核島反應堆廠房安全殼鋼襯里雙曲面弧形穹頂拼裝及吊裝技術(shù)*

蔡 彪，劉 軍，李 斌，汪宇雄，張紅紅

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

廣西防城港“華龍一號”核島反應堆廠房安全殼鋼襯里由底板、截錐體、筒體、穹頂組成，穹頂是安全殼鋼襯里的封頂部分，由內(nèi)半徑30m的上部球缺和內(nèi)半徑8m的下部球帶組成，其中球缺高度為 7 439.6mm， 球帶高度為6 021mm，標高為45.445～58.905 6m，穹頂下口內(nèi)徑為45m，與鋼襯里筒體上口焊接連接。穹頂為由6mm厚鋼板、預埋件及焊接在外側(cè)的角鋼、焊釘組成的帶肋雙曲面殼體。

穹頂重221.3t，吊裝總重260.45t(包括結(jié)構(gòu)自重和內(nèi)部管道自重、調(diào)重心配重、外走道平臺、吊索具、吊鉤、桿頭至吊鉤間鋼絲繩自重等)；吊點13個，沿直徑41 968mm圓周均勻分布。穹頂采用一次性整體吊裝工藝，即穹頂預制塊在車間預制成型后，在現(xiàn)場拼裝成整體，并安裝內(nèi)部各工藝管道，使用大型履帶式起重機一次性整體吊裝就位。穹頂三維模型如圖1所示。

圖1 穹頂三維模型

2 施工工藝流程

穹頂拼裝工藝流程為：場地準備→定位放線→穹頂板吊裝就位→測量調(diào)整→余量切割→焊縫組對→焊接→無損檢測→幾何尺寸檢查→下一層拼裝。吊裝工藝流程為：吊裝前準備、檢查→掛吊索具→穹頂試吊→穹頂下口水平度調(diào)整→剎車調(diào)試→穹頂正式吊裝→穹頂起升→穹頂起升后回轉(zhuǎn)→起重機緩慢落鉤→調(diào)整就位→固定穹頂→摘鉤、起重機回轉(zhuǎn)、收車。

3 施工技術(shù)

3.1 穹頂現(xiàn)場拼裝

3.1.1拼裝場地準備

1)根據(jù)施工平面布置圖中確定的穹頂拼裝場地定位坐標，清理出1塊以此坐標為中心、半徑為24m的圓形場地。按場地布置圖設置2條人員、機具及材料等進出通道，具體位置根據(jù)現(xiàn)場實際情況設置。在預埋板上放出穹頂頂點投影點和定位角度投影十字線作為穹頂拼裝定位的基準點和基準線，每層分塊尺寸放出分層截面圓周投影線和分塊角度投影線。

2)根據(jù)穹頂拼裝需求，按鋼襯里穹頂腳手架施工方案搭設腳手架。

3.1.2第1層穹頂板拼裝

1)穹頂拼裝前，放出穹頂頂點投影十字線和定位角度線，作為穹頂拼裝定位的基準點和基準線；應放出各層穹頂板環(huán)向、縱向焊縫線和所有預埋件在場地上的投影線。

2)在牛腿上部放出R=22 500mm的圓周線，并將限位板點焊固定于圓周線兩側(cè)(限位板數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整)。

3)利用圓周上的角鋼預埋件架設第1層穹頂可調(diào)支撐。

4)搭設好豎向焊縫用走道、上口調(diào)整和環(huán)向焊縫焊接用走道，綁扎牢固并防滑，視現(xiàn)場情況鋪設安全網(wǎng)。

5)按設計圖紙排版，吊裝第1層穹頂板至對應位置。

6)由穹頂?shù)跹b方案可知，穹頂現(xiàn)場拼裝完成后，起重機起吊至反應堆廠房上方過程中，跟隨起重機大臂順時針轉(zhuǎn)動約101°。即若穹頂現(xiàn)場拼裝角度與反應堆廠房現(xiàn)場施工角度一致，則起重機吊裝穹頂至反應堆上方時，本體需逆時針轉(zhuǎn)動約101°才能就位。為避免穹頂就位因轉(zhuǎn)動角度過大造成施工困難，在現(xiàn)場提前逆時針轉(zhuǎn)動101°進行拼裝。

7)利用牛腿上限位板和楔鐵調(diào)整穹頂板下口內(nèi)側(cè)與R=22 500mm的圓周線重合；同時，將無余量的一側(cè)調(diào)整至與地面分塊角度線重合，采用可調(diào)支撐調(diào)整好上口標高和半徑，利用線墜或全站儀檢查。

8)根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇吊裝順序，第2塊穹頂板無余量一側(cè)搭接在第1塊穹頂板有余量一側(cè)上方。采用與第1塊穹頂板相同的方法調(diào)整第2塊穹頂板下口與上口及定位角度符合要求后，再用相同方法吊裝就位其他板，依次搭接，并做好臨時加固。

9)待整層穹頂板就位后，再整體測量調(diào)整，調(diào)整至半徑、角度線、標高均符合要求。

10)就位符合要求后，開始豎向焊縫(伸縮縫除外)余量切割并組對，從外側(cè)沿每塊板無余量一側(cè)與相鄰板搭接線進行切割，單塊分塊板余量切割完成后，即可進行組對、焊接作業(yè)。

11)穹頂?shù)?層拼接縫在穹頂板整體就位、組對完成后進行焊接，預留的2條伸縮縫最后焊接。

12)焊縫無損檢驗合格后，組對、焊接焊縫兩側(cè)豎向和環(huán)向的連接角鋼。

3.1.3第2層穹頂板拼裝

1)使用測量儀器定位出第1層穹頂上口理論線，并取多點測量第1層穹頂上口半徑值，沿理論線相隔一定間距點焊鉤鐵。

2)搭設好第2層穹頂板的支撐塔架、可調(diào)支撐、豎向焊縫焊接走道、上口調(diào)整和環(huán)向縫焊接用走道，各塔架間用腳手管加固和支撐。

3)按設計圖紙排版，依次吊放第2層穹頂板，吊裝順序同第1層，下口搭接在第1層上口。以第1層上口的鉤鐵定位，上口支撐在塔架可調(diào)支撐上。

4)組對和焊接豎向焊縫，方法同第1層。

5)豎向焊縫(伸縮縫除外)點焊組對完成后，調(diào)整、組對與第1層的環(huán)向焊縫。以第2層下口為基準，切割第1層的上口余量，利用間隙板調(diào)節(jié)上、下2層穹頂板間的間隙，對環(huán)向焊縫間隙進行細調(diào)。經(jīng)檢查合格后，開始組對與第1層的環(huán)向焊縫，環(huán)向焊縫以伸縮縫旋轉(zhuǎn)90°后的拼接立縫處為初始起點，向兩側(cè)逆時針或順時針點焊(伸縮縫左、右各預留1 500mm環(huán)向焊縫不焊接)。

6)測量及調(diào)整該層穹頂板半徑、周長，根據(jù)實際情況對伸縮縫處弧長余量進行切割。

7)弧長余量切割后，組對伸縮縫、預留縫進行焊接施工。

8)其余施工步驟與第1層方法相同。

3.1.4第3，4層穹頂板拼裝

第3，4層穹頂板拼裝方法同第2層，第4層拼裝完成后，吊裝直徑3.0m圓蓋，與第4層進行組對焊接。

3.1.5穹頂預埋件安裝

1)穹頂拼裝完成后，組裝和焊接穹頂上預埋件。

2)安裝預埋件前，根據(jù)設計圖紙在地面上放出預埋件定位中心在下口水平截面的投影點，再用全站儀投射至穹頂板上。

3)在預埋件上標出十字線，作為裝配時的定位軸線，加強板中心線及穹頂板上2條中心線對齊。組對完成后按合格的焊接工藝施焊。

3.1.6穹頂?shù)醵惭b

1)穹頂?shù)醵?3個，穹頂整體拼裝完成后進行吊耳組對焊接。

2)根據(jù)穹頂?shù)醵贾脠D，確定吊耳安裝位置，并在相應位置放出吊耳加勁板定位線。

3)組對并檢查合格后，嚴格按焊接工藝卡的要求焊接穹頂?shù)醵鷺?gòu)件并檢測合格。

3.2 穹頂?shù)跹b

3.2.1穹頂?shù)跹b前防碰撞檢查

為保證穹頂?shù)跹b順利進行，在吊裝前，采用三維模擬對穹頂進行了防碰撞檢查。穹頂?shù)跹b前，內(nèi)部風管、噴淋管已安裝，環(huán)吊已就位(就位角度145°)，三維建模模擬穹頂就位過程進行穹頂安裝物項與環(huán)吊防碰撞檢查。根據(jù)計算，穹頂最大偏移量為398mm。檢測分為3類。

1)第1類 穹頂與已安裝物項距離<500mm，吊裝時有碰撞風險，共1處。環(huán)吊主小車電纜滑軌立柱高46.818m，理論距離噴淋管341mm，距離安全殼550mm。措施：拆除電氣梁兩端立桿及相應軌道。

2)第2類 穹頂與已安裝物項距離為500～1 000mm， 吊裝時需重點關(guān)注，共2處。環(huán)吊主小車端部欄桿距穹頂最小理論間距796mm；措施：環(huán)吊吊裝前，將主小車安放在靠中心位置。EUH支架與環(huán)吊中央拱架檢修爬梯最小間距903mm；措施：吊裝時環(huán)梁上設置專人值守。

3)第3類 距離>1 000mm，滿足吊裝安全理論距離要求，共5處。中央拱架與中央滑環(huán)理論最小間距1 387mm;上、下拱架直爬梯與管道理論最小間距1 979mm;拱架欄桿與管道理論最小間距 1 948mm； 風管與拱架欄桿理論最小間距1 158mm(異形位置)，1 595mm；自備檢修拱架與穹頂理論最小間距1 556mm。

3.2.2吊索具連接

吊索具使用前要進行相應的荷載試驗和無損檢測，檢查是否存在裂紋等安全隱患，保證吊索具安全使用。吊索具驗收通過后，進行連接工作。先連接中間部分索具，后連接吊鉤，最后連接吊索具與穹頂。

鋼絲繩類索具須做好成品保護工作，須在鋼絲繩下方鋪設帆布等與地面隔離。索具須按對稱掛設的原則實施，如圖2所示。

圖2 索具掛設示意

3.2.3模擬吊裝

起重機通過模擬正式吊裝時的動作，來反映吊裝的合理性，并驗證吊裝時各構(gòu)筑物與鋼襯里穹頂、起重機安全距離是否滿足要求，總結(jié)過程中出現(xiàn)的問題和不足，并及時修正或完善。

3.2.4試吊裝

模擬吊裝完成后，將吊索具吊起并與鋼襯里穹頂?shù)醵B接，緩慢起吊，起重機負荷達2 000kN左右時，停止起吊，再次檢查并確認除索具、調(diào)平配重、防擺配重之外的其他所有連接是否已全部拆除。繼續(xù)加載，當穹頂完全離開支撐點后，停止提升，確認穹頂穩(wěn)定后，解除穹頂與8塊防擺配重的連接。再次緩慢起升，使穹頂下口離開支撐點500mm后停止提升，測量穹頂下口水平度，用鋼板尺測量穹頂下口各點與其下方支撐點之間的距離，若距離之差>300mm，則需要通過增減配重的方法對穹頂進行調(diào)平，待穹頂下口高差<300mm停止調(diào)平。

起重機在1m高度內(nèi)進行起升和下降，調(diào)試剎車。剎車調(diào)試完成后，如各項條件允許可進行正式吊裝；若條件不允許則在每個支撐面上墊木方后將穹頂落回原位，起重機保持500kN受力狀態(tài)停止動作，并實時隔離吊裝現(xiàn)場，等待下一步吊裝指令的下達，試吊結(jié)束后，對主吊耳與角鋼焊縫進行目視檢查和液體滲透檢測。

3.2.5正式吊裝

1)起重主指揮在接到起吊指令后，向起重機操作員發(fā)布起吊信號，起重機操作員鳴笛3聲后開始起鉤。

2)穹頂起升至下口離地0.5m時，保持靜置，待穹頂狀態(tài)穩(wěn)定后繼續(xù)起升。

3)開始起吊時，起重主指揮在地面指揮，在起重機完成起升穹頂下口離地15m高度時，起重主指揮將指揮權(quán)移交給內(nèi)安全殼標高44.470m平臺輔助指揮，通過通道向平臺進行轉(zhuǎn)移，到達平臺后，輔助指揮將指揮權(quán)移交給起重主指揮。

4)穹頂下口起升至高度63.000m，起重機開始順時針回轉(zhuǎn)101°。

5)當穹頂回轉(zhuǎn)至核島正上空時停止回轉(zhuǎn)，以環(huán)吊中央拱架上的輔助指揮判斷為依據(jù)，初步調(diào)整穹頂中心與核島中心位置。站在環(huán)吊拱架上的輔助指揮監(jiān)護整個過程。

6)起重機緩慢落鉤，當穹頂下口距離筒體壁板上口4m時停止下降，再次調(diào)整穹頂中心與核島中心位置。

7)起重機繼續(xù)緩慢落鉤，當穹頂下口距離筒體壁板上口1.5m時停止下降，檢查穹頂就位時用于調(diào)整的千斤頂位置準確無誤，固定完好。

8)微調(diào)穹頂位置，使穹頂下口與筒體壁板上口對中，使用輔助工裝確保穹頂通過導向柱準確落位在筒體壁板正上方。

9)起重機繼續(xù)緩慢落鉤至穹頂下口與筒體壁板上口相距300～500mm時，掛上輔助就位用的倒鏈，確保穹頂通過導向柱準確落位在筒體壁板正上方。

10)起重機繼續(xù)緩慢落鉤的同時利用倒鏈來調(diào)整穹頂位置，倒鏈上端與穹頂下口環(huán)向角鋼上的吊耳連接，倒鏈下端與預埋件上的吊耳連接，使穹頂下口滑入徑向限位內(nèi)，穹頂上的環(huán)向限位與筒體上的環(huán)向限位貼合。

11)起重機繼續(xù)緩慢落鉤，當距離壁板上口100mm時停止下降，檢查并確認各點是否均在徑向限位內(nèi)，環(huán)向限位是否完全貼合，若錯邊量較大，穹頂無法順利進入徑向限位，摘鉤前可使用千斤頂進行輔助調(diào)整。

12)檢查并確認無誤后，繼續(xù)緩慢落鉤，使穹頂逐漸與筒體9層壁板上的間隙調(diào)節(jié)板接觸，穹頂落在臨時支撐千斤頂上后，檢查、調(diào)整每臺千斤頂使其完全受力，此時起重機吊鉤未完全解除受力，應保持至少50%的受力。

13)檢查支撐千斤頂，保證均完全受力后，起重機落鉤，拆除吊索具與吊耳的連接，在輔助指揮確認后，起重主指揮指揮起重機回轉(zhuǎn)、收車。

4 結(jié)語

穹頂拼裝及吊裝施工中，穹頂拼裝場地未發(fā)生牛腿沉降、偏移等問題，其平面度偏差、承載力及穹頂腳手架支設滿足穹頂拼裝過程中所需的安全、質(zhì)量要求，穹頂拼裝順利進行；在反應堆廠房穹頂?shù)跹b過程中，指揮系統(tǒng)有條不紊，穹頂起吊平穩(wěn)牢固，整個吊裝過程中，穹頂?shù)跹b系統(tǒng)與障礙物之間的安全距離滿足要求。核島安全殼穹頂在拼裝和吊裝過程中，質(zhì)量一直處于受控狀態(tài)，同時為施工進度提供了有力保障。