核電站超大環(huán)形IRWST水池外環(huán)天花模塊化施工技術(shù)*

栗建博，劉 軍，楊華俊，李 斌，康 軍

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

安全殼內(nèi)換料水貯存箱IRWST水池外環(huán)天花分布于半徑為17.31～21.80m圓環(huán)中的134°～360°～43°范圍內(nèi)，主要構(gòu)件包括覆面板、折彎件、預埋板、套管、U型鋼錨固組件、人孔、泄漏收集槽。天花由近百張4mm厚不銹鋼薄板拼接而成，總焊縫長600m，單塊覆面板最大為4 000mm×1 250mm，焊縫背面未設(shè)置墊板，整個天花覆面板表面未設(shè)置斜形錨固組件，同時布置大量的預埋件組件，焊縫布置緊密。天花焊縫質(zhì)量要求極其嚴苛，需進行100%VT+100%LT+100%PT+100%RT，不允許有任何缺陷。同時，天花平整度要求高，最大允許偏差為10mm/m。不銹鋼水池外環(huán)天花如圖1所示。

圖1 不銹鋼水池外環(huán)天花俯視圖

通過分析天花吊裝受力情況，將天花合理化分為12個模塊，單個模塊最重1.51t，面積約為20m2。天花施工分為模塊車間預制和現(xiàn)場拼裝階段，模塊間拼接焊縫留有調(diào)節(jié)余量，用于精確組對模塊現(xiàn)場就位后的焊縫。同時通過有限元分析每個模塊吊裝受力分布，確定最佳吊點，盡可能減少模塊吊裝過程中的變形。天花模塊分布如圖2所示。焊縫長度與質(zhì)量分布如表1所示。

圖2 不銹鋼水池外環(huán)天花模塊分布

表1 天花模塊焊縫長度與質(zhì)量分布

2 技術(shù)要點

1)天花為超大環(huán)形薄板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)錨固組件無法支撐天花整體成型吊裝，故重新進行分塊設(shè)計，通過分析天花吊裝受力情況，將天花合理化分為12個模塊，以保證單個模塊吊裝變形量在可控范圍內(nèi)。

2)構(gòu)成天花的主體為4mm厚不銹鋼薄板，單條焊縫最長達4m，由于未設(shè)置墊板，焊接具有易變形、難控制的特點，天花上小型組件布置較多，導致同一部位焊縫布置緊密，應從焊接工藝、操作平臺、工裝布置、焊接方法、焊接順序等方面控制焊接變形，以保證最終平整度達標。

3 工藝流程

3.1 車間流水化作業(yè)流程

車間分為下料區(qū)、制作區(qū)及成品堆放區(qū)，其中零件下料區(qū)用以存放待用的原材料及初步加工的半成品材料，應有明顯的標識牌，包括材料名稱、材料規(guī)格、使用部位。制作區(qū)采用隔離帶或欄桿分為不同制作區(qū)域，在每個區(qū)域明顯位置標識制作物項信息，成品堆放區(qū)按照構(gòu)件種類劃分為不同堆放區(qū)域，同時制作信息標識牌。車間流水化作業(yè)如圖3所示。

圖3 車間流水化作業(yè)

3.2 模塊預制及現(xiàn)場拼裝流程

模塊預制流程如下：下料→零件組對→小模塊組拼→大模塊組拼→校正及整體尺寸驗收。模塊拼裝流程如下：搭設(shè)現(xiàn)場支撐體系→定位放線→模塊吊裝→組拼模塊及預埋物項→驗收整體尺寸。

4 主要施工方法

4.1 車間預制操作要點

4.1.1平臺搭設(shè)

根據(jù)模塊焊縫布置，合理設(shè)計拼裝平臺結(jié)構(gòu)。按照平臺預制詳圖進行零件下料，重點控制尺寸偏差。按照焊接節(jié)點圖拼接平臺，焊接后的結(jié)構(gòu)平整度誤差控制在10mm/m內(nèi)。

4.1.2下料

天花單個模塊零件包括覆面板、彎板、U型鋼背肋。

1)覆面板根據(jù)加工圖劃線，車間下料通常采用激光切割機切割，短件和薄件也可采用剪板機下料，需保證坡口角度及直線度，減小組對間隙偏差。

2)直邊彎板按照加工圖下料后折彎，在長度方向上沿覆面板每邊預留≥30mm余量，在現(xiàn)場拼裝時切割。

3)弧面彎板下料時在寬度方向上預留≥20mm余量，先折彎成直角，再進行弧度加工，需嚴格控制折彎角度，寬度方向上的余量在折彎后進行切割，長度上的余量在現(xiàn)場拼裝時進行切割。

4)將U型鋼背肋按照加工圖進行切割。

5)下料后的不銹鋼應采用專用記號筆進行標識。

4.1.3U型鋼背肋網(wǎng)片焊接

1)在車間U型鋼制作區(qū)內(nèi)焊接U型鋼錨固組件。

2)U型鋼表面需與覆面板緊貼，其平整度直接影響覆面板平整度，錨固組件焊接時需重點控制與覆面板接觸面的平整度。

3)U型鋼對接要求滿焊。

4.1.4覆面坡口加工

覆面板均需加工成V形坡口，以滿足焊接工藝要求，車間采用坡口加工機加工坡口，保證坡口打磨精度。

4.1.5覆面板組對、焊接

1)覆面板焊接完成后，切除與彎板對接邊的余量，在車間拼裝平臺上與彎板組對，沿焊縫位置在覆面板側(cè)設(shè)置配重塊，并沿焊縫設(shè)置防變形卡板，以減小焊接變形。

2)焊接工藝、焊接順序嚴格按照焊接工藝卡執(zhí)行，點焊和正式焊接時，在焊縫背面做充氬保護，保證焊接質(zhì)量。

4.1.6覆面板翻身

覆面板采用起重機翻身，翻身過程如下：①階段1 吊鉤與翻身工裝相連；②階段2 吊鉤起升，使覆面板與地面垂直；③階段3 覆面垂直狀態(tài)下，落至地面，吊鉤緩慢做擺鉤和下落動作，覆面板完成翻身，如圖4所示。翻身工裝如圖5所示。

圖4 覆面板翻身示意

圖5 覆面板翻身工裝

4.1.7U型鋼與覆面板焊接

U型鋼背肋與覆面板間的角焊縫既可采用仰焊，也可在覆面板翻身后平焊，焊接時必須設(shè)置防變形措施，在焊縫相應位置設(shè)置配重。

4.2 現(xiàn)場拼裝操作要點

4.2.1現(xiàn)場支撐體系搭設(shè)

1)合理搭設(shè)腳手架，盡量避免用于鋼筋施工的腳手架無法適用于鋼覆面安裝而重復搭拆。

2)根據(jù)覆面板形狀搭設(shè)腳手架，腳手架應有上下爬梯，便于施工人員操作。埋件、人孔、套管、外環(huán)導流槽在覆面板焊接后安裝，腳手架應預留安裝和焊接操作空間，焊縫位置腳手架立桿間距500～600mm，模板沿焊縫預留300mm，用于焊縫背面保護和焊后檢測等。模板鋪設(shè)完畢后，抄平模板整體，確保符合天花板位置和平整度公差要求。

圖1中,光路系統(tǒng)DFB激光器、準直器和角反射器構(gòu)成,DFB激光器經(jīng)過調(diào)制驅(qū)動后,輸出的光信號經(jīng)過光學準直后,照射到待測甲烷氣體上,然后通過角反射器反射后,再一次照射過甲烷氣體,經(jīng)過光電探測器接收并轉(zhuǎn)換為電信號,采用這種光路架構(gòu)可以減少額外損失的光能量,光電探測器能接收到較高的光功率,輸出信號的信噪比較高[4]。

3)應采用新模板，光滑的一面朝上。

4.2.2天花吊裝就位

1)天花覆面板正式吊裝前，在模板上放出覆面板安裝線，作為天花覆面板就位基準線。

2)模塊吊裝前，提前確認鋼筋位置，就位空間不滿足要求時，需提前處理。

3)根據(jù)覆面板位置，采用塔式起重機將覆面板吊裝就位。

4)模塊在車間下胎前已設(shè)置吊耳，吊裝前需再次確認吊點、吊耳焊縫。吊裝工裝上部2個吊耳通過吊帶與塔式起重機吊鉤相連，工裝下部吊耳通過吊帶與覆面板上設(shè)置的吊耳相連，所用吊帶承載力≥20kN。吊裝工裝根據(jù)天花模塊特點，設(shè)計為扁擔梁結(jié)構(gòu)形式。覆面板上布置的吊裝吊耳經(jīng)專業(yè)的受力分析軟件模擬計算后，不會在吊裝過程中使天花模塊產(chǎn)生超差變形。吊裝工裝如圖6所示。模塊在車間預制過程中，上、下胎模在裝卸車時均要整體吊裝，經(jīng)觀察，模塊吊裝變形可接受。

圖6 吊裝工裝

4.2.3鋼覆面組對、焊接

1)覆面板在車間沿模塊寬度和長度方向均有余量，覆面板安裝前，要檢查構(gòu)件規(guī)格型號，按照圖紙尺寸，覆面板調(diào)整好位置后，沿焊縫位置劃出切割線，切除相應余量，采用打磨法加工坡口。

2)焊接前仔細檢查焊接坡口形式、間隙、有無錯邊，核對焊絲型號、清理坡口。焊接防變形措施如下：①沿焊縫設(shè)置配重，在不影響焊工操作的情況下，配重靠近焊縫20～30cm；②沿焊縫設(shè)置防變形卡板，鋼覆面錯開設(shè)置正面、背面卡板，間距約50cm；③合理安排焊接順序 外環(huán)天花鋼覆面僅4mm厚，因此易因焊接順序不當造成嚴重的焊接變形。采用2名焊工從中間向兩邊同時分段退焊的方法，焊接參數(shù)按照工藝卡要求執(zhí)行，焊接順序如圖7所示。A，B表示2名焊工，1～8表示焊接順序，短箭頭表示焊工施焊方向，長剪頭表示焊縫增長方向，圖中以250mm為分段間距，現(xiàn)場焊接時，建議分段間距控制在100～250mm，越短越好。

圖7 分中分段退焊示意

3)施工現(xiàn)場注意防風防雨，焊接時應嚴格控制焊接環(huán)境，按焊接工藝卡規(guī)定的焊接參數(shù)施焊。施焊時，環(huán)境溫度≥-10℃，焊件溫度≥5℃，現(xiàn)場相對濕度<90%，風速≤2m/s。施工時，應防止影響電弧穩(wěn)定的空氣對流。

4.2.4組件安裝

1)預埋板、人孔、套管與覆面板焊接采用坡口焊，切割后現(xiàn)場打磨坡口。附屬構(gòu)件焊接前，防變形措施盡可能到位。沿焊縫設(shè)置配重，在不影響焊工操作的情況下，配重盡量靠近焊縫，沿焊縫設(shè)置防變形卡板，采取分段退焊焊接法。

2)套管焊接時，在套管附近的鋼覆面背面?zhèn)群附优R時吊耳，使用倒鏈一端連接吊耳，另一端連接腳手架，控制焊接變形。

3)焊接后按照設(shè)計要求，對焊縫進行無損檢測。

4)人孔、套管、外環(huán)導流槽尺寸較大，焊接前需測量上下口位置，并設(shè)加固措施?？刹捎眯弯搶⑷丝住⑻坠?、外環(huán)導流槽與周圍U型鋼相連，以保證混凝土澆筑后物項精度滿足施工要求。

5)組件焊接對溫度、濕度的要求與鋼覆面焊接一致。

4.2.5泄漏收集槽安裝

現(xiàn)場彎板焊接、RT檢測后，安裝泄漏收集槽。泄漏收集槽除跨越2個模塊的部分，其余均在車間焊接?，F(xiàn)場焊縫分為泄漏收集槽與折彎板間的焊縫，及泄漏收集槽與塞片孔間的焊縫。泄漏收集槽在塞片孔位置斷開，外部U形件與塞片孔為搭接焊，節(jié)點如圖8所示。

圖8 收集槽節(jié)點

泄漏收集槽與覆面板相焊接，背部與彎板間采用防水層進行密封，防止混凝土滲入，收集槽與覆面板連接節(jié)點如圖9所示。

圖9 收集槽與覆面板連接節(jié)點

4.2.6鋼筋綁扎、混凝土澆筑

鋼覆面支撐加固后綁扎鋼筋，再澆筑混凝土。鋼筋綁扎前，在鋼覆面上涂刷防塵漆進行保護。鋼筋綁扎時，應避免鋼筋碰撞、砸傷不銹鋼覆面，應及時將剩余的鋼筋頭清出覆面區(qū)域。頂板覆面不允許存在綁扎鋼筋的鐵絲、焊條頭等異物，混凝土澆筑前必須清理干凈，確保無雜物。混凝土澆筑時振搗器應避免碰撞鋼覆面。

4.2.7澆筑后鋼覆面整體尺寸復驗

混凝土澆筑后，檢查覆面板有無污染、損傷、變形等缺陷，并檢查覆面板標高及平整度是否在允許范圍內(nèi)，出現(xiàn)超差時，先制定處理措施，經(jīng)各方同意后按照相關(guān)程序進行處理。

5 結(jié)語

不銹鋼水池外環(huán)天花預制及安裝施工工期3個月，縮短近1個月工期，平整度控制在5mm/m內(nèi)，通過應用該技術(shù)，實現(xiàn)IRWST水池外環(huán)天花預制流水化施工，極大提高施工效率，尺寸精度達到設(shè)計要求，克服大尺寸薄鋼板焊接變形較大的問題，為防城港核電3，4號機組順利施工提供保障。實踐證明，不銹鋼水池外環(huán)天花模塊化制作拼裝技術(shù)使天花質(zhì)量整體可控，可有效縮短施工工期，為超大型環(huán)形不銹鋼薄板結(jié)構(gòu)安裝提供了良好的施工思路。