安全殼底封頭運(yùn)輸和吊裝施工技術(shù)

鄭東宏，田世勇，胡德全，肖洪濤

（國核工程有限公司，山東 海陽 265116）

安全殼CV（Containment Vessel）是一個(gè)獨(dú)立的、自立式鋼制安全殼，由橢球形底封頭CVBH和頂封頭CVTH、筒體CVR1-CVR4焊接成密閉容器，其主要由殼體、內(nèi)外加強(qiáng)圈、環(huán)吊梁、人員和設(shè)備閘門、貫穿件、各種附件、筒體外空氣導(dǎo)流板支架等組成。筒體內(nèi)徑39 624 mm，高65 633 mm[1]。安全殼自重以及其內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設(shè)備自重，均通過CVBH將載荷傳至核島筏基上；而其在安全基準(zhǔn)地震條件下的抗傾斜剪切力，由CVBH的剪力釘將剪切力傳至核島底板筏基上。主要執(zhí)行放射性物質(zhì)包容的最后一道屏障，以及提供最終安全級(jí)熱阱等功能[1-2]。

CVBH是由五種半徑R=34 053.83、31 898.15、23 904、12 134.84、6 950 mm組成的軸比率為1:1.728的半橢球體，高11 471 mm，板厚41.3 mm[1]。CVBH由4圈共64塊鋼板拼裝焊接組成，這些鋼板由車間壓制完成后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組焊形成最終的CVBH整體結(jié)構(gòu)，然后在完成外側(cè)剪力釘焊接和與核島基板CR10鋼構(gòu)連接的16根支撐短柱后，整體運(yùn)輸至核島通過起重機(jī)安裝在基板設(shè)定位置。

CVBH本體重量為677 t，運(yùn)輸重量為741 t，吊裝總重量為862 t。

1 運(yùn)輸施工技術(shù)

CVBH的運(yùn)輸由重型運(yùn)輸平板拖車完成。CVBH轉(zhuǎn)運(yùn)過程中地基承載力至關(guān)重要，由兩部分構(gòu)成，重件運(yùn)輸?shù)缆泛偷踯嚳蛰d行走區(qū)域：

1）重件運(yùn)輸?shù)缆罚涸O(shè)計(jì)承載能力20 t，寬32 m，路面柏油硬化；

2）吊車空載行走區(qū)域：該區(qū)域32 m寬，由三部分構(gòu)成：中間部分寬20 m承載能力50 t，兩側(cè)部分各寬6 m承載能力20 t，混凝土硬化。

CVBH運(yùn)輸?shù)跹b就位是核島建安工程關(guān)鍵路徑上非常重要的重大施工活動(dòng)，是后續(xù)土建施工和關(guān)鍵設(shè)備安裝的基礎(chǔ)。CVBH具有體積大、重量大和重心高的特點(diǎn)，如果運(yùn)輸過程中的路面狀況和承載力較差、拖車運(yùn)輸穩(wěn)定性和操控考慮不周，運(yùn)輸過程中輕微的傾斜和變形都將對(duì)CVBH的順利就位和此后CVR1的就位影響巨大。

為保證CVBH運(yùn)輸?shù)跹b的順利實(shí)現(xiàn)，制定詳細(xì)的專項(xiàng)施工方案：

1）CVBH整體運(yùn)輸方案；

2）CVBH拼裝平臺(tái)拆除方案；

3）平板拖車載荷試驗(yàn)及同步性模擬試驗(yàn)方案；

4）運(yùn)輸應(yīng)急預(yù)案；

5）CVBH拼裝廠房圍墻拆除方案；

6）CVBH拼裝平臺(tái)腳手架拆除施工方案。

1.1 運(yùn)輸先決條件準(zhǔn)備

為保證運(yùn)輸過程能夠安全順利進(jìn)行，根據(jù)運(yùn)輸施工活動(dòng)的特點(diǎn)，編制詳細(xì)的專項(xiàng)跟蹤檢查清單，定期跟蹤各項(xiàng)運(yùn)輸先決條件的準(zhǔn)備情況。施工經(jīng)理、HSE經(jīng)理、QA/QC經(jīng)理、運(yùn)輸專業(yè)工程師對(duì)整個(gè)運(yùn)輸先決條件準(zhǔn)備工作進(jìn)行牽頭、監(jiān)督、協(xié)調(diào)和檢查，對(duì)影響運(yùn)輸作業(yè)的先決條件進(jìn)行聯(lián)合審查，且當(dāng)所有先決條件通過各方檢查驗(yàn)收滿足運(yùn)輸要求的前提下方可進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)。

1.2 車輛同步性試驗(yàn)

運(yùn)輸車輛由自驅(qū)動(dòng)牽引車MAN2876和ScheuerleS3PE系列組合液壓拖車組成。液壓拖車具有多輪軸且軸間具有串聯(lián)式獨(dú)立平衡液壓懸掛系統(tǒng)，每軸線設(shè)2組液壓懸掛，每組懸掛4只輪胎，最大載重30 t。按1組4縱列6軸線計(jì)算，最大載重360 t。CVBH頂部內(nèi)徑達(dá)39 624 mm，高11 471 mm，運(yùn)輸過程采用4組4縱列6軸線的平板拖車連接起來協(xié)同完成，最大可載重1 440 t，而CVBH運(yùn)輸重量為741 t，負(fù)荷率51%[3]。

為確保運(yùn)輸過程安全順利進(jìn)行，正式運(yùn)輸前需要組織進(jìn)行運(yùn)輸拖車的載荷試驗(yàn)以確定路面狀況和拖車狀況滿足運(yùn)輸要求。因此載荷試驗(yàn)后需要連接各組運(yùn)輸拖車進(jìn)行模擬同步性試驗(yàn)，以確保運(yùn)輸過程中各組拖車協(xié)調(diào)同步，防止出現(xiàn)拖車連接變形導(dǎo)致托架失穩(wěn)，同時(shí)調(diào)試多組拖車連接運(yùn)行過程中整體水平度和運(yùn)行速度的控制與調(diào)整。

1.3 CVBH運(yùn)輸過程

CVBH底部為半橢球形結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)拖車運(yùn)輸過程中均勻穩(wěn)定承重，且在運(yùn)輸過程中不發(fā)生偏移和失穩(wěn)，需要采用針對(duì)性設(shè)計(jì)制作的運(yùn)輸托架工裝將CVBH固定在拖車上。

1）運(yùn)輸托架與拖車聯(lián)結(jié)。在每組4縱列6軸線上鋪設(shè)2塊鋼板，并通過螺栓連接將其固定在運(yùn)輸拖車上；并將CVBH的運(yùn)輸托架底座焊接在鋼板上。托架支撐塊具有2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度及1個(gè)垂直升降自由度以保證與CVBH充分接觸，調(diào)整完成后焊接定位塊固定。

2）拆除CVBH拼裝平臺(tái)支架的第四圈和部分第三圈。對(duì)稱拆除CVBH拼裝平臺(tái)支架的第四圈和部分第三圈，便于拖車運(yùn)輸行駛所示。

3）拖車駛?cè)胫付ㄑb載位置。將4組運(yùn)輸車組分別按指定路線，將運(yùn)輸車駛?cè)隒VBH裝車指定位置。

4）調(diào)整托架高度，焊接定位塊。用拖車的液壓頂升裝置，將4組運(yùn)輸車輛頂升至同一水平高度；調(diào)整托架上的千斤頂，使托架與底封頭緊密接觸；將定位塊直接焊接在CVBH上，保證車輛頂升時(shí)防止運(yùn)輸托架發(fā)生滑移。

5）拖車液壓裝置起升。啟動(dòng)車輛液壓裝置，使4組車輛頂升CVBH，使其與拼裝平臺(tái)支架完全脫離。在此過程中要確保4組車輛頂升時(shí)保持CVBH的水平度。

6）拆除剩余拼裝平臺(tái)支架。待拖車完全頂升CVBH的載荷后，并經(jīng)確認(rèn)后，拆除剩余的拼裝平臺(tái)支架。

8）封車起運(yùn)至核島吊裝區(qū)域。用手拉葫蘆和封車吊耳進(jìn)行連接封車；經(jīng)各方聯(lián)合檢查后，簽署ITP和起運(yùn)令，在HSE安全監(jiān)督和出入控制下，將CVBH運(yùn)至核島指定區(qū)域。

2 吊裝施工技術(shù)

為確保CVBH吊裝就位的先決條件得以逐項(xiàng)落實(shí)，保證吊裝過程安全措施到位，吊裝過程得以順利進(jìn)行，特編制了如下施工方案：

1）CVBH吊裝方案；

2）CVBH安裝就位方案；

3）CVBH安裝測(cè)量方案；

4）主吊耳載荷試驗(yàn)方案；

5）吊梁載荷實(shí)驗(yàn)方案；

愛國主義是一種歷史情感，是對(duì)祖國深厚的熱愛。習(xí)近平總書記指出：“愛國，是人世間最深層、最持久的情感?！盵注]習(xí)近平：《在北京大學(xué)師生座談會(huì)上的講話》，《人民日?qǐng)?bào)》2018年5月3日，第2版。愛國主義是歷史地形成的忠誠和熱愛自己祖國的思想和感情，愛國主義是中華民族對(duì)祖國最為深厚的歷史情感。作為情感系統(tǒng)的愛國主義，表現(xiàn)為熱愛祖國的江河大地、錦繡山川，表現(xiàn)為熱愛民族的歷史文化和骨肉同胞，表現(xiàn)為維護(hù)國家的領(lǐng)土主權(quán)、社會(huì)制度。

6）吊梁載荷試驗(yàn)測(cè)量方案；

7）吊裝場(chǎng)地基礎(chǔ)沉降觀測(cè)方案；

8）CVBH吊裝過程HSE執(zhí)行方案；

9）CVBH吊裝應(yīng)急救援預(yù)案。

2.1 吊裝先決條件準(zhǔn)備

為保證吊裝過程安全順利進(jìn)行，編制了詳盡的先決條件檢查清單，并進(jìn)行逐一聯(lián)合審查，僅當(dāng)所有先決條件通過各方檢查驗(yàn)收滿足吊裝作業(yè)要求的前提下方可進(jìn)行吊裝作業(yè)。

2.2 吊裝載荷試驗(yàn)

CVBH吊裝過程采用Demag CC8800-1 Twin履帶起重機(jī)，主臂工況，臂長81 m，吊裝半徑42 m，額定起重973 t，負(fù)荷率為89%[3]。

為驗(yàn)證吊裝方案可行性和各起重參數(shù)的合理性，同時(shí)為了驗(yàn)證吊索具、吊梁、分配器、可調(diào)拉桿和吊梁等的可靠性，進(jìn)行吊裝載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，對(duì)于重點(diǎn)部位用應(yīng)力片進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)；試驗(yàn)完成后對(duì)分配器、吊耳、吊梁端部、連接器和應(yīng)力集中點(diǎn)進(jìn)行PT或VT。對(duì)分配器和吊梁制作過程中有返修記錄的位置進(jìn)行VT復(fù)檢。

對(duì)于8只額定吊裝能力為100 t的CVBH吊耳，采用液壓千斤頂?shù)姆椒?，進(jìn)行125%靜載試驗(yàn)，并進(jìn)行NDE檢測(cè)。

2.3 CVBH吊裝過程

CVBH底部為半橢球形結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)吊裝過程能得以安全可靠地進(jìn)行，嚴(yán)格遵守每一吊裝工序。

1）吊索連接。利用輔助吊車、吊籠、腳手架等措施，逐項(xiàng)進(jìn)行大吊車吊鉤與分配器的連接；閉式澆鑄索具一端與分配器連接，另一端與吊梁的上吊耳連接；可調(diào)拉桿與吊梁下吊耳進(jìn)行連接；連接板、卸扣與可調(diào)拉桿進(jìn)行連接。在進(jìn)行澆鑄索具分別與分配器連接后，必須使?jié)茶T吊索自然下垂后，方可令澆鑄吊索的另一端與吊梁上吊耳連接，防止?jié)茶T吊索受扭矩作用。

2）吊梁與主吊耳連接。將可調(diào)拉桿調(diào)節(jié)到中間點(diǎn)，并將卸扣銷軸穿過主吊耳；調(diào)整卸扣到吊耳孔的距離，調(diào)整可調(diào)拉桿；索具連接完備后，進(jìn)行聯(lián)合檢查，確保各連接過程正確無誤。

3）試吊、水平度調(diào)整。吊機(jī)緩慢起鉤，底封頭吊離運(yùn)輸托架，停止起鉤，通過讀取可調(diào)拉桿的應(yīng)變片數(shù)值，判斷可調(diào)拉桿是否受力均勻，通過調(diào)節(jié)可調(diào)拉桿，使CVBH保持水平，確?？烧{(diào)拉桿的受力均勻，然后再進(jìn)行懸空靜止試吊。

4）調(diào)整CVBH角度。待試吊結(jié)束后，吊機(jī)起鉤，CVBH底部脫離運(yùn)輸托架，運(yùn)輸車輛駛離吊裝區(qū)域；通過拖拉繩，將CVBH原地逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

5）主臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。吊機(jī)緩慢起鉤，使CVBH底部距離地面，使CVBH能跨過核島輔助廠房內(nèi)CA20的頂部；吊裝半徑由38 m變幅至42 m，檢查吊車超起情況，主臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使吊臂與履帶同方向。

6）帶載行走。吊機(jī)沿路基箱鋪設(shè)位置向前移動(dòng)，到達(dá)吊機(jī)最終位置后停止行走。

7）CVBH落鉤就位。吊機(jī)行走至指定位置后，吊臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，緩慢落鉤；距離核島內(nèi)CR10鋼構(gòu)16根支柱頂部時(shí)，調(diào)整CVBH中心位置；繼續(xù)落鉤，通過拖拉繩，調(diào)節(jié)CVBH的方位角，進(jìn)行CVBH與CR10的安裝就位。

3 安全保證措施

在運(yùn)輸和吊裝方案中包含詳細(xì)的JHA和JSA，對(duì)所有參與人員培訓(xùn)并進(jìn)行安全交底。

分別編制了CVBH運(yùn)輸和吊裝的檢查清單，其中詳細(xì)列出了運(yùn)輸?shù)跹b過程中各關(guān)鍵工序?qū)嵤┑臅r(shí)間和責(zé)任人，該檢查清單在項(xiàng)目推進(jìn)過程中得到逐項(xiàng)檢查，驗(yàn)收合格關(guān)閉該行動(dòng)項(xiàng)，直到所有先決條件行動(dòng)項(xiàng)關(guān)閉后才可進(jìn)行運(yùn)輸?shù)跹b作業(yè)。

3.1 安全措施檢查

制定了一系列保證CVBH運(yùn)輸?shù)跹b作業(yè)順利實(shí)施的安全保證措施，跟蹤這些措施的落實(shí)進(jìn)展并逐項(xiàng)檢查，主要包括：

1）審核所有施工人員及指揮的資質(zhì)證書；

2）檢查作業(yè)工機(jī)具合格且標(biāo)定有效；

3）檢查封車用吊索具；

4）檢查通訊工具，并經(jīng)預(yù)先調(diào)試；

5）檢查起重機(jī)站位行走區(qū)；

6）審核起重機(jī)相應(yīng)證書，檢查設(shè)備能力；

7）檢查所有起重設(shè)施；

8）見證CVBH吊耳及吊索具載荷試驗(yàn)；

9）檢查腳手架、吊籠；

10）檢查封車狀況和方式；

11）現(xiàn)場(chǎng)警戒和出入控制就位；

12）技術(shù)與安全交底；

13）應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)機(jī)制。

3.2 成立專項(xiàng)安全檢查小組

各級(jí)主要負(fù)責(zé)人共同組成專項(xiàng)安全檢查小組，建立專項(xiàng)安全檢查組織機(jī)構(gòu)，使各主要負(fù)責(zé)人職責(zé)清晰，在檢查工作中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、提出整改意見、積極落實(shí)和檢查反饋整改情況。負(fù)責(zé)監(jiān)督檢查施工過程每一步驟符合HSE要求，并對(duì)人員、設(shè)備、物資和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備等各項(xiàng)先決條件進(jìn)行聯(lián)合審查。

3.3 安全出入控制

安全出入控制和警戒的主要方面有：

1）禁止不相關(guān)人員和車輛進(jìn)入運(yùn)輸和吊裝施工作業(yè)區(qū)，以免造成傷害；

2）保障運(yùn)輸?shù)跹b過程中CVBH和相關(guān)作業(yè)器械的安全；

3）建立易于識(shí)別被授權(quán)人員進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)域的管理監(jiān)督機(jī)制；

4）保障施工作業(yè)人員和進(jìn)入該區(qū)域人員的安全；

5）防范潛在的對(duì)施工作業(yè)有影響的事件發(fā)生。

出入控制具體措施如下：

1）現(xiàn)場(chǎng)封鎖，人員限制入內(nèi)；

2）運(yùn)輸準(zhǔn)備過程中禁止非相關(guān)人員入內(nèi)，距作業(yè)平臺(tái)30 m處設(shè)置警戒線；

3）運(yùn)輸過程中行走道路封閉，運(yùn)輸車輛兩側(cè)30 m設(shè)置警戒線；

4）行走經(jīng)過路口時(shí)，路口封閉；

5）核島吊裝作業(yè)根據(jù)施工需要分成不同的區(qū)域，如吊裝作業(yè)區(qū)、CVBH核島內(nèi)安裝就位區(qū)、一般訪客參觀區(qū)、貴賓參觀區(qū)、記者拍照區(qū)、臨時(shí)停車場(chǎng)以及緊急集合點(diǎn)等區(qū)域；

6）吊裝作業(yè)區(qū)域周圍設(shè)定安全區(qū)域警戒線；

7）核島封閉并停止所有與吊裝無關(guān)的作業(yè)；

8）進(jìn)入警戒區(qū)域內(nèi)需持有通行證；

9）所有參觀、攝影、攝像人員需持有相應(yīng)審批證件。

進(jìn)入控制區(qū)域的人員需滿足以下條件：

1）所有現(xiàn)場(chǎng)人員需穿戴符合要求的PPE；

2）接受完整的JHA、JSA安全技術(shù)交底；

3）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)活動(dòng)要有HSE人員在場(chǎng)監(jiān)督；

4）通訊器材可用，保證與HSE人員及時(shí)取得聯(lián)絡(luò)；

5）作業(yè)區(qū)域需用圍欄進(jìn)行圍封；

6）各區(qū)域進(jìn)入人員持有相應(yīng)區(qū)域的通行卡；

7）出入口有HSE人員檢查出入人員資質(zhì)。

3.4 安全培訓(xùn)和交底

運(yùn)輸?shù)跹b作業(yè)開始前，HSE部門組織所有相關(guān)人員進(jìn)行安全交底和HSE方案宣貫，只有經(jīng)過HSE部門培訓(xùn)和交底的人員可以進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)域。所有進(jìn)場(chǎng)參觀人員需經(jīng)過HSE的入場(chǎng)培訓(xùn)和專項(xiàng)施工作業(yè)相關(guān)知識(shí)安全培訓(xùn)。

3.5 出入控制應(yīng)急計(jì)劃和演練

在運(yùn)輸?shù)跹b作業(yè)開始前兩周需完成應(yīng)急預(yù)案編制審核及相關(guān)設(shè)備、人員及工機(jī)具到位，主要包括以下幾個(gè)方面：

1）應(yīng)急預(yù)案已發(fā)布并詳細(xì)說明了責(zé)任分工及責(zé)任人；

2）緊急救援設(shè)備和車輛需就位，通訊頻道暢通；

3）作業(yè)開始前需進(jìn)行演練，演練后評(píng)估應(yīng)急預(yù)案切實(shí)可行性，并提出改進(jìn)措施。

4 結(jié)論

AP1000安全殼CVBH的現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)，是核電建設(shè)史上大件組裝、焊接、運(yùn)輸、吊裝和就位的重大突破。該項(xiàng)工作的圓滿完成，拉開了我國核電項(xiàng)目大型構(gòu)件的模塊化并行施工的序幕，成功實(shí)現(xiàn)了“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，工廠化預(yù)制，模塊化施工，專業(yè)化管理，自主化建設(shè)”的先進(jìn)方法，開啟了模塊化施工由理論轉(zhuǎn)為實(shí)踐的新篇章，為后續(xù)各節(jié)點(diǎn)的完成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為其他大型構(gòu)件的順利組裝、焊接以及成功運(yùn)輸?shù)跹b、就位等施工活動(dòng)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] Westinghouse. AP1000 Design Control Document Rev.16 [R]，May 2007.

[2] 林誠格，郁祖盛，歐陽予. 非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000[M]. 北京：原子能出版社，2008:190-195.（LIN Cheng-ge, YU Zu-sheng, OUYANG Yu.Passive Safety Advanced Nuclear Power Plant AP1000 [M]. Beijing: Atomic Energy Press,2008: 190-195.）

[3] 國核工程海陽SPMO. Project Report for the Assembly and Installation of Containment Vessel Bottom Head of Haiyang NPP #1 Unit Rev.0[R]，March 2010.