成功

(核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029)

0 引言

高水平放射性廢物簡稱“高放廢物”，是核工業(yè)發(fā)展過程中產生的放射性最強、毒性最大、半衰期最長的廢物，對環(huán)境的危害性極大。因此，能否安全處置高放廢物是關系到環(huán)境保護和核工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性課題。目前，深地質處置是國際上普遍認為技術可行、經濟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)定地質體中。高放廢物地質處置工程具有安全等級高、研發(fā)周期長、工程埋深大、建設條件復雜、工程服務周期長等特點，其建設面臨巨大的工程和技術挑戰(zhàn)。借鑒國外研究經驗，我國制定了包括處置庫選址、地下實驗室工程建設及科研、處置庫建設及運行在內的“三步走”研發(fā)戰(zhàn)略[1]。在高放廢物地質處置“三步走”研發(fā)戰(zhàn)略中，地下實驗室工程建設及科研是承上啟下和必不可少的關鍵環(huán)節(jié)，對研發(fā)地質處置工程技術、評價場址特征、驗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，我國高度重視高放廢物處置研發(fā)工作，《國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》等明確提出“建設1個高放射性廢物處置地下實驗室”的任務[2-5]。

我國地下實驗室研發(fā)進程較發(fā)達國家有所滯后，多科研主體參與下的工程管理模式還未完全建立，北山地下實驗室工程管理還存在諸多挑戰(zhàn)，盡快建立地下實驗室科學合理的管理體系至關重要。為了探索地下實驗室工程建設和科研管理模式，我國于2015年在甘肅北山舊井地段開工建設北山坑探設施。

1 北山坑探設施工程項目概況

1.1 地理位置

北山坑探設施位于甘肅省酒泉市，距玉門市80km，距嘉峪關市200km，海拔1650～1750m。該地冬季寒冷多風，最低溫度-35℃，最大風力9級以上，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 工程設計

北山坑探設施主體結構由斜井、平巷、水倉、試驗硐室和通風鉆孔5個部分組成：斜井傾角20°，垂直深度50m，全長146.19m；平巷呈L形，全長約126m，其中穿越破碎帶的長度約30m；水倉設在斜井底部，與平巷垂直，長20m；共設4個專用試驗硐室，在斜井中設置1個試驗硐室用于斷層超前探測試驗，在斜井落平后的平巷處設置1個試驗硐室用于洞周開挖損傷區(qū)(EDZ)和地下水監(jiān)測試驗，在距破碎帶15～20m處的平巷兩側各設1個試驗硐室，用于斷裂構造帶超前探測和注漿堵水試驗；通風鉆孔設在靠近斷裂帶的試驗硐室口處，向上直達地表，孔徑300mm。北山坑探設施主體結構示意圖如圖1所示。

1.3 工程施工概況

北山坑探設施工程于2015年6月26日開工，至2016年12月20日完工，歷時約18個月，實際施工工期9個月，配合現場試驗用時5個月，因天氣原因等不可抗力因素造成停工4個月，北山坑探設施承擔的各項科研試驗任務均按節(jié)點要求順利完成。

1.4 現場試驗概況

北山坑探設施工程的參研單位達7家，現場開展的試驗研究包括：地下實驗室開挖過程破巖方法及開挖順序研究，三維裂隙建模和三維激光掃描試驗研究，地下實驗室圍巖變形監(jiān)測試驗，裂隙巖體注漿及其地下水相互作用研究試驗，地下實驗室動力災害現場監(jiān)測與防治技術研究，EDZ評價方法、地下水監(jiān)測和巖體破碎帶支護方法研究，地質不良體超前探測研究試驗等，研究結果達到預期目標。

2 北山坑探設施管理重點和難點分析

2.1 北山坑探設施工程特點

(1)工程施工條件惡劣。北山坑探設施現場交通極為不便，地處無人區(qū)，無任何基礎設施。

(2)工程地質條件復雜。工程緊鄰十月井斷裂施工，部分地段穿越十月井斷裂，存在斷裂坍塌、涌水等安全風險。

(3)工期要求緊，技術難度大。項目要求18個月內完成地下實驗室建設過程中擬開展的10余項現場試驗。

(4)科研試驗交叉性強。7家參研單位現場試驗存在時間和空間沖突，導致試驗方案變更頻繁、管理難度大。

2.2 北山坑探設施管理重點和難點

2.2.1 現場安全管理

北山坑探設施的地質特點和工程特點決定了現場安全管理存在較大困難。①北山坑探設施部分地段將穿越十月井，存在塌方和涌水風險；②參研單位人數多，多為在校學生，井下作業(yè)經歷和經驗欠缺，安全意識差；③工程建設地點距離最近的城鎮(zhèn)約2小時車程，發(fā)生安全事故后，傷員難以第一時間得到救治，應急救援難度增大。

2.2.2 數據集成管理

北山坑探設施建設過程中開展的一部分試驗需要進行長期監(jiān)測，有些試驗還要在工程完工后持續(xù)采集監(jiān)測數據，迫切需要研發(fā)適合北山坑探設施現場試驗的數據集成管理系統(tǒng)，以保證數據采集的及時性、有效性和安全性。

2.2.3 試驗協(xié)調管理

北山坑探設施的定位是科研試驗平臺，項目按照“小核心、大協(xié)作”的思路組建了一支實力雄厚、專業(yè)互補的科研團隊，為科研目標的順利完成提供了保障，但參研單位眾多也給項目管理帶來了諸多挑戰(zhàn)。

(1)施工單位停工配合參研單位開展試驗。在北山坑探設施建設過程中，各參研單位試驗需要施工單位停工配合，如鉆爆試驗、不良地質體超前探測試驗，每一循環(huán)進尺須進行一次試驗，與工程建設結合緊密，試驗拖期將嚴重影響施工進度，增加施工成本。

(2)參研單位試驗方案存在空間和時間上的沖突。參研單位之間缺乏前期交流，在工期緊、試驗場地有限的情況下，容易造成各參研單位試驗實施方案在空間和時間上的沖突。例如，在北山坑探設施L形試驗硐室內，需要同時開展EDZ、動力災害監(jiān)測、鉆爆試驗、圍巖變形監(jiān)測試驗研究等工作。

(3)參研單位試驗方案頻繁變更，增大了協(xié)調難度。北山坑探設施建設過程中開展的相關試驗，因參研單位缺乏與指揮部的積極有效溝通，試驗方案變更頻繁，導致試驗進度緩慢、施工成本增加，增大了現場工程管理和試驗協(xié)調難度。試驗方案變更影響如圖2所示。

3 北山坑探設施管理的主要措施

3.1 充分發(fā)揮現場指揮部的統(tǒng)籌協(xié)調作用

為了確保北山坑探設施施工建設和現場試驗有序、高效開展，項目牽頭單位在現場設立北山坑探設施現場指揮部，負責現場工程及試驗的安全、質量、環(huán)保、進度、投資、信息管理和統(tǒng)籌協(xié)調工作?，F場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，主要負責科研試驗方案的審查、試驗與施工的協(xié)調等；聘請外部項目管理專家協(xié)助工程管理，主要負責工程現場施工管理。

3.2 嚴格的施工和試驗管理制度

在工程施工管理方面，北山坑探設施現場指揮部參照國外地下實驗室管理模式和經驗，建立了系統(tǒng)的坑探設施管理辦法，涵蓋現場試驗、工程施工、信息管理、檔案管理等方面[6]。

3.3 數據集成系統(tǒng)的研發(fā)和應用

基于SQL Server數據庫平臺設計開發(fā)了北山坑探設施建設數字化工程應用系統(tǒng)，實現了各參研單位數據的集成、存儲、查詢和三維可視化等應用，功能涵蓋工程管理和試驗管理兩大模塊。北山坑探設施數字化工程的成功研發(fā)和應用對地下實驗室信息化建設具有重要意義。

4 北山坑探設施施工與試驗管理模式探索

對于北山坑探設施工程而言，試驗協(xié)調管理是其中的一個重要環(huán)節(jié)，參研單位試驗實施方案編制的合理性、技術成熟性、現場可操作性等對工程建設影響最大，現場試驗實施的質量對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 工程與試驗管理流程

為確保現場試驗有序開展，根據地下實驗室工程特點和現場試驗要求建立現場科研和試驗實施過程控制管理流程，如圖3所示。

(1)項目牽頭單位下達設計任務通知后，參研單位試驗負責人組織編制本課題的試驗設計方案，提交牽頭單位和專家審查。

(2)參研單位試驗負責人制訂詳細的現場試驗實施方案。除了技術方案，該實施方案還需要明確試驗過程中科研、技術安裝等分項任務的統(tǒng)籌安排，確保方案的可操作性。

(3)現場試驗實施之前，參研單位試驗負責人首先應向現場指揮部確認現場試驗條件，現場確認空間需求、時間安排、試驗其他配套條件是否滿足試驗要求。

(4)依據批準的設計方案和實施方案，現場指揮部組織施工單位和參研試驗團隊進行現場實施方案評審，三方同意后方可實施。

(5)在實施過程中，參研單位試驗負責人組織儀器和設備安裝和調試，包括各類傳感器的安裝和布設、數據傳輸接口的校驗等。工程類子項(如硐室開挖、結構物澆筑等)由現場指揮部協(xié)調施工單位統(tǒng)一實施。

(6)現場試驗結束后，參研單位試驗負責人組織撰寫現場試驗報告。該報告可用于指導項目現場施工工作?，F場工作完成后，依據現場試驗數據撰寫項目成果報告。

4.2 管理模式實施效果

北山坑探設施建設過程中未出現任何質量、安全或環(huán)保事故，2016年12月工程一次驗收合格率為100%。北山坑探設施工程承擔的現場所有試驗均順利完成，試驗數據完整可靠，現場記錄翔實，試驗過程和結果達到預期效果。

5 結語

(1)在北山坑探設施建設過程中克服了環(huán)境惡劣、工程地質條件復雜等不利因素影響，順利完成了各項施工和試驗任務，施工結果和試驗效果均達到了預期目標。

(2)依托北山坑探設施，經過7個科研團隊一年半的努力，有效掌握了地下實驗室建設關鍵安全技術，初步形成了地下實驗室科研與工程管理制度體系，并組建了相應的科研與管理人才隊伍，為地下實驗室建設及科研工作奠定了基礎。

(3)通過北山坑探設施的建設，探索出一套適用于我國高放廢物地質處置地下實驗室工程建設和科研試驗的管理體系，建立了科學的現場試驗管理流程，構建了有效的多方溝通和決策機制，實現了數據管理平臺的研發(fā)和應用，為地下實驗室工程管理和試驗管理提供了技術支撐和實踐經驗。