樹狀圖分析法在田灣核電站3#核島穹頂?shù)跹b過程中風(fēng)速控制的應(yīng)用

晏鑫

（中核機械工程有限公司核電分公司，江蘇 連云港 222000）

針對穹頂?shù)跹b這種關(guān)鍵性的大型節(jié)點工程來說，如果沒有安全保證，根本就談不上成功和效益。田灣核電站3#機組穹頂是整個二期工程建設(shè)過程中的重大節(jié)點之一，其關(guān)注度和對整個工程的影響程度是不言而喻的，本次穹頂?shù)跹b未采用原田灣核電站一期工程穹頂分段吊裝的方式，轉(zhuǎn)而采取了整體吊裝的方案，對于這種施工方法在全球進行該堆型薄殼穹頂?shù)牡跹b也尚屬首次，對于吊裝方式的改變，整個吊裝過程中氣候條件的安全管控要求也較以往有了很大的不同。

本文運用定性和定量的分析方法找出風(fēng)速條件對本次吊裝的影響因素，并找出相應(yīng)的控制對策，并應(yīng)用在穹頂?shù)跹b過程之中，從而確保穹頂?shù)跹b安全順利完成。

1 工程概況

田灣核電站3#機組安全殼鋼襯里穹頂外形（內(nèi)徑）為R=22m的帶肋半球殼體,全高（內(nèi)壁）為22m，呈半球形，安裝標(biāo)高為+48.6m(下口標(biāo)高)，障礙物頂標(biāo)高為+61.5m，穹頂結(jié)構(gòu)重量為341.022t， 調(diào) 平 配 重 量 為 6.3t， 吊 裝 時 吊 索 具 重 量14.437t，按照設(shè)計圖紙要求設(shè)置18個吊點，重心位置近似在穹頂重心的垂線上。

本次穹頂?shù)跹b采用的是ZCC3200NP型履帶式起重機，采用超起固定副臂工況SFDB模式，穹頂?shù)蹼x地2m試吊時（+9.85m）起重機吊裝實際載荷為476.419t，此時吊機額定載荷為548t；起吊至最高點時（+63.4m）起重機吊裝載荷為473.779t，此時，吊機額定載荷為961t。結(jié)合連云港當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，現(xiàn)對風(fēng)速與穹頂?shù)跹b之間的影響進行分析，從而確保穹頂?shù)跹b活動順利進行。穹頂?shù)跹b示意圖見圖1。

圖1 穹頂?shù)跹b示意圖（穹頂?shù)跹b最高點）

2 風(fēng)速對穹頂?shù)跹b影響因素分析

為了做好本次穹頂?shù)跹b的安全管控工作，確保穹頂屆時順利進行吊裝，現(xiàn)用樹狀圖的方法對穹頂?shù)跹b過程中風(fēng)速的影響進行分析，將各種因果關(guān)系用不同的邏輯門聯(lián)結(jié)起來，然后通過定性和定量分析，確定風(fēng)速對穹頂?shù)跹b活動的影響程度?，F(xiàn)分析如下。

圖2 樹狀分析圖

3 安全管控對策

根據(jù)以上圖2分析得知，風(fēng)速對穹頂?shù)跹b產(chǎn)生的直接影響后果為X1、X2；即風(fēng)速使吊裝載荷增加、穹頂下口產(chǎn)生擺動進而與吊機吊臂發(fā)生碰撞，如果風(fēng)速超出一定的量，有可能導(dǎo)致嚴重的后果?，F(xiàn)就3#核島穹頂在吊裝過程中風(fēng)速對吊裝載荷的變化情況和穹頂整體擺動情況進行驗算，從而確定穹頂?shù)跹b過程中的最大允許風(fēng)速。結(jié)合穹頂?shù)跹b過程中的風(fēng)速測量值，從而使穹頂?shù)跹b工作安全順利進行。

3.1 風(fēng)速測量

穹頂?shù)跹b之前，為了掌握穹頂?shù)跹b1個月內(nèi)的風(fēng)速變化情況，需要安排專人在現(xiàn)場測量風(fēng)速變化，測量區(qū)間應(yīng)該是上午、中午和下午各至少一次，測量地點宜選擇在核島的最高點，通過對測量數(shù)據(jù)進行分析，從而確定穹頂?shù)跹b的大致時間段。

3.2 穹頂?shù)跹b作業(yè)風(fēng)載計算

風(fēng)載計算選取穹頂?shù)跹b過程中具有代表性的兩個關(guān)鍵吊裝位置點進行研究，一個是穹頂?shù)跹b試吊時（+9.85m），另一個是穹頂起升至最高點（+63.4m）。通過以上兩個點處的風(fēng)載分析，從而得出穹頂?shù)跹b過程中所需的安全風(fēng)速環(huán)境。

穹頂外形（內(nèi)徑）為R=22m的帶肋半球殼體，其有效迎風(fēng)面積是其側(cè)向投影面積，迎風(fēng)面積：A=3.1415×22m×22m=771.37。

根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》：在最不利風(fēng)向的作用下，穹頂發(fā)生偏擺產(chǎn)生附加風(fēng)荷載，使起重機負荷率增加。當(dāng)水平風(fēng)載不超過起重機的吊裝作業(yè)工況下額定起重量的1%時，能夠保證吊裝安全。風(fēng)速計算如下。

（1）試吊時（+9.85m）風(fēng)速要求。起重機在起吊穹頂離地2m進行試吊時（地面標(biāo)高+7.85m），此時起重機的額定起重量為548t。此時起重機的受力計算為：

根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》（GB/T3811-2008），計算風(fēng)載荷如下：

其中：C-風(fēng)力系數(shù)，取C=1.2；Kh-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取 Kh=1.17；Us- 體型系數(shù)，取 Us=0.8；q-標(biāo)準風(fēng)壓（kN/），q=0.625；V為風(fēng)速（m/s）；A-迎風(fēng)面積，A=771.37。

因此在穹頂起吊時，風(fēng)速控制在9.96m/s以內(nèi)時，吊裝安全。

（2）起吊至最高點（+63.4m）時風(fēng)速要求。起重機在起吊穹頂至最高點離地56.15m時，此時起重機的額定起重量為961t。此時起重機的受力計算為：=961000kg×1%×9.8N/kg=94178N。

根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》（GB/T3811-2008），計算風(fēng)載荷

其中：C-風(fēng)力系數(shù)，取C=1.2；Kh-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取Kh=2.2；Us-體型系數(shù)，取Us=0.8；q-標(biāo)準風(fēng)壓（kN/），q=0.625，V為風(fēng)速（m/s）；A-迎風(fēng)面積，A=771.37。

綜上，在3#核島穹頂?shù)跹b時，風(fēng)速控制在9.62m/s以下時，吊機載吊裝荷安全。

由于風(fēng)速在9.62m/s以下時，僅表示吊機載吊裝荷安全，但是風(fēng)速在9.62m/s時，穹頂會產(chǎn)生擺動，如果擺動幅度過大，會使穹頂下口邊緣與吊機吊臂相碰，進而產(chǎn)生比較嚴重的安全后果，因此需要對風(fēng)速在9.62m/s時，穹頂產(chǎn)生的擺動幅度做進一步驗算，才能證明穹頂?shù)跹b作業(yè)安全。

（1）穹頂在試吊時（+9.85m）擺動情況。穹頂在試吊時（+9.85m），穹頂與吊臂之間的距離較大，在風(fēng)速為9.96m/s時，穹頂下口與吊機吊臂幾乎不可能相碰，在此不再贅述。

（2）穹頂起吊至最高點時（+63.4m）擺動情況。起重機在起吊穹頂至最高點離地56.15m時，結(jié)合圖1，此時穹頂下口與起重機吊臂之間的安全距離為19.58m，通過以上風(fēng)速的驗算，此時的風(fēng)速為9.62m/s，因此此時起重機的受力計算為：

Q-起吊至最高點時（+63.4m）起重機吊裝載荷，Q=473.779t=473779kg；v-直線運動速度，v=2 m/min=1/30m/s；g- 重 力 加 速 度，g=9.8m/s；T- 制動加速度的時間，T=4s。

穹頂起吊至最高點時（+63.4m）風(fēng)的作用力和慣性力對吊裝鉛垂線的影響計算如下：=9.44t。

穹頂起吊至最高點時（+63.4m）風(fēng)的作用力和慣性力對吊裝鉛垂線產(chǎn)生的夾角計算如下：Tanα=9.44t/961t，α=0.56。

結(jié)合圖1，計算風(fēng)力和慣性力是穹頂下口產(chǎn)生的偏移計算如下：

因此，當(dāng)穹頂起吊至最高點時（+63.4m），風(fēng)速在9.62m/s時使穹頂產(chǎn)生的擺動時下口不會與吊臂相碰，因此吊裝安全。

綜上，田灣核電站3#機組穹頂?shù)跹b風(fēng)速控制在9.62m/s以下時，吊裝安全。

4 結(jié)語

穹頂?shù)跹b是核電建設(shè)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過以上分析，要求做好吊裝過程中的風(fēng)速控制工作，切實落實大件設(shè)備吊裝過程中的風(fēng)速控制措施，確保穹頂?shù)跹b作業(yè)處于安全可控的范圍之內(nèi)。

參考文獻：

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[4]朱兆華等主編.起重作業(yè)安全技術(shù)問答[M].北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.