“華龍一號(hào)”堆型鋼襯里模塊4至模塊6施工優(yōu)化研究

蔡霞

【摘 要】“華龍一號(hào)”是國(guó)家自主第三代核電堆型，核島反應(yīng)堆廠房采用雙層安全殼結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層鋼襯里結(jié)構(gòu)是核島第一道防護(hù)的核心，由于雙殼結(jié)構(gòu)最大高度差的要求，導(dǎo)致安全殼鋼襯里內(nèi)、外殼施工邏輯復(fù)雜且施工工期深度交叉，采用傳統(tǒng)散拼模式對(duì)質(zhì)量整體性及工期造成較大影響。文章研究“華龍一號(hào)”堆型鋼襯里模塊4至模塊6施工優(yōu)化，通過(guò)鋼襯里模塊壁板吊裝、拼裝、組對(duì)、焊接，以及加腋區(qū)水平段焊接、支撐加固、拼裝邏輯、閘門(mén)套筒安裝優(yōu)化，并設(shè)計(jì)環(huán)狀空間桁架作為整體吊具，實(shí)現(xiàn)了鋼襯里整體模塊化施工，為外殼與周邊廠房施工提供了充足工作面及時(shí)間。與此同時(shí)，采用增加屏蔽罩解決現(xiàn)場(chǎng)拼裝射線檢測(cè)對(duì)周邊的影響，整體“華龍一號(hào)”鋼襯里施工關(guān)鍵路徑從22.9個(gè)月工期優(yōu)化至19.5個(gè)月，取得了較大的突破。

【關(guān)鍵詞】“華龍一號(hào)”;鋼襯里模塊;內(nèi)殼;施工邏輯優(yōu)化

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2022）03-0128-03

0 前言

“華龍一號(hào)”作為我國(guó)自主研發(fā)的第三代核電站，是我國(guó)后續(xù)核電發(fā)展的重點(diǎn)選擇之一。核電站的建設(shè)周期與核電廠的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，是核電站的核心競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)之一。漳州“華龍一號(hào)”內(nèi)控建造工期為56個(gè)月，而其中鋼襯里及內(nèi)殼工期僅為19.5個(gè)月，保證其建造工期可有效提高“華龍一號(hào)”的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)對(duì)“華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房鋼襯里及內(nèi)殼的施工邏輯及工期的優(yōu)化，為后續(xù)堆型建設(shè)總工期的優(yōu)化提供了理論支持。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況

“華龍一號(hào)”核電站鋼襯里及內(nèi)殼是反應(yīng)堆廠房的重要組成部分，主要由底板、加腋區(qū)、筒體和穹頂四大部分組成[1]，同時(shí)有人員、應(yīng)急、設(shè)備閘門(mén)三大閘門(mén)套筒包含其中。鋼襯里筒體整體為薄壁大直徑（φ46 812 mm）圓筒結(jié)構(gòu)，加腋區(qū)、筒體1～10段結(jié)構(gòu)形式基本一致，主要由6 mm厚特制Q265HR鋼板與外側(cè)規(guī)格為Q235B∠125 mm×80 mm×10 mm、∠75 mm×50 mm×8 mm的背肋角鋼及φ8 mm×80 mm的錨固釘組成，筒體上不均勻分布有貫穿性錨固件、非貫穿性錨固件、貫穿件套筒，筒體10段上分布有45個(gè)環(huán)吊牛腿和16件連體貫穿件套筒（包括兩件連體、四件連體兩種類(lèi)型），模塊整體屬于重心偏心的結(jié)構(gòu)。

1.2 工程特點(diǎn)

“華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房采用雙殼結(jié)構(gòu)，兩層殼體間隔小，由于必須滿足技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)筒體與混凝土筒體的最大高度差的要求，導(dǎo)致安全殼鋼襯里內(nèi)、外殼施工邏輯復(fù)雜且施工工期深度交叉。鋼襯里屬于核安全2級(jí)設(shè)備，質(zhì)保等級(jí)為QA1級(jí)，抗震類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)，連接以焊接方式為主，薄壁板焊接過(guò)程中極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)鼓包、波浪變形等質(zhì)量缺陷，對(duì)上下兩個(gè)對(duì)接模塊圓度、周長(zhǎng)精確等指標(biāo)控制要求高。整個(gè)鋼襯里對(duì)密封性有嚴(yán)格的要求，特別是焊縫質(zhì)量要經(jīng)過(guò)目視檢測(cè)（VT）、滲透檢測(cè)（PT）、真空盒檢漏（LT）、射線檢測(cè)（RT）的檢驗(yàn)。安全殼鋼襯里施工作業(yè)高度高達(dá)45 m（筒體10段頂標(biāo)高為45.13 m），增大了其施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 “華龍一號(hào)”鋼襯里施工工期優(yōu)化分析

鋼襯里是“華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房安全殼施工關(guān)鍵路徑上的工期占總工期的比重較大，提前進(jìn)行鋼襯里結(jié)構(gòu)施工對(duì)優(yōu)化安全殼建造工期至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的核電項(xiàng)目采用了鋼襯里模塊化施工，并有效地優(yōu)化了工期。在漳州“華龍一號(hào)”堆型安全殼工期緊張的情況下，為優(yōu)化反應(yīng)堆廠房安全殼的建造工期，對(duì)安全殼鋼襯里模塊化施工再次優(yōu)化勢(shì)在必行。

2.1 “華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里傳統(tǒng)施工安排

結(jié)合前期“華龍一號(hào)”建造經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)《壓水堆核電廠反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里施工技術(shù)規(guī)格書(shū)》要求，筒體與混凝土筒體的最大高度不應(yīng)超過(guò)19 m?！叭A龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房按照土建主工期為24.5個(gè)月[2]（2019年10月16日至2021年10月21日）。傳統(tǒng)施工邏輯及安排如圖1所示。

在此施工邏輯及安排下，鋼襯里模塊4需在內(nèi)殼8層混凝土澆筑完成后安裝，鋼襯里模塊5需在內(nèi)殼后澆區(qū)9～12層混凝土澆筑后（絕對(duì)工期65 d）安裝，模塊6（筒體10段）需在內(nèi)殼14層混凝土澆筑完成后安裝，鋼襯里模塊整體安裝啟動(dòng)時(shí)間較晚，同時(shí)有閘門(mén)套筒后澆區(qū)的影響，實(shí)現(xiàn)FCD+14.5完成鋼襯里模塊6安裝目標(biāo)計(jì)劃抗風(fēng)險(xiǎn)能力極低。

2.2 “華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里施工邏輯優(yōu)化分析

鋼襯里吊裝過(guò)程采用環(huán)狀空間桁架充當(dāng)?shù)蹙遊3]，吊鉤牽引8根鋼絲繩吊住吊具后，再由48個(gè)連接部件將吊具與模塊進(jìn)行連接，通過(guò)吊具提升模塊進(jìn)行吊裝。模塊吊至安裝指定位置后，對(duì)新裝模塊與下部已裝模塊進(jìn)行臨時(shí)固定，位置及變形全部調(diào)整后進(jìn)行施焊，完成模塊吊裝工作。后續(xù)會(huì)在模塊外側(cè)澆筑600 mm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層作為受力結(jié)構(gòu)，鋼襯里部分不作為結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件。因此，鋼襯里僅需要保證吊裝過(guò)程中自重引起的變形及強(qiáng)度要求。

為保證鋼襯里模塊施工絕對(duì)工期且滿足整體目標(biāo)，對(duì)模塊吊裝邊界條件進(jìn)行假設(shè)模擬，并通過(guò)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)使用模型對(duì)邊界條件進(jìn)行計(jì)算論證。鋼襯里模塊施工邏輯優(yōu)化如圖2所示。

對(duì)比傳統(tǒng)施工安排，優(yōu)化后的施工邏輯可做以下調(diào)整：鋼襯里模塊4提前內(nèi)殼1層混凝土澆筑時(shí)間安裝（內(nèi)殼7層具備安裝條件），鋼襯里模塊5提前內(nèi)殼1層混凝土澆筑及設(shè)備閘門(mén)套筒后澆區(qū)澆筑前安裝，鋼襯里模塊6（筒體10段）提前內(nèi)殼混凝土2層及設(shè)備閘門(mén)套筒3層后澆區(qū)安裝。

2.3 “華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里施工邏輯優(yōu)化工期前后對(duì)比

鋼襯里模塊4優(yōu)化安裝啟動(dòng)時(shí)間提前15 d，鋼襯里模塊5優(yōu)化安裝啟動(dòng)時(shí)間提前60 d，鋼襯里模塊6優(yōu)化安裝啟動(dòng)時(shí)間提前30 d，設(shè)備閘門(mén)套筒后澆區(qū)優(yōu)化安裝啟動(dòng)時(shí)間提前30 d，為外殼及周邊廠房施工釋放更多的施工空間。

3 “華龍一號(hào)”鋼襯里施工優(yōu)化保證措施

3.1 現(xiàn)場(chǎng)拼裝射線檢測(cè)對(duì)周邊影響的解決措施

鋼襯里模塊現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊縫較多，均需進(jìn)行不同比例的RT檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中對(duì)周邊廠房施工將造成停工影響。拼裝場(chǎng)地對(duì)模塊拼裝焊縫進(jìn)行RT檢測(cè)過(guò)程中在周邊廠房方向增加屏蔽罩，減少對(duì)周邊區(qū)域輻射危害的影響。使用屏蔽罩對(duì)劑量進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，相同條件下，未使用屏蔽罩劑量檢測(cè)為4.5 mSv/h，使用后劑量檢測(cè)約225 μSv/h，屏蔽罩的使用可使輻射劑量有效減少。后續(xù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況使用屏蔽罩，保證周邊廠房輻射劑量在可控的范圍內(nèi)。

3.2 鋼襯里模塊施工精度的保障措施

鋼襯里模塊具有結(jié)構(gòu)尺寸大、壁板薄、整體剛度小等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝、安裝精度控制難度大，特別是加腋區(qū)部位存在厚薄板的全熔透焊縫及變截面的情況。

3.2.1 鋼襯里模塊壁板拼裝

預(yù)制壁板（含該壁板內(nèi)側(cè)走道板）的吊裝采用汽車(chē)吊，為了保證吊裝壁板水平，使用4根鋼絲繩（或加設(shè)倒鏈）吊裝，2根主吊繩用卸扣連接在壁板上部的環(huán)向大角鋼上，另外2根副吊繩用2個(gè)倒鏈通過(guò)卸扣分別連接在壁板下緣的2個(gè)螺栓上，吊裝時(shí)以加長(zhǎng)板右側(cè)或左側(cè)壁板為起吊點(diǎn)，以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛞来芜M(jìn)行吊裝，最后吊裝加長(zhǎng)板，每塊板吊裝就位后采用扶壁柱進(jìn)行固定，固定方式一般采用掛接方式，必要時(shí)也可采用焊接方式。若采用焊接方式，應(yīng)按照焊接工藝要求進(jìn)行焊接，臨時(shí)支撐在模塊拼裝完成后移除，采用機(jī)械打磨方式移除，移除后對(duì)焊接部位進(jìn)行外觀檢查。

壁板組對(duì)設(shè)置不少于1條伸縮縫（加長(zhǎng)板余量一側(cè)立縫），以伸縮縫對(duì)面的一張壁板為起點(diǎn)，利用扶壁柱上的調(diào)節(jié)裝置先調(diào)整該壁板的豎直度和位置符合要求后，再調(diào)整點(diǎn)焊與相鄰壁板的立縫，向左右兩側(cè)沿扇形展開(kāi)依次進(jìn)行組對(duì)，加長(zhǎng)板余量一側(cè)立縫不組對(duì)。

焊接時(shí)應(yīng)先完成非伸縮縫立縫焊接，在焊完非伸縮縫立縫后檢查圓度及其直徑，符合要求后將最后壁板的余量切去，組對(duì)伸縮縫，焊接完伸縮縫后，對(duì)壁板的整體幾何尺寸及其他項(xiàng)目如圓度、上口標(biāo)高等進(jìn)行復(fù)查，合格后拆除壁板外側(cè)立縫焊接平臺(tái)，拼裝第二層壁板。

壁板組對(duì)設(shè)置不少于1條伸縮縫（加長(zhǎng)板余量一側(cè)立縫），壁板組對(duì)以伸縮縫對(duì)面的一張壁板為起點(diǎn)，向左右兩側(cè)沿扇形展開(kāi)依次進(jìn)場(chǎng)組對(duì)。組對(duì)時(shí)，先調(diào)整其中一塊板的豎直度和位置，并點(diǎn)焊其環(huán)縫，以此板為基準(zhǔn)組對(duì)兩側(cè)壁板立縫，組對(duì)時(shí)應(yīng)同時(shí)調(diào)整單塊板上口的豎直度和下口的環(huán)縫，兩者都符合要求后（環(huán)縫不得點(diǎn)焊）再調(diào)整點(diǎn)焊與相鄰壁板的立縫，加長(zhǎng)板余量一側(cè)立縫不組對(duì)。

3.2.2 鋼襯里模塊加腋區(qū)水平段焊接優(yōu)化措施

鋼襯里模塊加腋區(qū)水平段結(jié)構(gòu)為6 mm的筒體板與22 mm加工成的漸變邊組對(duì)結(jié)構(gòu)且為全熔透焊縫，在水平段與豎直段焊縫焊接后會(huì)形成角變形，同樣在水平段與筒體1段焊縫焊接后也會(huì)形成角變形。在兩個(gè)角變形的共同作用下，C03薄板易產(chǎn)生鼓包變形，難以滿足技術(shù)規(guī)格書(shū)（1516JT0308）中平整度±3 mm的要求。

加腋區(qū)水平段預(yù)制完成出廠前，于每塊水平段構(gòu)件（共13塊）增設(shè)防變形工裝，設(shè)置原則如下：加設(shè)工裝與構(gòu)件進(jìn)行焊接，焊接位置位于工裝板與加厚板連接處;焊接采用雙面角焊縫，每處焊縫長(zhǎng)度為40～60 mm;工裝加設(shè)間距約1.5 m，并應(yīng)避開(kāi)插板焊縫、豎直段立縫、筒體1段立縫處。采取優(yōu)化措施后，可有效解決組裝、焊接變形問(wèn)題。

3.2.3 鋼襯里模塊加腋區(qū)水平段支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

為了保證鋼襯里模塊安裝的連續(xù)性[4]，通過(guò)在加腋區(qū)水平段處設(shè)置豎向支撐，承載模塊2的重量，支撐沿著模塊周長(zhǎng)均勻設(shè)置48根，平面位置與模塊吊耳位置相同，豎向支撐與加腋區(qū)上部模塊的豎向角鋼對(duì)齊。豎向支撐采用圓鋼管，長(zhǎng)度為1 910 mm，下部帶有錨固釘（或鋼筋）及端板，圓鋼管上端焊接至加腋區(qū)加厚板處（焊接完成后應(yīng)確保支撐鋼管垂直），跟鋼襯里模塊一起進(jìn)行吊裝。鋼襯里筒體屬于薄壁構(gòu)件，鋼襯里筒體壁板構(gòu)件自身拼裝精度較高，構(gòu)件易變形，焊接質(zhì)量要求高，筒體整體尺寸不易控制。鋼襯里模塊上分布有貫穿件套筒、錨固件等構(gòu)件，其中定位、焊前及焊后測(cè)量精度要求高，施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注鋼襯里本體拼裝精度、整體尺寸及貫穿件套筒、錨固件的安裝精度。

3.3 鋼襯里模塊環(huán)向焊縫局部幾何尺寸超限問(wèn)題的保障措施

鋼襯里模塊之間的組裝環(huán)向焊縫焊，焊接時(shí)局部焊縫容易應(yīng)力集中導(dǎo)致焊后變形，出現(xiàn)局部豎向凹凸度不符合技術(shù)規(guī)格書(shū)[5]的要求。后續(xù)對(duì)變形超差區(qū)域采用靜壓力法進(jìn)行調(diào)整，在局部凹凸變形區(qū)域背部角鋼設(shè)置門(mén)形架，用千斤頂進(jìn)行靜壓調(diào)整，必要時(shí)在變形區(qū)域背部角鋼上增加環(huán)形防變形角鋼。

3.4 鋼襯里模塊拼裝邏輯優(yōu)化保證措施

傳統(tǒng)鋼襯里模塊1[6]由加腋區(qū)豎直段、加腋區(qū)水平段、筒體1段組成（吊裝時(shí)機(jī)：FCD+3.5），吊裝前需完成鋼襯里底板外環(huán)板的現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接，考慮筏基養(yǎng)護(hù)、鋼襯里底板支撐系統(tǒng)安裝及二次抹灰養(yǎng)護(hù)時(shí)間，底板外環(huán)板啟動(dòng)安裝時(shí)機(jī)為FCD+2。鋼襯里底板外環(huán)板由30 mm加工成的漸變板組對(duì)結(jié)構(gòu)且為全熔透焊縫，組裝焊縫為100%RT（除插銷(xiāo)板）。將底板外環(huán)（含加厚板）增加到鋼襯里模塊1上，不僅可提前在模塊拼裝場(chǎng)地啟動(dòng)底板外環(huán)板的拼裝，而且避免了焊接人員在內(nèi)殼鋼筋狹小空間施工，有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，在拼裝場(chǎng)地完成組裝與焊接，以及采取屏蔽措施的情況下，可有效減少焊縫RT檢測(cè)對(duì)周邊廠房的影響。

3.5 優(yōu)化閘門(mén)套筒安裝及移交保證措施

安全殼內(nèi)殼澆筑到閘門(mén)套筒（人員、應(yīng)急、設(shè)備閘門(mén)）下方時(shí)進(jìn)行閘門(mén)套筒安裝，安裝時(shí)借助下方安全殼混凝土墻體設(shè)置安裝支撐。改變閘門(mén)套筒安裝支撐體系，啟動(dòng)閘門(mén)支撐安裝，提前移交土建進(jìn)行鋼筋綁扎，保證應(yīng)急閘門(mén)套筒處不留后澆區(qū)。設(shè)備閘門(mén)套筒（本體內(nèi)徑為8 m）安裝焊接量大，同時(shí)有C32 HRB400鋼筋149根。安裝時(shí)，優(yōu)先考慮設(shè)備閘門(mén)下半部分驗(yàn)收移交，保證土建后澆區(qū)提前介入鋼筋綁扎。整體可確保閘門(mén)套筒區(qū)域施工窗口前移，提高主體結(jié)構(gòu)施工工期的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

4 結(jié)論

“華龍一號(hào)”堆型反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里施工邏輯優(yōu)化是在漳州“華龍一號(hào)”1號(hào)機(jī)組施工進(jìn)度管理、技術(shù)管理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前漳州現(xiàn)場(chǎng)整體施工安排及管理要求進(jìn)行工期優(yōu)化分析。現(xiàn)階段，優(yōu)化成果已證明可將安全殼主體結(jié)構(gòu)施工工期進(jìn)行有效調(diào)整及實(shí)施，并保證各子項(xiàng)工程施工介入窗口時(shí)間前移，提高整體進(jìn)度計(jì)劃的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。隨著后續(xù)技術(shù)創(chuàng)新的不斷優(yōu)化升級(jí)，需要持續(xù)改進(jìn)施工邏輯，優(yōu)化工期，保障“華龍一號(hào)”堆型反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里施工順利實(shí)施，保持“華龍一號(hào)”堆型的先進(jìn)性。

參 考 文 獻(xiàn)

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