三代核電吊裝施工用大型履帶起重機適用性設計

渠東迪

中核機械工程有限公司 上海 201700

我國正在建設第三代核電，主要采用的模塊化施工方式，即將核電廠的整體結構切割成相應模塊，并在工廠完成預制，然后在現場進行整體安裝。通過這樣的方式，提高施工效率和施工安全性。但這也要求起重機械必須具有相應的起重能力，所以需要使用超大型的履帶起重機。在實際使用起重機械施工的過程中，為了保障施工質量，防止出現安全事故，不僅要合理設計施工方案，還需有效控制起重機的吊裝站位，并合理處理轉場行走的場地。另外，還需降低起重機接地比壓。通過這些措施，增強大型履帶起重機對場地的適用性，以有序進行吊裝作業(yè)施工。

1 大型履帶起重機選型

在對大型履帶起重機進行選型時，主要需要考慮到以下幾方面因素的影響：能夠滿足核電機組重大設備安全吊裝的需求；相關配套設施需求合理；具有較強的現場適用性。大型履帶式起重機的主要特點是可帶載行走，并且具有較強的道路通過性。進口履帶式起重機主要有德國TEREX CC8800-1TWIN和美國蘭普森LTL2600B，均已成功應用到三代核電施工中。國產履帶式起重機主要有三-SCC3600A和中聯(lián)ZCC3200ONP。三代核電模塊重量和起重機結構自重通過履帶作用于地面，所以要求地面具有相應的承載能力，同時還需綜合衡量吊裝區(qū)域場地處理面積和成本等因素。在進行三代核電大型模塊吊裝時，對于起重機的需求為3000t級，并且起重力矩不能小于40000t·m。在此基礎上，對以下三種結構形式的履帶式起重機的特點進行分析。其一為LR13000起重機，主要由一人進行操作，在回轉的過程中，會離開地面，可以少處理部分場地。對主車配重托盤進行改造，可以將其改為超起托盤，并增加主車配重，可以將其改為無超起配重的履帶式起重機，使其具有更強的靈活性。吊車雖然采用的是單臂結構，但可以組合成強力臂，能夠增強一定范圍內的起重性能[1]。其二為LTL2600B起重機，需要三人配合完成操作，主要采用前后履帶車形式。在進行吊裝操作時，可以采用行走T型臺形式。為了便于運輸，其吊臂系統(tǒng)為弦腹桿組合式，具有較強的起重性能。其三為CC8800-1TEIN起重機，主要由一人進行操作，采用雙臂結構，能夠增強小半徑范圍內的起重能力，但大半徑的起重性能受到雙臂結構重量的影響，會迅速衰減。對于超起部分，主要采用配重拖車的形式，可以配合主車完成回轉，但會增加場地處理面積。

2 相關場地布置

在布置相應場地時，不僅要考慮大型履帶起重機的組裝場地，還要結合吊裝施工平臺和相應連接。在核島處修建吊裝平臺，并通過道路連接不同的吊裝平臺。在進行大型履帶起重機組裝操作時，應選擇在距離吊裝場地重件運輸道路更近的位置，以免出現需要對組裝場地重新設計的情況。在實際組裝大型履帶起重機時，在滿足相應組裝要求的基礎上，應合理確定配重小車的重量，以免組裝場地承載能力不足。

3 吊裝與轉場方案設計

3.1 吊裝方案的制定

三代核電吊裝施工建設的起重幅度較大，并且具有較高的起升高度，為了完成大型設備和模塊的吊裝作業(yè)，降低帶載行走的頻率，應加強對履帶起重機回轉功能的利用。在實際制定吊裝方案時，應根據吊裝設備的參數，結合場地布置情況，科學設計吊裝方案?？梢栽谝粋€站位點完成一個機組的大型設備吊裝作業(yè)，避免頻繁移動，提高作業(yè)的經濟性，并且能夠更有效地保障施工安全。在此基礎上，在制定吊裝方案的過程中，應合理考慮以下內容：其一，大型履帶起重機除了要考慮模塊卸車位置之外，還需最大程度上縮短吊裝時的移動距離，這樣不僅能夠提高吊裝作業(yè)的安全性，也能減少相應場地的處理范圍，降低施工成本。其二，在大型履帶起重機空載的情況下，往往是后車接地比壓大，而在吊裝的過程中，起重機前車接地比壓大。因此，為了降低其空載時的接地比壓，在對大型履帶起重機后車進行配重時，應采用分級裝載的方式，能夠降低其對地面承載力的要求[2]。其三，在設備和模塊進場時，為了減少大型履帶起重機帶載行走的距離，應盡量選擇在接近起重機吊裝范圍的區(qū)域卸車。其四，為了減少前車范圍內的場地處理面積，可以在其移動范圍的地面敷設路基箱，能夠有效降低其接地比壓。其五，在對大型履帶起重機進行性能驗收試驗時，應選擇在吊裝施工平臺進行。所以在設計吊裝施工平臺的承載能力時，不僅要考慮到性能驗收試驗，還要結合吊裝作業(yè)對地面的要求，以提高場地利用率。

3.2 組裝與轉場方案的制定

在設計組裝與轉場方案時，應考慮以下幾點要素：首先，在設計轉場道路時，應結合起重機空載行走對地面的要求，以免在轉場的過程中，需要敷設路基箱，增加工作量，延長施工時間。并且在大型履帶起重機轉場的過程中，為了提高工作效率，應盡量避免采用拆車的方式。其次，需要考慮最長臂架組合工況扳起時的接地比壓，科學確定組裝場地的承載能力。再次，為了降低對轉場道路承載力的要求，在確保轉場安全的基礎上，可以拆除部分后車比重，使其接地比壓與前車保持一致[3]。最后，對于連接組裝場地和吊裝施工平臺之間的道路，應確保其能夠實現整機轉彎操作。

4 降低接地比壓

首先，應控制整機重心降低接地比壓。針對履帶起重機接地比壓進行計算，可以發(fā)現隨著回轉部分自重對回轉中心力矩的增大，其最大接地比壓也逐漸增大。因此，在對整機進行設計的過程中，為了降低起重機的最大接地比壓，確保施工現場地面承載能力符合要求，應對整機重心進行調整，讓其落在回轉中心附近，以增加接地比壓的均勻性。以CC8800-1履帶起重機為例，在對CA20進行吊裝的過程中，超起配重為1536t，在這時，整機重心位于回轉中心，最大接地比壓為0.67MPa。在不改變吊裝工況的情況下，增大主變幅拉力，減少超起配重，這時，回轉部分的中心會偏離，最大接地比壓增大。在整機重心回位時，最大接地比壓減少，從而不再對現場地面承載力具有較高的要求。其次，分級降低超起配重接地比壓。第三代核電減少用大型履帶起重機的超起配重一般在1500-3000t這個范圍內，所以為了保障起重機的通用性，在設計的過程中，制造商一般會采用全部超起配重時的接地比壓。在這種情況下，一旦起重機處于空載狀態(tài)，那么就會導致配重小車的接地比壓比較大。而在三代核電吊裝施工的過程中，起重機需要不斷行走，整體作業(yè)范圍比較廣泛，并且需要在不同機組之間進行交替作業(yè)。因此，如果根據實際現場情況，采用分級的方式，對超起配重進行設置，能夠降低配重小車的接地比壓，這樣就能減少對轉場道路耐力的要求，降低施工成本，提高整體施工經濟效益[4]。同時，三代核電吊裝施工建設時間比較長，但對大型履帶起重機的使用頻率并不是很高，所以起重機經常處于非工作狀態(tài)。在這期間，為了防止放置過程中對配重小車底盤產生損傷，應減少超起配重重量。以CC8800-1履帶起重機為例，在整機空載狀態(tài)下，采用全部超起配重和分級超起配重時，配重小車的最大接地比壓分別為0.68MPa和0.3MPa。最后，降低鋪設路基箱接地比壓。隨著履帶有效接地面積的增大，履帶起重機的接地比壓會逐漸減小，要想增加履帶有效接地面積，需要采用鋪設路基箱的方式，降低履帶起重機的接地比壓，進而不再對場地承載能力提出更高的要求。通過有限元分析計算，可以更加合理的確定路基箱的尺寸，之后再根據地基和路基箱之間的影響作用，計算得出接地比壓應力集中系數。

5 適應性設計實例分析

5.1 某項目起重機適用性設計分析

5.1.1 大型履帶起重機性能參數

在該項目中，選擇使用LampsonLTL2600B大型履帶起重機，其主要模塊為CA20、壓力容器和蒸汽發(fā)生器，質量分別為749t、282t、以及624t。最大起重量為23582kN，最大起重力矩為804816kN·m，超起配重為2900t，整機總重量為4350t。

5.1.2 場地布置方式

在布置場地的過程中，主要如前所述，需要結合起重機接地比壓，以及吊裝平臺組裝等影響。其地基承載能力設計，在吊裝時，后車的地基承載力設計值應為1000kPa，在轉場時，其地基承載力設計值應為290kPa。

5.1.3 重大設備及模塊的吊裝方案設計

大型履帶起重機的站位在T型平臺上，對于相關重大設備和模塊，應將其運輸到吊裝范圍內，在完成卸車后，起重機前后車通過T型平臺實現回轉，然后完成吊裝作業(yè)。針對CA20模塊的吊裝，應先將其運輸至吊裝現場，可以使用大型液壓平板拖車完成運輸。同時，使用LampsonLTL2600B大型履帶起重機完成CA20結構模塊的吊裝[5]。在實際吊裝的過程中，模塊試吊和回轉的過程中，其前車的接地比壓為713kPa，后車的接地比壓為326kPa。在模塊就位后，起重機前車的接地比壓為757kPa，后車的接地比壓為277kPa。在對起重機前后接地比壓進行計算的過程中，應對超起配重利用率引起的質量分配進行計算。

5.2 某項目起重機適用性設計分析

5.2.1 大型履帶起重機主要性能參數

在該項目中，選擇DEMAG CC8800-1TWIN大型履帶起重機，其最大起重量為32000kN，最大起重力矩為439000kN·m，超起配重為1740t，整機總質量為3300t。

5.2.2 布置方式

其場地布置方式如上述。其地基承載能力設計，在吊裝時，后車的地基承載力設計值應為600kPa，在轉場時，其地基承載力設計值應為500kPa。

5.2.3 吊裝方案設計

該大型履帶起重機位于矩形平臺上，對于相遇設備的模塊，需要使用平板車運輸到吊裝范圍內。在卸車時，需要使用大型履帶起重機，其后車圍繞前車進行回轉，通過帶載行走的方式，完成吊裝作業(yè)。針對CA20模塊，起重機在完成卸車后，通過變幅回轉，帶載行走至相應區(qū)域內，進行相應調整，然后才能落鉤就位。

5.3 某項目起重機適用性設計分析

5.3.1 大型履帶起重機選型

在對大型履帶起重機進行選型時，需要考慮吊裝設備和模板的重量；起升高度以及吊裝時起重機的工作幅度。對于重量更大的設備，需要的起升高度更大。在該項目中，使用的設備重量較大，所以對起重機的超重能力有更高的要求，因此選用SCC16000履帶起重機，其最大起重量為1600t，不管是起重能力，還是吊裝高度，均符合建設需求[6]。

5.3.2 場地布置方式

該項目根據現場實際場地，合理確定起重機的工作位置。并經過現場測算，確定起重機的起重能力，以及起重機的組裝區(qū)域。

5.3.3 吊裝方案設計

該項目由于大件設備重量比較大，場地具有較強的復雜性，在實際吊裝的過程中具有更大的難度。因此，應合理設計其吊裝方案。在實際吊裝的過程中，發(fā)現環(huán)吊大梁實際重量與理論值不符，所以在吊裝電氣梁的過程中，增加其超起配重，提升超重能力，降低負荷率。在吊裝對應梁時，由于超起配重已經達到最大值，所以將大梁塔架進行臨時拆除，降低負荷率。在此基礎上，對另一機組的吊裝方案進行優(yōu)化設計，主要內容為增加超起半徑，以提升超重能力，并對起重機站位點進行調整，增加起重能力，確保超起配重有充足的回轉空間。此外，為了減少起吊重量，之后再安裝一條端梁。該履帶起重機在進行環(huán)吊主梁吊裝時，接地比壓較大，為了降低接地比壓，制作了路基板。對于沒有地下構筑物的區(qū)域，在對地基進行處理時，主要采用砂石換填的方式。

5.3.4 其他問題

對于起重機功能方面，雖然履帶起重機可以帶載行駛，但對其有相應規(guī)定，需要滿足一些條件。該項目為了保障安全，選擇放棄帶載行駛功能，加大了現場施工的難度。由于該起重機超起配重托架下沒有輪子，在實際吊裝的過程中，需要反復加減超起配重，嚴重影響了施工效率，延長施工期間。在現場進行吊裝作業(yè)的過程中，對風力有相應要求，所以為了在安全的基礎上，確保吊裝作業(yè)的有序完成，應對風力變化進行監(jiān)測。這樣能夠在風力相對較小的情況下進行設備的吊裝，確保吊裝作業(yè)的安全進行。另外，隨著大型履帶起重機的應用愈加廣泛，第三代核電吊裝逐漸采用模塊化施工方式。該項目由于存在大量安全廠房，起重機站位遠，所以吊裝難度較大。經過相應計算，發(fā)現1600t履帶起重機不能直接吊裝到位，所以設計了專門的吊裝工具。通過這樣的方式，該履帶起重機順利完成了多項重點吊裝任務。

6 結束語

綜上所述，在實際進行第三代核電機組的模塊化施工時，對吊裝施工大型履帶起重機的起重能力提出了更高的要求，并且由于吊裝操作和轉場處理等方面，導致相應費用增加。在實際進行吊裝操作的過程中，應在滿足安全性要求的基礎上，根據起重機的性能參數，并結合實際使用需求，合理設計吊裝和轉場方案，增強大型履帶起重機的適應性，在安全完成吊裝作業(yè)的同時，降低施工成本。