成功

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029)

0 引言

高水平放射性廢物簡(jiǎn)稱“高放廢物”，是核工業(yè)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的放射性最強(qiáng)、毒性最大、半衰期最長(zhǎng)的廢物，對(duì)環(huán)境的危害性極大。因此，能否安全處置高放廢物是關(guān)系到環(huán)境保護(hù)和核工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性課題。目前，深地質(zhì)處置是國(guó)際上普遍認(rèn)為技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的處置高放廢物的方式，即把高放廢物埋在距地表500～1000m以下的穩(wěn)定地質(zhì)體中。高放廢物地質(zhì)處置工程具有安全等級(jí)高、研發(fā)周期長(zhǎng)、工程埋深大、建設(shè)條件復(fù)雜、工程服務(wù)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，其建設(shè)面臨巨大的工程和技術(shù)挑戰(zhàn)。借鑒國(guó)外研究經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)制定了包括處置庫(kù)選址、地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)及科研、處置庫(kù)建設(shè)及運(yùn)行在內(nèi)的“三步走”研發(fā)戰(zhàn)略[1]。在高放廢物地質(zhì)處置“三步走”研發(fā)戰(zhàn)略中，地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)及科研是承上啟下和必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)研發(fā)地質(zhì)處置工程技術(shù)、評(píng)價(jià)場(chǎng)址特征、驗(yàn)證工程屏障的安全性能、提高公眾支持度等方面有積極作用。因此，我國(guó)高度重視高放廢物處置研發(fā)工作，《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》等明確提出“建設(shè)1個(gè)高放射性廢物處置地下實(shí)驗(yàn)室”的任務(wù)[2-5]。

我國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室研發(fā)進(jìn)程較發(fā)達(dá)國(guó)家有所滯后，多科研主體參與下的工程管理模式還未完全建立，北山地下實(shí)驗(yàn)室工程管理還存在諸多挑戰(zhàn)，盡快建立地下實(shí)驗(yàn)室科學(xué)合理的管理體系至關(guān)重要。為了探索地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)和科研管理模式，我國(guó)于2015年在甘肅北山舊井地段開(kāi)工建設(shè)北山坑探設(shè)施。

1 北山坑探設(shè)施工程項(xiàng)目概況

1.1 地理位置

北山坑探設(shè)施位于甘肅省酒泉市，距玉門市80km，距嘉峪關(guān)市200km，海拔1650～1750m。該地冬季寒冷多風(fēng)，最低溫度-35℃，最大風(fēng)力9級(jí)以上，晝夜溫差大，夏季最高溫度45℃，自然條件惡劣，是典型的巖漠戈壁地貌。

1.2 工程設(shè)計(jì)

北山坑探設(shè)施主體結(jié)構(gòu)由斜井、平巷、水倉(cāng)、試驗(yàn)硐室和通風(fēng)鉆孔5個(gè)部分組成：斜井傾角20°，垂直深度50m，全長(zhǎng)146.19m；平巷呈L形，全長(zhǎng)約126m，其中穿越破碎帶的長(zhǎng)度約30m；水倉(cāng)設(shè)在斜井底部，與平巷垂直，長(zhǎng)20m；共設(shè)4個(gè)專用試驗(yàn)硐室，在斜井中設(shè)置1個(gè)試驗(yàn)硐室用于斷層超前探測(cè)試驗(yàn)，在斜井落平后的平巷處設(shè)置1個(gè)試驗(yàn)硐室用于洞周開(kāi)挖損傷區(qū)(EDZ)和地下水監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，在距破碎帶15～20m處的平巷兩側(cè)各設(shè)1個(gè)試驗(yàn)硐室，用于斷裂構(gòu)造帶超前探測(cè)和注漿堵水試驗(yàn)；通風(fēng)鉆孔設(shè)在靠近斷裂帶的試驗(yàn)硐室口處，向上直達(dá)地表，孔徑300mm。北山坑探設(shè)施主體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.3 工程施工概況

北山坑探設(shè)施工程于2015年6月26日開(kāi)工，至2016年12月20日完工，歷時(shí)約18個(gè)月，實(shí)際施工工期9個(gè)月，配合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用時(shí)5個(gè)月，因天氣原因等不可抗力因素造成停工4個(gè)月，北山坑探設(shè)施承擔(dān)的各項(xiàng)科研試驗(yàn)任務(wù)均按節(jié)點(diǎn)要求順利完成。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概況

北山坑探設(shè)施工程的參研單位達(dá)7家，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展的試驗(yàn)研究包括：地下實(shí)驗(yàn)室開(kāi)挖過(guò)程破巖方法及開(kāi)挖順序研究，三維裂隙建模和三維激光掃描試驗(yàn)研究，地下實(shí)驗(yàn)室圍巖變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，裂隙巖體注漿及其地下水相互作用研究試驗(yàn)，地下實(shí)驗(yàn)室動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與防治技術(shù)研究，EDZ評(píng)價(jià)方法、地下水監(jiān)測(cè)和巖體破碎帶支護(hù)方法研究，地質(zhì)不良體超前探測(cè)研究試驗(yàn)等，研究結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2 北山坑探設(shè)施管理重點(diǎn)和難點(diǎn)分析

2.1 北山坑探設(shè)施工程特點(diǎn)

(1)工程施工條件惡劣。北山坑探設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)交通極為不便，地處無(wú)人區(qū)，無(wú)任何基礎(chǔ)設(shè)施。

(2)工程地質(zhì)條件復(fù)雜。工程緊鄰十月井?dāng)嗔咽┕ぃ糠值囟未┰绞戮當(dāng)嗔?，存在斷裂坍塌、涌水等安全風(fēng)險(xiǎn)。

(3)工期要求緊，技術(shù)難度大。項(xiàng)目要求18個(gè)月內(nèi)完成地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中擬開(kāi)展的10余項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

(4)科研試驗(yàn)交叉性強(qiáng)。7家參研單位現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)存在時(shí)間和空間沖突，導(dǎo)致試驗(yàn)方案變更頻繁、管理難度大。

2.2 北山坑探設(shè)施管理重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)安全管理

北山坑探設(shè)施的地質(zhì)特點(diǎn)和工程特點(diǎn)決定了現(xiàn)場(chǎng)安全管理存在較大困難。①北山坑探設(shè)施部分地段將穿越十月井，存在塌方和涌水風(fēng)險(xiǎn)；②參研單位人數(shù)多，多為在校學(xué)生，井下作業(yè)經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)欠缺，安全意識(shí)差；③工程建設(shè)地點(diǎn)距離最近的城鎮(zhèn)約2小時(shí)車程，發(fā)生安全事故后，傷員難以第一時(shí)間得到救治，應(yīng)急救援難度增大。

2.2.2 數(shù)據(jù)集成管理

北山坑探設(shè)施建設(shè)過(guò)程中開(kāi)展的一部分試驗(yàn)需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，有些試驗(yàn)還要在工程完工后持續(xù)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，迫切需要研發(fā)適合北山坑探設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)集成管理系統(tǒng)，以保證數(shù)據(jù)采集的及時(shí)性、有效性和安全性。

2.2.3 試驗(yàn)協(xié)調(diào)管理

北山坑探設(shè)施的定位是科研試驗(yàn)平臺(tái)，項(xiàng)目按照“小核心、大協(xié)作”的思路組建了一支實(shí)力雄厚、專業(yè)互補(bǔ)的科研團(tuán)隊(duì)，為科研目標(biāo)的順利完成提供了保障，但參研單位眾多也給項(xiàng)目管理帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

(1)施工單位停工配合參研單位開(kāi)展試驗(yàn)。在北山坑探設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，各參研單位試驗(yàn)需要施工單位停工配合，如鉆爆試驗(yàn)、不良地質(zhì)體超前探測(cè)試驗(yàn)，每一循環(huán)進(jìn)尺須進(jìn)行一次試驗(yàn)，與工程建設(shè)結(jié)合緊密，試驗(yàn)拖期將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，增加施工成本。

(2)參研單位試驗(yàn)方案存在空間和時(shí)間上的沖突。參研單位之間缺乏前期交流，在工期緊、試驗(yàn)場(chǎng)地有限的情況下，容易造成各參研單位試驗(yàn)實(shí)施方案在空間和時(shí)間上的沖突。例如，在北山坑探設(shè)施L形試驗(yàn)硐室內(nèi)，需要同時(shí)開(kāi)展EDZ、動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)、鉆爆試驗(yàn)、圍巖變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究等工作。

(3)參研單位試驗(yàn)方案頻繁變更，增大了協(xié)調(diào)難度。北山坑探設(shè)施建設(shè)過(guò)程中開(kāi)展的相關(guān)試驗(yàn)，因參研單位缺乏與指揮部的積極有效溝通，試驗(yàn)方案變更頻繁，導(dǎo)致試驗(yàn)進(jìn)度緩慢、施工成本增加，增大了現(xiàn)場(chǎng)工程管理和試驗(yàn)協(xié)調(diào)難度。試驗(yàn)方案變更影響如圖2所示。

3 北山坑探設(shè)施管理的主要措施

3.1 充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)指揮部的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)作用

為了確保北山坑探設(shè)施施工建設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有序、高效開(kāi)展，項(xiàng)目牽頭單位在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立北山坑探設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)指揮部，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)工程及試驗(yàn)的安全、質(zhì)量、環(huán)保、進(jìn)度、投資、信息管理和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作。現(xiàn)場(chǎng)指揮部人員由牽頭單位員工和外聘管理人員組成。其中，牽頭單位員工為科研人員，主要負(fù)責(zé)科研試驗(yàn)方案的審查、試驗(yàn)與施工的協(xié)調(diào)等；聘請(qǐng)外部項(xiàng)目管理專家協(xié)助工程管理，主要負(fù)責(zé)工程現(xiàn)場(chǎng)施工管理。

3.2 嚴(yán)格的施工和試驗(yàn)管理制度

在工程施工管理方面，北山坑探設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)指揮部參照國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室管理模式和經(jīng)驗(yàn)，建立了系統(tǒng)的坑探設(shè)施管理辦法，涵蓋現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、工程施工、信息管理、檔案管理等方面[6]。

3.3 數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用

基于SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了北山坑探設(shè)施建設(shè)數(shù)字化工程應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各參研單位數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)、查詢和三維可視化等應(yīng)用，功能涵蓋工程管理和試驗(yàn)管理兩大模塊。北山坑探設(shè)施數(shù)字化工程的成功研發(fā)和應(yīng)用對(duì)地下實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)具有重要意義。

4 北山坑探設(shè)施施工與試驗(yàn)管理模式探索

對(duì)于北山坑探設(shè)施工程而言，試驗(yàn)協(xié)調(diào)管理是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，參研單位試驗(yàn)實(shí)施方案編制的合理性、技術(shù)成熟性、現(xiàn)場(chǎng)可操作性等對(duì)工程建設(shè)影響最大，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)施的質(zhì)量對(duì)工程工期和投資往往起決定性作用，必須引起高度重視。

4.1 工程與試驗(yàn)管理流程

為確保現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有序開(kāi)展，根據(jù)地下實(shí)驗(yàn)室工程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求建立現(xiàn)場(chǎng)科研和試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程控制管理流程，如圖3所示。

(1)項(xiàng)目牽頭單位下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)通知后，參研單位試驗(yàn)負(fù)責(zé)人組織編制本課題的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，提交牽頭單位和專家審查。

(2)參研單位試驗(yàn)負(fù)責(zé)人制訂詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)施方案。除了技術(shù)方案，該實(shí)施方案還需要明確試驗(yàn)過(guò)程中科研、技術(shù)安裝等分項(xiàng)任務(wù)的統(tǒng)籌安排，確保方案的可操作性。

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)施之前，參研單位試驗(yàn)負(fù)責(zé)人首先應(yīng)向現(xiàn)場(chǎng)指揮部確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)空間需求、時(shí)間安排、試驗(yàn)其他配套條件是否滿足試驗(yàn)要求。

(4)依據(jù)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施方案，現(xiàn)場(chǎng)指揮部組織施工單位和參研試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案評(píng)審，三方同意后方可實(shí)施。

(5)在實(shí)施過(guò)程中，參研單位試驗(yàn)負(fù)責(zé)人組織儀器和設(shè)備安裝和調(diào)試，包括各類傳感器的安裝和布設(shè)、數(shù)據(jù)傳輸接口的校驗(yàn)等。工程類子項(xiàng)(如硐室開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)物澆筑等)由現(xiàn)場(chǎng)指揮部協(xié)調(diào)施工單位統(tǒng)一實(shí)施。

(6)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)束后，參研單位試驗(yàn)負(fù)責(zé)人組織撰寫現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)報(bào)告。該報(bào)告可用于指導(dǎo)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工工作?，F(xiàn)場(chǎng)工作完成后，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫項(xiàng)目成果報(bào)告。

4.2 管理模式實(shí)施效果

北山坑探設(shè)施建設(shè)過(guò)程中未出現(xiàn)任何質(zhì)量、安全或環(huán)保事故，2016年12月工程一次驗(yàn)收合格率為100%。北山坑探設(shè)施工程承擔(dān)的現(xiàn)場(chǎng)所有試驗(yàn)均順利完成，試驗(yàn)數(shù)據(jù)完整可靠，現(xiàn)場(chǎng)記錄翔實(shí)，試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)在北山坑探設(shè)施建設(shè)過(guò)程中克服了環(huán)境惡劣、工程地質(zhì)條件復(fù)雜等不利因素影響，順利完成了各項(xiàng)施工和試驗(yàn)任務(wù)，施工結(jié)果和試驗(yàn)效果均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

(2)依托北山坑探設(shè)施，經(jīng)過(guò)7個(gè)科研團(tuán)隊(duì)一年半的努力，有效掌握了地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)關(guān)鍵安全技術(shù)，初步形成了地下實(shí)驗(yàn)室科研與工程管理制度體系，并組建了相應(yīng)的科研與管理人才隊(duì)伍，為地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及科研工作奠定了基礎(chǔ)。

(3)通過(guò)北山坑探設(shè)施的建設(shè)，探索出一套適用于我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)和科研試驗(yàn)的管理體系，建立了科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)管理流程，構(gòu)建了有效的多方溝通和決策機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用，為地下實(shí)驗(yàn)室工程管理和試驗(yàn)管理提供了技術(shù)支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。