核電站汽輪機廠房鋼結構施工技術要點研究

羅旭磊，吳澤坤，郝亞輝，王棟，胡琦

（中國建筑第二工程局有限公司核電建設分公司，廣東 深圳 518034）

1 工程概況

三澳核電站汽輪機廠房橫向單跨結構，跨度為58.1m，縱向長度為110.2m。根據工程設計，廠房共計0個軸線，軸距最大為14.5m，廠房鋼結構包括框架柱、梁、屋架體系、桁車梁及平臺體系。A列鋼柱和G列鋼柱柱底標高為-14.45m。柱頂標高為46.1m，柱長為60.5m，采用H型鋼焊接制作。山墻抗風柱柱底標高為-14.5m，主頂標高為46.1m，鋼柱最大長度63.4m。鋼柱最大截面為2.8m，鋼柱最大質量為68t。主屋架為雙坡梯形鋼屋架，上弦為焊接H型鋼，下弦為熱軋H型鋼，屋架最大截面高度7.1m，跨度57.2m，屋架重量為45t。屋架之間采用垂直支撐與水平支撐連接，形成穩定的屋架支撐體系。桁架采用焊接H型鋼，主桁架頂標高29.5m，截面高度2m，輔助桁架23.7m，截面高度1.5m。汽輪機廠房內其他平臺均為鋼結構平臺，平臺標高為-7.5m、1.47m、2.8m、4.3m、5.9m和10.65m。

2 核電站汽輪機廠房鋼結構施工總體規劃

2.1 鋼結構吊裝通道規劃

由于該工程鋼結構構件重量較大，屬重型鋼結構廠房，對吊裝設備、吊裝現場條件要求較高。經多方研究選型，結合現場吊裝施工條件，確定該工程吊裝施工技術方案：長度≤10.9m的鋼結構構件現場安裝制作，長度＞10.9m的鋼結構構件在廠房外加工制作。通過該方式能夠有效降低因廠房內加工制作鋼構件造成的土建施工壓力，降低了鋼結構施工技術難度。結合該工程現場實際情況，常規主廠房內部、外部各設置3條吊裝通道，即廠內吊裝通道，廠內鋼柱A～B軸、F～G軸各設置1條吊裝運輸通道；廠外吊裝A軸、G軸設置1條吊裝通道，通道標高為-0.5m。

2.2 施工分段與分區

結合該工程鋼結構特點，為滿足鋼結構施工工期和施工安全要求，施工單位通過劃分立面進行施工分段。

①工段施工A～G軸鋼構件，主要為鋼框架柱、鋼梁、支撐構件安裝，施工標高為-13.7m～10.6m。

②工段主要為鋼框架柱、鋼梁、桁車梁、制動梁、制動桁架及支撐構件安裝，施工標高為10.6m～45.0m。

③工段主要為鋼結構屋架系統安裝，包括屋架、垂直支撐、水平支撐、屋面檁條和支撐構件安裝。

2.3 吊裝機械選型

結合該工程施工現場基礎承載力和吊裝重量要求，該工程最終選用160t、250t和400t履帶吊進行吊裝。160t和250t履帶吊主要用于廠內鋼構件吊裝施工，400t履帶吊主要用于山墻鋼結構和屋架鋼結構吊裝。

3 核電站汽輪機廠房鋼結構施工技術要點

3.1 框架柱梁吊裝施工

該工程中，汽輪機廠房框架柱與框架梁結構截面尺寸大，質量大，最大鋼柱重量為68t，最大鋼柱截面2.8m，最大鋼梁重量13t，鋼梁截面1.8m。結合履帶吊機械設備選型和吊裝施工技術方案。框架柱分段吊裝時，按吊裝長度、吊裝重量、分段吊裝節點位置和避開厚板區域要求，將最大截面和重量的A～G軸鋼框架柱分為4段，1～10山墻柱H型鋼分為5段，可有效加快吊裝安裝進度。具體施工組織施工時，160t履帶吊負責D～G軸第1～2節鋼柱和鋼梁安裝、F～G軸1～2節鋼柱、鋼梁安裝、A～G軸1～2節鋼柱和鋼梁安裝。250t履帶吊在負責A～D軸1～2節鋼柱和鋼梁安裝、A～B軸1～2節鋼柱和鋼梁安裝、G軸第2節以上鋼柱梁安裝、A軸2節以上鋼柱、鋼梁安裝。400t履帶吊負責D～G軸3～5節鋼柱和鋼梁安裝、A～D軸3～5節鋼柱鋼梁安裝和屋架安裝。

鋼柱吊裝施工前，應全面清理廠房基礎表面雜物，并對預埋螺栓位置、標高進行測量復核，經復核無誤后，測放鋼柱安裝縱向、橫向軸線，軸線應測放至鋼柱底板外側，以便于鋼柱定位安裝控制。柱身頂部與底部測量標記中心點位置，作為鋼柱垂直度調整依據。待第1節鋼柱吊裝完成后，相應安裝框架梁和支撐體系，盡快形成穩定的鋼結構體系。鋼梁吊裝施工前，應加強鋼梁編號和吊裝方向控制，尤其是與次梁連接的主梁吊裝時，應認真鋼梁次梁連接件和固定螺栓孔孔位精度控制，確保鋼梁吊裝后準確安裝到位。

3.2 桁架梁吊裝施工

該工程中，汽輪機廠房內規劃設計2臺300t和200t桁車各1臺，分別安裝標高26.5m主桁架梁和22.1m桁架梁上。主桁架梁截面高度2.8m，輔桁架梁截面高度1.5m。施工順序規劃設計時，250t履帶吊配合400t履帶吊施工。250t履帶吊負責G軸主桁架和輔桁架安裝、A軸主桁架和輔桁架安裝。400t履帶吊負責G軸外2～3軸線至1～3軸線主桁架和輔桁架安裝、A軸1～3軸間主桁架和輔桁架安裝。

具體安裝施工時，由于桁架車梁截面尺寸較大，桁架梁安裝精度要求較高，要求施工單位重點加強桁架車輛安裝精度控制。桁架安裝時，嚴格按柱間支撐跨進安裝，柱間支撐安裝完成并形成穩定的剛度單元后，能夠降低桁架安裝對柱間支撐垂直度的影響。桁架安裝定位以A～G軸為基準，避免使用鋼柱軸中心線或鋼柱邊緣線為基準，防止因鋼柱垂直度偏差造成誤差累積。制動板與桁架使用高強螺栓連接和輔桁架焊接連接時，為降低焊接應力變化對桁架安裝精度的影響，先使用高強螺栓固定桁架梁與制動板，并初擰到位后再焊接。

3.3 屋架安裝

該工程汽輪機廠房屋架為雙坡梯形鋼屋架，單榀質量為45t，屋架長度57.2m，屋架高度為3.6m～6.7m，屬超長、超寬屋架，施工難度大?？紤]到現場實際情況，屋架委托專業廠家加工制作構件后運輸至施工現場拼裝。為便于運輸和安裝，屋架分為3段運輸。屋架運輸到現場后，由250t履帶吊配合400t履帶吊吊裝施工。由400t履帶吊安裝2軸屋架到位后，繼續安裝3軸屋架，由250t履帶吊安裝2軸垂直支撐和2～3軸屋架上弦、下弦構件。400t履帶吊繼續安裝其余垂直支撐及2～3軸屋架鋼構件。400t履帶吊安裝4軸屋架。由250t履帶吊安裝3～4軸垂直支撐和上弦、下弦構件，400t履帶吊安裝其余垂直支撐和3～4軸屋蓋構件。通過250t履帶吊與400t履帶吊配合吊裝方式完成整個屋架吊裝施工。

由于該工程屋架構件重量大、尺寸大，為確保吊裝安全，該工程采用5點吊裝法進行吊裝施工（如下圖所示），吊點設置綜合考慮屋架構件撓度、吊裝水平夾角、吊點受力等情況，遵循上弦受拉、下弦受壓的吊裝原則，上弦吊點4個，下弦吊點1個，上弦吊點均采用吊耳固定，下弦吊點采用鋼絲繩綁扎，各吊點鋼絲繩長度均經精確計算和試吊，確保屋架吊裝受力均勻。屋架吊裝時，第1榀屋架吊裝就位后，立即固定1～2軸檁條，使屋架與山墻形成穩定受力體系。第2榀屋架起吊就位后，250t履帶吊配合安裝2～3軸垂直桁架，并校正屋架垂直度，固定屋架兩端支座高強螺栓，安裝檁條和水平支撐，經檢查無誤后繼續安裝屋架構件。

屋架吊裝5點吊裝示意圖

3.4 超厚板焊接施工要點

該工程超厚板焊接施工主要是鋼梁與上下翼緣板焊接施工。超厚板厚度8mm～80mm不等，采用二氧化碳氣體保護焊焊接施工，12mm以下厚度采用手工電弧焊焊接。

由于該工程鋼結構跨度和軸距較大，鋼柱和鋼梁連接均采用超厚板焊接連接方式，極易產生焊接變形和層狀撕裂問題，需對超厚板進行焊前預熱、層間保溫和焊后消氫熱處理，以保障超厚板焊接質量，防止出現焊接變形問題。針對該問題，工程嚴格按《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ 81-2002）要求進行超厚板焊前預熱處理措施，并加強層面溫度控制和焊后熱處理，防止發生超厚板焊接應力集中變形問題。層間溫度控制時，針對該工程高空作業環境和風影響的問題，為避免超厚板層間溫度低于預熱溫度，保持焊接熱輸入量，將層間溫度控制在175℃～200℃范圍內，當層間溫度＞200℃時，自然冷卻至層間溫度控制范圍，并控制熱輸入量。當層間溫度＜175℃時采取火焰加熱方式提高層間溫度。超厚板層間焊接完成后，借助紅外線監控層間溫度，并維持焊后消氫處理溫度200℃～250℃。焊后消氫處理時，使用烤槍對焊后超厚板進行加熱處理，加熱時應均勻加熱，防止產生溫度梯度造成超厚板變形。超長焊縫焊后處理時，采用多個烤槍同時加熱，焊縫加熱后及時包裹防火巖棉，確保焊后處理溫度保持在溫度區間并維持1h，待焊縫冷卻至自然溫度。

4 結語

通過精心組織和施工，該工程鋼結構一次通過項目組驗收，鋼結構柱、梁、屋架結構穩定性良好，焊接質量符合I級焊縫要求，工程施工質量達到工程設計目標要求，取得了良好的施工技術效益，為同類工程施工積累了豐富的施工經驗。