AP1000核電站地下綜合管廊設計

唐丹

摘要：地下綜合管廊將核電站廠區的給排水、工藝管線和電纜等集中敷設，不僅能充分利用地下空間，而且可以避免管線施工和維修時反復開挖。文章結合三門核電一期工程綜合管廊設計和建造階段的經驗，對AP1000核電站綜合管廊加固段設計、接口節點設計以及排水和消防設計進行了闡述，可為類似核電堆型的核電站地下綜合管廊提供設計參考。

關鍵詞：AP1000;核電站;綜合管廊設計;給排水;工藝管線;電纜 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU990 文章編號：1009-2374（2016）04-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.006

1 概述

AP1000核電站主廠房和核電廠配套設施（BOP廠房）之間由于系統和功能的設計接口，需要布置大量的給排水、工藝管線和電纜。為減少施工和維修過程中對廠區反復開挖和回填，通常采用地下綜合管廊形式。三門核電一期工程綜合管廊圍繞主廠房封閉布置，與BOP廠房之間設置支線管廊，綜合管廊總平面布置如圖1所示。除設計兩個主要人員出入口外，綜合管廊每70m還設置一個人員逃生口，用于火災或管道大破口情況下人員的疏散，以及消防人員的救援進出。為滿足綜合管廊內管道和橋架的安裝需求，設置吊裝孔用于管道、橋架等施工材料和施工設備的引入。

綜合管廊內主要布置有廠用水管道、生產水、生活水、消防水、除鹽水、壓縮空氣等工藝管線以及在最上方電纜橋架中的中低壓電纜、控制電纜和儀表電纜，中部留設人員巡檢和通行空間，綜合管廊典型斷面如圖2所示：

2 大件設備運輸與吊裝區域綜合管廊設計

三門核電一期工程綜合管廊結構設計荷載，除覆土荷載外，大部分區域考慮路面或地面均布荷載20kN/m2和汽車-20級荷載（不同時作用）。因AP1000三代核電采用模塊化和開頂平行施工法，在車間、現場預制拼裝的大型模塊和設備將通過起重設備吊裝至核島廠房內，僅核島廠房就有20多個超過100噸的設備或模塊。為滿足大件設備和模塊吊裝的需求，在靠近核島廠房一側設計有吊裝場地，且部分吊裝場地區域位于綜合管廊上方。綜合管廊與吊裝場地的位置關系如圖3所示：

AP1000核島大件設備和模塊吊裝一般先通過液壓平板拖車經廠區的重型道路將其運輸至綜合管廊外側的起吊點，再由位于吊裝場地“T形”臺的大型起重設備吊至廠房的最終安裝位置。因為大件設備和模塊運輸和吊裝荷載不會直接作用在綜合管廊上方路面，所以與吊裝場地交叉段綜合管廊設計時主要考慮路面大型起重設備空載行走荷載，即考慮起重設備從綜合管廊外側檢修場地行走至吊裝場地時的路面荷載。考慮到后續機組的建設，三門核電自主采購了LTL2600B型履帶式吊車用于大件設備和模塊的吊裝。吊裝場地區域綜合管廊設計時考慮結構加固，路面荷載值取履帶式吊車空載行走荷載（約290kN/m2），加固范圍與吊裝場地尺寸保持一致。

經計算，三門核電一期工程常規島大件設備運輸、吊裝作業時，設備運輸通行區域地面均布荷載將達到60.8kN/m2，超過綜合管廊結構設計的地面允許均布荷載值（20kN/m2）。現場最初計劃采用扣件式鋼管腳手架對綜合管廊進行加固，但在實施過程中發現該加固方案在狹窄的管廊內部實施較困難，同時還會影響綜合管廊內電纜橋架、管道的施工。因綜合管廊內與倒送電相關電纜施工進度不能延誤以及后期運行階段大修時也會有常規島大件設備運輸和吊裝需求，三門核電一期工程對于已經完成施工且需要加固的綜合管廊區域采用增設立柱和梁板結構的加固方案，加固方案如圖4所示。該方案需要重新對加固區域管廊兩側開挖，并對下部回填土進行處理以滿足地基承載力要求。為避免上述施工問題，可在設計時綜合考慮上部大件設備運輸路徑與吊裝荷載，通過局部增大結構尺寸和配筋方式對綜合管廊結構進行加固，大件設備運輸與吊裝時不需再做處理，同時也能避免影響綜合管廊內管線和電纜橋架的施工。AP1000核電站綜合管廊加固段的選擇和結構頂板上部荷載的確定主要綜合考慮下面兩個方面：（1）核島廠房一側設計有大件設備吊裝場地，設備吊裝通常在綜合管廊外側起吊，因此綜合管廊交叉段加固主要考慮大吊車空載行走荷載，加固范圍與吊裝場地相匹配;（2）汽機房一側吊裝的大件設備較多，且吊裝位置也不相同。在綜合管廊設計開始前，需要結合汽機房側主要大件設備的重量、外形尺寸、運輸平板車的尺寸和轉彎半徑以及設備吊裝方案確定大件設備運輸和吊車行走路線，盡可能減少與綜合管廊的交叉，避免設置過多的加固段。綜合管廊加固段荷載主要考慮吊車行走、平板車運輸設備總重量以及設備吊裝臨時措施對綜合管廊的荷載，加固段長度結合大件設備運輸平板車尺寸和吊車尺寸來確定。根據三門核電一期工程的經驗，地下綜合管廊加固段設計需考慮的大件設備主要有汽機房東側吊裝的除氧器水箱、除氧器，西側吊裝的凝汽器本體模塊，南側及西南側吊裝的發電機定子、汽水分離再熱器、主變壓器、發電機轉子、低壓缸轉子。

3 綜合管廊與臨近建、構筑物的接口設計

3.1 與汽輪機廠房和循環水泵房接口設計

綜合管廊設計與廠房在結構上脫開，汽輪機廠房和循環水泵房地下室外墻上預留懸挑的管廊連接段，并增加布筋加固，綜合管廊與廠房預留懸挑結構連接接口處設置變形縫和止水帶。為避免管廊內水系統管道破裂時積水流入廠房地下室和減少廠房外墻結構較大尺寸的開洞，綜合管廊與廠房之間可考慮空間上不直接相通，廠房外墻施工時預留套管，穿墻管道和電纜完成施工后對孔洞縫隙進行封堵。與廠房連接處的綜合管廊節點設計如圖5所示：

3.2 與氣體絕緣輸電線路（GIL）溝道交叉段設計

主變與GIS設備廠房之間若采用GIL溝道敷設方式，則溝道在平面布置上將與主廠房四周封閉的綜合管廊存在交叉，因此在綜合管廊設計時，需根據GIL溝道的平面布置與標高資料，調整交叉段的綜合管廊頂板標高。非基巖區域的溝道一般會進行地基處理以避免GIL母線出現不均勻沉降，所以在交叉段綜合管廊的頂板可設計與GIL溝道底板共用，綜合管廊頂板結構預留GIL溝道插筋。GIL溝道處的綜合管廊節點設計如圖6所示，除上述主要的設計接口外，綜合管廊設計還需要考慮廠區其他工藝管道、實物保護電纜溝和圍欄基礎、循環水管道和重型道路的布置，合理確定綜合管廊的平面和豎向布置，并為后續機組的綜合管廊預留接口。

4 綜合管廊排水和消防設計

AP1000核電廠綜合管廊內安裝有大量水系統的管道，包括廠用水系統的管道（DN750mm）、生產水、生活水、消防水和除鹽水等。這些水系統管道在運行過程中通常難以避免出現泄漏問題，因此在管廊底部應設置排水找坡層，將泄漏水排至集水井中。為避免出現管道破裂、泄漏導致管廊被淹的情況，可考慮設置集水坑液位報警設施，在管道破裂情況下可發出報警信號提醒運行人員現場確認，并及時啟動潛水泵將積水排出至附近的雨水井中。綜合管廊上方兩側布置有大量電纜托架和電纜，防火設計需要考慮電纜可能出現的火災危險。管廊直線段應采用物性條件符合要求的電纜，并設置火災報警設施;交叉口電纜橋架因層數增加，火災危險相應增大，因此不同層電纜橋架之間需添加實體隔離或橋架包覆物，降低下層火焰傳播至上層橋架電纜的可能性，同時設置自動報警設施。在直線段和交叉口之間還需要增加防火封堵，避免火災蔓延。若AP1000核電同一機組的廠用水泵控制電纜均通過綜合管廊橋架敷設至泵房，而綜合管廊內發生火災可能會使互為冗余的兩列廠用水系統失效，進而引起設備冷卻水喪失，最終導致電廠停堆。為解決該問題，可考慮采用綜合管廊內設置縱向防火墻隔離的方案，使兩個廠用水序列分割開來，但管廊的寬度需要相應增加，同時在交叉口處電纜橋架超過規范要求的還需增加噴淋設施。若廠區平面布置的限制無法保證設置防火隔墻所需的管廊寬度，也可考慮將其中一個序列的電纜移出管廊采用直埋敷設方式，并對該序列的廠用水管道進行包裹。

5 結語

綜合管廊能夠使廠區工藝管道和電纜進行統一規劃和布置，避免廠區重復開挖和管線布置混亂的問題，同時便于對管廊內的設備定期維護和檢修。在AP1000核電站地下綜合管廊設計時需要綜合考慮廠房的布置、模塊化施工特點、廠區其他溝道和管廊內部管道、電纜敷設要求等多方面的因素，才能最終確定合理的布置和結構設計。總結三門核電一期工程地下綜合管廊設計和建造過程中的經驗，希望能為其他電廠綜合管廊在加固段設計、節點設計以及排水和消防設計方面提供參考。

參考文獻

[1] 城市綜合管廊工程設計規范（GB 50838-2015）[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2] 王新慶，尹釋，白瑋，等.某核電站綜合管廊設計要點探討[J].給水排水，2013，（12）.

（責任編輯：周 瓊）