摘 要：“華龍一號”核電鋼襯里環(huán)形吊車梁牛腿是核島的關鍵設備，其模塊化施工技術是鋼襯里全模塊化施工的核心和最先進技術。該技術將鋼襯里、環(huán)吊牛腿和環(huán)形平臺等結構組合設計為模塊，利用專用吊索具系統(tǒng)等創(chuàng)新技術，解決了傳統(tǒng)施工中的難題。此方法融合多專業(yè)設計和施工思路，優(yōu)化了環(huán)吊組件安裝、核島開頂法及主線工期，并為后續(xù)類似工程提供了參考，具有良好的推廣應用前景。

關鍵詞：華龍一號；環(huán)吊牛腿模塊；鋼襯里全模塊化

中圖分類號：TM 62 " 文獻標志碼：A

隨著人們安全意識增強，國家對核安全監(jiān)管要求也越來越嚴，各堆型核電技術發(fā)展逐步向著模塊化、裝配式方向發(fā)展，應用模塊化施工工藝可直接提升產(chǎn)品品質(zhì)，在降低施工安全風險、提高施工功效方面效果顯著，目前核電建造技術主推“能模盡模、應模盡模”?！叭A龍一號”作為目前國內(nèi)最先進的核電技術之一，鋼襯里全模塊化施工是目前核電行業(yè)領先施工技術，鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊化技術是鋼襯里全模塊化施工技術的核心技術和最先進技術，因此，對模塊化施工技術具有引領和指導意義。

1 技術背景

“華龍一號”鋼襯里是反應堆廠房安全殼的關鍵組成部分，具備防泄漏功能，并符合核安全2級、抗震I類、質(zhì)保QA1級標準。鋼襯里筒體外徑為46.8m，分布有45件環(huán)吊牛腿、大直徑貫穿件套筒和雙層環(huán)形吊車檢修平臺。環(huán)吊牛腿是環(huán)形吊車的支撐結構件，通過加厚板與鋼襯里筒體連接，背部分布加強板及錨固鋼筋，錨固在核島預應力混凝土內(nèi)殼屏蔽墻。

采用模塊化施工技術將牛腿由高空散裝作業(yè)轉移至地面預制，可以提高生產(chǎn)力和施工安全性，降低成本和質(zhì)量風險。環(huán)吊檢修平臺預先在地面組合安裝，減少反復搭拆腳手架的工作，進一步降低施工成本。模塊化施工技術通過專用吊索具系統(tǒng)和全施工過程模擬，實現(xiàn)整體拼裝，解決了傳統(tǒng)高空散裝施工的難題，提高了安裝精度和施工效率。該技術融合了多專業(yè)的設計和施工思路，為類似工程提供了技術支持和參考，具有良好的推廣應用前景。

2 關鍵技術及創(chuàng)新點分析

2.1 關鍵技術

關鍵技術如下。1）環(huán)吊牛腿模塊化施工工藝設計，包括環(huán)吊牛腿模塊化施工工序優(yōu)化、環(huán)吊牛腿模塊結構設計、環(huán)吊牛腿模塊結構穩(wěn)定性設計。2）環(huán)吊牛腿模塊化拼裝施工技術。3）環(huán)吊牛腿模塊整體吊裝技術，包括吊索具系統(tǒng)研制、吊裝安全性驗算、吊裝工藝。4）環(huán)吊牛腿模塊安裝技術。

2.2 創(chuàng)新點

創(chuàng)新點如下。1）研發(fā)并應用“鋼襯里+環(huán)吊牛腿+環(huán)向次鋼平臺+大直徑貫穿件套筒”鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊施工技術，將上述部件由高空散裝優(yōu)化至地面拼裝，降低了施工安全風險，便于控制設備安裝精度。2）自主設計并制作環(huán)吊牛腿模塊兩級調(diào)平、多點均衡受力連接的吊索具系統(tǒng)，保證模塊一次吊裝就位。3）針對環(huán)吊牛腿模塊變形大的特點，研制專用防變形工裝，保證安裝精度。

3 主要施工技術

3.1 環(huán)吊牛腿模塊化施工工藝設計

3.1.1 環(huán)吊牛腿模塊化施工工序優(yōu)化

通過分析鋼襯里與混凝土、環(huán)形吊車組件等安裝物項的施工邏輯，優(yōu)化施工邊界工序，實現(xiàn)環(huán)形吊車組件、環(huán)形檢修平臺提前安裝，具體工序優(yōu)化情況如下。1）傳統(tǒng)工序：筒體9段、10段安裝→連體貫穿件套筒、錨固件安裝→環(huán)吊牛腿安裝→混凝土澆筑至+42m→環(huán)形吊車組件安裝→環(huán)形檢修平臺安裝（插空高空散裝）。2）工序優(yōu)化點：連體貫穿件套筒、環(huán)吊牛腿、環(huán)形檢修平臺規(guī)劃至環(huán)吊牛腿模塊中，縮短現(xiàn)場安裝、RT檢測時間等，規(guī)避交叉施工，減少高風險作業(yè)；環(huán)形檢修平臺提前安裝可將安裝單位與土建內(nèi)部結構施工面分開，減少核島塔吊資源占用，減少安裝單位環(huán)承梁安裝操作平臺搭設。3）優(yōu)化后工序：模塊環(huán)吊牛腿模塊安裝→環(huán)形吊車組件定位、施工準備→混凝土澆筑至+42m→環(huán)形吊車組件安裝。

3.1.2 環(huán)吊牛腿模塊結構設計

按照鋼襯里圖紙布置，結合鋼襯里全模塊化施工情況及混凝土澆筑邏輯要求，將環(huán)吊牛腿段劃分設計為一個模塊，將鋼襯里壁板模塊、環(huán)吊牛腿、環(huán)向次鋼平臺、大直徑貫穿件套筒組合為環(huán)吊牛腿模塊，如圖1所示。

3.1.3 環(huán)吊牛腿模塊結構穩(wěn)定性設計

鋼襯里模塊背部均由縱橫交錯的角鋼連接形成受力體，部分沒有貫通的位置通過增加臨時加強角鋼，使鋼襯里模塊整體結構的受力剛度達到最佳狀態(tài)。通過鋼襯里內(nèi)部環(huán)形檢修平臺與懸挑的環(huán)吊牛腿連接，將45件環(huán)吊牛腿連成一體，形成的箍形剛度恰好可以支撐單件環(huán)吊牛腿懸挑的變形影響。通過在筒體上口內(nèi)外側設置施工平臺（特別是內(nèi)側），加強鋼襯里模塊的上口剛度，將其作為45件環(huán)吊牛腿、貫穿件套筒的拉結加強點。采取以上措施后，形成縱橫受力平衡的模塊結構，且提高了鋼襯里模塊的整體剛度和穩(wěn)定性。

3.2 環(huán)吊牛腿模塊化拼裝施工技術

環(huán)吊牛腿上蓋板與環(huán)形吊車軌道梁連接的安裝精度要求最高，因此為保證其環(huán)吊牛腿安裝精度，環(huán)吊牛腿安裝必須在鋼襯里筒體模塊拼裝完成后才可開孔安裝，且45件環(huán)吊牛腿、6件連體貫穿件套筒須跳倉分批安裝。

環(huán)形吊車檢修平臺分為標高38.420m和標高41.18m雙層結構，由立柱、水平梁、爬梯、護欄、鋼格柵及其他支撐連接件組成，如圖2所示，質(zhì)量約為 48t。先安裝標高38.42m的環(huán)形平臺立柱、水平鋼梁、連接支撐件和護欄，再安裝標高41.18m環(huán)形平臺鋼梁、連接支撐件、剪刀撐。

為控制模塊變形，拼裝時須對以下幾個關鍵部位進行加固。①模塊吊耳位置：在內(nèi)側增加一個圈環(huán)形加固角鋼，減少模塊上口的變形。②環(huán)吊牛腿位置：在環(huán)吊牛腿上方增加一個圈或者兩圈環(huán)形加固槽鋼，同時在環(huán)吊牛腿位置增加斜拉槽鋼，斜拉槽鋼上部連接在環(huán)形角鋼上，斜拉槽鋼下部連接在環(huán)吊牛腿上。環(huán)吊牛腿屬于懸挑結構，采取以上措施，在拼裝階段將環(huán)吊牛腿上蓋板標高尺寸控制在±3mm。③模塊上口位置：在模塊上口增加環(huán)向加固角鋼，在吊耳內(nèi)側加固角鋼，沿鋼襯里壁板焊接一圈。

3.3 環(huán)吊牛腿模塊整體吊裝技術

吊索具系統(tǒng)設計[1]：過渡連接件、圓形分配器、上部索具、吊索網(wǎng)架、下部鎖具組成。下部索具包括吊耳、弓形卸扣、螺旋卸扣、圓環(huán)板、無接頭繩圈組成，如圖3所示。

吊索具系統(tǒng)驗證：為保證吊索具系統(tǒng)滿足最終吊裝要求，吊索具系統(tǒng)的設計單位和生產(chǎn)單位須具備相應資質(zhì)，吊索具系統(tǒng)正式使用前須進行整體拉拔力載荷試驗，試驗主要驗證吊索具及各連接節(jié)點的受力狀態(tài)滿足要求。載荷試驗以吊物的理論最大起重荷載為準，分為0.75Gn、1.0Gn、1.1Gn、1.25Gn四級，通過逐步加載荷進行整體拉拔試驗，結合吊裝系統(tǒng)應力監(jiān)測、結構變形監(jiān)測和焊后無損檢測進行試驗驗證。

吊裝安全性驗算：環(huán)吊牛腿模塊整體質(zhì)量約為320t，整體吊裝質(zhì)量約為510t，環(huán)吊牛腿模塊體積超大、且偏心較大，受風載荷作用的偏擺狀態(tài)對吊裝的影響最大，吊裝安全風險最大。因此在吊裝前，對風力作用下的極限工況（模塊偏擺時與吊車大臂、周邊構筑物等的關系）進行模擬驗算。按照標準規(guī)范要求1000t以上履帶式起重設備吊裝作業(yè)風速應≤9.8m/s，考慮吊裝過程中的抗風險能力和應急措施情況，極限工況按提高一級風速（10.8m/s）進行驗算。吊裝過程中模塊還受到回轉慣性力以及回轉離心力的作用，由于起重機的起升為柔性鋼絲繩，因此吊具與被吊模塊在回轉平面內(nèi)的擺動不會很快消減，很可能產(chǎn)生回轉慣性力與回轉離心力疊加的情況，極限工況按兩者疊加進行驗算。吊具屬于空間桁架結構，由于其整體結構為環(huán)形結構，腹桿布置相互交錯，因此很難按照規(guī)范公式直接進行計算，從安全角度考慮，并結合吊具圖紙，按照實體面總面積的70%進行風載荷計算，測量其弦桿與腹桿的外輪廓面積，其寬度方向尺寸為47098mm，高度方向為2668mm。具體驗算過程如下。首先，對模塊吊裝風載荷進行計算，結果見表1。

其次，計算吊裝模塊回轉慣性力與回轉離心力?；剞D慣性力與從啟動到最大回轉速度的時間以及最大回轉速度參數(shù)有關，在起重機資料中沒有體現(xiàn)具體數(shù)據(jù)，詳細計算參數(shù)見表2。

回轉角速度的計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：r為回轉速度，r/min。

回轉加速度的計算過程如公式（2）所示。

（2）

模塊回轉慣性力的計算過程如公式（3）所示。

F1hzgx=ma=（114390+312280+83000）×0.095=48419N （3）

模塊回轉離心力的計算過程如公式（4）所示。

F1hzlx=mω2R=（114390+312280+83000）×0.01052×90.7=5097N

（4）

最后，計算模塊吊裝偏擺幅度。根據(jù)以上計算的載荷進行疊加，計算模塊吊裝時的總側向載荷，側向載荷的作用使臂架滑輪組以下部件發(fā)生偏擺，在整個偏擺過程中，由于鋼絲繩為柔性體，鋼絲繩發(fā)生傾斜，因此鋼絲繩以下重物會一直處于豎直狀態(tài)下擺動。鋼絲繩以下重物產(chǎn)生的偏擺幅度使重物產(chǎn)生水平方向的分力，大小與側向力相等。根據(jù)以上描述計算模塊偏擺幅度數(shù)據(jù)，見表3。

經(jīng)過對比，模塊偏擺時與吊車大臂、周邊構筑物、安裝位置的安全距離能夠滿足要求。

3.4 環(huán)吊牛腿模塊安裝技術

3.4.1 模塊安裝精度控制

提前模擬計算模塊就位時與核島內(nèi)殼混凝土高差9m～15m的可能變形情況[2]，根據(jù)模擬的變形情況提前做好變形加固，并建立全周期測量控制數(shù)據(jù)庫，全面監(jiān)測控制模塊位置及變形情況，主要監(jiān)控并記錄以下數(shù)據(jù)。①鋼襯里壁板拼裝成環(huán)的上口、下口的周長、半徑、標高和凹凸度[3]。②貫穿件套筒、環(huán)吊牛腿安裝完成后的上口、下口的周長、半徑、標高和凹凸度[3]。③環(huán)吊牛腿、貫穿件套筒吊裝前的角度位置，延伸在模塊下口做好標識。④環(huán)吊牛腿安裝后、卸載后、吊裝前的上蓋板標高及鄰近環(huán)吊牛腿上蓋板的標高差。⑤環(huán)吊牛腿模塊吊裝前的0°、90°、180°、270°位置，在模塊下口做好標識。⑥筒體上口的周長、半徑、標高和凹凸度[3]。⑦筒體上口的0°、90°、180°、270°位置及45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒位置，在筒體上口做好標識。

根據(jù)標識的位置吊裝就位時，要做好角度線重合控制，重點保證45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒的安裝角度，在環(huán)吊牛腿模塊就位固定后需要測量復核尺寸，環(huán)吊牛腿模塊卸載后需要對以下參數(shù)進行復核：模塊的上口、下口的半徑、標高、凹凸度；45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒位置的半徑、標高；45件環(huán)吊牛腿上蓋板的標高及鄰近環(huán)吊牛腿上蓋板的標高差。

根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，及時調(diào)整模塊的位置和變形尺寸，保證最終滿足要求。

3.4.2 模塊安裝施工措施

當模塊下口距安裝標高約500mm時，牽拉攬風繩轉動模塊角度，使模塊的環(huán)向限位裝置與模塊6上口處限位貼合，然后掛設周向調(diào)節(jié)倒鏈，局部進行調(diào)整，并盡量使模塊上下口的0°、90°、180°、270°位置及45件環(huán)吊牛腿、18件貫穿件套筒位置的角度線重合。

當模塊下口距安裝標高200mm時停止，通過倒鏈微調(diào)模塊，使模塊與徑向限位裝置（在已安裝鋼襯里壁板上口，每10°設計一塊限位板）對中。

當模塊距安裝標高約10mm時停止，安置3mm的間隙板和圓錐銷（具體數(shù)量視現(xiàn)場情況而定，原則上每隔1.5m～2m設置一副）。

4 結論

“華龍一號”是具有完整自主知識產(chǎn)權的第三代核電堆型，其鋼襯里模塊化建造施工技術將會對后續(xù)國家核電產(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生深遠意義。鋼襯里環(huán)吊牛腿模塊化施工技術代表著目前國內(nèi)領先建造技術水平，也充分體現(xiàn)了建筑行業(yè)綠色施工、裝配式施工的創(chuàng)造性與先進性，具有良好的經(jīng)濟效益、社會效益和推廣應用價值。

參考文獻

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