“華龍一號”鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊化施工技術(shù)

摘 要：“華龍一號”核電鋼襯里環(huán)形吊車梁牛腿是核島的關(guān)鍵設(shè)備，其模塊化施工技術(shù)是鋼襯里全模塊化施工的核心和最先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)將鋼襯里、環(huán)吊牛腿和環(huán)形平臺等結(jié)構(gòu)組合設(shè)計為模塊，利用專用吊索具系統(tǒng)等創(chuàng)新技術(shù)，解決了傳統(tǒng)施工中的難題。此方法融合多專業(yè)設(shè)計和施工思路，優(yōu)化了環(huán)吊組件安裝、核島開頂法及主線工期，并為后續(xù)類似工程提供了參考，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：華龍一號；環(huán)吊牛腿模塊；鋼襯里全模塊化

中圖分類號：TM 62 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著人們安全意識增強(qiáng)，國家對核安全監(jiān)管要求也越來越嚴(yán)，各堆型核電技術(shù)發(fā)展逐步向著模塊化、裝配式方向發(fā)展，應(yīng)用模塊化施工工藝可直接提升產(chǎn)品品質(zhì)，在降低施工安全風(fēng)險、提高施工功效方面效果顯著，目前核電建造技術(shù)主推“能模盡模、應(yīng)模盡?！?。“華龍一號”作為目前國內(nèi)最先進(jìn)的核電技術(shù)之一，鋼襯里全模塊化施工是目前核電行業(yè)領(lǐng)先施工技術(shù)，鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊化技術(shù)是鋼襯里全模塊化施工技術(shù)的核心技術(shù)和最先進(jìn)技術(shù)，因此，對模塊化施工技術(shù)具有引領(lǐng)和指導(dǎo)意義。

1 技術(shù)背景

“華龍一號”鋼襯里是反應(yīng)堆廠房安全殼的關(guān)鍵組成部分，具備防泄漏功能，并符合核安全2級、抗震I類、質(zhì)保QA1級標(biāo)準(zhǔn)。鋼襯里筒體外徑為46.8m，分布有45件環(huán)吊牛腿、大直徑貫穿件套筒和雙層環(huán)形吊車檢修平臺。環(huán)吊牛腿是環(huán)形吊車的支撐結(jié)構(gòu)件，通過加厚板與鋼襯里筒體連接，背部分布加強(qiáng)板及錨固鋼筋，錨固在核島預(yù)應(yīng)力混凝土內(nèi)殼屏蔽墻。

采用模塊化施工技術(shù)將牛腿由高空散裝作業(yè)轉(zhuǎn)移至地面預(yù)制，可以提高生產(chǎn)力和施工安全性，降低成本和質(zhì)量風(fēng)險。環(huán)吊檢修平臺預(yù)先在地面組合安裝，減少反復(fù)搭拆腳手架的工作，進(jìn)一步降低施工成本。模塊化施工技術(shù)通過專用吊索具系統(tǒng)和全施工過程模擬，實現(xiàn)整體拼裝，解決了傳統(tǒng)高空散裝施工的難題，提高了安裝精度和施工效率。該技術(shù)融合了多專業(yè)的設(shè)計和施工思路，為類似工程提供了技術(shù)支持和參考，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)分析

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)如下。1）環(huán)吊牛腿模塊化施工工藝設(shè)計，包括環(huán)吊牛腿模塊化施工工序優(yōu)化、環(huán)吊牛腿模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計、環(huán)吊牛腿模塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計。2）環(huán)吊牛腿模塊化拼裝施工技術(shù)。3）環(huán)吊牛腿模塊整體吊裝技術(shù)，包括吊索具系統(tǒng)研制、吊裝安全性驗算、吊裝工藝。4）環(huán)吊牛腿模塊安裝技術(shù)。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

創(chuàng)新點(diǎn)如下。1）研發(fā)并應(yīng)用“鋼襯里+環(huán)吊牛腿+環(huán)向次鋼平臺+大直徑貫穿件套筒”鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊施工技術(shù)，將上述部件由高空散裝優(yōu)化至地面拼裝，降低了施工安全風(fēng)險，便于控制設(shè)備安裝精度。2）自主設(shè)計并制作環(huán)吊牛腿模塊兩級調(diào)平、多點(diǎn)均衡受力連接的吊索具系統(tǒng)，保證模塊一次吊裝就位。3）針對環(huán)吊牛腿模塊變形大的特點(diǎn)，研制專用防變形工裝，保證安裝精度。

3 主要施工技術(shù)

3.1 環(huán)吊牛腿模塊化施工工藝設(shè)計

3.1.1 環(huán)吊牛腿模塊化施工工序優(yōu)化

通過分析鋼襯里與混凝土、環(huán)形吊車組件等安裝物項的施工邏輯，優(yōu)化施工邊界工序，實現(xiàn)環(huán)形吊車組件、環(huán)形檢修平臺提前安裝，具體工序優(yōu)化情況如下。1）傳統(tǒng)工序：筒體9段、10段安裝→連體貫穿件套筒、錨固件安裝→環(huán)吊牛腿安裝→混凝土澆筑至+42m→環(huán)形吊車組件安裝→環(huán)形檢修平臺安裝（插空高空散裝）。2）工序優(yōu)化點(diǎn)：連體貫穿件套筒、環(huán)吊牛腿、環(huán)形檢修平臺規(guī)劃至環(huán)吊牛腿模塊中，縮短現(xiàn)場安裝、RT檢測時間等，規(guī)避交叉施工，減少高風(fēng)險作業(yè)；環(huán)形檢修平臺提前安裝可將安裝單位與土建內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工面分開，減少核島塔吊資源占用，減少安裝單位環(huán)承梁安裝操作平臺搭設(shè)。3）優(yōu)化后工序：模塊環(huán)吊牛腿模塊安裝→環(huán)形吊車組件定位、施工準(zhǔn)備→混凝土澆筑至+42m→環(huán)形吊車組件安裝。

3.1.2 環(huán)吊牛腿模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

按照鋼襯里圖紙布置，結(jié)合鋼襯里全模塊化施工情況及混凝土澆筑邏輯要求，將環(huán)吊牛腿段劃分設(shè)計為一個模塊，將鋼襯里壁板模塊、環(huán)吊牛腿、環(huán)向次鋼平臺、大直徑貫穿件套筒組合為環(huán)吊牛腿模塊，如圖1所示。

3.1.3 環(huán)吊牛腿模塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計

鋼襯里模塊背部均由縱橫交錯的角鋼連接形成受力體，部分沒有貫通的位置通過增加臨時加強(qiáng)角鋼，使鋼襯里模塊整體結(jié)構(gòu)的受力剛度達(dá)到最佳狀態(tài)。通過鋼襯里內(nèi)部環(huán)形檢修平臺與懸挑的環(huán)吊牛腿連接，將45件環(huán)吊牛腿連成一體，形成的箍形剛度恰好可以支撐單件環(huán)吊牛腿懸挑的變形影響。通過在筒體上口內(nèi)外側(cè)設(shè)置施工平臺（特別是內(nèi)側(cè)），加強(qiáng)鋼襯里模塊的上口剛度，將其作為45件環(huán)吊牛腿、貫穿件套筒的拉結(jié)加強(qiáng)點(diǎn)。采取以上措施后，形成縱橫受力平衡的模塊結(jié)構(gòu)，且提高了鋼襯里模塊的整體剛度和穩(wěn)定性。

3.2 環(huán)吊牛腿模塊化拼裝施工技術(shù)

環(huán)吊牛腿上蓋板與環(huán)形吊車軌道梁連接的安裝精度要求最高，因此為保證其環(huán)吊牛腿安裝精度，環(huán)吊牛腿安裝必須在鋼襯里筒體模塊拼裝完成后才可開孔安裝，且45件環(huán)吊牛腿、6件連體貫穿件套筒須跳倉分批安裝。

環(huán)形吊車檢修平臺分為標(biāo)高38.420m和標(biāo)高41.18m雙層結(jié)構(gòu)，由立柱、水平梁、爬梯、護(hù)欄、鋼格柵及其他支撐連接件組成，如圖2所示，質(zhì)量約為 48t。先安裝標(biāo)高38.42m的環(huán)形平臺立柱、水平鋼梁、連接支撐件和護(hù)欄，再安裝標(biāo)高41.18m環(huán)形平臺鋼梁、連接支撐件、剪刀撐。

為控制模塊變形，拼裝時須對以下幾個關(guān)鍵部位進(jìn)行加固。①模塊吊耳位置：在內(nèi)側(cè)增加一個圈環(huán)形加固角鋼，減少模塊上口的變形。②環(huán)吊牛腿位置：在環(huán)吊牛腿上方增加一個圈或者兩圈環(huán)形加固槽鋼，同時在環(huán)吊牛腿位置增加斜拉槽鋼，斜拉槽鋼上部連接在環(huán)形角鋼上，斜拉槽鋼下部連接在環(huán)吊牛腿上。環(huán)吊牛腿屬于懸挑結(jié)構(gòu)，采取以上措施，在拼裝階段將環(huán)吊牛腿上蓋板標(biāo)高尺寸控制在±3mm。③模塊上口位置：在模塊上口增加環(huán)向加固角鋼，在吊耳內(nèi)側(cè)加固角鋼，沿鋼襯里壁板焊接一圈。

3.3 環(huán)吊牛腿模塊整體吊裝技術(shù)

吊索具系統(tǒng)設(shè)計[1]：過渡連接件、圓形分配器、上部索具、吊索網(wǎng)架、下部鎖具組成。下部索具包括吊耳、弓形卸扣、螺旋卸扣、圓環(huán)板、無接頭繩圈組成，如圖3所示。

吊索具系統(tǒng)驗證：為保證吊索具系統(tǒng)滿足最終吊裝要求，吊索具系統(tǒng)的設(shè)計單位和生產(chǎn)單位須具備相應(yīng)資質(zhì)，吊索具系統(tǒng)正式使用前須進(jìn)行整體拉拔力載荷試驗，試驗主要驗證吊索具及各連接節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)滿足要求。載荷試驗以吊物的理論最大起重荷載為準(zhǔn)，分為0.75Gn、1.0Gn、1.1Gn、1.25Gn四級，通過逐步加載荷進(jìn)行整體拉拔試驗，結(jié)合吊裝系統(tǒng)應(yīng)力監(jiān)測、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測和焊后無損檢測進(jìn)行試驗驗證。

吊裝安全性驗算：環(huán)吊牛腿模塊整體質(zhì)量約為320t，整體吊裝質(zhì)量約為510t，環(huán)吊牛腿模塊體積超大、且偏心較大，受風(fēng)載荷作用的偏擺狀態(tài)對吊裝的影響最大，吊裝安全風(fēng)險最大。因此在吊裝前，對風(fēng)力作用下的極限工況（模塊偏擺時與吊車大臂、周邊構(gòu)筑物等的關(guān)系）進(jìn)行模擬驗算。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求1000t以上履帶式起重設(shè)備吊裝作業(yè)風(fēng)速應(yīng)≤9.8m/s，考慮吊裝過程中的抗風(fēng)險能力和應(yīng)急措施情況，極限工況按提高一級風(fēng)速（10.8m/s）進(jìn)行驗算。吊裝過程中模塊還受到回轉(zhuǎn)慣性力以及回轉(zhuǎn)離心力的作用，由于起重機(jī)的起升為柔性鋼絲繩，因此吊具與被吊模塊在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的擺動不會很快消減，很可能產(chǎn)生回轉(zhuǎn)慣性力與回轉(zhuǎn)離心力疊加的情況，極限工況按兩者疊加進(jìn)行驗算。吊具屬于空間桁架結(jié)構(gòu)，由于其整體結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，腹桿布置相互交錯，因此很難按照規(guī)范公式直接進(jìn)行計算，從安全角度考慮，并結(jié)合吊具圖紙，按照實體面總面積的70%進(jìn)行風(fēng)載荷計算，測量其弦桿與腹桿的外輪廓面積，其寬度方向尺寸為47098mm，高度方向為2668mm。具體驗算過程如下。首先，對模塊吊裝風(fēng)載荷進(jìn)行計算，結(jié)果見表1。

其次，計算吊裝模塊回轉(zhuǎn)慣性力與回轉(zhuǎn)離心力?；剞D(zhuǎn)慣性力與從啟動到最大回轉(zhuǎn)速度的時間以及最大回轉(zhuǎn)速度參數(shù)有關(guān)，在起重機(jī)資料中沒有體現(xiàn)具體數(shù)據(jù)，詳細(xì)計算參數(shù)見表2。

回轉(zhuǎn)角速度的計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：r為回轉(zhuǎn)速度，r/min。

回轉(zhuǎn)加速度的計算過程如公式（2）所示。

（2）

模塊回轉(zhuǎn)慣性力的計算過程如公式（3）所示。

F1hzgx=ma=（114390+312280+83000）×0.095=48419N （3）

模塊回轉(zhuǎn)離心力的計算過程如公式（4）所示。

F1hzlx=mω2R=（114390+312280+83000）×0.01052×90.7=5097N

（4）

最后，計算模塊吊裝偏擺幅度。根據(jù)以上計算的載荷進(jìn)行疊加，計算模塊吊裝時的總側(cè)向載荷，側(cè)向載荷的作用使臂架滑輪組以下部件發(fā)生偏擺，在整個偏擺過程中，由于鋼絲繩為柔性體，鋼絲繩發(fā)生傾斜，因此鋼絲繩以下重物會一直處于豎直狀態(tài)下擺動。鋼絲繩以下重物產(chǎn)生的偏擺幅度使重物產(chǎn)生水平方向的分力，大小與側(cè)向力相等。根據(jù)以上描述計算模塊偏擺幅度數(shù)據(jù)，見表3。

經(jīng)過對比，模塊偏擺時與吊車大臂、周邊構(gòu)筑物、安裝位置的安全距離能夠滿足要求。

3.4 環(huán)吊牛腿模塊安裝技術(shù)

3.4.1 模塊安裝精度控制

提前模擬計算模塊就位時與核島內(nèi)殼混凝土高差9m～15m的可能變形情況[2]，根據(jù)模擬的變形情況提前做好變形加固，并建立全周期測量控制數(shù)據(jù)庫，全面監(jiān)測控制模塊位置及變形情況，主要監(jiān)控并記錄以下數(shù)據(jù)。①鋼襯里壁板拼裝成環(huán)的上口、下口的周長、半徑、標(biāo)高和凹凸度[3]。②貫穿件套筒、環(huán)吊牛腿安裝完成后的上口、下口的周長、半徑、標(biāo)高和凹凸度[3]。③環(huán)吊牛腿、貫穿件套筒吊裝前的角度位置，延伸在模塊下口做好標(biāo)識。④環(huán)吊牛腿安裝后、卸載后、吊裝前的上蓋板標(biāo)高及鄰近環(huán)吊牛腿上蓋板的標(biāo)高差。⑤環(huán)吊牛腿模塊吊裝前的0°、90°、180°、270°位置，在模塊下口做好標(biāo)識。⑥筒體上口的周長、半徑、標(biāo)高和凹凸度[3]。⑦筒體上口的0°、90°、180°、270°位置及45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒位置，在筒體上口做好標(biāo)識。

根據(jù)標(biāo)識的位置吊裝就位時，要做好角度線重合控制，重點(diǎn)保證45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒的安裝角度，在環(huán)吊牛腿模塊就位固定后需要測量復(fù)核尺寸，環(huán)吊牛腿模塊卸載后需要對以下參數(shù)進(jìn)行復(fù)核：模塊的上口、下口的半徑、標(biāo)高、凹凸度；45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒位置的半徑、標(biāo)高；45件環(huán)吊牛腿上蓋板的標(biāo)高及鄰近環(huán)吊牛腿上蓋板的標(biāo)高差。

根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，及時調(diào)整模塊的位置和變形尺寸，保證最終滿足要求。

3.4.2 模塊安裝施工措施

當(dāng)模塊下口距安裝標(biāo)高約500mm時，牽拉攬風(fēng)繩轉(zhuǎn)動模塊角度，使模塊的環(huán)向限位裝置與模塊6上口處限位貼合，然后掛設(shè)周向調(diào)節(jié)倒鏈，局部進(jìn)行調(diào)整，并盡量使模塊上下口的0°、90°、180°、270°位置及45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒位置的角度線重合。

當(dāng)模塊下口距安裝標(biāo)高200mm時停止，通過倒鏈微調(diào)模塊，使模塊與徑向限位裝置（在已安裝鋼襯里壁板上口，每10°設(shè)計一塊限位板）對中。

當(dāng)模塊距安裝標(biāo)高約10mm時停止，安置3mm的間隙板和圓錐銷（具體數(shù)量視現(xiàn)場情況而定，原則上每隔1.5m～2m設(shè)置一副）。

4 結(jié)論

“華龍一號”是具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電堆型，其鋼襯里模塊化建造施工技術(shù)將會對后續(xù)國家核電產(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生深遠(yuǎn)意義。鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊化施工技術(shù)代表著目前國內(nèi)領(lǐng)先建造技術(shù)水平，也充分體現(xiàn)了建筑行業(yè)綠色施工、裝配式施工的創(chuàng)造性與先進(jìn)性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和推廣應(yīng)用價值。

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