李光遠(yuǎn)，栗建博，劉 軍，李 波，李 斌，史宏汝

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

ASP水箱為華龍一號(hào)三代核電新增非能動(dòng)不銹鋼水箱，混凝土內(nèi)襯為不銹鋼結(jié)構(gòu)，布置在反應(yīng)堆廠房外壁頂部，水箱配置有充水管線、排水管線、蒸汽排放口、水位及水溫監(jiān)測(cè)儀表。其作用是接收冷凝器傳出的熱量，并通過(guò)水箱存水的蒸發(fā)或沸騰等方式將熱量排向大氣。

ASP水箱標(biāo)準(zhǔn)段鋼覆面為不銹鋼模塊，用隔墻間隔，共計(jì)20個(gè)，其中16個(gè)為標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼模塊，4個(gè)為非標(biāo)模塊，水箱模塊間上、下部各設(shè)置1處連通裝置，將20個(gè)水箱模塊串聯(lián)。單個(gè)模塊尺寸約為8 533mm/7 440mm×3 251mm×7 300mm(外弧長(zhǎng)/內(nèi)弧長(zhǎng)×寬度×高度)，箱體四周側(cè)壁焊接縱、橫肋∟75×50×6，底部焊接徑向肋[75×50×6，單個(gè)模塊本體重約11t(不含吊裝工裝及防變形支撐)，防變形內(nèi)部支撐架約2.7t，運(yùn)輸托架7.5t，水平吊裝橫梁3.7t，吊索具約0.5t，吊裝總重約25.4t。模塊材質(zhì)為022Cr19NI10。單個(gè)ASP水箱模塊如圖1所示。

圖1 單個(gè)ASP水箱模塊

由于水箱尺寸大且本體較重，底部尺寸為 2 950mm×8 265(7 366)mm，立式姿態(tài)制作存在易傾倒、高空作業(yè)、密閉空間等特點(diǎn)，因此采取水平姿態(tài)進(jìn)行制作及運(yùn)輸。

2 技術(shù)要點(diǎn)

1)ASP水箱外形尺寸大，且側(cè)壁為弧形結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又細(xì)分為前后側(cè)板、左右側(cè)板及底板5個(gè)子模塊，其中前、后側(cè)板為弧形結(jié)構(gòu)。子模塊預(yù)制后通過(guò)一體化平臺(tái)依次拼裝組對(duì)，待組對(duì)尺寸檢查合格后，完成主體拼接。水箱整體尺寸驗(yàn)收合格后，安裝防變形支撐，使設(shè)備防護(hù)工具具備出廠裝車(chē)條件。

2)現(xiàn)場(chǎng)提前規(guī)劃好水箱模塊吊裝時(shí)水箱及起重機(jī)站位，采用雙機(jī)抬吊方式完成水箱翻轉(zhuǎn)及就位，選用合適的起重機(jī)完成水箱模塊的吊裝。

3 工藝流程

3.1 水箱側(cè)板及加勁肋加工流程

水箱側(cè)板及加勁肋加工流程：繪制施工圖→領(lǐng)料→放樣、下料→標(biāo)識(shí)移植→坡口加工→鋼板成型→包邊及包角壓制成型→弧形加勁肋角鋼成型。

3.2 拼裝工藝流程

拼裝工藝流程：前、后側(cè)板成型→模塊前、后側(cè)板拼裝→模塊左、右側(cè)板拼裝→底板拼裝→主體拼裝→防變形支撐布置。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)吊裝工藝流程

吊裝工藝流程：水箱運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)→吊裝前準(zhǔn)備→吊裝→調(diào)整就位→安裝附件→尺寸檢查。

4 車(chē)間制作

4.1 前、后側(cè)板成型

采用卷板機(jī)進(jìn)行側(cè)邊彎曲成型，卷彎過(guò)程中應(yīng)逐步增加彎曲率，并隨時(shí)與樣板進(jìn)行比對(duì)，直至與樣板吻合?？紤]鋼板端頭無(wú)法卷至要求曲率，可在板材端部增加引板，以滿足端頭直邊彎曲。

卷制成型的壁板需放置在儲(chǔ)存胎架上，防止變形，如圖2所示。

圖2 前、后側(cè)板存放示意

4.2 包邊及包角壓制成型

使用折彎?rùn)C(jī)或液壓機(jī)，利用模具將板材壓制成型，正式板材壓制前應(yīng)制作模擬件，模擬件經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行正式板材壓制成型。

4.3 弧形加勁肋角鋼成型

加勁肋角鋼采用型材卷彎?rùn)C(jī)進(jìn)行彎曲，根據(jù)所需長(zhǎng)度進(jìn)行下料，所有切口均用角向磨光機(jī)打磨去除毛刺。

4.4 子模塊拼裝

4.4.1拼裝原則

每個(gè)子模塊板材拼接完成后，采用三維柔性組合工裝或自制工裝進(jìn)行拼裝。子模塊拼裝僅進(jìn)行點(diǎn)焊，箱體成型后再進(jìn)行整體焊接。箱體拼裝如圖3所示。

圖3 箱體拼裝示意

4.4.2子模塊前側(cè)板拼裝

前側(cè)板弧長(zhǎng)8 265mm，分4層，高6 850mm，在拼裝工裝平臺(tái)上進(jìn)行拼裝。前側(cè)板拼裝胎模如圖4所示。將卷制成型的前側(cè)板1與2，3與4，5與6，7與8分別拼裝；對(duì)拼裝后的前側(cè)板1與2，3與4，5與6，7與8進(jìn)行包邊壓制；將包邊壓制成型的前側(cè)板1與2，3與4，5與6，7與8放置在組裝平臺(tái)或自制平臺(tái)上拼裝為一體。

圖4 前側(cè)板拼裝胎模

4.4.3子模塊后側(cè)板拼裝

后側(cè)板弧長(zhǎng)7 366mm，分4層，高 6 850mm。先將后側(cè)板 1，2，3，4卷制成型后進(jìn)行包邊壓制；放置在組裝平臺(tái)或自制平臺(tái)上拼裝為一體。后側(cè)板拼裝胎模如圖5所示。

圖5 后側(cè)板拼裝胎模

4.4.4模塊左、右側(cè)板拼裝

左、右側(cè)板可使用7 000mm×2 000mm×6mm(長(zhǎng)×寬×厚)不銹鋼板，無(wú)需拼接。

4.4.5子模塊底板拼裝

1)標(biāo)準(zhǔn)模塊 底板為扇形，箱底外弧長(zhǎng)8 265mm，由 5塊板材組成，兩側(cè)底板需包邊成型后拼接(見(jiàn)圖6a)。

2)非標(biāo)模塊 底板為扇形，箱底外弧長(zhǎng)8 265mm，部分有底，右側(cè)弧長(zhǎng) 2 932.5mm，由2塊板材組成，右側(cè)底板需包邊成型后拼接(見(jiàn)圖6b)。

圖6 底板拼裝示意

4.5 箱體拼裝

將拼裝好的前側(cè)板放置在水平托架上(見(jiàn)圖7)。裝入輔助內(nèi)部支撐或臨時(shí)支撐。以前側(cè)板及內(nèi)部支撐為基礎(chǔ)安裝左、右側(cè)板和后側(cè)板并點(diǎn)焊固定。后側(cè)板拼接如圖8所示。

圖7 水平托架

圖8 后側(cè)板拼接示意

底板組裝時(shí)將箱底包邊和底板與前、后側(cè)板組裝，采用壓緊器或臨時(shí)支撐將底板壓緊、固定后點(diǎn)焊。對(duì)拼裝后的整體水箱做尺寸調(diào)校及驗(yàn)證，滿足要求后進(jìn)行焊接。

4.6 防變形布置

4.6.1下料過(guò)程中的防變形措施

下料成型后，做板材專(zhuān)用存放擱架(成型弧板擱架)，如圖9所示。此擱架圓弧接觸面與箱體弧形大小一致，防止成型板圓弧回彈，可有效控制板材變形。

圖9 成型弧板擱架

4.6.2箱體組裝過(guò)程中的防變形措施

在底板箱體內(nèi)側(cè)加工裝支撐防止底板過(guò)大造成板材扭曲變形，同時(shí)也便于底板與箱體前側(cè)板的調(diào)整與組焊。

4.6.3焊接防變形措施

1)單側(cè)板(前側(cè)板、后側(cè)板、底板)采用平板對(duì)接自動(dòng)焊機(jī)或熱絲TIG自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行自身拼接，與手工焊相比，可大大減小焊接產(chǎn)生的變形。

2)箱體組裝完成后的對(duì)焊焊縫采用熱絲TIG自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接，對(duì)于自動(dòng)焊機(jī)無(wú)法焊接的部位，采用雙面成型焊，減少因焊接產(chǎn)生的變形。

3)前、后側(cè)板焊接時(shí)，先焊長(zhǎng)、短側(cè)板的連接焊縫，后焊各層側(cè)板的長(zhǎng)焊縫；短焊縫施焊前，應(yīng)在焊縫背部設(shè)置防變形筋板，以減少焊接過(guò)程中引起的變形。

4)采用手工焊時(shí)，均應(yīng)采用分段跳焊法，以確保焊后成型美觀，當(dāng)側(cè)板同一層焊縫未全部焊完時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行次層的焊接；焊接各層側(cè)板的連接焊縫時(shí)，焊工均勻分布，且焊接方向始終保持一致。

4.6.4箱體吊裝過(guò)程中的防變形措施

ASP水箱在箱體制造成型后，放在運(yùn)輸托架上采用水平吊裝平衡梁進(jìn)行吊裝，以防止因水箱過(guò)重，直接吊裝箱體局部受力集中而產(chǎn)生塑性變形。

4.6.5ASP水箱內(nèi)部防變形支撐

尺寸檢查滿足設(shè)計(jì)要求并清潔完成，安裝內(nèi)部防變形支撐工裝，調(diào)整組對(duì)尺寸、削減箱體重力變形。防變形工裝同時(shí)也可減小運(yùn)輸、吊裝、翻轉(zhuǎn)等過(guò)程中的變形。

內(nèi)部支撐裝配如圖10所示。安裝步驟為：外側(cè)角鋼支撐及隔離橡膠板→中間支撐→左右角鋼支撐及隔離橡膠板→內(nèi)側(cè)角鋼支撐及隔離橡膠板→調(diào)節(jié)支架頂裝組件使支撐板觸及水箱內(nèi)側(cè)，箱體不變形為宜。

圖10 內(nèi)部支撐裝配示意

4.7 箱體組裝過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1)安全平臺(tái)設(shè)置 箱體組裝過(guò)程中，由于箱體平躺時(shí)高度較高，且加上拼裝平臺(tái)后，高度可達(dá) 4 500mm，因此會(huì)存在高處作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，需在周邊搭建腳手架。

2)選擇合理的焊接順序 打底從中間向兩邊對(duì)稱(chēng)施焊，填充和蓋面從中間向兩邊分段對(duì)稱(chēng)退焊跳焊。同時(shí)采用“分段跳焊”配合“間隔焊”，減少集中熱輸入，同時(shí)分散焊接熱輸入。為確保側(cè)板焊后成型美觀，當(dāng)側(cè)板同一層焊縫未全部焊完時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行次層的焊接。待焊坡口表面應(yīng)清潔，無(wú)油脂、磨屑、銹垢等污物，不能存在任何影響焊縫質(zhì)量的缺陷，組對(duì)的錯(cuò)邊量應(yīng)滿足公差要求。點(diǎn)焊焊縫外觀正面不能有裂紋且不應(yīng)存在任何未熔合，背面不應(yīng)有海綿狀缺陷。

5 現(xiàn)場(chǎng)吊裝

由于ASP水箱高度較高，故采用平躺運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需完成水箱翻身、水箱吊裝就位及焊接。

5.1 吊裝前準(zhǔn)備

5.1.1吊裝前就位環(huán)境檢查

1)水箱基礎(chǔ)已養(yǎng)護(hù)完成，基礎(chǔ)鑿毛完成，標(biāo)高符合圖紙要求，具備吊裝條件；基礎(chǔ)上方不得有干涉水箱就位的掛架、鋼筋等物體。

2)水箱周邊墻體預(yù)留的鋼筋不得影響人員通行，如有影響應(yīng)進(jìn)行修改。

3)人員通道、操作平臺(tái)及臨邊防護(hù)措施已施工完成，檢驗(yàn)合格，具備使用條件。

4)為便于水箱定位，應(yīng)放出水箱的中心線和安裝軸線。

5.1.2支撐墊鐵安裝

1)支撐墊鐵采用20mm厚不銹鋼板制作，或使用20mm厚碳鋼板加3mm厚不銹鋼板隔離，每塊鋼板尺寸和間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整(見(jiàn)圖11)。

圖11 水箱底部支撐墊鐵

2)相鄰2組墊鐵布置間距為500～1 000mm，調(diào)整墊鐵布置位置，使其與水箱底部槽鋼位置對(duì)應(yīng)。

3)墊鐵布置后，檢查水平度，可通過(guò)M10調(diào)整絲杠進(jìn)行調(diào)平。

4)墊鐵下方的混凝土養(yǎng)護(hù)完成后方能進(jìn)行水箱的就位工作。

5.1.3吊裝前尺寸檢查

檢查箱體的外形尺寸是否存在變形情況。

5.1.4吊裝吊機(jī)、場(chǎng)地控制

1)站位點(diǎn)完成地基承載試驗(yàn)，滿足600t起重機(jī)站位，且起重機(jī)行走及回轉(zhuǎn)區(qū)域無(wú)障礙物。

2)起吊點(diǎn)周邊場(chǎng)地滿足75t汽車(chē)式起重機(jī)站位和旋轉(zhuǎn)，滿足40t運(yùn)輸平板車(chē)的運(yùn)輸，且滿足ASP水箱運(yùn)輸至起吊點(diǎn)。

3)吊裝控制區(qū)域已建立，并設(shè)專(zhuān)人看守。

4)吊裝前，作業(yè)半徑內(nèi)的塔式起重機(jī)鎖定。吊裝時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)所有塔式起重機(jī)以不干涉吊裝為準(zhǔn)。

5)吊裝工裝及工具包括翻轉(zhuǎn)支架、平衡梁等，準(zhǔn)備并驗(yàn)收合格。

6)設(shè)置起重吊裝總指揮1名，負(fù)責(zé)全面吊裝，另指定2名專(zhuān)人協(xié)助總指揮，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)75t起重機(jī)翻轉(zhuǎn)。

7)正式吊裝作業(yè)前進(jìn)行空鉤模擬吊裝，空鉤從設(shè)備起吊位置起鉤、變幅、回轉(zhuǎn)、落鉤使吊鉤到達(dá)就位位置上方，核實(shí)吊裝跨距等參數(shù)是否滿足要求。

5.2 吊裝

5.2.1卸車(chē)與翻身

1)卸車(chē) 將翻轉(zhuǎn)支架放置在75t起重機(jī)10m回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)；使用75t汽車(chē)式起重機(jī)通過(guò)平衡梁和吊索具將水箱連同水平托架吊裝到翻轉(zhuǎn)支架上；調(diào)整翻轉(zhuǎn)支架和水平托架的位置，將翻轉(zhuǎn)支架和水平托架連接在一起，用木板填充水平托架與翻轉(zhuǎn)支架側(cè)邊空隙部分，并用螺栓緊固壓板，最后檢查水箱是否有松動(dòng)，確認(rèn)無(wú)誤后，解除75t起重機(jī)和運(yùn)輸支架的連接。

2)翻身 通過(guò)1臺(tái)75t汽車(chē)式起重機(jī)(起重機(jī)B)配合600t履帶式起重機(jī)(起重機(jī)A)雙機(jī)抬吊，起重機(jī)A的吊鉤連接吊裝帶，與翻轉(zhuǎn)支架的下部吊耳連接；起重機(jī)B的吊鉤連接吊裝帶，與翻轉(zhuǎn)支架的上部吊耳連接；2臺(tái)起重機(jī)同步緩慢起升吊鉤，離地100～200mm檢查各吊點(diǎn)索具的受力均衡，確保安全方可起吊；2臺(tái)起重機(jī)繼續(xù)緩慢起升吊鉤，使水箱水平提升，距離地面約1m時(shí)停止起升；起重機(jī)B緩慢起升，起重機(jī)A同時(shí)緩慢松鉤，直至翻轉(zhuǎn)支架與水箱處于垂直狀態(tài)；作業(yè)人員檢查垂直狀態(tài)確認(rèn)無(wú)誤后，起重機(jī)A，B同時(shí)落鉤，將翻轉(zhuǎn)支架與水箱放置在地面上；起重機(jī)A完全松鉤，作業(yè)人員再次檢查起重機(jī)B與翻轉(zhuǎn)支架、水箱的連接情況，但起重機(jī)B需微微受力，防止翻轉(zhuǎn)支架傾覆；作業(yè)人員檢查翻轉(zhuǎn)支架與地面接觸情況，確保接觸良好、穩(wěn)定，安全可靠；解除起重機(jī)A與翻轉(zhuǎn)支架、水箱的連接，起重機(jī)A駛離起吊控制區(qū)域。水箱翻身不同階段如圖12所示。

圖12 水箱翻身不同階段

5.2.2水箱吊裝受力分析

1)設(shè)備吊重(見(jiàn)表1)

表1 設(shè)備吊重

2)吊索具連接(見(jiàn)圖13)

圖13 吊索具連接

3)吊索具受力計(jì)算

垂直吊裝平衡梁吊索如圖14所示。

圖14 垂直吊裝平衡梁吊索示意

水箱整體吊裝重約17.7t(不含吊鉤和鋼絲繩重量)，動(dòng)載荷系數(shù)取1.1，單根吊帶拉力F為50.4kN。根據(jù)巨力吊裝帶產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)，由綁扎方式確定極限載荷工作系數(shù)為2.1，20t吊裝帶打雙后(即單根10t)的額定起吊總重為21t>5.04t，滿足要求。卸扣負(fù)荷率為5.04t/10t=50.4%，滿足使用要求。

平衡梁下方的每根吊裝帶均為垂直受力，則每根吊裝帶的受力F=13.7×1.1/6=2.52t，每根吊裝帶的負(fù)荷率為2.52t/20t=12.6%，滿足使用要求。卸扣負(fù)荷率為2.52t/10t=25.2%，滿足使用要求。

5.2.3吊裝

1)起重機(jī)A回轉(zhuǎn)，使用2根20t×10m的吊帶通過(guò)4個(gè)12t的卸扣與豎直吊裝平衡梁上部連接。

2)起重機(jī)A回轉(zhuǎn)，使平衡梁靠近水箱本體正上方，將水箱本體上已連接好的6根吊帶與平衡梁下部的6個(gè)吊耳通過(guò)卸扣連接，此時(shí)起重機(jī)B不得影響起重機(jī)A起鉤。

3)起重機(jī)A緩慢起鉤，使吊帶微微受力，然后解除水箱與運(yùn)輸支架的連接。

4)起重機(jī)A繼續(xù)緩慢起鉤，待水箱離開(kāi)翻轉(zhuǎn)支架200mm時(shí)，停止起鉤，檢查吊帶的受力情況、水箱是否有變形或異響，確認(rèn)無(wú)誤后，靜止10min轉(zhuǎn)動(dòng)起重機(jī)，使水箱離開(kāi)翻轉(zhuǎn)支架區(qū)域，兩者水平間距超過(guò)10m。

5)起重機(jī)A繼續(xù)起鉤、變幅和回轉(zhuǎn)，將水箱吊裝到設(shè)備基礎(chǔ)上方。

6)起重機(jī)B松鉤，將翻轉(zhuǎn)支架水平放置在地面上，解除水箱運(yùn)輸托架與翻轉(zhuǎn)支架的連接。

5.3 水箱調(diào)整就位

1)水箱吊裝到水箱基礎(chǔ)上方約600mm后，應(yīng)由4名作業(yè)人員扶住水箱本體，4個(gè)方向均應(yīng)設(shè)置專(zhuān)人進(jìn)行看護(hù)。

2)指揮起重機(jī)A持續(xù)松鉤，直至水箱與墊鐵接觸，4名作業(yè)人員穩(wěn)住水箱，檢查水箱中心標(biāo)記是否與基礎(chǔ)放出的中心軸線重合，以水箱的4個(gè)角點(diǎn)與基礎(chǔ)上的放線標(biāo)記是否重合作為就位參考，確認(rèn)中心軸線完全重合后，起重機(jī)A完全松鉤。

3)水箱就位后，可用鋼絲繩或倒鏈，穿過(guò)水箱吊耳，拉住水箱四角并固定在預(yù)埋彎鉤或鋼筋上，并做好碳鋼和不銹鋼隔離工作，組織相關(guān)人員檢查水箱位置，確認(rèn)無(wú)誤后，安排人員摘鉤，最后用與水箱材質(zhì)相同的加強(qiáng)筋焊接在預(yù)留鋼筋或彎鉤上。

5.4 基礎(chǔ)灌漿

水箱就位完成，對(duì)設(shè)備完成防護(hù)后，進(jìn)行水箱基礎(chǔ)灌漿工作，灌漿至水箱底板下表面。

5.5 水箱附件安裝

5.5.1安裝連通管

相鄰的2個(gè)水箱安裝調(diào)整完成后，進(jìn)行連通管安裝。安裝前先對(duì)連接管骨架進(jìn)行精確測(cè)量，按設(shè)計(jì)圖將預(yù)制好的連通管子模塊安裝就位，并增加措施工裝，防止連通管焊接變形。連通管組對(duì)完成后，先進(jìn)行外加強(qiáng)肋交錯(cuò)焊接，再進(jìn)行連通管內(nèi)側(cè)的矩形框?qū)雍附?，最后進(jìn)行連通管外側(cè)的角焊接。焊接應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝執(zhí)行，焊接后對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

5.5.2安裝其他附件

根據(jù)ASP水箱圖紙要求，安裝水箱內(nèi)外部相關(guān)附件。

5.6 水箱現(xiàn)場(chǎng)焊縫表面處理

水箱附件現(xiàn)場(chǎng)焊接檢驗(yàn)完成后，對(duì)焊縫表面進(jìn)行酸洗鈍化處理。

5.7 水箱內(nèi)部尺寸最終檢查

1)水箱內(nèi)表面檢查 使用水平尺檢查水箱內(nèi)表面平整度。

2)垂直度 使用吊線墜的方式測(cè)量壁板垂直度。

3)弧形面 使用自制弧形樣板尺檢查水箱的弧形面。

4)底板水平度 使用水平尺測(cè)量底板的水平度。

6 結(jié)語(yǔ)

ASP水箱模塊化施工技術(shù)，重點(diǎn)在于控制預(yù)制過(guò)程中構(gòu)件的焊接變形，通過(guò)優(yōu)化焊接順序，施加防變形工裝來(lái)保證變形量在可控范圍內(nèi)；水箱模塊化吊裝中的變形控制也是重點(diǎn)，可通過(guò)在水箱內(nèi)部設(shè)置支撐架控制吊裝變形。

通過(guò)ASP水箱模塊化施工技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了ASP水箱模塊的流水化預(yù)制及安裝作業(yè)，提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝效益，還減少了現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)對(duì)吊裝區(qū)域的占用時(shí)間，縮短了施工工期，大大降低了施工成本，在類(lèi)似的施工項(xiàng)目中有良好的推廣價(jià)值。