某核电厂海工工程施工管理优化

于志成，安晓东

（1.中核辽宁核电有限公司，辽宁 兴城 125100；2.中国核电工程有限公司，北京 海淀 100840）



某核电厂海工工程施工管理优化

于志成1，2，安晓东1，2

（1.中核辽宁核电有限公司，辽宁 兴城 125100；2.中国核电工程有限公司，北京 海淀 100840）

某滨海核电厂循环冷却水及重要厂用水均取用海水。厂址总体规划分期建设，根据核电站循环冷却水系统的取、排水要求，并结合潮流、波浪、泥沙、温升、地质等因素的研究，确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间共用一条中隔堤，堤体采用斜坡堤结构形式。在在整个项目的实施过程中，根据实际施工情况，进行动态管理，适时调整设计、施工管理，优化中隔堤设计方案，为整个项目节省工程投资，提高核电厂经济效益。

核电厂；中隔堤；动态管理；优化。

1 项目概况

某核电厂的循环冷却水及重要厂用水均取用海水。规划6台1 000Mwe AP1000堆型核电机组，总体规划分期建设，规划的6台机组所需总的冷却水量为 420 m3/s；依据委托方提供的厂址总体规划，根据核电站循环冷却水系统的取、排水要求，并结合潮流、波浪、泥沙、温升、地质等因素的研究，确定海工平面布置如下：6台机组合用一条取水明渠和一条排水明渠。采用取水明渠东部取水，排水明渠南部排水布置，取水口门位于厂区东部，水深约-6.2 m的区域，排水口门位于厂区西部，水深约-6.0 m的区域。取水明渠采用渐变渠底宽度的平底明渠，取水明渠底高程取为-6.5 m，排水明渠采用渐变底高程等渠底宽度的明渠，一、二、三期出水口前各段明渠底高程分别为 -4.0 m、-5.0 m和-6.0 m。

厂区正前方护岸沿东北方向布置，该段护岸外侧布置中隔堤和排水南堤，排水明渠与取水明渠间通过中隔堤隔开。

图1　海工平面布置

2 设计标准

外侧排水明渠导流堤堤顶高程设计标准按港工标准，允许越浪设计；护面块体按百年一遇水位对应百年一遇波高（波高累积频率取4 %）进行设计，DBF水位对应的可能最大台风浪进行校核，校核工况下，以构筑物主体稳定和不丧失总体防浪功能为原则。

中隔堤堤顶高程设计标准按100年一遇高潮位＋100年一遇波浪组合工况下不越浪，并满足泵房前池的Hs≤0.4 m（短周期波）进行设计；并满足DBF水位及其对应台风浪工况下，越浪海水引起的取水明渠内再生波不能越到厂区，危及到核岛安全。护面块体按百年一遇水位对应百年一遇波高（波高累积频率取4 %）进行设计，DBF水位对应的可能最大台风浪进行校核，校核工况下，以构筑物主体稳定和不丧失总体防浪功能为原则。

3 中隔堤原设计方案

3.1 排水明渠南导流堤

采用斜坡式结构，导流堤两侧边坡均为1:1.5，堤头加强段两侧边坡为 1：2，堤顶高程4.79 m，堤顶宽6.75 m，堤心采用1～300 kg开山石，两侧及堤顶拟采用扭王字块体护面，护面块体与堤心石之间为两层300～500 kg垫层块石，其厚度为1 100 mm。施工采用陆上推填成堤。

3.2 中隔堤

采用斜坡式结构，两侧边坡均为 1:1.5，堤顶高程6.5 m。堤心采用1～300 kg开山石，两侧拟采用扭王字块体护面，护面块体与堤心石之间为两层300～500 kg垫层块石，其厚度为1 100 mm。中隔堤设计考虑运营期防止取、排水明渠中的热交换，设塑性混凝土或双排高压旋喷桩止水墙，考虑百年一遇高潮位，墙顶高程定为2.4 m。防渗墙两侧堤身采用开山石碴代替1～300 kg开山，以降低施工难度。中隔堤段地质情况较为复杂，表层为风化岩、中砂或较薄淤泥层。若表层为风化岩，为防止复式滑动，在堤脚处自岩面开挖2 m厚基槽，槽内安放 300～500 kg块石，以上安放人工块体。

3.3 护面块体计算

护面块体的稳定重量采用赫德逊公式进行计算：

式中：W为单个块体的稳定重量（t）；KD为块体稳定系数，扭王字块体KD=18，四角空心方块KD=14，容许失稳率 0～2；γb为块体材料重度，取23 kN/m3；γ为水的重度，取10.25 kN/m3；H为设计波高（m）；α为斜坡与水平面的夹角（°），防波堤堤头段ctga＝2，其余地身段ctga＝1.5。

表1　护面块体计算结果

3.4 人工块体护面的选择

导流堤、中隔堤及护岸工程在波浪较大时，常用的消波效果好的人工块体有扭王字块体和扭工字块体，使波浪遇斜坡后大部分破碎，基本上不反射，波能消散，扭工字块体较扭王字块体糙设系数大，波浪爬高小，但需安放两层，厚度大、造价高。扭王字块体个体粗壮，强度较高，消浪性能好，由于单层布设，节省混凝土用量。因此本工程在排水明渠南导流堤经计算选择采用6 t扭王字块体护面。

本工程中隔堤位于排水明渠南导流堤内侧，与排水明渠南导流堤之间仅隔一条排水明渠，排水明渠南导流堤能够为中隔堤提供一定的掩护，外海来的波浪经排水南导流堤后，在取水明渠内的波高已经比外海波浪小，在一定程度上可以优化中隔堤的堤顶高程和护面块体重量。如果考虑明渠南导流堤先建成，排水波浪经过排水明渠南导流堤后，中隔堤前波浪变小，经计算，可以采用4 t扭王字块体护面。但是考虑到现场施工顺序的不确定性，中隔堤可能在排水明渠南导流堤未施工前先施工，中隔堤可能会长时间处于没有掩护的工况下，另外，根据工程经验4 t扭王字块体护面由于单位面积块数较多，所以吊装、安装费用较高，总体工程造价与 6 t扭王字块体护面相当，所以中隔堤选择采用6 t扭王字块体护面，在不增加工程造价的原则上，不但兼顾了各种施工组织安排的可能性，而且提高了护面块体的安全储备。

图2　原设计方案断面

4 中隔堤优化后设计方案

在整个项目的实施过程中，实际施工情况是排水明渠南导流堤提前施工，已经对中隔堤形成了较好的掩护。根据原设计方案及护面块体的计算及选用，可以看出中隔堤的护面块体留有一定的安全储备，有可优化空间。优化方案拟将护面块体优化为4 t四脚空心方块护面。但是，四脚空心方块护面通常在浪较小时采用，其造价低、耐久性好，但四脚空心方块波浪爬高大，规范明确规定“设计波高大于4 m时，不宜选用四脚空心方块护面型式”。

图3　优化方案设计断面

中隔堤前设计波高为3.62 m，接近规范规定的4 m波高，另外，由于中隔堤改为四脚空心方块后，消浪效果较扭王字护面块体差一些，会对取水明渠的波高有一定的影响，所以对优化后的断面进行了断面物理模型试验。试验结果显示：

1）当中隔堤内外侧均采用4 t四脚空心方块进行护面时，中隔堤改型方块、4 t四脚空心方块、300～500 kg护底块石、300～500 kg抛石棱体、100～150 kg护底块石均满足稳定性要求，排水明渠南导流堤和护岸断面胸墙、护面块体、护底块石结构也满足稳定性要求。在设计基准洪水位（5.27 m）台风浪作用下，试验测得排水明渠内最大波高为4.53 m，波高H1/3为3.20 m，平均周期为7.1 s，测得取水明渠内最大波高为 2.50 m，波高H1/3为1.34 m，平均周期为7.3 s；100年一遇高潮位100年一遇波浪作用下，试验测得排水明渠内最大波高为0.98 m，波高H1/3为0.52 m，平均周期为9.1 s，取水明渠内没有波浪产生。

2）在设计基准洪水位（5.27 m）台风浪作用下，试验测得中隔堤最大越浪量为 0.52 m3/（m·s-1），厂区内护岸胸墙顶部没有越浪。在设计基准洪水位（5.27 m）台风浪并叠加PTMC风速作用下，试验测得中隔堤最大越浪量为 0.72 m3/（m·s-1），厂区内护岸胸墙顶部有少许浪花随风吹过，测不出越浪量。在100年一遇高潮位100年一遇波浪作用下，中隔堤和厂区内护岸顶均无越浪产生；在该潮位波浪条件下再叠加100年一遇风速，中隔堤和厂区内护岸顶仍无越浪产生。

3）依据最大可能台风期间的风、浪、潮时程过程，在水位 5.27 m、波浪（H13%=4.87，Tm= 8.36 s）、风（18.8 m/s）作用下，中隔堤越浪量为越浪量为 0.69 m3/（m·s-1），厂区内护岸无越浪；在水位 3.96 m、波浪（H13%=4.73，Tm=8.17 s）、风（24.6 m/s）作用下，中隔堤越浪量为越浪量为0.008 m3/（m·s-1），厂区内护岸无越浪；在水位3.65 m、波浪 （H13%=4.01， Tm=7.41 s）、 风（33.2 m/s）作用下，中隔堤和厂区内护岸无越浪；在水位3.40 m、波浪（H13%=3.95，Tm=6.65 s）、风（40.4 m/s）作用下，中隔堤和厂区内护岸无越浪。

经过物理模型试验验证，将护面块体优化为4 t四脚空心方块护面的优化方案可以满足结构的安全和取排水的使用要求。

5 工程费用分析

经施工图预算，中隔堤原设计方案中采用 6 t扭王字人工块体，共有6 t扭王字人工块体16 818块，预制这些人工块体所需混凝土量为 42 226.88方。预制扭王字人工块体所用混凝土（C40F300）费用约为1 954.2万元；扭王字人工块体堆放费用约为57.1万元；陆上安装扭王字人工块体约8 409块，费用约为319.9万元；水上安装扭王字人工块体约8 409块，费用约为635.9万元；原设计方案护面人工块体费用合计为2 967.2万元。

中隔堤优化后的设计方案中采用4 t四脚空心方块人工块体，共有4 t四脚空心方块16 518块，预制这些人工块体所需混凝土量为28 725.77方。预制四脚空心方块所用混凝土（C40F300）费用约为1 299.8万元；四脚空心方块人工块体堆放费用约为 74.1万元；陆上安装四脚空心方块约 8 259块，费用约为314.2万元；水上安装四脚空心方块约8 259块，费用约为624.6万元；原设计方案护面人工块体费用合计为2 312.7万元，详见表2。

表2　工程优化对比

优化后的方案比原设计方案节省了混凝土用量，以及相关的的工程费用共654.4万元。

6 结 语

1）从本项目的中隔堤优化过程中可以看出，现场施工顺序调整，实时动态管理的重要性，在施工过程中，对整个项目进行精细的管理和优化，在满足工程使用功能和安全的的前提下实时优化设计，可节省工程投资。

2）随着我国沿海核电厂厂址的建设，优良条件厂址越来越少，后续核电厂址的建设条件越来越差，这对核电厂海工工程的设计和后续施工管理提出了更高的要求，应引起行业从业人员的重视。

［1]JTS154-1-2011 防波堤设计与施工规范［S］.

［2]JTS147-1-2010 港口工程地基规范［S］.

［3]JTS145-2-2013 海港水文规范［S］.

［4]南京水利科学研究院. 辽宁徐大堡核电厂海工工程中隔堤断面优化波浪断面物理模型试验［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，工程师，主要从事核电工程设计管理工作。