shù)的情況下，綜合考慮主蒸汽管道直線段長度、費(fèi)用等主要因素，且靠近水源20側(cè)常規(guī)島平臺10所在區(qū)域高陡，常規(guī)島平臺高程e2的取值區(qū)間為ex≤e2﹤e1，綜合確定常規(guī)島平臺高程e2＝290m。則反應(yīng)堆廠房洞室1底部中心O2與汽輪發(fā)電機(jī)廠房8高壓缸驅(qū)動端9之間的直線距離L1＝237m，主蒸汽管道直線段長度L2＝328m。本發(fā)明成功解決了核電站在地下與地面分離布置以及如何確定地下與地面位置關(guān)系、主廠房群位置的技術(shù)難題，合理方便的提供了一種確定地下核電站地下核島洞室群2、地下核島頂部平臺4、地下核島常規(guī)島平臺10之間合理的空間位置關(guān)系及各部分區(qū)域主廠房群位置的臺階式布置設(shè)計(jì)方法。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明并不嚴(yán)格地局限于上述實(shí)施例。