SUMMARY:

The feasibility of immense caverns in rock mass concerning underground nuclear power plants was analysed. In the case of the axisymmetric reactor cavern of 63 m free span an adapted solution and decision on this question was required regarding the intended purpose and some particular loadings as well as that of the special shape and the unique dimensions. A novel method of driving runs under the difficult phases of driving such a cavern by treating the rock mass gently; an early worked inner concrete lining supports the rock mass in bearing its own weight and becomes by aid of the back pressure an obstacle to the spreading of radioisotopes. The sensivity of essential parameters was analysed by a finite element program and then very improbable but not quite unrealistic parameter constellations, which lie near the designed state, were evaluated with regard to construction phases. Despite the informality of such calculations as to an appointed site without rock mechanical investigations it could be stated that such caverns are feasible.

ZUSAMMENFASSUNG:

Die felsbauliche Realisierbarkeit sehr großer Kavernen fuer untertagige Kernkraftwerke wurde untersucht. Im Falle der rotationssymmetrischen Reaktorkaverne von 63 m lichter Weite forderten der Verwendungszweck und spezielle Belastungen sowie besondere Form und Größe eine angepaßte Problemlösung und -beurteilung. Ein neuartiger Auffahrvorgang unterlauft die fuer eine Kaverne dieser Größe schwierigen Bauzustande unter Schonung des Gebirges; eine sehr fruehzeitig eingebrachte Betoninnenschale unterstuetzt die Tragwirkung des Gebirges und wird unter dem Gebirgsdruck zu einem Hindernis fuer die Ausbreitung radioaktiver Stoffe. Es wurden mit einem FEM-Programm der Einfluß wichtiger Parameter untersucht und dann Nachbarzustande mit sehr unwahrscheinlichen Parameterkonstellationen unter Beruecksichtigung von Bauzustanden berechnet. Ungeachtet der Unverbindlichkeit solcher Berechnungen fuer einen bestimmten Ort ohne vorausgehende felsmechanische untersuchungen an diesem Ort konnte ausgesagt werden, daß solche Kavernen realisierbar sein werden.

RESUME:

Nous avons examine la possibilite de realiser la construction rocheuse de tres grandes cavernes pour des centrales nucleaires souterraines. Dans le cas de la caverne de reacteur axisymetrique et dont la largeur interieure s'' eleve à 63 m, le but d''utilisation et les charges speciales aussi que la forme et la grandeur particulieres demandent une solution et un examen adaptes au probleme. Une nouvelle methode de creusement escamote les conditions difficiles que represente la construction d''une caverne d''une telle dimension, tout menageant le massif rocheux; une coquille interieure betonnee tres tôt etaye l''effet portatif du massif rocheux et devient, par la pression du massif rocheux, un obstacle à la diffusion des radio-elements. A l''aide d''un programme d''elements finis, l''influence de parametres importants a ete examine; puis nous avons calcule les positions avoisinantes en y joignant des constellations pararnetriques tres improbables en tenant compte des conditions de construction. Bien que de tels calculs soient sans engagement pour un endroit sans recherches precedentes en mecanique des roches, il est possible de dire que de telles cavernes seront realisables.

EINLEITUNG
Anlaß und Problemstellung

In den Jahren 1976 bis 1979 erarbeitete das Ingenieurbuero Bung fuer den Bundesminister des Innern der Bundesrepublik Deutschland in zwei Stufen die Studie SR 72 (Bung 1977, 1980) "Beurteilung der felsbaulichen Realisierbarkeit großer Kavernen im Fels bei unterirdischen Kernkraftwerken". Diese Beurteilung umfaßte:

  • Anordnungskonzept des Kernkraftwerkes

  • Bauverfahren und bauliches Konzept

  • vorlaufige Standsicherheitsbeurteilung

  • Bauzeiten und Baukosten.

Über Teile der drei ersten Punkte soll hier berichtet werden.

Die Problemstellung war die möglichst unveranderte Unterbringung der oberirdisch ueblichen Anlagenkomplexe eines Kernkraftwerkes der Kraftwerk Union mit einem 1300 MWe-Druckwasserreaktor durch Bereitstellung von Felshohlraumen fuer die jeweiligen Gebaude. Eine Optimierung im Hinblick auf eine möglichst gute Nutzung der felsbaulichen Möglichkeiten, z. B. hinsichtlich der Form und Höhenlage der Gebaude, wurde in dieser Bearbeitungsstufe wegen der besonderen Komplexitat eines Kernkraftwerkes noch nicht angestrebt. Damit stellte sich die Frage nach der Realisierbarkeit von Langhauskavernen mit 41 m und von rotationssymmetrischen Kavernen mit 63 m lichter Weite unter deutschen Gebirgsverhaltnissen. Bei der Problemlösung mußte auch das Ubergeordnete Ziel eines untertage mit einem verhaltnismaßigen Aufwand erreichbaren Schutzes gegen natur- und zivilisationsbedingte außere Einwirkungen und eines zusatzlichen Sicherheitseinschlusses bei hypothetischen Unfallen bei allenbaulichen Überlegungen beachtet werden. Vorgaben Auf die Vorgaben bezueglich des Betriebes und der nuklearen Sicherheit sei in diesem Rahmen nicht tiefer eingegangen. Es waren drei typische Gebirgsarten, namlich Sandstein, Schiefer und Quarzit vorgegeben, die jeweils auch stellvertretend fuer solche mit ahnlichen felsmechanischen Eigenschaften standen. In jeder dieser Gebirgsarten war auch eine wirkliche Gelandeform und eine zugehörige Raumstellung der hauptsachlichen regelmaßigen Trennflachen gegeben. Weitere Trennflachen, Nebentrennflachen genannt, wurdei-.gleichmaßig verteilt, aber ganz beliebig ausgerichtet angenommen und bestimmten mit ihren Eigenschaften als unterer Abschatzung aIle anderen möglichen Raumstellungen eines Bruches.

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