盾構法取水隧道在三門核電工程中的運用

陶靜　王凱

【摘 要】 三門核電一期工程冷卻水采用海水直流循環供水系統，循環冷卻水取自三門灣大深潭海水。三門核電一期工程每臺機組配置一根直徑6200mm的自流引水管，自流引水管采用盾構法取水隧道和多點式取水頭方案，每根隧道設置8個取水頭。文章從設計方案和施工工藝角度，描述盾構法取水隧道和多點式取水頭在三門核電項目中的應用，對國內濱海核電項目具有借鑒意義。

【關鍵詞】 三門核電工程 盾構法取水隧道 多點式取水頭

1 引言

三門核電項目是我國全面引進美國西屋公司開發的第三代壓水堆核電技術AP1000機組工程，項目共規劃建設6臺125萬千瓦的核電機組，總裝機容量為750萬千瓦，分三期建設。

三門核電一期取水工程在國內核電領域首次采用盾構法取水隧道加垂直頂升法取水頭施工工藝、其尺寸為目前電廠盾構法取排水工程之最。三門核電一期盾構法取水隧道的成功運用，為今后類似工程的設計拓寬了思路，具有很好的借鑒意義。

2 工程概況

2.1 廠址概況

三門核電廠位于浙江省東部、臺州地區的三門縣境內，三門灣南岸貓頭山東北的大路灣——貓頭山嘴一帶。貓頭山嘴呈東西走向，三面環海，西面背靠貓頭山脈，向東偏北呈半島狀，伸入貓頭水道。東面和北面海域水深較大，在東面和北面分別形成兩個大小不同的深潭，北面較小的稱為小深潭，東面較大的稱為大深潭。

2.2 地質概況

場地地貌單元屬于浙東丘陵濱海島嶼區，為天臺山脈余脈，屬山前濱海海積地貌。除近海岸地區為回填片石外，其余均為泥質海灘，近海岸區地面標高0.6～4.87m。取水勘察區地面標高為-13.91～3.40m。取水頭位于廠區東北側深潭內-15.0m等深線附近。

擬建場地抗震防設烈度為6度，設計地震分組為第一組，設計基本加速度為0.05g，取水隧道場地類別為Ⅲ～IV類，取水隧道與循環水泵房銜接段為Ⅱ類，取水頭部屬Ⅳ類場地。

3 盾構法取水隧道設計方案

3.1 盾構法取水隧道

盾構法施工在地下工程中應用的相當廣泛，尤其對于管線長、直徑大的軟土地質更為適用。三門核電一期冷卻水采用海水直流循環供水系統，循環冷卻水取自三門灣大深潭海水。根據AP1000機組特點，核電廠取水工程冷卻水量主要用于汽機凝汽器的冷卻水系統和輔機的冷卻水系統的供水水源、核島服務水（非安全級）、以及海水淡化車間原水，用水量較大。

根據工藝計算和經過比較，綜合考慮到各方面因素，三門核電一期工程每臺機組配置一根直徑6200mm的自流引水管，引水管由循環水進水隧道和取水頭組成。隧道起點中心標高為-14.00m，然后向下以1.81%的縱向坡度向前推進，至垂直頂升段改為平直線，終端隧道中心標高為-27.00m。1#機取水管線長1025m，平面轉彎半徑為700m，2#機取水管線長968m，平面轉彎半徑為550m。

3.2 多點式大口徑垂直頂升法取水頭

一期工程采用多點式取水頭方案，每根取水隧道端部設置8只取水頭，每個垂直頂升立管截面尺寸為變長約2.44m×2.44m，取水頭直徑為4.5m。

多點式取水頭由盾構法隧道取水管末端布置的多個方形鋼筋混凝土垂直頂升立管和多個圓形鋼制取水頭部組成。垂直頂升管施工位于已建隧道內，鋼制取水頭部在陸地制作完成，在水下就位安裝。這種施工方式具有（1）能適應復雜的場地條件及軟弱地基條件；（2）水下施工可不影響航道通航，也不受潮汐、風浪、氣候變化等自然條件的影響，能夠“全天候”施工；（3）現場施工工期較短，扣除準備工作時間，基本上兩天就能完成一只垂直頂升立管的施工；（4） 工程投資和施工措施費用較單點式取水頭低等特點。

立管采用矩形鋼筋混凝土結構、分節制作、分節頂進，每根立管由九節管節組成，兩端設連接內法蘭，用螺栓相互連接。待管頂升完成后，為保證其安全穩定，先挖除表面2m左右的淤泥，然后水下鋪一層軟體排，最后在其周圍拋石防沖刷保護。

垂直頂升立管上部安裝鋼制取水頭部，采用水上吊運沉放法。取水頭預先在陸上制作好，運至吊裝海域，然后將取水頭安裝在立管上，取水頭與立管頂頭管節通過法蘭連接。

4 盾構法取水隧道施工工藝

盾構的基本原理，是一個有形的鋼制組件沿隧道設計軸線，一邊開挖土體而一邊向前推進。盾構機是隧道施工對地層開挖及襯砌拼裝管片起支護作用的施工設備，其基本構造由盾構殼體及開挖機構、推進系統、襯砌拼裝系統等三部分組成。實際工程中采用橫斷面尺寸比隧道尺寸稍大，但是外形與隧道橫斷面相同的鋼筒壓入地中構成掘削機的保護外殼，外殼與殼內各類作業空間及機械的組合體稱為盾構機。

盾構的施工過程是這樣的：首先向開挖面掘進相當于裝配式襯砌寬度的土體；利用安裝在支承環內的千斤頂，使盾構機推進到挖好的空間內；在盾尾的保護下利用液壓舉重拼裝器拼裝隧道襯砌，重復上述過程，不斷向前掘進和拼裝隧道襯砌，直至整條隧道完成。隧道襯砌采用高精度鋼筋混凝土預制管片，縱向和環向均采用單排直螺栓聯結，管片縱縫和環縫止水均采用水膨性橡膠帶止水。

垂直頂升法施工位于已建好的隧道內部，將預制管節連接在隧道頂升開口管片上，將開口管片與管節采用特殊螺栓連接好，管節就位后，拆去開口管片與隧道襯砌的連接螺栓，依靠液壓油缸把管節垂直向上頂出，按由里向外的順序逐根頂出。每條垂直頂升管節由1節底座管節、1節頂頭管節和7節標準管節組成，并配有一個轉向法蘭。在每節的頂升過程中，管節之間采用螺栓連接，使管節垂直頂入土中，待工程全部完成后，在水下揭去開口管片，安裝上取水頭，形成取水通道。

垂直頂升施工工藝主要流程為：隧道底部加固→止水裝置安裝→立管頂升施工→底座管節連接處理→鋼取水頭安裝→水下保護拋石整平等。

5 結語

盾構法取水隧道目前在國內是首次運用于核電廠的取水方案設計，為了保證盾構隧道結構設計的合理性、安全性、經濟性，我司在委托專業設計院設計盾構取水隧道的基礎上，還根據設計院建議，另行委托有盾構隧道設計與軟件分析經驗的高校，對三門項目盾構取水隧道結構進行深入研究，通過建立三維實體模型對三門電廠盾構法隧道垂直頂升立管結構受力及變形進行了深入研究，補充和完善了盾構法隧道的計算分析，主要研究內容為：取水隧道垂直頂升段內力分析、縱向不均勻沉降內力分析以及相應的管片強度計算和裂縫開展計算等，使取水盾構隧道的設計更加合理。開創了國內核電行業內采用大直徑盾構法隧道、大口徑垂直頂升取水設計的先例，對于后續濱海核電項目海水冷卻水取水設計具有良好的借鑒意義。

參考文獻

[1] 尤雪娣. 三門核電一期工程海水取、排水工程初步設計說明書[R]. 上海：華東電力設計院 2008

[2] 上海市基礎工程有限公司，《三門核電一期取水涵管工程盾構施工方案》[R]