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小編語(yǔ)：在英國(guó)欣克利角C(Hinkley Point C)核電站冷卻水循環(huán)隧道的施工過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地使用了虛擬驗(yàn)證技術(shù)來(lái)進(jìn)行包括管片拼裝實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的一系列驗(yàn)證試驗(yàn)。在當(dāng)時(shí)引起不少討論和爭(zhēng)議。

如今，核電站的冷卻水循環(huán)隧道和水下豎井及進(jìn)排水口均完成施工，隧道和進(jìn)排水結(jié)構(gòu)之間即將進(jìn)行最后的連接。在這條使用虛擬驗(yàn)證技術(shù)建設(shè)的隧道即將投入使用之際，就讓小編帶大家一起回顧和了解一下英國(guó)欣克利角C核電冷卻水循環(huán)隧道的建設(shè)之路。

項(xiàng)目情況

英國(guó)欣克利角C(Hinkley Point C)核電站項(xiàng)目位于英格蘭西南部的薩默塞特郡，它是英國(guó)最大的核電站，也是英國(guó)20多年來(lái)**座新建的核電站，投入運(yùn)營(yíng)后將為600萬(wàn)英國(guó)家庭提供低碳電力。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

核電站的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中包含了三條位于布里斯托海峽之下的隧道：其中兩條進(jìn)水隧道長(zhǎng)3.5km、內(nèi)徑為6m，排水隧道長(zhǎng)1.8km、內(nèi)徑為7m。三條隧道均位于海底以下約33m處，除隧道外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還需要建設(shè)與隧道相連的進(jìn)水口與排水口。

正在準(zhǔn)備安裝的進(jìn)水口

每條隧道各有兩個(gè)進(jìn)排水口，進(jìn)排水口的構(gòu)件在工廠預(yù)制完成后使用拖船運(yùn)輸至布里斯托海峽上，使用串聯(lián)工作的兩臺(tái)浮式起重機(jī)安裝在海床上。布里斯托爾海峽的潮差位居世界第二，巨大的潮差給安裝施工帶來(lái)了不小的難度。

工作中的浮式起重機(jī)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用了兩艘自升式施工船來(lái)建造豎井，這些自升式施工船通過(guò)進(jìn)排水口結(jié)構(gòu)上預(yù)留的孔洞來(lái)進(jìn)行豎井施工。

進(jìn)行中的豎井施工

在施工隧道與進(jìn)排水口之間聯(lián)絡(luò)通道的施工過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用了專為水下隧道設(shè)計(jì)的內(nèi)環(huán)支撐 (IRP) 技術(shù)。聯(lián)絡(luò)通道的施工是整個(gè)項(xiàng)目中最復(fù)雜的工作之一，有限的工作空間和水下環(huán)境給施工增加大量挑戰(zhàn)。

聯(lián)絡(luò)通道施工

虛擬驗(yàn)證

■虛擬管片拼裝

考慮到管片在進(jìn)行拼裝試驗(yàn)過(guò)程中，可能存在試驗(yàn)緩慢甚至是失敗的情況，實(shí)驗(yàn)可能無(wú)法真實(shí)全面地反映管片環(huán)的實(shí)際受力情況，所以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在施工早期進(jìn)行了數(shù)次管片實(shí)物拼裝試驗(yàn)之后，決定開(kāi)始改用虛擬管片拼裝試驗(yàn)試驗(yàn)。

虛擬管片拼裝實(shí)驗(yàn)過(guò)程

團(tuán)隊(duì)通過(guò)激光測(cè)量設(shè)備對(duì)已完成澆筑的500多塊管片進(jìn)行了 3D 掃描，生產(chǎn)管片的模具也提供了相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)制作了管片的3D建模。

利用激光測(cè)量設(shè)備對(duì)管片進(jìn)行掃描

在3D建模完成后，程序就可以自動(dòng)或人工操作下反復(fù)進(jìn)行拼裝試驗(yàn)。在虛擬拼裝時(shí)，操作人員可以正常觀察接頭的對(duì)齊情況，檢查螺栓孔配合等等細(xì)節(jié)，還能看到實(shí)物管片拼裝實(shí)驗(yàn)中難以觀察和測(cè)量的內(nèi)部細(xì)節(jié)，并直接在程序內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

虛擬拼裝

■ 其他虛擬測(cè)試

除了管片拼裝外，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還對(duì)預(yù)制管片生產(chǎn)線和隧道的各構(gòu)件進(jìn)行了3D建模，并通過(guò)軟件對(duì)管片生產(chǎn)與隧道建設(shè)的全流程進(jìn)行了模擬。通過(guò)數(shù)字模擬，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)得以反復(fù)試驗(yàn)和分析生產(chǎn)流程，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)這種方式改進(jìn)了流程，提升了生產(chǎn)效率。

在進(jìn)排水口構(gòu)件的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)也使用了3D建模+數(shù)字模擬的方式評(píng)估結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和鋼筋排布。

進(jìn)水口模型

排水口模型

類似應(yīng)用

目前，虛擬管片拼裝試驗(yàn)技術(shù)依舊在發(fā)展和推廣的過(guò)程中，除了欣克利角C核電冷卻水循環(huán)隧道外，其最大規(guī)模應(yīng)用是在英國(guó)的泰晤士Tideway隧道建設(shè)中。為節(jié)約成本，Tideway隧道的30個(gè)試驗(yàn)環(huán)中，28個(gè)試驗(yàn)環(huán)采用了虛擬管片拼裝試驗(yàn)技術(shù)，承包商只需建造兩個(gè)實(shí)際的管片試驗(yàn)環(huán)。

Tideway隧道目前已順利完工

VMT公司近年來(lái)也在研發(fā)設(shè)計(jì)相關(guān)的虛擬技術(shù)：VMT的虛擬管片拼裝試驗(yàn)技術(shù)同樣是基于掃描管片來(lái)獲得數(shù)據(jù)，然后建立虛擬管片，并在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行虛擬拼裝實(shí)驗(yàn)。