核電廠大尺寸深埋環(huán)水管道不均勻沉降問題應對措施

周義江

摘要：文章介紹了某AP1000核電一期工程大尺寸深埋循環(huán)水管道不均勻沉降問題及其處理過程，分析了循環(huán)水管道不均勻沉降對管道安全穩(wěn)定存在的潛在影響，從設計和施工角度分析了循環(huán)水管道不均勻沉降問題產生的原因，針對性地提出了循環(huán)水管道不均勻沉降問題的應對措施。

關鍵詞：核電廠；核電工程；大尺寸深埋循環(huán)水管道；不均勻沉降；沉降測量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）28-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.073

1 循環(huán)水管道工程概況

該核電廠的循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水取自東海三門灣，一期工程2臺AP1000 核電機組循環(huán)冷卻水量約為155.32m3/s，每臺機組的循環(huán)水管道采用二路進水管和二路出水管。循環(huán)水管道管徑主要有DN4100、DN3550、DN2700三種規(guī)格，埋地管道均采用剛性環(huán)進行加固，循環(huán)水管道鋼管材質為Q235A，加強環(huán)材質為Q345A。

循環(huán)水管道母管管溝底部標高為-3.0m（地面廠坪標高+12.3m），管道中心標高為+0.13m，循環(huán)水支管管溝底部標高為-6.9m，管道中心標高為-4.45m，所有管道回填到地面標高為+12.0m。1、2號機組循環(huán)水管道全長約1800m，其中循環(huán)水管道與大件道路、核島吊裝區(qū)域交叉段長約250m。最初設計所有管段均采用砂石回填，后因核島吊裝區(qū)上部荷載的增加以及SWS管廊穿越重件道路等原因將上述兩個區(qū)域管溝回填改為素混

凝土。

2 循環(huán)水管道不均勻沉降問題

2.1 循環(huán)水管道不均勻沉降問題的發(fā)現(xiàn)及確認

循環(huán)水管道不均勻沉降問題的發(fā)現(xiàn)源于B1段循環(huán)水管道局部變形處理過程。2009年5月，在對已完工循環(huán)水管道進行例行檢查時，發(fā)現(xiàn)B1段存在5處變形，其后分析B1段循環(huán)水管道局部變形原因時，發(fā)現(xiàn)其中一處變形是由于管道臨時支撐未拆除，循環(huán)水管道安裝后沉降造成管道局部集中受力所致。為弄清管道沉降量和沉降的范圍，施工單位對2009年3月之前已施工完成的循環(huán)水管道A1段、B1段、A2段進行了沉降觀測。

從沉降觀測結果可以看出，1#機、2#機循環(huán)水管道均出現(xiàn)了不同程度的不均勻沉降，其中A1段大件道路與1#核島吊裝區(qū)之間循環(huán)水管道最大沉降達115mm，1#核島吊裝區(qū)域南側B1段循環(huán)水管道最大沉降達182mm，A2段大件道路與2#核島吊裝區(qū)之間循環(huán)水管道最大沉降達171mm，測量結果超出了施工規(guī)范的允許偏差，且所有沉降較大點均集中在砂石回填區(qū)域。至此，循環(huán)水管道不均勻沉降的問題得到確認。

2.2 循環(huán)水管道不均勻沉降問題的潛在影響

循環(huán)水管道在砂石回填區(qū)域和混凝土回填區(qū)域產生的不均勻沉降，使得循環(huán)水管道在砂與混凝土回填的施工接口處承受較大的集中應力，長期作用下可能造成管道破壞的潛在風險。

3 循環(huán)水管道不均勻沉降原因分析及其應對措施

3.1 原因分析

結合循環(huán)水管道沉降觀測曲線和循環(huán)水管道施工方案，從設計和施工角度分析循環(huán)水管道不均勻沉降產生的原因，主要有以下三點：

3.1.1 大件道路和核島吊裝區(qū)域采用混凝土回填，而其余管段采用砂石回填，兩種不同的回填方式造成的循環(huán)水管道基礎不同的結構形式，兩種回填方式典型斷面。混凝土回填區(qū)域管道基礎為剛性基礎，而砂石回填區(qū)域管道基礎為柔性基礎。循環(huán)水管道安裝完成后，隨著管溝回填的進行，管道上部荷載的增加，沙石回填區(qū)域管道基礎被壓縮，管道隨之產生沉降。而大件道路和核島吊裝區(qū)域管溝范圍基本上全部回填混凝土，如果混凝土澆筑過程中管道不發(fā)生沉降，混凝土達到設計強度后，管道就基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.1.2 從現(xiàn)場施工進度上分析，由于汽輪機廠房外墻施工完成時間和B1段循環(huán)水管道完工時間晚了近一年半時間，B1段循環(huán)水管道在安裝結束后，砂回填到管頂一定高度后形成邊坡，由于長期雨水沖刷影響邊坡穩(wěn)定，容易造成管底回填砂的流失，從而造成B1段管道沉降更加明顯。

3.1.3 管底砂墊層設計密實度相對較低，一定程度上擴大了管道沉降的幅度。按照循環(huán)水管道回填設計要求，管底砂墊層的回填密實度達到90%即可。通常情況下，級配碎石的回填壓實度能做到了93%～94%，相對而言，循環(huán)水管道砂墊層90%密實度的設計要求偏低。

3.2 應對措施

鑒于循環(huán)水管道不均勻沉降對管道安全和穩(wěn)定存在的影響，設計院、施工單位和監(jiān)理單位對其處理方案進行了多次專題討論，在弄清不均勻沉降的原因的前提下，結合現(xiàn)場施工情況，分段采取措施進行處理，具體如下：

3.2.1 針對循環(huán)水管道B1段，由于其沉降幅度大（最大182mm），鋼管自身結構（特別是焊縫位置）是否遭到破壞尚不得而知，且級配碎石回填尚未進行，管道上部荷載還將隨著級配碎石的回填逐步增加，管道繼續(xù)沉降的概率以及由此帶來的風險都非常大。為了確保管道安全，需對該段管道開挖并對管道進行評估，并對不合格的管道進行重新焊接，然后再進行混凝土包管加固處理。

3.2.2 對于尚未施工的B2段、C1段、C2段循環(huán)水管道，為了防止管道不均勻沉降問題的繼續(xù)產生，對其同樣采取混凝土包管處理。綜合考慮循環(huán)水管道工程的安全性和經(jīng)濟性，采取同B1段相同的方式和范圍進行混凝土加固，直管管段混凝土包管至管底以上1/3標高。

3.2.3 對于大件道路至核島吊裝區(qū)之間的循環(huán)水管道A1、A2段，由于管底下部砂墊層對管道的支承情況相對較為復雜，無法通過簡單的受力結構來對其安全性進行核算和評估，而且管溝回填已經(jīng)完成，管道主要荷載均已達到設計值，因此，在未弄清管道受力的情況下，需要采集較長時間多次沉降觀測數(shù)據(jù)后，綜合進行較為準確的分析。

3.3 處理現(xiàn)狀

按照循環(huán)水管道各管段不均勻沉降的處理方案，施工單位對各管段進行了處理，并對已完工循環(huán)水管道定期連續(xù)進行了沉降觀測。各管段經(jīng)過處理后的現(xiàn)狀

如下：

3.3.1 經(jīng)過對焊縫進行射線探傷（RT）和表面液體滲透檢查（PT）檢測，結果表明B1段焊縫質量滿足設計和規(guī)范要求，管道結構未因管道不均勻沉降造成破壞。在砂開挖、管道檢測和混凝土回填期間，施工單位對該段管道進行了連續(xù)11次的沉降觀測結果顯示管道沉降一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3.2 對于B2、C1、C2段，管溝回填按照混凝土包管的方式實施，為了防止管道安裝和回填過程中沉降，施工單位還在混凝土回填、砂回填之前對管道標高進行測量，以確保管道基準標高的正確。根據(jù)目前已經(jīng)進行的多次沉降觀測結果，管道標高保持穩(wěn)定。

4 結語

通過對循環(huán)水管道工程施工過程中遇到的不均勻沉降問題的分析和處理，不難發(fā)現(xiàn)不同的基礎形式對于循環(huán)水管道整體性造成的影響。經(jīng)過對B1、B2、C1、C2段循環(huán)水管道的混凝土包管加固，目前循環(huán)水管道不均勻沉降問題得到了較好的處理，管道的安全和穩(wěn)定也得到了保障。結合循環(huán)水管道不均勻沉降問題的處理，對其后續(xù)運行以及類似的大型深埋循環(huán)水管道工程設計和施工提出如下建議：（1）對于已經(jīng)完成的不均勻沉降問題處理的循環(huán)水管道，在后續(xù)運行過程中，應長期對其進行沉降觀測，并與施工期間的觀測數(shù)據(jù)進行對比跟蹤，以掌握管道沉降動態(tài)，確保管道運行安全；（2）對于循環(huán)水管道這樣的大管道在安裝和回填期間，應加強管道的沉降觀測，在各道工序完成后都應對管道標高、軸線進行復核，以便形成連續(xù)的測量基礎數(shù)據(jù)，更好地跟蹤管道在安裝和回填過程中的狀態(tài)；（3）目前國內現(xiàn)行的設計和施工規(guī)范尚無法滿足特殊工程大尺寸循環(huán)水管道的建設需求，隨著國內核電的發(fā)展需要，建議國內設計單位適時對現(xiàn)行規(guī)范進行修訂或更新。

參考文獻

[1] 盧洪濤，鄭宏練，楊國棟.秦山核電站海水系統(tǒng)防腐蝕措施及管理[J].中國核電，2010，2（1）.

（責任編輯：蔣建華）endprint