“華龍一號”環(huán)吊環(huán)梁及環(huán)軌整體吊裝工藝在國內(nèi)核電的首次應(yīng)用與優(yōu)化

陳 策,樊棟焱,程 明,姚 蘭,郭 凱,劉 哲,周長廣

(中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司，福建 漳州 363000)

1 整體吊裝工藝流程

漳州核電廠1號機(jī)組環(huán)吊環(huán)梁吊裝及安裝施工，結(jié)合國內(nèi)其他核電廠的環(huán)梁安裝經(jīng)驗(yàn)，利用先進(jìn)的工程測量技術(shù)和大件吊裝技術(shù)，對原工藝進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化的原則是提高焊接質(zhì)量，在地面焊接，焊接環(huán)境較好；由原來的分段吊裝在高空作業(yè)，改為地面作業(yè)，提高了安全性和操作性，同時(shí)提高勞動效率，縮短施工工期。進(jìn)而改變原有的：分段吊裝-就位后組裝的施工工藝，采用了整體吊裝的方式進(jìn)行施工，主要工藝為：環(huán)梁地面組裝—軌道組裝—數(shù)據(jù)測量—整體吊裝—最終緊固。整體吊裝就位可以減少的步驟或改進(jìn)的方式有：

1)組裝之后的拆分，到貨后進(jìn)行拼裝，吊裝后進(jìn)行拆裝，兩次組裝一次拆分，減少一次拆裝；

2)減少分段吊裝的次數(shù)(減少吊裝次數(shù)8次)，分段吊裝改為整體吊裝；

3)環(huán)梁在反應(yīng)堆廠房的組裝，改為地面組裝后整體吊裝；

4)軌道的組裝，改為地面組裝后整體吊裝；

5)運(yùn)用調(diào)整墊板一次加工成型技術(shù)。

通過上述的優(yōu)化，部分施工工序平行開展，高處作業(yè)量大大減少，施工關(guān)鍵路徑的工期可提前15天，施工流程圖如圖1所示。

圖1 流程圖Fig.1 Flow chart

2 整體組裝工藝重點(diǎn)技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)工藝簡介

環(huán)吊的環(huán)梁采用弧型箱形結(jié)構(gòu)形式，由9個部分組成(40°一段)，每一部分均由高強(qiáng)螺栓把合裝配，法蘭面采用鍵定位連接。整個環(huán)梁置于45個預(yù)制牛腿上，環(huán)梁與牛腿采用螺栓固定，與在環(huán)梁(牛腿內(nèi)的孔為圓柱形)下蓋板上所鉆的長圓孔內(nèi)的每個牛腿垂直，環(huán)梁及環(huán)軌安裝后整體重量約145 t。環(huán)梁整體吊裝技術(shù)研究主要分為地面整體組裝和整體吊裝兩個階段，在期間需考慮組裝、吊裝過程中的防變形工裝設(shè)計(jì)、配套的力學(xué)分析等，同時(shí)對吊車在使用過程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，綜合考慮安裝過程中所有可能產(chǎn)生的影響因素，較國外項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化確保安裝的順利開展。

根據(jù)對國內(nèi)其他核電項(xiàng)目的調(diào)研，國內(nèi)核電廠中環(huán)梁的安裝均按照環(huán)梁的地面組裝—軌道組裝—數(shù)據(jù)測量—拆分—分段吊裝—環(huán)梁在反應(yīng)堆廠房內(nèi)組裝—軌道組裝—調(diào)整—最終緊固。分段安裝工藝進(jìn)行環(huán)梁安裝，安裝技術(shù)成熟，但是存在高空作業(yè)多，施工難度高的弊端。

2.2 整體吊裝支撐裝置

環(huán)梁整體吊裝技術(shù)，要求環(huán)梁、環(huán)軌等設(shè)備在地面組裝完成后不再進(jìn)行拆分，詳見圖2。地面組裝場地設(shè)置了27個混凝土支墩及對應(yīng)的調(diào)整支架。每段環(huán)梁設(shè)置3個支墩，并避開環(huán)梁下蓋板螺栓孔。在混凝土支墩澆注完成后，安裝調(diào)整支架，調(diào)整支架表面相對高差控制在2 mm以內(nèi)，解決了地面拼裝、承載和儲存問題。

圖2 環(huán)梁地面支撐裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of ring beam ground support device

2.3 調(diào)整墊板一次加工成型

調(diào)整墊板一次加工成型技術(shù)，使用當(dāng)前的測量技術(shù)，地面組裝完成后使用激光測距儀測量軌道與環(huán)梁下蓋板的實(shí)際高度(H1)，牛腿安裝完成后測量牛腿上蓋板的實(shí)際高度(H2)，兩坐標(biāo)數(shù)據(jù)擬合計(jì)算：環(huán)吊軌道理論標(biāo)高-H1-H2=調(diào)整墊板實(shí)際厚度(厚度示意見圖3)，通過均衡與假設(shè)計(jì)算得出調(diào)整墊板的理論數(shù)據(jù)對調(diào)整墊板進(jìn)行精加工，完成后匹配孔位直接置于牛腿上蓋板。這一技術(shù)解決了環(huán)梁就位后再使用頂絲重復(fù)調(diào)整軌道標(biāo)高的問題，常規(guī)環(huán)梁安裝過程中，調(diào)整墊板精加工過程屬于關(guān)鍵路徑，調(diào)整墊板的厚度的測量及安裝，需將環(huán)梁兩次在核島上部進(jìn)行頂升，并重復(fù)兩次從側(cè)向插入調(diào)整墊板，并使用調(diào)整頂絲、千斤頂?shù)仍O(shè)備將環(huán)梁整體向上方抬起，調(diào)整所需的頂絲、千斤頂?shù)裙ぞ邤?shù)量較多，且調(diào)整墊板安裝時(shí)需塔吊配合，但因塔吊吊裝精度低，插入要求精度較高。其次，調(diào)整墊板二次加工工藝時(shí)間過長(四個角點(diǎn)厚度不同)、數(shù)量多(CPR1000堆型為36塊，EPR堆型為45塊，“華龍一號”堆型為45塊)，二次加工周期長(約為15天)，此期間現(xiàn)場安裝工作處于等待狀態(tài)。整個施工過程，安裝難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)較高，重復(fù)的頂升及調(diào)整墊板安裝，也耗費(fèi)了大量的施工資源。減少了重復(fù)的頂升及調(diào)整墊板安裝的資源投入，縮短了施工工期，降低了施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 調(diào)整墊板厚度示意圖Fig.3 Schematic Diagram for Adjusting the Thickness of Base Plate

3 整體吊裝技術(shù)

3.1 整體吊裝精準(zhǔn)就位

環(huán)梁下蓋板與牛腿連接處每個牛腿5個螺栓，共45個牛腿，合計(jì)225個螺栓孔，環(huán)梁的螺栓孔群和牛腿的螺栓孔群重合存在一定難度。地面數(shù)據(jù)采集階段，詳細(xì)記錄環(huán)境溫度、大氣壓和設(shè)備表面溫度，分三次測量螺栓孔數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)偏差與理論位置偏差進(jìn)行對比分析，判斷差值是否在可以安裝的范圍內(nèi)。在牛腿上放樣時(shí)，按照墊板四角位置放出各高程測量點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)為墊板一次加工成型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

牛腿交安后，測量牛腿的實(shí)際位置，將地面采集的螺栓孔中心坐標(biāo)與牛腿實(shí)際位置，通過模擬放樣，進(jìn)行精確匹配。可以精確標(biāo)識螺栓與在牛腿上的位置，提前解決孔位，孔距和與牛腿干涉的問題。

整體吊裝前應(yīng)在反應(yīng)堆廠房預(yù)留出精確測量基準(zhǔn)標(biāo)記，基準(zhǔn)標(biāo)記所在點(diǎn)應(yīng)大于環(huán)梁所在圓的直徑，便于觀察環(huán)梁上的安裝基準(zhǔn)和核島內(nèi)的安裝基準(zhǔn)一致。

利用牛腿中間蓋板上預(yù)留的孔，按照孔距和孔徑制作限位裝置，在整體吊裝時(shí)，環(huán)梁先靠近安裝位置，按照限位裝置導(dǎo)向，獲得一個粗略的安裝定位。制作限位板(見圖4)，安裝在2#、13#、24#和25#牛腿上，限位板可用于安裝倒鏈，牽引環(huán)梁不斷趨近就位位置。制作4個定位銷(見圖5)，預(yù)先放在核島內(nèi)的1#、12#、23#、34#牛腿靠近堆芯側(cè)中間以上的4個牛腿螺栓孔上，環(huán)梁下蓋板長圓孔孔徑為50 mm,調(diào)整墊板圓孔孔徑為52 mm,牛腿上蓋板開孔孔徑為55 mm，故定位銷軸可以使用φ48.3 mm腳手架管，使得環(huán)梁獲得精準(zhǔn)定位。待環(huán)梁整體吊入島內(nèi)時(shí)，確保定位銷與對應(yīng)環(huán)梁上的牛腿長圓孔穿入，以保證環(huán)梁的螺栓孔群和牛腿的螺栓孔群重合。

圖4 限位板安裝示意圖Fig.4 Installation diagram of limit plate

圖5 限位支架和銷軸安裝示意圖Fig.5 Installation diagram of limit bracket and pin shaft

3.2 吊裝安全和質(zhì)量保證措施

為順利實(shí)現(xiàn)環(huán)梁及環(huán)軌的整體吊裝，施工前需深入分析并識別安全和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，并針對性地制定保障措施，對吊機(jī)和吊具能力進(jìn)行了分析和論證，對塑形變形分析和控制，工作完成后，進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。

(1)吊機(jī)的起吊能力

環(huán)梁及環(huán)軌組裝后，整體重量為135 t,吊具的重量為10.7 t。根據(jù)漳州現(xiàn)場場坪規(guī)劃和吊裝單位給出的吊裝實(shí)施方案。使用1600 t履帶式起重機(jī)，作業(yè)半徑R=82 m，超起配重540 t，額定起重量為187 t，負(fù)載率為85.6%，吊車工況滿足吊裝要求。

(2)吊具的起吊能力

吊具為大連華銳重工提供(見圖6)，根據(jù)制造廠給出的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，單根鋼絲繩受力254.6 kN，φ48的鋼絲繩單股最小破斷拉力為1530 kN，安全系數(shù)約為6倍，滿足吊裝要求。

圖6 整體吊裝索具連接示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Integral Lifting Rigging Connection

(3)吊裝穩(wěn)定性

根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果環(huán)承梁前三階失穩(wěn)系數(shù)如表1，1階失穩(wěn)系數(shù)為59.6，為整體失穩(wěn)，1階失穩(wěn)位移云圖見圖7。

表1 前三階失穩(wěn)系數(shù)表

圖7 環(huán)承梁1階失穩(wěn)位移云圖Fig.7 Cloud Chart of 1st Instability Displacement of Ring Bearing Beam

3.3 塑性變形控制

保證環(huán)梁吊裝后不產(chǎn)生塑性變形，是整體就位的關(guān)鍵。環(huán)梁由9個單體組成，每40 度一段。將環(huán)梁單體及環(huán)軌現(xiàn)場組裝成一體，組裝時(shí)將環(huán)梁連接部位螺栓組中的兩對角螺栓換成定位銷(圖8)，以防止吊裝時(shí)環(huán)梁間徑向竄動。

圖8 定位銷安裝示意圖Fig.8 Installation Diagram of Locating Pin

3.4 整體吊裝后的檢驗(yàn)

為保證精確就位和安裝測量，需要在牛腿上蓋板500 mm位置搭設(shè)安裝平臺，設(shè)置護(hù)欄及密目網(wǎng)。在距離牛腿下方1000 mm位置設(shè)置平臺和防護(hù)措施。利用筒體上預(yù)埋的錨釘繞筒體一周拉設(shè)生命線為安全帶提供可靠的系掛點(diǎn)。兩個相鄰牛腿之間滿鋪跳板(距離筒體500 mm寬度)。

4 實(shí)施成效

4.1 社會效益

國內(nèi)核電廠環(huán)吊各部件安裝大多采用地面組裝后經(jīng)數(shù)據(jù)測量再拆分，然后分段吊裝至目標(biāo)位置再分段安裝的工藝。這套施工技術(shù)雖然十分成熟，但存在高空作業(yè)多、施工難度高等弊端。漳州核電1號機(jī)組環(huán)吊整體吊裝技術(shù)汲取國內(nèi)外其他核電環(huán)吊各部件安裝經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用新的安裝工藝，簡化分段吊裝繁瑣的拆分及組裝過程，極大提高了施工效率，進(jìn)一步提高“華龍一號”批量化建設(shè)進(jìn)程。漳州核電1號機(jī)組環(huán)吊整體吊裝的成功經(jīng)驗(yàn)，也為后續(xù)工法的申報(bào)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

環(huán)梁吊裝由分段吊裝9次減少為1次，橋架吊裝由分段吊裝4次減少為1次，減少了場外吊車的使用次數(shù)，節(jié)約了安裝成本。

環(huán)梁采用整體吊裝技術(shù)可減少相應(yīng)步驟工期，安裝工期可縮短8天(環(huán)梁拆分1天、吊裝2天、組裝5天)，調(diào)整墊板加工一次成型，將關(guān)鍵路徑工期前置(15天)。減少了高空安裝作業(yè)量，不僅縮短了整個環(huán)吊的施工工期，提高了施工效率，更有效地降低了高空施工所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，為穹頂?shù)跹b這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)爭取了寶貴時(shí)間，奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

以往國內(nèi)核電廠建設(shè)環(huán)吊吊裝均采用分段吊裝工藝，整體吊裝工藝首次應(yīng)用在漳州核電1號機(jī)組并加以優(yōu)化，整體吊裝在工期優(yōu)化，提高施工安全性,有效縮短施工工期方面取得了顯著成效。

整體吊裝工藝標(biāo)志著國內(nèi)工業(yè)安裝技術(shù)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，安裝與設(shè)計(jì)、制造融合進(jìn)入了一個新的階段，設(shè)備安裝已趨向于模塊化。將環(huán)梁直接在地面上整體拼裝完畢，使用場外吊車整體就位于反應(yīng)堆廠房牛腿上，改變以往多次吊裝、大量高空作業(yè)的施工模式，實(shí)現(xiàn)一次性拼裝，一次吊裝就位。環(huán)梁吊裝由分段吊裝9次減少為1次，節(jié)約了安裝成本。環(huán)梁采用整體吊裝技術(shù)可減少相應(yīng)步驟工期，安裝工期可縮短8天(環(huán)梁拆分1天、吊裝2天、組裝5天)，調(diào)整墊板加工一次成型，將關(guān)鍵路徑工期前置(15天)。減少了高空安裝作業(yè)量，不僅縮短了整個環(huán)吊的施工工期，提高了施工效率，更有效地降低了高空施工所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，為穹頂?shù)跹b這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)爭取了寶貴時(shí)間，奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，值得在國內(nèi)核電推廣和應(yīng)用。