康汝杰，朱 強

（中國核電工程有限公司 漳州項目部，福建 漳州 363000）

0 引言

“華龍一號”預應力倒“U”形孔道單孔穿入55根鋼絞線，倒“U”形鋼束由其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定必須采用整體穿束工藝。以往采用的固定式卷揚機系統(tǒng)存在設備使用多、移位難度大、卷揚機亂繩、導向支架加固難、隔離區(qū)大等問題。隨著科技的不斷創(chuàng)新，設備的不斷改進，固定式卷揚機系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)階段預應力高效施工的需求。漳州核電“華龍一號”1號機組將整體牽引卷揚機、自行走系統(tǒng)、防亂繩系統(tǒng)進行優(yōu)化整合，是具有鋼絞線整體牽引、自動規(guī)整鋼絲繩功能的自行走式卷揚機系統(tǒng)。

1 工程概況

漳州核電“華龍一號”預應力系統(tǒng)倒“U”形鋼束有94束，經(jīng)內(nèi)殼筒體、穹頂并錨固于筏基（廊道頂板）上，鋼束理論長度為167.949～189.833 m，倒“U”形鋼束由其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定必須采用整體穿束工藝，即孔道外編束，孔道內(nèi)整體牽引，以往采用固定式卷揚機完成整體牽引工作。每束鋼束整體牽引入55根鋼絞線，單根公稱直徑為15.7 mm，截面積為150mm2。應力布置示意圖如圖1所示。

圖1 預應力布置示意圖

2 傳統(tǒng)固定式卷揚機存在的問題

2.1 需用設備多

在傳統(tǒng)核電站反應堆廠房預應力倒“U”形孔道施工時，采用固定式卷揚機，整體牽引時的受力出現(xiàn)水平—豎向—水平方向上的變化，需用設備有1臺35 t固定式卷揚機、2臺導向支架、1個抗拉70t定滑輪、20個抗壓10 t定滑輪、1臺3.5 t叉車。

2.2 設備移位難度大

當35 t固定式卷揚機與70t定滑輪間距小于12m時，需對卷揚機移位，由于廊道為內(nèi)徑22.25 m、外徑25.85 m、高3.44 m的圓環(huán)形，并且受燃油叉車尾氣排放要求的限制，僅能使用電動叉車完成對卷揚機的位移，但是卷揚機總重為4.93 t，而電動叉車對結(jié)構(gòu)重量的要求為不超過3.5 t，因此需將鋼絲繩從卷揚機上拆除，造成工期及人工成本的增加。

2.3 卷揚機亂繩

根據(jù)規(guī)范要求[1]，鋼絲繩出繩方向與繩槽側(cè)邊的角度不大于2°時，鋼絲繩可自然排繩。結(jié)合以往核電工程反應堆廠房預應力倒“U”形孔道施工，當收繩角度大于2°時，經(jīng)常出現(xiàn)鋼絲繩單邊聚集、亂繩現(xiàn)象，鋼絲繩相互擠壓又會導致鋼絲繩斷絲，嚴重影響鋼絲繩的使用壽命，平均每個機組1.5個月需要換2根鋼絲繩。

2.4 導向支架加固難

由于整體牽引時的受力會出現(xiàn)水平→豎向→水平方向上的變化，因此需在鋼束出口端和進口端各設置一個導向支架。施工時，需人工將卷揚機移動到孔道位置，人工調(diào)節(jié)螺栓固定程度，整個過程還需要叉車配合。在施工過程中，鋼絲繩承受最大力約49.5 t，僅靠導向支架豎向支撐的摩擦力不能滿足鋼絲繩摩擦受力要求，還要插入錨座內(nèi)的圓形鋼板進行固定，存在錨座損壞的風險，整個施工過程費時費力、難度大、風險高。

2.5 隔離區(qū)大

固定式卷揚機位置固定，孔道出口端—定滑輪—卷揚機之間存在牽引風險，例如鋼絲繩斷裂、滑輪損壞及危害作業(yè)人員人身安全等風險，因此施工單位在施工時必須對35 t卷揚機與出口端導向支架間的區(qū)域進行隔離，隔離長度為20～82 m，隔離區(qū)內(nèi)不能開展任何施工工作，否則影響施工進度。

3 自行走式卷揚機系統(tǒng)研究

3.1 研究思路

為縮小隔離區(qū)，只能縮短卷揚機至孔道出口端導向支架的距離，根據(jù)卷揚機到定滑輪不小于12 m的要求，假設將穹頂作為滑輪，則卷揚機可直接放于孔道正下方，受力方向改為水平→豎向，受力方向變化減少，并且可以減少導向支架1臺、抗拉70t定滑輪1個、抗壓10 t定滑輪20個，解決了隔離區(qū)域大、受力方向變化多、使用設備多的問題；但是，會增加卷揚機移動次數(shù)，因此需考慮卷揚機的移動效率問題。

研究卷揚機增加行走輪及動力系統(tǒng)，開發(fā)一套滾筒隨收繩/放繩移動裝置，可解決卷揚機移位困難、鋼絲繩亂繩等問題?；诖?，本文研究和開發(fā)了一套具有可自行移動、整體牽引時隔離區(qū)域小、受力方向變化少、人工投入少等優(yōu)勢的自行走式卷揚機系統(tǒng)。

3.2 整體框架及移動設計

核島反應堆廠房廊道內(nèi)寬3.5m，高3.44m（地面裝修層已施工），并且在廊道外墻內(nèi)側(cè)設有臨時編束管道及滑動滾輪，因此設備可運行空間有限。為滿足施工需求，35t卷揚機整體框架的長度不宜超過3.5 m，寬度不宜超過1.45 m。在支撐架底部設置行走輪，能使35t卷揚機按照穿束指令前后移動，在支撐架底部及頂部設置伸縮油缸，可以用于固定卷揚機。牽引過程中卷揚機受豎向力通過頂升油缸傳遞給廊道頂部混凝土結(jié)構(gòu)面，按照極限狀態(tài)35t拉力進行受力分析，混凝土面滿足受力要求[2]，并且整體框架的底部橫梁變形最大為3.79mm，也滿足結(jié)構(gòu)強度要求。

為保證設備在鋼絞線牽引完切割后能夠順利移動，根據(jù)“千斤頂安裝鋼絞線最短1.1 m+監(jiān)測鋼束傳感器0.342 m，”共1.442 m的要求，考慮人員切割誤差及卷揚機行走方便，增加0.2 m，支撐橫梁距頂板不小于1.64 m，則支撐橫梁距地面不宜大于1.8m。

3.3 鋼絲繩亂繩問題改進

受核島反應堆廠房廊道內(nèi)空間的影響，需控制卷揚機整體框架尺寸，其卷筒長度不宜過長，直徑不宜過大。假設滾筒的長度為1m，直徑為0.9m，如果采用固定式的滾筒，滾筒中心距錨座高度為2.8 m時，鋼絲繩最大出繩角度為10.1°，不滿足規(guī)范《建筑卷揚機》（GB/T 1955—2019）[3]中“鋼絲繩出繩方向與繩槽側(cè)邊的最大夾角小于2°可自然排繩”的要求，因此必須使?jié)L筒可移動，設想采用平移伸縮油缸控制滾筒左右移動、采用人工控制滾筒移動、采用滾筒被動移動3種方式并對其進行分析比較發(fā)現(xiàn)，前兩種方式存在滾筒左右移動速度與收繩/放繩速度不匹配、人員操作失誤等因素，因此最終選用滾筒被動移動的方法。

在滾筒與設備連接處設置軌道輪，能使?jié)L筒實現(xiàn)自由的水平左右移動，當受到側(cè)向力時滾筒即可隨之移動。在設備頂支撐梁上設置控制鋼絲繩位置的滾輪，設備就位固定后，能使?jié)L輪以上的鋼絲繩始終處于錨座中心，滾輪以下的鋼絲繩可以隨著滾筒轉(zhuǎn)動，鋼絲繩與滾輪位置出現(xiàn)偏角，使?jié)L筒受到水平方向的作用力，此作用力使?jié)L筒水平移動，鋼絲繩出繩方向夾角始終小于2°，實現(xiàn)自然排繩的目的。防亂繩對中裝置如圖2所示。

圖2 防亂繩對中裝置

3.4 導向支架優(yōu)化

將原滾輪改為直徑為0.9 m的滾筒，框架采用80 mm×4 mm的方鋼管，底部安裝4個萬向輪，框架底部及頂部安裝伸縮油缸加固，構(gòu)成具有推動行走、液壓缸加固等功能的導向支架。導向支架到達指定位置后，伸出底部液壓缸，使萬向輪離開地面，再伸出頂部液壓缸至廊道頂部混凝土面固定，經(jīng)三維繪圖并按照極限狀態(tài)35 t受力做有限元受力分析后，確定結(jié)構(gòu)強度滿足施工要求。

4 自行走式卷揚機系統(tǒng)應用

4.1 編束工藝

在改進35 t卷揚機及導向支架的基礎上，縮短整體牽引鋼絞線編束長度。以往核電預應力倒“U”形鋼束編束長度為1.6 m，漳州1號機組編束長度降低到0.45 m，倒“U”形鋼束編束施工中共節(jié)約鋼絞線約（1.6～0.45）m×55（根）×94（束）×1.178 kg/m÷1 000=7 t，損耗率降低0.6%。

4.2 鋼絞線整體牽引

漳州1號機組使用的自行走式卷揚機系統(tǒng)，平均每天可整體牽引3束，較固定式卷揚機系統(tǒng)增加0.5束/d，節(jié)約工期約7d；并且，卷揚機及孔道出口端之間的區(qū)域可進行錨環(huán)安裝和張拉等工作，加快了施工進度。所有設備均具備行走功能，較少使用人力倒運，極大地降低人工成本。

在實際倒“U”形鋼束牽引過程中，未出現(xiàn)鋼絞線斷絲、散絲、磨損嚴重等問題，施工質(zhì)量顯著提升，牽引一次合格率達100%。

5 效益分析

固定式卷揚機與自行走式卷揚機使用對比情況見表1。

表1 固定式卷揚機與自行走式卷揚機使用對比情況

由表1可知，自行走式卷揚機系統(tǒng)較固定式卷揚機系統(tǒng)，單個機組可以節(jié)約工期約15 d，人工及材料節(jié)約成本降低約27.9萬元。

6 改進方向

6.1 減小自行走式卷揚機規(guī)格

自行走式卷揚機因采用35 t卷揚機是根據(jù)最不利情況下的受力計算得出，整體框架材料的選均按照35 t牽引力進行計算，導致所有構(gòu)件規(guī)格均偏大，自行走式卷揚機體積大、重量大，影響施工過程的行走效率，經(jīng)常出現(xiàn)與千斤頂、穿束機等物項沖突的情況，需要不斷在廊道口處調(diào)換位置。

根據(jù)1號機組倒“U”形鋼束整體牽引時鋼絲繩拉力傳感器顯示的數(shù)據(jù)可知，牽引過程中最大拉力集中在10～18 t，最大拉力出現(xiàn)在V17牽引時（22.4 t）；若按照最大拉力的1.2倍安全系數(shù)考慮（22.4×1.2=26.88 t），選用28 t卷揚機即可滿足整體牽引要求。

6.2 卷揚機一鍵式操作

卷揚機移動至孔道下方后，其移動可實現(xiàn)一鍵式操作：卷揚機的4個底部支腿伸出使行走輪離開地面并自動調(diào)平，調(diào)平后頂升油缸自動伸出，并控制壓力各支腿壓力在0.5～1t。

鋼絲繩與牽引頭連接完成后，牽引到位可實現(xiàn)一鍵式操作：卷揚機自動牽引，根據(jù)鋼絲繩的拉力自動調(diào)整牽引速度，到達牽引出孔道指定長度后卷揚機滾輪自動停止。

6.3 導向支架增加自行走功能

導向支架因采用4個萬向輪移動，移動時經(jīng)常出現(xiàn)4個輪子轉(zhuǎn)向不統(tǒng)一、不按計劃路線行走的情況，必須經(jīng)過多次微調(diào)后才能對準孔道位置。因此，在導向支架增加電動液壓行走輪，實現(xiàn)快速對準孔道位置，只需1人即可快速完成移位、加固等操作。

7 結(jié)語

對以往使用的固定式卷揚機系統(tǒng)進行導向支架、編束等方面的改進，形成一套自行走式卷揚機系統(tǒng)，達到提升施工質(zhì)量、減少作業(yè)人員、減小隔離面積、減少設備（工裝）使用量、增加作業(yè)面、降低鋼絞線損耗、降低鋼絲繩損耗、減少受力方向的目的。整體牽引完成后即可安裝錨環(huán)、夾片，并可進行等張拉工作，倒“U”形鋼束各施工階段在最后一根鋼束整體牽引完成后24 h內(nèi)即可完成此鋼束的正式張拉工作，即此階段的正式張拉工作全部完成，極大地縮短倒“U”形鋼束的施工周期。漳州核電“華龍一號”1號機組倒“U”形鋼束施工縮短工期約15 d，節(jié)約人工投入費用約27.9萬元。通過自行走式卷揚機的應用，為預應力施工提供有力保障，提高“華龍一號”預應力施工的優(yōu)勢。