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(yōu)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(huán)冷卻水及重要廠用水均取用海水。廠址總體規(guī)劃分期建設(shè)，根據(jù)核電站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的取、排水要求，并結(jié)合潮流、波浪、泥沙、溫升、地質(zhì)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(jié)構(gòu)形式。在在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程中，根據(jù)實(shí)際施工情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，適時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)、施工管理，優(yōu)化中隔堤設(shè)計(jì)方案，為整個(gè)項(xiàng)目節(jié)省工程投資，提高核電廠經(jīng)濟(jì)效益。

核電廠；中隔堤；動(dòng)態(tài)管理；優(yōu)化。

1 項(xiàng)目概況

某核電廠的循環(huán)冷卻水及重要廠用水均取用海水。規(guī)劃6臺(tái)1 000Mwe AP1000堆型核電機(jī)組，總體規(guī)劃分期建設(shè)，規(guī)劃的6臺(tái)機(jī)組所需總的冷卻水量為 420 m3/s；依據(jù)委托方提供的廠址總體規(guī)劃，根據(jù)核電站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的取、排水要求，并結(jié)合潮流、波浪、泥沙、溫升、地質(zhì)等因素的研究，確定海工平面布置如下：6臺(tái)機(jī)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(qū)東部，水深約-6.2 m的區(qū)域，排水口門位于廠區(qū)西部，水深約-6.0 m的區(qū)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(qū)正前方護(hù)岸沿東北方向布置，該段護(hù)岸外側(cè)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

外側(cè)排水明渠導(dǎo)流堤堤頂高程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按港工標(biāo)準(zhǔn)，允許越浪設(shè)計(jì)；護(hù)面塊體按百年一遇水位對應(yīng)百年一遇波高（波高累積頻率取4 %）進(jìn)行設(shè)計(jì)，DBF水位對應(yīng)的可能最大臺(tái)風(fēng)浪進(jìn)行校核，校核工況下，以構(gòu)筑物主體穩(wěn)定和不喪失總體防浪功能為原則。

中隔堤堤頂高程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行設(shè)計(jì)；并滿足DBF水位及其對應(yīng)臺(tái)風(fēng)浪工況下，越浪海水引起的取水明渠內(nèi)再生波不能越到廠區(qū)，危及到核島安全。護(hù)面塊體按百年一遇水位對應(yīng)百年一遇波高（波高累積頻率取4 %）進(jìn)行設(shè)計(jì)，DBF水位對應(yīng)的可能最大臺(tái)風(fēng)浪進(jìn)行校核，校核工況下，以構(gòu)筑物主體穩(wěn)定和不喪失總體防浪功能為原則。

3 中隔堤原設(shè)計(jì)方案

3.1 排水明渠南導(dǎo)流堤

采用斜坡式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流堤兩側(cè)邊坡均為1:1.5，堤頭加強(qiáng)段兩側(cè)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(cè)及堤頂擬采用扭王字塊體護(hù)面，護(hù)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(jié)構(gòu)，兩側(cè)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(cè)擬采用扭王字塊體護(hù)面，護(hù)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(shè)計(jì)考慮運(yùn)營期防止取、排水明渠中的熱交換，設(shè)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(cè)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(zhì)情況較為復(fù)雜，表層為風(fēng)化巖、中砂或較薄淤泥層。若表層為風(fēng)化巖，為防止復(fù)式滑動(dòng)，在堤腳處自巖面開挖2 m厚基槽，槽內(nèi)安放 300～500 kg塊石，以上安放人工塊體。

3.3 護(hù)面塊體計(jì)算

護(hù)面塊體的穩(wěn)定重量采用赫德遜公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：W為單個(gè)塊體的穩(wěn)定重量（t）；KD為塊體穩(wěn)定系數(shù)，扭王字塊體KD=18，四角空心方塊KD=14，容許失穩(wěn)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(shè)計(jì)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(hù)面塊體計(jì)算結(jié)果

3.4 人工塊體護(hù)面的選擇

導(dǎo)流堤、中隔堤及護(hù)岸工程在波浪較大時(shí)，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(shè)系數(shù)大，波浪爬高小，但需安放兩層，厚度大、造價(jià)高。扭王字塊體個(gè)體粗壯，強(qiáng)度較高，消浪性能好，由于單層布設(shè)，節(jié)省混凝土用量。因此本工程在排水明渠南導(dǎo)流堤經(jīng)計(jì)算選擇采用6 t扭王字塊體護(hù)面。

本工程中隔堤位于排水明渠南導(dǎo)流堤內(nèi)側(cè)，與排水明渠南導(dǎo)流堤之間僅隔一條排水明渠，排水明渠南導(dǎo)流堤能夠?yàn)橹懈舻烫峁┮欢ǖ难谧o(hù)，外海來的波浪經(jīng)排水南導(dǎo)流堤后，在取水明渠內(nèi)的波高已經(jīng)比外海波浪小，在一定程度上可以優(yōu)化中隔堤的堤頂高程和護(hù)面塊體重量。如果考慮明渠南導(dǎo)流堤先建成，排水波浪經(jīng)過排水明渠南導(dǎo)流堤后，中隔堤前波浪變小，經(jīng)計(jì)算，可以采用4 t扭王字塊體護(hù)面。但是考慮到現(xiàn)場施工順序的不確定性，中隔堤可能在排水明渠南導(dǎo)流堤未施工前先施工，中隔堤可能會(huì)長時(shí)間處于沒有掩護(hù)的工況下，另外，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)4 t扭王字塊體護(hù)面由于單位面積塊數(shù)較多，所以吊裝、安裝費(fèi)用較高，總體工程造價(jià)與 6 t扭王字塊體護(hù)面相當(dāng)，所以中隔堤選擇采用6 t扭王字塊體護(hù)面，在不增加工程造價(jià)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(hù)面塊體的安全儲(chǔ)備。

圖2　原設(shè)計(jì)方案斷面

4 中隔堤優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案

在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程中，實(shí)際施工情況是排水明渠南導(dǎo)流堤提前施工，已經(jīng)對中隔堤形成了較好的掩護(hù)。根據(jù)原設(shè)計(jì)方案及護(hù)面塊體的計(jì)算及選用，可以看出中隔堤的護(hù)面塊體留有一定的安全儲(chǔ)備，有可優(yōu)化空間。優(yōu)化方案擬將護(hù)面塊體優(yōu)化為4 t四腳空心方塊護(hù)面。但是，四腳空心方塊護(hù)面通常在浪較小時(shí)采用，其造價(jià)低、耐久性好，但四腳空心方塊波浪爬高大，規(guī)范明確規(guī)定“設(shè)計(jì)波高大于4 m時(shí)，不宜選用四腳空心方塊護(hù)面型式”。

圖3　優(yōu)化方案設(shè)計(jì)斷面

中隔堤前設(shè)計(jì)波高為3.62 m，接近規(guī)范規(guī)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(hù)面塊體差一些，會(huì)對取水明渠的波高有一定的影響，所以對優(yōu)化后的斷面進(jìn)行了斷面物理模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：

1）當(dāng)中隔堤內(nèi)外側(cè)均采用4 t四腳空心方塊進(jìn)行護(hù)面時(shí)，中隔堤改型方塊、4 t四腳空心方塊、300～500 kg護(hù)底塊石、300～500 kg拋石棱體、100～150 kg護(hù)底塊石均滿足穩(wěn)定性要求，排水明渠南導(dǎo)流堤和護(hù)岸斷面胸墻、護(hù)面塊體、護(hù)底塊石結(jié)構(gòu)也滿足穩(wěn)定性要求。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（5.27 m）臺(tái)風(fēng)浪作用下，試驗(yàn)測得排水明渠內(nèi)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(nèi)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(yàn)測得排水明渠內(nèi)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(nèi)沒有波浪產(chǎn)生。

2）在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（5.27 m）臺(tái)風(fēng)浪作用下，試驗(yàn)測得中隔堤最大越浪量為 0.52 m3/（m·s-1），廠區(qū)內(nèi)護(hù)岸胸墻頂部沒有越浪。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位（5.27 m）臺(tái)風(fēng)浪并疊加PTMC風(fēng)速作用下，試驗(yàn)測得中隔堤最大越浪量為 0.72 m3/（m·s-1），廠區(qū)內(nèi)護(hù)岸胸墻頂部有少許浪花隨風(fēng)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(qū)內(nèi)護(hù)岸頂均無越浪產(chǎn)生；在該潮位波浪條件下再疊加100年一遇風(fēng)速，中隔堤和廠區(qū)內(nèi)護(hù)岸頂仍無越浪產(chǎn)生。

3）依據(jù)最大可能臺(tái)風(fēng)期間的風(fēng)、浪、潮時(shí)程過程，在水位 5.27 m、波浪（H13%=4.87，Tm= 8.36 s）、風(fēng)（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(qū)內(nèi)護(hù)岸無越浪；在水位 3.96 m、波浪（H13%=4.73，Tm=8.17 s）、風(fēng)（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(qū)內(nèi)護(hù)岸無越浪；在水位3.65 m、波浪 （H13%=4.01， Tm=7.41 s）、 風(fēng)（33.2 m/s）作用下，中隔堤和廠區(qū)內(nèi)護(hù)岸無越浪；在水位3.40 m、波浪（H13%=3.95，Tm=6.65 s）、風(fēng)（40.4 m/s）作用下，中隔堤和廠區(qū)內(nèi)護(hù)岸無越浪。

經(jīng)過物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證，將護(hù)面塊體優(yōu)化為4 t四腳空心方塊護(hù)面的優(yōu)化方案可以滿足結(jié)構(gòu)的安全和取排水的使用要求。

5 工程費(fèi)用分析

經(jīng)施工圖預(yù)算，中隔堤原設(shè)計(jì)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(yù)制這些人工塊體所需混凝土量為 42 226.88方。預(yù)制扭王字人工塊體所用混凝土（C40F300）費(fèi)用約為1 954.2萬元；扭王字人工塊體堆放費(fèi)用約為57.1萬元；陸上安裝扭王字人工塊體約8 409塊，費(fèi)用約為319.9萬元；水上安裝扭王字人工塊體約8 409塊，費(fèi)用約為635.9萬元；原設(shè)計(jì)方案護(hù)面人工塊體費(fèi)用合計(jì)為2 967.2萬元。

中隔堤優(yōu)化后的設(shè)計(jì)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(yù)制這些人工塊體所需混凝土量為28 725.77方。預(yù)制四腳空心方塊所用混凝土（C40F300）費(fèi)用約為1 299.8萬元；四腳空心方塊人工塊體堆放費(fèi)用約為 74.1萬元；陸上安裝四腳空心方塊約 8 259塊，費(fèi)用約為314.2萬元；水上安裝四腳空心方塊約8 259塊，費(fèi)用約為624.6萬元；原設(shè)計(jì)方案護(hù)面人工塊體費(fèi)用合計(jì)為2 312.7萬元，詳見表2。

表2　工程優(yōu)化對比

優(yōu)化后的方案比原設(shè)計(jì)方案節(jié)省了混凝土用量，以及相關(guān)的的工程費(fèi)用共654.4萬元。

6 結(jié) 語

1）從本項(xiàng)目的中隔堤優(yōu)化過程中可以看出，現(xiàn)場施工順序調(diào)整，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理的重要性，在施工過程中，對整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行精細(xì)的管理和優(yōu)化，在滿足工程使用功能和安全的的前提下實(shí)時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可節(jié)省工程投資。

2）隨著我國沿海核電廠廠址的建設(shè)，優(yōu)良條件廠址越來越少，后續(xù)核電廠址的建設(shè)條件越來越差，這對核電廠海工工程的設(shè)計(jì)和后續(xù)施工管理提出了更高的要求，應(yīng)引起行業(yè)從業(yè)人員的重視。

［1]JTS154-1-2011 防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范［S］.

［2]JTS147-1-2010 港口工程地基規(guī)范［S］.

［3]JTS145-2-2013 海港水文規(guī)范［S］.

［4]南京水利科學(xué)研究院. 遼寧徐大堡核電廠海工工程中隔堤斷面優(yōu)化波浪斷面物理模型試驗(yàn)［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(shè)計(jì)管理工作。