薛夢(mèng)璇XUE Meng-xuan；趙思思ZHAO Si-si

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100080）

0 引言

研究背景：

華龍一號(hào)反應(yīng)堆廠房外層安全殼筒體上方的穹頂為扁球形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，半徑較長(zhǎng)，穹頂厚度約為2 米，混凝土澆筑量龐大。原有外殼穹頂施工方案是在內(nèi)層安全殼頂部支設(shè)腳手架作為混凝土模板支撐，而內(nèi)殼為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在內(nèi)殼穹頂上支撐腳手架，會(huì)影響內(nèi)殼預(yù)應(yīng)力張拉及安全殼打壓試驗(yàn)等工作的開展，且外殼穹頂腳手架的現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)也要占用較長(zhǎng)工期，上述各種因素會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展周期。此外，內(nèi)外殼之間空間相對(duì)比較緊湊，模板支撐腳手架施工作業(yè)不太方便，且屬于高空作業(yè)，存在一定的危險(xiǎn)性，因此，技術(shù)人員需要針對(duì)此情況進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

研究目的與研究意義：

通過(guò)研究現(xiàn)有穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)方案，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一種新型的可以整體吊裝的外殼穹頂混凝土澆筑用鋼模板，避免現(xiàn)場(chǎng)腳手架的搭設(shè)，以提高安全性，并且達(dá)到工期優(yōu)化目的。在本文中將外殼穹頂施工用鋼模板簡(jiǎn)稱為“鋼模板”，鋼模板的研究結(jié)果已應(yīng)用于華龍一號(hào)機(jī)組，這進(jìn)一步提升了華龍機(jī)型的創(chuàng)新性和競(jìng)爭(zhēng)力，下文對(duì)鋼模板的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其對(duì)造價(jià)的影響進(jìn)行分析，為后續(xù)華龍機(jī)型的造價(jià)研究提供了參考。

1 鋼模板方案的提出與優(yōu)勢(shì)

1.1 鋼模板支撐體系設(shè)計(jì)

在福清5 號(hào)機(jī)組中，外殼穹頂混凝土采用整圈分段澆筑方式施工，需在內(nèi)層安全殼頂部支設(shè)腳手架，占用了較長(zhǎng)工期，高空作業(yè)也存在一定的危險(xiǎn)性。技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行研究，提出了三種改進(jìn)方案：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架（網(wǎng)殼）方案、鋼板混凝土結(jié)構(gòu)方案、鋼襯里方案，并進(jìn)行了論證分析。

1.1.1 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架（網(wǎng)殼）方案

根據(jù)外殼穹頂?shù)男螤睿煽紤]的網(wǎng)殼類型應(yīng)為類似球面網(wǎng)殼形式，如圖1 所示。

通過(guò)對(duì)球面殼整體吊裝的可行性、網(wǎng)架承受一定厚度混凝土載荷的可行性、后續(xù)可拆卸及重復(fù)使用的可行性等進(jìn)行分析后，技術(shù)人員認(rèn)為球面網(wǎng)殼整體吊裝沒(méi)有問(wèn)題，但以往網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都是輕質(zhì)屋面，如果需要承受混凝土載荷，網(wǎng)殼也會(huì)承受較大的荷載，要承受這種荷載只能采用雙層球面殼，桿件截面會(huì)很大，整個(gè)網(wǎng)殼會(huì)非常粗大笨重，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的拆卸也需要較大的空間，且拆卸往往是破壞性的，所以不宜采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

1.1.2 鋼板混凝土結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)角度，采用單側(cè)鋼板混凝土結(jié)構(gòu)（如圖2）應(yīng)該是可行的。

圖2 典型鋼板混凝土樓板模塊

但若采用環(huán)形加勁肋與徑向加勁肋相互交叉布置方案，需考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：在結(jié)構(gòu)選型階段，《核電站鋼板混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》尚未發(fā)布，缺少國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范作為設(shè)計(jì)依據(jù)，也沒(méi)有鋼板混凝土穹頂設(shè)計(jì)施工先例可供參考；鋼板混凝土穹頂?shù)目勾箫w機(jī)撞擊計(jì)算可能會(huì)有問(wèn)題；鋼板相對(duì)較厚，綜合考慮栓釘及縱橫加勁肋后，重量恐怕難以滿足整體吊裝的要求等等。因此，鋼板混凝土結(jié)構(gòu)也不是較佳的解決方案。

1.1.3 鋼襯里方案

該方案可參考現(xiàn)有的內(nèi)層安全殼穹頂鋼襯里方案，鋼襯里僅作為混凝土澆筑模板使用，不作為結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件考慮，僅考慮施工荷載。采用環(huán)形加勁肋與徑向加勁肋相互交叉布置方案，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工，技術(shù)都較為成熟，經(jīng)驗(yàn)較為豐富，初步判斷該方案較為可行，根據(jù)現(xiàn)有起吊設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)整體吊裝，但拆卸不可行。因此在綜合考慮施工可行性、技術(shù)成熟度及工期要求等因素后，選取鋼襯里方案進(jìn)行進(jìn)一步分析。

1.2 鋼模板的優(yōu)勢(shì)

原方案需在內(nèi)層安全殼頂部支設(shè)腳手架作為混凝土模板支撐，而內(nèi)殼為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在內(nèi)殼穹頂上支撐腳手架，會(huì)影響內(nèi)殼預(yù)應(yīng)力張拉及安全殼打壓試驗(yàn)等工作的開展，且外殼穹頂腳手架的現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)也要占用較長(zhǎng)工期，會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展周期，而且高空作業(yè)也存在一定的危險(xiǎn)性。

鋼模板方案避免了現(xiàn)場(chǎng)腳手架的搭設(shè)，這可以提高安全性，并且達(dá)到工期優(yōu)化目的。除此之外，外穹頂鋼模板還可避免因材料倒運(yùn)而留設(shè)二次澆筑孔洞，更好地保證外殼施工質(zhì)量；避免了腳手架搭拆、模板轉(zhuǎn)運(yùn)及支設(shè)作業(yè)，提高了施工安全性；優(yōu)化了雙殼間的施工環(huán)境；解除了外穹頂對(duì)內(nèi)安全殼打壓的影響，施工安排更加靈活，相比原設(shè)計(jì)方案具備明顯的優(yōu)勢(shì)。

2 鋼模板對(duì)造價(jià)的影響

2.1 造價(jià)直接影響

首先考慮使用鋼模板發(fā)生的造價(jià)，包括鋼模板的制作、安裝、拼裝等部分的造價(jià)。

鋼模板作為一種新的設(shè)計(jì)形式，暫時(shí)沒(méi)有專門的定額子項(xiàng)參考，其造價(jià)的確定需參照類似結(jié)構(gòu)形式的項(xiàng)目執(zhí)行，因此該部分造價(jià)可能會(huì)根據(jù)所選參照依據(jù)的不同而表現(xiàn)出差異，下面會(huì)對(duì)此進(jìn)行具體分析。

2.1.1 參照鋼襯里內(nèi)穹頂

外穹頂鋼模板參考鋼襯里內(nèi)穹頂?shù)亩~（核18 定額）的主要原因是，二者的扁球形的結(jié)構(gòu)形式是相似的，不同之處在于內(nèi)穹頂是完整封閉的，而外穹頂鋼模板只有上半部分，另外，內(nèi)穹頂?shù)牟牧现凶钪饕牟牧鲜呛巳莅澹怦讽斾撃０逯恍杵胀ㄐ弯摷纯?，核容板的?jí)別和價(jià)格都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)Q235 鋼材，因此，我們?cè)趨⒄諆?nèi)穹頂定額價(jià)時(shí)，將材料進(jìn)行了替換，替換前的定額水平見表1，替換后的價(jià)格為4.2 萬(wàn)元/t 左右，考慮取費(fèi)之后的全費(fèi)用為5.5 萬(wàn)元/t左右，此價(jià)格較高，超出了造價(jià)人員的現(xiàn)有認(rèn)知。

表1 核18 定額鋼襯里內(nèi)穹頂子目定額價(jià)

2.1.2 參考一般鋼結(jié)構(gòu)

由于外穹頂鋼模板的主要材料是型鋼，結(jié)構(gòu)特征也屬于鋼結(jié)構(gòu)，符合鋼結(jié)構(gòu)的定義，因此可參照一般鋼結(jié)構(gòu)的定額進(jìn)行定價(jià)，綜合考慮后相關(guān)專家認(rèn)為參照鋼支架的定價(jià)比較合理，大概為1.5 萬(wàn)元/t 左右，考慮取費(fèi)之后的全費(fèi)用為2 萬(wàn)元/t 左右，該價(jià)格與參照穹頂?shù)膬r(jià)格差異較大，主要材料差異對(duì)比可見表2，從整體上看，穹頂?shù)男弯?、焊條、氧氣等主要材料消耗量更多一點(diǎn)。

表2 鋼支架與穹頂主要材料差異

2.1.3 參考免模免撐技術(shù)

免模免撐技術(shù)是一種新的技術(shù)形式，圖3 是壓型鋼板底模形式，其特點(diǎn)是在施工中無(wú)需采用傳統(tǒng)模板和大量臨時(shí)支撐，與鋼模板的設(shè)計(jì)理念比較相似，因此也可以參照免模免撐技術(shù)的造價(jià)。根據(jù)相關(guān)資料，壓型鋼板結(jié)構(gòu)形式的造價(jià)全費(fèi)用指標(biāo)約為2100 元/m2，將上述參考內(nèi)穹頂與鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)指標(biāo)進(jìn)行單位換算后分別為8000 元/m2和2900 元/m2左右，相對(duì)來(lái)說(shuō)，參照免模免撐技術(shù)確定的造價(jià)水平最低。

圖3 壓型鋼板底模結(jié)構(gòu)形式示意圖

根據(jù)技術(shù)要求，鋼模板的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低于穹頂，高于鋼結(jié)構(gòu)，故其造價(jià)指標(biāo)應(yīng)介于穹頂與鋼結(jié)構(gòu)之間，經(jīng)計(jì)算，使用鋼模板發(fā)生的造價(jià)應(yīng)在900～2400 萬(wàn)元之間。

另外，還需考慮使用穹頂鋼模板后減少的造價(jià)，原有外殼穹頂施工方案是在內(nèi)層安全殼頂部支設(shè)腳手架作為混凝土模板支撐，使用鋼模板后不再需要支設(shè)腳手架，這部分的造價(jià)即可免除，主要有外穹頂內(nèi)側(cè)模板的制作、安裝，拆除及支撐的相關(guān)費(fèi)用，包括腳手架及人工，根據(jù)相關(guān)資料，這部分節(jié)省的造價(jià)大概在300 萬(wàn)左右，綜合來(lái)看，使用鋼模板增加的造價(jià)大約在600～2100 萬(wàn)元之間。

2.2 工期間接影響

根據(jù)原方案，外穹頂施工需要先從內(nèi)安全殼穹頂搭設(shè)腳手架，支設(shè)模板，在外穹頂混凝土完成后，再拆除腳手架和模板。根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃安排，安全殼打壓試驗(yàn)與外穹頂混凝土施工時(shí)間窗口重疊，而安全殼打壓試驗(yàn)時(shí)安全殼外側(cè)不能有剛性連接，且內(nèi)、外殼間要保持微負(fù)壓。所以，在外穹頂混凝土完成且腳手架拆除前，安全殼打壓試驗(yàn)無(wú)法實(shí)施。

采用外穹頂鋼模板方案，可以取消腳手架的搭設(shè)，在澆筑一段混凝土后，內(nèi)、外殼間即可形成微負(fù)壓。與原方案對(duì)比，消除了對(duì)安全殼打壓試驗(yàn)的影響，可以提前約8 個(gè)月具備安全殼打壓試驗(yàn)條件，可帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 成果應(yīng)用與造價(jià)建議

3.1 鋼模板的應(yīng)用與問(wèn)題

鋼模板的研究成果已應(yīng)用于福清核電項(xiàng)目6 號(hào)機(jī)組和漳州核電項(xiàng)目1、2 號(hào)機(jī)組，并可在后續(xù)華龍一號(hào)機(jī)組以及其他核電機(jī)組建設(shè)中參考采用。

鋼模板在吊裝過(guò)程中可能存在氣流漩渦荷載的影響，在混凝土澆筑階段會(huì)有應(yīng)力繼承、環(huán)境溫度、干縮變形等影響因素，這些因素可能會(huì)對(duì)鋼模板的受力情況有一定影響。建議在吊裝及分段施工階段對(duì)鋼模板的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，加深對(duì)鋼模板的受力狀態(tài)變化情況的掌握，為后續(xù)的穹頂模板設(shè)計(jì)積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

3.2 造價(jià)建議

根據(jù)現(xiàn)有的參考形式，穹頂、鋼結(jié)構(gòu)、免模免撐的造價(jià)水平差異較大，根據(jù)表3，內(nèi)穹頂由于其結(jié)構(gòu)的特殊性和制作標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)苛性，整體設(shè)計(jì)等級(jí)遠(yuǎn)高于外穹頂，故參考內(nèi)穹頂?shù)脑靸r(jià)是不合理的，而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求略低于外穹頂，免模免撐技術(shù)更多是設(shè)計(jì)理念的相似，壓型鋼板底模模式與鋼模板在實(shí)際執(zhí)行中還是具備一定差異的。所以以這幾種方式確定外穹頂鋼模板的造價(jià)是不盡準(zhǔn)確的。

表3 內(nèi)外穹頂技術(shù)要求差異對(duì)比

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期調(diào)研與旁站，收集一手信息，了解實(shí)際的施工人員安排、材料消耗與機(jī)械使用情況，對(duì)造價(jià)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，考慮新增外穹頂鋼模板定額子目，為后續(xù)華龍機(jī)組的設(shè)計(jì)與造價(jià)評(píng)估提供更加準(zhǔn)確完整的信息支撐。