核电厂建设工程是一项施工工期长、建设规模大、工艺复杂的系统工程,具有较完备的给水排水系统。高质量的给水排水管道设计方案和有效的施工技术措施,对于控制工程质量、成本和工期起着至关重要的作用,也为后续核岛的土建和安装工程提供优质服务及可靠保障^[1]。因此,在核电厂给水排水管道布置设计和施工过程中,需采取科学合理的布置方式及设计方案,并结合实际情况采取有效的措施进行施工。

　　 在核电厂给水排水管道布置设计中,给水管道作为其重要的组成部分,设计要符合核电厂的整体规划,并本着管道埋深、管线长度、管径最小化的原则,充分配合好核岛的建设,这样不仅可以减少与排水系统的管线布置冲突,更好地为核电厂供水提供安全可靠的环境,而且避免成本浪费^[2]。

　　 辽宁徐大堡核电厂给水管道主要由生活水管网、工业水管网和消防水管网等几部分组成。生活水管网是核电厂办公区和生活区的重要水源输入渠道之一,系核电给水管道的重要组成部分。因此,生活水管网的质量和安全对于核电厂施工及管理人员有着不可忽视的作用,在设计上要避免与其他管道冲突,如有交叉,生活水管道应布置在其他管道上方,覆土深度大于1m,如在覆土小于或等于1m的车行道下敷设,应设置钢制套管进行防护,钢套管管径应比管道管径大一号。生活水管道材质为给水用聚乙烯(PE)管,管径为DN50~300。工业水管网主要为核电厂作业区和生产区提供水源,在处理与排水管线交叉中,应布置于排水管道上方,覆土深度大于1 m,材质为给水用聚乙烯(PE)管,管径为DN50~300。消防水管网同时为室外消火栓和室内消防系统提供水源,布置要求应与生活水管道一致,材质为球墨铸铁管,管径在DN50~300。但如果消防管道与生活水管道在同一标高处交叉,应避让生活水管道。

　　 环状管网和树状管网是给水管网布置设计中最常见的方式^[3]。核电厂给水管网布置较城市管网布置特殊,不能单一采用某一种管网形式,故应在全面掌握给水管道布置设计形式的基础上,结合核电厂小五通整体设计的实际情况,作出合理的选择。在辽宁徐大堡核电厂给水管道布置设计中,生活水和工业水管网使用了树状管网,消防水管网使用了环状管网,如图1所示。

　　 在进行排水管道设计过程中,应严格遵循重力排水,先干管后支管的原则,做到管线最短、管径最小、埋深最小,这样才能充分发挥出重力的作用。

　　 在管网形式选择上,排水管网一般采用树状和环状两种形式,每种布置设计类型都有其独特的优势。核电厂排水自成一系统,厂区面积较小,建筑物较为集中,排水总量有限,排水终点较少。如辽宁徐大堡核电厂排水管道为雨水管网和污水管网,设置雨水排出口3处,污水处理站1座,不适宜采用树状式管网系统,采用环状式排水管网系统较为合理。

　　 在设置排水管道时,检查井的布设也是一项重要的工作。辽宁核电站排水检查井选用钢筋混凝土井,抗渗要求也较城市一般的检查井高。雨水检查井沿管线布置,同时连接道路排水支管。每隔30m设置1座检查井,检查井深度随着管线埋深而定。检查井最大开挖深度达11 m,其井室构造、抗渗设置及爬梯设置在排水管网设计中成为设计重点和难点,详见图1。

　　 在工程招投标结束后,施工单位应熟悉给水排水设计图纸,并根据现场实际地形、地质及施工环境对设计图纸进行图纸会审,确定施工中所采用的主要施工工艺、施工材料、施工机械等,并编制施工组织设计和施工进度计划。

　　 同时,在核电厂给水排水管道的施工准备中,协调好与厂区内其他单位的关系,以避免对其他建筑以及周围的环境造成影响,确保市政给水排水施工过程的顺利进行。

　　 在辽宁徐大堡核电厂给水排水管道工程的施工过程中,主要有管道沟槽土方开挖和管道安装施工两项工作。管道沟槽开挖之前首先应根据核电厂给水排水的实际管道布置规划确定沟槽开挖方式,在开挖过程中安排专业负责人员在现场指挥和跟踪检查^[4]。管道的敷设安装直接影响到后期的使用效果,故施工人员应严格按规范和工艺流程进行,以避免出现施工质量及安全问题。

　　 作为管道施工的第一步,根据不同的场平、地质情况选择合适的开挖方案在整个管道施工质量、工期和成本中起着重要的作用。辽宁徐大堡核电厂场平标高为8.4m,地质基本以纬四路为界,以北为基岩区,以南为回填区。根据表1中土石的分类,纬四路以南为Ⅶ类土,采用爆破方法开挖,纬四路以南为Ⅲ类土,采用人工配合挖机的方式进行开挖^[5]。

　　 在辽宁徐大堡核电厂给水排水管道沟槽开挖施工中,最大开挖深度位于经四路与纬七路交叉处的雨水管道,为10.7m;最大管径位于经二路、经四路及经八路处的雨水管道,为DN2 400。由于上述地段管道开挖深度较大、管径过大给施工安全和质量带来了较大的考验,故结合核电厂场平设计和核电厂小五通(室外道路、给水排水、暖通和电气)设计,将原设计标高8.4m的场平修改为北高南低,南北中间带标高为8.4 m,坡度为3‰,见图2。此调整对于核电厂场平施工虽增加了南侧土方的挖运量,但减少了北侧爆破土石方的挖运量,在相同的方量计价中,土方机械挖运单价比石方爆破挖运单价约低39元,机械开挖较爆破施工也更安全,技术要求也低,因此修改场平施工既可节约成本,降低施工难度,又降低了危险系数。对于给水排水施工不仅减少了厂区南侧区域的管道开挖深度,减少了土石方挖运总量,而且道路也随场平形成1%的坡度,从而有组织地排水减轻了管道负荷压力,进一步缩小了管径。

　　 以辽宁徐大堡核电厂雨水管道为例,厂区雨水管道总长6 247 m,雨水管道沟槽平均开挖深度为6.8m。沟槽土石方量根据基槽开挖计算公式确定,见式(1):

　　 式中V———基槽土石方量,m³;

　　 A———槽底宽度,m;

　　 C———工作面宽度,m;

　　 H———基槽深度,m;

　　 L———基槽长度,m;

　　 k———坡度系数。

　　 辽宁徐大堡核电厂纬四路以北为基岩区,基岩区爆破开挖坡度系数k=0.33。纬四路以南为回填土区,回填土机械开挖坡度系数k=0.75。场平修改前后雨水管道沟槽挖运量见表2。

　　 管道验槽及垫层验收合格后,开始进行管道安装。安装前进行高程复核,复核无误后开始排管,在整个安装过程中需要由专业技术人员负责、指挥。根据管道材料不同来确定管道的连接方式,辽宁徐大堡核电厂给水排水各管道连接方式见表3。

　　 (1)试验管段准备工作。管道安装结束后,进行外观验收^[6](沟槽积水、孔洞封堵等项目)。

　　 (2)管道功能性试验方法。管道闭水试验根据现场井之间的距离进行分段,上游、下游分别进行,当上游段试验完毕后,将水排往下游段,以节约用水量。

　　 (3)功能性试验结果的判断依据。管道满水浸泡不低于24h后,开始观测管道实际渗水量,为保持试验水头不发生变化,试验过程应不断地向试验管段进行补水,渗水量的观测时间不得低于30min^[6]。辽宁徐大堡核电厂给水排水工程,钢筋混凝土管管径为DN2 200和DN2 400两种,由于管径超过《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)表9.3.5规定,按下式计算允许渗水量。

　　 式中q———允许渗水量,m³/(24h·km);

　　 D_i———管道内径,mm。

　　 故DN2 200 钢筋混凝土管允许渗水量为58.63m³/(24h·km),DN2 400钢筋混凝土管允许渗水量为61.24m³/(24h·km)。

　　 化学建材管允许渗水量计算公式见式(3):

　　 辽宁徐大堡核电厂化学建材管允许渗水量见表4。

　　 有压管道功能性试验根据规范《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)压力管道水压试验执行。辽宁徐大堡核电厂球墨铸铁管压力管道采用允许渗水量的最终合格判定依据见表5。

　　 硬聚氯乙烯管允许渗水量计算公式见式(4):

　　 式中P———压力管道的工作压力,MPa;

　　 α———温度—压力折减系数,当试验水温0~25 ℃时,α 取1;25~35 ℃时,α 取0.8;35~45 ℃时,α取0.63。

　　 辽宁徐大堡核电厂硬聚氯乙烯有压管道为生活水管道和工业水管道,这两个管道系统工作压力为P=0.82 MPa。试验水温为0~25 ℃,α=1^[6]。辽宁徐大堡核电厂硬聚氯乙烯管允许渗水量见表6。

　　 在进行管道功能性试验合格并做好试验记录后,便可进行沟槽回填。回填沟槽时应保持底部清洁无积水。回填虚铺厚度根据工程设计图纸及规范确定,辽宁徐大堡核电厂人工夯实每层的虚铺厚度为150~200mm,机械夯实每层的虚铺厚度为200~250mm,每铺完一层做好压实度试验,试验合格后方可进行下一层试验。管顶上50cm内回填材料为砂土,人工对称回填^[6]。

　　 核电厂给水排水管道工程建设是一项复杂的工程,本文以辽宁徐大堡核电厂为例,分析了其管道布置设计及施工技术措施,并结合实际施工情况进行了方案调整及优化。

　　 辽宁徐大堡核电厂所在区域环境及地质条件较为复杂,该工程给水排水管道建设通过选择最优设计方案和高质量的施工后,建设完毕安全运营2年,给水管道在给各办公楼输水过程中无漏水现象,用水高峰期无压力不够情况;在暴雨期排水管道排水顺畅,无积水现象。工程经验如下:

　　 (1)根据该工程所在地徐大堡现场周边环境和地质条件,确定管道沟槽和基坑开挖方案,基岩区采用爆破和机械相结合的开挖方式,回填区采用机械开挖。该方案因地制宜,解决了徐大堡核电厂基岩和回填区的沟槽开挖问题。

　　 (2)在辽宁徐大堡核电厂给水排水管道工程回填过程中,在基岩区应选择先铺砂再回填原土的回填方案,该方案可以防止管道在外力的挤压过程中受损。

　　 本工程在核电给水排水工程建设中具有一定的典型性,可以为沿海地区类似地质条件下的核电站提供一定的参考和借鉴。