低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法与流程

1.本发明属于放射性废物处置领域，更具体地说，涉及一种低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法。


背景技术：

2.核电厂在运行和退役期间会产生大量的低、中水平放射性固体废物，这些废物最终需送至处置场进行长期处置。岩洞处置具有占地面积小、对地表的扰动小、与生物圈的隔离效果更好等优点，国际上已有成熟应用的案例。现有的岩洞处置设施在处置隧洞中主要采用叉车或桥式起重机堆码废物包，其中叉车一般用于放射性水平较低的废物包堆码操作，桥式起重机一般用于放射性水平较高的废物包堆码操作，但是两种操作都存在一定的问题，以下对其进行说明。
3.国外某处置场的1bla处置隧洞主要用于处置表面剂量率≤2msv/h的废物包，废物包类型是标准处置容器，标准处置容器的尺寸为6.1m(长)
×
2.5m(宽)
×
2.6m(高)，1bla可处置约12440m3的放射性废物，具体操作过程是：废物转运车辆将废物货包运至处置隧洞装卸区，人工操作叉车由隧洞内向外依次进行堆码，在横断面上堆码2排3层共6个标准容器。但是，采用叉车堆码主要存在以下问题：1)只适合堆码放射性水平较低的废物包；2)需要工作人员近距离操作，增加工作人员的受照风险和剂量。
4.国外某处置场的1bma处置隧洞主要用于处置表面剂量率＞10msv/h的废物包，废物包类型有混凝土模块、金属模块、装有钢钢桶的托盘或金属箱以及一些不规则废物。1bma中设置若干混凝土处置单元，由内向外依次进行堆码，具体操作过程是：废物转运车辆将废物货包运至处置隧洞装卸区，通过远程操作数控桥式起重机将废物包吊起并码放至处置单元指定位置，单个处置单元堆满废物包后采用水泥砂浆填充废物包之间的空隙，1bma处置隧洞可处置约14800m3的废物。但是采用传统的桥式起重机堆码时起重机吊钩以上的空间无法利用，导致处置隧洞上部空间利用率低，处置单价高。
5.有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：提供一种低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法，以有效提高处置隧洞的空间利用率、保证堆码体的结构稳定性、降低操作人员的受照剂量。
7.为了实现上述目的，本发明提供了一种低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法，其包括以下步骤：
8.s1，将处置隧洞的内部划分为多个处置单元，堆码时由内向外对处置单元依次进行堆码；
9.s2，一次堆码，在处置单元的一次堆码区内堆码表面剂量率大于第一预设值的第一废物包；
10.s3，一次堆码完成后，对处置单元进行水泥灌浆，在堆码好的第一废物包上方形成一层坚硬且防辐射的工程屏障层；
11.s4，二次堆码，在工程屏障层上部的二次堆码区堆码表面剂量率小于等于第二预设值的第二废物包。
12.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述处置单元的侧墙为具有一定厚度的混凝土墙体，废物堆码装置的大车轨道安装在处置单元的侧墙上，处置单元的侧墙与隧洞岩壁间设有人员通道。
13.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述一次堆码采用废物堆码装置的一次起吊机构进行堆码，二次堆码采用废物堆码装置的二次堆码机构进行堆码；或，所述一次堆码和二次堆码分别采用桥式起重机和叉车来实现。
14.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述一次堆码采用集中堆码方式，将多个第一废物包装入混凝土处置容器后，再集中吊装堆码。
15.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述s2中一次堆码的具体操作过程为：
16.1)在岩洞处置区外预先将多个第一废物包集中装入一个混凝土处置容器，并将装有第一废物包的处置容器放置在转运屏蔽容器内进行运输；通过运输车辆将装有处置容器的转运屏蔽容器运至处置隧洞装卸区；运输车辆在装卸区驻停后，运输车辆操作人员打开转运屏蔽容器盖的锁定装置；
17.2)工作人员预先将处置容器的抓具挂在废物堆码装置的一次起吊机构上，工作人员远程控制废物堆码装置抓取转运屏蔽容器盖吊至装卸区指定位置，再将装有第一废物包的处置容器吊起，废物堆码装置的小车旋转至合适角度后，将装有第一废物包的处置容器码放至处置单元中的指定位置；工作人员远程控制废物堆码装置将转运屏蔽容器盖盖回转运屏蔽容器，操作人员将运输车辆按既定路线驶离岩洞处置区；
18.3)重复以上操作，直至堆满整个处置单元的一次堆码区，一次堆码区是指废物堆码装置的一次起吊机构吊钩下方的空间。
19.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，当堆码某一个处置单元时，装卸区位于相邻的未堆码处置单元中间区域；为了减少对装卸区的辐照影响，处置单元堆满前需将中间通道通过预制隔板隔离，仅在上部预留废物包吊装空间。
20.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述二次堆码采用集中堆码方式，将多个第二废物包装入钢支架后，再集中吊装堆码。
21.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述s4中二次堆码的具体操作过程为：
22.1)在岩洞处置区外预先将多个第二废物包装入一个钢支架，通过运输车辆将装有第二废物包的钢支架运至处置隧洞装卸区，运输车辆在装卸区驻停；
23.2)预先将钢支架吊具挂在废物堆码装置的一次起吊机构上，工作人员远程控制废物堆码装置将钢支架吊起，废物堆码装置的小车旋转至合适角度后，将钢支架码放至工程屏障层上；
24.3)操作二次堆码机构抓取工程屏障层上的底层钢支架，逐次码放至第2层及更高层，并依次由内向外码放，直至堆满整个处置单元的二次堆码区，二次堆码区是指工程屏障
层上方的空间。
25.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述第一预设值、第二预设值均为2msv/h。
26.作为本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的一种改进，所述第一废物包、第二废物包分别为400l钢桶、200l钢钢桶或混凝土钢桶中的一种。
27.与现有技术相比，本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法针对岩洞处置堆码操作进行优化设计，在原有一次堆码的基础上增加了二次堆码操作，能够有效地提高处置隧洞的空间利用率。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方式，对本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法及其有益技术效果进行详细说明。
29.图1为本发明中用于堆码放射性废物的处置隧洞的断面示意图。
30.图2为本发明中用于堆码放射性废物的处置隧洞的纵剖面布置示意图。
31.图3为本发明中用于堆码放射性废物的处置隧洞的平面布置示意图。
32.图4为本发明的一个处置单元堆码后的结构示意图。
33.图5为本发明的一次堆码过程示意图。
34.图6为本发明的二次堆码过程示意图。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
36.本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法包括以下步骤：
37.s1，将处置隧洞10的内部划分为多个处置单元12，如图1-3所示。堆码时由内向外对处置单元12依次进行堆码。
38.具体来说，处置单元12的侧墙为具有一定厚度的混凝土墙体，废物堆码装置20的大车轨道主要安装在处置单元12的侧墙上，处置单元12的侧墙与隧洞岩壁间设有人员通道14。处置隧洞10的最外端与交通隧洞100连接。
39.s2，一次堆码，即在处置单元12的一次堆码区120内堆码表面剂量率大于第一预设值的第一废物包，例如表面剂量率＞2msv/h的废物包；具体堆码方式为采用废物堆码装置20的一次起吊机构进行堆码，一次堆码区120是指废物堆码装置20的一次起吊机构吊钩下方的空间。
40.具体来说，可以将多个第一废物包装入混凝土处置容器30后，再集中吊装堆码。混凝土处置容器30的尺寸可以根据需要设置，例如，第一废物包为400l钢桶，混凝土处置容器30的尺寸可以为3.49m
×
1.91m
×
1.4m(长
×
宽
×
高)，1个混凝土处置容器30中能够装载8个400l钢桶，单个处置单元12可堆码4行、12列、9层上述混凝土处置容器，如图4所示。
41.请参阅图4和图5，一次堆码的主要操作过程如下：
42.1)在岩洞处置区外预先将多个400l钢桶集中装入一个混凝土处置容器30，并将装
有400l钢桶的处置容器30放置在特制的转运屏蔽容器内进行运输。通过运输车辆将装有处置容器的转运屏蔽容器运至处置隧洞装卸区；运输车辆在装卸区驻停后，运输车辆操作人员打开400l钢桶处置容器的转运屏蔽容器盖40锁定装置。
43.2)工作人员预先将处置容器30的抓具挂在废物堆码装置20的一次起吊机构上，工作人员远程控制废物堆码装置20抓取转运屏蔽容器盖40吊至装卸区指定位置，再将装有400l钢桶的处置容器30吊起，废物堆码装置20的小车旋转90
°
，将装有400l钢桶的处置容器30码放至处置单元12中的指定位置；工作人员远程控制废物堆码装置20将转运屏蔽容器盖40盖回转运屏蔽容器，操作人员将运输车辆按既定路线驶离岩洞处置区。
44.3)重复以上操作，直至堆满整个处置单元12的一次堆码区120。
45.易于理解的是，当堆码某一个处置单元12时，装卸区位于相邻的未堆码处置单元中间区域。为了减少对装卸区的辐照影响，处置单元12堆满前需将中间通道通过预制隔板隔离，仅在上部预留废物包吊装空间。
46.s3，一次堆码完成后，对处置单元12进行水泥灌浆，在堆码好的第一废物包上方形成一层坚硬且防辐射的工程屏障层122。工程屏障层122能够保证堆码体的结构稳定性并形成辐射防护层。
47.易于理解的是，一次堆码时废物堆码装置20的一次起吊机构吊钩以上空间无法利用，因此水泥灌浆后，工程屏障层122上部仍有较大的自由空间，所以，可以采用二次堆码的形式，将放射性较低的废物(例如表面剂量率≤2msv/h)提升至顶部区域，充分利用洞室空间。
48.s4，二次堆码，即在处置单元12的工程屏障层122上部的二次堆码区124堆码表面剂量率小于等于第二预设值的第二废物包，例如，表面剂量率≤2msv/h的废物包。具体堆码方式为采用废物堆码装置20的二次堆码机构进行堆码；二次堆码区124是指工程屏障层122上方的空间。
49.具体来说，可以将第二废物包装入钢支架50后再集中吊装堆码。钢支架50的尺寸可以根据需要设置，例如，第二废物包为400l钢桶，钢支架50的尺寸可以为3.49m
×
1.91m
×
1.4m(长
×
宽
×
高)，1个钢支架50能够装置8个400l钢桶，单个处置单元可堆码4行、12列、3层钢支架，如图4所示。二次堆码时采用钢支架的形式替代一次堆码的混凝土处置容器，是为了降低二次堆码废物的重量。
50.请参阅图4和图6，二次堆码的主要操作过程如下：
51.1)在岩洞处置区外预先将多个400l钢桶装入一个钢支架50，通过运输车辆将装有400l钢桶的钢支架50运至处置隧洞装卸区，运输车辆在装卸区驻停；
52.2)预先将钢支架50吊具挂在废物堆码装置20的一次起吊机构上，工作人员远程控制废物堆码装置20将装有400l钢桶的钢支架50吊起，废物堆码装置20的小车旋转90
°
，将装有400l钢桶的钢支架50码放至已灌浆回填的工程屏障层122上；
53.3)操作二次堆码机构抓取工程屏障层122上底层的钢支架，逐次码放至第2层、第3层，依次由内向外码放，直至堆满整个处置单元的二次堆码区124。
54.本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法针对岩洞处置堆码操作进行优化设计，在原有一次堆码的基础上增加了二次堆码操作，能够有效地提高处置隧洞的空间利用率。
55.与现有技术相比，本发明至少存在以下优点：
56.1)二次堆码操作能够充分利用处置隧洞的上部空间，以400l钢桶堆码为例，原一次堆码能够堆码9层，本发明采用二次堆码能够再码放3层400l钢桶，空间利用率提升超过30％。
57.2)一次堆码用于码放表面剂量率大于第一预设值的第一废物包(例如表面剂量率＞2msv/h的废物包)，操作过程可以远程控制，能够减少人员近距离操作频次和时间，减少人员受照剂量。
58.3)一次堆码完成后，立即对处置单元12进行灌浆，能够保证堆码体的稳定性，并在一次堆码体上部形成有屏蔽作用的覆盖层(即工程屏障层122)，保证覆盖层上人员操作。
59.易于理解的是，以上只是对本发明低、中水平放射性废物岩洞处置的二次堆码方法的废物包类型、堆码方式、堆码设备进行的示例性说明，在其他实施方式中，可以进行适应性改变，包括但不限于：
60.1)以上虽然以核电厂产生的400l钢桶为例来进行说明，但对于其他类型的废物包，如200l钢钢桶、混凝土钢桶等，同样可以采用本发明的二次堆码方法进行堆码。
61.2)以上虽然以集中堆码的方式来进行说明，但同样适用于单个废物包的堆码，即一次堆码可以码放单个废物包，二次堆码也可以码放单个废物包。
62.3)本发明的废物堆码装置20是在常规的数控桥式起重机基础上增加了二次堆码机构，来同时实现一次堆码和二次堆码操作；同样，一次堆码和二次堆码操作可分别采用常规桥式起重机和叉车来实现，即采用远程控制桥式起重机实现表面剂量率＞2msv/h废物包的一次堆码，堆码完成后灌浆并形成工程屏障层122，工作人员在工程屏障层122上采用叉车堆码表面剂量率≤2msv/h的废物包；
63.4)一次堆码和二次堆码的废物包的表面剂量率可以根据实际情况进行调整，并非必须是一次堆码表面剂量率＞2msv/h的废物包，二次堆码表面剂量率≤2msv/h的废物包。
64.根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。