濱海核電廠廠坪標高分析方法

張寶剛 張玉龍

摘 ? 要：由于濱海核電廠址本身所具有的地形地貌、水文地質、潮汐波浪等不可復制的地理特征，以及濱海核電機組在海水直流循環冷卻、海上工程建設等方面的特殊要求，對濱海核電廠進行廠坪標高分析，需要考慮的內容更加全面、細致。該項工作與廠址安全、建造成本、運行能耗、投資收益等關系密切，分析方法與計算模型應經得住推敲、琢磨，為上級部門進行技術決策提供可靠的依據。本文將從設計基準洪水位、地質條件、常規島布置與運行費用折現、土石方工程等影響因素入手，通過定性分析與定量計算相結合的方法，詳細闡述濱海核電廠廠坪標高分析的思路與工作步驟，對有關問題進行細致的分析、探討，力求提供可資借鑒的解決方案。

關鍵詞：核電廠 ?豎向布置 ?廠坪標高 ?土石方工程

中圖分類號：TM623.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0019-02

一段時間以來，核電廠廠坪標高分析偏重于定性判斷，缺乏定量計算過程的支持，存在一定的主觀性和隨意性。就分析過程而言，分析視角的選擇偏重于對局部某項內容的思考，分析元項的選擇有所局限，不足以支撐相關結論。

廠坪標高分析是濱海核電廠廠址選擇階段十分必要的基礎性工作。日本福島核事故發生以后，國務院在全國范圍內開展了核設施安全大檢查，要求核設施營運單位進一步復核我國沿海核電廠地震海嘯風險，落實海嘯爬高和對防洪構筑物的沖擊力可能給核電廠防洪帶來的影響。由此開始，選址階段的廠坪標高分析愈加引起核安全監管部門以及審評機構的重視，成為可行性研究報告必須詳細論證的一項重要內容。

結合筆者參與國內某濱海核電項目廠坪標高分析的實際經驗和心得體會，本文將著重論述廠坪標高有關的影響因素、分析思路以及解決方案等。

1 ?廠坪標高的影響因素

影響廠坪標高的因素主要有以下幾個方面：設計基準洪水位、工程地質條件、年運行費用、建安設備投資、土石方工程等。其中，設計基準洪水位和工程地質條件與核安全緊密相關，廠坪標高分析應當100%滿足相關技術要求，作為基本分析元項;年運行費用、建安設備投資、土石方工程等影響工程進度、造價、投資盈利等，作為輔助分析元項。

根據《工業企業總平面設計規范》（GB50187），工業企業的防洪標準應根據工業企業的等級和現行國家標準《防洪標準》的有關規定確定。根據《濱海核電廠廠址設計基準洪水的確定》（HAD101/09），與核安全相關物項的防洪標準為設計基準洪水。設計基準洪水根據可能影響廠址安全的各種嚴重洪水事件及其可能的不利組合，并結合其他廠址特征綜合分析確定。設計基準洪水疊加不小于0.50m安全超高值，即為廠坪標高的下限值。

根據《核電廠總平面及運輸設計規范》，“核島宜布置在穩定的、巖土性質均勻的地基上，地基巖土參數應符合相應反應堆型標準設計的要求”。有條件時，核島廠房均應布置在中等風化或微風化基巖上，至少應為中等風化基巖。隨廠坪標高的抬升，基巖面的范圍會逐步縮小，當中等風化基巖面的范圍不再包絡核島廠房基礎時，標志廠坪標高已接近其上限值。滿足反應堆型標準和核島廠房布置要求的最小基巖面對應的標高即廠坪標高的上限值。

作為輔助分析元項，年運行費用、建安設備投資、土石方工程等，主要影響工程進度、工程造價、投資盈利等。

廠坪標高分析工作的主要邏輯是：在設計基準洪水位疊加安全超高值的下限值與最小基巖面對應標高的上限值之間，通過對工程經濟性、工程可實施性的評價，逐漸縮小標高可選范圍，最終給出廠坪標高的建議值。

2 ?設計基準洪水位

安全重要建筑物、構筑物的場地設計標高應高于設計基準洪水位，并應考慮相應的波浪影響。《濱海核電廠廠址設計基準洪水位的確定》（HAD101/09）中規定：濱海廠址的設計基準洪水是一個核電廠設計應經受的洪水。它是下列洪水類型中最嚴重的：

（1）可能最大風暴潮引起的增水。

（2）可能最大海嘯引起的洪水（如果存在時）。

（3）可能最大假潮引起的洪水（如果存在時）。

（4）由上述3項嚴重事件的組合所引起的洪水。

風浪的作用必須單獨地考慮或者與上述洪水組合在一起考慮。

安全重要物項必須防御設計基準洪水，以保證它們的運行。防御的最好方法是將所有安全重要物項建造在設計基準洪水水位以上，要考慮到風浪影響以及潛冰和雜物堆積作用的影響。必要時，可將核電廠建在足夠高的地方，或用提高廠址地面標高的總體布局來達到這一要求。

3 ?工程地質條件

工程地質條件主要是指核島廠房等安全重要物項的地基條件。工程技術上主要通過地質鉆探、工程物探等技術手段，查明地下巖體的巖性、脈絡、風化程度、完整性、堅硬程度、基本質量等級等指標，并對相關物項的地基承載力特征值、地基均勻性和地基穩定性等進行分析評價。地基穩定性要求相關物項所處的巖體具備足夠的承載力，不能有溶洞、可溶鹽類、采礦和其它地下采空區，沒有潛在的滑動面，無地基塌陷和地基滑動、傾覆的潛在危險。地基均勻性要求相關物項所處地基具有足夠的承載力，并均勻沉降。

工程技術上主要依據鉆探資料，擬合相應巖層的標高值，生成基巖等值線圖或基巖切面圖，作為安全重要物項平面布置定位的重要依據。基巖切面圖的精確度與鉆孔的排布方式、數量等緊密相關，在選址階段鉆探資料有限的情況下可能存在一定偏差。

4 ?常規島布置初投資與運行費用折現值

對于不同的廠坪標高，常規島可采用半地下布置凝汽器不下沉、半地下布置凝汽器局部下沉、地上布置凝汽器局部下沉、地上布置凝汽器不下沉等四種豎向布置方案。對于廠坪標高較高而設計潮位較低的濱海核電機組，地上布置凝汽器不下沉的方案將造成循泵揚程過高，明顯不合理。故對濱海核電廠一般采用其它三種常規島布置方案。

三種常規島布置方案在技術上都是可行的，但在經濟性方面，不同的常規島布置方式會對初投資和運行費用產生影響。經濟性方面主要的影響因素包括：（1）常規島、循環水泵房、虹吸井建筑結構費用;（2）封閉母線、主蒸汽管道、主給水管道費用;（3）循環水泵、主給水泵、凝結水泵的運行費用。其中，建筑結構費用、管道費用作為初投資考慮。循環水泵、主給水泵、凝結水泵的運行費用與預測的年利用小時數、電機效率、耗電量、稅前上網電價等有關，用折現系數進行折算，作為運行成本考慮。

根據對常規島布置初投資和運行費用折現值的綜合計算，按照經濟性最優原則，可以十分簡便地分析出廠坪標高與常規島布置方案在經濟性方面的對應關系。即同一廠坪標高值下，常規島半地下布置優于地上布置，凝汽器局部下沉優于不下沉;同一常規島布置方式下，廠坪標高值與常規島布置初投資和運行費用折現值呈現正向相關性。

5 ?土石方工程

濱海核電廠一般選址鄰近岸線的連續山體，地形起伏較大，植被叢生，并不適宜直接進行核電廠的建設，需通過有組織的山體爆破、機具挖填、車船外運等手段進行場地平整，為安全重要物項及其他生產設施提供必要的建設場地。

優質的核電廠址資源已逐步開發殆盡，近年來篩選的廠址山體體量普遍較大，場地平整土石方工程量動輒千萬立方米，給工程建設帶來巨大的成本壓力與進度壓力。為全面推進海域海岸線資源全面節約和高效利用，根據生態用海、生態管海的要求，國家海洋局組織制定了《建設項目用海面積控制指標（試行）》，以消納土石方名義的圍填海受到嚴格禁止，大量土石方無法就地消納，一定程度上影響到了工程可實施性。因此，通過對廠坪標高的分析論證，盡可能降低土石方工程量，具有較高的經濟價值和現實意義。

對于濱海廠址，由于存在規格料、開山石、混凝土粗細骨料的巨大需求，場地平整、基槽負挖時產生的石料不能以就地回填、外運等方式簡單處理，而應按規格大小進行分揀、堆存。通過現場管理手段提升土石方工程的石料利用率，減少相關材料的外購量，可以創造巨大的經濟價值。外購石料的費用可與土石方工程費用進行疊加，疊加后的綜合費用會隨著廠坪標高值的增大呈現先下降后上升的趨勢。

6 ?海工工程與地基處理

廠坪標高變化，海工工程的建安費用會相應變化。廠坪標高提高，護岸、防波堤、導流堤等的橫截面積會增加，對規格料、開山石的需求量會增加，海工工程的建安造價也會隨之上升。

廠坪標高提高會增加分層碾壓或強夯等地基處理手段的工程量，地基處理的費用會相應增加，但這種增加并非線性增加，而呈階梯式上升趨勢。廠坪標高分析時每提高1m的地基處理費用可通過插值法進行估算。

7 ?綜合經濟性分析

年運行費用、建安設備投資、土石方工程等影響工程進度、造價、投資盈利等輔助分析元項，有時攜手同行，有時背道而馳，在經濟性方面隨廠坪標高變化的趨勢并不同步，需要進行同一維度（如單臺機組或規劃容量）下的綜合經濟性分析，才能發掘其變化規律。

8 ?結語

廠坪標高分析是核電廠選址階段進行的一項技術性、綜合性、專業性很強的工作，對于保證核電廠址安全，降低建造成本、減少運行能耗，提高投資收益等具有非常重要的意義。對有關問題的分析、探討，應在設計基準洪水位疊加安全超高值的下限值與最小基巖面對應標高的上限值之間，通過對工程經濟性、工程可實施性的分析，逐步收窄標高可選范圍，為上級部門進行技術決策提供可靠的依據。

參考文獻

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