李 求，汪宇雄，劉 軍，曲殿英，李 斌

(中國(guó)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(hào)”核島反應(yīng)堆廠房外安全殼穹頂標(biāo)高為51.372～63.400m、厚1.5m，內(nèi)、外穹頂間凈距為2.00m。在51.372～53.257m標(biāo)高，穹頂剖面內(nèi)半徑6.0m的圓環(huán)；在53.257～61.900m標(biāo)高，穹頂剖面內(nèi)半徑為36.0m的半球殼；外安全殼穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其支撐模板的預(yù)制和安裝要求較高。采用常規(guī)混凝土木模板制作為雙曲面較困難，精度較差，為保證模板±10mm的公差，安裝時(shí)需花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，為保證木模板承載力，在模板底部設(shè)置密集支撐。這些使模板在安裝、拆除過程中花費(fèi)大量時(shí)間，施工效率較低下。通過分析對(duì)比研究，在場(chǎng)地?zé)o法滿足地面安裝好整個(gè)鋼模再整體吊裝的條件下，采用超大雙曲面免拆鋼模原位拼裝技術(shù)，有效解決了雙曲面成型較困難、精度較低、施工效率低下的問題，同時(shí)減少外安全殼常規(guī)支撐搭設(shè)、拆除造成的成本增加，縮短了施工工期，實(shí)施效果良好。外安全殼穹頂剖面如圖1所示。

圖1 外安全殼穹頂剖面

2 超大雙曲面鋼模施工技術(shù)特點(diǎn)

1)核電站外安全殼穹頂超大雙曲面鋼模支撐體系位于外穹頂下表面，采用角鋼、鋼板作為受力構(gòu)件，鋼管作為支撐，通過鋼管與預(yù)埋于內(nèi)穹頂?shù)匿摻铑^連接，形成整體受力體系；整體超大雙曲面免拆鋼模剛度大，能滿足混凝土澆筑后模板變形≤10mm的要求。

2)免拆鋼模均分為標(biāo)準(zhǔn)分塊，在車間預(yù)制完成；原位拼裝后焊接連接形成整體。鋼結(jié)構(gòu)施工具有速度快、安裝方便、精度高等特點(diǎn)，有效縮短了外安全殼穹頂施工工期，降低了施工成本。

3)根據(jù)客觀條件，因地制宜，采取原位安裝安全殼超大雙曲面鋼模施工方式，在保證承載力及變形的情況下，克服了外安全殼穹頂精度要求高、效率低下等問題，為項(xiàng)目節(jié)約了工程費(fèi)用，縮短了施工工期。

3 鋼模施工工藝流程

整個(gè)鋼模分為28個(gè)分塊，在車間預(yù)制好后，再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體拼裝，形成1個(gè)超大雙曲面鋼模。

3.1 分塊鋼模制作

鋼板排版圖→標(biāo)識(shí)→鋼板切割→拼板縫坡口加工、檢查→噴砂→油漆底漆→拼板→角鋼劃線→正面縫焊接→加勁角鋼組對(duì)、焊接→焊縫檢查→脫?！叽鐧z查→噴涂中漆、面漆→存放。

3.2 整體鋼模安裝

布置底模支撐立桿→安裝位置投影放線→布置定位工裝→測(cè)量調(diào)整工裝高度→復(fù)核安裝位置→鋼模分塊運(yùn)輸→鋼模分塊吊裝→鋼模分塊安裝就位→鋼模分塊組對(duì)、焊接→調(diào)節(jié)支撐立桿頂緊→整體驗(yàn)收。

4 鋼模施工工藝

4.1 鋼模體系設(shè)計(jì)

外安全殼穹頂結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、空間小、施工難度大、自重和施工荷載大，外安全殼穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其對(duì)支撐模板要求較高。設(shè)計(jì)支撐鋼模體系時(shí)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要考慮變形小、剛度大、受力簡(jiǎn)單、施工便捷等，經(jīng)比選，選用由角鋼和鋼板組成的雙曲面鋼模，鋼模底部設(shè)置鋼管支撐受力體系。

根據(jù)外安全殼穹頂混凝土澆筑時(shí)的受力情況，按圖2進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：Gc為陰影部分混凝土自重；α為鋼模法線和豎直方向夾角；F外模板為外模板對(duì)陰影部分混凝土的反力，與外模板受到混凝土的側(cè)壓力相同；F內(nèi)模板為鋼模對(duì)陰影部分混凝土的反力；F上，F(xiàn)下分別為陰影部分上、下方混凝土壓力。

圖2 受力簡(jiǎn)圖

外安全殼穹頂在未澆筑混凝土?xí)r，外模與鋼模使用拉桿對(duì)拉；混凝土開始澆筑后鋼模、外模受到混凝土的側(cè)壓力與拉桿拉力相等，故不考慮混凝土側(cè)壓力對(duì)鋼模的影響；鋼模壓力主要為混凝土自重和施工荷載。鋼模受到的混凝土最大壓力Gc=37.5kN/m2，施工人員及施工設(shè)備荷載按2.5kN/m2取值；驗(yàn)算鋼模承載力的最大設(shè)計(jì)荷載PDH=52.5kN/m2。

由于外安全殼穹頂混凝土分層澆筑，按最不利荷載52.5 kN/m2來驗(yàn)算鋼模在C層混凝土澆筑時(shí)的承載力和支撐立桿承載力。

使用1/4鋼模模型，經(jīng)有限元軟件進(jìn)行整體驗(yàn)算，鋼模體系經(jīng)優(yōu)化采用∟56×5和6mm厚鋼板組成鋼模、φ48×3.5鋼管作為支撐立柱(見圖3)；其中，鋼板應(yīng)力為114.6MPa，最大撓度為2.3mm，∟56×5 應(yīng)力比為0.91，支撐鋼管φ48×3.5強(qiáng)度應(yīng)力比為0.42，穩(wěn)定性應(yīng)力比為0.33；鋼模體系滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度及變形≤10mm的要求。

圖3 雙曲面鋼模支撐體系局部構(gòu)造

4.2 雙曲面鋼模分塊預(yù)制

雙曲面鋼模為一個(gè)雙曲面殼體，按外安全殼穹頂?shù)姆謱臃侄蔚确咒撃＃撃７謮K展開后上、下口均為1個(gè)圓弧段，兩側(cè)為N個(gè)水平等分線展開后形成的圓弧段端點(diǎn)之間的線段集合。為便于現(xiàn)場(chǎng)安裝及控制，展開后的鋼模分塊下料時(shí)，在其上口預(yù)留約100mm余量；在每塊鋼模分塊的一側(cè)預(yù)留約100mm余量。

鋼模分塊根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙分成不同尺寸的鋼板和角鋼，在胎模上拼裝成1個(gè)整體。鋼板、角鋼下料前，核實(shí)鋼材材質(zhì)、批號(hào)及規(guī)格是否滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)于不同型材、不同尺寸鋼板，選用不同下料方式。例如，對(duì)于較小型材或薄板，可考慮型鋼切割機(jī)或剪板機(jī)，對(duì)于不規(guī)則鋼板可采用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行下料。同時(shí)，做好標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)內(nèi)容包括構(gòu)件編號(hào)、材質(zhì)。構(gòu)件放樣完成后，下料前由專職檢查人員核實(shí)其板材、尺寸，確認(rèn)無誤后方可下料；所有構(gòu)件切口均用角向磨光機(jī)打磨去毛刺，磨去氣割面氧化層。

根據(jù)鋼模雙曲面弧度和鋼模分塊尺寸制作胎模，胎模主要由弧形鋼板、弧形角鋼和型鋼組成，弧形鋼板和弧形角鋼作為胎模造型，型鋼為其支撐結(jié)構(gòu)。弧形鋼板使用數(shù)控切割機(jī)切割成型，角鋼采用型材卷彎?rùn)C(jī)進(jìn)行彎曲，保證胎?；《裙顬椤?mm；組裝時(shí)要以保證成型為原則，配合胎模做必要的工裝，組裝前按工藝考慮其焊接變形，并采取相應(yīng)措施，焊后檢查其尺寸，如不符合要求需進(jìn)行校正。

將不同尺寸鋼板根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谔ツＩ铣尚?，并進(jìn)行拼接焊縫的組對(duì)焊接，焊縫為部分焊透的對(duì)接焊縫，等級(jí)為三級(jí)。分塊板成型后，組對(duì)卷制好的豎向和環(huán)向角鋼以先環(huán)向后豎向的順序組對(duì)；所有圓弧角鋼通過樣板檢查，確保其與板材和胎模貼合。角鋼組對(duì)加固完成后，焊接角鋼焊縫。最后檢查鋼模分塊的幾何尺寸和弧度，鋼模分塊檢查合格后，對(duì)其進(jìn)行涂刷油漆存放。

為防止鋼模分塊在預(yù)制過程中變形，增加壁板成型臨時(shí)工藝角鋼，正式焊接角鋼前，為防止壁板在寬度兩端口處出現(xiàn)波浪形變形，在距離端口邊緣約50mm處各點(diǎn)焊1條工藝角鋼，工藝角鋼與壁板寬度值基本一致。焊接環(huán)向角鋼時(shí)，應(yīng)采用加強(qiáng)工裝壓緊該角鋼，待全部焊接完成且焊縫冷卻后再拆移工裝。為使壁板更好地成型及適當(dāng)防止焊接變形，可在預(yù)制壁板上方適當(dāng)增加工字鋼加固裝置輔助成型；重復(fù)使用胎模前要檢查胎模變形是否在公差范圍內(nèi)，如超標(biāo)，需修正胎模線形并檢驗(yàn)。

4.3 支撐安裝

在安全殼內(nèi)穹頂上，預(yù)埋直徑≥25mm鋼筋頭，作為支撐立桿的錨固鋼筋，當(dāng)立桿無法插入鋼筋頭時(shí)，直接立于內(nèi)安全殼穹頂面上，通過水平桿緊固(見圖4，5)；立桿應(yīng)保持垂直于內(nèi)安全殼穹頂面，確保立桿與接觸面結(jié)合緊密且受力穩(wěn)定；立桿按橫距≤800mm、 縱距≤800mm布置，立桿間用2道水平腳手架鋼管連成整體，排與排間適當(dāng)加設(shè)斜向支撐、剪刀撐以保證支撐架整體穩(wěn)定性和穩(wěn)固性。免拆鋼模底部支撐采用頂托，頂托上放置木塊，木塊與頂托塞緊；木塊可根據(jù)頂托大小放置，厚度≥30mm；當(dāng)木塊接觸面不在角鋼下方時(shí)，采用厚度≥100mm木方代替木塊，使其接觸面位于角鋼下方。

圖4 立桿底部示意

圖5 立桿頂部示意

4.4 曲面鋼模安裝

4.4.1鋼模分塊吊裝

現(xiàn)場(chǎng)采用塔式起重機(jī)吊裝鋼模分塊，鋼模分塊最重為4t，根據(jù)塔式起重機(jī)性能，能滿足鋼模分塊的吊裝要求。

為保證鋼模分塊的平穩(wěn)吊裝，設(shè)置4個(gè)吊耳(見圖6)：上端口2個(gè)、下端口2個(gè)；鋼模分塊現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)，使用質(zhì)量≥5t吊帶、質(zhì)量≥4.75t卸扣，采用塔式起重機(jī)吊裝就位，固定好后再脫鉤；分塊就位后，如吊耳不影響鋼筋綁扎，無須拆除。

圖6 免拆模板分塊吊裝示意

4.4.2第1層雙曲面鋼模拼裝

在鋼模分塊拼裝前，放出鋼模分塊頂點(diǎn)投影十字線、高度線，作為鋼模分塊拼裝定位基準(zhǔn)點(diǎn)；同時(shí)，在內(nèi)安全殼穹頂上放出鋼模各層環(huán)向、縱向焊縫線投影線，根據(jù)鋼模分塊頂點(diǎn)投影的十字線、高度線，安裝定位工裝(見圖7)。定位工裝由弧形鋼板、頂托和立桿組成，立桿與鋼模支撐體系連成一體，弧形鋼板弧度根據(jù)鋼?；《阮A(yù)制，與頂托焊接成一個(gè)整體，通過頂托微調(diào)其高度線。在下層模板上放出鋼模分塊下圓周線，并利用限位塊固定于圓周線下側(cè)(限位塊數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況調(diào)控)；在定位工裝上放出鋼模分塊上圓周線，根據(jù)高度線，調(diào)整好支撐高度。按設(shè)計(jì)圖紙排版，吊裝第1層鋼模分塊至對(duì)應(yīng)位置，利用拉鏈或繩調(diào)整鋼模分塊下口內(nèi)側(cè)與下圓周線重合、上口標(biāo)高和半徑與上部工裝圓周線重合，調(diào)整好后利用限位銷和手拉葫蘆緊固鋼模分塊。

圖7 鋼模安裝示意

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙排版吊裝第2塊鋼模分塊，第2塊鋼模分塊搭接在相鄰鋼模分塊有余量一側(cè)上方，采用第1塊鋼模分塊安裝方法安裝第2塊鋼模分塊，第2塊鋼模分塊下口與上口及定位角度符合要求后，開始豎縫余量切割并組對(duì)，從外側(cè)沿鋼模分塊搭接線進(jìn)行切割，余量切割完成后，即可進(jìn)行焊接作業(yè)；焊縫為部分焊透的對(duì)接焊縫(見圖8)，當(dāng)縫隙過大時(shí)，使用墊板輔助焊接(見圖9)，焊縫等級(jí)為三級(jí)。

圖8 部分焊透的對(duì)接焊縫示意

圖9 帶墊板的部分焊透對(duì)接焊縫示意

采用相同方法吊裝就位其他鋼模分塊，依次拼接；整層鋼模分塊安裝好后，組對(duì)、焊接連接角鋼，使鋼模分塊形成一個(gè)整體，最后檢查鋼模高度線，如不符合要求通過支撐體系頂托微調(diào)校正。

4.4.3第2層雙曲面鋼模拼裝

使用測(cè)量?jī)x器定位出第1層鋼模分塊上口理論線，并取多點(diǎn)測(cè)量第1層鋼模分塊上口半徑值，沿著理論線相隔一定間距點(diǎn)焊限位板；放出第2層鋼模分塊上部投影十字線、高度線，作為第2層鋼模分塊上部工裝基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線，根據(jù)鋼模分塊頂點(diǎn)投影十字線、高度線，安裝定位工裝，并在定位工裝上放出鋼模分塊上圓周線。

按設(shè)計(jì)圖紙排版，依次吊放第2層鋼模分塊，吊裝順序同第1層，下口搭接在第1層上口。以第1層上口限位板定位，上口支承在上部工裝上；以第2層鋼模分塊下口為基準(zhǔn)，切割第1層鋼模上口余量，利用支撐調(diào)節(jié)上、下2層鋼模分塊間隙，細(xì)調(diào)環(huán)向縫隙。經(jīng)檢查合格后，開始焊接；焊接形式同鋼模第1層。安裝剩余鋼模分塊，安裝方式為：組對(duì)和焊接環(huán)向縫，方法同第1塊鋼模分塊；其余安裝方式同第1層；剩余的其他層鋼模安裝方式同第2層。

4.4.4最后1層雙曲面鋼模拼裝

最后1層鋼模為1個(gè)直徑4.0m的圓蓋，為方便拆除支撐立桿而預(yù)留的搬運(yùn)洞口；在外安全殼穹頂混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始拆除鋼模支撐，按由上至下的原則拆除，免拆鋼模支撐的拆除步驟為：落下頂托→拆除斜撐及上部水平撐→拆除下部水平撐→清理拆除支撐件。當(dāng)1個(gè)區(qū)域的支撐拆完后，切除內(nèi)安全殼上預(yù)留鋼筋頭，并對(duì)鋼筋頭涂刷油漆。

拆除鋼模底部支撐后，安裝最后1層鋼模支撐體系，然后吊裝、安裝直徑4.0m的鋼模，與下一層鋼模進(jìn)行組對(duì)焊接；安裝前，需測(cè)量洞口半徑，根據(jù)半徑切割圓蓋(制作時(shí)預(yù)留200mm切割余量)；最后進(jìn)行連接角鋼的組對(duì)、焊接。

最后1層外安全殼穹頂混凝土澆筑前，從環(huán)廊入口到內(nèi)安全殼穹頂檢查鋼模支撐體系是否頂緊，頂緊后才能澆筑混凝土；最后待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，拆除支撐體系并從環(huán)廊運(yùn)出。

5 施工安全與質(zhì)量

5.1 防臺(tái)風(fēng)措施

核電站一般建在海邊，外安全殼穹頂高度較高，需考慮施工過程中的防臺(tái)風(fēng)措施。鋼模臨時(shí)焊接吊耳，在吊耳上拉設(shè)直徑≥12mm鋼絲繩或質(zhì)量≥2t 葫蘆、吊帶；與內(nèi)安全殼預(yù)埋鋼筋頭上焊接的工裝角鋼連接；鋼模分塊上、下兩端各設(shè)1個(gè)吊點(diǎn)，間距按≤3m布置。

5.2 安全保證措施

1)鋼模加工制作及安裝拆除人員涉及電工、架工、焊工、駕駛員、塔式起重機(jī)操作員等，必須持證上崗，并在施工前經(jīng)培訓(xùn)合格；鋼模分塊在吊裝前，已拼裝單元必須經(jīng)驗(yàn)收合格，確保各連接節(jié)點(diǎn)牢固可靠，重點(diǎn)關(guān)注吊點(diǎn)設(shè)置是否滿足要求。

2)安裝中若個(gè)別構(gòu)件存在偏差，須焊接和切割作業(yè)時(shí)，落實(shí)防止觸電、爆炸和熔渣飛濺引起火災(zāi)的措施。在焊接地點(diǎn)周圍5m范圍內(nèi)，應(yīng)清除易燃易爆物品；因條件限制無法清除時(shí)，采取可靠的隔離或防護(hù)措施；安排夜間施工時(shí)，施工區(qū)應(yīng)設(shè)置足夠的照明器具，避免照明盲角。

3)混凝土澆筑過程中，派專人檢查支架和支撐情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)、變形和水平位移情況的應(yīng)及時(shí)評(píng)估解決，同時(shí)在臨邊位置的鋼模面上埋設(shè)鋼筋頭，并用紅色標(biāo)記作為觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)≥2處；采用皮尺、卷尺、垂線、全站儀、水準(zhǔn)儀對(duì)鋼模體系進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)體系的垂直位置是否有偏移，當(dāng)偏移量≥20mm時(shí)，需報(bào)警。

5.3 質(zhì)量保證措施

1)鋼材、焊材進(jìn)場(chǎng)必須提供產(chǎn)品合格證或質(zhì)量證明書，并按要求進(jìn)行材料復(fù)驗(yàn)，結(jié)果應(yīng)符合相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量要求，施工前必須制定嚴(yán)密的質(zhì)量保證措施和施工過程檢驗(yàn)、技術(shù)交底措施。

2)鋼模分塊在制作時(shí)，需控制鋼模分塊構(gòu)件精度，鋼板構(gòu)件下料精度按0～-3mm控制，角鋼折彎精度按0～-3mm控制，模板分塊拼裝過程中，要對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查，保證焊縫質(zhì)量；鋼模長(zhǎng)寬(弦長(zhǎng))公差按±10mm控制，弧度按±5mm控制。

3)預(yù)制件存放時(shí)不能直接接觸地面，可存放在存放架或用型鋼、木方等鋪成的框架上，防止預(yù)制件變形。預(yù)制件堆放需穩(wěn)固，以免倒塌損壞。在1個(gè)料堆內(nèi)，上、下相鄰預(yù)制件必須錯(cuò)開，以便看清其端部標(biāo)識(shí)并定期檢查標(biāo)識(shí)。

6 結(jié)語

采用超大雙曲面免拆鋼模原位拼裝技術(shù)有效減少了安裝和拆除時(shí)間，縮短了施工工期，同時(shí)鋼模相對(duì)于傳統(tǒng)木模板，在剛度、模板質(zhì)量、安裝精度方面均有較大優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明，外安全殼穹頂使用免拆鋼模作為模板，在施工過程中，質(zhì)量控制較好、施工效率較高，能滿足設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求。