第19卷 第10期 中 国 水 运 Vol.19 No.10 2019年 10月 China Water Transport October 2019 国内某核电厂排水隧洞工程施工与造价分析 张志鑫 （天津市海岸带工程有限公司，天津 300384） 摘 要：目前用于修建海底隧洞的施工方法主要有矿山法、盾构法、沉管法和围堰明挖法四种工法。根据工程地质、水文气象、隧洞埋深、取排水工艺等条件的不同，选择科学、合理的施工方法是成功修建海底隧洞的基本前提。本文以国内某核电厂一期排水隧洞工程为例，对盾构方案和沉管方案的施工和造价进行了对比分析，希望本文的研究能为电厂的取排水工程设计提供参考。 关键词：排水隧洞；沉管；盾构；施工；建设投资 中图分类号：TU723 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）10-0253-02 一、建设项目概况 国内某核电项目海工工程按核电厂一至三期工程从西至东依次建设设计，采用“明取暗排方式”建设。6台机组共用一条取水明渠，温排水采用暗排方式排放至外海。根据电厂总体规划、分期实施原则，核电厂一期工程排水工程按建设2台机组进行布置。根据核电厂取排水工艺要求、平面布置方案以及厂址工程地质情况，对排水隧洞分别进行盾构法和沉管法两种建设方案比选。 二、建设方案 1．盾构方案（含部分矿山法隧洞） （1）盾构方案平面布置及结构设计 盾构方案采用了一机一洞，仅在靠近虹吸井段采用矿山法，其余地段均采用盾构法。1号和2号隧洞矿山段长度分别为160m，1号和2号隧洞盾构段长度分别为3,146m，单条隧洞长约3,306m。 矿山法隧洞选择在全断面中风化凝灰岩地层中，保证洞顶中风化基岩覆盖层厚度不小于5m，考虑在有利地层中进行盾构始发。Ⅱ级围岩采用全断面法，Ⅳ级围岩采用台阶法，在Ⅳ级围岩地段采用长4.5m的Φ42超前小导管进行超前支护。 盾构法隧洞过水断面为圆形，直径5.8m，管片厚度350mm，内衬厚度250mm，隧洞外径7.0m。采用管片衬砌+现浇钢筋混凝土内衬的双层叠合衬砌结构。 在排水隧洞尽端通过竖向立管将循环水排至远海，每条隧洞共设置顶升立管11座，立管中心间距9m。 （2）盾构方案施工 矿山法段开挖采用手风钻钻孔，浅孔小药量，非电毫秒微差爆破，周边光爆。局部采用小型挖掘机及风镐开挖，局部采用弱爆破。上部采用人工配合机械开挖，下部采用控制爆破开挖。采用反铲配合人工开挖及装渣，由自卸汽车运至弃渣场。喷混凝土采用湿喷工艺施工，湿喷料用强制式搅拌机拌制。施工中根据监控量测的反馈信息和现场地质情况，收稿日期：2019-04-09 作者简介：张志鑫（1986-），男，天津市海岸带工程有限公司工程师。 不断调整开挖和支护参数，及时跟进一次支护，确保施工安全。 盾构法段采用泥水平衡盾构机，考虑到刀具更换可能较为频繁，盾构机应配备压气装置。每条隧洞的掘进考虑采用1台盾构机施工。盾构机从虹吸井处矿山法段空推始发掘进，盾构达到设计终点后，拆除相应设备，并进行顶升施工。盾构隧洞施工水平运输采用铺设钢轨，电瓶车牵引列车运输，每列列车由管片车和砂浆罐车组成。每条排水隧洞盾构施工由轨行式门式吊机承担吊运材料、管片等垂直运输任务。管片在施工现场附近已有的管片预制厂进行预制，管片拼装利用盾构机上的拼装设备进行。排水隧洞二衬施工采用全断面针梁钢模浇筑，混凝土采用搅拌车运输，溜管配缓降器溜至井底，混凝土拖泵泵送入仓。 排水口立管采用垂直顶升法施工，首先在隧洞底部对垂直顶升区进行加固，并进行隧洞内清理和施工准备工作。然后采用电动葫芦将管节吊运至顶升架子小车并移动至顶升位置，将帽盖和管节采用特殊螺栓连接好，随后拆去帽盖与隧洞衬砌的连接螺栓，采用千斤顶把管节逐节顶升。最后拆除帽盖，安装钢格栅排水头，并进行水下抛石。 2．沉管方案 （1）沉管方案平面布置及结构设计 根据前期研究成果，采用了湿检修条件下的沉管方案。沉管方案采用了两机一洞，分为陆上现浇部分和海上预制安装部分，其中陆上现浇部分长183.38m，海上预制安装部分长3,259.61m，沉管方案总长约为3,442.99m。 由于陆上现浇部分需具备干施工条件，在厂区陆域与取水明渠西防波堤之间布置一条施工围堰，长约363.4m。干施工围堰采用斜坡式结构，防渗主要通过在堤中间打设旋喷桩来实现。 陆上现浇部分在干施工围堰防渗工程完成后进行，从1号和2号CC井引出沉管为单机单孔，约43.m后合建为两孔共壁结构，单机单孔沉管内孔净高5.2m，净宽5.2m， 2 中 国 水 运 第19卷 壁厚1.5m。两孔共壁沉管内孔净高5.2m，净宽5.2m，沉管总宽度14.8m，总高度8.2m。 海上预制安装部分共74段沉管，单段沉管长度不超过45m，最大吊重2,200t。沉管内孔净高5.2m，净宽5.2m，沉管总宽度11.8m，总高度6.2m。采用回填开山石碴基床并在其上铺设1.0m厚的10~60kg块石基床，在沉管周边及顶部抛填开山石碴后，在其上覆盖1.0m厚100~300kg块石作为保护层。沉管接头采用球型橡胶止水带。 （2）沉管方案施工 本工程考虑在厂区临时内护岸南侧区域回填一块临时场地作为沉管预制场，场地前方为直立式临时码头。借助取水东防波堤的掩护，利用规划的取水明渠、重件码头港池航道水域出运沉管。 干施工围堰堤心充砂袋采用水力充填法进行施工，围堰堤心土采用陆上推进式填筑法进行施工。垫层块石采用陆上与水上相结合的施工方法，水上施工采用方驳配反铲进行抛填施工，陆上施工采用自卸汽车运至施工现场直接抛填，推土机推平，装载机补坡。护面块体在业主规划的海工临建区进行预制，预制完成后运输至现场采用履带式起重机进行安装。在干施工围堰中间打设旋喷桩进行防渗止水。 沉管陆上现浇部分基岩爆破采用台阶式施工方法，土石方开挖使用普通反铲、长臂反铲配合完成，装自卸汽车运至弃渣场。沉管基床采用自卸汽车将石料运至现场，夯实机进行密实。然后铺设碎石垫层、二片石垫层，最后浇筑一层混凝土垫层进行找平。沉管陆上现浇段采用分段分层浇筑。模板采用大型钢模板，模板在预制场加工成型，采用平板车运至施工现场，内芯模板在现场组装。陆上现浇段混凝土采用现场混凝土搅拌站进行供应，混凝土罐车运输至现场，由混凝土泵车进行浇筑。 沉管水上安装部分基槽挖泥采用抓斗挖泥配自航泥驳进行施工，将所挖泥土运至指定的弃泥地点。基床抛石采用方驳配反铲进行抛填，基床夯实采用方驳配履带吊吊夯锤夯实，基床整平采用轨道、刮杠法由潜水员水下进行施工。沉管在厂区新建预制场内预制，预制完成后采用气囊移运工艺上半潜驳，半潜驳拖航至下潜区。采用起重船和钢浮箱助浮的方式由陆侧向排水口方向逐节进行安装，安装完成经检测符合设计要求后，采用方驳配反铲分区段进行沉管外侧石碴、块石抛填施工。 三、建设方案对比分析 1．建设方案投资对比分析 （1）建设投资对比 表1 建设投资对比 建设投资构成 盾构方案（万元） 沉管方案（万元） 工程费用 65,301.85 51,639.99 工程建设其他费用 6,375.40 6,598.78 基本预备费 2,867.09 2,911.94 建设投资 74,4.34 61,150.71 技术经济指标 11.27万元/m 17.76万元/m 注：两方案均未计列建设期贷款利息，建设期贷款利息由电厂总体设计单位统一计列。 （2）工程费用对比 表2 盾构方案工程费用 序号 项目名称 工程费用（万元） 单位 数量 指标 1 隧洞盾构段 58,433.19 m 6,292 9.29万元/m 2 隧洞矿山法段 2,723.69 m 320 8.51万元/m 3 排水口构筑物（顶升装置） 4,144.96 项 1 表3 沉管方案工程费用 序号 项目名称 工程费用（万元） 单位 数量 指标 1 沉管海上预制安装部分 42,846.10 m 3,259.61 13.14万元/m 2 沉管陆上现浇部分 3,028.74 m 183.38 16.52万元/m 3 干施工围堰 3,253.84 m 363.4 8.95万元/m 4 大型临时工程和措施费 2,035 项 1 5 环保工程 146.29 项 1 6 导助航工程 330 套 15 22万元/套 2．建设方案施工进度对比分析 表4 建设方案施工进度对比 项目内容 工期（月） 项目内容 工期（月） 盾构方案施工总进度 47 沉管方案施工总进度 52 新建干施工围堰施工（新建干施工盾构机的设计和制造 12 围堰与沉管预制场建设为平行施9 工） 矿山法隧洞施工 2 沉管陆上现浇部分施工 4 盾构法隧洞施工 20 拆除围堰施工 2 排水头施工 2 沉管水上安装部分施工 36 内衬施工 10 施工准备及验收 1 施工准备及验收 1 3．建设方案综合对比分析 表5 建设方案综合对比 项目 盾构方案 沉管方案 建设规模 矿山法段：320m 陆上现浇段：183.38m 盾构段：6,292m 海上安装段：3,259.61m 隧洞断面 隧洞外径7.0m 单孔沉管5.2×5.2m 内衬内径：5.8m 双孔沉管5.2×5.2m 排水口布置 垂直顶升多点式排水口 预制多点式排水口 环境影响 隧洞暗挖施工，对环境影响较小 沉管水下基槽开挖，对环境影响较大 航道和海域影响 基本无影响 对航道规划有较大影响，海域征用范围大 单机停运检修条件 具备干检修条件 不具备干检修条件 施工难度 盾构需穿越基岩，直径较小，技术成熟，水深较小，单节沉管重量较轻，施工难施工难度可控 度较小，但易受海洋环境和气象条件影响 施工工期 47个月 52个月 建设投资 74,4.34万元 61,150.71万元 四、结论 （1）在没有较厚软土层的情况下，湿检修条件下的沉管方案比盾构方案的建设投资更具有优势。 （2）盾构方案结构自身具备干检修条件；从现有能源领域的取排水工程来看，湿检修条件下的沉管方案由于管节接头不设置端封和强止水装置，即使设置了多道防水措施，防水效果仍很难保证。若采用干检修条件下的沉管方案，其建设投资比盾构方案至少高出30%。 （3）沉管管节沉放最大的因素是气象和海流，它对所在海域气象、波高、水流流速有较高的要求。沉管管节沉放时自然条件要求，风速≤10m/s，波高≤0.5m，流速≤1m/s，能见度≥1,000m。沉管方案施工工期受到海域环境和气象影响的不确定性因素较大。（下转第268页） 268 中 国 水 运 第19卷 由图1可以看出，相同养护方式下C50强度等级混凝土表面电阻率增长速度最快，C30强度等级混凝土表面电阻率增长速度最慢。随着龄期的增加，三种不同强度等级的混凝土表面电阻率逐渐趋于平稳。 （2）7天标准养护不同强度等级混凝土表面电阻率随龄期变化强度等级为C30，C40，C50的混凝土置于7d标准养护的养护方式下，测试不同龄期的表面电阻率，并对其进行记录，电阻率（KΩ·cm）变化如图2。 增长速度最慢。三种不同强度等级混凝土表面电阻率随龄期的增加逐渐平稳。 三、讨论 混凝土的养护方式对混凝土的表面电阻率有着明显影响，通过表面电阻率法无损检测，对不同强度等级混凝土试块进行不同养护方式下的表面电阻率测试，得到初步的研究结论如下： （1）养护对混凝土的耐久性及力学性有着显著影响。目前评价混凝土养护效果的方法有表面吸水率法，表面抗渗性法，相对湿度法，预埋电极法，此次试验采用表面电阻率无损检测法。 （2）混凝土的表面电阻率与混凝土的养护方式有一定的相关性，相同强度等级混凝土在不同养护方式下和相同养护方式下不同强度等级混凝土表面电阻率有很大区别，可以通过对混凝土表面电阻率的测试来评价混凝土的养护效果，为今后混凝土养护质量的好坏提供依据。 （3）混凝土表面电阻率变化与混凝土内的含水率有关， 图2 C30、C40、C50混凝土7d标养表面电阻率对比图 由图2可以看出，相同养护方式下C50强度等级混凝土表面电阻率增长速度最快，C30强度等级混凝土表面电阻率增长速度最慢。三种不同强度等级混凝土表面电阻率随龄期的增加逐渐平稳。 （3） 持续干燥养护条件下不同强度等级混凝土表面电阻率随龄期变化 强度等级为C30，C40，C50的混凝土置于持续干燥养护的养护方式下，对其不同龄期表面电阻率进行测试，并对其进行记录，电阻率（KΩ·cm）变化如图3。 含水率越大，表面电阻率越小；反之可以通过测量混凝土的电阻率得到混凝土含水情况。 （4）相同的养护方式下，混凝土强度等级越高即水灰比越小，相同龄期混凝土表面电阻率越大。相同强度等级的混凝土，养护提供的环境中水分越充足，混凝土表面电阻率随养护龄期增长变化越小，即养护效果越好。 参考文献 [1] AlizadehR，Ghods P，Chini M ，Effect of curing conditions on the service life design of RC structures in the persian gulf region [J].Journal of Materials in Civil Engineering，2008，20（l）：2-8. [2] 李美利，徐姗姗，钱觉时等.电阻率法用于高性能混凝土养护程度的评价[J].郑州大学学报（工学版）.2009年3月第30卷第一期. [3] 赵铁军.混凝土渗透性[M].北京：科学出版社，2006. [4] 路新瀛，张华新，王晓睿.混凝土渗透性电测方法评述[J].混凝土与水泥制品，2003，（4），7-9. [5] 麻秀星，钱觉时，何更新等.混凝土导电性能及其应用[J].材料导报，2008，22（4）：41-44. [6] 艾亿谋，杜成斌，居发亮.基于电阻率的混凝土裂缝测量 图3 C30、C40、C50混凝土混凝土持续干燥表面电阻率对比图 由图3可以看出，相同养护方式下C50强度等级混凝土表面电阻率增长速度最快，C30强度等级混凝土表面电阻率 （上接第2页） （4）盾构方案在海域征用和环境影响等方面比沉管方案更具有显著优势。 （5）综合以上分析，本工程排水隧洞推荐采用盾构方案。 参考文献 [1] 某核电厂海工工程排水隧洞初步设计. [2] 某核电厂一期工程沉管排水方案初步设计. [3] 《沉管法隧道施工与质量验收规范》（GB 51201-2016）[S].方法[J].东南大学学报（自然科学版），2008，38（2）：2-292. [7] 彭小芹，马铭彬，吴芳.土木工程材料[M].重庆大学出版社，2012.
