海外“華龍一號”核島環(huán)吊整體吊裝工藝

黃新亮，李 明

(中國核工業(yè)第五建設有限公司，上海 201512)

1 海外“華龍一號”環(huán)吊簡介

巴基斯坦卡拉奇核電項目位于巴基斯坦信德省卡拉奇市，規(guī)劃建設兩臺百萬千瓦級壓水堆核電機組，采用由中國自主研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權的三代核電技術“華龍一號”，是國家提出“一帶一路”倡議以來首個出海的核電項目。該項目環(huán)吊(含環(huán)梁環(huán)軌)安裝于反應堆廠房+41 630 mm標高處，跨距45 000 mm，最大寬度15 220 mm，總重600 t。環(huán)吊主要由環(huán)吊大車、運行小車(205 t/20 t)、安裝小車(480 t)、5 t移動起重機、拱形支架、環(huán)梁及環(huán)軌、120 t卷揚裝置、自備檢修起吊拱架及16 t檢修葫蘆等構成，最大起吊能力480 t。其主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 “華龍一號”堆型環(huán)吊主要技術參數(shù)表Table 1 Table of main technical parameters of Hua-long Pressurized Reactor nuclear island ring crane

作為“華龍一號”堆型核電海外首堆工程，卡拉奇核電項目需面臨首堆風險，建設工期壓縮、設計變更頻繁、海外資源匱乏，以及物項運輸周期長、人力動員困難等問題。為克服以上難題，參建單位通過組建專業(yè)團隊，對多個核電項目環(huán)吊施工工藝、施工步驟、工期要求的多項技術指標進行深入剖析、提煉和總結，創(chuàng)造性實現(xiàn)了“環(huán)梁/環(huán)軌、環(huán)吊大車分別一次整體吊裝”的施工工藝[1]，一定程度上克服了海外環(huán)境對安裝周期的影響，達到了提升安全、保證質(zhì)量、提高工效的目的。

2 環(huán)吊主要施工工藝

2.1 環(huán)吊整體吊裝施工工藝

2.1.1 環(huán)吊整體吊裝/安裝施工流程

環(huán)吊整體吊裝/安裝施工流程見圖1。

圖1 環(huán)吊整體吊裝/安裝施工流程圖Fig.1 Flow chart of overall hoisting/installation of nuclear island ring crane

2.1.2 環(huán)梁/環(huán)軌整體組裝與吊裝

環(huán)梁由9段、40°的弧形箱梁組成，每段長15 700 mm、重12 t；環(huán)梁上安裝有17段環(huán)形軌道，在地面拼裝場地進行組裝，組裝成一個直徑為45 m的整體環(huán)梁，組裝完成后，環(huán)梁(包含軌道，理論重量約131 t)實際吊裝總重約148 t。通過直接測量環(huán)梁長孔、牛腿數(shù)據(jù)，通過計算中心點后，進行45個牛腿高空鉆孔以及水平墊板加工工作。與此同時，環(huán)吊軌道的組對焊接也在地面并行施工。環(huán)吊軌道焊接完成后，通過將環(huán)軌吊裝至環(huán)梁上方進行臨時固定，與環(huán)梁組成一個整體，由重型吊車將組成的整體一次吊裝并就位于反應堆廠房內(nèi)筒體+41 630 mm標高的牛腿上方。

通過在牛腿上表面、環(huán)梁外側均勻布置27個千斤頂進行環(huán)梁半徑和圓度的調(diào)整，直到滿足環(huán)軌技術指標后，利用225個高強螺栓將環(huán)梁和牛腿進行連接和固定。此時，環(huán)梁環(huán)軌整體吊裝安裝完成，等待后續(xù)環(huán)吊大梁安裝(見圖2)。

圖2 環(huán)吊環(huán)梁環(huán)軌整體吊裝圖Fig.2 Overall hoisting drawing of ring beam and rail

2.1.3 環(huán)吊大車整體組裝與吊裝

環(huán)吊大車主要由1根電氣主梁、1根非電氣主梁、2根端梁組成，組裝成一個框架式大車橋架，組裝完成后，實際吊裝總重量約415 t。

環(huán)吊大車組裝完成后，分別安裝旋轉機構、大車驅動機構，水平輪、平臺欄桿、司機室和登機平臺等部件。同時，電氣專業(yè)介入電氣主梁開展電纜敷設、端接、校線、單調(diào)等施工，并通過臨時電源完成環(huán)吊運行小車(205 t/20 t)電氣調(diào)試及穿繩工作。環(huán)吊大車施工全部完成后，通過重型吊車將組裝好的橋架整體一次吊裝就位(見圖3)。

圖3 環(huán)吊大梁整體吊裝圖Fig.3 Overall hoisting drawing of ring hanging girder

由于環(huán)吊大部分電氣工作已在地面完成，環(huán)吊大車吊裝就位后，可快速實現(xiàn)環(huán)吊可轉，為運行小車載荷試驗奠定了堅實的基礎。

2.1.4 環(huán)吊205 t運行小車載荷試驗

環(huán)吊運行小車設置了205 t主起升機構和20 t副起升機構，其起升能力達205 t，主要用于吊運反應堆壓力容器頂蓋、上下部堆內(nèi)構件、主泵電機等。由于運行小車205 t主起升機構在地面已完成單調(diào)和穿繩工作，小車吊裝就位后15天內(nèi)即可具備載荷試驗條件。此時，借助重型吊車將運行小車載荷試驗用配重通過反應堆廠房上方直接引入核島廠房，完成運行小車主起升機構和副起升機構載荷試驗，從而實現(xiàn)環(huán)吊在穹頂扣頂前可用目標。

2.2 環(huán)吊分段吊裝施工工藝

國內(nèi)核電環(huán)吊大梁、環(huán)梁、環(huán)軌到場后，在核島附近設置的專用組裝場地上進行環(huán)梁、環(huán)軌預組裝并測量、計算相關數(shù)據(jù)。將最終確認后的測量數(shù)據(jù)反饋到環(huán)吊牛腿上進行鉆孔，在地面進行環(huán)吊軌道的同步組對焊接。測量數(shù)量完成后，進行拆除，等待分段吊裝。

在環(huán)梁、環(huán)軌吊裝安裝期間，環(huán)吊電氣主梁、非電氣主梁分別與端梁的組裝工作在地面同時進行。待環(huán)梁、環(huán)軌安裝調(diào)整完成后，分別將組裝好的電氣主梁及端梁或非電氣主梁及端梁吊裝就位，通過臨時拉桿固定，而后分別進行非電氣主梁及端梁或電氣主梁及端梁的吊裝和最終安裝、調(diào)整。

穹頂?shù)跹b前，分別完成環(huán)吊安裝小車、運行小車、中央拱架以及其他部件的吊裝、安裝作業(yè)。環(huán)吊剩余的機械調(diào)整、電氣連接/調(diào)試、小車穿繩及載荷試驗等工作，需在穹頂?shù)跹b完成后再進行。環(huán)吊分段吊裝/安裝施工流程如圖4所示。

圖4 環(huán)吊分段吊裝/安裝施工流程圖Fig.4 Flow chart of segmental hoisting/installation of nuclear island ring crane

3 環(huán)吊整體吊裝和分段吊裝對比分析

3.1 環(huán)吊施工工藝對比

環(huán)吊整體吊裝和分段吊裝施工工藝方面主要不同在于：

1)當分段吊裝施工時，環(huán)吊環(huán)梁/環(huán)軌、環(huán)吊大車安裝作業(yè)集中在高空，環(huán)吊載荷試驗在穹頂扣頂后進行；

2)當整體吊裝施工時，環(huán)吊環(huán)梁/環(huán)軌、環(huán)吊大車在地面完成組裝后采用重型吊車分兩次整體吊裝就位，主要安裝作業(yè)集中在地面進行，穹頂扣頂前實現(xiàn)環(huán)吊可用。

環(huán)吊在施工工藝上存在較大的差別，各自具有的優(yōu)缺點詳見表2。

表2 環(huán)吊吊裝工藝優(yōu)缺點分析表Table 2 Analysis table of advantages and disadvantages of nuclear island ring crane hoisting

3.2 環(huán)吊施工工期對比

環(huán)吊吊裝采用不同的施工工藝，其安裝施工工期差別較大。從兩種施工工藝的工期對比中，可以看出：

1)國內(nèi)核電環(huán)吊采用的“分段吊裝、高空拼裝”安裝方式，從“環(huán)吊地面拼裝”到“環(huán)吊可用”施工總工期為8個月；

2)海外“華龍一號”核電環(huán)吊采用的“地面拼裝、一次整體吊裝”安裝方式，在內(nèi)穹頂扣頂前即實現(xiàn)環(huán)吊可用目標，從而實現(xiàn)“地面組裝”到“環(huán)吊可用”僅4個月的施工工期。

由此，環(huán)吊整體吊裝工藝比環(huán)吊分段吊裝工藝在工期上有以下優(yōu)勢：

1)對于“環(huán)吊可用”節(jié)點目標，可提前4個月實現(xiàn)。具體實現(xiàn)工期貢獻分別是：①“環(huán)梁/環(huán)軌一次整體吊裝”將環(huán)梁的9次吊裝縮短為1次吊裝，“環(huán)吊大車一次整體吊裝”將環(huán)吊電氣主梁、非電氣主梁、端梁等2次吊裝縮短為1次吊裝，共節(jié)約安裝工期2個月；②在地面完成環(huán)吊大部分電氣安裝和調(diào)試工作，運行小車調(diào)試及穿繩也通過臨時電源得以實現(xiàn)，共節(jié)約安裝工期2個月；

2)對于環(huán)吊施工總工期,由8個月縮短為6個月，總體工期節(jié)省2個月。未被釋放的2個月工期分別是：①環(huán)吊大車吊裝就位后，吊裝蒸發(fā)器、壓力容器、主管道等主設備需1個月[2]；②穹頂?shù)跹b就位后，完成中央拱架、檢修拱架及其他部件的機械調(diào)整、電氣連接/調(diào)試等工作需1個月。

圖5 環(huán)吊整體吊裝與分段吊裝安裝工期對比Fig.5 Comparison of overall hoisting period and sectional hoisting period of nuclear island ring crane

4 海外“華龍一號”環(huán)吊整體吊裝的先進性

4.1 減少吊裝，提升安全性能

采用“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝，大量高空作業(yè)在地面完成，將環(huán)吊大車的2次吊裝和環(huán)梁環(huán)軌的9次吊裝，均縮短為1次，減少吊裝次數(shù)的同時，環(huán)吊在高空調(diào)整時間相應縮短，進一步提升建造施工的安全性。

4.2 科學調(diào)配，提高資源效率

重型吊車在核電建設過程中具有極其重要的作用，屬于主要關鍵性資源。常規(guī)堆型核電建設過程中對重型吊車依賴和使用頻率居高不下，但其效率并不高。采用“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝，減少了環(huán)吊吊裝的頻次，在同一時間范圍內(nèi)相對擴大了重型吊車的使用范圍，緩解對重型吊車的依賴，相對提高了重型吊車的使用效率。

4.3 技術革新，順應時代需求

“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝是參建單位一項技術創(chuàng)新活動，保證安裝質(zhì)量的同時，兼具良好的安全性和可操作性。目前，國內(nèi)同行業(yè)核電項目建造僅采用“分段吊裝、組裝”的施工工藝?？ɡ婧穗婍椖俊碍h(huán)吊整體吊裝”施工工藝順利實施，順應了當前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”“核電走出去”的時代需求，提升了我國核電走出國門的核心競爭力。

4.4 工期優(yōu)化，環(huán)吊可用提前

由于環(huán)梁/環(huán)軌及環(huán)吊大梁均在地面進行拼裝，相對減少高空調(diào)整施工工期，且環(huán)吊大車的大部分電氣調(diào)試及運行小車穿繩工作在地面完成，運行小車載荷試驗用配重在穹頂扣頂前通過重型吊車一次引入并完成載荷試驗，使得環(huán)吊整體安裝工期縮短2個月，相對于國內(nèi)核電提前4個月實現(xiàn)環(huán)吊可用目標。

4.5 拓寬范圍，加大施工深度

實施“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝為主設備相關專業(yè)的施工提前釋放了工作面，使得多專業(yè)可平行施工，有效緩解了關鍵路徑工期緊張的壓力和風險[3]：

1)反應堆廠房的中心塔吊可以延緩1個月拆除，混凝土運輸與倒運可以直接由中心塔吊完成，加快了反應堆廠房內(nèi)部結構施工的進度。據(jù)統(tǒng)計，在穹頂?shù)跹b前，混凝土澆筑量可基本完成85%以上；

2)在吊裝主設備的空閑期間，可使用重型吊車或中心塔吊將反應堆廠房內(nèi)已到場的機械、通風設備提前吊裝引入就位，約78臺。

5 結束語

通過對“環(huán)吊整體吊裝”與“環(huán)吊分段吊裝”兩種施工工藝及工期的對比分析，有助于我們加深對“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝特殊性的了解。新工藝的實施提升了環(huán)吊施工過程的安全質(zhì)量控制，提高重型吊車使用效率，加大多專業(yè)交叉施工深度。使環(huán)吊提前4個月可用，節(jié)約了2個月的工期，突顯其優(yōu)勢和先進性。這不僅有力地提升了參建單位的施工技術能力，同時為后續(xù)核電建設環(huán)吊安裝提供了寶貴的技術借鑒和參考。