核电厂前期岩土工程勘察的若干问题探讨

邓立立，余小奎

(华东电力设计院，上海 200333)

核电厂前期岩土工程勘察的若干问题探讨

邓立立，余小奎

(华东电力设计院，上海 200333)

岩土工程勘察一直是核电厂前期工作的一个重要内容，而岩土工程勘察评价的结果直接关系到核电厂址的成立与否以及优劣排序。本文结合华东电力设计院多年核电工程的具体实例，重点叙述了勘察方案的确定、勘察工作量和主要成果内容，对核电前期各阶段所需要重点解决的问题和评价的方法作了总结说明，并提出了对当前工作的一些体会，希望藉此与广大核电同行进行经验交流。

岩土工程勘察；核电厂；勘察方案；勘察工作量。

根据近年的核电工程经验，一般核电前期勘察中，主要包括厂址普选、初步可行性研究阶段(含厂址查勘)和可行性研究阶段的岩土工程勘察工作，针对各阶段的特点，本文重点叙述勘察方案的确定、勘察工作量。

1 厂址普选阶段

1.1 勘察目的和重点解决的问题

厂址普选工作的开展一般基于两种目的：①对于新选厂址，在开展初步可行性研究工作前，为了合理布局，开展厂址普选，从可能厂址中筛选出2个或2个以上相对独立且较好的可能厂址推荐进入初可工作；②对某一特定区域进行厂址普选，为区域性核电资源的规划、保护和开发提供科学依据。

普选工作主要是基于宏观状态下的条件分析，从工程地质角度，本阶段需重点解决的是候选区域的区域稳定性的初步分析、候选厂址区内是否具备满足核岛布置的地基条件。

1.2 勘察工作的实施

普选阶段工程地质工作的实施主要是资料搜集与现场踏勘相结合，为了解可能厂址的地层及构造的分布，一般需搜集大比例尺的地质图，如1∶5万或1∶20万区域地质图，同时结合地震地质的资料对厂址附近可能存在的活动断裂进行初步判断，对明显的区域性活动断裂或与地震联系密切的能动断层应避开，避开距离一般控制在5.0km以上。

在充分搜集已有地质资料进行室内分析的基础上，还需进行必要的现场调查，调查方式以踏勘为主，对厂址覆盖层情况、可能影响厂址稳定的不良地质作用及地质灾害做初步的分析，初步排除可能的颠覆性因素，提出有关工程地质、水文地质条件方面厂址适宜性的意见。

1.3 工作体会

核电建设的特殊性决定了核电厂址一般选择在相对偏僻、工业开发滞后的区域，大比例尺地质填图往往覆盖不到或是缺乏已有工程的资料，在此条件下，对可能厂址工程地质条件的判断主要取决于专业人员的现场调查，而在普选阶段限于经费和周期的限制，往往很难做到比较详细的踏勘调查，因此提高从业人员的野外业务能力、树立敬业爱岗的职业态度属当务之急。

近年来对核电厂址选择的工作深度有加强的趋势，如在普选阶段对可能厂址需给出概略估计的SL-2高值[2]，但实际中该阶段地震部门往往尚未介入，如何提高岩土专业人员在地震调查评价上的业务水平至关重要，也值得有关主管部门思考。

2 初步可行性研究阶段

2.1 勘察目的和重点解决的问题

经普选阶段筛选进入初步可行性研究的候选厂址，鉴于初可阶段工作深度的局限性及核电厂厂址选择的有关法规，初可阶段在推荐优先候选厂址的同时必须落实备选厂址，所以开展初可研究工作的候选厂址一般是2个或2个以上，因此，初可阶段的主要成果是从地质、地震方面对各候选厂址的适应性总结评价，对各候选厂址的优缺点进行比较分析，推荐厂址顺序，明确存在问题和提出下一步开展工作的建议。

考虑到厂址选择的复杂性及初可阶段工作深度的局限性，一般在初可评审之前需进行初可预评审，其目的是在选址区域内确定具有核电建设适宜性较高概率的若干候选厂址，排除掉区域内具有明显的颠覆因素的地区，对应于核电法规[3]，初可预评审相当于厂址查勘阶段。在进行勘察方案的布置时，厂址查勘阶段和初步可行性研究阶段可统一考虑，按照不同的评审阶段提供不同深度的资料。

核电厂初可阶段岩土工程勘察最需要把握的一点在于有无可供选择的地基场地以布置核岛等核电厂主体建筑，同时对断裂构造、场地稳定性和水文地质适宜性等问题也需重点解决。

2.2 勘察工作的实施

开展初步可行性研究工作的各候选厂址应达到同等的工作深度，以满足厂址比选判断的需要。应以踏勘、调研、资料搜集等途径为主，进行必要的工程地质、水文地质调查、钻探、物探、原位测试及试验等工作，充分掌握原始资料和基础数据。对厂址的场地稳定性、地基条件、环境地质等做出初步评价，提出有关工程地质、水文地质条件方面厂址适宜性的意见。

核电厂初可阶段勘察方案的布置原则一般为：

⑴勘察重点为核岛、常规岛所在的基岩区，对第四系覆盖区以搜资调查为主；

⑵每个厂址勘探孔一般不少于5个，条件复杂的厂址勘探孔数量可适当增加，勘探孔一般布置在核岛轴线和其垂直线上，钻孔深度为预计设计地坪标高以下30.0～60.0m；

⑶为获得岩土层的剪切波速和评价岩体的完整性，在部分钻孔内进行岩体波速测试，同时选取有代表性的岩块进行室内波速试验；

⑷为了解岩性及构造的分布情况，需开展工程地质调查与测绘，比例尺宜选用1∶5000或1∶10000，范围包括厂址及其周边地区，面积一般不小于4km2；需有贯穿核岛的实测地质剖面，以地质测绘结合钻孔的方式进行绘制，必要时可动用山体揭露工程或工程物探；

⑸水文地质工作以搜集资料为主，侧重于调查厂址所处的水文地质单元范围、地下水类型及富水性，了解厂址区域地下水补给、径流、排泄特性及地下水开采情况，初步评价水文地质条件；

⑹通过现场的地质调查，对可能影响厂址稳定的不良地质作用及地质灾害做初步的分析、评价，如岩溶、滑坡、崩塌、泥石流、塌陷、沉降或隆起以及地震液化等；对潜在的人工边坡，通过地质测绘、工程类比，对其稳定性进行初步分析评价。

以下将我院近两年所承担的核电初可项目的勘察工作量列于表1中，从表中可对该阶段的工作布置有个大致认识。

核电厂初可阶段勘察成果一般分两阶段提供：①提供中间成果，供厂址查勘报告编制使用，以满足初可预评审，中间成果应至少包括一个核岛位置控制性钻孔资料、初步的工程地质测绘资料和地基岩石单轴抗压强度等；②提供完整的勘察专题成品，供最终的初步可行性研究报告编制使用。

2.3 工作体会

众所周知，一个核电厂址尤其是好的厂址，其成立条件是相当苛刻的。近年全国各地陆续兴起核电选址热潮，经过层层筛选后，条件相对优越的厂址基本上已经所剩不多。面对未来的能源需求及社会发展战略，需要更多的厂址储备以支撑核电事业的发展。出于核电厂址选择安全因素的考虑，今后可供选择的厂址资源将越来越少，可以预见大量条件参差不齐的厂址将进入初可阶段，势必会给岩土工程勘察工作带来极大困难，尤其是对一些工程地质条件复杂的厂址，在初可阶段现场工作量相对有限的前提下，怎样对覆盖层、风化壳及构造的分布情况获得较清晰的认识，而不至于将一些明显的颠覆性因素遗留到下一阶段解决，是需要每一个从事核电勘察工作的人需要关注的问题，当然，在核电前期的各个阶段，认真细致的工作态度永远都是不可或缺的。

表1 初步可行性研究阶段岩土工程勘察工作量对比

3 可行性研究阶段

3.1 勘察目的和重点解决的问题

在基本建设程序中，可行性研究成果是项目决策的重要科学依据，同时其工作深度和成果还应满足工程准备阶段现场施工、工程开展初步设计的需要。可研阶段岩土工程勘察是在初可阶段工作的基础上，通过详细的工程地质测绘、勘探、原位测试和室内试验等工作，基本查明厂址区岩土层和构造的分布、提出各岩土层初步的物理力学参数，对厂址在静、动荷载作用下场地稳定性和地基稳定性作出初步评价，进一步验证选定厂址的建厂适宜性，为基本确定厂区总平面布置和核岛位置及初步的基础工程设计提供必要的地质资料。因此该阶段岩土工程勘察需要重点解决以下问题：

⑴查明厂址区断裂、褶皱等地质构造的展布特征，进一步评价厂址的稳定性；

⑵查明厂址范围内地层成因、时代、分布及各层岩土的风化特征及工程特性，论证地基岩土的适宜性；

⑶查明厂址区存在的不良地质作用的类型分布、形态、规模等，评价其对厂址稳定的影响；对自然斜坡、潜在的人工边坡进行初步的稳定性评价；

⑷提供各岩土层初步的动态和静态物理力学参数，进行初步的岩土工程分析评价；

⑸进行工程地质分区，为厂区总平面布置优化和地基处理方案设计提供资料；

⑹查明厂址区水文地质条件和地下水的运动规律，测定水文地质参数，分析地下水对核电建设的影响。

3.2 勘察工作的实施

根据核电厂可行性研究阶段岩土工程勘察的任务要求、厂区总平面布置方案及厂址区工程地质条件，该阶段勘察工作一般由基岩区和第四系覆盖区两部分组成，根据不同区域的特点，在制定勘察方案时，应有针对性地采用不同的勘察手段和试验、分析方法。

3.2.1 基岩区

基岩区岩石出露较好、覆盖层较薄，核岛和常规岛等主要建筑物一般布置在该区，主要采用1∶1000工程地质测绘方法，以全面地了解基岩区地质条件，在此基础上，在拟建重要建筑物部位布置钻孔和原位试验，进行深部控制。

工程地质测绘首先应充分搜集前人资料，在此基础上选取适宜的工作底图(一般为比例尺≥1∶1000的地形图)，采用全面勘查法，结合倾向穿越和走向追索，对重要构造点、界线点作素描图、剖面图，并选取标本分析研究，对松散层覆盖段用探槽或探坑揭露。控制图面误差一般<2mm，基岩地质点、控制剖面、探槽、坑道采用GPS仪器定位，一般地质点采用地形地物与罗盘交绘、皮尺量距结合标定。在布置工程地质实测剖面测线时，应着重把握两点原则，第一需贯穿核岛、常规岛等主厂区建筑物，第二应考虑尽量垂直重要地质界线的走向。通过对基岩区的地质测绘，建立了厂址区综合地层柱状图，基本查清地层的组合及其结构特征，对地质构造的基本特点有了系统的认识，同时也为覆盖区的地质测绘和构造分析提供了依据。

钻孔基本采用150.0m×150.0m网格状布置，沿主厂房中轴线应布置勘探线，同时保证每个核岛、常规岛不少于1个钻孔，控制性钻孔数量约为总数量的1/3。核岛厂房控制孔深度宜达基础底面以下2倍反应堆直径，常规岛及一般基岩场地宜进入基础底面下完整、较完整不小于10.0m或穿过最大压缩层深度。在主厂房等主要建(构)筑物地段，选择部分控制性钻孔，进行声波测井，并采用单孔检层法或跨孔法进行波速测试，测定剪切波速等参数。基岩区水文地质参数的测定适宜采用压水试验，应选择主厂房范围内的钻孔进行。

3.2.2 第四系覆盖区

第四系覆盖区主要布置一些辅助生产建(构)筑物及厂前区、水工构筑物、码头及施工场地等，常见地貌类型包括海积平原、河塘、水田和滩涂等。

该区工程地质测绘比例尺一般为1∶1000～1∶2000，对一些厂区次要地段或厂址周边地区，可以采用1∶2000比例尺。该区观察路线布设往往受河塘分布影响，难以均匀布设，仅能顺河渠或田埂走向布点观测，观测点除小螺纹钻揭露外，应充分利用沟渠断面观察描述。

该区钻孔可按150.0m～300.0m网格布置，具体间距根据不同建(构)筑物重要性和所在地段的场地条件灵活调整。勘探孔采用钻探和静力触探间隔布置，静探孔占勘探点总数的1/2，同时布置了适量的标贯试验孔。控制孔数量为勘探点总数的1/3。在有软土分布的地段，布置了一定数量的十字板剪切试验孔，测定软土的灵敏度。钻孔深度达到可靠的桩基持力层以下不少于5.0m～10.0m，一般性钻孔进入可靠的桩基持力层以下3.0m～5.0m。

工程物探主要布置在第四系覆盖区，调查山体基岩向覆盖区潜伏的坡面走势、覆盖区下卧基岩的起伏情况、第四系土层分布和隐伏的构造破碎带等，可选用浅层地震勘探、电法勘探等2～3种手段进行综合物探测试，并与钻探相互配合。考虑到覆盖区内的农田和水塘分布，无法按正规测网布线进行物探施工，则可选择公路和田埂布置测线，并可根据现场情况进行分段平移或拐折。

为测定土层的水文地质参数，应选择第四系覆盖区钻孔进行抽水试验。

3.2.3 室内试验

岩样采取以核岛、常规岛为主，兼顾其它地段，以厂坪标高以下为主，兼顾岩性和风化状态。岩石试验除常规的物理力学参数测定、岩矿鉴定外，还需进行岩块声波测试，以跟岩体声波速度比较评价岩体完整性；同时，若岩体破碎难以取到完整岩芯时，为准确评价地基岩石强度，可采用现场点荷载试验，加荷方向主要有岩芯轴向、平行层理或节理方向、垂直层理或节理方向，测定不同岩性、不同风化程度地基岩石的点荷载强度，采用经验关系估算地基岩石的单轴抗压强度等，为评价地基岩石强度提供依据。

土工试验主要按常规进行，水质分析应注重对不同水体的采集，包括地表水及地下水不同区域的水样。

近年我院所承担的几个有代表性的核电厂可研阶段勘察工作量见表2。

表2 可行性研究阶段岩土工程勘察工作量对比

3.3 工作体会

如果说初可阶段勘察主要是为了解决活动断裂、有无岩石地基等颠覆性因素，那么从可研阶段开始则更加注重与工程设计的结合，具体到为厂区总平面布置和核岛位置的初步确定及初步的基础工程设计提供专业依据。但是目前的工作往往局限于传统的地质学研究范畴，不能很好地与工程结合起来。举个简单的例子，在进行工程地质测绘时，若以单一的岩性变化来划分地层测绘单元，不仅对地层识别和编图会带来难度，设计人员使用起来也极不方便，因此若在测绘工作中通过对地层实测剖面、试验参数的分析，在不影响工程安全性和经济性的前提下，对工程性质大致相同的岩性组合作为地质单元，既简化了工作过程又可提供相对系统的设计依据，从而大大提高核电勘察设计工作的效率。

4 结语

本文结合近年我院承担过的部分核电项目工程实例，从各阶段不同的要求和特点入手，着重叙述了勘察方案制定的关键因素，并通过不同项目工作量的对比获取直观信息，同时充分表明：

⑴制定有针对性的勘察方案，才能更有效地指导核电工作的开展。不同地质条件下采取适宜的勘察手段，才能获得真实完整的原始资料，这也是室内资料汇总分析、编制成果报告的先决条件。

⑵影响核电厂岩土工程勘察质量的因素很多，因此在实际工作中应重视野外基础地质工作，进行岩土工程分析评价时应充分考虑设计意图，摒弃传统观念，使科学和工程实践有效结合起来。

[1]HAF101，核电厂厂址选择安全规定．

[2] GB/T50572-2010，核电厂工程地震调查与评价规范[S]．

[3]HAD101/07，核电厂厂址查勘．

[4]张丹，余小奎，陶寿福．浙江三门核电厂可行性研究阶段工程地质勘测[J]．核电，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

邓立立(1978-)，男，广西南宁人，硕士，工程师，主要从事核电选址、勘察工作。