This paper outlines the four modes of rock mass instability which have to be considered in designing large excavated caverns for housing the reactors and auxiliary equipment of a 4 × 850 MWe underground CANDU nuclear power plant. The first mode consists of the potential instability of joint blocks in the roof and the walls of the caverns, which is triggered sometimes by the blasting effect. The second mode of instability is caused by an overstressing of the rock mass due to the combination of in-situ and excavation stresses. In the extremely remote event of a loss-of-coolant accident and a sudden release of pressurized steam into the cavern, the third mode of instability, which is thermomechanical in character, would have to be considered. The likelihood and extent of thermomechanical instability can be assessed in an analysis of the transient temperatures and thermal stresses generated in surficial layers of the host rock. Earthquake and near-field rockburst effects contribute to the fourth mode of rock mass instability underground, which is dynamic in character. It is concluded that the four instability modes can be properly accounted for in engineering design, posing no major hazards to the safety of an underground nuclear plant.
Es wird ein Uberblick gegeben auf die vier Arten des Felseninstabilitat, die bei der Planung grosser Kavernen zur Unterbringung der Reaktoren und Hilfsanlagen eines 4 × 850 MWe Unterirdischen Candu-Kernkraftwerkes, zu betrachten sind. Erstens die potentielle Instabilitat der Kluftkörper in der Krone und in den Wanden der Kaverne, die manchmal unter dem Einfluss der Sprengarbeiten hervorgerufen wird. Die zweite Art der Instabilitat ist auf eine Oberbeanspruchung der Felsenmasse zurueckzufuehren, die einer Kombination der in-situ und der durch Sprengungen verursachten Beanspruchungen zuzuschreiben ist. Im dem höchstunwahrscheinlichen Fall eines gefahrlichen Kuehlmittelverlustes end einer plötzlichen Freisetzung von Druckdampf in die Kaverne, kame die dritte Art der Instabilitat, die von thermomechanischer Natur ist, in Frage. Die Wahrscheinlichkeit und Grösse der Thermomechanischen Instabilitat lassen sich durch eine Analyse der in der Oberflachenschichten des Ur- Sprungsgesteins erstehenden Ubergangstemperaturen und Warmespannungen.bewerten. Die Wirkungen von Erdbeben und möglich naheliegenden Gebirgsschlagen bilden auf die vierte Art der unterirdischen Felseninstabilitat, die von dynamischer Natur ist. Zum Schluss wird die Folgerung gezogen, dass die vier Arten der Instabilitat in der technischen Planung sachgemass beruecksichtigt werden können, und keine grossen Risiken fuer die Sicherheit eines unterirdischen Kernkraftwerkes darstellen.
Cette communication donne les grandes lignes des quatre modes d''instabilite de la masse rocheuse, dont il faut tenir compte dans la conception de grandes cavernes abritant les reacteurs et l''appareillage auxiliaire d''une centrale nucleaire souterreine Candu de 4 × 850 MWe. Le premier mode comprend l''instabilite potentielle des ensemble de diaclases dans la voute et les ''parois des cavernes, qui est parfois amorcee par les travaux aux explosifs. C''est le surchargement de la masse rocheuse, cause par une combinaison des tensions in-situ et de celles dues au creusement, qui est responsable du deuxième mode d''instabilite. Dans le cas extrêmement peu probable d''un incident dangereux de perte de refri- gerant et d''une liberation subite de vapeur pressurisee dans la caverne, c''est la troisième mode d''instabilite, de nature thermomecanique, qui serait implique. La probabilite et l''ampleur de l''instabilite thermomecanique peuvent etre evaluees au moyen d''une analyse des temperatures transitoires et des tensions thermiques generees dans les couches superficielles du rocher hõte. Le quatrième mode d''instabilite de la masse roche use souterraine, qui est de nature dynamique, est cause par les effects des tremblements de terre ou d''eventuels eboulis de roches a proximite. En conclusion, on constate que l''on peut bien tenir compte des quatre modes d''instabilite dans Ie calcul technique, evitant ainsi des risques importants pour la securite d''une centrale nucleaire souterraine.
Nuclear power currently provides a significant portion of the electrical energy consumed in many ISRM member nations. Prompted largely by defense and environmental considerations, a number of investigations have been made in recent years on the underground siting of nuclear power plants. These investigations have focussed, in particular, on the relative merits, cost penalties and technical feasibility of the underground siting option. This paper highlights the rock mechanics design considerations in a study recently completed by Ontario Hydro, a major Canadian electrical utility which serves the Province of Ontario. The contribution of nuclear energy to Ontario is reflected in the fact that one-third of the electricity currently produced in Ontario comes from nuclear power plants in operation. This figure is expected to rise to one-half by the end of the century.
The underground nuclear power plant studied by Ontario Hydro features four 850 MWe CANDU reactor units, housed in large caverns to be excavated in the Precambrian basement rock of granitic gneiss, at a reference depth of approximately 400 m from the surface. The CANDU is a unique Canadian pressure tube reactor design using natural uranium fuel and heavy water as both coolant and moderator. Figure 1 shows the general cross section of this plant.
