某核電廠海工工程施工管理優化

于志成，安曉東

（1.中核遼寧核電有限公司，遼寧 興城 125100；2.中國核電工程有限公司，北京 海淀 100840）

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某核電廠海工工程施工管理優化

于志成1，2，安曉東1，2

（1.中核遼寧核電有限公司，遼寧 興城 125100；2.中國核電工程有限公司，北京 海淀 100840）

某濱海核電廠循環冷卻水及重要廠用水均取用海水。廠址總體規劃分期建設，根據核電站循環冷卻水系統的取、排水要求，并結合潮流、波浪、泥沙、溫升、地質等因素的研究，確定海工工程采用明渠取水和明渠排水，取水明渠和排水明渠間共用一條中隔堤，堤體采用斜坡堤結構形式。在在整個項目的實施過程中，根據實際施工情況，進行動態管理，適時調整設計、施工管理，優化中隔堤設計方案，為整個項目節省工程投資，提高核電廠經濟效益。

核電廠；中隔堤；動態管理；優化。

1 項目概況

某核電廠的循環冷卻水及重要廠用水均取用海水。規劃6臺1 000Mwe AP1000堆型核電機組，總體規劃分期建設，規劃的6臺機組所需總的冷卻水量為 420 m3/s；依據委托方提供的廠址總體規劃，根據核電站循環冷卻水系統的取、排水要求，并結合潮流、波浪、泥沙、溫升、地質等因素的研究，確定海工平面布置如下：6臺機組合用一條取水明渠和一條排水明渠。采用取水明渠東部取水，排水明渠南部排水布置，取水口門位于廠區東部，水深約-6.2 m的區域，排水口門位于廠區西部，水深約-6.0 m的區域。取水明渠采用漸變渠底寬度的平底明渠，取水明渠底高程取為-6.5 m，排水明渠采用漸變底高程等渠底寬度的明渠，一、二、三期出水口前各段明渠底高程分別為 -4.0 m、-5.0 m和-6.0 m。

廠區正前方護岸沿東北方向布置，該段護岸外側布置中隔堤和排水南堤，排水明渠與取水明渠間通過中隔堤隔開。

圖1　海工平面布置

2 設計標準

外側排水明渠導流堤堤頂高程設計標準按港工標準，允許越浪設計；護面塊體按百年一遇水位對應百年一遇波高（波高累積頻率取4 %）進行設計，DBF水位對應的可能最大臺風浪進行校核，校核工況下，以構筑物主體穩定和不喪失總體防浪功能為原則。

中隔堤堤頂高程設計標準按100年一遇高潮位＋100年一遇波浪組合工況下不越浪，并滿足泵房前池的Hs≤0.4 m（短周期波）進行設計；并滿足DBF水位及其對應臺風浪工況下，越浪海水引起的取水明渠內再生波不能越到廠區，危及到核島安全。護面塊體按百年一遇水位對應百年一遇波高（波高累積頻率取4 %）進行設計，DBF水位對應的可能最大臺風浪進行校核，校核工況下，以構筑物主體穩定和不喪失總體防浪功能為原則。

3 中隔堤原設計方案

3.1 排水明渠南導流堤

采用斜坡式結構，導流堤兩側邊坡均為1:1.5，堤頭加強段兩側邊坡為 1：2，堤頂高程4.79 m，堤頂寬6.75 m，堤心采用1～300 kg開山石，兩側及堤頂擬采用扭王字塊體護面，護面塊體與堤心石之間為兩層300～500 kg墊層塊石，其厚度為1 100 mm。施工采用陸上推填成堤。

3.2 中隔堤

采用斜坡式結構，兩側邊坡均為 1:1.5，堤頂高程6.5 m。堤心采用1～300 kg開山石，兩側擬采用扭王字塊體護面，護面塊體與堤心石之間為兩層300～500 kg墊層塊石，其厚度為1 100 mm。中隔堤設計考慮運營期防止取、排水明渠中的熱交換，設塑性混凝土或雙排高壓旋噴樁止水墻，考慮百年一遇高潮位，墻頂高程定為2.4 m。防滲墻兩側堤身采用開山石碴代替1～300 kg開山，以降低施工難度。中隔堤段地質情況較為復雜，表層為風化巖、中砂或較薄淤泥層。若表層為風化巖，為防止復式滑動，在堤腳處自巖面開挖2 m厚基槽，槽內安放 300～500 kg塊石，以上安放人工塊體。

3.3 護面塊體計算

護面塊體的穩定重量采用赫德遜公式進行計算：

式中：W為單個塊體的穩定重量（t）；KD為塊體穩定系數，扭王字塊體KD=18，四角空心方塊KD=14，容許失穩率 0～2；γb為塊體材料重度，取23 kN/m3；γ為水的重度，取10.25 kN/m3；H為設計波高（m）；α為斜坡與水平面的夾角（°），防波堤堤頭段ctga＝2，其余地身段ctga＝1.5。

表1　護面塊體計算結果

3.4 人工塊體護面的選擇

導流堤、中隔堤及護岸工程在波浪較大時，常用的消波效果好的人工塊體有扭王字塊體和扭工字塊體，使波浪遇斜坡后大部分破碎，基本上不反射，波能消散，扭工字塊體較扭王字塊體糙設系數大，波浪爬高小，但需安放兩層，厚度大、造價高。扭王字塊體個體粗壯，強度較高，消浪性能好，由于單層布設，節省混凝土用量。因此本工程在排水明渠南導流堤經計算選擇采用6 t扭王字塊體護面。

本工程中隔堤位于排水明渠南導流堤內側，與排水明渠南導流堤之間僅隔一條排水明渠，排水明渠南導流堤能夠為中隔堤提供一定的掩護，外海來的波浪經排水南導流堤后，在取水明渠內的波高已經比外海波浪小，在一定程度上可以優化中隔堤的堤頂高程和護面塊體重量。如果考慮明渠南導流堤先建成，排水波浪經過排水明渠南導流堤后，中隔堤前波浪變小，經計算，可以采用4 t扭王字塊體護面。但是考慮到現場施工順序的不確定性，中隔堤可能在排水明渠南導流堤未施工前先施工，中隔堤可能會長時間處于沒有掩護的工況下，另外，根據工程經驗4 t扭王字塊體護面由于單位面積塊數較多，所以吊裝、安裝費用較高，總體工程造價與 6 t扭王字塊體護面相當，所以中隔堤選擇采用6 t扭王字塊體護面，在不增加工程造價的原則上，不但兼顧了各種施工組織安排的可能性，而且提高了護面塊體的安全儲備。

圖2　原設計方案斷面

4 中隔堤優化后設計方案

在整個項目的實施過程中，實際施工情況是排水明渠南導流堤提前施工，已經對中隔堤形成了較好的掩護。根據原設計方案及護面塊體的計算及選用，可以看出中隔堤的護面塊體留有一定的安全儲備，有可優化空間。優化方案擬將護面塊體優化為4 t四腳空心方塊護面。但是，四腳空心方塊護面通常在浪較小時采用，其造價低、耐久性好，但四腳空心方塊波浪爬高大，規范明確規定“設計波高大于4 m時，不宜選用四腳空心方塊護面型式”。

圖3　優化方案設計斷面

中隔堤前設計波高為3.62 m，接近規范規定的4 m波高，另外，由于中隔堤改為四腳空心方塊后，消浪效果較扭王字護面塊體差一些，會對取水明渠的波高有一定的影響，所以對優化后的斷面進行了斷面物理模型試驗。試驗結果顯示：

1）當中隔堤內外側均采用4 t四腳空心方塊進行護面時，中隔堤改型方塊、4 t四腳空心方塊、300～500 kg護底塊石、300～500 kg拋石棱體、100～150 kg護底塊石均滿足穩定性要求，排水明渠南導流堤和護岸斷面胸墻、護面塊體、護底塊石結構也滿足穩定性要求。在設計基準洪水位（5.27 m）臺風浪作用下，試驗測得排水明渠內最大波高為4.53 m，波高H1/3為3.20 m，平均周期為7.1 s，測得取水明渠內最大波高為 2.50 m，波高H1/3為1.34 m，平均周期為7.3 s；100年一遇高潮位100年一遇波浪作用下，試驗測得排水明渠內最大波高為0.98 m，波高H1/3為0.52 m，平均周期為9.1 s，取水明渠內沒有波浪產生。

2）在設計基準洪水位（5.27 m）臺風浪作用下，試驗測得中隔堤最大越浪量為 0.52 m3/（m·s-1），廠區內護岸胸墻頂部沒有越浪。在設計基準洪水位（5.27 m）臺風浪并疊加PTMC風速作用下，試驗測得中隔堤最大越浪量為 0.72 m3/（m·s-1），廠區內護岸胸墻頂部有少許浪花隨風吹過，測不出越浪量。在100年一遇高潮位100年一遇波浪作用下，中隔堤和廠區內護岸頂均無越浪產生；在該潮位波浪條件下再疊加100年一遇風速，中隔堤和廠區內護岸頂仍無越浪產生。

3）依據最大可能臺風期間的風、浪、潮時程過程，在水位 5.27 m、波浪（H13%=4.87，Tm= 8.36 s）、風（18.8 m/s）作用下，中隔堤越浪量為越浪量為 0.69 m3/（m·s-1），廠區內護岸無越浪；在水位 3.96 m、波浪（H13%=4.73，Tm=8.17 s）、風（24.6 m/s）作用下，中隔堤越浪量為越浪量為0.008 m3/（m·s-1），廠區內護岸無越浪；在水位3.65 m、波浪 （H13%=4.01， Tm=7.41 s）、 風（33.2 m/s）作用下，中隔堤和廠區內護岸無越浪；在水位3.40 m、波浪（H13%=3.95，Tm=6.65 s）、風（40.4 m/s）作用下，中隔堤和廠區內護岸無越浪。

經過物理模型試驗驗證，將護面塊體優化為4 t四腳空心方塊護面的優化方案可以滿足結構的安全和取排水的使用要求。

5 工程費用分析

經施工圖預算，中隔堤原設計方案中采用 6 t扭王字人工塊體，共有6 t扭王字人工塊體16 818塊，預制這些人工塊體所需混凝土量為 42 226.88方。預制扭王字人工塊體所用混凝土（C40F300）費用約為1 954.2萬元；扭王字人工塊體堆放費用約為57.1萬元；陸上安裝扭王字人工塊體約8 409塊，費用約為319.9萬元；水上安裝扭王字人工塊體約8 409塊，費用約為635.9萬元；原設計方案護面人工塊體費用合計為2 967.2萬元。

中隔堤優化后的設計方案中采用4 t四腳空心方塊人工塊體，共有4 t四腳空心方塊16 518塊，預制這些人工塊體所需混凝土量為28 725.77方。預制四腳空心方塊所用混凝土（C40F300）費用約為1 299.8萬元；四腳空心方塊人工塊體堆放費用約為 74.1萬元；陸上安裝四腳空心方塊約 8 259塊，費用約為314.2萬元；水上安裝四腳空心方塊約8 259塊，費用約為624.6萬元；原設計方案護面人工塊體費用合計為2 312.7萬元，詳見表2。

表2　工程優化對比

優化后的方案比原設計方案節省了混凝土用量，以及相關的的工程費用共654.4萬元。

6 結 語

1）從本項目的中隔堤優化過程中可以看出，現場施工順序調整，實時動態管理的重要性，在施工過程中，對整個項目進行精細的管理和優化，在滿足工程使用功能和安全的的前提下實時優化設計，可節省工程投資。

2）隨著我國沿海核電廠廠址的建設，優良條件廠址越來越少，后續核電廠址的建設條件越來越差，這對核電廠海工工程的設計和后續施工管理提出了更高的要求，應引起行業從業人員的重視。

［1]JTS154-1-2011 防波堤設計與施工規范［S］.

［2]JTS147-1-2010 港口工程地基規范［S］.

［3]JTS145-2-2013 海港水文規范［S］.

［4]南京水利科學研究院. 遼寧徐大堡核電廠海工工程中隔堤斷面優化波浪斷面物理模型試驗［R］.

Construction Management Optimization of Maritime Project in A Nuclear
Power Plant

Yu Zhicheng1，2， An Xiaodong1，2
（1.CNNC Liaoning Nuclear Power Co.， Ltd.， Xingcheng Liaoning 125100， China； 2.China Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100840， China）

The circulating cooling water and production water of a coastal nuclear power plant are taken from seawater. The plant site is planned to be constructed by stages. According to the requirements for water intake and drainage of the circulating cooling water system in the nuclear power plant， various factors of tide， wave，sediment， temperature and geology are studied in order to determine the application of open channels for water intake and drainage in maritime project. Water intake and drainage channels share one separation levee， which adopts sloping dike structure. During the implementation of entire project， it is necessary to carry out dynamic management according to the actual situation， adjust design and construction management timely and optimize the design option of separation levee. The above measures will decrease the investment and increase the economic benefit for the nuclear power plant.

nuclear power plant； separation levee； dynamic management； optimization

U655.1

A

1004-9592（2016）03-0074-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160319

2016-04-07

于志成（1980-），男，工程師，主要從事核電工程設計管理工作。