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        某核電站SC結(jié)構(gòu)施工重難點分析及控制措施

        2023-12-01 12:31:20上海核工程研究設(shè)計院股份有限公司劉振文朱亞閣
        電力設(shè)備管理 2023年19期
        關(guān)鍵詞:工裝吊裝鋼板

        上海核工程研究設(shè)計院股份有限公司 劉 敏 劉振文 朱亞閣

        1 引言

        某核電項目核島土建反應(yīng)堆廠房的屏蔽墻是核電站抵抗內(nèi)外部事故最重要的構(gòu)筑物之一,具有輻射屏蔽、飛射物防護、非能動冷卻、抵抗龍卷風(fēng)和地震事件等重要功能。屏蔽墻由普通混凝土結(jié)構(gòu)(簡稱“RC結(jié)構(gòu)”)和鋼板混凝土結(jié)構(gòu)(簡稱“SC結(jié)構(gòu)”)組成,采用SC結(jié)構(gòu)作為核島的主體結(jié)構(gòu)尚屬首次[1]。該結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮混凝土與鋼材特性,另一方面由于栓釘和內(nèi)部混凝土的存在,使得鋼板剛度提高,抗彎性能得以發(fā)揮。SC結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點在于抗震性能好,承載能力高,抗沖擊性能好,可以抵御爆炸和大飛機撞擊。但受結(jié)構(gòu)特點限制,其內(nèi)部空間狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大,研究其施工過程中的重難點和控制措施是十分必要的。

        2 工程概況

        2.1 結(jié)構(gòu)特點

        SC結(jié)構(gòu)是雙層鋼面板的筒體結(jié)構(gòu),從±0.000m至17.950m為部分圓環(huán)體,從17.950m至57.246m為圓環(huán)體,外半徑為23.985m,內(nèi)半徑為22.885m,厚度為1.1m。標(biāo)準(zhǔn)鋼面板厚度為20mm,連接區(qū)域鋼面板厚度為25mm,鋼板材質(zhì)均為Q345B(進(jìn)氣口區(qū)域為Q420C),鋼面板背部焊接錨釘、拉筋、加勁板。SC結(jié)構(gòu)內(nèi)部連接區(qū)和加厚區(qū)采用自密實混凝土,其他區(qū)域采用普通混凝土。SC結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 SC結(jié)構(gòu)

        2.2 施工特點

        模塊化施工是SC結(jié)構(gòu)一大特點,通過在工廠預(yù)制子模塊,運輸?shù)浆F(xiàn)場組裝成大型結(jié)構(gòu)模塊,再整體吊裝就位,極大地壓縮了建造周期。SC結(jié)構(gòu)分為連接區(qū)(1層、7層)、非閉合區(qū)(2~7層)、閉合區(qū)(8~17層)和進(jìn)氣口區(qū)段(18~19層)四部分,每層高度約3m。標(biāo)準(zhǔn)子模塊弧度為30°,弧長12.6m、高度1.5m、寬度1.1m,整個SC結(jié)構(gòu)由208塊子模塊拼裝而成。每層吊裝就位后,與下層模塊焊接連接,內(nèi)部澆筑混凝土,養(yǎng)護完成后吊裝下一層模塊。

        3 SC結(jié)構(gòu)施工重難點分析及控制措施

        3.1 SC與CV施工邏輯

        核島鋼制安全殼(以下簡稱“CV結(jié)構(gòu)”)為上下帶橢球封頭的圓柱形鋼制容器,由底封頭、3個CV環(huán)體和頂封頭組成。由于SC結(jié)構(gòu)與鋼制安全殼墻體間距僅1.33m,兩者在吊裝時會互相干涉,總體原則為CV結(jié)構(gòu)施工標(biāo)高在先,SC結(jié)構(gòu)施工標(biāo)高在后,先里后外。

        CV底封頭(CVBH)首先就位,隨后施工外部A~E層基礎(chǔ),待C層基礎(chǔ)養(yǎng)護完成后,即可滿足CV1環(huán)吊裝條件,CV1環(huán)就位后,內(nèi)部混凝土繼續(xù)施工,如果此時吊裝CV2環(huán),CV結(jié)構(gòu)的相對標(biāo)高已達(dá)到35.607m,造成CV內(nèi)部混凝土澆筑困難,因此,先吊裝SC1~SC7,此時SC結(jié)構(gòu)相對標(biāo)高為17.950m;若繼續(xù)吊裝SC8~9層,由于SC結(jié)構(gòu)在外,CV結(jié)構(gòu)在內(nèi),不利于CV結(jié)構(gòu)吊裝安裝,因此先就位CV2環(huán),此時相對標(biāo)高為36.600m;如果繼續(xù)就位CV3環(huán),相對標(biāo)高達(dá)到47.300m,影響SC8~9層就位,因此先吊裝SC8~9層,此時相對標(biāo)高為23.950m,如果后續(xù)就位SC10~15層,不利于SC結(jié)構(gòu)與CV結(jié)構(gòu)間掛架的搭設(shè)與拆除,故先就位CV3環(huán);隨后吊裝SC10~15層,考慮CV頂封頭(CVTH)焊接操作空間,先就位CVTH,后吊裝SC16~19層[2]。SC結(jié)構(gòu)與CV結(jié)構(gòu)安裝邏輯如圖2所示。

        圖2 SC結(jié)構(gòu)與CV結(jié)構(gòu)安裝邏輯

        3.2 整圈吊裝難度大

        SC結(jié)構(gòu)雙層整圈模塊是一種大直徑環(huán)形柔性雙層鋼面板結(jié)構(gòu),直徑47.97m,高度6m,鋼面板間設(shè)有φ20mm拉結(jié)鋼筋,模塊本體最大重量約406.7t,國內(nèi)外尚無成熟經(jīng)驗可借鑒,吊裝難度大。

        一是吊裝工裝設(shè)計:SC結(jié)構(gòu)雙層整圈模塊分為高應(yīng)力區(qū)和低應(yīng)力區(qū),模塊質(zhì)量分布不均勻,重心與形心不重合,吊索具連接復(fù)雜,吊裝工裝上吊點多,模塊調(diào)平難度大。對此可采用有限元分析軟件,對吊裝工裝的吊點布置、強度、穩(wěn)定性及變形進(jìn)行系統(tǒng)地分析,確定吊裝工裝的合理性和吊點選擇,提前布置好調(diào)平配重;同時開展吊裝工裝荷載試驗,確保吊裝過程萬無一失。

        二是變形控制:SC結(jié)構(gòu)安裝精度要求高,連接區(qū)域尺寸偏差為±3mm,非閉合區(qū)尺寸偏差為6mm。SC結(jié)構(gòu)整體剛度小,吊裝過程中容易發(fā)生變形,精度控制難度大。針對此問題可采用有限元分析軟件,對吊點受力不均勻、地面不平整、吊索偏斜等初始缺陷進(jìn)行模擬,對吊裝過程中容易出現(xiàn)塑性變形的位置,制定加固措施或調(diào)整吊點位置,選用合理的吊裝方法來控制模塊變形;在組對時通過設(shè)置合理工裝,采用千斤頂、倒鏈等工機具對模塊進(jìn)行校正,使模塊精度達(dá)到設(shè)計要求。

        三是吊裝就位難度大:SC結(jié)構(gòu)雙層整圈模塊共24個子模塊,每個子模塊均有就位基準(zhǔn)線,就位基準(zhǔn)線需要與核島位置相對應(yīng),模塊就位基準(zhǔn)線數(shù)量多,同時SC結(jié)構(gòu)與CV結(jié)構(gòu)間距小,容易與CV結(jié)構(gòu)相碰,SC結(jié)構(gòu)就位困難。對此可在SC結(jié)構(gòu)吊裝前,在模塊本體安裝徑向、環(huán)向限位裝置及防擠碰裝置輔助SC結(jié)構(gòu)模塊就位。徑向限位裝置成對布置,環(huán)向間距6°,環(huán)向限位裝置布置在0°和180°方位,防擠碰裝置設(shè)置在下層模塊外側(cè)鋼面板上,布置在0°、90°、180°、270°附近,采用全站儀定位,保證SC結(jié)構(gòu)模塊精準(zhǔn)就位。

        3.3 連接區(qū)域施工

        SC結(jié)構(gòu)與RC結(jié)構(gòu)連接區(qū)域通過錨固鋼筋連接,SC結(jié)構(gòu)支撐板上開錨固孔,錨固鋼筋穿過孔洞與RC結(jié)構(gòu)豎向鋼筋通過套筒連接,連接區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜,下部RC結(jié)構(gòu)鋼筋密集,錨固鋼筋數(shù)量多,錨固擰緊后錨固鋼筋無法與錨固孔逐一對應(yīng),SC結(jié)構(gòu)無法吊裝就位。

        為解決此類問題,采用逆作法施工,即先施工上部SC結(jié)構(gòu),再施工下部RC結(jié)構(gòu)。具體步驟為:工裝預(yù)埋件位置放線→工裝預(yù)埋件安裝→工裝預(yù)埋件部位混凝土澆筑→支撐工裝位置放線→RC結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎→支撐工裝安裝→支撐工裝檢查→SC結(jié)構(gòu)安裝位置放線→SC結(jié)構(gòu)吊裝就位→SC結(jié)構(gòu)組對→SC結(jié)構(gòu)焊接→無損檢測→錨固鋼筋安裝→RC結(jié)構(gòu)模板安裝→混凝土澆筑。采用逆作施工方法,至少縮短工期45d,減少3840個機械套筒,在確保質(zhì)量安全的前提下,極大地提高施工效率,節(jié)約成本。

        3.4 混凝土澆筑

        3.4.1 SC鋼板變形控制

        自密實混凝土在澆筑過程中會產(chǎn)生較大的側(cè)壓力,設(shè)計文件要求鋼板承受澆筑靜壓力不得超過100kPa,若混凝土澆筑速度控制不當(dāng),將導(dǎo)致SC結(jié)構(gòu)鋼板產(chǎn)生變形?;炷翝仓陂g在原SC安裝公差基礎(chǔ)上,以±6mm為預(yù)警值,當(dāng)變形超過預(yù)警值時,須放慢澆筑速度,并加密觀察頻率。

        針對鋼板變形問題,SC吊裝就位后,出具測量報告,對于變形較大的部位,在混凝土澆筑時應(yīng)予以重點關(guān)注;根據(jù)測量報告,監(jiān)測點設(shè)置在變形較大處,豎向每2m設(shè)置一個。

        利用SC內(nèi)側(cè)的走道平臺,采用掉線墜的方法進(jìn)行監(jiān)測,也可在SC外側(cè)面貼反光片,利用全站儀進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測共分3個階段。

        一是混凝土澆筑前對各個監(jiān)測點進(jìn)行測量,記錄初始數(shù)據(jù);二是混凝土澆筑過程中對各測點進(jìn)行實時監(jiān)測,每澆筑完成2m高對澆筑區(qū)域測點進(jìn)行一次測量;三是澆筑完成后至所有混凝土終凝,對全部測點進(jìn)行一次完整觀測,并與澆筑前數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,形成變形監(jiān)測報告。

        如果在混凝土澆筑過程中,發(fā)現(xiàn)變形監(jiān)測異常,如數(shù)據(jù)發(fā)生突變、變形過大等,需減緩混凝土澆筑速度,必要時暫?;炷翝仓?/p>

        3.4.2 澆筑質(zhì)量難以保障

        SC內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、物項多、拉筋間距小,混凝土澆筑存在很大困難[3]。以SC19層為例,其頂部呈三角形,內(nèi)部設(shè)有上下兩層水平隔板,內(nèi)側(cè)斜面鋼板設(shè)置有下灰孔,該斜板下灰孔與內(nèi)部水平隔板下灰孔不在一條直線上,下灰難度較大,同時也很難通過下灰孔觀察到內(nèi)部混凝土的流動情況,存在混凝土填充不密實的風(fēng)險;并且內(nèi)部沿環(huán)向布置有橫向加勁板,加勁板阻礙混凝土流動,三角形頂部及相鄰兩塊加勁板之間存在澆筑不密實的風(fēng)險;底部和頂部隔板在兩個布料點之間的區(qū)域易出現(xiàn)空鼓。

        針對上述施工難點,為保證澆筑質(zhì)量,采取以下控制措施。

        一是開展模擬試驗:開展三次試驗驗證澆筑措施的可行性。第一次試驗驗證自密實混凝土在下料時對結(jié)構(gòu)填充的密實性、不同層間覆蓋時間下兩層混凝土之間的結(jié)合性、自密實混凝土在不同形式下料管中的流動性;第二次試驗驗證自密實混凝土對隔板底板填充的密實性、測定混凝土流動的距離和坡度;第三次試驗驗證自密實混凝土對頂部三角區(qū)填充的密實性。通過三次模擬試驗,收集了關(guān)鍵施工參數(shù),驗證了施工措施的可行性。二是外部輔助敲擊:在施工前,對自密實混凝土難以填充的貫穿件、預(yù)埋件及鋼筋密集區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識,施工時由專人重點監(jiān)控該區(qū)域,通過橡皮錘輔助敲擊鋼板外側(cè),提高混凝土流動性,避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)空鼓。三是頂部設(shè)置下灰槽:頂部三角區(qū)無法利用原設(shè)計圖紙中的下灰孔將該區(qū)域澆筑密實,根據(jù)驗證試驗結(jié)果,在頂部重新開設(shè)下灰孔,安裝下灰槽。四是布料管設(shè)置:SC19層設(shè)置64根下料管,采用軟管+PVC管的形式,在吊裝前安裝到位。五是借助內(nèi)窺鏡觀察內(nèi)部混凝土流動情況。

        3.5 成品保護和防異物管理

        3.5.1 成品保護

        在澆筑過程中,混凝土灰漿將會對SC結(jié)構(gòu)表面造成污染。在現(xiàn)場施工過程中,需要采取措施對SC和CV表面進(jìn)行保護,可在SC內(nèi)外兩側(cè)鋼板頂部沿鋼板外側(cè)立面覆蓋油布,油布覆蓋至操作平臺頂部,并在操作平臺上做水平延伸,保證澆筑前對SC局部區(qū)域進(jìn)行覆蓋防護,防止表面污染。

        3.5.2 防異物管理

        SC結(jié)構(gòu)高應(yīng)力區(qū)拉筋間距僅為150mm,人員無法進(jìn)入,若存在雜物和積水,清理難度較大。針對此問題,可對高應(yīng)力區(qū)臨時覆蓋,防止雜物掉入內(nèi)部;混凝土頂面由高應(yīng)力區(qū)向低應(yīng)力區(qū)放坡,將積水排至低應(yīng)力區(qū),便于積水清理。在澆筑前,使用吸塵器對高應(yīng)力區(qū)的鐵屑、碎渣進(jìn)行清理,低應(yīng)力區(qū)進(jìn)行人工清理。

        4 結(jié)語

        SC結(jié)構(gòu)是近年來隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展所提出的建筑結(jié)構(gòu)類型,現(xiàn)階段已被有效用于某核電站,本文從SC與CV施工邏輯、整圈吊裝、連接區(qū)域施工、混凝土澆筑、成品保護和防異物管理五個方面,分析了施工過程中存在的重難點,并制定出針對性的解決措施,在很大程度上可以提高施工質(zhì)量,節(jié)約資源投入,提高施工效率,縮短施工工期,為SC結(jié)構(gòu)在后續(xù)核電站中的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)。

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