核電廠前期巖土工程勘察的若干問題探討

鄧立立，余小奎

(華東電力設(shè)計院，上海 200333)

核電廠前期巖土工程勘察的若干問題探討

鄧立立，余小奎

(華東電力設(shè)計院，上海 200333)

巖土工程勘察一直是核電廠前期工作的一個重要內(nèi)容，而巖土工程勘察評價的結(jié)果直接關(guān)系到核電廠址的成立與否以及優(yōu)劣排序。本文結(jié)合華東電力設(shè)計院多年核電工程的具體實例，重點敘述了勘察方案的確定、勘察工作量和主要成果內(nèi)容，對核電前期各階段所需要重點解決的問題和評價的方法作了總結(jié)說明，并提出了對當前工作的一些體會，希望藉此與廣大核電同行進行經(jīng)驗交流。

巖土工程勘察；核電廠；勘察方案；勘察工作量。

根據(jù)近年的核電工程經(jīng)驗，一般核電前期勘察中，主要包括廠址普選、初步可行性研究階段(含廠址查勘)和可行性研究階段的巖土工程勘察工作，針對各階段的特點，本文重點敘述勘察方案的確定、勘察工作量。

1 廠址普選階段

1.1 勘察目的和重點解決的問題

廠址普選工作的開展一般基于兩種目的：①對于新選廠址，在開展初步可行性研究工作前，為了合理布局，開展廠址普選，從可能廠址中篩選出2個或2個以上相對獨立且較好的可能廠址推薦進入初可工作；②對某一特定區(qū)域進行廠址普選，為區(qū)域性核電資源的規(guī)劃、保護和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

普選工作主要是基于宏觀狀態(tài)下的條件分析，從工程地質(zhì)角度，本階段需重點解決的是候選區(qū)域的區(qū)域穩(wěn)定性的初步分析、候選廠址區(qū)內(nèi)是否具備滿足核島布置的地基條件。

1.2 勘察工作的實施

普選階段工程地質(zhì)工作的實施主要是資料搜集與現(xiàn)場踏勘相結(jié)合，為了解可能廠址的地層及構(gòu)造的分布，一般需搜集大比例尺的地質(zhì)圖，如1∶5萬或1∶20萬區(qū)域地質(zhì)圖，同時結(jié)合地震地質(zhì)的資料對廠址附近可能存在的活動斷裂進行初步判斷，對明顯的區(qū)域性活動斷裂或與地震聯(lián)系密切的能動斷層應(yīng)避開，避開距離一般控制在5.0km以上。

在充分搜集已有地質(zhì)資料進行室內(nèi)分析的基礎(chǔ)上，還需進行必要的現(xiàn)場調(diào)查，調(diào)查方式以踏勘為主，對廠址覆蓋層情況、可能影響廠址穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用及地質(zhì)災(zāi)害做初步的分析，初步排除可能的顛覆性因素，提出有關(guān)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件方面廠址適宜性的意見。

1.3 工作體會

核電建設(shè)的特殊性決定了核電廠址一般選擇在相對偏僻、工業(yè)開發(fā)滯后的區(qū)域，大比例尺地質(zhì)填圖往往覆蓋不到或是缺乏已有工程的資料，在此條件下，對可能廠址工程地質(zhì)條件的判斷主要取決于專業(yè)人員的現(xiàn)場調(diào)查，而在普選階段限于經(jīng)費和周期的限制，往往很難做到比較詳細的踏勘調(diào)查，因此提高從業(yè)人員的野外業(yè)務(wù)能力、樹立敬業(yè)愛崗的職業(yè)態(tài)度屬當務(wù)之急。

近年來對核電廠址選擇的工作深度有加強的趨勢，如在普選階段對可能廠址需給出概略估計的SL-2高值[2]，但實際中該階段地震部門往往尚未介入，如何提高巖土專業(yè)人員在地震調(diào)查評價上的業(yè)務(wù)水平至關(guān)重要，也值得有關(guān)主管部門思考。

2 初步可行性研究階段

2.1 勘察目的和重點解決的問題

經(jīng)普選階段篩選進入初步可行性研究的候選廠址，鑒于初可階段工作深度的局限性及核電廠廠址選擇的有關(guān)法規(guī)，初可階段在推薦優(yōu)先候選廠址的同時必須落實備選廠址，所以開展初可研究工作的候選廠址一般是2個或2個以上，因此，初可階段的主要成果是從地質(zhì)、地震方面對各候選廠址的適應(yīng)性總結(jié)評價，對各候選廠址的優(yōu)缺點進行比較分析，推薦廠址順序，明確存在問題和提出下一步開展工作的建議。

考慮到廠址選擇的復(fù)雜性及初可階段工作深度的局限性，一般在初可評審之前需進行初可預(yù)評審，其目的是在選址區(qū)域內(nèi)確定具有核電建設(shè)適宜性較高概率的若干候選廠址，排除掉區(qū)域內(nèi)具有明顯的顛覆因素的地區(qū)，對應(yīng)于核電法規(guī)[3]，初可預(yù)評審相當于廠址查勘階段。在進行勘察方案的布置時，廠址查勘階段和初步可行性研究階段可統(tǒng)一考慮，按照不同的評審階段提供不同深度的資料。

核電廠初可階段巖土工程勘察最需要把握的一點在于有無可供選擇的地基場地以布置核島等核電廠主體建筑，同時對斷裂構(gòu)造、場地穩(wěn)定性和水文地質(zhì)適宜性等問題也需重點解決。

2.2 勘察工作的實施

開展初步可行性研究工作的各候選廠址應(yīng)達到同等的工作深度，以滿足廠址比選判斷的需要。應(yīng)以踏勘、調(diào)研、資料搜集等途徑為主，進行必要的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查、鉆探、物探、原位測試及試驗等工作，充分掌握原始資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對廠址的場地穩(wěn)定性、地基條件、環(huán)境地質(zhì)等做出初步評價，提出有關(guān)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件方面廠址適宜性的意見。

核電廠初可階段勘察方案的布置原則一般為：

⑴勘察重點為核島、常規(guī)島所在的基巖區(qū)，對第四系覆蓋區(qū)以搜資調(diào)查為主；

⑵每個廠址勘探孔一般不少于5個，條件復(fù)雜的廠址勘探孔數(shù)量可適當增加，勘探孔一般布置在核島軸線和其垂直線上，鉆孔深度為預(yù)計設(shè)計地坪標高以下30.0～60.0m；

⑶為獲得巖土層的剪切波速和評價巖體的完整性，在部分鉆孔內(nèi)進行巖體波速測試，同時選取有代表性的巖塊進行室內(nèi)波速試驗；

⑷為了解巖性及構(gòu)造的分布情況，需開展工程地質(zhì)調(diào)查與測繪，比例尺宜選用1∶5000或1∶10000，范圍包括廠址及其周邊地區(qū)，面積一般不小于4km2；需有貫穿核島的實測地質(zhì)剖面，以地質(zhì)測繪結(jié)合鉆孔的方式進行繪制，必要時可動用山體揭露工程或工程物探；

⑸水文地質(zhì)工作以搜集資料為主，側(cè)重于調(diào)查廠址所處的水文地質(zhì)單元范圍、地下水類型及富水性，了解廠址區(qū)域地下水補給、徑流、排泄特性及地下水開采情況，初步評價水文地質(zhì)條件；

⑹通過現(xiàn)場的地質(zhì)調(diào)查，對可能影響廠址穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用及地質(zhì)災(zāi)害做初步的分析、評價，如巖溶、滑坡、崩塌、泥石流、塌陷、沉降或隆起以及地震液化等；對潛在的人工邊坡，通過地質(zhì)測繪、工程類比，對其穩(wěn)定性進行初步分析評價。

以下將我院近兩年所承擔的核電初可項目的勘察工作量列于表1中，從表中可對該階段的工作布置有個大致認識。

核電廠初可階段勘察成果一般分兩階段提供：①提供中間成果，供廠址查勘報告編制使用，以滿足初可預(yù)評審，中間成果應(yīng)至少包括一個核島位置控制性鉆孔資料、初步的工程地質(zhì)測繪資料和地基巖石單軸抗壓強度等；②提供完整的勘察專題成品，供最終的初步可行性研究報告編制使用。

2.3 工作體會

眾所周知，一個核電廠址尤其是好的廠址，其成立條件是相當苛刻的。近年全國各地陸續(xù)興起核電選址熱潮，經(jīng)過層層篩選后，條件相對優(yōu)越的廠址基本上已經(jīng)所剩不多。面對未來的能源需求及社會發(fā)展戰(zhàn)略，需要更多的廠址儲備以支撐核電事業(yè)的發(fā)展。出于核電廠址選擇安全因素的考慮，今后可供選擇的廠址資源將越來越少，可以預(yù)見大量條件參差不齊的廠址將進入初可階段，勢必會給巖土工程勘察工作帶來極大困難，尤其是對一些工程地質(zhì)條件復(fù)雜的廠址，在初可階段現(xiàn)場工作量相對有限的前提下，怎樣對覆蓋層、風化殼及構(gòu)造的分布情況獲得較清晰的認識，而不至于將一些明顯的顛覆性因素遺留到下一階段解決，是需要每一個從事核電勘察工作的人需要關(guān)注的問題，當然，在核電前期的各個階段，認真細致的工作態(tài)度永遠都是不可或缺的。

表1 初步可行性研究階段巖土工程勘察工作量對比

3 可行性研究階段

3.1 勘察目的和重點解決的問題

在基本建設(shè)程序中，可行性研究成果是項目決策的重要科學(xué)依據(jù)，同時其工作深度和成果還應(yīng)滿足工程準備階段現(xiàn)場施工、工程開展初步設(shè)計的需要?？裳须A段巖土工程勘察是在初可階段工作的基礎(chǔ)上，通過詳細的工程地質(zhì)測繪、勘探、原位測試和室內(nèi)試驗等工作，基本查明廠址區(qū)巖土層和構(gòu)造的分布、提出各巖土層初步的物理力學(xué)參數(shù)，對廠址在靜、動荷載作用下場地穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性作出初步評價，進一步驗證選定廠址的建廠適宜性，為基本確定廠區(qū)總平面布置和核島位置及初步的基礎(chǔ)工程設(shè)計提供必要的地質(zhì)資料。因此該階段巖土工程勘察需要重點解決以下問題：

⑴查明廠址區(qū)斷裂、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造的展布特征，進一步評價廠址的穩(wěn)定性；

⑵查明廠址范圍內(nèi)地層成因、時代、分布及各層巖土的風化特征及工程特性，論證地基巖土的適宜性；

⑶查明廠址區(qū)存在的不良地質(zhì)作用的類型分布、形態(tài)、規(guī)模等，評價其對廠址穩(wěn)定的影響；對自然斜坡、潛在的人工邊坡進行初步的穩(wěn)定性評價；

⑷提供各巖土層初步的動態(tài)和靜態(tài)物理力學(xué)參數(shù)，進行初步的巖土工程分析評價；

⑸進行工程地質(zhì)分區(qū)，為廠區(qū)總平面布置優(yōu)化和地基處理方案設(shè)計提供資料；

⑹查明廠址區(qū)水文地質(zhì)條件和地下水的運動規(guī)律，測定水文地質(zhì)參數(shù)，分析地下水對核電建設(shè)的影響。

3.2 勘察工作的實施

根據(jù)核電廠可行性研究階段巖土工程勘察的任務(wù)要求、廠區(qū)總平面布置方案及廠址區(qū)工程地質(zhì)條件，該階段勘察工作一般由基巖區(qū)和第四系覆蓋區(qū)兩部分組成，根據(jù)不同區(qū)域的特點，在制定勘察方案時，應(yīng)有針對性地采用不同的勘察手段和試驗、分析方法。

3.2.1 基巖區(qū)

基巖區(qū)巖石出露較好、覆蓋層較薄，核島和常規(guī)島等主要建筑物一般布置在該區(qū)，主要采用1∶1000工程地質(zhì)測繪方法，以全面地了解基巖區(qū)地質(zhì)條件，在此基礎(chǔ)上，在擬建重要建筑物部位布置鉆孔和原位試驗，進行深部控制。

工程地質(zhì)測繪首先應(yīng)充分搜集前人資料，在此基礎(chǔ)上選取適宜的工作底圖(一般為比例尺≥1∶1000的地形圖)，采用全面勘查法，結(jié)合傾向穿越和走向追索，對重要構(gòu)造點、界線點作素描圖、剖面圖，并選取標本分析研究，對松散層覆蓋段用探槽或探坑揭露?？刂茍D面誤差一般<2mm，基巖地質(zhì)點、控制剖面、探槽、坑道采用GPS儀器定位，一般地質(zhì)點采用地形地物與羅盤交繪、皮尺量距結(jié)合標定。在布置工程地質(zhì)實測剖面測線時，應(yīng)著重把握兩點原則，第一需貫穿核島、常規(guī)島等主廠區(qū)建筑物，第二應(yīng)考慮盡量垂直重要地質(zhì)界線的走向。通過對基巖區(qū)的地質(zhì)測繪，建立了廠址區(qū)綜合地層柱狀圖，基本查清地層的組合及其結(jié)構(gòu)特征，對地質(zhì)構(gòu)造的基本特點有了系統(tǒng)的認識，同時也為覆蓋區(qū)的地質(zhì)測繪和構(gòu)造分析提供了依據(jù)。

鉆孔基本采用150.0m×150.0m網(wǎng)格狀布置，沿主廠房中軸線應(yīng)布置勘探線，同時保證每個核島、常規(guī)島不少于1個鉆孔，控制性鉆孔數(shù)量約為總數(shù)量的1/3。核島廠房控制孔深度宜達基礎(chǔ)底面以下2倍反應(yīng)堆直徑，常規(guī)島及一般基巖場地宜進入基礎(chǔ)底面下完整、較完整不小于10.0m或穿過最大壓縮層深度。在主廠房等主要建(構(gòu))筑物地段，選擇部分控制性鉆孔，進行聲波測井，并采用單孔檢層法或跨孔法進行波速測試，測定剪切波速等參數(shù)?；鶐r區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)的測定適宜采用壓水試驗，應(yīng)選擇主廠房范圍內(nèi)的鉆孔進行。

3.2.2 第四系覆蓋區(qū)

第四系覆蓋區(qū)主要布置一些輔助生產(chǎn)建(構(gòu))筑物及廠前區(qū)、水工構(gòu)筑物、碼頭及施工場地等，常見地貌類型包括海積平原、河塘、水田和灘涂等。

該區(qū)工程地質(zhì)測繪比例尺一般為1∶1000～1∶2000，對一些廠區(qū)次要地段或廠址周邊地區(qū)，可以采用1∶2000比例尺。該區(qū)觀察路線布設(shè)往往受河塘分布影響，難以均勻布設(shè)，僅能順河渠或田埂走向布點觀測，觀測點除小螺紋鉆揭露外，應(yīng)充分利用溝渠斷面觀察描述。

該區(qū)鉆孔可按150.0m～300.0m網(wǎng)格布置，具體間距根據(jù)不同建(構(gòu))筑物重要性和所在地段的場地條件靈活調(diào)整?？碧娇撞捎勉@探和靜力觸探間隔布置，靜探孔占勘探點總數(shù)的1/2，同時布置了適量的標貫試驗孔。控制孔數(shù)量為勘探點總數(shù)的1/3。在有軟土分布的地段，布置了一定數(shù)量的十字板剪切試驗孔，測定軟土的靈敏度。鉆孔深度達到可靠的樁基持力層以下不少于5.0m～10.0m，一般性鉆孔進入可靠的樁基持力層以下3.0m～5.0m。

工程物探主要布置在第四系覆蓋區(qū)，調(diào)查山體基巖向覆蓋區(qū)潛伏的坡面走勢、覆蓋區(qū)下臥基巖的起伏情況、第四系土層分布和隱伏的構(gòu)造破碎帶等，可選用淺層地震勘探、電法勘探等2～3種手段進行綜合物探測試，并與鉆探相互配合?？紤]到覆蓋區(qū)內(nèi)的農(nóng)田和水塘分布，無法按正規(guī)測網(wǎng)布線進行物探施工，則可選擇公路和田埂布置測線，并可根據(jù)現(xiàn)場情況進行分段平移或拐折。

為測定土層的水文地質(zhì)參數(shù)，應(yīng)選擇第四系覆蓋區(qū)鉆孔進行抽水試驗。

3.2.3 室內(nèi)試驗

巖樣采取以核島、常規(guī)島為主，兼顧其它地段，以廠坪標高以下為主，兼顧巖性和風化狀態(tài)。巖石試驗除常規(guī)的物理力學(xué)參數(shù)測定、巖礦鑒定外，還需進行巖塊聲波測試，以跟巖體聲波速度比較評價巖體完整性；同時，若巖體破碎難以取到完整巖芯時，為準確評價地基巖石強度，可采用現(xiàn)場點荷載試驗，加荷方向主要有巖芯軸向、平行層理或節(jié)理方向、垂直層理或節(jié)理方向，測定不同巖性、不同風化程度地基巖石的點荷載強度，采用經(jīng)驗關(guān)系估算地基巖石的單軸抗壓強度等，為評價地基巖石強度提供依據(jù)。

土工試驗主要按常規(guī)進行，水質(zhì)分析應(yīng)注重對不同水體的采集，包括地表水及地下水不同區(qū)域的水樣。

近年我院所承擔的幾個有代表性的核電廠可研階段勘察工作量見表2。

表2 可行性研究階段巖土工程勘察工作量對比

3.3 工作體會

如果說初可階段勘察主要是為了解決活動斷裂、有無巖石地基等顛覆性因素，那么從可研階段開始則更加注重與工程設(shè)計的結(jié)合，具體到為廠區(qū)總平面布置和核島位置的初步確定及初步的基礎(chǔ)工程設(shè)計提供專業(yè)依據(jù)。但是目前的工作往往局限于傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)研究范疇，不能很好地與工程結(jié)合起來。舉個簡單的例子，在進行工程地質(zhì)測繪時，若以單一的巖性變化來劃分地層測繪單元，不僅對地層識別和編圖會帶來難度，設(shè)計人員使用起來也極不方便，因此若在測繪工作中通過對地層實測剖面、試驗參數(shù)的分析，在不影響工程安全性和經(jīng)濟性的前提下，對工程性質(zhì)大致相同的巖性組合作為地質(zhì)單元，既簡化了工作過程又可提供相對系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)，從而大大提高核電勘察設(shè)計工作的效率。

4 結(jié)語

本文結(jié)合近年我院承擔過的部分核電項目工程實例，從各階段不同的要求和特點入手，著重敘述了勘察方案制定的關(guān)鍵因素，并通過不同項目工作量的對比獲取直觀信息，同時充分表明：

⑴制定有針對性的勘察方案，才能更有效地指導(dǎo)核電工作的開展。不同地質(zhì)條件下采取適宜的勘察手段，才能獲得真實完整的原始資料，這也是室內(nèi)資料匯總分析、編制成果報告的先決條件。

⑵影響核電廠巖土工程勘察質(zhì)量的因素很多，因此在實際工作中應(yīng)重視野外基礎(chǔ)地質(zhì)工作，進行巖土工程分析評價時應(yīng)充分考慮設(shè)計意圖，摒棄傳統(tǒng)觀念，使科學(xué)和工程實踐有效結(jié)合起來。

[1]HAF101，核電廠廠址選擇安全規(guī)定．

[2] GB/T50572-2010，核電廠工程地震調(diào)查與評價規(guī)范[S]．

[3]HAD101/07，核電廠廠址查勘．

[4]張丹，余小奎，陶壽福．浙江三門核電廠可行性研究階段工程地質(zhì)勘測[J]．核電，1999．

Discussions of Investigation of Geotechnical Engineering in Early Stage of Nuclear Power Plant

DENG Li-li, YU Xiao-kui
(East China Electric Power Design Institute, Shanghai 200333, China)

Investigation of geotechnical engineering is always important content in Early Stage of Nuclear Power Plants,and the result of evaluation will decide direct whether the site of nuclear power plant is feasible and its order. This article combine long-term nuclear power example of East China Electric Power Design Institute, narrate mostly the facts that program and workload and production of investigation, summarize the problems need to settle first and the evaluation methods, fi nally, it bring forward some experience in currently work, and communion in confrere is expected.

investigation of geotechnical engineering; nuclear power plant; investigation program; investigation workload

P642

B

1671-9913(2011)02-0014-05

2010-01-14

鄧立立(1978-)，男，廣西南寧人，碩士，工程師，主要從事核電選址、勘察工作。