“華龍一號”常規(guī)島圍護結構模塊化施工技術研究與應用

蘇光艷 黃巧娟 宋健

摘要：核電常規(guī)島圍護結構屬核電常規(guī)島關鍵結構之一，用于常規(guī)島主廠房墻體封閉，是主行車調試運行及發(fā)電設備安裝的前提條件。文章對圍護結構模塊化進行研究，按照工期優(yōu)化思路，從模塊化施工、工藝優(yōu)化、標準化建設等方面切入，研究高性價比的標準建造技術、融合設計和建造階段的技術要求，為后續(xù)形成指導性規(guī)范文件提供參考，為同類項目進行模塊化施工提供指導。

關鍵詞：華龍一號；圍護結構；模塊化；吊裝工裝

中圖分類號：TU758? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）03-0064-04

0 引言

我國核電已進入安全、高效的發(fā)展時期，對核電工程質量、工期、工程造價等方面均提出了更高的目標和要求。核電常規(guī)島工程中，常規(guī)島圍護結構具有工程量大、安裝風險高、安裝工期長、安裝環(huán)境復雜等特點。本文以漳州“華龍一號”核電站常規(guī)島圍護結構為研究對象，按照工期優(yōu)化思路，從模塊化施工、工藝優(yōu)化、標準化建設等方面切入研究，總結圍護結構拼裝、吊裝及安裝施工工藝。在結合核電施工經驗的基礎上，根據圍護結構特點，進行圍護結構模塊化設計，通過采用多種創(chuàng)新性工裝、合理安排施工工序、靈活選用吊裝等方法，保證圍護結構滿足設計要求，有效地提升了工作效率，達到節(jié)約工期的目的，為項目的批量化、標準化建設提供技術支撐。

1 研究方法

根據漳州核電工程1號機組常規(guī)島圍護結構特點，劃分模塊進行二次設計。依據圍護結構模塊化結構形式，設計模塊拼裝胎具，合理規(guī)劃拼裝場地，進行模塊拼裝，驗證模塊平整度和整體尺寸。采用有限元法進行分析，創(chuàng)建有限元分析模型。對模型按受力區(qū)域劃分計算塊，找出最合理吊點及平衡位置，設計專用吊裝工裝以保證吊裝作業(yè)的安全性及穩(wěn)定性。

1.1 圍護結構二次設計

常規(guī)島主廠房為框架梁柱結構，設計僅提供基本參數，因此需要進行二次設計。通過建筑要求的風荷載、抗震要求、建筑結構尺寸等參數進行計算，并設計墻面圍護結構的埋件布置、墻面檁條規(guī)格、壓型鋼板型號等內容。根據主廠房結構特點，將圍護結構劃分為模塊區(qū)和非模塊區(qū)。非模塊區(qū)按傳統工藝施工，模塊區(qū)按地面拼裝、整體吊裝的施工邏輯施工。圍護結構模塊拼裝的整體尺寸直接影響后續(xù)模塊吊裝就位，因此是拼裝階段的重點。圍護結構模塊按照以土建框架為邊界的原則，結合橫、豎板特點及現場塔吊負載率，盡量擴大尺寸，減少塔吊臺班費用。

圍護結構模塊的檁條設計為矩形管，保證抗風壓能力，檁條之間采用矩形管連接，保證模塊整體的穩(wěn)定性。圍護結構最終設計模塊190個，模塊比例約84%［1］。

1.2 圍護結構模塊化拼裝技術

圍護結構模塊拼裝分兩個階段進行，分別為立拼和臥拼。首先在拼裝場地內設置立式胎具，胎具由槽鋼、“H”形鋼制成，要求胎具平整、地基可靠。在臥式拼裝胎具上畫出龍骨系統位置線，進行圍護結構模塊的龍骨系統拼裝。龍骨系統拼裝后，采用塔吊將龍骨系統吊裝至立式胎具上，進行圍護結構外墻板、保溫棉的安裝施工。通過此施工方法實現拼裝流水線施工，最終保證圍護結構模塊拼裝的精度，提高施工效率，達到節(jié)約工期的目的。

1.3 圍護結構模塊化安裝技術

“華龍一號”常規(guī)島圍護結構模塊受土建結構偏差影響較大，安裝質量控制難度大。模塊安裝前，對土建基礎埋件軸線標高進行實測，根據實測尺寸調整小鋼柱及檁托板，保證小鋼柱及檁托板安裝于理論軸線及標高位置。圍護結構龍骨設計為長圓孔，可避免安裝擴螺栓孔，提高安裝效率。

2 模塊化安裝流程及操作要點

模塊化區(qū)域設置了總計190個圍護結構模塊，安裝施工流程如下：構件進場驗收→腳手架搭設→定位放線→鋼柱安裝→檁托安裝→模塊化安裝→保溫棉施工、包邊包角的安裝→整體驗收。

2.1 定位放線

清理鋼柱節(jié)點板安裝位置的預埋件，除去埋件上的鐵銹，并清理干凈。測量定位鋼柱安裝軸線及標高位置，用記號筆清晰地標注鋼柱安裝位置。每根柱的定位軸線可從下方控制軸線直接引上去，鋼柱就位后用線錘吊線調整鋼柱的垂直度。

2.2 鋼柱安裝

2.2.1 小鋼柱安裝

根據測量的定位線，組對焊接節(jié)點板。節(jié)點板焊接需嚴格按照工藝卡執(zhí)行，焊接時重點控制節(jié)點變形。節(jié)點板焊縫檢查合格后采用捆綁法進行鋼柱吊裝［2］，吊裝時應保證鋼柱垂直起吊，以便對線校正。校核垂直度后，用連接板把墻架柱固定在埋件上，焊接連接板與埋件，并與鋼柱螺栓連接。除了山墻鋼柱，其余均為小型鋼柱，最重約2.7 t，優(yōu)先采用現場塔吊進行吊裝［3］，吊裝時通過白棕繩牽引就位；針對部分塔吊無法吊裝的位置，則采用不小于25 t汽車吊進行吊裝或人工倒運。

2.2.2 山墻鋼結構安裝

根據吊裝平面布置圖，將1軸、11軸構件分別倒運至構件臨時堆放場地內，堆放時根據吊裝順序擺放整齊，并注意構件吊點的一側應靠近吊車位置。山墻鋼梁、鋼柱可根據現場資源配置，合理選擇吊裝設備，原則是優(yōu)先采用塔吊進行吊裝，當塔吊負載率不滿足要求時，可采用對應的汽車吊進行吊裝。山墻鋼構件吊裝、安裝具體方法如下。

（1）1軸：1軸有11根HA9055-2535鋼柱，除1/A—5/A軸鋼柱分2段安裝外，其余每根鋼柱分3段安裝，單段鋼柱最大重量為5.12 t；鋼梁HA6030-1625分為7層，最大重量鋼梁為1.35 t，第1段有2層鋼梁、第2段有3層鋼梁、第3段有2層鋼梁。首先吊裝第1段鋼柱，采用不小于260 t吊車站將鋼柱吊至標高8.96 m的地腳螺栓基礎上并進行固定，然后進行鋼柱垂直度校正。鋼柱與混凝土柱用地腳螺栓連接，鋼柱吊裝完成后將再吊裝第1段鋼梁，將下層結構加固穩(wěn)定，鋼梁與鋼柱采用螺栓、焊接連接；待鋼柱、鋼梁調整、固定完成之后，再將腳手架往上搭設至下一段鋼柱頂端，進行第2段鋼柱、鋼梁吊裝，鋼柱與鋼柱采用螺栓、焊接連接；接著對第3段鋼柱、鋼梁進行安裝、調整、固定直至完成。1軸5/A-B底段、中段采用不小于300 t汽車吊（60 m主臂模式）吊裝，頂段采用不小于260 t汽車吊（65.2 m主臂模式）吊裝（如圖1所示）。

（2）11軸：11軸共有11根鋼柱，分3段安裝。第1、2段鋼柱型號為HA9055-2535，第3段為鋼柱型號為HA9055-2535、HA5055-2535，單段鋼柱最大重量為5.12 t。首先吊裝下段鋼柱，吊裝鋼柱時，鋼柱較長，為便于起鉤，減少鋼柱變形，采用不小于80 t吊車起吊，鋼梁用塔吊與汽車吊配合起吊。吊車站位于11軸外側，將第1段鋼柱底吊至標高8.96 m的腳螺栓基礎上進行固定，然后進行鋼柱垂直度校正；第1段鋼柱完成后吊裝第1層的鋼梁，鋼梁與鋼柱采用螺栓、焊接連接；待鋼柱、鋼梁調整、固定完成之后，再將腳手架往上搭設至下一段鋼柱頂端，按第1段的方法進行第2、3段鋼柱、鋼梁的吊裝和安裝。

（3）摘鉤說明：吊裝鋼柱就位后，應及時將腳手架抱柱連接，施工人員可在腳手架操作平臺上進行摘鉤（腳手平臺高度為每段鋼柱頂標高下方0.5 m左右的位置），也可采用升降機平臺或掛籠進行摘鉤，摘鉤時需做好安全防護。

2.2.3 鋼柱校正

（1）標高調整：安裝前對地腳螺栓進行找平測量，用墊塊將鋼柱底座標高控制在設計標高范圍內，再通過加楔鐵的方法調整控制，使柱底面標高平整。

（2）垂直度校正：使用纜風繩斜拉鋼柱校正，用經緯儀或線錘找垂直，在校正過程中不斷調整墊塊及柱底板上面的緊固螺母，調整完成后，纜風繩松開不受力，柱身呈自由狀態(tài)，再用經緯儀復核，無誤后，將上螺母全部擰緊。在調整過程中，應保持一個角的地腳螺栓固定不動，做好標記，以免引起鋼柱標高的變化。

2.3 檁托安裝

檁托安裝前，先清理混凝土梁柱埋件表面雜物，除去埋件上的鐵銹，按測量的檁托安裝軸線及標高位置，在埋件上把檁托安裝的位置放線標示出來。采用手工電弧焊將檁托焊接于梁柱的埋件上，焊接時需嚴格按照施工圖紙上的要求進行，焊接完成后及時清理焊縫位置的焊渣等雜質，并按要求涂刷油漆。檁托使用腳手架、井字梯、吊籃施工。由于檁托數量較多，所以安裝前應做好標識，以便安裝時根據編號對應就位。

2.4 模塊化安裝

2.4.1 胎具搭設

在A列、1/C列、11軸外分別就近規(guī)劃設置拼裝場地，在場地內搭設用于臥式、立式拼裝圍護結構模塊的胎具，胎具使用槽鋼或“H”形鋼制成。胎具與龍骨系統的接觸位置應墊設白鐵皮或橡膠墊或其他軟防護措施，做好成品保護。立式拼裝胎具設置3榀（具體數量可根據現場需求調整），在每榀兩側設置操作用腳手架，同時腳手架兩側應設置防傾倒支撐，保證立拼腳手架的穩(wěn)固性。

2.4.2 現場拼裝、圍護結構模塊組裝

在臥式拼裝胎具上將模塊化墻面圍護結構的龍骨系統拼裝完成后，就近使用塔吊或汽車吊將龍骨放置在立式拼裝胎具上。就位需平穩(wěn)且應采取防傾倒措施。

在立式拼裝胎具上，進行圍護結構內外墻板、保溫棉的安裝施工，施工人員站立在腳手架操作平臺上，通過手槍鉆等專用工具，將內外墻板、保溫棉按圖紙固定在模塊龍骨上，需保證相關連接穩(wěn)固。

2.4.3 吊裝

通過現場塔吊、汽車吊將圍護結構模塊安裝至檁托板上，需注意使相鄰圍護結構模塊上外墻板壓型鋼板的橫向或豎向紋路基本保持一致［4］。

圍護結構總計設置190個模塊，經核算，最重模塊為YZB-72，重量約3.1 t，位于A列6-7軸標高35.9～42.35 m，最重小鋼柱重量約2.7 t?，F場1C塔吊58 m吊裝半徑為3.2 t負載能力，2C塔吊50 m吊裝半徑為3.8 t負載能力，3C塔吊50 m吊裝半徑為3.5 t負載能力，6A塔吊58 m吊裝半徑為3.2 t負載能力（如圖2所示）。常規(guī)島所有范圍內的模塊化圍護結構，使用塔吊均可滿足需求，實際施工中如需使用汽車吊等，應提前核實需求，使吊機承載率低于90%，以保障施工安全［5］。

吊裝模塊使用平衡桿進行（如圖3所示），平衡桿根據現場情況，用槽鋼或“H”形鋼或“工”字鋼制成，在平衡桿上下部焊接Q235B鋼板吊耳。選用制作平衡桿的鋼應牢固，使用前，進行約1.25倍荷載試驗（按最重模塊3.1 t，荷載試驗取≥3.9 t），經荷載試驗驗收合格的平衡桿方可用于吊裝。

吊裝安裝時，在地面通過安裝人員使用纜風繩進行牽引就位，安裝人員需提前站立于廠房內側搭設好的腳手架上，并保持一定距離的避讓，防止吊裝模塊或小鋼柱造成物體打擊傷害，待模塊穩(wěn)定至安裝位置后再進行螺栓緊固。還可以先進行模塊吊裝就位，安裝人員站位于內墻腳手架或混凝土框架上進行臨時固定，然后通過吊籃下降至需操作位置，在廠房外側操作固定或拆卸吊裝點。

2.5 保溫棉、包邊包角的安裝

模塊吊裝完成后，每2個模塊間存在一定的間隙，因此需進行保溫棉、包邊包角的安裝。首先，用繩子將玻璃保溫棉綁扎牢靠，通過固定滑輪緩緩提升到彩板高度；其次，用壓條將保溫棉固定于圍護系統外墻板與檁條之間，壓條自攻螺絲間距為200～300 mm；最后，固定外墻板。注意保溫棉與外墻板應連續(xù)施工，安裝時保持保溫棉的張緊、對齊、卷與卷之間的接縫緊密；縱向需要搭接時，搭接處應安排在檁條處，保溫棉中帶有隔熱層的一面朝向內墻板。保溫棉施工完成后，應及時安裝包邊、包角板。

3 應用結論與改進措施

“華龍一號”常規(guī)島圍護結構模塊屬于大件吊裝，安裝精度高、焊接變形控制難度大，受土建埋件偏差影響大，設計圖紙不成熟會導致不能完全按圖施工，經過漳州核電工程1號機組的應用實踐，通過模塊化設計、優(yōu)化施工邏輯、開發(fā)大型構件、創(chuàng)新安裝工藝等，保證圍護結構達到安裝要求，降低圍護結構安裝過程中的難度，有利于加快安裝施工進度、提升施工效率、節(jié)約安裝成本。在后續(xù)的施工中，還應注意以下問題。

（1）圍護結構模塊焊接較多，處于室外焊接，現場采用二氧化碳氣體保護焊的方式進行焊接，焊縫出現氣孔較多。改進措施：對施焊區(qū)域增設防風圍擋，避免風速超過2 m/s，焊接前對檁條焊縫處鍍鋅層打磨。

（2）圍護結構檁托安裝受埋件軸線及標高影響較大。改進措施：埋件施工過程中應當嚴格控制標高、軸線，模板支設和埋件安裝須牢固。對于凸出的墻體埋件，需進行打磨或切割檁托板，對于凹陷及偏移的埋件，需增設墊板，相應焊縫的焊腳高度應滿足焊縫強度要求。

（3）模塊安裝過程中部分模塊檁條與檁托之間出現間隙。改進措施：對于存在間隙的部位，根據間隙高度制作與檁托相同材質的鋼板，并將鋼板與檁托進行焊接。

4 參考文獻

［1］GB 50017—2017，鋼結構設計標準［S］.

［2］GB/T 3811—2008，起重機設計規(guī)范［S］.

［3］成大先，機械設計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004：56-57.

［4］NB/T20022-2010，壓水堆核電廠反應堆廠房鋼襯里穹頂吊裝施工技術規(guī)程［S］.

［5］王金諾，起重運輸機金屬結構［M］.北京：中國鐵道出版社，2002：53-55.