核電站雙層安全殼施工技術(shù)的創(chuàng)新和需要研討的問題

王開華，魏建國(guó)，秦亞林，錢伏華，孫春峰，周書奎，楊金輝

（1.南華大學(xué)，湖南衡陽(yáng)421001；2.中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司，北京100037）

我國(guó)百萬(wàn)千萬(wàn)級(jí)壓水堆核電站采用雙層安全殼（以下稱：雙殼）建造是從田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組開始，是引進(jìn)俄羅斯AES-91型ZX1000MW機(jī)組的兩個(gè)雙殼結(jié)構(gòu)反應(yīng)堆廠房。眾所周知，安全殼作為核反應(yīng)堆廠房最后一道核安全屏障，主要是防止放射性物質(zhì)擴(kuò)散污染周圍環(huán)境。同時(shí)，也是反應(yīng)堆廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，保護(hù)著反應(yīng)堆設(shè)備系統(tǒng)免遭損壞，是一個(gè)體積龐大的特種容器結(jié)構(gòu)。早期切爾諾貝利核電站4號(hào)機(jī)組就沒有安全殼，如果有安全殼，也不至于造成那么大的災(zāi)難。1953年，美國(guó)西米爾頓的諾爾斯核動(dòng)力試驗(yàn)室研制出世界上第一個(gè)單層安全殼（以下稱：?jiǎn)螝ぃ┙Y(jié)構(gòu)的模型，于上世紀(jì)50年代后期供工程使用，不過(guò)那時(shí)安全殼尺寸小，內(nèi)徑不足20m，從60年代開始，隨著反應(yīng)堆功率的提高，出現(xiàn)了內(nèi)徑超過(guò)30m的圓筒形安全殼。在60年代中期，法國(guó)首先將單殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于EL4核電站，接著美國(guó)、加拿大等國(guó)也推廣運(yùn)用。第一代預(yù)應(yīng)力混凝土單殼采用扁穹頂，筒壁環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束由六個(gè)扶壁錨固，鋼束的極限承載力較低，筒壁承載的預(yù)壓應(yīng)力較高。第二代也采用扁穹頂，但筒壁扶壁減少到三個(gè)，單根鋼束的承載力增大一倍，由于充分發(fā)揮普通鋼筋的作用，筒壁的預(yù)壓應(yīng)力有所降低。第三代則把扁穹頂改為半球頂，省去了傳統(tǒng)的環(huán)梁，改善了安全殼結(jié)構(gòu)的受力性能。穹頂?shù)念A(yù)應(yīng)力鋼束也與筒壁的豎向鋼束合而為一，因而比第二代更經(jīng)濟(jì)合理。

田灣核電站反應(yīng)堆廠房外徑51.2m，內(nèi)徑44m，總高度74.2m。內(nèi)殼為1.2m厚的鋼纜預(yù)應(yīng)力大噸位張拉鋼筋混凝土墻體，內(nèi)壁為6mm厚的鋼覆面。外殼鋼筋混凝土0.6m厚。內(nèi)、外殼之間為1.8m的帶有碘和氣溶膠過(guò)濾器通風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)壓環(huán)形空間。殼穹頂為雙曲線半球型。臺(tái)山核電站內(nèi)殼厚度為1.3m，包括6mm的鋼襯里，外殼厚度達(dá)1.8m，中間間隔1.8m。圖1為雙殼結(jié)構(gòu)反應(yīng)堆廠房的示意圖。

圖1 雙殼反應(yīng)堆廠房結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of double hull reactor building structure

反應(yīng)堆廠房屬于核輻射和核安全保證的I類建筑。雙殼結(jié)構(gòu)廠房有鋼襯里及內(nèi)、外殼三層，把反應(yīng)堆完整保護(hù)在中間，不僅最大限度將外部影響隔絕在外，還能在極端情況下，通過(guò)安全殼將事故影響消化在安全殼內(nèi)部，防止放射性物質(zhì)向外部環(huán)境釋放。安全殼不僅在抵抗不可預(yù)見的外來(lái)物體的撞擊，諸如遭受飛機(jī)、地震、颶風(fēng)、海嘯等自然災(zāi)害的襲擊時(shí)，能對(duì)殼內(nèi)反應(yīng)堆設(shè)施起一定的核安全保護(hù)作用，而且還能夠承受內(nèi)部LOCA失水事故引起的高溫、高壓的危害，是預(yù)防核泄漏、核輻射較為堅(jiān)固的屏障。反應(yīng)堆外圍的輔助廠房、控制廠房、服務(wù)廠房、蒸汽間等核島附屬結(jié)構(gòu)布置在其周圍，反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)部的發(fā)生器、轉(zhuǎn)換器等設(shè)備的工藝管道和線路等回路與外圍廠房發(fā)生聯(lián)系，安全殼是其聯(lián)系的紐帶。因此，確保安全殼施工質(zhì)量，諸如確保炭鋼襯里的對(duì)接和焊縫質(zhì)量，內(nèi)外殼貫穿件和預(yù)埋件的安裝質(zhì)量，混凝土澆筑質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力張拉和灌漿等施工質(zhì)量是十分重要的。雙殼結(jié)構(gòu)不同于以往的核電站單殼結(jié)構(gòu)，在施工過(guò)程中，鋼筋綁扎、模板吊裝、貫穿件安裝、混凝土澆筑等工序都是立體交叉作業(yè)，施工難度大，工藝十分復(fù)雜，在施工中不僅要有先進(jìn)的施工技術(shù)，同時(shí)要有現(xiàn)代化的工程管理。

田灣核電站1號(hào)機(jī)組首先由中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司（以下稱：中核建）所屬的中國(guó)核工業(yè)華興建設(shè)公司（以下稱：華興公司）承建，于1999年10月20日澆筑第一罐混凝土，2005年10月18日開始首次裝料，12月20日反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界，2007年5月17日正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。2號(hào)機(jī)組由中核建所屬的中國(guó)核工業(yè)第二二建設(shè)公司（以下稱：二二公司）承建，于2000年9月20日澆筑第一罐混凝土。2007年5月1日反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界，5月14日首次并網(wǎng)成功。2007年8月16日投入商業(yè)運(yùn)行。

田灣核電站一期工程施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度、投資、技術(shù)、環(huán)境6大控制指標(biāo)優(yōu)良。1、2號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，創(chuàng)造了第一個(gè)燃料循環(huán)均未發(fā)生停機(jī)或停堆事件的良好運(yùn)行記錄。兩臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行和大修期間，個(gè)人和集體劑量得到有效控制，三廢排放遠(yuǎn)低于國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，創(chuàng)造了良好的運(yùn)行記錄，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益可觀。可以說(shuō)，1、2號(hào)機(jī)組的施工質(zhì)量?jī)?yōu)于當(dāng)前世界上正在運(yùn)行的大部分壓水堆核電站，在某些方面已接近或達(dá)到國(guó)際上第三代核電站水平。最重要的是田灣核電站一期的雙殼施工經(jīng)驗(yàn)為田灣核電站正在施工的二期工程、臺(tái)山等核電站的雙殼工程和未來(lái)使用雙殼工程的核電站能提供很多有益的施工經(jīng)驗(yàn)，使其在施工技術(shù)和工程管理方面少走很多彎路。

田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組自2007年投入商業(yè)運(yùn)行至2013年，累計(jì)安全發(fā)電突破1 000億千瓦時(shí)。已累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入366.81億元，上繳各項(xiàng)稅費(fèi)101.83億元。高效益的取得與施工期間優(yōu)良的工程質(zhì)量密不可分。

1 雙殼施工技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新［6］

華興公司和二二公司在過(guò)去施工的核電站均為單殼，面臨雙殼結(jié)構(gòu)的施工，就無(wú)法照搬曾施工過(guò)的秦山、大亞灣和嶺澳核電站單殼結(jié)構(gòu)的施工工藝。在施工中遇到不少的技術(shù)難題，由于在國(guó)內(nèi)是首次施工，無(wú)這方面技術(shù)資料借鑒，西方國(guó)家對(duì)雙殼施工技術(shù)也是處在試驗(yàn)階段，加上他們對(duì)我們的技術(shù)封鎖，更難收集這方面信息技術(shù)，只能靠我國(guó)本身在原施工單殼工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，邊施工邊研發(fā)。很多環(huán)節(jié)的施工技術(shù)都是在現(xiàn)場(chǎng)邊試驗(yàn)、邊施工、邊改進(jìn)。在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)成功后才用于現(xiàn)場(chǎng)施工。從施工順序，模板選型，鋼筋綁扎、貫穿件、預(yù)埋件安裝、接頭、焊接，混凝土改良，內(nèi)壁鋼襯里安裝和吊裝方式、預(yù)應(yīng)力張拉工藝等都進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。

1.1 內(nèi)、外殼施工順序的試驗(yàn)和選定

為探索內(nèi)、外殼科學(xué)的施工順序，在現(xiàn)場(chǎng)曾做個(gè)以下圖2的三種試驗(yàn)。即：圖2（a）為內(nèi)、外殼同步施工圖；圖2（b）為先內(nèi)殼后外殼施工圖；圖2（c）為先外殼后內(nèi)殼的施工圖。比較結(jié)果顯示：內(nèi)、外殼同時(shí)施工，鑒于施工空間狹小，兩殼人行、運(yùn)輸、作業(yè)在同一層面互相干擾，并存在安全隱患，不可行。先外殼后內(nèi)殼施工，阻擋了作業(yè)人員的視線，也不可行。先內(nèi)殼后外殼施工（中間圖）可使混凝土在內(nèi)、外殼保持高差同步澆注，施工視線開闊，便于人行、運(yùn)輸和模板撤除；內(nèi)、外殼混凝土均按2m高度分層，使內(nèi)、外殼結(jié)構(gòu)在有限作業(yè)面上成梯級(jí)有序交叉、快捷施工，也減少了內(nèi)、外殼施工分別對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、周圍各廠房施工進(jìn)度的影響；確保了核島土建工程總體施工進(jìn)度，故最終選定先內(nèi)殼后外殼的施工方法，功效較另外兩種各提高一倍。

圖2 雙殼施工順序試驗(yàn)示意圖Fig.2 Schematic of double hull construction sequence

1.2 模板體系選用

1.2.1 DOKA模板體系

根據(jù)雙殼墻體的特點(diǎn)，屬于大體積連續(xù)剪力墻，剪力墻較高，模板周轉(zhuǎn)次數(shù)較多，要求模板支撐系統(tǒng)必須完善、可靠、牢固，滿足強(qiáng)度和鋼度要求，內(nèi)、外殼之間的間距為1 800mm，施工的空間較小，搭設(shè)腳手架將影響外殼的鋼筋模板施工，另外大體積剪力墻模板承受混凝土的側(cè)壓力較大，需采用簡(jiǎn)捷便于施工的自爬升模板體系。本工程采用以DOKA爬升模板為主（圖3），特殊部位輔助一些自制的異型模板。

圖3 DOKA模板版面平面組裝示意圖Fig.3 Schematic of DOKA template plane assembly

DOKA模板體系由板面系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、操作平臺(tái)系統(tǒng)三部分組成，各系統(tǒng)通過(guò)螺栓、軸銷、型鋼托及鋼板楔等連接構(gòu)件連成整體，靠固定爬升托架的爬升錐體承剪、承拉。為能保證內(nèi)殼外側(cè)和外殼內(nèi)側(cè)的DOKA模板在拆模狀態(tài)時(shí)能正常進(jìn)行垂直運(yùn)輸，內(nèi)殼模板上層平臺(tái)改用UB60的上層通用托架，平臺(tái)寬度不超過(guò)1.0m，且內(nèi)殼外模不設(shè)下層平臺(tái)，給外殼豎向鋼筋的施工留出了一定的空間，內(nèi)殼的外表面打磨利用外殼內(nèi)模的下層操作平臺(tái)，這樣既減少模板的加工成本，又為外殼的施工創(chuàng)造了施工空間和為雙殼的同步施工加快進(jìn)度。

第一層施工只使用板面體系及上層操作平臺(tái)。第一層施工完，拆模并吊走模板，將定位錐體換成爬升錐體，現(xiàn)場(chǎng)組裝并固定中層操作平臺(tái)；待第二層鋼筋、預(yù)埋件及預(yù)應(yīng)力管道（外殼無(wú)預(yù)應(yīng)力管道）安裝完畢，再吊裝模板與中層操作平臺(tái)連接，這樣實(shí)現(xiàn)了DOKA模板支撐系統(tǒng)。以后模板進(jìn)入正常爬升狀態(tài)。

1.2.2 外殼穹頂預(yù)制梁板底模施工的創(chuàng)新

作業(yè)人員在內(nèi)弦長(zhǎng)50m的高空狹窄球面上澆注混凝土，要保證人員通行、安全作業(yè)、材料運(yùn)輸十分困難。通常是按國(guó)際上通用的支滿堂腳手架支撐，鋪設(shè)模板，最后拆除運(yùn)出殼外，但這種方法周轉(zhuǎn)工具占用量大，不安全因素多，且由于殼體內(nèi)空間小，運(yùn)輸通道狹小，因而許多周轉(zhuǎn)材料需截?cái)?，造成大浪費(fèi)。在田灣核電站外殼施工中研發(fā)出外殼穹頂預(yù)制梁板底模，就是使用事先預(yù)制好的模塊化的鋼筋混凝土梁板，在內(nèi)穹頂坡度平緩處支架底模，澆注混凝土，并在周邊與外殼之間預(yù)制安裝輻射梁，在梁上鋪設(shè)混凝土平板，混凝土澆筑后梁板不撤除，可作為安全操作平臺(tái)，減少人員高空作業(yè)，解決外殼穹頂頂板模支設(shè)與撤除的難題，使模板由單曲面過(guò)渡到雙曲面并弧形爬升。不僅效率高，更重要的是作業(yè)安全。經(jīng)與支滿堂腳手架方案相比，工效提高三分之一。穹頂預(yù)制梁板底模示意圖見圖4。

1.3 鋼筋機(jī)械接頭技術(shù)

內(nèi)外安全殼除拉結(jié)筋外，其余豎向及水平環(huán)形鋼筋（均≥￠25）采用等強(qiáng)直螺紋連接技術(shù)取代鋼筋的綁扎搭接連接，突破了密集鋼筋、形態(tài)不規(guī)則鋼筋不宜采用機(jī)械連接的傳統(tǒng)做法，鋼筋機(jī)械接頭使用量￠40 15 280套；￠28 30 426套；￠36 2 844套；￠25 11 240套；￠32 38 820套；總量近10萬(wàn)套，減少投資近百萬(wàn)元，節(jié)約鋼材資源近250噸。

圖4 外殼穹頂預(yù)制梁板底模示意圖Fig.4 Schematic of shell dome precast slab bottom mold model

1.4 改良混凝土性能

1.4.1 對(duì)混凝土配置的要求

安全殼作為核電站的I類建筑，特別是內(nèi)殼，在殼體施工完畢要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力后張拉施工，混凝土承受水平和豎向張拉壓力，其混凝土的澆筑質(zhì)量和成型后的密實(shí)度至關(guān)重要。配置的混凝土對(duì)混凝土原材料的選取、加工、配置、攪拌、運(yùn)送、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、測(cè)試等都制定了嚴(yán)格的規(guī)定。根據(jù)底板、筒體、穹頂?shù)炔煌课?，被澆筑的混凝土，有體積大、容重高、強(qiáng)度高、耐久性好等特點(diǎn)，而且不允許存在空洞、裂縫等缺陷。因此根據(jù)工程性質(zhì)在配料中，摻入、選用一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰和相關(guān)添加劑，以滿足不同種類混凝土的配置。另外，由于每層混凝土澆筑時(shí)間較長(zhǎng)，選用一些高效緩凝減水劑，延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間不少于5個(gè)小時(shí)。內(nèi)殼結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為B45，外殼結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為B40（俄規(guī)范，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)C50以上高強(qiáng)混凝土）。

開發(fā)重混凝土和蛇紋石混凝土等特種混凝土的配置及其創(chuàng)新的施工技術(shù)，形成一套核電工程高性能抗輻射屏蔽混凝土系列施工工藝，實(shí)現(xiàn)核電站建設(shè)中屏蔽混凝土施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，提高性能和檢測(cè)工藝，有效屏蔽核電站γ射線和中子流等輻射，保證核電站核安全工藝設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)高性能混凝土技術(shù)的研究，形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能混凝土綜合施工技術(shù)及混凝土結(jié)構(gòu)沉降自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)，保證雙殼混凝土結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定性、抗?jié)B性、高流動(dòng)性、抗折（拉）性、護(hù)筋性、線膨脹系數(shù)等耐久性能要求。

1.4.2 預(yù)應(yīng)力張拉和灌漿系統(tǒng)的改創(chuàng)

后張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的安全殼是壓水堆反應(yīng)堆的第三道屏障，承受著安全殼內(nèi)外部的沖擊力。預(yù)應(yīng)力體系由水平環(huán)向和豎向倒U型共120束高強(qiáng)低松弛鋼絞線組織一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，針對(duì)如此龐大、縱橫交錯(cuò)、極為復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，研發(fā)、應(yīng)用大噸位整體穿束技術(shù)和倒U型與環(huán)向360度等應(yīng)力張拉技術(shù)。

自主開發(fā)核電站安全殼預(yù)應(yīng)力鋼束三次漿體灌注工藝，減少預(yù)應(yīng)力孔道灌漿漿體泌水制漿，使預(yù)應(yīng)力孔道密實(shí)灌漿。采用觸變漿體+真空輔助的灌漿方法，使孔道灌漿密實(shí)度大大提高，降低了安全殼預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期應(yīng)力損失。

1.5 預(yù)埋件安裝

雙殼結(jié)構(gòu)有貫穿件287只，其中258只需貫穿內(nèi)、外殼。設(shè)計(jì)要求內(nèi)、外殼貫穿件套管的同軸度偏差不大于2mm，為此，通過(guò)先嚴(yán)格控制內(nèi)殼貫穿件套管的定位，采用專用工具引出內(nèi)殼貫穿件套管的軸線，進(jìn)行外殼貫穿件套管定位，使內(nèi)、外殼貫穿件套管安裝精度完全滿足設(shè)計(jì)要求，確保貫穿件套管安裝質(zhì)量。

預(yù)埋件、貫穿件控制側(cè)重注意以下事項(xiàng)：

安裝時(shí)嚴(yán)格控制其平面內(nèi)和平面外垂直度和位置誤差，使之達(dá)設(shè)計(jì)要求；預(yù)埋件、貫穿件加固牢實(shí)，以防模板擠靠使其挪位；模板支設(shè)好后，調(diào)整預(yù)埋件使其貼緊模板表面，防止混凝土澆筑時(shí)擠壓造成預(yù)埋件陷入混凝土中；內(nèi)、外殼貫穿件套管安裝時(shí)保證了內(nèi)、外殼套管的同軸性，控制內(nèi)殼內(nèi)口軸線誤差小于3.5mm；外殼內(nèi)口軸線誤差小于1mm。

1.6 內(nèi)壁鋼襯里安裝

鋼襯里是粘接在底版、筒身及頂蓋內(nèi)側(cè)的密閉容器，它能有效防止放射性物質(zhì)及事故狀態(tài)下特別是一回路失水事故工況下產(chǎn)生的裂變物質(zhì)的擴(kuò)散。通過(guò)對(duì)專用自動(dòng)焊設(shè)備與工裝的研制、自動(dòng)焊焊接施工工藝的研究、現(xiàn)場(chǎng)施工工裝的開發(fā)等，開發(fā)出有利于安全殼密封性的高能鎢極脈沖雙氣流保護(hù)氬弧自動(dòng)焊接方法，克服了普通TIG焊存在焊縫熔深不深的缺點(diǎn)，保證安裝焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，提高焊接的質(zhì)量穩(wěn)定性。

引入模塊化施工理念，改變現(xiàn)行施工方法，將鋼襯里截錐體、筒體進(jìn)行模塊化施工，形成標(biāo)準(zhǔn)制造工藝，進(jìn)一步縮短鋼襯里施工工期，保證鋼襯里施工質(zhì)量；使鋼襯里穹頂單元板一次滾壓成形，保證穹頂現(xiàn)場(chǎng)拼裝的成形質(zhì)量，滿足鋼襯里穹頂整體吊裝變形控制的要求，解決傳統(tǒng)工藝操作復(fù)雜、耗工、成本高等問題。采用穹頂模塊預(yù)拼裝和整體吊裝，及應(yīng)用吊裝仿真技術(shù)，最大限度地減少或降低吊裝引起的變形難題，實(shí)現(xiàn)鋼襯里的模塊化吊裝。

1.7 建立全數(shù)字化儀控系統(tǒng)和技術(shù)管理信息系統(tǒng)

采用當(dāng)今世界上先進(jìn)的數(shù)字化分布控制系統(tǒng)（DCS），由運(yùn)行儀控“TXP”和安全儀控“TXS”組成，屬國(guó)內(nèi)首次引進(jìn)。實(shí)現(xiàn)三維模型、四維管理控制及建造施工的全過(guò)程跟蹤控制管理。研發(fā)專用的核電建造技術(shù)管理信息系統(tǒng)軟件，來(lái)掌控混凝土溫度、裂隙、強(qiáng)度，鋼襯里，預(yù)應(yīng)力施工和反應(yīng)堆構(gòu)件安裝，穹頂整體吊裝，主管道、中子通量焊接等施工技術(shù)管理。建立一整套“點(diǎn)系統(tǒng)”，使計(jì)劃、施工安全、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工效分析、成本核算、專業(yè)銜接、物資供應(yīng)、風(fēng)險(xiǎn)控制等均處于技術(shù)管理信息系統(tǒng)監(jiān)控之中。同時(shí)建立了建造模型和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、整合、交換、智能分析和決策，使核電建造技術(shù)、管理模式處于國(guó)際先進(jìn)水平。

2 雙殼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

從田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組施工技術(shù)的描述和第三代核電站有關(guān)安全守則的結(jié)構(gòu)形式來(lái)看，雙殼結(jié)構(gòu)主要有以下特點(diǎn)：

一是內(nèi)、外殼體共同坐落在同一個(gè)底板，內(nèi)、外殼體設(shè)有隔離空間。臺(tái)山核電站內(nèi)、外殼厚度大于田灣核電站一期工程，特別是外殼厚度，達(dá)1.8m。其結(jié)構(gòu)是帶鋼襯里的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；外殼也是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。安全殼穹頂為半球型或雙曲線型。

二是鑒于安全殼承擔(dān)著地震、洪澇災(zāi)害、飛行物的撞擊和核防護(hù)的作用，鋼筋混凝土質(zhì)量等級(jí)要求高，其混凝土需要精選水泥、砂石料、添加劑等來(lái)特殊配置，并防止裂縫，達(dá)到強(qiáng)度高和屏蔽核輻射的作用。

三是在有限空間進(jìn)行多環(huán)節(jié)的交叉作業(yè)，如大體積混凝土配置、運(yùn)輸、振搗、澆筑、養(yǎng)護(hù)和冬季防寒措施；鋼襯模塊化制作，組合焊接；預(yù)應(yīng)力施工，預(yù)埋件、貫穿件施工等，施工環(huán)節(jié)多，關(guān)系網(wǎng)復(fù)雜，需要現(xiàn)代化的工程管理手段進(jìn)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。

四是內(nèi)殼運(yùn)用大噸位的黏結(jié)預(yù)應(yīng)力體系，施工工藝復(fù)雜，技術(shù)精度要求高；而且內(nèi)、外殼體上設(shè)有大量的貫穿件，預(yù)埋件，安裝精度要求高。

五是外殼穹頂在狹窄、高空的球面上澆注混凝土，模板支撐難度大，給作業(yè)和施工安全帶來(lái)很大的困難。

六是涉及大型鋼穹頂構(gòu)件的制作、安裝，工藝技術(shù)要求高，施工中必須精益求精；大體積、大噸位穹頂?shù)恼w吊裝的安全工作特別重要，必須做到萬(wàn)無(wú)一失。

3 需要繼續(xù)研討的幾個(gè)技術(shù)問題

雙殼施工涉及技術(shù)環(huán)節(jié)較多，涉及多項(xiàng)技術(shù)的綜合利用和現(xiàn)代化的工程管理，也涉及很多的相關(guān)行業(yè)。其材料、設(shè)備、技術(shù)、管理方法的選擇與一般土建工程相比，很多環(huán)節(jié)具有特殊性，比一般建筑工程復(fù)雜得多。雖然中核建及其所屬建設(shè)公司對(duì)田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組的雙殼工程施工技術(shù)取得一些創(chuàng)新成果，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，但是從高強(qiáng)度混凝土的取材、配置、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)，模板的支設(shè)和拆除，鋼襯里模塊化施工和安裝，大噸位預(yù)應(yīng)力穿束，鋼襯里，穹頂整體吊裝，管理信息技術(shù)系統(tǒng)化等方面的技術(shù)開發(fā)還需要繼續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新，以便在保證核安全質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步降低成本，縮短工期，為核電建造企業(yè)和核電運(yùn)營(yíng)單位取得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為世界雙殼核電站的建設(shè)，從施工角度樹立典范。

3.1 高強(qiáng)度混凝土施工問題

安全殼高強(qiáng)度混凝土施工質(zhì)量直接影響核防護(hù)能力，因此，在雙殼工程建造中，對(duì)殼體高強(qiáng)度混凝土質(zhì)量要進(jìn)一步引起高度重視。不但僅從混凝土澆筑階段的劃分，模板的支設(shè)與撤除，澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、處理裂縫等各施工環(huán)節(jié)制定嚴(yán)格的控制程序，防止出現(xiàn)環(huán)節(jié)銜接上的缺陷，而且還要充分考慮到，混凝土的高強(qiáng)度和低氯離子擴(kuò)散系數(shù)［2］要求采用膠凝材料的高摻量，如此又將引起混凝土的高水化熱，進(jìn)而嚴(yán)重影響混凝土整體一次澆筑過(guò)程中心溫度控制和溫度裂縫控制，無(wú)疑出現(xiàn)了此工程的技術(shù)難點(diǎn)，需要繼續(xù)實(shí)驗(yàn)研討。另外由于雙殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼筋、預(yù)埋件較多，振搗棒碰撞鐵件時(shí)有發(fā)生，使綁扎的鋼筋和預(yù)埋件發(fā)生位移，使之或多或少的影響殼體質(zhì)量，故需要研發(fā)制作針對(duì)不同振搗空間的小型框架，約束、限制振搗棒，使振搗棒在合理的區(qū)間振搗，避免撞擊密集鋼結(jié)構(gòu)。其次，通過(guò)給混凝土添加一定量的外加劑、外摻物的實(shí)驗(yàn)，和利用混凝土本身的優(yōu)良性能，在不影響混凝土質(zhì)量的前提下，達(dá)到在鋼筋、貫穿件密集的部位不振搗也能澆筑密實(shí)的目的。

3.2 鋼襯里模塊化施工問題

雙殼結(jié)構(gòu)的鋼襯里施工采用了模塊化施工，是一種既簡(jiǎn)捷又易組合的科學(xué)工序，對(duì)于底板鋼襯里、筒身鋼襯里的制作和安裝及穹頂?shù)闹谱骱驼w吊裝，都體現(xiàn)了操作方便、成型好、縮短工時(shí)、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)鋼襯里模塊化施工，需要進(jìn)一步提高模塊化施工技術(shù)水平，在模塊的劃分和組合上進(jìn)行調(diào)整，使劃分形式科學(xué)化。以前［1］我國(guó)已建和在核電站在對(duì)鋼襯里模塊的劃分?jǐn)?shù)量，隨設(shè)計(jì)的不同，在形狀和數(shù)量上各有差異，需要對(duì)雙殼鋼襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從尺寸大小、設(shè)備配制、施工能力等方面綜合考慮，尋求較為標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)模式和統(tǒng)一的配置，以利于更好的加快工期，降低成本，方便組合。還有，鋼襯里［3］在拼裝組焊中要求簡(jiǎn)體壁板邊緣的徑向位移量不能超過(guò)2mm，為此，有的專家利用ABAQUS有限元分析軟件，對(duì)預(yù)制拉伸應(yīng)力后的簡(jiǎn)體壁板焊接變形進(jìn)行了數(shù)值模擬，并用自行設(shè)計(jì)制作的預(yù)應(yīng)力焊接，對(duì)簡(jiǎn)體壁板預(yù)拉伸應(yīng)力和焊后壁板邊緣的徑向變形進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明：采用先焊接軸向角鋼，再預(yù)制拉伸應(yīng)力，最后焊接周向角鋼的裝焊工序，可明顯減小筒體壁板邊緣的徑向變形，且隨著預(yù)制拉應(yīng)力的增大，焊接變形呈指數(shù)規(guī)律減小，當(dāng)油缸頂升力達(dá)到18MPa時(shí)，壁板邊緣的徑向變形量可控制在2.0mm以內(nèi)。這種經(jīng)實(shí)驗(yàn)的新方法也為鋼襯里組合焊接提供了技術(shù)支持。

3.3 模板提升問題

秦山三期安全殼模板是采用滑模提升，其余核電站單殼和雙殼結(jié)構(gòu)的模板是利用吊車提升而爬升。特別是在在雙殼結(jié)構(gòu)施工中，兩殼之間的空間會(huì)或多或少影響對(duì)模板的提升。而且單塊提升模板效率不高，所以有必要開發(fā)多塊捆綁式體系的模板，自動(dòng)爬升，就能減少垂直運(yùn)輸工具的占用時(shí)間，擠壓模板的施工時(shí)間，就能進(jìn)一步縮短工期，降低成本。核電運(yùn)營(yíng)單位都希望施工單位在保證核安全質(zhì)量的前提下，盡快縮短核電施工工期，使核電站早日發(fā)電，早日取得經(jīng)濟(jì)效益。故創(chuàng)建新模板提升施工技術(shù)勢(shì)在必行。

3.4 大噸位預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的改進(jìn)

雙殼結(jié)構(gòu)的反應(yīng)堆廠房，內(nèi)殼承受較大的壓力，大多數(shù)采用的是大噸位有黏結(jié)多束鋼絞線預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)。以前國(guó)內(nèi)的核電站的預(yù)應(yīng)力體系及材料設(shè)備是從國(guó)外引進(jìn)，故成本高，因此需要研究出國(guó)產(chǎn)化的預(yù)應(yīng)力體系。中國(guó)核工業(yè)二四建設(shè)公司在［4］福清核電站采用了國(guó)內(nèi)柳工歐維姆錨固體系和張拉設(shè)備，在《壓水堆核電站M310堆型大噸位預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)》報(bào)告中將柳工歐維姆產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品作了對(duì)比：承壓板、錨固塊防腐性能比國(guó)外好，安裝對(duì)中性好，喇叭口、灌漿連接器壁厚增加堅(jiān)固耐用，鑄造精益求精杜絕了表面砂眼。同時(shí)對(duì)張拉設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)也作了介紹：千斤頂使用效果良好，張拉泵站數(shù)據(jù)可直讀出，這是優(yōu)點(diǎn)；但張拉泵站體積大，移動(dòng)不方便，泵站防潮性差，廊道較潮濕，泵站在廊道使用時(shí)常出問題，最多的問題是不能啟動(dòng)，當(dāng)然移到外面放一陣又能正常使用，這是需要改進(jìn)之處。這說(shuō)明國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系及材料設(shè)備正在興起，期盼在不久的將來(lái)達(dá)到世界先進(jìn)水平。臺(tái)山核電站1號(hào)核島在田灣核電站的基礎(chǔ)上，預(yù)應(yīng)力體系［5］采用后張C系列錨固體系，每束鋼絞線穿束數(shù)量54根，鋼束總數(shù)量達(dá)270束，其中水平環(huán)向鋼束119束，導(dǎo)管呈360°包角環(huán)形布置，每束長(zhǎng)度約160m；gamma型鋼束104束，每束長(zhǎng)度約109m；豎向鋼束47束，每束長(zhǎng)度約61.5m，穿束鋼絞線總量達(dá)到2 100t。鋼束采用大噸位千斤頂進(jìn)行張拉，每束鋼絞線所承受張拉荷載達(dá)到12 362kN。同時(shí)開發(fā)并成功應(yīng)用新的張拉、灌漿工藝以及升降平臺(tái)。預(yù)應(yīng)力鋼束張拉首次采用數(shù)值化系統(tǒng)進(jìn)行鋼束張拉，成功避免傳統(tǒng)的張拉數(shù)據(jù)采用人工測(cè)讀的模式，提高張拉數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，降低人為操作失誤。在灌漿方面，也成功研制出觸變漿體，該漿體采用合格的緩凝漿體加入觸變劑經(jīng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢瓒?，觸變漿成漿后，呈膏狀，使?jié){體更容易填充密實(shí)預(yù)應(yīng)力孔道，同時(shí)輔以真空輔助灌漿工藝進(jìn)行漿體灌注，大大提高管道灌漿的密實(shí)度，有效解決預(yù)應(yīng)力工程中管道灌漿后，因灌漿漿體在管道內(nèi)泌水而形成空洞的質(zhì)量缺陷問題。另外，還自主研發(fā)一套新型預(yù)應(yīng)力水平張拉平臺(tái)，該平臺(tái)為桅柱爬升式，采用雙驅(qū)動(dòng)單元，與傳統(tǒng)的軌道式施工升降平臺(tái)相比，它具有造型美觀、結(jié)構(gòu)輕巧、傳動(dòng)平穩(wěn)、機(jī)械振動(dòng)小，拆裝方便、安全可靠、用途廣泛等特點(diǎn)，大大提高作業(yè)人員工作效率。我們深信隨著雙殼結(jié)構(gòu)核電站建設(shè)，預(yù)應(yīng)力體系會(huì)愈來(lái)愈完善。

3.5 外殼穹頂施工工藝需繼續(xù)研討

在核電站反應(yīng)堆廠房雙殼結(jié)構(gòu)中，內(nèi)殼穹頂由于有穹頂鋼襯里作為底板支撐，故在澆筑混凝土?xí)r無(wú)需考慮底部模板，僅考慮側(cè)面和頂面的模板即可，因而模板施工的難度相對(duì)較小。而外殼穹頂施工則無(wú)鋼襯里支撐，需底部模板支撐，難度很大。在上述1.2節(jié)第二段中介紹了外殼穹頂施工中，研發(fā)出外殼穹頂預(yù)制梁板作為底模，取代過(guò)去滿堂支腳手架的老方法，此辦法效率是高，作業(yè)也安全，但預(yù)制混凝土梁板費(fèi)用較高。所以還需尋求一種成本底、效率高、作業(yè)安全的新方案。

4 結(jié)語(yǔ)

核電站反應(yīng)堆廠房的雙殼結(jié)構(gòu)是核電站的重要的防護(hù)結(jié)構(gòu)，雙殼技術(shù)的應(yīng)用，提高核防護(hù)能力，同時(shí)也對(duì)安全殼建設(shè)技術(shù)的改革與創(chuàng)新。雙殼施工，從標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、施工和發(fā)電運(yùn)營(yíng)這三個(gè)大環(huán)節(jié)任務(wù)分工的角度看，施工的上游是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，下游是發(fā)電運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)，施工環(huán)節(jié)則是一種承上啟下的建造環(huán)節(jié)。要想使建造的雙殼結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，一是使施工的內(nèi)殼能承受核事故壓力，二是使外殼能起生物屏蔽及保護(hù)作用；三是使兩殼之間的環(huán)形空腔保持一定的負(fù)壓，達(dá)到使核反應(yīng)堆內(nèi)部的放射性物質(zhì)不易向殼外泄漏。施工單位首當(dāng)其沖的任務(wù)是把標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)具體工藝按照核安全法規(guī)精心搞好施工設(shè)計(jì)，因核電站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多具體施工環(huán)節(jié)都要在施工前根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)做詳細(xì)的施工設(shè)計(jì)，它的圖形就像機(jī)械鑄造廠制作的模具圖形，把抵抗內(nèi)、外部的各種因素融入其中，通過(guò)施工，使標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的圖形和說(shuō)明事項(xiàng)的全部?jī)?nèi)容付之現(xiàn)實(shí)，故施工環(huán)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)以及發(fā)電運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)同等十分重要。只有在施工環(huán)節(jié)上保證質(zhì)量、安全、進(jìn)度、投資、技術(shù)、環(huán)境6大控制指標(biāo)的實(shí)施，才能將建設(shè)成果提交下游單位——核電站發(fā)電運(yùn)營(yíng)。

在核電站雙殼施工技術(shù)的研究和實(shí)踐方面，我國(guó)已有了初步的嘗試，經(jīng)過(guò)田灣和臺(tái)山等核電站的研發(fā)和實(shí)踐，有些技術(shù)已填補(bǔ)了核電站施工領(lǐng)域的空白，但是隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還有不少方面需要改進(jìn)。還需要借鑒相關(guān)行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外同領(lǐng)域新材料、新設(shè)備、新技術(shù)和具體新工藝，通過(guò)研究和驗(yàn)證，不斷完善和提高，隨著第三代乃至更加先進(jìn)的核電站的問世，使我國(guó)核電站雙殼施工技術(shù)和工程管理水平更上一個(gè)新的臺(tái)階，早日實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先水平。

［1］ 劉鎬.大型壓水堆核電站雙層安全殼施工技術(shù)探討.233網(wǎng)校論文中心.2010

［2］ 王輝誠(chéng)，等.核電站高性能大體積混凝土配制與施工［J］.核動(dòng)力工程.2011.

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