核電站汽輪機(jī)廠房鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)研究

羅旭磊，吳澤坤，郝亞輝，王棟，胡琦

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司核電建設(shè)分公司，廣東 深圳 518034）

1 工程概況

三澳核電站汽輪機(jī)廠房橫向單跨結(jié)構(gòu)，跨度為58.1m，縱向長(zhǎng)度為110.2m。根據(jù)工程設(shè)計(jì)，廠房共計(jì)0個(gè)軸線，軸距最大為14.5m，廠房鋼結(jié)構(gòu)包括框架柱、梁、屋架體系、桁車梁及平臺(tái)體系。A列鋼柱和G列鋼柱柱底標(biāo)高為-14.45m。柱頂標(biāo)高為46.1m，柱長(zhǎng)為60.5m，采用H型鋼焊接制作。山墻抗風(fēng)柱柱底標(biāo)高為-14.5m，主頂標(biāo)高為46.1m，鋼柱最大長(zhǎng)度63.4m。鋼柱最大截面為2.8m，鋼柱最大質(zhì)量為68t。主屋架為雙坡梯形鋼屋架，上弦為焊接H型鋼，下弦為熱軋H型鋼，屋架最大截面高度7.1m，跨度57.2m，屋架重量為45t。屋架之間采用垂直支撐與水平支撐連接，形成穩(wěn)定的屋架支撐體系。桁架采用焊接H型鋼，主桁架頂標(biāo)高29.5m，截面高度2m，輔助桁架23.7m，截面高度1.5m。汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)其他平臺(tái)均為鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，平臺(tái)標(biāo)高為-7.5m、1.47m、2.8m、4.3m、5.9m和10.65m。

2 核電站汽輪機(jī)廠房鋼結(jié)構(gòu)施工總體規(guī)劃

2.1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝通道規(guī)劃

由于該工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量較大，屬重型鋼結(jié)構(gòu)廠房，對(duì)吊裝設(shè)備、吊裝現(xiàn)場(chǎng)條件要求較高。經(jīng)多方研究選型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工條件，確定該工程吊裝施工技術(shù)方案：長(zhǎng)度≤10.9m的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝制作，長(zhǎng)度＞10.9m的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在廠房外加工制作。通過(guò)該方式能夠有效降低因廠房?jī)?nèi)加工制作鋼構(gòu)件造成的土建施工壓力，降低了鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)難度。結(jié)合該工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，常規(guī)主廠房?jī)?nèi)部、外部各設(shè)置3條吊裝通道，即廠內(nèi)吊裝通道，廠內(nèi)鋼柱A～B軸、F～G軸各設(shè)置1條吊裝運(yùn)輸通道；廠外吊裝A軸、G軸設(shè)置1條吊裝通道，通道標(biāo)高為-0.5m。

2.2 施工分段與分區(qū)

結(jié)合該工程鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為滿足鋼結(jié)構(gòu)施工工期和施工安全要求，施工單位通過(guò)劃分立面進(jìn)行施工分段。

①工段施工A～G軸鋼構(gòu)件，主要為鋼框架柱、鋼梁、支撐構(gòu)件安裝，施工標(biāo)高為-13.7m～10.6m。

②工段主要為鋼框架柱、鋼梁、桁車梁、制動(dòng)梁、制動(dòng)桁架及支撐構(gòu)件安裝，施工標(biāo)高為10.6m～45.0m。

③工段主要為鋼結(jié)構(gòu)屋架系統(tǒng)安裝，包括屋架、垂直支撐、水平支撐、屋面檁條和支撐構(gòu)件安裝。

2.3 吊裝機(jī)械選型

結(jié)合該工程施工現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)承載力和吊裝重量要求，該工程最終選用160t、250t和400t履帶吊進(jìn)行吊裝。160t和250t履帶吊主要用于廠內(nèi)鋼構(gòu)件吊裝施工，400t履帶吊主要用于山墻鋼結(jié)構(gòu)和屋架鋼結(jié)構(gòu)吊裝。

3 核電站汽輪機(jī)廠房鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 框架柱梁吊裝施工

該工程中，汽輪機(jī)廠房框架柱與框架梁結(jié)構(gòu)截面尺寸大，質(zhì)量大，最大鋼柱重量為68t，最大鋼柱截面2.8m，最大鋼梁重量13t，鋼梁截面1.8m。結(jié)合履帶吊機(jī)械設(shè)備選型和吊裝施工技術(shù)方案?？蚣苤侄蔚跹b時(shí)，按吊裝長(zhǎng)度、吊裝重量、分段吊裝節(jié)點(diǎn)位置和避開(kāi)厚板區(qū)域要求，將最大截面和重量的A～G軸鋼框架柱分為4段，1～10山墻柱H型鋼分為5段，可有效加快吊裝安裝進(jìn)度。具體施工組織施工時(shí)，160t履帶吊負(fù)責(zé)D～G軸第1～2節(jié)鋼柱和鋼梁安裝、F～G軸1～2節(jié)鋼柱、鋼梁安裝、A～G軸1～2節(jié)鋼柱和鋼梁安裝。250t履帶吊在負(fù)責(zé)A～D軸1～2節(jié)鋼柱和鋼梁安裝、A～B軸1～2節(jié)鋼柱和鋼梁安裝、G軸第2節(jié)以上鋼柱梁安裝、A軸2節(jié)以上鋼柱、鋼梁安裝。400t履帶吊負(fù)責(zé)D～G軸3～5節(jié)鋼柱和鋼梁安裝、A～D軸3～5節(jié)鋼柱鋼梁安裝和屋架安裝。

鋼柱吊裝施工前，應(yīng)全面清理廠房基礎(chǔ)表面雜物，并對(duì)預(yù)埋螺栓位置、標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，經(jīng)復(fù)核無(wú)誤后，測(cè)放鋼柱安裝縱向、橫向軸線，軸線應(yīng)測(cè)放至鋼柱底板外側(cè)，以便于鋼柱定位安裝控制。柱身頂部與底部測(cè)量標(biāo)記中心點(diǎn)位置，作為鋼柱垂直度調(diào)整依據(jù)。待第1節(jié)鋼柱吊裝完成后，相應(yīng)安裝框架梁和支撐體系，盡快形成穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)體系。鋼梁吊裝施工前，應(yīng)加強(qiáng)鋼梁編號(hào)和吊裝方向控制，尤其是與次梁連接的主梁吊裝時(shí)，應(yīng)認(rèn)真鋼梁次梁連接件和固定螺栓孔孔位精度控制，確保鋼梁吊裝后準(zhǔn)確安裝到位。

3.2 桁架梁吊裝施工

該工程中，汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)2臺(tái)300t和200t桁車各1臺(tái)，分別安裝標(biāo)高26.5m主桁架梁和22.1m桁架梁上。主桁架梁截面高度2.8m，輔桁架梁截面高度1.5m。施工順序規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，250t履帶吊配合400t履帶吊施工。250t履帶吊負(fù)責(zé)G軸主桁架和輔桁架安裝、A軸主桁架和輔桁架安裝。400t履帶吊負(fù)責(zé)G軸外2～3軸線至1～3軸線主桁架和輔桁架安裝、A軸1～3軸間主桁架和輔桁架安裝。

具體安裝施工時(shí)，由于桁架車梁截面尺寸較大，桁架梁安裝精度要求較高，要求施工單位重點(diǎn)加強(qiáng)桁架車輛安裝精度控制。桁架安裝時(shí)，嚴(yán)格按柱間支撐跨進(jìn)安裝，柱間支撐安裝完成并形成穩(wěn)定的剛度單元后，能夠降低桁架安裝對(duì)柱間支撐垂直度的影響。桁架安裝定位以A～G軸為基準(zhǔn)，避免使用鋼柱軸中心線或鋼柱邊緣線為基準(zhǔn)，防止因鋼柱垂直度偏差造成誤差累積。制動(dòng)板與桁架使用高強(qiáng)螺栓連接和輔桁架焊接連接時(shí)，為降低焊接應(yīng)力變化對(duì)桁架安裝精度的影響，先使用高強(qiáng)螺栓固定桁架梁與制動(dòng)板，并初擰到位后再焊接。

3.3 屋架安裝

該工程汽輪機(jī)廠房屋架為雙坡梯形鋼屋架，單榀質(zhì)量為45t，屋架長(zhǎng)度57.2m，屋架高度為3.6m～6.7m，屬超長(zhǎng)、超寬屋架，施工難度大?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，屋架委托專業(yè)廠家加工制作構(gòu)件后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝。為便于運(yùn)輸和安裝，屋架分為3段運(yùn)輸。屋架運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，由250t履帶吊配合400t履帶吊吊裝施工。由400t履帶吊安裝2軸屋架到位后，繼續(xù)安裝3軸屋架，由250t履帶吊安裝2軸垂直支撐和2～3軸屋架上弦、下弦構(gòu)件。400t履帶吊繼續(xù)安裝其余垂直支撐及2～3軸屋架鋼構(gòu)件。400t履帶吊安裝4軸屋架。由250t履帶吊安裝3～4軸垂直支撐和上弦、下弦構(gòu)件，400t履帶吊安裝其余垂直支撐和3～4軸屋蓋構(gòu)件。通過(guò)250t履帶吊與400t履帶吊配合吊裝方式完成整個(gè)屋架吊裝施工。

由于該工程屋架構(gòu)件重量大、尺寸大，為確保吊裝安全，該工程采用5點(diǎn)吊裝法進(jìn)行吊裝施工（如下圖所示），吊點(diǎn)設(shè)置綜合考慮屋架構(gòu)件撓度、吊裝水平夾角、吊點(diǎn)受力等情況，遵循上弦受拉、下弦受壓的吊裝原則，上弦吊點(diǎn)4個(gè)，下弦吊點(diǎn)1個(gè)，上弦吊點(diǎn)均采用吊耳固定，下弦吊點(diǎn)采用鋼絲繩綁扎，各吊點(diǎn)鋼絲繩長(zhǎng)度均經(jīng)精確計(jì)算和試吊，確保屋架吊裝受力均勻。屋架吊裝時(shí)，第1榀屋架吊裝就位后，立即固定1～2軸檁條，使屋架與山墻形成穩(wěn)定受力體系。第2榀屋架起吊就位后，250t履帶吊配合安裝2～3軸垂直桁架，并校正屋架垂直度，固定屋架兩端支座高強(qiáng)螺栓，安裝檁條和水平支撐，經(jīng)檢查無(wú)誤后繼續(xù)安裝屋架構(gòu)件。

屋架吊裝5點(diǎn)吊裝示意圖

3.4 超厚板焊接施工要點(diǎn)

該工程超厚板焊接施工主要是鋼梁與上下翼緣板焊接施工。超厚板厚度8mm～80mm不等，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接施工，12mm以下厚度采用手工電弧焊焊接。

由于該工程鋼結(jié)構(gòu)跨度和軸距較大，鋼柱和鋼梁連接均采用超厚板焊接連接方式，極易產(chǎn)生焊接變形和層狀撕裂問(wèn)題，需對(duì)超厚板進(jìn)行焊前預(yù)熱、層間保溫和焊后消氫熱處理，以保障超厚板焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)焊接變形問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，工程嚴(yán)格按《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 81-2002）要求進(jìn)行超厚板焊前預(yù)熱處理措施，并加強(qiáng)層面溫度控制和焊后熱處理，防止發(fā)生超厚板焊接應(yīng)力集中變形問(wèn)題。層間溫度控制時(shí)，針對(duì)該工程高空作業(yè)環(huán)境和風(fēng)影響的問(wèn)題，為避免超厚板層間溫度低于預(yù)熱溫度，保持焊接熱輸入量，將層間溫度控制在175℃～200℃范圍內(nèi)，當(dāng)層間溫度＞200℃時(shí)，自然冷卻至層間溫度控制范圍，并控制熱輸入量。當(dāng)層間溫度＜175℃時(shí)采取火焰加熱方式提高層間溫度。超厚板層間焊接完成后，借助紅外線監(jiān)控層間溫度，并維持焊后消氫處理溫度200℃～250℃。焊后消氫處理時(shí)，使用烤槍對(duì)焊后超厚板進(jìn)行加熱處理，加熱時(shí)應(yīng)均勻加熱，防止產(chǎn)生溫度梯度造成超厚板變形。超長(zhǎng)焊縫焊后處理時(shí)，采用多個(gè)烤槍同時(shí)加熱，焊縫加熱后及時(shí)包裹防火巖棉，確保焊后處理溫度保持在溫度區(qū)間并維持1h，待焊縫冷卻至自然溫度。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)精心組織和施工，該工程鋼結(jié)構(gòu)一次通過(guò)項(xiàng)目組驗(yàn)收，鋼結(jié)構(gòu)柱、梁、屋架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，焊接質(zhì)量符合I級(jí)焊縫要求，工程施工質(zhì)量達(dá)到工程設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，取得了良好的施工技術(shù)效益，為同類工程施工積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。