核電廠土建與安裝施工主力吊機(jī)選型與布置

馬立民，王 東，梁 健

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

核電項目建造周期長，大型設(shè)備數(shù)量多、重量重、規(guī)格大，土建與安裝施工過程需要使用大型移動式吊機(jī)完成大件設(shè)備的吊裝任務(wù)，大型吊機(jī)在現(xiàn)場使用需求時間跨度也較長。為保證項目土建與安裝順利進(jìn)行，在項目前期準(zhǔn)備階段，必須根據(jù)項目特點(diǎn)進(jìn)行大型吊機(jī)選型和布置分析。該項分析需綜合考慮各大件設(shè)備參數(shù)、吊裝時間、就位標(biāo)高位置、相關(guān)施工工作計劃、廠房布置；同時，還要考慮建造期間場地開挖回填、重件道路建設(shè)、周邊廠房建造高度、塔吊布置調(diào)整等變化因素，通過全面的分析，才能確定土建與安裝主力吊機(jī)需要達(dá)到的吊裝能力，才能規(guī)劃相應(yīng)的吊機(jī)站位點(diǎn)和進(jìn)出通道，這是項目前期準(zhǔn)備階段的重點(diǎn)工作，合理的主力吊機(jī)選型與布置將為項目的成功奠定堅實的基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)核電在建和擬建項目主要是CPR1000、EPR、AP1000堆型的壓水堆項目，3種堆型在廠房布置、設(shè)備規(guī)格、施工工藝等方面，有相同之處，也有不同之處；相應(yīng)地，在大件吊裝方面，也有共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。因此，3種堆型土建與安裝主力吊機(jī)的選型與布置必須根據(jù)核電大件吊裝共同點(diǎn)和各自堆型的施工特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

對于新堆型主力吊機(jī)選型的方法采用試算法，首先根據(jù)施工分析，提出大件吊裝清單及其參數(shù)；然后選擇吊裝難度最大，吊裝力矩要求最大的典型工況，來確定所需吊機(jī)的最大起吊能力；最后以掌握的可用吊機(jī)資料進(jìn)行布置與試算，驗算吊裝能力和干涉可能。在驗算時，應(yīng)考慮變化風(fēng)險因素留出10%～15%的吊裝負(fù)荷裕量。另外，選用履帶吊進(jìn)行吊機(jī)布置與試算時，以吊機(jī)不需走車為原則，以提高履帶吊的吊裝穩(wěn)定性，規(guī)避履帶吊穩(wěn)定性較差的弱項，確保大件吊裝工作萬無一失。

本文主力吊機(jī)泛指在核電現(xiàn)場施工所需的大于或等于400 t的移動式吊機(jī)；大件設(shè)備吊裝專指使用移動式吊機(jī)在廠房外將設(shè)備吊裝到設(shè)備就位位置的吊裝工作；既不包括使用環(huán)吊、龍門吊、行車等固定式吊裝設(shè)備進(jìn)行的設(shè)備吊裝工作，也不包括碼頭吊或浮吊在碼頭的裝卸吊裝工作。

1 核電項目大件吊裝特點(diǎn)

1.1 塔吊林立

核電施工現(xiàn)場塔吊林立，施工場地狹窄，在考慮大件吊裝方案與吊機(jī)選型布置時，需要重點(diǎn)考慮吊機(jī)與塔吊干涉問題；對于CPR1000，塔吊布置已標(biāo)準(zhǔn)化，對于EPR與AP1000，大件吊裝方案策劃為上游，在擬訂大件吊裝方案及大吊機(jī)站位布置方案后，再進(jìn)行塔吊布置。

1.2 廊道與負(fù)挖邊坡影響

由于核電廠廠房設(shè)計與布置特點(diǎn)，核島和常規(guī)島廠房需要負(fù)挖，負(fù)挖邊坡較大；另外，廠房周邊有大量的廊道也需要開挖與回填。因此，吊機(jī)站位需與廊道施工和負(fù)挖邊坡回填統(tǒng)籌考慮，盡量避免吊機(jī)站位點(diǎn)布置在未回填的邊坡附近，廊道施工計劃與負(fù)挖邊坡回填計劃也需盡量與吊機(jī)布置相配合，根據(jù)吊機(jī)布置和轉(zhuǎn)移方案進(jìn)行計劃優(yōu)化。如果部分站位點(diǎn)和廊道施工計劃確實無法協(xié)調(diào)，則需采取有效方案和特殊加固措施，防止邊坡受壓下陷或坍塌。

1.3 與土建進(jìn)度關(guān)聯(lián)緊密

大件設(shè)備的吊裝，需待土建完成該層樓板施工，房間裝修完成，房間內(nèi)設(shè)備就位基礎(chǔ)施工完成并驗收合格后方可進(jìn)行；另外，需土建提供大件吊裝時間窗口，在吊裝時間內(nèi)，相關(guān)聯(lián)的施工區(qū)域和土建塔吊停止施工，有干涉可能的塔吊需按大件吊裝方案要求進(jìn)行鎖定或回轉(zhuǎn)避讓配合，并要有專人對塔吊進(jìn)行監(jiān)護(hù)配合。因此，大件吊裝時間計劃需與土建施工計劃緊密配合。

1.4 一個站位點(diǎn)吊裝多臺設(shè)備

由于吊機(jī)站位點(diǎn)對地基處理有明確的耐力要求，站位點(diǎn)所占場地空間要求也較大，而核電施工現(xiàn)場場地狹小，難以滿足各施工方對現(xiàn)場場地的需求。因此，吊機(jī)站位點(diǎn)規(guī)劃應(yīng)盡可能少；盡量減少吊機(jī)在各站位點(diǎn)之間來回轉(zhuǎn)移的次數(shù)；站位點(diǎn)和轉(zhuǎn)移通道規(guī)劃時，應(yīng)盡量在一個站位點(diǎn)吊裝多臺設(shè)備。例如，CPR1000堆型在一個站位點(diǎn)完成NX廠房13臺大件預(yù)埋設(shè)備吊裝工作。

1.5 全廠統(tǒng)籌規(guī)劃

由于核電施工現(xiàn)場場地狹小，在現(xiàn)場的施工承包商又較多，在項目前期準(zhǔn)備階段，必須由一方（一般為總承包方或建設(shè)單位）統(tǒng)籌考慮全廠大件設(shè)備吊裝需求，進(jìn)行主力吊機(jī)選型與布置統(tǒng)一部署。在工程施工時，由于大型吊機(jī)施工具有的不連續(xù)性，只要合理規(guī)劃好各大件設(shè)備吊裝的時間計劃，各施工承包商可共享使用統(tǒng)一的主力吊機(jī)資源。這樣，既實現(xiàn)大型機(jī)械資源共享，又使狹小的現(xiàn)場場地實現(xiàn)合理布置規(guī)劃。

2 CPR1000主力吊機(jī)選型與布置

2.1 大件吊裝設(shè)備清單

大件吊裝設(shè)備清單是吊機(jī)選型與布置的基礎(chǔ)，CPR1000典型大件設(shè)備為起吊重量最重，就位標(biāo)高最高的穹頂和長度最長的常規(guī)島桁吊大梁，其參數(shù)如下。

穹頂：設(shè)備重量143 t，φ37×11.5 m球冠，就位標(biāo)高+45 m。

常規(guī)島桁吊大梁：設(shè)備重量90 t，長42.6 m，寬1.3 m，高2.8 m，就位標(biāo)高+28 m。

2.2 現(xiàn)場平面布置

關(guān)于吊機(jī)站位布置，因嶺澳二期選用的是一臺MANITOWOC 4600S-4RingerS-3/680 t環(huán)梁式起重機(jī)（簡稱4600S）完成大部分大件吊裝工作，吊機(jī)主站位點(diǎn)為5個。嶺澳二期以后的紅沿河、寧德、陽江項目均為多機(jī)組連續(xù)建設(shè)，環(huán)梁式起重機(jī)移動性差，單臺環(huán)梁式起重機(jī)不能滿足多機(jī)組建設(shè)的需要；而履帶式吊機(jī)移動性好，在多機(jī)組連續(xù)建設(shè)的項目均選用履帶式吊機(jī)；吊機(jī)站位布置有較大變化，以陽江項目6臺機(jī)組連續(xù)建設(shè)為例，吊機(jī)站位布置圖如圖1所示。

2.3 典型主力吊機(jī)選型與布置

在嶺澳一期和嶺澳二期雙堆機(jī)組施工建設(shè)時使用MANITOWOC 4600S-4RingerS-3/680 t環(huán)梁式起重機(jī)。環(huán)梁式起重機(jī)穩(wěn)定性好，移動性較差，雙堆機(jī)組建設(shè)站位點(diǎn)為5個，除第一次在1號站位點(diǎn)安裝外，還需在5個站位點(diǎn)間進(jìn)行拆卸-移位-安裝共6次，在站位點(diǎn)改工況共12次，拆裝成4600S-4主臂工況1次。輔助吊機(jī)為TADANO TG1500E/150 t汽車吊、TADANO TR500/50 t輪胎吊和GROVE RT980/72 t輪胎吊，主要工作為輔助設(shè)備翻身和4600S卸裝、改工況。另外，因為吊裝時間沖突，需要引入MANITOWOC 4600S-5/317.5 t履帶吊臨時進(jìn)場吊裝4件設(shè)備。

圖1 CPR1000吊機(jī)站位布置圖Fig.1 Layout plan of CPR1000 crane standing location

考慮到4600S吊機(jī)不便遷移，為應(yīng)付現(xiàn)場工作條件變化或工程計劃調(diào)整等因素，選用Demag CC2800-1/600 t履帶吊（簡稱CC2800）作為備用吊機(jī)。

在紅沿河、寧德、陽江項目采用多機(jī)組連續(xù)建設(shè)，機(jī)組建設(shè)時間間隔較短，環(huán)梁式吊機(jī)因移動性較差，單臺環(huán)梁式吊機(jī)不能滿足多機(jī)組連續(xù)建設(shè)的需要。因此，多機(jī)組連續(xù)建設(shè)時，主力吊機(jī)需以履帶式起重機(jī)為主。

3 EPR主力吊機(jī)選型與布置

3.1 大件吊裝設(shè)備清單

臺山項目2臺EPR機(jī)組典型大件吊裝設(shè)備為穹頂，設(shè)備凈重250 t，φ46.8×13.6 m球冠，就位標(biāo)高+43.92 m。

3.2 現(xiàn)場平面布置

根據(jù)典型大件吊裝設(shè)備參數(shù)，結(jié)合就位位置要求和周邊廠房高度，吊機(jī)站位平面布置方案如圖2所示。

3.3 典型主力吊機(jī)選型與布置

芬蘭OL3核電站主力吊機(jī)采用的是1600 t的Mammoet環(huán)梁式大型吊機(jī)。對于臺山EPR項目，在核島土建施工前期的筏基、鋼筋籠、鋼襯里等不需使用大型吊機(jī)的前提下，經(jīng)過對大件設(shè)備清單分析，吊裝重量最重、體積最大、跨度最大的設(shè)備為穹頂，主力吊機(jī)的選型依據(jù)為穹頂?shù)跹b，穹頂規(guī)格φ46.8×13.6 m，含噴淋管重量250 t，吊鉤及自身鋼絲繩重量15 t，考慮吊索具15 t，穹頂起吊重量為280 t。

按臺山總平面布置圖C版進(jìn)行分析，以CC8800-1（1600 t）履帶吊進(jìn)行布置，吊裝跨距60m，主臂角75°，主臂66 m，副臂60m，超起配重640 t，超起配重半徑30m，工況SWSL，吊機(jī)額定起吊能力313 t。吊機(jī)站位與柴油機(jī)廠房HDA和HDB不產(chǎn)生干涉，吊機(jī)有必要的裕量，負(fù)荷率89.5%，如圖2、圖3所示。

如果選用CC8800（1250 t）履帶吊進(jìn)行布置，因受起吊能力的限制，吊裝跨距最多只能選56 m，此時吊機(jī)的超起配重將對柴油機(jī)廠房HDA和HDB產(chǎn)生干涉。如果按吊機(jī)的超起配重緊貼柴油機(jī)廠房HDA和HDB，選用吊裝跨距58 m，此時吊機(jī)的額定起吊能力為291 t，負(fù)荷率達(dá)96.2%。

如果選用LR11350（1350 t）履帶吊進(jìn)行布置，因受起吊能力的限制，吊裝跨距最多只能選56 m，且LR11350（1350 t）履帶吊的超起配重半徑比CC8800（1250 t）要大，此時吊機(jī)的超起配重將對柴油機(jī)廠房HDA和HDB嚴(yán)重干涉。另外，吊裝跨距56 m時，吊機(jī)額定起吊能力為298 t，負(fù)荷率已達(dá)94.0%。

綜合以上分析，如果選擇CC8800（1250 t）履帶吊和LR11350（1350 t）履帶吊作為臺山EPR大件吊裝的主力吊機(jī)選型裕量過小。鑒于臺山EPR項目上游條件的不確定性，主力吊機(jī)選型應(yīng)為CC8800-1（1600 t）履帶吊或性能在其以上的吊機(jī)。最終選用為上海三一科技SCC16000/1600 t履帶吊作為臺山EPR項目主力吊機(jī)，該吊機(jī)按CC8800-1（1600 t）履帶吊的性能參數(shù)設(shè)計，部分適用工況在CC8800-1基礎(chǔ)上再增加5%～10%的吊裝能力。

4 AP1000主力吊機(jī)選型與布置

4.1 大件吊裝設(shè)備清單

對于咸寧AP1000項目，作為確定起重機(jī)性能選擇5大件典型大件設(shè)備分別為CA20模塊，核島鋼容器3號環(huán)、2號蒸汽發(fā)生器、鋼容器頂蓋和CH73。

1）CA20模塊為最重件。

2）核島鋼容器3號環(huán)的安裝將會是很長的操作過程，在此過程中起重機(jī)必須將此環(huán)保持吊住狀態(tài)。2號蒸汽發(fā)生器吊裝是所有設(shè)備吊裝中距離最遠(yuǎn)的。鋼容器頂蓋的安裝需要很長時間，要求起重機(jī)操控靈敏。

3）CH73模塊安裝在混凝土容器頂部，由16個模塊組成，該模塊安裝位置最高。

吊車站位點(diǎn)布置以及2臺機(jī)組間轉(zhuǎn)移通道布置如圖4、圖5所示。

4.2 現(xiàn)場平面布置

AP1000采用單堆布置，可以采用一個站位點(diǎn)完成一個機(jī)組的核島主要大件設(shè)備吊裝，即吊裝CA20、CA01、CV底封頭等時采用一個站位點(diǎn)（吊裝CV環(huán)和2號蒸汽發(fā)生器時開挖邊坡已經(jīng)回填，需要朝反應(yīng)堆廠房靠近約2 m），所有機(jī)組都采用同樣的站位布置，吊裝作業(yè)時大吊車行走和回轉(zhuǎn)的范圍根據(jù)具體作業(yè)有所不同。

4.3 典型主力吊機(jī)選型與布置

AP1000技術(shù)路線采用模塊化施工、開頂法吊裝等先進(jìn)施工技術(shù)，大件吊裝將是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，主力吊機(jī)將是制約施工的主要核心資源之一，并且主力吊機(jī)起重能力要求很大，需求時間早，工作周期長。

AP1000第一吊模塊CA20從FCD+2開始吊裝，并且第一鉤就是重量最大的模塊。從FCD+2至FCD+50都有模塊吊裝施工。

“開頂”施工安裝方法：AP1000很多設(shè)備在穹頂?shù)跹b前、廠房封頂前,主要/重大設(shè)備/模塊由重型吊機(jī)吊裝就位。其中包括壓力容器296 t、蒸汽發(fā)生器665 t等部件都在穹頂?shù)跹b前要用吊機(jī)安裝。

經(jīng)調(diào)研，AP1000備選主力吊機(jī)為美國蘭普森（LAMPSON）LTL-2600、德國德瑪格（DEMAG）CC8800-1 TWIN、德國利勃海爾（LIEBHERR）LR13000，各吊機(jī)狀況比較如表1所示。

咸寧項目大吊機(jī)經(jīng)過比選后，最終確定為CC8800-1 TWIN/3200 t履帶吊，該吊機(jī)于2011年3月已到達(dá)咸寧現(xiàn)場。

表1 AP1000備選吊機(jī)對比表Table 1 Contrasts of Standby cranes of AP1000