蔡 彪,劉 軍,李 斌,汪宇雄
(中國建筑第二工程局有限公司,北京 100160)
核電站安全殼鋼襯里是核島最后一道安全防線,主要功能是在核電站運(yùn)行期間防止外界環(huán)境對內(nèi)部設(shè)施產(chǎn)生影響,并在失水事故后包容放射性釋放物。其質(zhì)量直接影響核島土建施工周期和核電站使用過程中的安全性、可靠性及使用壽命。
華龍一號鋼襯里由底板、截錐體、筒體和穹頂組成。底板整體形狀為直徑43.618m的圓形板,材質(zhì)為P265GH,如圖1所示。此圓形板分為3部分:①外邊緣直徑為43.618m、內(nèi)邊緣直徑為15m、標(biāo)高為-7.800m、厚6mm的環(huán)形板及連接底板與厚30mm的截錐體(變厚度)的環(huán)形加強(qiáng)節(jié);②直徑為15m、標(biāo)高為-7.005m、厚10mm的圓形板;③高0.75m、上口標(biāo)高-7.050m、下口標(biāo)高-7.800m、直徑為15m、厚10mm的圓筒形結(jié)構(gòu)及連接外環(huán)與厚30mm內(nèi)圓(漸變厚度)的環(huán)形加強(qiáng)板,底部設(shè)置有支撐及檢查槽。
底板標(biāo)高為-7.800m,其中,中心凸臺主要由豎板、頂部加強(qiáng)節(jié)和頂板組成,豎板高400mm,厚10mm,安裝在底板內(nèi)環(huán)加強(qiáng)板上端,頂部加強(qiáng)節(jié)安裝在豎板上端,頂板為半徑7.325m的圓板,厚10mm,安裝標(biāo)高為-7.050m。薄鋼板焊接變形大,平整度控制要求嚴(yán)格,要求在20mm/2m內(nèi),底板焊縫質(zhì)量要求高,進(jìn)行100%射線檢測。通過采取合理的焊接工藝及防變形措施,最終焊縫質(zhì)量和平整度均滿足設(shè)計(jì)要求。
圖1 鋼襯里及底板示意
1)6,10mm底板預(yù)制流程 制作圖→領(lǐng)料→放線下料→標(biāo)識移植→板邊修直→坡口清理→無損檢測(若需要)→車間預(yù)制組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查→編號存放→車間拼裝場地預(yù)制組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查→編號存放→現(xiàn)場拼裝場地預(yù)制組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查。
2)角部加強(qiáng)板預(yù)制流程 制作圖→領(lǐng)料→放線下料→標(biāo)識移植→坡口加工→無損檢測→彎曲成型→預(yù)制拼接組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查→編號存放。
3)中心凸臺豎板預(yù)制流程 制作圖→領(lǐng)料→放線下料→標(biāo)識移植→坡口加工→無損檢測→彎曲成型→編號存放。
安裝流程:施工準(zhǔn)備→混凝土面標(biāo)高檢查→鋼襯里底板定位放線→底板模塊吊裝就位→組對→余量切割→焊前打磨→鋪設(shè)配重→焊接→焊縫無損檢測→整體幾何尺寸檢查。
3.1.1檢查槽及底板支撐制作
1)檢查槽和外環(huán)支撐采用空心型鋼□160×80×8,底板支撐為∟125×80×8。檢查槽、外環(huán)支撐和底板支撐角鋼采用型材切割機(jī)進(jìn)行下料,切割完成后對切口位置的毛刺和飛邊進(jìn)行打磨清理。
2)底板支撐下料完畢后,在短肢邊放出膨脹螺栓孔的定位十字軸線,進(jìn)行鉆孔。
3)外環(huán)支撐單根長度為0.58m,可一次切割成型。檢查槽最大長度為37.5m,受空心型鋼采購的單根長度所限,檢查槽需進(jìn)行拼接。空心型鋼上表面及拼接縫需全部進(jìn)行射線檢測。
3.1.2中心凸臺角部加強(qiáng)板(加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1,2)的車間預(yù)制
中心凸臺角部加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1由30mm厚加強(qiáng)板JQB4和JQB6拼接而成,加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)2由30mm厚加強(qiáng)板JQB3和JQB5拼接而成,如圖2所示。加強(qiáng)板JQB3~JQB6按照制作圖分別分成8段進(jìn)行預(yù)制。
圖2 中心凸臺角部加強(qiáng)板節(jié)點(diǎn)
JQB5,JQB6直接機(jī)加工成型,JQB3,JQB4機(jī)加工完畢后,按制作圖彎弧半徑進(jìn)行冷彎軋制成型,然后將各加強(qiáng)板自身兩兩組對焊接,焊接完成后各自變成4段。加強(qiáng)板JQB4與JQB6,JQB3與JQB5分別按照加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1,2形式兩兩組對焊接。焊接完成后,加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1,2各分為4段,加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1在現(xiàn)場與底板模塊9~13進(jìn)行組對焊接,加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)2在車間拼裝場地與底板模塊9~12進(jìn)行組對焊接。
加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1,2拼接前首先進(jìn)行坡口加工,切割后應(yīng)保證切割余量的正偏差。坡口應(yīng)具有與對接接頭所規(guī)定的無損檢測要求相符合的最終表面狀態(tài)。
加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)1,2按照制作圖要求的尺寸拼接,待無損檢測合格后,按圖2進(jìn)行組裝,避免出現(xiàn)十字交叉焊縫。
加強(qiáng)板拼接采用手工電弧焊,為減少焊接變形,對加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)處的拼焊采取防變形工裝進(jìn)行固定,如圖3所示。
圖3 中心凸臺角部加強(qiáng)板焊接防變形工裝示意
應(yīng)及時校正焊接產(chǎn)生的變形,鋼構(gòu)件變形處理措施按《鋼構(gòu)件變形校正方法及控制》執(zhí)行。
3.1.3截錐體角部加強(qiáng)板(加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3)的車間預(yù)制
加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3由30mm厚加強(qiáng)板JQB1,JQB2拼接而成,如圖4所示。加強(qiáng)板JQB1,JQB2分別分成24段進(jìn)行預(yù)制。加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3首先進(jìn)行坡口加工,然后按施工圖要求的尺寸進(jìn)行拼接,待無損檢測合格后,按圖4進(jìn)行組裝,避免出現(xiàn)十字交叉焊縫。
圖4 截錐體角部加強(qiáng)板節(jié)點(diǎn)
因JQB1為傾斜布置,與模塊JQB2的組裝夾角為97.667°,因此,加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3的防焊接變形工裝需根據(jù)該角度進(jìn)行制作。
3.1.46mm厚底板的車間預(yù)制
1)模塊1~12的6mm鋼板在車間共分成64塊進(jìn)行預(yù)制,按下料圖采用數(shù)控切割機(jī)或半自動切割機(jī)下料并編號。
2)模塊1~12的6mm鋼板直角邊預(yù)留50mm左右余量,余量在現(xiàn)場安裝時切除。
3)模塊1~12的6mm鋼板弧邊預(yù)留100mm左右余量,鋼板在拼裝場地拼接完成后,利用弧形板進(jìn)行放線,將模塊弧邊的余量切除后,與相應(yīng)的加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組對焊接。
4)在車間將同一模塊中相鄰的2塊預(yù)制板拼焊成一個小模塊,將小模塊運(yùn)送至拼裝場地進(jìn)行二次組對作業(yè),拼裝為大模塊。
5)采用埋弧自動焊焊接。
6)車間放樣下料時要保證板材平直,且嚴(yán)格控制各方面尺寸,對于直邊,嚴(yán)格控制直線度。采用壓重塊壓實(shí)焊縫兩側(cè),防止焊接引起變形。
7)為避免模塊鋼板因局部彎曲受力過大引起塑性變形,底板預(yù)制及拼裝過程中,對于較大分塊板采用平衡梁吊裝,在模塊鋼板上焊接輔助吊耳并通過手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整,如圖5所示,其實(shí)際位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整、定位。吊耳焊接應(yīng)避開焊縫,吊耳數(shù)量及位置應(yīng)根據(jù)鋼板彎曲變形情況進(jìn)行設(shè)置。
圖5 模塊吊裝示意
3.1.5中心凸臺10mm厚側(cè)板的車間預(yù)制
中心凸臺側(cè)邊豎板組成的圓形筒體外半徑為7.5m,由8塊10mm厚鋼板組成,每塊板由卷板機(jī)卷制成型并拼裝成4個模塊。豎板在車間預(yù)制時寬度方向預(yù)留20mm余量,加工豎板下端坡口,豎板在現(xiàn)場安裝完后根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行切割或打磨,加工豎板上端坡口。
3.1.6中心凸臺頂板的車間預(yù)制
中心凸臺頂板分成模塊13-1,13-2,分別由6塊10mm厚鋼板拼接而成,車間預(yù)制時將同一模塊中相鄰的2塊分塊板拼焊成1個分塊,運(yùn)送至車間拼裝場地進(jìn)行二次組對作業(yè),分別拼裝成2個小模塊。小模塊在現(xiàn)場拼裝場地進(jìn)行三次組對作業(yè),拼裝成最終模塊。分塊原則與底板一致。
3.1.7車間拼裝場地的拼接
車間拼裝場地共1塊,場地需進(jìn)行混凝土找平,具有一定的平整度,拼裝平臺采用型鋼、鋼板搭設(shè)。模塊分塊板采用龍門式起重機(jī)或汽車式起重機(jī)進(jìn)行倒運(yùn)和拼裝。為保證工程進(jìn)度,可根據(jù)現(xiàn)場情況增減拼裝場地。車間拼裝場地拼裝模塊尺寸及自重如表1所示。
3.1.86mm厚底板拼接
1)將車間預(yù)制好的分塊板和加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)至車間拼裝場地,利用龍門式起重機(jī)或汽車式起重機(jī)在場地內(nèi)進(jìn)行拼裝,最終將模塊拼成如下形式:模塊1中MK1~MK3拼成一個小模塊,MK4~MK7拼成一個小模塊;模塊2~4同理;模塊5~8拼成最終模塊,包括與加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3的組對焊接;模塊9~12拼成最終模塊,包括與加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)2的組對焊接。
2)拼裝場地翻身吊耳設(shè)置,平移吊裝方式如圖5所示。
表1 車間拼裝場地拼裝模塊尺寸及自重
3)底板拼裝時,采用鉤鐵和鍥鐵進(jìn)行臨時固定,使鋼板與拼裝平臺上表面貼緊。
4)鋼板平直度和焊縫間隙檢查合格后,為防止鋼板變形或受溫度影響引起底板凸起,須在焊縫定位點(diǎn)焊后兩側(cè)壓上配重塊進(jìn)行焊接。
5)6mm厚底板拼接方法為埋弧自動焊或手工電弧焊雙面焊。
6)檢查校正合格后進(jìn)行無損檢測,合格后方可與加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組對。
7)所有弧形邊每隔500mm放一個控制點(diǎn),用半徑為21.634m的弧形靠尺將點(diǎn)連成一條弧線,所有直邊只放線,暫不切割。在6mm厚鋼板與加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)組對、焊接完成并檢查合格后,再次檢查兩直角邊控制點(diǎn),直角邊須等到在現(xiàn)場與其他模塊進(jìn)行組對放線后方可切割。
3.1.9截錐體角部加強(qiáng)板(加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3)的拼接
模塊5~8的加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)在車間拼裝場地進(jìn)行拼接(由11m長的2段拼接成22m長),由于模塊1~4在現(xiàn)場拼裝場地進(jìn)行最終拼裝,所以其加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)拼接也在現(xiàn)場拼裝場地進(jìn)行(由11m長的2段拼接成22m長)。
3.1.10加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)與底板的拼接
1)模塊5~12在車間拼裝場地進(jìn)行加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)與底板的拼接。
2)6mm厚底板組對完成后,模塊5~8與對應(yīng)的加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行組對焊接,模塊9~12與對應(yīng)的加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)2組對焊接。焊接采用TIG+SMAW焊接工藝或手工電弧焊,焊接前采取如圖3所示的防變形措施,確保焊縫質(zhì)量合格。
3.1.11中心凸臺頂板的拼接
模塊13-1/2中MK13-1和MK13-2,MK13-3和MK13-4,MK13-5和MK13-6分別在車間組對焊接成3個分塊,然后將MK13-3~MK13-6運(yùn)至車間拼裝場地進(jìn)行組對,焊接成小模塊。模塊13-1/2各分成2個小模塊運(yùn)至現(xiàn)場拼裝場地進(jìn)行最終模塊的拼裝。
3.2.1測量放線
標(biāo)高-7.800m段混凝土找平層施工完畢,且混凝土表面平整度檢查合格后,測量鋼襯里底板的中心坐標(biāo)、十字中心線、角度線及半徑,以十字中心線為絕對坐標(biāo),放出底板安裝定位線。
3.2.2底板吊裝
反應(yīng)堆廠房鋼襯里底板整體形狀為直徑43.6m的圓形板,底板最大分塊尺寸為18.7m×11.0m,鋼板厚6mm,由多張鋼板拼接而成。底板安裝平整度要求高,整體平整度要求20mm/2m,由于鋼板較薄且底板分塊尺寸大,在翻身和吊裝過程中極易產(chǎn)生變形,吊裝變形控制難度大。
為避免底板模塊因局部彎曲受力過大引起塑性變形,采用平衡梁吊裝。根據(jù)底板模塊重心,合理設(shè)置吊裝吊耳,吊耳通過手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)吊裝時受力平衡,以進(jìn)行變形控制,保證最終底板安裝精度滿足設(shè)計(jì)要求。吊耳布置及起吊翻身如圖6所示。
圖6 底板模塊吊耳布置及起吊翻身示意
利用ABAQUS軟件模擬現(xiàn)場吊點(diǎn)設(shè)置,選擇尺寸最大的底板模塊MK1(尺寸為18.7m×11.0m,重7.8t)吊裝工況進(jìn)行吊裝變形分析,結(jié)果如圖7所示。由圖7可知,最大變形量為11.8mm,滿足底板安裝設(shè)計(jì)要求的整體平整度20mm/2m。
圖7 底板模塊吊裝變形(單位:mm)
主平衡梁設(shè)計(jì)吊重為10t,其自重為1.1t。起吊前應(yīng)檢查起重機(jī)械及其安全裝置,底板模塊吊離地面時應(yīng)暫停起吊進(jìn)行全面檢查,確認(rèn)吊索具均勻受力、吊物水平等一切正常后方可正式起吊。
對于汽車式起重機(jī),作業(yè)前需確保所有支腿全部打開,支腿下部須使用堅(jiān)實(shí)墊木,墊木面積不低于支腿底板3倍。起重司機(jī)需檢查支腿是否全部受力,支腿閉鎖裝置是否投用(如適用),水平儀是否顯示整車水平。
使用牽引繩對吊物進(jìn)行控制,防止觸碰其他設(shè)備設(shè)施。
3.2.3就位安裝
底板吊裝就位前,按鋼襯里底板的編號(見圖1b)在混凝土基礎(chǔ)上標(biāo)出相應(yīng)的編號,在外環(huán)支撐空心型鋼上焊接固定限位板,利用限位板對底板進(jìn)行準(zhǔn)確、快速就位。為避免模塊板因局部彎曲受力過大引起塑性變形,采用平衡梁吊裝。
模塊就位后進(jìn)行整體找平,利用卡板等進(jìn)行臨時固定,根據(jù)對應(yīng)空心型鋼位置對直角邊進(jìn)行劃線,切割余量后固定。
按同樣的方法安裝相鄰模塊,以已切割的直角邊為基準(zhǔn),切割此相鄰模塊的直角邊余量。采用氧乙炔火焰進(jìn)行余量切割。切割前由QC人員及技術(shù)人員檢查無誤后方可切割,切割完成后使用磨光機(jī)將切割端面打磨平齊。
可采用手拉葫蘆等工具微調(diào)分塊板在混凝土表面的位置。
3.2.4組對、焊接及無損檢測
使用卡板等固定并調(diào)整焊縫間隙,檢查鋼板平直度和焊縫間隙合格后,為防止鋼板變形或受溫度影響引起底板凸起,在焊縫兩側(cè)壓上配重塊后將鋼板與空心型鋼點(diǎn)焊固定和焊接。
無論底板的打底焊接還是最終焊接,所有焊接操作應(yīng)按相應(yīng)的焊接工藝要求進(jìn)行,且應(yīng)避免在惡劣的氣候條件下作業(yè),當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃、焊件溫度低于5℃、環(huán)境濕度超過90%、風(fēng)力大于8m/s時均禁止施焊。待焊坡口表面須保持干燥,焊縫要適當(dāng)冷卻,以免由于內(nèi)應(yīng)力引起裂紋。底板安裝期間,焊接作業(yè)時應(yīng)及時采取擋風(fēng)措施,以免風(fēng)力超標(biāo)。
底板焊接時,為有效控制焊接變形,采取以下控制措施。
1)底板焊接在焊縫兩側(cè)布置配重塊,以減小焊接變形量,但配重塊的設(shè)置不得增大焊縫的焊接難度,如減小施焊空間、阻礙焊工的習(xí)慣操作位置等。
2)底板焊接時,原則上先焊短縫后焊長縫,由2人從中間向兩端采取分段退焊法,分段長度控制在500mm以內(nèi),且采用多名焊工對稱施焊。
3)對于每段焊縫采用短道多層、整段蓋面的焊接方法,以有效減少焊接熱輸入量造成的焊接變形。
4)底板焊接時,加強(qiáng)對焊工的管理,使其按照正確的焊接工藝、方法及順序進(jìn)行焊接操作。
3.2.5整體幾何尺寸檢查
底板焊接、無損檢測完成后,按照技術(shù)規(guī)格書的要求對底板標(biāo)高、平整度進(jìn)行檢查,合格后進(jìn)行下一步工作。
華龍一號鋼襯里底板施工技術(shù)解決了因現(xiàn)場條件限制而無法進(jìn)行模塊原位預(yù)制安裝的問題,選用合適的吊裝方法和工藝,底板的吊裝變形和安裝精度可控。該技術(shù)降低了施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),并提高現(xiàn)場施工工效,有效保證施工質(zhì)量和整個施工過程順利進(jìn)行。實(shí)踐證明,施工效果良好,能滿足設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求,具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值,可為后續(xù)類似工程項(xiàng)目提供參考。