盾构法取水隧道在三门核电工程中的运用

陶静　王凯

【摘 要】 三门核电一期工程冷却水采用海水直流循环供水系统，循环冷却水取自三门湾大深潭海水。三门核电一期工程每台机组配置一根直径6200mm的自流引水管，自流引水管采用盾构法取水隧道和多点式取水头方案，每根隧道设置8个取水头。文章从设计方案和施工工艺角度，描述盾构法取水隧道和多点式取水头在三门核电项目中的应用，对国内滨海核电项目具有借鉴意义。

【关键词】 三门核电工程 盾构法取水隧道 多点式取水头

1 引言

三门核电项目是我国全面引进美国西屋公司开发的第三代压水堆核电技术AP1000机组工程，项目共规划建设6台125万千瓦的核电机组，总装机容量为750万千瓦，分三期建设。

三门核电一期取水工程在国内核电领域首次采用盾构法取水隧道加垂直顶升法取水头施工工艺、其尺寸为目前电厂盾构法取排水工程之最。三门核电一期盾构法取水隧道的成功运用，为今后类似工程的设计拓宽了思路，具有很好的借鉴意义。

2 工程概况

2.1 厂址概况

三门核电厂位于浙江省东部、台州地区的三门县境内，三门湾南岸猫头山东北的大路湾——猫头山嘴一带。猫头山嘴呈东西走向，三面环海，西面背靠猫头山脉，向东偏北呈半岛状，伸入猫头水道。东面和北面海域水深较大，在东面和北面分别形成两个大小不同的深潭，北面较小的称为小深潭，东面较大的称为大深潭。

2.2 地质概况

场地地貌单元属于浙东丘陵滨海岛屿区，为天台山脉余脉，属山前滨海海积地貌。除近海岸地区为回填片石外，其余均为泥质海滩，近海岸区地面标高0.6～4.87m。取水勘察区地面标高为-13.91～3.40m。取水头位于厂区东北侧深潭内-15.0m等深线附近。

拟建场地抗震防设烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本加速度为0.05g，取水隧道场地类别为Ⅲ～IV类，取水隧道与循环水泵房衔接段为Ⅱ类，取水头部属Ⅳ类场地。

3 盾构法取水隧道设计方案

3.1 盾构法取水隧道

盾构法施工在地下工程中应用的相当广泛，尤其对于管线长、直径大的软土地质更为适用。三门核电一期冷却水采用海水直流循环供水系统，循环冷却水取自三门湾大深潭海水。根据AP1000机组特点，核电厂取水工程冷却水量主要用于汽机凝汽器的冷却水系统和辅机的冷却水系统的供水水源、核岛服务水（非安全级）、以及海水淡化车间原水，用水量较大。

根据工艺计算和经过比较，综合考虑到各方面因素，三门核电一期工程每台机组配置一根直径6200mm的自流引水管，引水管由循环水进水隧道和取水头组成。隧道起点中心标高为-14.00m，然后向下以1.81%的纵向坡度向前推进，至垂直顶升段改为平直线，终端隧道中心标高为-27.00m。1#机取水管线长1025m，平面转弯半径为700m，2#机取水管线长968m，平面转弯半径为550m。

3.2 多点式大口径垂直顶升法取水头

一期工程采用多点式取水头方案，每根取水隧道端部设置8只取水头，每个垂直顶升立管截面尺寸为变长约2.44m×2.44m，取水头直径为4.5m。

多点式取水头由盾构法隧道取水管末端布置的多个方形钢筋混凝土垂直顶升立管和多个圆形钢制取水头部组成。垂直顶升管施工位于已建隧道内，钢制取水头部在陆地制作完成，在水下就位安装。这种施工方式具有（1）能适应复杂的场地条件及软弱地基条件；（2）水下施工可不影响航道通航，也不受潮汐、风浪、气候变化等自然条件的影响，能够“全天候”施工；（3）现场施工工期较短，扣除准备工作时间，基本上两天就能完成一只垂直顶升立管的施工；（4） 工程投资和施工措施费用较单点式取水头低等特点。

立管采用矩形钢筋混凝土结构、分节制作、分节顶进，每根立管由九节管节组成，两端设连接内法兰，用螺栓相互连接。待管顶升完成后，为保证其安全稳定，先挖除表面2m左右的淤泥，然后水下铺一层软体排，最后在其周围抛石防冲刷保护。

垂直顶升立管上部安装钢制取水头部，采用水上吊运沉放法。取水头预先在陆上制作好，运至吊装海域，然后将取水头安装在立管上，取水头与立管顶头管节通过法兰连接。

4 盾构法取水隧道施工工艺

盾构的基本原理，是一个有形的钢制组件沿隧道设计轴线，一边开挖土体而一边向前推进。盾构机是隧道施工对地层开挖及衬砌拼装管片起支护作用的施工设备，其基本构造由盾构壳体及开挖机构、推进系统、衬砌拼装系统等三部分组成。实际工程中采用横断面尺寸比隧道尺寸稍大，但是外形与隧道横断面相同的钢筒压入地中构成掘削机的保护外壳，外壳与壳内各类作业空间及机械的组合体称为盾构机。

盾构的施工过程是这样的：首先向开挖面掘进相当于装配式衬砌宽度的土体；利用安装在支承环内的千斤顶，使盾构机推进到挖好的空间内；在盾尾的保护下利用液压举重拼装器拼装隧道衬砌，重复上述过程，不断向前掘进和拼装隧道衬砌，直至整条隧道完成。隧道衬砌采用高精度钢筋混凝土预制管片，纵向和环向均采用单排直螺栓联结，管片纵缝和环缝止水均采用水膨性橡胶带止水。

垂直顶升法施工位于已建好的隧道内部，将预制管节连接在隧道顶升开口管片上，将开口管片与管节采用特殊螺栓连接好，管节就位后，拆去开口管片与隧道衬砌的连接螺栓，依靠液压油缸把管节垂直向上顶出，按由里向外的顺序逐根顶出。每条垂直顶升管节由1节底座管节、1节顶头管节和7节标准管节组成，并配有一个转向法兰。在每节的顶升过程中，管节之间采用螺栓连接，使管节垂直顶入土中，待工程全部完成后，在水下揭去开口管片，安装上取水头，形成取水通道。

垂直顶升施工工艺主要流程为：隧道底部加固→止水装置安装→立管顶升施工→底座管节连接处理→钢取水头安装→水下保护抛石整平等。

5 结语

盾构法取水隧道目前在国内是首次运用于核电厂的取水方案设计，为了保证盾构隧道结构设计的合理性、安全性、经济性，我司在委托专业设计院设计盾构取水隧道的基础上，还根据设计院建议，另行委托有盾构隧道设计与软件分析经验的高校，对三门项目盾构取水隧道结构进行深入研究，通过建立三维实体模型对三门电厂盾构法隧道垂直顶升立管结构受力及变形进行了深入研究，补充和完善了盾构法隧道的计算分析，主要研究内容为：取水隧道垂直顶升段内力分析、纵向不均匀沉降内力分析以及相应的管片强度计算和裂缝开展计算等，使取水盾構隧道的设计更加合理。开创了国内核电行业内采用大直径盾构法隧道、大口径垂直顶升取水设计的先例，对于后续滨海核电项目海水冷却水取水设计具有良好的借鉴意义。

参考文献

[1] 尤雪娣. 三门核电一期工程海水取、排水工程初步设计说明书[R]. 上海：华东电力设计院 2008

[2] 上海市基础工程有限公司，《三门核电一期取水涵管工程盾构施工方案》[R]