盾構(gòu)法取水隧道在三門核電工程中的運(yùn)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(huán)供水系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水取自三門灣大深潭海水。三門核電一期工程每臺(tái)機(jī)組配置一根直徑6200mm的自流引水管，自流引水管采用盾構(gòu)法取水隧道和多點(diǎn)式取水頭方案，每根隧道設(shè)置8個(gè)取水頭。文章從設(shè)計(jì)方案和施工工藝角度，描述盾構(gòu)法取水隧道和多點(diǎn)式取水頭在三門核電項(xiàng)目中的應(yīng)用，對(duì)國(guó)內(nèi)濱海核電項(xiàng)目具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】 三門核電工程 盾構(gòu)法取水隧道 多點(diǎn)式取水頭

1 引言

三門核電項(xiàng)目是我國(guó)全面引進(jìn)美國(guó)西屋公司開(kāi)發(fā)的第三代壓水堆核電技術(shù)AP1000機(jī)組工程，項(xiàng)目共規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)125萬(wàn)千瓦的核電機(jī)組，總裝機(jī)容量為750萬(wàn)千瓦，分三期建設(shè)。

三門核電一期取水工程在國(guó)內(nèi)核電領(lǐng)域首次采用盾構(gòu)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(gòu)法取排水工程之最。三門核電一期盾構(gòu)法取水隧道的成功運(yùn)用，為今后類似工程的設(shè)計(jì)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(tái)州地區(qū)的三門縣境內(nèi)，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(huán)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(gè)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(zhì)概況

場(chǎng)地地貌單元屬于浙東丘陵濱海島嶼區(qū)，為天臺(tái)山脈余脈，屬山前濱海海積地貌。除近海岸地區(qū)為回填片石外，其余均為泥質(zhì)海灘，近海岸區(qū)地面標(biāo)高0.6～4.87m。取水勘察區(qū)地面標(biāo)高為-13.91～3.40m。取水頭位于廠區(qū)東北側(cè)深潭內(nèi)-15.0m等深線附近。

擬建場(chǎng)地抗震防設(shè)烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本加速度為0.05g，取水隧道場(chǎng)地類別為Ⅲ～I(xiàn)V類，取水隧道與循環(huán)水泵房銜接段為Ⅱ類，取水頭部屬Ⅳ類場(chǎng)地。

3 盾構(gòu)法取水隧道設(shè)計(jì)方案

3.1 盾構(gòu)法取水隧道

盾構(gòu)法施工在地下工程中應(yīng)用的相當(dāng)廣泛，尤其對(duì)于管線長(zhǎng)、直徑大的軟土地質(zhì)更為適用。三門核電一期冷卻水采用海水直流循環(huán)供水系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水取自三門灣大深潭海水。根據(jù)AP1000機(jī)組特點(diǎn)，核電廠取水工程冷卻水量主要用于汽機(jī)凝汽器的冷卻水系統(tǒng)和輔機(jī)的冷卻水系統(tǒng)的供水水源、核島服務(wù)水（非安全級(jí)）、以及海水淡化車間原水，用水量較大。

根據(jù)工藝計(jì)算和經(jīng)過(guò)比較，綜合考慮到各方面因素，三門核電一期工程每臺(tái)機(jī)組配置一根直徑6200mm的自流引水管，引水管由循環(huán)水進(jìn)水隧道和取水頭組成。隧道起點(diǎn)中心標(biāo)高為-14.00m，然后向下以1.81%的縱向坡度向前推進(jìn)，至垂直頂升段改為平直線，終端隧道中心標(biāo)高為-27.00m。1#機(jī)取水管線長(zhǎng)1025m，平面轉(zhuǎn)彎半徑為700m，2#機(jī)取水管線長(zhǎng)968m，平面轉(zhuǎn)彎半徑為550m。

3.2 多點(diǎn)式大口徑垂直頂升法取水頭

一期工程采用多點(diǎn)式取水頭方案，每根取水隧道端部設(shè)置8只取水頭，每個(gè)垂直頂升立管截面尺寸為變長(zhǎng)約2.44m×2.44m，取水頭直徑為4.5m。

多點(diǎn)式取水頭由盾構(gòu)法隧道取水管末端布置的多個(gè)方形鋼筋混凝土垂直頂升立管和多個(gè)圓形鋼制取水頭部組成。垂直頂升管施工位于已建隧道內(nèi)，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(yīng)復(fù)雜的場(chǎng)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(fēng)浪、氣候變化等自然條件的影響，能夠“全天候”施工；（3）現(xiàn)場(chǎng)施工工期較短，扣除準(zhǔn)備工作時(shí)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(fèi)用較單點(diǎn)式取水頭低等特點(diǎn)。

立管采用矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、分節(jié)制作、分節(jié)頂進(jìn)，每根立管由九節(jié)管節(jié)組成，兩端設(shè)連接內(nèi)法蘭，用螺栓相互連接。待管頂升完成后，為保證其安全穩(wěn)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(hù)。

垂直頂升立管上部安裝鋼制取水頭部，采用水上吊運(yùn)沉放法。取水頭預(yù)先在陸上制作好，運(yùn)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(jié)通過(guò)法蘭連接。

4 盾構(gòu)法取水隧道施工工藝

盾構(gòu)的基本原理，是一個(gè)有形的鋼制組件沿隧道設(shè)計(jì)軸線，一邊開(kāi)挖土體而一邊向前推進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)是隧道施工對(duì)地層開(kāi)挖及襯砌拼裝管片起支護(hù)作用的施工設(shè)備，其基本構(gòu)造由盾構(gòu)殼體及開(kāi)挖機(jī)構(gòu)、推進(jìn)系統(tǒng)、襯砌拼裝系統(tǒng)等三部分組成。實(shí)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(gòu)成掘削機(jī)的保護(hù)外殼，外殼與殼內(nèi)各類作業(yè)空間及機(jī)械的組合體稱為盾構(gòu)機(jī)。

盾構(gòu)的施工過(guò)程是這樣的：首先向開(kāi)挖面掘進(jìn)相當(dāng)于裝配式襯砌寬度的土體；利用安裝在支承環(huán)內(nèi)的千斤頂，使盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到挖好的空間內(nèi)；在盾尾的保護(hù)下利用液壓舉重拼裝器拼裝隧道襯砌，重復(fù)上述過(guò)程，不斷向前掘進(jìn)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(yù)制管片，縱向和環(huán)向均采用單排直螺栓聯(lián)結(jié)，管片縱縫和環(huán)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(nèi)部，將預(yù)制管節(jié)連接在隧道頂升開(kāi)口管片上，將開(kāi)口管片與管節(jié)采用特殊螺栓連接好，管節(jié)就位后，拆去開(kāi)口管片與隧道襯砌的連接螺栓，依靠液壓油缸把管節(jié)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(jié)由1節(jié)底座管節(jié)、1節(jié)頂頭管節(jié)和7節(jié)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)組成，并配有一個(gè)轉(zhuǎn)向法蘭。在每節(jié)的頂升過(guò)程中，管節(jié)之間采用螺栓連接，使管節(jié)垂直頂入土中，待工程全部完成后，在水下揭去開(kāi)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(jié)連接處理→鋼取水頭安裝→水下保護(hù)拋石整平等。

5 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)法取水隧道目前在國(guó)內(nèi)是首次運(yùn)用于核電廠的取水方案設(shè)計(jì)，為了保證盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，我司在委托專業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)盾構(gòu)取水隧道的基礎(chǔ)上，還根據(jù)設(shè)計(jì)院建議，另行委托有盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)與軟件分析經(jīng)驗(yàn)的高校，對(duì)三門項(xiàng)目盾構(gòu)取水隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，通過(guò)建立三維實(shí)體模型對(duì)三門電廠盾構(gòu)法隧道垂直頂升立管結(jié)構(gòu)受力及變形進(jìn)行了深入研究，補(bǔ)充和完善了盾構(gòu)法隧道的計(jì)算分析，主要研究?jī)?nèi)容為：取水隧道垂直頂升段內(nèi)力分析、縱向不均勻沉降內(nèi)力分析以及相應(yīng)的管片強(qiáng)度計(jì)算和裂縫開(kāi)展計(jì)算等，使取水盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)更加合理。開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)核電行業(yè)內(nèi)采用大直徑盾構(gòu)法隧道、大口徑垂直頂升取水設(shè)計(jì)的先例，對(duì)于后續(xù)濱海核電項(xiàng)目海水冷卻水取水設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 尤雪娣. 三門核電一期工程海水取、排水工程初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書[R]. 上海：華東電力設(shè)計(jì)院 2008

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