關于核電工程應用隔震技術的可行性探討

馮亦澤

【摘 要】隔震技術是在工程建設過程中，用于提升建筑工程整體抗震能力的技術手段。本文針對核電工程中隔震技術的應用優勢和研究方向進行剖析，通過實際案例分析，確定隔震技術的可行性。使建筑在地震中能夠不倒塌，減少地震帶來的經濟損失和環境危害。

【關鍵詞】核電工程；隔震技術；技術文件

引言：核電作為非常特殊和復雜的工程，增加核電工程的抗震能力可以提高核電廠的安全性。在實際應用中，大多數核電廠建立在非地震區，并且采用水冷技術，反應堆結構剛度較高，使隔震技術應用受到限制。隨著核電技術的不斷革新，使反應堆剛度和體量逐漸降低，隔震技術的優越性也在逐步顯現。

1核電工程中隔震技術的應用優勢

1.1提高安全性

核電工程采用隔震技術可以減少地震發生時所產生的上傳地震力，使核電工程上部結構對于地震波動不再敏感，促使核電結構抗震設計實現標準化建設的目標。在進行核電廠建設前，根據以往該地區地震波動范圍，只需選擇相應的隔震系統來滿足減震要求，減少了更改核電廠結構的時間成本和技術成本。相較于無隔震技術的核電廠，應用隔震技術的核電廠抗震能力更強、安全性更高。

1.2實現去耦化

在進行核電廠各類組合件設計抗震設計時，因為選用了隔震技術，所以在設計時只需考慮各組合件相對核電廠房產生的各樓層反應譜，使設計變得簡單化。核電工廠的組成結構相對復雜，各組合件在有限的空間相互交叉、互相影響。利用隔震技術可以減少上傳地震力傳輸到這些結構時的地震作用，降低各組件之間的耦合作用，減少了核電廠的設計成本和施工成本。

1.3減少不確定因素影響

每個核電廠擬建地區會受到很多不確定因素的影響。在進行擬建地區地震危險性測定時，受到擬建地區地貌、組成結構的影響，造成設計譜的譜值偏離美國核管會RG1.60規定。雖然譜值偏離對結構的地震反應較小，但是具體會產生多少影響始終沒有固定結論。隔震技術是對核電廠整體結構起到加固作用，受到譜值偏離影響較小，可以有效解決不確定因素造成的影響。

1.4減少高震區建設費用

根據美國核管會RG1.165規定，在進行抗震設計時，需要選用重復期為10000年的抗震設計。部分地區的震動頻次相對較高，如果按照RG1.165規定進行抗震設計，核電廠的造價會非常昂貴。隔震技術的應用，可以抵消部分震動所帶來的影響，使擬建地區震動頻次相對平穩，進而降低核電廠造價費用。

2核電工程中隔震技術的研究方向

2.1系統和材料革新

上世紀末期，加拿大供應商在核電項目競標中推出基底隔震技術，隔震墊的主要材料選擇聚四氟乙烯，而隔震墊的鋪設方式選擇滑動式，在承受較高輻射照射后性能變化幅度較小，可以抵抗地震波動所產生的地震力。除此之外，其他國家在隔震墊材料上，研發出高阻尼天然橡膠、高阻尼人工橡膠材料、各尺寸鉛芯橡膠墊、硬質橡膠隔震墊等多種材料。

2.2新一代核反應堆中的應用

新一代核反應堆是指快中子反應堆[1]。核電廠技術的不斷創新，使得核電廠建設要求和設計方案要求變得更加嚴格。相較于傳統核反應堆，新一代核反應堆結構柔性相對較高，將隔震技術應用到新一代核反應堆中，可以減緩鉛冷類反應堆在地震中的晃動頻率。目前在新一代核反應堆中，隔震技術的研究處于模擬階段，但是根據實驗數據可以看出，隔震技術在中子反應堆中有很大的應用前景。

2.3應對超常規設計地震動

美國核管會雖然制定了較為嚴格的震動標準，但在實際擬建地區，震動情況會出現偏差，如何應對超出常規設計地震動標準，也成為未來隔震技術的研究方向[2]。例如，美國在上世紀90年代，針對內部AP600核反應堆進行水平隔震研究，目的是研究超出設計地震動標準0.2g后，AP600核反應堆的震動情況。針對收集的資料，嘗試選用不同的隔震技術進行應對，確定合適的隔震技術，提高核電廠的可靠性。

2.4制定核電廠隔震技術文件

核電廠隔震技術文件的設立，可以讓施工單位明確工程材料選擇、施工、測試等標準，以文件形式確立隔震技術的可行性。例如，上世紀90年代，日本中央電力工業研究所制定了“快中子堆與輕水反應堆隔震技術導則”、“快增殖反應堆隔震規則”、“快增殖反應堆質量驗證標準”等文件。制定核電廠隔震技術文件，增加了在核反應堆使用隔震技術的可能性，進而提高核電廠的抗震能力。

3案例分析

3.1法國Cruas核電廠

3.1.1核電廠概況

Cruas核電廠在1978年開始建設，1984年正式投入使用，廠內設有四座壓水反應堆，以羅納河水作為冷卻水來源。在建設過程中，每個壓水反應堆均安放在尺寸為500×500×65mm的氯丁橡膠隔震墊上，其中四號反應堆在2009年停止運作。Cruas核電廠引用隔震技術的初衷是為了將處于地震活動較小地區（SEE為0.2g）的核反應堆遷移至地震活動較大的Cruas地區（SEE為0.3g）。

3.1.2經驗總結

Cruas核電廠在長期使用過程中，隔震墊所選用的氯丁合成橡膠容易出現老化現象，并且會隨著使用年限的增長變硬，使原本性能發生改變。Cruas核電廠所采用的壓水性反應堆外部結構非常堅固，剛度較強，造成隔震技術效果顯現不明顯。在使用過程中，Cruas地區曾出現多次地震波動較大情況，受到橡膠墊緩沖作用，對于Cruas核電廠內部結構沒有造成重大破壞，甚至部分破壞都不需要修復。針對此類使用情況，雖然隔震技術使用優勢不太明顯，但是可以減緩輸出地震力對核電廠冷卻塔造成的影響，提高核電廠的運作安全。

3.2南非Koeberg核電廠

3.2.1核電廠概況

南非Koeberg核電廠與法國Cruas核電廠類似，為了將地震活動較小區域的反應堆應用至地震活動較大的Koeberg地區，核電廠建設地區的SEE為0.3g。南非Koeberg核電廠總共有兩個反應堆，隔震墊材料選擇氯丁合成橡膠墊，尺寸選擇700×700×100mm。與法國Cruas核電廠不同的是，南非Koeberg核電廠在隔震墊的上端和下端分別安裝了一個滑動面，下端由鉛-銅合金板構成，上端由拋光不銹鋼板構成。當地震活動較為頻繁造成上下面發生滑動時，可以確保輸出地震力在反應堆冷卻塔中的側向力小于滑動界面之間的摩擦力。

3.2.2經驗總結

因為南非Koeberg核電廠與法國Cruas核電廠采用一致的合成材料，所以該核電廠在使用過程中會出現材料老化、性能改變的情況。除此之外，南非Koeberg核電廠在隔震墊上下兩端使用雙金屬，使得反應堆機械性能較差，造成抗震能力降低。相較于其他沒有采用隔震技術的核電廠，南非Koeberg核電廠在經歷幾次較大波動后仍舊可以繼續使用，墻體破壞程度較小，可以起到降低反應堆地震載荷的作用。

結論：綜上所述，隔震技術在核電工程中具備較多的應用優勢，新一代核電反應堆技術的成熟，使得隔震技術的應用前景變得更加廣泛。在核電工程中應用隔震技術，對于減少建設成本、提高核電工程抗震能力都有著重要意義。

參考文獻：

[1]劉永彬.超大型冷卻塔結構隔震技術應用可行性研究[D].中國地震局工程力學研究所，2018.

[2]謝禮立，翟長海.核電工程應用隔震技術的可行性探討[J].地震工程與工程振動，2018，32（01）：1-10.

（作者單位：中核核電運行管理有限公司）