重要海水冷卻系統(tǒng)水下混凝土閘板處理方案研究

楊亞輝 亢新芳

摘要：某核電廠的排水虹吸井內(nèi)有一塊混凝土閘板影響海水系統(tǒng)檢修隔離安措的建立，需要將其清除。為了將其安全的從水下清除，通過制定合理的方案，并通過模擬試驗驗證，最終獲得安全可靠的水下鉆孔（切割）加吊裝這一合理可行的方案并成功實施。文章對水下鉆孔、切割作業(yè)方案的制定和選擇做了總結(jié)，該方案對于今后類似水下作業(yè)工作具有較大的借鑒意義，具有較大的推廣價值。

關(guān)鍵詞：水下；混凝土閘板；鉆孔；切割；吊裝

某核電廠1#機組停機大修，在實施重要海水冷卻系統(tǒng)（簡稱“RSW”系統(tǒng)）排水口海水隔離安措時發(fā)現(xiàn)排水虹吸井的閘槽內(nèi)存在異物，隔離海水的鋼閘板安裝后海水依然大量漏入，導(dǎo)致主隔離安措不能生效，RSW系統(tǒng)出口側(cè)水平段管道及閥門檢修工作無法按計劃安排。

經(jīng)潛水員水下檢查后確認(rèn)：RSW系統(tǒng)排水虹吸井閘槽內(nèi)有一塊混凝土閘板?；炷灵l板如圖1所示。由于混凝土閘板淹沒水下近10年時間，其結(jié)構(gòu)完整性、附屬金屬構(gòu)件腐蝕程度、閘板周圍泥沙淤積等情況不明，因此需要制定完善的工作方案將其妥善處理，為后續(xù)的檢修工作提供安措。

1. 基本情況介紹

1.1 閘板本體構(gòu)造

經(jīng)過查閱關(guān)于排水構(gòu)筑物歷史資料、走訪知情人士及潛水員下水探摸后，確認(rèn)閘槽內(nèi)有一塊混凝土閘板，其規(guī)格尺寸為：3250×500×2000（寬×厚×高，單位mm），結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。調(diào)查了解到該混凝土閘板為核電廠海水系統(tǒng)建設(shè)期間安裝，作為設(shè)備安裝期間的安全措施，在RSW系統(tǒng)充水之后就不再發(fā)揮作用。在RSW系統(tǒng)施工期間，曾在閘板與閘槽之間填塞有千斤頂、油麻、橡膠等，以增加閘板的密封止水效果。

圖1 混凝土閘板結(jié)構(gòu)圖

1.2 現(xiàn)場條件

RSW系統(tǒng)與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（簡稱“CCW”系統(tǒng)）共用一個排水口，兩臺機組的兩個排水虹吸井之間是相互連通的，排水虹吸井與杭州灣連通。根據(jù)系統(tǒng)配置，在RSW系統(tǒng)檢修時CCW系統(tǒng)正常運行，CCW系統(tǒng)排水量為1.3×105m3/h，RSW系統(tǒng)排水量為3.6×104m3/h。

受正常運行機組RSW系統(tǒng)及CCW系統(tǒng)排水、檢修機組CCW系統(tǒng)排水、外海潮漲潮落等因素的影響，排水虹吸井內(nèi)水流湍急而且呈漩渦狀。杭州灣海水含沙量大，可見度差；排水虹吸井較深，達22米，閘板在排水虹吸井的最底部，淹沒在海水下8米?，F(xiàn)場條件很差，在水下處理混凝土閘板的挑戰(zhàn)非常大。

1.3 探查情況

由于水文條件復(fù)雜，出于潛水員人身安全考慮，潛水員只探查了閘板背水一側(cè)。探查結(jié)論為：閘槽內(nèi)未發(fā)現(xiàn)千斤頂；閘板兩側(cè)未探摸到橡膠，底板橡膠板大部分已脫落，被水沖刷掉；混凝土閘板的吊耳，從潛水員的手感來判斷，狀態(tài)尚好；潛水員描述吊耳的位置與圖紙基本吻合；閘槽內(nèi)沒有摸到其它障礙物。

2. 水下作業(yè)方案制定

根據(jù)已探明的情況，只能采用水下作業(yè)的方式清除混凝土閘板。經(jīng)過組織專家討論，確立了水下吊裝或切割-吊裝的思路，具體有3種可以嘗試的方案。

2.1 方案一 直接吊裝法

利用混凝土閘板自帶的吊耳，由潛水員在水下安裝吊具將閘板直接吊裝出水。該方法思路簡潔、操作簡單易行，施工時間短。存在的隱患是：閘板吊耳材質(zhì)為碳鋼，而且在海水中侵泡沖刷近10年時間，其腐蝕程度不清楚，存在較大安全風(fēng)險。潛水員的直觀感受只能參考，不能作為絕對依據(jù)。根據(jù)金屬腐蝕常識和吊裝作業(yè)“十不吊”的安全原則，該方案的可行性不高。

2.2 方案二 打孔吊裝法

由潛水員利用水下鉆孔機在混凝土閘板上打孔作為吊裝孔，然后安裝銷軸及吊具，再通過吊車將閘板吊裝清理。該方法理論上可行，難點在于水下鉆孔難度大，消耗時間長，水下作業(yè)潛水員安全風(fēng)險大。同時，受潛水員水下檢查的局限性，閘板整體吊裝時受其他未知因素的影響，存在無法整體調(diào)出水面的可能。因此，需要對吊載做出限制。經(jīng)過專家推薦，建議限制在50噸內(nèi)。

2.3 方案三 水下切割逐塊吊裝法

方案三是建立在方案二實施后，吊運工作不能湊效的前提下，在閘板上再補鉆兩個吊裝孔，然后將閘板與上部結(jié)構(gòu)固定，最后安裝線鋸進行切割，將閘板切割為三塊（為倒梯形）再逐一吊出。該方法理論上可行性最高，但是實施過程冗長，作業(yè)環(huán)節(jié)多，失效的可能性增多，需要的工期長，可能會超出給定的時間造成后續(xù)檢修工作被迫放棄。因此，需要進行模擬演練驗證。

通過對3種方案的逐一分析和梳理，按照保守決策、縱深防御的原則，放棄執(zhí)行方案一，推薦優(yōu)先執(zhí)行方案二，但按照方案三制定詳細(xì)方案開展準(zhǔn)備工作，并開展模擬試驗驗證。

3. 方案計算分析

為確定施工工藝和吊具選用的參數(shù)等，根據(jù)鋼筋混凝土的力學(xué)特點及其強度發(fā)展規(guī)律設(shè)置了一個假設(shè)條件：混凝土閘板本身的強度足夠大，通過選擇合適的鉆孔位置保證吊裝孔與閘板邊緣的安全距離，通過吊具傳遞的應(yīng)力不會破壞閘板本身。通過計算得到的安全距離為：距離閘板頂部500mm。

3.1 施工工藝

（1）選取吊裝孔中心離閘板頂部500mm，對稱設(shè)2個吊裝孔，孔徑120mm。潛水員在吊裝孔下部預(yù)先鉆2個φ32固定孔，固定孔中心距閘板上端800mm，在孔內(nèi)對應(yīng)埋設(shè)2根φ28鋼筋錨桿，端頭焊M12螺栓，用以固定水下液壓鉆，之后開動鉆機進行鉆孔，直至穿透閘板本體。如圖2示。

（2）潛水員將2根銷軸（φ100）分別穿在中部的2個吊裝孔上，安裝好專用吊具后（如圖3示），由200T吊車試吊，如能在載荷限制范圍內(nèi)將閘板順暢的吊離底板3～5cm左右，則在進行安全檢查之后執(zhí)行方案二，如不能將閘板提高，則開始執(zhí)行切割程序。

（3）用風(fēng)鉆將閘板底部對應(yīng)割縫處混凝土進行鑿除，之后，用直流弧焊機由潛水員水下割除該處閘板的角鐵框及鋼筋，以便穿掛繩鋸。

為方便吊裝，將混凝土閘板在水下豎向切割成3塊，左、右兩塊各寬約550mm，中部寬約2150mm，中部呈倒梯形。在閘板上設(shè)兩道割縫，底部割縫離閘板兩端約605mm，如圖2所示。

圖2 閘板鉆孔-切割示意圖

圖3 專用吊具示意圖

（4）切割機動力部分由專業(yè)人員安裝到閘槽上部鋼平臺上，由潛水員將切割繩鋸安裝到水下割縫處。

為防止閘板體在切割后傾倒，中部閘板體由200T吊車帶緊吊纜，始終處于待吊狀態(tài)，左右兩側(cè)閘板體吊裝孔穿掛Φ20的鋼絲繩，固定在上部平臺鋼梁上。

（5）啟動切割機進行切割，切割過程中視情況停機檢查切割情況，若切割頂部型鋼時發(fā)生卡鋸，則采用潛水員在水下用手持式切割工具將型鋼切斷。

（6）閘板切斷后，先吊中部閘板，后吊兩側(cè)閘板。

3.2吊裝機具設(shè)備選擇

（1）起重設(shè)備

吊裝物理論重量約8T，采用200T汽車吊吊裝混凝土閘板，70T吊車吊裝潛水員及其它設(shè)備。吊裝時，按200T吊車作用50T力（490KN）控制。

（2）鋼絲繩

查閱200T汽車吊技術(shù)參數(shù)，吊裝物重50T時，最大吊裝高度可達34.8m。擬選用鋼絲繩Φ40（6×19+1），鋼絲破斷拉力總和1004.5KN，鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù)α值取0.85，鋼絲繩安全系數(shù)K取4.5。中部閘板體重約53KN。

鋼絲繩容許拉力

（3）銷軸

材質(zhì)Q345b（fv1=145N/mm2），長800mm，按吊裝兩側(cè)閘板體計算時，銷軸按兩個截面計算。

銷軸所受剪應(yīng)力強度：

安全系數(shù)K2=145/31.2=4.65

（4）M12螺栓

螺栓受剪承重力設(shè)計值（ =250N/mm2）

鉆孔機重量30Kg，重力為294N。

安全系數(shù)K3=28.26×1000/294=96

（5）卸扣

選用4個25T卸扣，卸扣軸銷直徑72mm，開口寬度100mm，內(nèi)空高度221mm。

（6）吊具

吊具鋼板材質(zhì)Q345b（抗剪fv2=180N/mm2，抗拉f=310 N/mm2），長1104mm，寬220mm，厚60mm，上部吊鼻孔φ90，下部銷軸孔φ110。

吊鼻孔上部抗剪切力：

安全系數(shù)K4=180/38.9=4.63

吊鼻孔兩側(cè)抗拉力：

安全系數(shù)K5=310/31.4=9.87

銷軸孔兩側(cè)抗拉力：

安全系數(shù)K6=310/37.1=8.36

3.3 模擬演練

等比例預(yù)制了混凝土閘板、加工了專用吊具、選配施工機具；驗證選配施工機具的效率；驗證潛水員水下混凝土閘板打孔、線鋸切割、安裝吊裝器材的可操作性及作業(yè)的效率和最佳人力配置、驗證水下作業(yè)安全保障措施的有效性等。

4. 小結(jié)

在接下來的停機大修期間，按計劃成功實施了方案二。在閘板起吊的瞬間起重機噸位計顯示的峰值為26噸，隨后回落到8噸左右。隨后對混凝土閘板的檢查，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)完成，但其吊耳腐蝕嚴(yán)重，已經(jīng)不能使用。通過模擬實驗及實施過程，驗證了方案的科學(xué)性和可行性。

通過實施水下混凝土閘板鉆孔、吊裝工作積累得水下作業(yè)經(jīng)驗，對后續(xù)類似工作直接提供了一個實用的方案，具有很大的指導(dǎo)和借鑒作用，有一定的推廣價值。

參考文件：

1.《起重機械安全規(guī)程》（GB6067-85）

2.《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ33-2001）

3.《起重吊裝常用數(shù)據(jù)手冊》人民交通出版社出版

4.《工程起重機》中國建筑工業(yè)出版社1988年12月01日出版

5.《機械設(shè)備安裝工程手冊》冶金工業(yè)出版社2010年11月18日出版