核電廠土建與安裝施工主力吊機選型與布置

馬立民，王 東，梁 健

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

核電項目建造周期長，大型設備數量多、重量重、規格大，土建與安裝施工過程需要使用大型移動式吊機完成大件設備的吊裝任務，大型吊機在現場使用需求時間跨度也較長。為保證項目土建與安裝順利進行，在項目前期準備階段，必須根據項目特點進行大型吊機選型和布置分析。該項分析需綜合考慮各大件設備參數、吊裝時間、就位標高位置、相關施工工作計劃、廠房布置；同時，還要考慮建造期間場地開挖回填、重件道路建設、周邊廠房建造高度、塔吊布置調整等變化因素，通過全面的分析，才能確定土建與安裝主力吊機需要達到的吊裝能力，才能規劃相應的吊機站位點和進出通道，這是項目前期準備階段的重點工作，合理的主力吊機選型與布置將為項目的成功奠定堅實的基礎。

目前，國內核電在建和擬建項目主要是CPR1000、EPR、AP1000堆型的壓水堆項目，3種堆型在廠房布置、設備規格、施工工藝等方面，有相同之處，也有不同之處；相應地，在大件吊裝方面，也有共同點和不同點。因此，3種堆型土建與安裝主力吊機的選型與布置必須根據核電大件吊裝共同點和各自堆型的施工特點進行詳細分析。

對于新堆型主力吊機選型的方法采用試算法，首先根據施工分析，提出大件吊裝清單及其參數；然后選擇吊裝難度最大，吊裝力矩要求最大的典型工況，來確定所需吊機的最大起吊能力；最后以掌握的可用吊機資料進行布置與試算，驗算吊裝能力和干涉可能。在驗算時，應考慮變化風險因素留出10%～15%的吊裝負荷裕量。另外，選用履帶吊進行吊機布置與試算時，以吊機不需走車為原則，以提高履帶吊的吊裝穩定性，規避履帶吊穩定性較差的弱項，確保大件吊裝工作萬無一失。

本文主力吊機泛指在核電現場施工所需的大于或等于400 t的移動式吊機；大件設備吊裝專指使用移動式吊機在廠房外將設備吊裝到設備就位位置的吊裝工作；既不包括使用環吊、龍門吊、行車等固定式吊裝設備進行的設備吊裝工作，也不包括碼頭吊或浮吊在碼頭的裝卸吊裝工作。

1 核電項目大件吊裝特點

1.1 塔吊林立

核電施工現場塔吊林立，施工場地狹窄，在考慮大件吊裝方案與吊機選型布置時，需要重點考慮吊機與塔吊干涉問題；對于CPR1000，塔吊布置已標準化，對于EPR與AP1000，大件吊裝方案策劃為上游，在擬訂大件吊裝方案及大吊機站位布置方案后，再進行塔吊布置。

1.2 廊道與負挖邊坡影響

由于核電廠廠房設計與布置特點，核島和常規島廠房需要負挖，負挖邊坡較大；另外，廠房周邊有大量的廊道也需要開挖與回填。因此，吊機站位需與廊道施工和負挖邊坡回填統籌考慮，盡量避免吊機站位點布置在未回填的邊坡附近，廊道施工計劃與負挖邊坡回填計劃也需盡量與吊機布置相配合，根據吊機布置和轉移方案進行計劃優化。如果部分站位點和廊道施工計劃確實無法協調，則需采取有效方案和特殊加固措施，防止邊坡受壓下陷或坍塌。

1.3 與土建進度關聯緊密

大件設備的吊裝，需待土建完成該層樓板施工，房間裝修完成，房間內設備就位基礎施工完成并驗收合格后方可進行；另外，需土建提供大件吊裝時間窗口，在吊裝時間內，相關聯的施工區域和土建塔吊停止施工，有干涉可能的塔吊需按大件吊裝方案要求進行鎖定或回轉避讓配合，并要有專人對塔吊進行監護配合。因此，大件吊裝時間計劃需與土建施工計劃緊密配合。

1.4 一個站位點吊裝多臺設備

由于吊機站位點對地基處理有明確的耐力要求，站位點所占場地空間要求也較大，而核電施工現場場地狹小，難以滿足各施工方對現場場地的需求。因此，吊機站位點規劃應盡可能少；盡量減少吊機在各站位點之間來回轉移的次數；站位點和轉移通道規劃時，應盡量在一個站位點吊裝多臺設備。例如，CPR1000堆型在一個站位點完成NX廠房13臺大件預埋設備吊裝工作。

1.5 全廠統籌規劃

由于核電施工現場場地狹小，在現場的施工承包商又較多，在項目前期準備階段，必須由一方（一般為總承包方或建設單位）統籌考慮全廠大件設備吊裝需求，進行主力吊機選型與布置統一部署。在工程施工時，由于大型吊機施工具有的不連續性，只要合理規劃好各大件設備吊裝的時間計劃，各施工承包商可共享使用統一的主力吊機資源。這樣，既實現大型機械資源共享，又使狹小的現場場地實現合理布置規劃。

2 CPR1000主力吊機選型與布置

2.1 大件吊裝設備清單

大件吊裝設備清單是吊機選型與布置的基礎，CPR1000典型大件設備為起吊重量最重，就位標高最高的穹頂和長度最長的常規島桁吊大梁，其參數如下。

穹頂：設備重量143 t，φ37×11.5 m球冠，就位標高+45 m。

常規島桁吊大梁：設備重量90 t，長42.6 m，寬1.3 m，高2.8 m，就位標高+28 m。

2.2 現場平面布置

關于吊機站位布置，因嶺澳二期選用的是一臺MANITOWOC 4600S-4RingerS-3/680 t環梁式起重機（簡稱4600S）完成大部分大件吊裝工作，吊機主站位點為5個。嶺澳二期以后的紅沿河、寧德、陽江項目均為多機組連續建設，環梁式起重機移動性差，單臺環梁式起重機不能滿足多機組建設的需要；而履帶式吊機移動性好，在多機組連續建設的項目均選用履帶式吊機；吊機站位布置有較大變化，以陽江項目6臺機組連續建設為例，吊機站位布置圖如圖1所示。

2.3 典型主力吊機選型與布置

在嶺澳一期和嶺澳二期雙堆機組施工建設時使用MANITOWOC 4600S-4RingerS-3/680 t環梁式起重機。環梁式起重機穩定性好，移動性較差，雙堆機組建設站位點為5個，除第一次在1號站位點安裝外，還需在5個站位點間進行拆卸-移位-安裝共6次，在站位點改工況共12次，拆裝成4600S-4主臂工況1次。輔助吊機為TADANO TG1500E/150 t汽車吊、TADANO TR500/50 t輪胎吊和GROVE RT980/72 t輪胎吊，主要工作為輔助設備翻身和4600S卸裝、改工況。另外，因為吊裝時間沖突，需要引入MANITOWOC 4600S-5/317.5 t履帶吊臨時進場吊裝4件設備。

圖1 CPR1000吊機站位布置圖Fig.1 Layout plan of CPR1000 crane standing location

考慮到4600S吊機不便遷移，為應付現場工作條件變化或工程計劃調整等因素，選用Demag CC2800-1/600 t履帶吊（簡稱CC2800）作為備用吊機。

在紅沿河、寧德、陽江項目采用多機組連續建設，機組建設時間間隔較短，環梁式吊機因移動性較差，單臺環梁式吊機不能滿足多機組連續建設的需要。因此，多機組連續建設時，主力吊機需以履帶式起重機為主。

3 EPR主力吊機選型與布置

3.1 大件吊裝設備清單

臺山項目2臺EPR機組典型大件吊裝設備為穹頂，設備凈重250 t，φ46.8×13.6 m球冠，就位標高+43.92 m。

3.2 現場平面布置

根據典型大件吊裝設備參數，結合就位位置要求和周邊廠房高度，吊機站位平面布置方案如圖2所示。

3.3 典型主力吊機選型與布置

芬蘭OL3核電站主力吊機采用的是1600 t的Mammoet環梁式大型吊機。對于臺山EPR項目，在核島土建施工前期的筏基、鋼筋籠、鋼襯里等不需使用大型吊機的前提下，經過對大件設備清單分析，吊裝重量最重、體積最大、跨度最大的設備為穹頂，主力吊機的選型依據為穹頂吊裝，穹頂規格φ46.8×13.6 m，含噴淋管重量250 t，吊鉤及自身鋼絲繩重量15 t，考慮吊索具15 t，穹頂起吊重量為280 t。

按臺山總平面布置圖C版進行分析，以CC8800-1（1600 t）履帶吊進行布置，吊裝跨距60m，主臂角75°，主臂66 m，副臂60m，超起配重640 t，超起配重半徑30m，工況SWSL，吊機額定起吊能力313 t。吊機站位與柴油機廠房HDA和HDB不產生干涉，吊機有必要的裕量，負荷率89.5%，如圖2、圖3所示。

如果選用CC8800（1250 t）履帶吊進行布置，因受起吊能力的限制，吊裝跨距最多只能選56 m，此時吊機的超起配重將對柴油機廠房HDA和HDB產生干涉。如果按吊機的超起配重緊貼柴油機廠房HDA和HDB，選用吊裝跨距58 m，此時吊機的額定起吊能力為291 t，負荷率達96.2%。

如果選用LR11350（1350 t）履帶吊進行布置，因受起吊能力的限制，吊裝跨距最多只能選56 m，且LR11350（1350 t）履帶吊的超起配重半徑比CC8800（1250 t）要大，此時吊機的超起配重將對柴油機廠房HDA和HDB嚴重干涉。另外，吊裝跨距56 m時，吊機額定起吊能力為298 t，負荷率已達94.0%。

綜合以上分析，如果選擇CC8800（1250 t）履帶吊和LR11350（1350 t）履帶吊作為臺山EPR大件吊裝的主力吊機選型裕量過小。鑒于臺山EPR項目上游條件的不確定性，主力吊機選型應為CC8800-1（1600 t）履帶吊或性能在其以上的吊機。最終選用為上海三一科技SCC16000/1600 t履帶吊作為臺山EPR項目主力吊機，該吊機按CC8800-1（1600 t）履帶吊的性能參數設計，部分適用工況在CC8800-1基礎上再增加5%～10%的吊裝能力。

4 AP1000主力吊機選型與布置

4.1 大件吊裝設備清單

對于咸寧AP1000項目，作為確定起重機性能選擇5大件典型大件設備分別為CA20模塊，核島鋼容器3號環、2號蒸汽發生器、鋼容器頂蓋和CH73。

1）CA20模塊為最重件。

2）核島鋼容器3號環的安裝將會是很長的操作過程，在此過程中起重機必須將此環保持吊住狀態。2號蒸汽發生器吊裝是所有設備吊裝中距離最遠的。鋼容器頂蓋的安裝需要很長時間，要求起重機操控靈敏。

3）CH73模塊安裝在混凝土容器頂部，由16個模塊組成，該模塊安裝位置最高。

吊車站位點布置以及2臺機組間轉移通道布置如圖4、圖5所示。

4.2 現場平面布置

AP1000采用單堆布置，可以采用一個站位點完成一個機組的核島主要大件設備吊裝，即吊裝CA20、CA01、CV底封頭等時采用一個站位點（吊裝CV環和2號蒸汽發生器時開挖邊坡已經回填，需要朝反應堆廠房靠近約2 m），所有機組都采用同樣的站位布置，吊裝作業時大吊車行走和回轉的范圍根據具體作業有所不同。

4.3 典型主力吊機選型與布置

AP1000技術路線采用模塊化施工、開頂法吊裝等先進施工技術，大件吊裝將是施工的重點和難點，主力吊機將是制約施工的主要核心資源之一，并且主力吊機起重能力要求很大，需求時間早，工作周期長。

AP1000第一吊模塊CA20從FCD+2開始吊裝，并且第一鉤就是重量最大的模塊。從FCD+2至FCD+50都有模塊吊裝施工。

“開頂”施工安裝方法：AP1000很多設備在穹頂吊裝前、廠房封頂前,主要/重大設備/模塊由重型吊機吊裝就位。其中包括壓力容器296 t、蒸汽發生器665 t等部件都在穹頂吊裝前要用吊機安裝。

經調研，AP1000備選主力吊機為美國蘭普森（LAMPSON）LTL-2600、德國德瑪格（DEMAG）CC8800-1 TWIN、德國利勃海爾（LIEBHERR）LR13000，各吊機狀況比較如表1所示。

咸寧項目大吊機經過比選后，最終確定為CC8800-1 TWIN/3200 t履帶吊，該吊機于2011年3月已到達咸寧現場。

表1 AP1000備選吊機對比表Table 1 Contrasts of Standby cranes of AP1000