華龍一號核電站內(nèi)層安全殼穹頂施工技術(shù)*

汪 虎，鄒少俊，張海方

(中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，河北 廊坊 065201)

1 工程概況

華龍一號核電站為國內(nèi)自主研發(fā)的第3代核電技術(shù)新堆型，機(jī)組為單堆布置，安全殼采用雙層鐘罩形結(jié)構(gòu)，由反應(yīng)堆底板、內(nèi)外筒體、內(nèi)外穹頂組成。內(nèi)層安全殼穹頂位于筒體頂部，呈半球形(見圖1)，標(biāo)高為45.130～70.480m。內(nèi)部為半徑23.4m的鋼襯內(nèi)支撐，混凝土厚度為1 050mm，在100°，280°位置處設(shè)有錨固水平預(yù)應(yīng)力鋼束扶壁柱，整個穹頂采用C60混凝土澆筑。

圖1 安全殼穹頂示意

2 施工難點

華龍一號核電站內(nèi)層安全殼穹頂施工難點如下。

1)穹頂施工是整個華龍一號核電站建設(shè)的關(guān)鍵，是開展后續(xù)施工的先決條件，施工工序銜接緊湊，施工難度大。

2)穹頂區(qū)域鋼筋種類多、形狀繁雜，重約850t，且涉及交叉作業(yè)(預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管及承壓板安裝)，施工難度大。

3)穹頂為半球形結(jié)構(gòu)，原模板體系已無法滿足施工需求，模板體系及配套掛架系統(tǒng)均需重新設(shè)計，半球形模板支設(shè)難度大。

4)為保證結(jié)構(gòu)具有防輻射性，需對穹頂混凝土裂縫進(jìn)行控制，由于穹頂為半球形結(jié)構(gòu)，混凝土裂縫控制難度大。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 施工段優(yōu)化

穹頂施工效率直接影響華龍一號核電站冷試和熱試。為避免穹頂施工對后續(xù)工作造成影響，在保證施工質(zhì)量的前提下，對穹頂施工段進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時主要考慮以下方面：①由于穹頂結(jié)構(gòu)內(nèi)置預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管和配套錨固系統(tǒng)，施工縫需盡量避開特殊構(gòu)件位置；②穹頂下部為6mm厚永久性鋼襯內(nèi)支撐，為保證混凝土側(cè)壓力不對內(nèi)支撐造成影響，需控制混凝土分層高度；③考慮現(xiàn)場施工進(jìn)度，需提高模板周轉(zhuǎn)使用率。

綜上所述，將穹頂施工段劃分為10段，如圖2所示。

圖2 安全殼穹頂施工段劃分示意

3.2 鋼筋施工

穹頂區(qū)域鋼筋主要由內(nèi)層鋼筋、外層鋼筋和拉鉤組成。以標(biāo)高62.510m為分界線，將穹頂區(qū)域鋼筋分為上、下部分，標(biāo)高62.510m以下部分鋼筋施工類似于墻體鋼筋綁扎，標(biāo)高62.510m以上部分鋼筋施工類似于樓板鋼筋綁扎。

3.2.1BIM技術(shù)應(yīng)用

利用BIM技術(shù)對穹頂區(qū)域鋼筋進(jìn)行三維放樣排版，提前發(fā)現(xiàn)技術(shù)難點，檢查鋼筋是否存在沖突點，做好技術(shù)策劃，達(dá)到提高工作效率、降低施工風(fēng)險的目的。放樣發(fā)現(xiàn)穹頂外層鋼筋網(wǎng)片與水平預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管之間的理論縫隙寬度<10mm，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制外層鋼筋網(wǎng)片的位置，避免水平預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管出現(xiàn)無法就位的情況。由于水平預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管直徑約為165mm，而上、下道水平鋼筋凈距為190mm，可能出現(xiàn)鋼筋拉鉤位置被水平預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管遮擋導(dǎo)致鋼筋無法綁扎的情況。為保證拉鉤順利就位，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整水平預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管附近的水平鋼筋，以鋼筋避讓水平預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管為原則。

3.2.2施工工序優(yōu)化

穹頂區(qū)域鋼筋總體綁扎順序為：首先綁扎內(nèi)層鋼筋網(wǎng)片，然后綁扎外層鋼筋網(wǎng)片，最后綁扎拉鉤，期間穿插完成預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)區(qū)域鋼筋綁扎。為提高效率，結(jié)合穹頂區(qū)域鋼筋形式及安全因素，在施工段1施工過程中，將施工段2內(nèi)層鋼筋綁扎完成，可保證施工段1混凝土澆筑完成后立即進(jìn)行預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管安裝工作，為預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管的提前介入創(chuàng)造條件，直至完成施工段5。在施工段6施工過程中，由于穹頂坡度已較緩，綁扎穹頂內(nèi)層全部鋼筋，便于后續(xù)施工。

3.3 模板施工

穹頂混凝土面坡度由下至上逐漸變緩，環(huán)向長度逐漸減小，施工工況發(fā)生變化，模板體系需隨之改變，模板配置需綜合考慮施工段和角度。為保證混凝土振搗質(zhì)量，混凝土表觀質(zhì)量需符合GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》有關(guān)要求。根據(jù)半球形穹頂結(jié)構(gòu)特點，將穹頂模板工程施工分為以下階段：①第1階段為施工段1～5，由于該階段對應(yīng)的穹頂坡度較大，因此采用直墻模板體系；②第2階段為施工段6～9，由于該階段穹頂坡度逐漸變緩，混凝土中的氣泡會貼在模板表面無法排出，因此采用“西瓜皮”式模板體系；③第3階段為施工段10，由于該階段對應(yīng)的穹頂類似于樓板，因此未支設(shè)外側(cè)模板。

3.3.1第1階段模板支設(shè)

第1階段穹頂直墻模板體系分為A，B型(見圖3)，其中A型模板周轉(zhuǎn)使用5次，樣式固定；B型模板周轉(zhuǎn)使用5次，樣式不同。在模板支設(shè)過程中，A，B型模板交替布置，利用B型模板尺寸的逐漸變化使穹頂模板體系達(dá)到設(shè)計效果。

圖3 穹頂?shù)?階段模板示意

3.3.2第2階段模板支設(shè)

第2階段穹頂“西瓜皮”式模板體系分為M1，M2型(見圖4)，其中M1型模板為支設(shè)在2個M2型模板中間的填充模板，隨著混凝土澆筑高度的增加向上延伸排列，直至混凝土澆筑完畢；M2型模板一次性支設(shè)到位，跨越整個施工段。

圖4 穹頂?shù)?階段模板示意

在施工段9混凝土澆筑過程中，隨著混凝土流動性的喪失，待混凝土初凝后拆除模板，并對混凝土表面進(jìn)行壓光處理，以保證混凝土外觀質(zhì)量。在模板拆除過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制拆除時間，可通過模擬試驗的方式確定最佳拆模時間，從而保證施工質(zhì)量。

3.3.3第3階段模板支設(shè)

此階段穹頂混凝土上表面無須支設(shè)模板，由于穹頂為半球形結(jié)構(gòu)，需控制混凝土澆筑高度。首先通過全站儀在穹頂已綁扎成型的鋼筋上以穹頂中心坐標(biāo)點為圓心投測幾個圓圈，然后使用水準(zhǔn)儀抄測圓圈上對應(yīng)的理論標(biāo)高，最后利用木條沿穹頂半徑方向?qū)?biāo)高點連成弧線，形成穹頂結(jié)構(gòu)外邊線。

4 操作平臺設(shè)計與施工

由于穹頂為半球形結(jié)構(gòu)，每個施工段傾斜角度不同，為保證作業(yè)安全性和可操作性，需對與模板體系配套的操作平臺進(jìn)行設(shè)計，包括與模板相連的上層操作平臺和掛架操作平臺。與模板相連的上層操作平臺主要滿足鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力導(dǎo)管安裝、混凝土澆筑等施工需求，掛架操作平臺主要滿足模板支設(shè)及混凝土外觀處理等施工需求。

4.1 與模板相連的上層操作平臺

經(jīng)研究統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，如果采用普通掛架操作平臺，隨著穹頂高度的增加，與模板相連的上層操作平臺傾斜角度越來越大。施工至施工段4時，操作平臺內(nèi)、外側(cè)高差達(dá)491mm，已影響人員通行。因此，從施工段4開始需對與模板相連的上層操作平臺進(jìn)行修改，減小操作平臺內(nèi)、外側(cè)高差。考慮到每個施工段高差不同，需設(shè)計可調(diào)節(jié)角度的操作平臺，以滿足現(xiàn)場施工需求。

對現(xiàn)場剩余的三腳架進(jìn)行改裝，將三腳架剛性連接點改為螺栓連接點(見圖5)，便于對三腳架角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證操作平臺滿足施工需求。為保證與模板相連的上層操作平臺在改裝后承載力滿足要求，首先改裝1塊模板，進(jìn)行模擬試驗后批量改裝，降低安全和成本風(fēng)險。

圖5 改裝后與模板相連的上層操作平臺

4.2 掛架操作平臺

由于掛架操作平臺為輔助操作平臺，直接采用與安全殼筒體配套的掛架體系(見圖6)。隨著施工段高度的增加，掛架操作平臺坡度逐漸增大，現(xiàn)場采用鋼管架支撐、鋪設(shè)跳板的方式進(jìn)行找平。

圖6 掛架操作平臺

掛架操作平臺需預(yù)埋與之配套的掛架錐體，由于隨著穹頂區(qū)域高度的增加，水平方向半徑逐漸減小，導(dǎo)致掛架錐體預(yù)埋位置存在不確定性。根據(jù)模板體系特點，對比分析2種預(yù)埋方案。第1種方案為在每個施工段模板支設(shè)完成后通過測量儀器測定錐體位置，保證錐體相對位置的準(zhǔn)確性。第2種方案為利用A型模板周轉(zhuǎn)使用的特點，將掛架與A型模板一一對應(yīng)，以保證掛架錐體定位后可周轉(zhuǎn)使用5次，無須重復(fù)定位。由于掛架之間存在縫隙，需通過跳板及時封堵，以減小安全隱患。2種預(yù)埋方案均可滿足現(xiàn)場施工需求，方案2具備更強(qiáng)的可操作性。

5 混凝土施工

穹頂混凝土澆筑階段劃分與模板工程施工階段劃分相同，穹頂混凝土施工的關(guān)鍵是排出氣泡。根據(jù)不同施工階段穹頂傾斜角度及模板體系特點，制定控制措施，以保證穹頂混凝土施工質(zhì)量。

5.1 第1階段混凝土澆筑

第1階段混凝土澆筑類似于直墻墻體混凝土澆筑。對混凝土進(jìn)行二次振搗時，受半球形結(jié)構(gòu)影響，振搗棒無法直接振搗底部靠近模板邊緣的區(qū)域，僅能利用振搗棒振搗影響范圍保證此區(qū)域混凝土的密實性。但混凝土中的氣泡在上升過程中會粘貼在圓弧形模板表面，難以排出，現(xiàn)場可采用在圓弧形模板下部開設(shè)小孔的方式，盡量排出混凝土中的氣泡。在混凝土澆筑過程中，待小孔中有砂漿流出時，通過模板堵頭進(jìn)行封堵。另外，將模板表面清理干凈，增加模板光潔度，減小氣泡上升過程中的摩擦阻力，以保證混凝土施工質(zhì)量。

5.2 第2階段混凝土澆筑

此階段采用邊澆筑混凝土邊支設(shè)模板的方式施工，可將混凝土中的氣泡盡量排出，且便于混凝土振搗，保證施工質(zhì)量。

為保證混凝土外觀質(zhì)量，根據(jù)穹頂坡度，在施工段9混凝土澆筑過程中，對模板施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)已澆筑混凝土初凝后，拆除模板，并對混凝土表面進(jìn)行壓光處理，保證混凝土表面光滑。

嚴(yán)格控制模板拆除時間，合理安排施工人員進(jìn)行流水作業(yè)，模板支設(shè)、混凝土澆筑、模板拆除、混凝土表面壓光等工序環(huán)環(huán)相扣。壓光完成后及時對混凝土進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，避免混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫。

5.3 第3階段混凝土澆筑

第3階段混凝土澆筑過程中，采用以下方式控制混凝土坍落度：①分層澆筑混凝土，下部混凝土通過布料機(jī)澆筑，上部混凝土采用塔式布料機(jī)+料斗的方式澆筑；②采用圓弧形模板對流動性較大的混凝土進(jìn)行阻擋，支設(shè)簡易木板，待混凝土初凝后將模板拆除，并對混凝土進(jìn)行二次振搗及壓光處理。

5.4 混凝土布料

穹頂頂部標(biāo)高>70.000m，因此選擇合理的混凝土布料方式是施工難點?，F(xiàn)場布置1，2號塔式布料機(jī)作為主要澆筑設(shè)備(見圖7)，由于2臺塔式布料機(jī)無法交圈，存在一定盲區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在廠房屋面板處增設(shè)1臺半徑為28m的3號布料機(jī)，輔助混凝土澆筑。為保證3號布料機(jī)能夠覆蓋足夠大的區(qū)域，其所在的廠房屋面板應(yīng)在穹頂施工段5混凝土澆筑前完成施工，確保不對穹頂混凝土澆筑造成影響。為保證穹頂混凝土澆筑連續(xù)性，避免機(jī)械設(shè)備損壞而影響澆筑質(zhì)量，所有布料設(shè)備在布置雙管線的同時，在廠房屋面板處增設(shè)1，2號備用布料機(jī)作為應(yīng)急設(shè)備。由于1，2號備用布料機(jī)所在廠房屋面標(biāo)高分別為22.000，27.000m，布料機(jī)高度太低將導(dǎo)致覆蓋面積不足，因此采用增加布料機(jī)立柱高度的方式保證布料范圍。

圖7 布料設(shè)備位置示意

5.5 混凝土水化熱控制

采用P·O42.5級核電水泥配制混凝土，水泥比表面積<350m2/kg，水泥堿含量檢測值為0.4%。粗骨料選用粒徑5～25mm及16～31.5mm級配碎石，堆積密度為1 510kg/m3。骨料中的針、片狀顆粒含量均≤8%，細(xì)骨料均采用Ⅱ區(qū)中砂。骨料級配良好，減少了水和水泥用量，降低了混凝土收縮性和泌水性。骨料堆場上方設(shè)置罩棚，使高溫季節(jié)骨料使用溫度得到控制?；炷林袚饺脒m量的Ⅰ級粉煤灰，以減少水泥用量，進(jìn)而減少水化熱的產(chǎn)生?；炷翑嚢枵景才艑Ｈ斯芾砘炷僚浜媳龋瑴?zhǔn)確計量，均勻攪拌，根據(jù)強(qiáng)度及性能嚴(yán)格控制混凝土坍落度。采用ZWL-A-Ⅱ型高效緩凝泵送劑，改善混凝土拌合物泵送性能，減小混凝土溫升，并降低水化熱釋放速度，延緩溫度峰值出現(xiàn)的時間。嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，并設(shè)置3道溫度監(jiān)測線，即分別在混凝土出機(jī)時、入泵前、入模前監(jiān)測1次溫度，嚴(yán)格將入模溫度控制在25℃以內(nèi)。在混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)面增加抗裂鋼筋，以有效提高混凝土抗裂能力，防止混凝土表面出現(xiàn)溫度裂縫，并選擇合理的時間段進(jìn)行混凝土澆筑，避開高溫時段。

5.6 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土采用保濕保溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間≥14d，具體時間可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整。對于水平施工縫區(qū)域混凝土的養(yǎng)護(hù)，在混凝土表面覆蓋2層麻袋片或無紡布，麻袋片或無紡布縱橫布置，搭接長度≥5cm。根據(jù)工期劃分穹頂混凝土養(yǎng)護(hù)階段，施工段1～5為第1階段，施工段6，7為第2階段，施工段8，9為第3階段，施工段10為第4階段。

第1階段養(yǎng)護(hù)措施主要為側(cè)面帶模養(yǎng)護(hù)，在混凝土表面覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)保溫及保濕措施。

由于第2階段工作量減小，且存在部分平行施工作業(yè)，施工工期明顯縮短，混凝土需提前拆?！，F(xiàn)場采用涂刷養(yǎng)護(hù)劑及覆蓋無紡布的方式對混凝土側(cè)面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

第3階段施工內(nèi)容為外層拉鉤綁扎和預(yù)埋件安裝等，工作量較小，施工工期為3d左右。為降低混凝土養(yǎng)護(hù)風(fēng)險，采用帶模養(yǎng)護(hù)。

第4階段穹頂混凝土養(yǎng)護(hù)方式與樓板混凝土養(yǎng)護(hù)方式相同，進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。

為更好地控制大體積混凝土降溫速率，掌握降溫趨勢，設(shè)置溫度警戒值。當(dāng)降溫速率達(dá)到警戒值時，啟動養(yǎng)護(hù)預(yù)警措施控制溫度，如加蓋塑料布和無紡布、將潮濕的養(yǎng)護(hù)材料替換為干燥的養(yǎng)護(hù)材料等。當(dāng)現(xiàn)場風(fēng)力較大時，避免混凝土側(cè)面熱量散失導(dǎo)致降溫速率過大，可在外殼模板背肋之間填充麻袋，也可利用防雨布包裹模板。

6 結(jié)語

華龍一號核電站內(nèi)層安全殼穹頂采用半球形結(jié)構(gòu)，穹頂區(qū)域鋼筋種類多、形狀復(fù)雜，模板支設(shè)難度大，混凝土裂縫控制難度大，為此對施工段進(jìn)行優(yōu)化。對鋼筋施工、模板施工、操作平臺設(shè)計與施工、混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)等進(jìn)行詳細(xì)敘述，為適應(yīng)穹頂坡度變化，不同施工段采用多種形式模板，并改變與模板相連的上層操作平臺節(jié)點連接方式。為保證結(jié)構(gòu)具有防輻射性，需對穹頂混凝土裂縫進(jìn)行控制，嚴(yán)格控制混凝土水化熱、養(yǎng)護(hù)溫度與時間等，保證混凝土澆筑質(zhì)量。