CB20結(jié)構(gòu)模塊組安裝施工技術(shù)分析

安文斌，陳偉星，魏俊明

(中核集團三門核電有限公司，浙江三門317100)

CB20結(jié)構(gòu)模塊組安裝施工技術(shù)分析

安文斌，陳偉星，魏俊明

(中核集團三門核電有限公司，浙江三門317100)

CB20模塊是AP1000核電站非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PCS)的鋼結(jié)構(gòu)水箱模塊，它是一個多部件組合體，外形尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且要在現(xiàn)場露天組成一個整體，其中涉及組裝、焊接、運輸及吊裝等環(huán)節(jié)，施工難度大。本文介紹了CB20模塊的組裝、運輸、吊裝和安裝等施工工藝流程，分析了CB20模塊施工的重點及難點，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出一些應(yīng)對措施，尤其是對其變形的控制方面。這為后續(xù)CB20模塊組安裝施工及其他大型模塊施工起到一定的參考和借鑒作用。

CB20模塊；組裝；運輸；吊裝；變形

為加快核電建造進度，保證建安工程質(zhì)量，AP1000核電站在首堆建設(shè)時，就大規(guī)模采用了模塊化施工技術(shù)。由于首堆設(shè)計和工藝創(chuàng)新，設(shè)計方對現(xiàn)場施工可行性考慮不全或不足，施工承包商缺乏足夠的經(jīng)驗，模塊尤其是大型結(jié)構(gòu)模塊在現(xiàn)場施工過程中必然面臨許多難點和挑戰(zhàn)，需要逐一解決和優(yōu)化工藝。CB20結(jié)構(gòu)模塊和CA01、CA20、CA03大型模塊一樣[1]，在組裝、焊接、運輸及吊裝等施工環(huán)節(jié)中存在著自身的困難和挑戰(zhàn)。

1 CB20模塊概況

1.1 CB20模塊的功能和作用

CB20模塊是AP1000核電站非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PCS)的鋼結(jié)構(gòu)水箱模塊，其位于反應(yīng)堆廠房穹頂，是非能動安全殼冷卻系統(tǒng)最重要的組成部分，用于提供事故工況下72小時的非能動安全殼冷卻功能。由于CB20模塊執(zhí)行著保護AP1000核電站最后一道屏障的功能，所以它在AP1000核電站中起著舉足輕重的作用，也因此建安過程中對CB20模塊的施工技術(shù)也有很高的要求。

1.2 CB20模塊的結(jié)構(gòu)特征

CB20模塊為筒形結(jié)構(gòu)，外徑約26m，內(nèi)徑約11m，高度約10m，模塊凈重約為300t(見圖1)。它是一個多部件組合體，總共由112個子模塊組成，子模塊由雙相不銹鋼板以及型鋼構(gòu)成，面板之間主要采用V型坡口加墊板全熔透對接焊縫連接。

圖1 CB20模塊的外形結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of the CB20 module

1.3 CB20子模塊及分布

CB20模塊是由112個子模塊組成(不含直爬梯等附件)，單個子模塊重量分布為1～4t，基本由厚度為半英寸的雙相不銹鋼板、碳鋼型鋼和剪力釘組成。

按照子模塊所處位置的不同，CB20子模塊可分為：底部環(huán)板/斜向板子模塊，內(nèi)墻板子模塊，外墻板子模塊，頂板子模塊。為了易于辨識和組織施工，事先對這些子模塊進行預(yù)先編號。

2 CB20模塊現(xiàn)場施工工藝

CB20模塊的現(xiàn)場施工包括：模塊組裝、模塊運輸、模塊吊裝、模塊安裝和混凝土澆筑[2]。CB20模塊施工工藝流程如圖2所示。

圖2 CB20模塊施工工藝流程Fig.2 CB20 module construction process

2.1 CB20模塊的組裝

綜合各方面考慮，CB20模塊組裝施工邏輯及思路如下：先拼裝底部的8塊環(huán)向板，再拼裝32塊斜向徑向板，接著先拼裝32塊外圈環(huán)向板，再拼裝8塊內(nèi)圈環(huán)向板，最后拼裝頂部蓋板。下列的圖片展示了CB20模塊組裝的整個過程，其三維示意圖如圖3所示。

CB20模塊組裝施工流程如下：

(1) 以組裝平臺中心為原點，建立測量控制網(wǎng)；

(2) 在測量的配合下，將底部的8塊環(huán)向板組對、焊接拼裝。

(3) 在斜向板吊裝之前，在組裝平臺上加設(shè)斜向板焊接墊板。然后將斜向32塊徑向板吊裝就位，進行組對焊接。

(4) 以底部板和斜向板作為基礎(chǔ)搭設(shè)腳手架，搭設(shè)過程中應(yīng)注意對雙相不銹鋼板的成品保護。

圖3 CB20模塊組裝三維示意圖Fig.3 Schematic diagram of CB20 module assembly

(5) 考慮到測量專業(yè)施工的便利性，先拼裝外圈環(huán)向板，外圈環(huán)向板采用分層拼裝工藝，在組對的過程中要求垂直度滿足技術(shù)要求。

(6) 內(nèi)圈環(huán)向板拼裝方式和外圈環(huán)向板相同，但由于第二層子模塊設(shè)計有人員閘門孔洞，故在組對調(diào)整時必須兼顧該人員閘門孔洞的組對情況滿足焊接及相關(guān)尺寸要求。

(7) 綜合考慮現(xiàn)場施工的便利性，頂部蓋板拼裝采用分組件組裝工藝，其可分為8個組件，每個組件由4個子模塊組成。

(8) 頂蓋拼裝完成之前預(yù)留一個組合件，以備移出相關(guān)材料及物項。其余頂板焊接完成后進行腔室內(nèi)部的對應(yīng)區(qū)域尾項施工，按照雙相不銹鋼酸洗鈍化要求進行墻面及焊縫處的酸洗施工，臨時附件拆除及NDE等。

(9) 最后封閉腔室，進行復(fù)測(內(nèi)外圈半徑、垂直度和頂蓋標高等)，驗收合格后，CB20模塊組裝工作完成。

2.2 CB20模塊的運輸

CB20模塊凈重量約為300t，是僅次于CA01、CA20結(jié)構(gòu)模塊的第三大結(jié)構(gòu)模塊。CB20模塊在CA區(qū)域的CA01總裝平臺上完成整體組裝后，需要使用2組自行式液壓平板車沿著重件道路將模塊連同CA01總裝平臺一起運輸至核島吊裝位置，運輸距離約為1km。

圖4 CB20模塊運輸流程Fig.4 CB20 module transport process

2.3 CB20模塊的吊裝

CB20模塊整體運輸至核島吊裝區(qū)域后，需要使用大吊車將其吊裝至就位位置。大吊車經(jīng)過先決條件確認、連接吊索具、拆除模塊與運輸平臺連接、試吊、吊裝就位、摘鉤等過程完成CB20模塊的吊裝就位。

CB20模塊位于屏蔽廠房頂部，吊機起升高度達百米，吊裝風險大，指揮難度高，摘鉤難度大。因此，吊裝前要做好充分準備，吊裝時應(yīng)控制吊裝水平度，保證各點受力均衡，按照事前編制好的專項吊裝方案進行施工。

2.4 CB20模塊的安裝

當CB20模塊吊裝至就位基礎(chǔ)正上方，下部定位銷距套管一定間距時，吊機停止落鉤，觀察兩者之間的位置關(guān)系，通過穹頂周圍設(shè)置的錨點進行位置調(diào)整，確保3個定位銷下部同時進入套管后繼續(xù)落鉤。當?shù)撞堪寰嗑臀活A(yù)埋板一定間距時，停止落鉤，觀察對應(yīng)子模塊上的防漏槽孔洞和穹頂上部的地漏套管位置關(guān)系，當調(diào)整對中后繼續(xù)落鉤直到底部板和預(yù)埋板緊密貼合。摘鉤后，使用預(yù)先準備好的千斤頂組件進行CB20模塊的垂直度調(diào)整，當垂直度合格后，將千斤頂組件替換為型鋼支撐并與上下部點焊固定。CB20模塊整體安裝結(jié)束后，對各參數(shù)進行復(fù)測均滿足技術(shù)要求后驗收合格。

2.5 CB20模塊混凝土澆筑

CB20模塊吊裝就位后，其內(nèi)側(cè)、外側(cè)以及頂面需進行混凝土澆筑，形成最終的完整結(jié)構(gòu)。在該階段施工中，需對模板的支設(shè)、加固，混凝土的振搗以及模塊的防變形進行重點監(jiān)控，以確保施工質(zhì)量。

3 CB20模塊施工的重點難點

3.1 CB20模塊組裝施工中的穩(wěn)定性

依據(jù)NIHSS評分減分率評定療效。痊愈:癥狀及體征完全消失,NIHSS評分減少超過90%,未遺留病殘,完全恢復(fù)正常生活;顯效:癥狀及體征明顯改善,NIHSS評分減少46%~89%,遺留病殘1~3級,基本恢復(fù)正常生活;有效:癥狀及體征有所好轉(zhuǎn),NIHSS評分減少18%~45%,遺留明顯病殘,部分恢復(fù)生活自理;無效:癥狀及體征無明顯改善,NIHSS評分減少低于18%,遺留嚴重病殘或病情加重[4]?？傆行?痊愈+顯效+有效。

CB20模塊體積龐大(26m×26m×10m)，迎風面大，墻板在沒有連接成環(huán)前，自身穩(wěn)定性差。而且三門現(xiàn)場處于臺風影響區(qū)，三門1號機組CB20模塊的組裝時間正值臺風季，如何保證CB20模塊組裝過程中的穩(wěn)定性，防止CB20子模塊或整體傾倒、傾覆、垮塌，這成為CB20模塊施工的一大重點。

3.2 CB20模塊組裝施工中的精度控制

CB20模塊外形尺寸大，為環(huán)形結(jié)構(gòu)，由大量子模塊組裝而成，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的施工互相影響測量通視，且要在環(huán)境復(fù)雜的CA01總裝平臺上實施測量，測量條件較差，同時CB20模塊對測量精度要求較高。

3.3 模塊焊接變形控制

雙相不銹鋼容易產(chǎn)生焊接變形，且根據(jù)設(shè)計要求變形后不得采取熱矯正，一旦鋼板變形則很難矯正到位。而CB20模塊面板材質(zhì)均為雙相不銹鋼，涉及的雙相鋼全熔透焊縫約1200米。如何保證雙相不銹鋼在焊接過程中不發(fā)生變形或在接受范圍內(nèi)，這成為CB20模塊施工中必須考慮的問題。

3.4 模塊吊裝

CB20模塊為環(huán)形薄壁罐體模塊，外形尺寸龐大(Φ26m×H10m)，起吊重量達475t，吊裝時需高出屏蔽廠房鋼穹頂，吊機起升高度達101米，吊裝難度大。

CB20模塊共有32個吊點，必須逐一調(diào)整吊索，使吊點受力均勻，保證模塊吊裝水平度，確保局部不受過大應(yīng)力影響吊裝安全和吊裝變形。因CB20模塊為單板墻模塊結(jié)構(gòu)，之前的類似構(gòu)造的模塊，有過變形的前例，必須事先評估吊裝變形趨勢，采取預(yù)防措施。

3.5 模塊整體運輸

CB20模塊組裝完成后，需連同組裝鋼平臺一起，整體運輸?shù)郊s1km外的核島吊裝區(qū)域。CB20模塊運輸總重達507t，且為單板墻結(jié)構(gòu)，外形尺寸大，迎風面積大，需多組運輸平板車，保證模塊不偏載、不移位、不傾覆、不變形，對運輸要求較高。

4 CB20模塊難點應(yīng)對措施

4.1 CB20模塊現(xiàn)場組裝的防傾覆

(1) 模塊底部環(huán)板背面型鋼與組裝鋼平臺局部焊接生根；

(2) 專用的模塊斜向板組裝支架，模塊背面型鋼與支架焊接固定；如圖5所示。

圖5 CB20模塊組裝臺架照片F(xiàn)ig.5 CB20 module assembly platform photo

(3) 模塊墻板未成環(huán)前，使用型鋼斜撐臨時固定，兩側(cè)焊縫處用工裝鎖死；如圖6所示。

圖6 CB20模塊墻板型鋼斜撐臨時固定Fig.6 CB20 module wall plate steel bracing temporary fixation

(4) 模塊墻板成環(huán)之后，自身穩(wěn)定性較好，此時才允許組裝上一圈墻板；

(5) 當預(yù)報有臺風時，模塊局部安裝吊耳，采用攬風繩加強抗風能力；

4.2 CB20模塊測量精度控制

(1) 在模塊內(nèi)側(cè)、外側(cè)分別設(shè)置多個水平位置基準點和標高基準點(見圖7)，保證在通視不良情況下，也能直接找到測量基準點。

(2) 根據(jù)模塊的環(huán)形結(jié)構(gòu)特點，以模塊中心為原點，建立邊角網(wǎng)相對測量坐標系。

(3) 每個測站點盡量采用長邊定向，并且正、倒鏡觀測與其關(guān)聯(lián)的方向，以消除同一方向調(diào)焦的偏差。觀測順序：正、倒、倒、正、正、倒……，測回數(shù)為4。

(4) 觀測高差時，進行溫度和尺長修正。

圖7 CB20模塊高程平面示意圖Fig.7 Sketch map of CB20 module elevation plane

4.3 模塊焊接變形控制

(1) 控制焊接熱輸入：嚴格按照焊接工藝規(guī)程，控制焊接電流、焊接電壓、焊接速度以及層間溫度，確保熱輸入符合工藝要求，限制焊接變形內(nèi)應(yīng)力。

(2) 對于長焊縫(焊縫長度大于3m)，例如墻板環(huán)焊縫，采用分段退焊以及多名焊工對稱焊接，以抑制焊接波浪變形。CB20模塊環(huán)焊縫分段退焊示意圖如圖8所示。

圖8 CB20模塊環(huán)焊縫分段退焊示意圖Fig.8 Schematic diagram ofCB20 module girth welding

(3) 設(shè)置變形調(diào)整工裝，用于剛性固定，并設(shè)置焊接預(yù)變形。如圖9所示。

圖9 變形調(diào)整工裝設(shè)計示意圖及實物照片F(xiàn)ig.9 Schematic diagram of deformation adjusting tool design and real photos

4.4 模塊吊裝就位

(1) LAMPSON LTL-2600吊機的常規(guī)工況(主臂工況)不能滿足起吊高度要求，必須改成輔臂工況，在吊裝前必須做好吊耳焊縫檢測和吊索具的組裝檢查。

(2) 要求對CB20模塊進行有限元建模，模擬吊裝過程中的受力情況，分析變形最大的部位，驗算最大變形值，并據(jù)此考慮是否對模塊進行吊裝加固。

(3) 對主吊鋼絲繩進行10t拉力條件下的長度測量并形成記錄，在鋼絲繩上串聯(lián)可調(diào)拉桿，并在鎖具連接時，調(diào)整可調(diào)拉桿長度補償鋼絲繩的長度偏差。之后，對模塊試吊，確認模塊吊裝水平度滿足要求，方可正式起吊，否則繼續(xù)調(diào)節(jié)可調(diào)拉桿。

圖10 CB20模塊吊裝照片F(xiàn)ig.10 CB20 module hoisting photos

4.5 模塊整體運輸

(1) 事先檢查重件運輸?shù)缆窢顩r，包括道路障礙、坡度、掃空等。

(2) 采用2組15軸線的液壓運輸平板車，并根據(jù)模塊重心調(diào)整平板車位置。

(3) 通過調(diào)整液壓平板車的頂升高度和液壓油壓，將模塊調(diào)平，并焊接限位板、收緊倒鏈等完成封車固定。

5 結(jié)語

CB20模塊是AP1000核電站非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PCS)的鋼結(jié)構(gòu)水箱模塊，其承擔著事故工況下安全殼冷卻功能，是非能動安全殼冷卻系統(tǒng)最重要的組成部分。另外，CB20模塊位于反應(yīng)堆廠房穹頂，外形體積龐大，由112個子模塊構(gòu)成，且起吊高度達到101米，其子模塊數(shù)量和起吊高度都是AP1000模塊化施工之最，施工難度十分突出。因此，對CB20模塊施工的研究十分必要。

文章闡述和分析了CB20模塊包括組裝、運輸、吊裝和安裝在內(nèi)的施工技術(shù)，研究了CB20模塊在施工中的重點和難點，提出了相應(yīng)的措施，這對CB20模塊施工和其他類似的大型結(jié)構(gòu)模塊施工具有一定的現(xiàn)實意義。隨著AP1000核電站模塊化技術(shù)研究的深入和成熟，模塊化施工的優(yōu)勢必將展現(xiàn)出來。

[1] 魏俊明，劉瓊，孫坤.第三代壓水堆核電機組AP1000的模塊化施工分析[J].電力建設(shè)，2008，29：63-66.

[2] 程潔敏.AP1000核電站CA20結(jié)構(gòu)模塊現(xiàn)場組裝效率分析[C].中國核學科技術(shù)進展報告》，第一卷，第10冊.

Analysis on the Construction Technology of CB20 Structure Module

AN Wen-bin，CHEN Wei-xing，WEI Jun-ming

(Sanmen nuclear power Co.，Ltd.，Sanmen of Zhejiang Prov.317100，China)

CB20 module is a steel structure tank module of Passive Containment Cooling System in AP1000 nuclear power plant.It is a complicated combination with many components and with a large overall dimension.It will be assembled in the open air on site relating to assembly，welding，transportation and hoisting etc.，so it is difficult to conduct this construction.This thesis introduces the CB20 module assembly，transportation and hoisting construction process，analyzes the key and difficult of the CB20 module，proposes some measures，especially to control its deformation，combining with the actual situation，to a certain reference for the subsequent CB20 construction and other large module construction.

CB20 module；Assembly；Transportation；Hoisting；Deformation

2016-12-27

安文斌(1983—)，男，陜西華陰人，碩士，工程師，現(xiàn)從事核電廠建造施工與管理研究

TL372.2

A

0258-0918(2017)01-0023-06