黃新亮，李 明

(中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司，上海 201512)

1 海外“華龍一號(hào)”環(huán)吊簡介

巴基斯坦卡拉奇核電項(xiàng)目位于巴基斯坦信德省卡拉奇市，規(guī)劃建設(shè)兩臺(tái)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組，采用由中國自主研發(fā)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”，是國家提出“一帶一路”倡議以來首個(gè)出海的核電項(xiàng)目。該項(xiàng)目環(huán)吊(含環(huán)梁環(huán)軌)安裝于反應(yīng)堆廠房+41 630 mm標(biāo)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(yùn)行小車(205 t/20 t)、安裝小車(480 t)、5 t移動(dòng)起重機(jī)、拱形支架、環(huán)梁及環(huán)軌、120 t卷揚(yáng)裝置、自備檢修起吊拱架及16 t檢修葫蘆等構(gòu)成，最大起吊能力480 t。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 “華龍一號(hào)”堆型環(huán)吊主要技術(shù)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(hào)”堆型核電海外首堆工程，卡拉奇核電項(xiàng)目需面臨首堆風(fēng)險(xiǎn)，建設(shè)工期壓縮、設(shè)計(jì)變更頻繁、海外資源匱乏，以及物項(xiàng)運(yùn)輸周期長、人力動(dòng)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(tuán)隊(duì)，對(duì)多個(gè)核電項(xiàng)目環(huán)吊施工工藝、施工步驟、工期要求的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行深入剖析、提煉和總結(jié)，創(chuàng)造性實(shí)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(duì)安裝周期的影響，達(dá)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(jìn)行組裝，組裝成一個(gè)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(shí)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(jì)算中心點(diǎn)后，進(jìn)行45個(gè)牛腿高空鉆孔以及水平墊板加工工作。與此同時(shí)，環(huán)吊軌道的組對(duì)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(jìn)行臨時(shí)固定，與環(huán)梁組成一個(gè)整體，由重型吊車將組成的整體一次吊裝并就位于反應(yīng)堆廠房內(nèi)筒體+41 630 mm標(biāo)高的牛腿上方。

通過在牛腿上表面、環(huán)梁外側(cè)均勻布置27個(gè)千斤頂進(jìn)行環(huán)梁半徑和圓度的調(diào)整，直到滿足環(huán)軌技術(shù)指標(biāo)后，利用225個(gè)高強(qiáng)螺栓將環(huán)梁和牛腿進(jìn)行連接和固定。此時(shí)，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(gè)框架式大車橋架，組裝完成后，實(shí)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，水平輪、平臺(tái)欄桿、司機(jī)室和登機(jī)平臺(tái)等部件。同時(shí)，電氣專業(yè)介入電氣主梁開展電纜敷設(shè)、端接、校線、單調(diào)等施工，并通過臨時(shí)電源完成環(huán)吊運(yùn)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(shí)現(xiàn)環(huán)吊可轉(zhuǎn)，為運(yùn)行小車載荷試驗(yàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1.4 環(huán)吊205 t運(yùn)行小車載荷試驗(yàn)

環(huán)吊運(yùn)行小車設(shè)置了205 t主起升機(jī)構(gòu)和20 t副起升機(jī)構(gòu)，其起升能力達(dá)205 t，主要用于吊運(yùn)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋、上下部堆內(nèi)構(gòu)件、主泵電機(jī)等。由于運(yùn)行小車205 t主起升機(jī)構(gòu)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(yàn)條件。此時(shí)，借助重型吊車將運(yùn)行小車載荷試驗(yàn)用配重通過反應(yīng)堆廠房上方直接引入核島廠房，完成運(yùn)行小車主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)載荷試驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)吊在穹頂扣頂前可用目標(biāo)。

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(shè)置的專用組裝場地上進(jìn)行環(huán)梁、環(huán)軌預(yù)組裝并測量、計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)。將最終確認(rèn)后的測量數(shù)據(jù)反饋到環(huán)吊牛腿上進(jìn)行鉆孔，在地面進(jìn)行環(huán)吊軌道的同步組對(duì)焊接。測量數(shù)量完成后，進(jìn)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(shí)進(jìn)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(shí)拉桿固定，而后分別進(jìn)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(yùn)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(jī)械調(diào)整、電氣連接/調(diào)試、小車穿繩及載荷試驗(yàn)等工作，需在穹頂?shù)跹b完成后再進(jìn)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(duì)比分析

3.1 環(huán)吊施工工藝對(duì)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(dāng)分段吊裝施工時(shí)，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(yàn)在穹頂扣頂后進(jìn)行；

2)當(dāng)整體吊裝施工時(shí)，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(jìn)行，穹頂扣頂前實(shí)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(diǎn)詳見表2。

表2 環(huán)吊吊裝工藝優(yōu)缺點(diǎn)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(duì)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(duì)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(gè)月；

2)海外“華龍一號(hào)”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(shí)現(xiàn)環(huán)吊可用目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)“地面組裝”到“環(huán)吊可用”僅4個(gè)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(duì)于“環(huán)吊可用”節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，可提前4個(gè)月實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)工期貢獻(xiàn)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(gè)月；②在地面完成環(huán)吊大部分電氣安裝和調(diào)試工作，運(yùn)行小車調(diào)試及穿繩也通過臨時(shí)電源得以實(shí)現(xiàn)，共節(jié)約安裝工期2個(gè)月；

2)對(duì)于環(huán)吊施工總工期,由8個(gè)月縮短為6個(gè)月，總體工期節(jié)省2個(gè)月。未被釋放的2個(gè)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(shè)備需1個(gè)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(jī)械調(diào)整、電氣連接/調(diào)試等工作需1個(gè)月。

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

4 海外“華龍一號(hào)”環(huán)吊整體吊裝的先進(jìn)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(shí)，環(huán)吊在高空調(diào)整時(shí)間相應(yīng)縮短，進(jìn)一步提升建造施工的安全性。

4.2 科學(xué)調(diào)配，提高資源效率

重型吊車在核電建設(shè)過程中具有極其重要的作用，屬于主要關(guān)鍵性資源。常規(guī)堆型核電建設(shè)過程中對(duì)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(shí)間范圍內(nèi)相對(duì)擴(kuò)大了重型吊車的使用范圍，緩解對(duì)重型吊車的依賴，相對(duì)提高了重型吊車的使用效率。

4.3 技術(shù)革新，順應(yīng)時(shí)代需求

“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝是參建單位一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，保證安裝質(zhì)量的同時(shí)，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(xiàng)目建造僅采用“分段吊裝、組裝”的施工工藝?？ɡ婧穗婍?xiàng)目“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝順利實(shí)施，順應(yīng)了當(dāng)前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”“核電走出去”的時(shí)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(jìn)行拼裝，相對(duì)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(yùn)行小車穿繩工作在地面完成，運(yùn)行小車載荷試驗(yàn)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(yàn)，使得環(huán)吊整體安裝工期縮短2個(gè)月，相對(duì)于國內(nèi)核電提前4個(gè)月實(shí)現(xiàn)環(huán)吊可用目標(biāo)。

4.5 拓寬范圍，加大施工深度

實(shí)施“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝為主設(shè)備相關(guān)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(guān)鍵路徑工期緊張的壓力和風(fēng)險(xiǎn)[3]：

1)反應(yīng)堆廠房的中心塔吊可以延緩1個(gè)月拆除，混凝土運(yùn)輸與倒運(yùn)可以直接由中心塔吊完成，加快了反應(yīng)堆廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shè)備的空閑期間，可使用重型吊車或中心塔吊將反應(yīng)堆廠房內(nèi)已到場的機(jī)械、通風(fēng)設(shè)備提前吊裝引入就位，約78臺(tái)。

5 結(jié)束語

通過對(duì)“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(duì)比分析，有助于我們加深對(duì)“環(huán)吊整體吊裝”施工工藝特殊性的了解。新工藝的實(shí)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(gè)月可用，節(jié)約了2個(gè)月的工期，突顯其優(yōu)勢和先進(jìn)性。這不僅有力地提升了參建單位的施工技術(shù)能力，同時(shí)為后續(xù)核電建設(shè)環(huán)吊安裝提供了寶貴的技術(shù)借鑒和參考。