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

        2022-02-02 13:47:40栗建博楊華俊
        施工技術(shù)(中英文) 2022年23期
        關(guān)鍵詞:外環(huán)天花坡口

        栗建博,劉 軍,楊華俊,李 斌,康 軍

        (中國(guó)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(yù)埋板、套管、U型鋼錨固組件、人孔、泄漏收集槽。天花由近百?gòu)?mm厚不銹鋼薄板拼接而成,總焊縫長(zhǎng)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(gè)天花覆面板表面未設(shè)置斜形錨固組件,同時(shí)布置大量的預(yù)埋件組件,焊縫布置緊密。天花焊縫質(zhì)量要求極其嚴(yán)苛,需進(jìn)行100%VT+100%LT+100%PT+100%RT,不允許有任何缺陷。同時(shí),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(guò)分析天花吊裝受力情況,將天花合理化分為12個(gè)模塊,單個(gè)模塊最重1.51t,面積約為20m2。天花施工分為模塊車間預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)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(duì)模塊現(xiàn)場(chǎng)就位后的焊縫。同時(shí)通過(guò)有限元分析每個(gè)模塊吊裝受力分布,確定最佳吊點(diǎn),盡可能減少模塊吊裝過(guò)程中的變形。天花模塊分布如圖2所示。焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)度與質(zhì)量分布

        2 技術(shù)要點(diǎn)

        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(wú)法支撐天花整體成型吊裝,故重新進(jìn)行分塊設(shè)計(jì),通過(guò)分析天花吊裝受力情況,將天花合理化分為12個(gè)模塊,以保證單個(gè)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(zhǎng)達(dá)4m,由于未設(shè)置墊板,焊接具有易變形、難控制的特點(diǎn),天花上小型組件布置較多,導(dǎo)致同一部位焊縫布置緊密,應(yīng)從焊接工藝、操作平臺(tái)、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(dá)標(biāo)。

        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(yīng)有明顯的標(biāo)識(shí)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(gè)區(qū)域明顯位置標(biāo)識(shí)制作物項(xiàng)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(shí)制作信息標(biāo)識(shí)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(yù)制及現(xiàn)場(chǎng)拼裝流程

        模塊預(yù)制流程如下:下料→零件組對(duì)→小模塊組拼→大模塊組拼→校正及整體尺寸驗(yàn)收。模塊拼裝流程如下:搭設(shè)現(xiàn)場(chǎng)支撐體系→定位放線→模塊吊裝→組拼模塊及預(yù)埋物項(xiàng)→驗(yàn)收整體尺寸。

        4 主要施工方法

        4.1 車間預(yù)制操作要點(diǎn)

        4.1.1平臺(tái)搭設(shè)

        根據(jù)模塊焊縫布置,合理設(shè)計(jì)拼裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)。按照平臺(tái)預(yù)制詳圖進(jìn)行零件下料,重點(diǎn)控制尺寸偏差。按照焊接節(jié)點(diǎn)圖拼接平臺(tái),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(gè)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(jī)切割,短件和薄件也可采用剪板機(jī)下料,需保證坡口角度及直線度,減小組對(duì)間隙偏差。

        2)直邊彎板按照加工圖下料后折彎,在長(zhǎng)度方向上沿覆面板每邊預(yù)留≥30mm余量,在現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)切割。

        3)弧面彎板下料時(shí)在寬度方向上預(yù)留≥20mm余量,先折彎成直角,再進(jìn)行弧度加工,需嚴(yán)格控制折彎角度,寬度方向上的余量在折彎后進(jìn)行切割,長(zhǎng)度上的余量在現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)進(jìn)行切割。

        4)將U型鋼背肋按照加工圖進(jìn)行切割。

        5)下料后的不銹鋼應(yīng)采用專用記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

        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(shí)需重點(diǎn)控制與覆面板接觸面的平整度。

        3)U型鋼對(duì)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(jī)加工坡口,保證坡口打磨精度。

        4.1.5覆面板組對(duì)、焊接

        1)覆面板焊接完成后,切除與彎板對(duì)接邊的余量,在車間拼裝平臺(tái)上與彎板組對(duì),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(yán)格按照焊接工藝卡執(zhí)行,點(diǎn)焊和正式焊接時(shí),在焊縫背面做充氬保護(hù),保證焊接質(zhì)量。

        4.1.6覆面板翻身

        覆面板采用起重機(jī)翻身,翻身過(guò)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(dòng)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(shí)必須設(shè)置防變形措施,在焊縫相應(yīng)位置設(shè)置配重。

        4.2 現(xiàn)場(chǎng)拼裝操作要點(diǎn)

        4.2.1現(xiàn)場(chǎng)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(wú)法適用于鋼覆面安裝而重復(fù)搭拆。

        2)根據(jù)覆面板形狀搭設(shè)腳手架,腳手架應(yīng)有上下爬梯,便于施工人員操作。埋件、人孔、套管、外環(huán)導(dǎo)流槽在覆面板焊接后安裝,腳手架應(yīng)預(yù)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(yù)留300mm,用于焊縫背面保護(hù)和焊后檢測(cè)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(zhǔn)直器和角反射器構(gòu)成,DFB激光器經(jīng)過(guò)調(diào)制驅(qū)動(dòng)后,輸出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直后,照射到待測(cè)甲烷氣體上,然后通過(guò)角反射器反射后,再一次照射過(guò)甲烷氣體,經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),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(cè)器能接收到較高的光功率,輸出信號(hào)的信噪比較高[4]。

        3)應(yīng)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(zhǔn)線。

        2)模塊吊裝前,提前確認(rèn)鋼筋位置,就位空間不滿足要求時(shí),需提前處理。

        3)根據(jù)覆面板位置,采用塔式起重機(jī)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(rèn)吊點(diǎn)、吊耳焊縫。吊裝工裝上部2個(gè)吊耳通過(guò)吊帶與塔式起重機(jī)吊鉤相連,工裝下部吊耳通過(guò)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(diǎn),設(shè)計(jì)為扁擔(dān)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(jì)算后,不會(huì)在吊裝過(guò)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(yù)制過(guò)程中,上、下胎模在裝卸車時(shí)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(duì)、焊接

        1)覆面板在車間沿模塊寬度和長(zhǎng)度方向均有余量,覆面板安裝前,要檢查構(gòu)件規(guī)格型號(hào),按照?qǐng)D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(yīng)余量,采用打磨法加工坡口。

        2)焊接前仔細(xì)檢查焊接坡口形式、間隙、有無(wú)錯(cuò)邊,核對(duì)焊絲型號(hào)、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(cuò)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(dāng)造成嚴(yán)重的焊接變形。采用2名焊工從中間向兩邊同時(shí)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(zhǎng)剪頭表示焊縫增長(zhǎng)方向,圖中以250mm為分段間距,現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí),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(chǎng)注意防風(fēng)防雨,焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)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(shí),環(huán)境溫度≥-10℃,焊件溫度≥5℃,現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)濕度<90%,風(fēng)速≤2m/s。施工時(shí),應(yīng)防止影響電弧穩(wěn)定的空氣對(duì)流。

        4.2.4組件安裝

        1)預(yù)埋板、人孔、套管與覆面板焊接采用坡口焊,切割后現(xiàn)場(chǎng)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(shí),在套管附近的鋼覆面背面?zhèn)群附优R時(shí)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(jì)要求,對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

        4)人孔、套管、外環(huán)導(dǎo)流槽尺寸較大,焊接前需測(cè)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(dǎo)流槽與周圍U型鋼相連,以保證混凝土澆筑后物項(xiàng)精度滿足施工要求。

        5)組件焊接對(duì)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(chǎng)彎板焊接、RT檢測(cè)后,安裝泄漏收集槽。泄漏收集槽除跨越2個(gè)模塊的部分,其余均在車間焊接?,F(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)如圖8所示。

        圖8 收集槽節(jié)點(diǎn)

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

        圖9 收集槽與覆面板連接節(jié)點(diǎn)

        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(jìn)行保護(hù)。鋼筋綁扎時(shí),應(yīng)避免鋼筋碰撞、砸傷不銹鋼覆面,應(yīng)及時(shí)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(wú)雜物?;炷翝仓r(shí)振搗器應(yīng)避免碰撞鋼覆面。

        4.2.7澆筑后鋼覆面整體尺寸復(fù)驗(yàn)

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

        5 結(jié)語(yǔ)

        不銹鋼水池外環(huán)天花預(yù)制及安裝施工工期3個(gè)月,縮短近1個(gè)月工期,平整度控制在5mm/m內(nèi),通過(guò)應(yīng)用該技術(shù),實(shí)現(xiàn)IRWST水池外環(huán)天花預(yù)制流水化施工,極大提高施工效率,尺寸精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,克服大尺寸薄鋼板焊接變形較大的問(wèn)題,為防城港核電3,4號(hào)機(jī)組順利施工提供保障。實(shí)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。

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