关于核电工程应用隔震技术的可行性探讨

冯亦泽

【摘 要】隔震技术是在工程建设过程中，用于提升建筑工程整体抗震能力的技术手段。本文针对核电工程中隔震技术的应用优势和研究方向进行剖析，通过实际案例分析，确定隔震技术的可行性。使建筑在地震中能够不倒塌，减少地震带来的经济损失和环境危害。

【关键词】核电工程；隔震技术；技术文件

引言：核电作为非常特殊和复杂的工程，增加核电工程的抗震能力可以提高核电厂的安全性。在实际应用中，大多数核电厂建立在非地震区，并且采用水冷技术，反应堆结构刚度较高，使隔震技术应用受到限制。随着核电技术的不断革新，使反应堆刚度和体量逐渐降低，隔震技术的优越性也在逐步显现。

1核电工程中隔震技术的应用优势

1.1提高安全性

核电工程采用隔震技术可以减少地震发生时所产生的上传地震力，使核电工程上部结构对于地震波动不再敏感，促使核电结构抗震设计实现标准化建设的目标。在进行核电厂建设前，根据以往该地区地震波动范围，只需选择相应的隔震系统来满足减震要求，减少了更改核电厂结构的时间成本和技术成本。相较于无隔震技术的核电厂，应用隔震技术的核电厂抗震能力更强、安全性更高。

1.2实现去耦化

在进行核电厂各类组合件设计抗震设计时，因为选用了隔震技术，所以在设计时只需考虑各组合件相对核电厂房产生的各楼层反应谱，使设计变得简单化。核电工厂的组成结构相对复杂，各组合件在有限的空间相互交叉、互相影响。利用隔震技术可以减少上传地震力传输到这些结构时的地震作用，降低各组件之间的耦合作用，减少了核电厂的设计成本和施工成本。

1.3减少不确定因素影响

每个核电厂拟建地区会受到很多不确定因素的影响。在进行拟建地区地震危险性测定时，受到擬建地区地貌、组成结构的影响，造成设计谱的谱值偏离美国核管会RG1.60规定。虽然谱值偏离对结构的地震反应较小，但是具体会产生多少影响始终没有固定结论。隔震技术是对核电厂整体结构起到加固作用，受到谱值偏离影响较小，可以有效解决不确定因素造成的影响。

1.4减少高震区建设费用

根据美国核管会RG1.165规定，在进行抗震设计时，需要选用重复期为10000年的抗震设计。部分地区的震动频次相对较高，如果按照RG1.165规定进行抗震设计，核电厂的造价会非常昂贵。隔震技术的应用，可以抵消部分震动所带来的影响，使拟建地区震动频次相对平稳，进而降低核电厂造价费用。

2核电工程中隔震技术的研究方向

2.1系统和材料革新

上世纪末期，加拿大供应商在核电项目竞标中推出基底隔震技术，隔震垫的主要材料选择聚四氟乙烯，而隔震垫的铺设方式选择滑动式，在承受较高辐射照射后性能变化幅度较小，可以抵抗地震波动所产生的地震力。除此之外，其他国家在隔震垫材料上，研发出高阻尼天然橡胶、高阻尼人工橡胶材料、各尺寸铅芯橡胶垫、硬质橡胶隔震垫等多种材料。

2.2新一代核反应堆中的应用

新一代核反应堆是指快中子反应堆[1]。核电厂技术的不断创新，使得核电厂建设要求和设计方案要求变得更加严格。相较于传统核反应堆，新一代核反应堆结构柔性相对较高，将隔震技术应用到新一代核反应堆中，可以减缓铅冷类反应堆在地震中的晃动频率。目前在新一代核反应堆中，隔震技术的研究处于模拟阶段，但是根据实验数据可以看出，隔震技术在中子反应堆中有很大的应用前景。

2.3应对超常规设计地震动

美国核管会虽然制定了较为严格的震动标准，但在实际拟建地区，震动情况会出现偏差，如何应对超出常规设计地震动标准，也成为未来隔震技术的研究方向[2]。例如，美国在上世纪90年代，针对内部AP600核反应堆进行水平隔震研究，目的是研究超出设计地震动标准0.2g后，AP600核反应堆的震动情况。针对收集的资料，尝试选用不同的隔震技术进行应对，确定合适的隔震技术，提高核电厂的可靠性。

2.4制定核电厂隔震技术文件

核电厂隔震技术文件的设立，可以让施工单位明确工程材料选择、施工、测试等标准，以文件形式确立隔震技术的可行性。例如，上世纪90年代，日本中央电力工业研究所制定了“快中子堆与轻水反应堆隔震技术导则”、“快增殖反应堆隔震规则”、“快增殖反应堆质量验证标准”等文件。制定核电厂隔震技术文件，增加了在核反应堆使用隔震技术的可能性，进而提高核电厂的抗震能力。

3案例分析

3.1法国Cruas核电厂

3.1.1核电厂概况

Cruas核电厂在1978年开始建设，1984年正式投入使用，厂内设有四座压水反应堆，以罗纳河水作为冷却水来源。在建设过程中，每个压水反应堆均安放在尺寸为500×500×65mm的氯丁橡胶隔震垫上，其中四号反应堆在2009年停止运作。Cruas核电厂引用隔震技术的初衷是为了将处于地震活动较小地区（SEE为0.2g）的核反应堆迁移至地震活动较大的Cruas地区（SEE为0.3g）。

3.1.2经验总结

Cruas核电厂在长期使用过程中，隔震垫所选用的氯丁合成橡胶容易出现老化现象，并且会随着使用年限的增长变硬，使原本性能发生改变。Cruas核电厂所采用的压水性反应堆外部结构非常坚固，刚度较强，造成隔震技术效果显现不明显。在使用过程中，Cruas地区曾出现多次地震波动较大情况，受到橡胶垫缓冲作用，对于Cruas核电厂内部结构没有造成重大破坏，甚至部分破坏都不需要修复。针对此类使用情况，虽然隔震技术使用优势不太明显，但是可以减缓输出地震力对核电厂冷却塔造成的影响，提高核电厂的运作安全。

3.2南非Koeberg核电厂

3.2.1核电厂概况

南非Koeberg核电厂与法国Cruas核电厂类似，为了将地震活动较小区域的反应堆应用至地震活动较大的Koeberg地区，核电厂建设地区的SEE为0.3g。南非Koeberg核电厂总共有两个反应堆，隔震垫材料选择氯丁合成橡胶垫，尺寸选择700×700×100mm。与法国Cruas核电厂不同的是，南非Koeberg核电厂在隔震垫的上端和下端分别安装了一个滑动面，下端由铅-铜合金板构成，上端由抛光不锈钢板构成。当地震活动较为频繁造成上下面发生滑动时，可以确保输出地震力在反应堆冷却塔中的侧向力小于滑动界面之间的摩擦力。

3.2.2经验总结

因为南非Koeberg核电厂与法国Cruas核电厂采用一致的合成材料，所以该核电厂在使用过程中会出现材料老化、性能改变的情况。除此之外，南非Koeberg核电厂在隔震垫上下两端使用双金属，使得反应堆机械性能较差，造成抗震能力降低。相较于其他没有采用隔震技术的核电厂，南非Koeberg核电厂在经历几次较大波动后仍旧可以继续使用，墙体破坏程度较小，可以起到降低反应堆地震载荷的作用。

结论：综上所述，隔震技术在核电工程中具备较多的应用优势，新一代核电反应堆技术的成熟，使得隔震技术的应用前景变得更加广泛。在核电工程中应用隔震技术，对于减少建设成本、提高核电工程抗震能力都有着重要意义。

参考文献：

[1]刘永彬.超大型冷却塔结构隔震技术应用可行性研究[D].中国地震局工程力学研究所，2018.

[2]谢礼立，翟长海.核电工程应用隔震技术的可行性探讨[J].地震工程与工程振动，2018，32（01）：1-10.

（作者单位：中核核电运行管理有限公司）