华龙一号安全壳钢衬里模块化施工技术研究
胡立辉 李琪皎
中核工程咨询有限公司福清核电项目部 北京 100000
摘要：“华龙一号”全球首堆示范工程即福清核电5号机组是由中国核工业集团公司在我国30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验 的基础上，根据福岛核事故经验反馈以及我国和全球最新安全要求而自主研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术。“华龙一号”福清5号机 组钢衬里施工采取和M310核电机组不同的模块化施工工艺。将钢衬里筒体加腋区及1至5段筒体分为3个模块进行模块化施工，模块一为加腋 区+筒体第1段、模块二为筒体第2段+筒体第3段、模块三为筒体第4段+筒体第5段。采用车间预制、现场拼装、整体吊装的基本思路。
关键词：施工进度；安全管理；质量控制；模块吊装
序言：
“华龙一号”福清核电5号机组是全球首堆示范工程，采用我国自主研发的第三代压水堆核电技术，该技术融合了“能动与非能动”的先进 设计理念，单台机组设计功率110万千瓦时。“华龙一号”系统布置与M310二代+核电技术在堆芯结构设计上发生较大改变，钢衬里筒体直径 、高度、贯穿件套筒数量，以及安全壳混凝土浇筑量均较M310堆型发生了较大变化。如下表所示。
M310与“华龙一号”安全壳钢衬里及混凝土施工工程量对比
从上表可以看出，“华龙一号” 福清核电5号机组安全壳钢衬里及混凝土施工量比以往机组有大幅度增加，钢衬里施工量是M310的1.35倍， 贯穿件套筒安装数量是M310的1.2倍，安全壳混凝土浇筑量是M310的5.8倍，且土建施工主周期为25个月，较以往机组没有明显的工期延长。 对于全球首堆工程，设计和施工的连续性具有较多不确定因素，进度风险较大。因此给土建施工主工期创造更多的机动时间，减少钢结构安 装和混凝土交叉施工的相互影响，进一步提高施工的安全水平是非常有必要的。经过对安全壳钢衬里施工技术规范的研究，结合目前国内施 工现状和技术水平，福清5号机组钢衬里筒体部位施工采用了模块化施工技术。模块化施工技术在“华龙一号”核电机组的应用是一次全新 的尝试，施工难点主要在于施工组织设计的优化即模块拼装场地的选择和路面硬化、专用吊具的设计、起重机的选型、吊装过程中模块变形 的控制、反应堆厂房周围构筑物对起重机械待载行走，主臂回转过程中相互干涉情况的避免等。
本文将从进度控制、安全风险管控、施工工艺等几个方面对模块化施工技术进行分析研究，并论证模块化施工的可行性以及可推广性。
1.“华龙一号”模块化钢衬里施工进度与安全风险分析
1.1施工进度影响分析：
采用模块化施工工艺，由于模块拼装与土建施工没有必然的逻辑施工顺序。模块的拼装进度取决于模块单元体构件的预制进度。而且在现场 资源允许的条件下可以提前进行单元体构件的预制和现场拼装，并且在模块化施工中贯穿件套筒及锚固件的安装也可在拼装场地完成，待土 建混凝土施工满足条件后将模块整体吊装就位，此时现场的焊接工作减少了立缝焊接，只剩环缝焊接，对土建施工进度影响较小，同时在场 地规划上可以采用两个拼装场地，实现两个模块同时拼装，使模块吊装、安装与土建安全壳混凝土施工衔接更加紧密，对进度做出更大贡献 。“华龙一号”钢衬里筒体采用模块化施工技术后与M310钢衬里施工的用时对比见下表。
从上表可以清晰的看出，采用了模块化施工工艺的“华龙一号”钢衬里1至5段施工实际总工期为60天，而M310则达到145天。“华龙一号” 在节省工期方面优势显著。
1.2施工安全风险分析
从M310堆型钢衬里施工特点来看，安全风险主要来自于高处作业和频繁的交叉施工。而华龙一号模块化施工中，根据其施工工艺可以清晰的 看出，每层模块拼装都有专用的拼装场地，拼装作业期间无论是操作平台搭设、贯穿件套筒及锚固件的安装、测量调整，还是筒体壁板的吊 装，以及立缝、环缝组对焊接，均在一个相对较低的标高层进行操作，减少了高处作业的安全风险，同时因为模块化施工具备专用拼装场地 ，又减少了与土建筒体混凝土交叉施工作业的时间，进一步降低的施工安全风险。
从以上两点来看，模块化施工从工期影响和安全受控程度均有较大优势。
2.模块化施工工艺研究
“华龙一号”钢衬里模块化施工技术在安全与进度方面优势显著，但是对于工程建设而言，质量永远是工程生命。我们需要认真思考，如何 将这一先进的施工技术应用好，在确保安全和进度的前提下做好质量控制，以实现钢衬里模块化施工的可推广性。“华龙一号”钢衬里模块 化施工难点主要在于施工组织设计的优化即模块拼装场地的选择和路面硬化、专用吊具的设计、起重机的选型、吊装过程中模块变形的控制 等。
2.1模块拼装
2.1.1拼装场地规划
模块化拼装场地的选择要考虑诸多因素，包括：场地的大小、路面的硬化处理条件、周围构筑物的施工状况，场地的选择不能影响周围厂房 、沟道的施工，同时还要考虑模块吊装期间起重机械待载行走的场地需求。为了满足两个模块同时拼装的施工需求，以及单个模块现场拼装 施工所需的空间，首先要分析模块拼装所需的基本设施。模块一拼装场地分为3圈基础（埋件），R22800㎜上的基础（埋件）用于模块1拼装 ，共51个，R23400㎜上的基础（埋件）用于模块3拼装，共44个，R24000㎜上的基础（埋件）用于扶壁柱安装，共26个。拼装场地二分为2圈 基础（埋件），R23400㎜上的基础（埋件）用于模块2拼装，共44个，R24000㎜上的基础（埋件）用于扶壁柱安装，共22个。为了保证模块 拼装期间施工人员可以进出模块内部，需要建造专门的施工通道。
施工总平面图
2.1.2拼装场地的硬化
场地地面硬化前需要把拼装场地内的一级配电柜和线路埋设到位，在拼装基础及人员通道施工完成后，浇筑整个拼装场地范围混凝土，拼装 场地为直径50m的圆形区域，要求场地内杂物清除干净，基层夯实平整，整个区域浇筑100㎜后C15混凝土，场地标高比周围场地至少高出50 ㎜，以利于场地内积水排出，排水坡度为0.1%，场地混凝土平整度误差小于10㎜，用2m靠尺和楔形塞尺检查。沿拼装区域外围设立围栏，隔 离出拼装场地控制区域。以拼装场地为中心，围成一个直径50m的圆形，并在两个通道入口留出2m间隙，以便人员出入。
2.1.3支墩设置
模块1以理论坐标为中心点，在直径22.8m的圆周上布置51个钢支墩，模块2以理论坐标为中心点，在直径为23.4m的圆周上布置44个钢支墩， 模块3以理论坐标为中心，在直径为23.4m的圆周上布置44个钢支墩作为支撑体系，每个钢支墩均设置在壁板竖向75*50*8角钢的位置，有利 于防止模块因自重产生的变形，支墩可以通过4根螺杆来调节上表面的标高，所有支墩布置完成后应满足模块拼装后下口平整度要求。
2.1.4拼装工艺
（1）壁板吊装：预制壁板的吊装采用汽车吊，为了保证壁板吊装时上口处于水平状态，需使用四根钢丝绳吊装，两根主吊绳用卸扣连接在 壁板上部的环向大角钢上，另两根副吊绳用两个手拉葫芦分别连接在壁板下缘的两个螺栓上，吊装时以顺时针或逆时针方向依次进行吊装， 最后吊装伸缩缝余量板，每块板吊装就位后采用扶壁柱进行固定。
（2）壁板焊接：1）焊接过程采用手工电弧焊。施焊前应打磨坡口处的油、锈等杂质，并对坡口及周围母材25mm区域进行打磨；2）为防止 焊接变形，立缝焊接应多名焊工同时施焊，并在上口加设圆弧角钢，立缝采用由上至下分段退焊；环缝焊接由数名焊工均布在圆周上沿同一 方向同时进行；3）焊缝清根后须进行VT、PT检测，焊后须进行VT、LT、PT、RT检测，壁板立、环焊缝经过无损检测合格后，焊接背肋角钢 及锚固钉。
2.1.5焊接的防变形控制
薄壁变截面防变形工艺：（1）由于加腋区为变截面结构，在水平段位置，设计增加加固三角板，可有效防止吊装时变截面变形；（2）每个 模块上分布有不同规格、板厚的贯穿件套筒，为防止壁板变形，直径900mm及以上的贯穿件套筒在模块吊装后安装；（3）通过在模块上口花 焊相应弧度的临时防变形角钢防止环缝焊接时壁板变形。通过以上措施，钢衬里模块化吊装及安装焊接过程中防变形效果良好。
2.2模块吊装
（1）具索具系统的设计：为了确保“华龙一号”福清核电5号机组顺利实现模块吊装，专门设计了一套吊索具系统，主要包括：桁架、可调 拉杆、花篮螺栓、特制卸扣等，通过桁架下部均匀设置的吊点，利用无接头绳圈、花篮螺栓与模块上口竖向角钢吊装孔相连，利用可调拉杆 调平网架，使模块与桁架连接后花篮螺栓受力均匀，同时利用放置在走道板上的调平配重辅助调节，保证吊装过程中模块下口水平度满足要 求，实现模块的顺利就位和精确对中的目的。
（2）吊车的选型：“华龙一号”福清核电5号机组三大模块的起吊总重量分别为：模块一186t、模块二171t、模块三165t。从模块吊装过程 中的总起吊重量分析，考虑吊装过程起升高度、作业半径、与建筑物的安全距离、负载率等方面，目前“华龙一号”福清5号机组模块吊装 采用XGC28000型履带式起重机，该吊装最大起重能力为2000t，通过对吊车性能表的分析，并综合考虑整个模块吊装过程在最大作业半径下 起吊能力和负载率情况，该型号吊车满足“华龙一号”福清5号机组模块吊装需求。
（3）吊车与桁架的连接：利用8根6*37（a）+IWS类∅60*30m型主钢丝绳通过8套96.3t级可调拉杆将桁架与起重机吊钩相连。
2.2.1模块吊装工艺过程
（1）模块平衡配重的布置
钢衬里模块拼装完成后，因重心点不是模块的结构中心，需要利用平衡配重调平，同时应将调整配重与走道板捆扎牢固，保证吊装过程中模 块下口水平度符合要求，并确保吊装过程安全受控。
（2）模拟吊装
钢衬里模块吊装相对其它吊装而言过程比较繁琐，空间作业面广，需要提前通过模拟吊装核实整个吊装过程中周围构筑物对吊装作业的影响 程度。
（3）模块试吊调平
正式吊装前需要通过试吊确认模块下口的水平度，当模块下口最高点和最低点之间的相对高差在200mm以内时对模块吊装就位最有利。调平 过程中如果发现高差过大，需要将模块重新落回支墩，再次调整平衡配重的位置和花篮螺栓的长度，直到模块下口水平度满足要求。
（4）带载行走
模块的带载行走是指利用起重机将模块从起吊位置调运至模块正式吊装位置。带载行走的道路需要在吊装前确认，确保没有影响带载行走障 碍物，地基承载力满足不小于50t/㎡要求，带载行走期间起重机水平状态满足不大于4‰要求。行走过程中如经过边坡地带，则需要考虑起 重机与边坡的安全距离，必要时需要对边坡进行加固。同时带载行走过程中需要密切关注周围塔吊等构筑对起重机主臂、钢丝绳以及所吊模 块是否存在干涉。起重机带载行走速度需严格按照吊装方案及国家相关标准要求执行，速度应小于2m/min，确保平稳。带载行走的距离越长 往往安全风险越高，因此吊车站位点的选择很重要，在满足吊装要求的同时，还应考虑使带载行走的距离尽量短。
（5）吊装就位
模块经过带载行走至吊装就位点后，起重机主臂慢速旋转至爬杆落钩角度，调整超起配重的重量已确保主臂爬杆至就位半径工作状态下满足 负载率要求。起重机缓慢爬杆至钩头中心大致与核反应厂房中心重合。慢速落钩至即将就位时，通过吊车的爬杆、展杆、旋转等操作进行精 确就位。整个带载行走以及吊装就位过程均需要周围塔吊的全程避让配合，并在就位过程中密切关注吊车主臂及模块与塔吊和周围建筑物的 安全距离。
3.结论
福清5号机组钢衬里利用模块化施工技术已精确保证了模块安装的参数要求，即组对间隙2.5±1mm；内错边量最大不超过1.5mm；贯穿件套筒 定位在水平面上的位置和垂直面上的标高偏差±25mm，与反应堆轴线间距离±50mm。通过以上对 “华龙一号”安全壳钢衬里模块化施工技 术的研究分析，并结合模块化施工在福清5号机组的成功应用，考虑模块施工对工期的贡献，充分评估国内的施工现状和水平，实现模块化 施工技术的推广是可行的。目前钢衬里模块化施工技术在福清6号机组已经再次得到了成功应用，为下一步模块化建造技术在后续项目上的 大规模应用积累了宝贵经验。
参考文献：
[1]起重机设计规范 GB/T 3811-2008
[2]钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001
[3]华龙一号核反应堆厂房安全壳钢衬里图册
[4]核电厂大型吊装通用技术要求 NB/T20385-2016
[5]核电厂质量保证安全规定 HAF003
论文作者:胡立辉,李琪皎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/20
标签：模块论文; 衬里论文; 福清论文; 场地论文; 壁板论文; 机组论文; 核电论文; 《基层建设》2018年第18期论文;