“華龍一號”環吊環梁及環軌整體吊裝工藝在國內核電的首次應用與優化

陳 策,樊棟焱,程 明,姚 蘭,郭 凱,劉 哲,周長廣

(中國核工業二三建設有限公司，福建 漳州 363000)

1 整體吊裝工藝流程

漳州核電廠1號機組環吊環梁吊裝及安裝施工，結合國內其他核電廠的環梁安裝經驗，利用先進的工程測量技術和大件吊裝技術，對原工藝進行優化。

優化的原則是提高焊接質量，在地面焊接，焊接環境較好；由原來的分段吊裝在高空作業，改為地面作業，提高了安全性和操作性，同時提高勞動效率，縮短施工工期。進而改變原有的：分段吊裝-就位后組裝的施工工藝，采用了整體吊裝的方式進行施工，主要工藝為：環梁地面組裝—軌道組裝—數據測量—整體吊裝—最終緊固。整體吊裝就位可以減少的步驟或改進的方式有：

1)組裝之后的拆分，到貨后進行拼裝，吊裝后進行拆裝，兩次組裝一次拆分，減少一次拆裝；

2)減少分段吊裝的次數(減少吊裝次數8次)，分段吊裝改為整體吊裝；

3)環梁在反應堆廠房的組裝，改為地面組裝后整體吊裝；

4)軌道的組裝，改為地面組裝后整體吊裝；

5)運用調整墊板一次加工成型技術。

通過上述的優化，部分施工工序平行開展，高處作業量大大減少，施工關鍵路徑的工期可提前15天，施工流程圖如圖1所示。

圖1 流程圖Fig.1 Flow chart

2 整體組裝工藝重點技術

2.1 傳統工藝簡介

環吊的環梁采用弧型箱形結構形式，由9個部分組成(40°一段)，每一部分均由高強螺栓把合裝配，法蘭面采用鍵定位連接。整個環梁置于45個預制牛腿上，環梁與牛腿采用螺栓固定，與在環梁(牛腿內的孔為圓柱形)下蓋板上所鉆的長圓孔內的每個牛腿垂直，環梁及環軌安裝后整體重量約145 t。環梁整體吊裝技術研究主要分為地面整體組裝和整體吊裝兩個階段，在期間需考慮組裝、吊裝過程中的防變形工裝設計、配套的力學分析等，同時對吊車在使用過程中的風險進行評估，綜合考慮安裝過程中所有可能產生的影響因素，較國外項目進行優化確保安裝的順利開展。

根據對國內其他核電項目的調研，國內核電廠中環梁的安裝均按照環梁的地面組裝—軌道組裝—數據測量—拆分—分段吊裝—環梁在反應堆廠房內組裝—軌道組裝—調整—最終緊固。分段安裝工藝進行環梁安裝，安裝技術成熟，但是存在高空作業多，施工難度高的弊端。

2.2 整體吊裝支撐裝置

環梁整體吊裝技術，要求環梁、環軌等設備在地面組裝完成后不再進行拆分，詳見圖2。地面組裝場地設置了27個混凝土支墩及對應的調整支架。每段環梁設置3個支墩，并避開環梁下蓋板螺栓孔。在混凝土支墩澆注完成后，安裝調整支架，調整支架表面相對高差控制在2 mm以內，解決了地面拼裝、承載和儲存問題。

圖2 環梁地面支撐裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of ring beam ground support device

2.3 調整墊板一次加工成型

調整墊板一次加工成型技術，使用當前的測量技術，地面組裝完成后使用激光測距儀測量軌道與環梁下蓋板的實際高度(H1)，牛腿安裝完成后測量牛腿上蓋板的實際高度(H2)，兩坐標數據擬合計算：環吊軌道理論標高-H1-H2=調整墊板實際厚度(厚度示意見圖3)，通過均衡與假設計算得出調整墊板的理論數據對調整墊板進行精加工，完成后匹配孔位直接置于牛腿上蓋板。這一技術解決了環梁就位后再使用頂絲重復調整軌道標高的問題，常規環梁安裝過程中，調整墊板精加工過程屬于關鍵路徑，調整墊板的厚度的測量及安裝，需將環梁兩次在核島上部進行頂升，并重復兩次從側向插入調整墊板，并使用調整頂絲、千斤頂等設備將環梁整體向上方抬起，調整所需的頂絲、千斤頂等工具數量較多，且調整墊板安裝時需塔吊配合，但因塔吊吊裝精度低，插入要求精度較高。其次，調整墊板二次加工工藝時間過長(四個角點厚度不同)、數量多(CPR1000堆型為36塊，EPR堆型為45塊，“華龍一號”堆型為45塊)，二次加工周期長(約為15天)，此期間現場安裝工作處于等待狀態。整個施工過程，安裝難度大、施工安全風險較高，重復的頂升及調整墊板安裝，也耗費了大量的施工資源。減少了重復的頂升及調整墊板安裝的資源投入，縮短了施工工期，降低了施工作業安全風險。

圖3 調整墊板厚度示意圖Fig.3 Schematic Diagram for Adjusting the Thickness of Base Plate

3 整體吊裝技術

3.1 整體吊裝精準就位

環梁下蓋板與牛腿連接處每個牛腿5個螺栓，共45個牛腿，合計225個螺栓孔，環梁的螺栓孔群和牛腿的螺栓孔群重合存在一定難度。地面數據采集階段，詳細記錄環境溫度、大氣壓和設備表面溫度，分三次測量螺栓孔數據，將數據偏差與理論位置偏差進行對比分析，判斷差值是否在可以安裝的范圍內。在牛腿上放樣時，按照墊板四角位置放出各高程測量點記錄數據，這一數據為墊板一次加工成型提供基礎數據。

牛腿交安后，測量牛腿的實際位置，將地面采集的螺栓孔中心坐標與牛腿實際位置，通過模擬放樣，進行精確匹配。可以精確標識螺栓與在牛腿上的位置，提前解決孔位，孔距和與牛腿干涉的問題。

整體吊裝前應在反應堆廠房預留出精確測量基準標記，基準標記所在點應大于環梁所在圓的直徑，便于觀察環梁上的安裝基準和核島內的安裝基準一致。

利用牛腿中間蓋板上預留的孔，按照孔距和孔徑制作限位裝置，在整體吊裝時，環梁先靠近安裝位置，按照限位裝置導向，獲得一個粗略的安裝定位。制作限位板(見圖4)，安裝在2#、13#、24#和25#牛腿上，限位板可用于安裝倒鏈，牽引環梁不斷趨近就位位置。制作4個定位銷(見圖5)，預先放在核島內的1#、12#、23#、34#牛腿靠近堆芯側中間以上的4個牛腿螺栓孔上，環梁下蓋板長圓孔孔徑為50 mm,調整墊板圓孔孔徑為52 mm,牛腿上蓋板開孔孔徑為55 mm，故定位銷軸可以使用φ48.3 mm腳手架管，使得環梁獲得精準定位。待環梁整體吊入島內時，確保定位銷與對應環梁上的牛腿長圓孔穿入，以保證環梁的螺栓孔群和牛腿的螺栓孔群重合。

圖4 限位板安裝示意圖Fig.4 Installation diagram of limit plate

圖5 限位支架和銷軸安裝示意圖Fig.5 Installation diagram of limit bracket and pin shaft

3.2 吊裝安全和質量保證措施

為順利實現環梁及環軌的整體吊裝，施工前需深入分析并識別安全和質量風險，并針對性地制定保障措施，對吊機和吊具能力進行了分析和論證，對塑形變形分析和控制，工作完成后，進行實際檢驗。

(1)吊機的起吊能力

環梁及環軌組裝后，整體重量為135 t,吊具的重量為10.7 t。根據漳州現場場坪規劃和吊裝單位給出的吊裝實施方案。使用1600 t履帶式起重機，作業半徑R=82 m，超起配重540 t，額定起重量為187 t，負載率為85.6%，吊車工況滿足吊裝要求。

(2)吊具的起吊能力

吊具為大連華銳重工提供(見圖6)，根據制造廠給出的設計數據進行核算，單根鋼絲繩受力254.6 kN，φ48的鋼絲繩單股最小破斷拉力為1530 kN，安全系數約為6倍，滿足吊裝要求。

圖6 整體吊裝索具連接示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Integral Lifting Rigging Connection

(3)吊裝穩定性

根據穩定性分析結果環承梁前三階失穩系數如表1，1階失穩系數為59.6，為整體失穩，1階失穩位移云圖見圖7。

表1 前三階失穩系數表

圖7 環承梁1階失穩位移云圖Fig.7 Cloud Chart of 1st Instability Displacement of Ring Bearing Beam

3.3 塑性變形控制

保證環梁吊裝后不產生塑性變形，是整體就位的關鍵。環梁由9個單體組成，每40 度一段。將環梁單體及環軌現場組裝成一體，組裝時將環梁連接部位螺栓組中的兩對角螺栓換成定位銷(圖8)，以防止吊裝時環梁間徑向竄動。

圖8 定位銷安裝示意圖Fig.8 Installation Diagram of Locating Pin

3.4 整體吊裝后的檢驗

為保證精確就位和安裝測量，需要在牛腿上蓋板500 mm位置搭設安裝平臺，設置護欄及密目網。在距離牛腿下方1000 mm位置設置平臺和防護措施。利用筒體上預埋的錨釘繞筒體一周拉設生命線為安全帶提供可靠的系掛點。兩個相鄰牛腿之間滿鋪跳板(距離筒體500 mm寬度)。

4 實施成效

4.1 社會效益

國內核電廠環吊各部件安裝大多采用地面組裝后經數據測量再拆分，然后分段吊裝至目標位置再分段安裝的工藝。這套施工技術雖然十分成熟，但存在高空作業多、施工難度高等弊端。漳州核電1號機組環吊整體吊裝技術汲取國內外其他核電環吊各部件安裝經驗運用新的安裝工藝，簡化分段吊裝繁瑣的拆分及組裝過程，極大提高了施工效率，進一步提高“華龍一號”批量化建設進程。漳州核電1號機組環吊整體吊裝的成功經驗，也為后續工法的申報奠定了堅實基礎。

4.2 經濟效益

環梁吊裝由分段吊裝9次減少為1次，橋架吊裝由分段吊裝4次減少為1次，減少了場外吊車的使用次數，節約了安裝成本。

環梁采用整體吊裝技術可減少相應步驟工期，安裝工期可縮短8天(環梁拆分1天、吊裝2天、組裝5天)，調整墊板加工一次成型，將關鍵路徑工期前置(15天)。減少了高空安裝作業量，不僅縮短了整個環吊的施工工期，提高了施工效率，更有效地降低了高空施工所帶來的風險，為穹頂吊裝這一關鍵節點爭取了寶貴時間，奠定了堅實基礎。

5 結論

以往國內核電廠建設環吊吊裝均采用分段吊裝工藝，整體吊裝工藝首次應用在漳州核電1號機組并加以優化，整體吊裝在工期優化，提高施工安全性,有效縮短施工工期方面取得了顯著成效。

整體吊裝工藝標志著國內工業安裝技術已經處于世界先進水平，安裝與設計、制造融合進入了一個新的階段，設備安裝已趨向于模塊化。將環梁直接在地面上整體拼裝完畢，使用場外吊車整體就位于反應堆廠房牛腿上，改變以往多次吊裝、大量高空作業的施工模式，實現一次性拼裝，一次吊裝就位。環梁吊裝由分段吊裝9次減少為1次，節約了安裝成本。環梁采用整體吊裝技術可減少相應步驟工期，安裝工期可縮短8天(環梁拆分1天、吊裝2天、組裝5天)，調整墊板加工一次成型，將關鍵路徑工期前置(15天)。減少了高空安裝作業量，不僅縮短了整個環吊的施工工期，提高了施工效率，更有效地降低了高空施工所帶來的風險，為穹頂吊裝這一關鍵節點爭取了寶貴時間，奠定了堅實基礎，值得在國內核電推廣和應用。