華龍一號預(yù)應(yīng)力施工工藝優(yōu)化

苗曉強 陳雄

中核工程咨詢有限公司福建分公司 福建福州 350000

福清核電5/6#機組“華龍一號”是在我國已經(jīng)掌握的成熟核電技術(shù)基礎(chǔ)上，按照國家最新法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，通過實施一系列重要安全設(shè)計和技術(shù)改進形成的中國先進壓水堆核電品牌，其安全和技術(shù)指標(biāo)達到了國際三代核電站的要求。華龍一號肩負著核電及其裝備走出去的重任，其首堆建設(shè)的質(zhì)量、工期和成本將對后續(xù)國內(nèi)核電發(fā)展和核電走出去的國家戰(zhàn)略產(chǎn)生重要影響[1]。

反應(yīng)堆廠房作為華龍一號的核心區(qū)域，主要由內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)層安全殼和外層安全殼組成（見圖1）。內(nèi)層安全殼是包容核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)（NSSS）的主要物項，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量高低關(guān)系到內(nèi)層安全殼的質(zhì)量乃至整個核電站的安全。

華龍一號預(yù)應(yīng)力的布置、作業(yè)條件和設(shè)備等較M310堆型差異性較大，無相應(yīng)施工經(jīng)驗，施工難度較大。而預(yù)應(yīng)力施工完成是后續(xù)冷熱試的前提，提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量和效率是保證華龍一號施工質(zhì)量和工期的關(guān)鍵。

1 工程簡介

華龍一號內(nèi)層安全殼共有預(yù)應(yīng)力鋼束221束，分為倒U形鋼束及環(huán)向鋼束，其中倒U形鋼束共94束，環(huán)向鋼束共127束。環(huán)向鋼束分為筒體環(huán)向鋼束106束和穹頂環(huán)向鋼束21束（見圖2）。

預(yù)應(yīng)力施工共分為7個階段，其中1、3、5階段為華龍一號首次采用的倒U形鋼束，2、4、6階段為環(huán)向鋼束，第7階段為監(jiān)測鋼束。施工時倒U形鋼束在廊道及穹頂處施工，環(huán)向鋼束主要在位于內(nèi)層安全殼扶壁柱上預(yù)應(yīng)力張拉平臺上施工。

圖1 反應(yīng)堆廠房剖面圖

圖2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置示意圖

2 施工工藝介紹

華龍一號預(yù)應(yīng)力鋼束有環(huán)向和倒U兩種形式，其施工工藝略有不同。環(huán)向鋼束施工流程如下：張拉平臺搭設(shè)→孔道編號→通球→鋼絞線及穿束機就位→鋼絞線穿束→錨夾具安裝→等應(yīng)力張拉→正式張拉→外露鋼絞線切割→灌漿帽安裝→氣密性試驗→制漿與灌漿。環(huán)向鋼束在穿束時單根穿束，而倒U型鋼束則需要編束后進行整體穿束[2]。

華龍一號預(yù)應(yīng)力鋼絞線編束、鋼絞線穿束、錨夾具安裝、張拉等工藝與前期M310機組有較大差異，是影響施工質(zhì)量和進度的關(guān)鍵工序，通過五號機組的實踐和優(yōu)化對后續(xù)華龍一號建設(shè)有重大意義。

3 施工工藝優(yōu)化

3.1 倒U形鋼束鋼絞線編束施工優(yōu)化

5#機組倒U形鋼束采用整體穿束法，設(shè)置單根布線管（見圖3）將55根鋼絞線編成一束用于整體穿束。在5#機組鋼絞線編束過程中出現(xiàn)編束受阻的問題共計132次，而重新穿束需要2h，導(dǎo)致編束施工成本增加，作業(yè)時間延長。

編束孔道空間的擴大是解決受阻問題的關(guān)鍵，需要對布線方式進行合理優(yōu)化，將單根布線管改成雙布線管是有效的解決措施。雙布線管是由一根鋼導(dǎo)管和一根波紋管組成（如圖4），編束施工時，鋼導(dǎo)管內(nèi)由穿入的鋼絞線55根減少到40根，而波紋管內(nèi)穿入其余的15根鋼絞線。雙布線管布置的方式可以極大降低編束受阻的發(fā)生概率，同時可以在廊道內(nèi)布置兩組雙布線管，使編束施工形成流水作業(yè)，有效縮短編束周期。

圖3 單布線管示意圖

圖4 雙布線管示意圖

3.2 鋼絞線穿束牽引材料優(yōu)化

預(yù)應(yīng)力孔道埋設(shè)時需要預(yù)留鐵絲用于通球?qū)嶒?，在穿束前需將鐵絲置換為鋼絲繩用于牽引鋼絞線整體穿束。而福清核電站靠海而建，空氣中氯離子含量較大，加之預(yù)留鐵絲時間太長，導(dǎo)致鐵絲銹蝕嚴重，容易出現(xiàn)斷裂。

在5#機組鋼絲繩置換鐵絲過程中出現(xiàn)了多次預(yù)留鐵絲斷裂的問題，而重新牽引鋼絲繩，難度極大，處理時間較長，最長一次超過一天，影響預(yù)應(yīng)力整體施工進度，同時存在較大安全風(fēng)險。

更換前期預(yù)留通球所需的鐵絲是避免問題出現(xiàn)的關(guān)鍵，根據(jù)福清環(huán)境條件，采取尼龍纖維等柔軟的有機材料是最好的選擇?；谀透g、防切割和耐磨性能的考慮及費用的比較，確定用直徑12mm的登山繩作為后續(xù)預(yù)留的通球?qū)嶒灢牧?，同時將6#機組已經(jīng)預(yù)留的鐵絲立即更換，避免后續(xù)斷裂問題的發(fā)生。

3.3 錨夾具安裝施工工裝優(yōu)化

鋼絞線張拉錨夾具由錨固塊和夾片組成，是預(yù)應(yīng)力混凝土中所用的永久性錨固裝置，是為保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力并將其傳遞到混凝土內(nèi)部的錨固工具。夾片安裝質(zhì)量是影響預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的重要因素，夾片漏裝會導(dǎo)致錨具無法保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力張拉失敗。

華龍一號預(yù)應(yīng)力鋼束由55根鋼絞線組成，需要55套夾片，而錨固塊安裝完成后鋼絞線密集（見圖5），加之照明影響，容易在安裝過程中出現(xiàn)漏裝情況。在5#機組夾片安裝過程中出現(xiàn)多次漏裝的問題。

安裝夾片數(shù)量明確易檢查是避免漏裝問題的方向，根據(jù)夾片數(shù)量制作一套工裝是最有效的解決措施。該工裝由5×11的格子組成，夾片的數(shù)量與每根鋼束的需求相對應(yīng)（見圖6），當(dāng)夾片安裝完畢后，通過目視檢查工裝內(nèi)是否剩余夾片便可避免夾片漏裝情況，保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。工裝投入使用后，杜絕了由于漏裝夾片導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力張拉返工問題的出現(xiàn)。

圖5 夾片安裝完后檢查是否漏裝

圖6 盛放夾片的工裝

3.4 鋼絞線張拉千斤頂安裝方式優(yōu)化

鋼絞線張拉是整個預(yù)應(yīng)力施工過程中最為重要且風(fēng)險最大的一個施工工序。倒U形鋼束張拉時使用型號為C1500F的千斤頂，其重量為2.8T。5#機組施工時使用叉車進行千斤頂?shù)陌惭b和調(diào)整，叉車動力的穩(wěn)定性難以滿足千斤頂安裝的精度，在千斤頂位置微調(diào)時需要反復(fù)多次，且千斤頂無法固定在叉車上，存在墜落風(fēng)險。導(dǎo)致單根孔道張拉需要2小時以上，且安全風(fēng)險較高[3]。

根據(jù)華龍一號承壓板的型號和外觀的分析，在承壓板上設(shè)置吊耳工裝調(diào)整千斤頂，能有效保證千斤頂調(diào)整安裝和微調(diào)的精度要求。吊耳工裝采用20mm厚Q235鋼板和φ20mm圓鋼加工而成，并開設(shè)兩個與承壓板螺栓相一致的螺栓孔，吊耳工裝用8.8級螺帽緊固在承壓板兩側(cè)。該措施有效地保證了千斤頂?shù)陌惭b質(zhì)量，縮短了張拉工期。

4 水平預(yù)應(yīng)力操作面擴展優(yōu)化

華龍一號為雙層安全殼結(jié)構(gòu)，雙殼最小間距為1.8m，是環(huán)向鋼束施工的主要場所，且所有的施工工藝都需要借助張拉平臺進行，環(huán)向鋼束施工的工作面狹小，是影響預(yù)應(yīng)力施工進度的主要因素。

為增加環(huán)向鋼束施工的工作面，在內(nèi)外殼之間扶壁柱區(qū)域搭設(shè)-8m至+16m的操作架。整個操作架由扶壁柱兩側(cè)區(qū)域（架體2、3）及扶壁柱區(qū)域（架體1）三部分組成。架體2、3又分為4個區(qū)域，區(qū)域1為直爬梯及油泵放置平臺，區(qū)域2、3為穿束工作平臺，區(qū)域4為穿束機、千斤頂工作平臺。

操作架搭設(shè)完成后，16m以下鋼束在操作架上進行施工，16m以上鋼束在張拉平臺上進行施工，兩個操作面互不影響，可同時進行施工，有效節(jié)約了環(huán)向鋼束施工周期。

5 結(jié)語

通過對華龍一號5#機組預(yù)應(yīng)力施工問題總結(jié)，從工藝優(yōu)化和工作面擴展兩方面進行思考分析，提出了五條后續(xù)預(yù)應(yīng)力施工時可以采用優(yōu)化措施，且在6#機組中已得以應(yīng)用，6#機組預(yù)應(yīng)力施工總工期節(jié)約25天以上，極大的提高了6#機組預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，加快了預(yù)應(yīng)力施工進度。

以上優(yōu)化措施可以在后續(xù)“華龍一號”的預(yù)應(yīng)力施工中借鑒，對避免預(yù)應(yīng)力質(zhì)量問題，加快施工進度有一定意義。