華龍一號核電站內層安全殼穹頂施工技術*

汪 虎，鄒少俊，張海方

(中國核工業二四建設有限公司，河北 廊坊 065201)

1 工程概況

華龍一號核電站為國內自主研發的第3代核電技術新堆型，機組為單堆布置，安全殼采用雙層鐘罩形結構，由反應堆底板、內外筒體、內外穹頂組成。內層安全殼穹頂位于筒體頂部，呈半球形(見圖1)，標高為45.130～70.480m。內部為半徑23.4m的鋼襯內支撐，混凝土厚度為1 050mm，在100°，280°位置處設有錨固水平預應力鋼束扶壁柱，整個穹頂采用C60混凝土澆筑。

圖1 安全殼穹頂示意

2 施工難點

華龍一號核電站內層安全殼穹頂施工難點如下。

1)穹頂施工是整個華龍一號核電站建設的關鍵，是開展后續施工的先決條件，施工工序銜接緊湊，施工難度大。

2)穹頂區域鋼筋種類多、形狀繁雜，重約850t，且涉及交叉作業(預應力導管及承壓板安裝)，施工難度大。

3)穹頂為半球形結構，原模板體系已無法滿足施工需求，模板體系及配套掛架系統均需重新設計，半球形模板支設難度大。

4)為保證結構具有防輻射性，需對穹頂混凝土裂縫進行控制，由于穹頂為半球形結構，混凝土裂縫控制難度大。

3 關鍵施工技術

3.1 施工段優化

穹頂施工效率直接影響華龍一號核電站冷試和熱試。為避免穹頂施工對后續工作造成影響，在保證施工質量的前提下，對穹頂施工段進行優化。優化時主要考慮以下方面：①由于穹頂結構內置預應力導管和配套錨固系統，施工縫需盡量避開特殊構件位置；②穹頂下部為6mm厚永久性鋼襯內支撐，為保證混凝土側壓力不對內支撐造成影響，需控制混凝土分層高度；③考慮現場施工進度，需提高模板周轉使用率。

綜上所述，將穹頂施工段劃分為10段，如圖2所示。

圖2 安全殼穹頂施工段劃分示意

3.2 鋼筋施工

穹頂區域鋼筋主要由內層鋼筋、外層鋼筋和拉鉤組成。以標高62.510m為分界線，將穹頂區域鋼筋分為上、下部分，標高62.510m以下部分鋼筋施工類似于墻體鋼筋綁扎，標高62.510m以上部分鋼筋施工類似于樓板鋼筋綁扎。

3.2.1BIM技術應用

利用BIM技術對穹頂區域鋼筋進行三維放樣排版，提前發現技術難點，檢查鋼筋是否存在沖突點，做好技術策劃，達到提高工作效率、降低施工風險的目的。放樣發現穹頂外層鋼筋網片與水平預應力導管之間的理論縫隙寬度<10mm，施工過程中應嚴格控制外層鋼筋網片的位置，避免水平預應力導管出現無法就位的情況。由于水平預應力導管直徑約為165mm，而上、下道水平鋼筋凈距為190mm，可能出現鋼筋拉鉤位置被水平預應力導管遮擋導致鋼筋無法綁扎的情況。為保證拉鉤順利就位，應適當調整水平預應力導管附近的水平鋼筋，以鋼筋避讓水平預應力導管為原則。

3.2.2施工工序優化

穹頂區域鋼筋總體綁扎順序為：首先綁扎內層鋼筋網片，然后綁扎外層鋼筋網片，最后綁扎拉鉤，期間穿插完成預應力錨固系統區域鋼筋綁扎。為提高效率，結合穹頂區域鋼筋形式及安全因素，在施工段1施工過程中，將施工段2內層鋼筋綁扎完成，可保證施工段1混凝土澆筑完成后立即進行預應力導管安裝工作，為預應力導管的提前介入創造條件，直至完成施工段5。在施工段6施工過程中，由于穹頂坡度已較緩，綁扎穹頂內層全部鋼筋，便于后續施工。

3.3 模板施工

穹頂混凝土面坡度由下至上逐漸變緩，環向長度逐漸減小，施工工況發生變化，模板體系需隨之改變，模板配置需綜合考慮施工段和角度。為保證混凝土振搗質量，混凝土表觀質量需符合GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》有關要求。根據半球形穹頂結構特點，將穹頂模板工程施工分為以下階段：①第1階段為施工段1～5，由于該階段對應的穹頂坡度較大，因此采用直墻模板體系；②第2階段為施工段6～9，由于該階段穹頂坡度逐漸變緩，混凝土中的氣泡會貼在模板表面無法排出，因此采用“西瓜皮”式模板體系；③第3階段為施工段10，由于該階段對應的穹頂類似于樓板，因此未支設外側模板。

3.3.1第1階段模板支設

第1階段穹頂直墻模板體系分為A，B型(見圖3)，其中A型模板周轉使用5次，樣式固定；B型模板周轉使用5次，樣式不同。在模板支設過程中，A，B型模板交替布置，利用B型模板尺寸的逐漸變化使穹頂模板體系達到設計效果。

圖3 穹頂第1階段模板示意

3.3.2第2階段模板支設

第2階段穹頂“西瓜皮”式模板體系分為M1，M2型(見圖4)，其中M1型模板為支設在2個M2型模板中間的填充模板，隨著混凝土澆筑高度的增加向上延伸排列，直至混凝土澆筑完畢；M2型模板一次性支設到位，跨越整個施工段。

圖4 穹頂第2階段模板示意

在施工段9混凝土澆筑過程中，隨著混凝土流動性的喪失，待混凝土初凝后拆除模板，并對混凝土表面進行壓光處理，以保證混凝土外觀質量。在模板拆除過程中，應嚴格控制拆除時間，可通過模擬試驗的方式確定最佳拆模時間，從而保證施工質量。

3.3.3第3階段模板支設

此階段穹頂混凝土上表面無須支設模板，由于穹頂為半球形結構，需控制混凝土澆筑高度。首先通過全站儀在穹頂已綁扎成型的鋼筋上以穹頂中心坐標點為圓心投測幾個圓圈，然后使用水準儀抄測圓圈上對應的理論標高，最后利用木條沿穹頂半徑方向將標高點連成弧線，形成穹頂結構外邊線。

4 操作平臺設計與施工

由于穹頂為半球形結構，每個施工段傾斜角度不同，為保證作業安全性和可操作性，需對與模板體系配套的操作平臺進行設計，包括與模板相連的上層操作平臺和掛架操作平臺。與模板相連的上層操作平臺主要滿足鋼筋綁扎、預應力導管安裝、混凝土澆筑等施工需求，掛架操作平臺主要滿足模板支設及混凝土外觀處理等施工需求。

4.1 與模板相連的上層操作平臺

經研究統計發現，如果采用普通掛架操作平臺，隨著穹頂高度的增加，與模板相連的上層操作平臺傾斜角度越來越大。施工至施工段4時，操作平臺內、外側高差達491mm，已影響人員通行。因此，從施工段4開始需對與模板相連的上層操作平臺進行修改，減小操作平臺內、外側高差。考慮到每個施工段高差不同，需設計可調節角度的操作平臺，以滿足現場施工需求。

對現場剩余的三腳架進行改裝，將三腳架剛性連接點改為螺栓連接點(見圖5)，便于對三腳架角度進行調節，保證操作平臺滿足施工需求。為保證與模板相連的上層操作平臺在改裝后承載力滿足要求，首先改裝1塊模板，進行模擬試驗后批量改裝，降低安全和成本風險。

圖5 改裝后與模板相連的上層操作平臺

4.2 掛架操作平臺

由于掛架操作平臺為輔助操作平臺，直接采用與安全殼筒體配套的掛架體系(見圖6)。隨著施工段高度的增加，掛架操作平臺坡度逐漸增大，現場采用鋼管架支撐、鋪設跳板的方式進行找平。

圖6 掛架操作平臺

掛架操作平臺需預埋與之配套的掛架錐體，由于隨著穹頂區域高度的增加，水平方向半徑逐漸減小，導致掛架錐體預埋位置存在不確定性。根據模板體系特點，對比分析2種預埋方案。第1種方案為在每個施工段模板支設完成后通過測量儀器測定錐體位置，保證錐體相對位置的準確性。第2種方案為利用A型模板周轉使用的特點，將掛架與A型模板一一對應，以保證掛架錐體定位后可周轉使用5次，無須重復定位。由于掛架之間存在縫隙，需通過跳板及時封堵，以減小安全隱患。2種預埋方案均可滿足現場施工需求，方案2具備更強的可操作性。

5 混凝土施工

穹頂混凝土澆筑階段劃分與模板工程施工階段劃分相同，穹頂混凝土施工的關鍵是排出氣泡。根據不同施工階段穹頂傾斜角度及模板體系特點，制定控制措施，以保證穹頂混凝土施工質量。

5.1 第1階段混凝土澆筑

第1階段混凝土澆筑類似于直墻墻體混凝土澆筑。對混凝土進行二次振搗時，受半球形結構影響，振搗棒無法直接振搗底部靠近模板邊緣的區域，僅能利用振搗棒振搗影響范圍保證此區域混凝土的密實性。但混凝土中的氣泡在上升過程中會粘貼在圓弧形模板表面，難以排出，現場可采用在圓弧形模板下部開設小孔的方式，盡量排出混凝土中的氣泡。在混凝土澆筑過程中，待小孔中有砂漿流出時，通過模板堵頭進行封堵。另外，將模板表面清理干凈，增加模板光潔度，減小氣泡上升過程中的摩擦阻力，以保證混凝土施工質量。

5.2 第2階段混凝土澆筑

此階段采用邊澆筑混凝土邊支設模板的方式施工，可將混凝土中的氣泡盡量排出，且便于混凝土振搗，保證施工質量。

為保證混凝土外觀質量，根據穹頂坡度，在施工段9混凝土澆筑過程中，對模板施工工藝進行優化。當已澆筑混凝土初凝后，拆除模板，并對混凝土表面進行壓光處理，保證混凝土表面光滑。

嚴格控制模板拆除時間，合理安排施工人員進行流水作業，模板支設、混凝土澆筑、模板拆除、混凝土表面壓光等工序環環相扣。壓光完成后及時對混凝土進行覆蓋養護，避免混凝土表面產生溫度裂縫。

5.3 第3階段混凝土澆筑

第3階段混凝土澆筑過程中，采用以下方式控制混凝土坍落度：①分層澆筑混凝土，下部混凝土通過布料機澆筑，上部混凝土采用塔式布料機+料斗的方式澆筑；②采用圓弧形模板對流動性較大的混凝土進行阻擋，支設簡易木板，待混凝土初凝后將模板拆除，并對混凝土進行二次振搗及壓光處理。

5.4 混凝土布料

穹頂頂部標高>70.000m，因此選擇合理的混凝土布料方式是施工難點。現場布置1，2號塔式布料機作為主要澆筑設備(見圖7)，由于2臺塔式布料機無法交圈，存在一定盲區。根據現場實際情況，在廠房屋面板處增設1臺半徑為28m的3號布料機，輔助混凝土澆筑。為保證3號布料機能夠覆蓋足夠大的區域，其所在的廠房屋面板應在穹頂施工段5混凝土澆筑前完成施工，確保不對穹頂混凝土澆筑造成影響。為保證穹頂混凝土澆筑連續性，避免機械設備損壞而影響澆筑質量，所有布料設備在布置雙管線的同時，在廠房屋面板處增設1，2號備用布料機作為應急設備。由于1，2號備用布料機所在廠房屋面標高分別為22.000，27.000m，布料機高度太低將導致覆蓋面積不足，因此采用增加布料機立柱高度的方式保證布料范圍。

圖7 布料設備位置示意

5.5 混凝土水化熱控制

采用P·O42.5級核電水泥配制混凝土，水泥比表面積<350m2/kg，水泥堿含量檢測值為0.4%。粗骨料選用粒徑5～25mm及16～31.5mm級配碎石，堆積密度為1 510kg/m3。骨料中的針、片狀顆粒含量均≤8%，細骨料均采用Ⅱ區中砂。骨料級配良好，減少了水和水泥用量，降低了混凝土收縮性和泌水性。骨料堆場上方設置罩棚，使高溫季節骨料使用溫度得到控制。混凝土中摻入適量的Ⅰ級粉煤灰，以減少水泥用量，進而減少水化熱的產生。混凝土攪拌站安排專人管理混凝土配合比，準確計量，均勻攪拌，根據強度及性能嚴格控制混凝土坍落度。采用ZWL-A-Ⅱ型高效緩凝泵送劑，改善混凝土拌合物泵送性能，減小混凝土溫升，并降低水化熱釋放速度，延緩溫度峰值出現的時間。嚴格控制混凝土入模溫度，并設置3道溫度監測線，即分別在混凝土出機時、入泵前、入模前監測1次溫度，嚴格將入模溫度控制在25℃以內。在混凝土結構側面增加抗裂鋼筋，以有效提高混凝土抗裂能力，防止混凝土表面出現溫度裂縫，并選擇合理的時間段進行混凝土澆筑，避開高溫時段。

5.6 混凝土養護

混凝土采用保濕保溫養護，養護時間≥14d，具體時間可根據現場實際情況調整。對于水平施工縫區域混凝土的養護，在混凝土表面覆蓋2層麻袋片或無紡布，麻袋片或無紡布縱橫布置，搭接長度≥5cm。根據工期劃分穹頂混凝土養護階段，施工段1～5為第1階段，施工段6，7為第2階段，施工段8，9為第3階段，施工段10為第4階段。

第1階段養護措施主要為側面帶模養護，在混凝土表面覆蓋灑水養護，加強保溫及保濕措施。

由于第2階段工作量減小，且存在部分平行施工作業，施工工期明顯縮短，混凝土需提前拆模。現場采用涂刷養護劑及覆蓋無紡布的方式對混凝土側面進行養護。

第3階段施工內容為外層拉鉤綁扎和預埋件安裝等，工作量較小，施工工期為3d左右。為降低混凝土養護風險，采用帶模養護。

第4階段穹頂混凝土養護方式與樓板混凝土養護方式相同，進行覆蓋灑水養護。

為更好地控制大體積混凝土降溫速率，掌握降溫趨勢，設置溫度警戒值。當降溫速率達到警戒值時，啟動養護預警措施控制溫度，如加蓋塑料布和無紡布、將潮濕的養護材料替換為干燥的養護材料等。當現場風力較大時，避免混凝土側面熱量散失導致降溫速率過大，可在外殼模板背肋之間填充麻袋，也可利用防雨布包裹模板。

6 結語

華龍一號核電站內層安全殼穹頂采用半球形結構，穹頂區域鋼筋種類多、形狀復雜，模板支設難度大，混凝土裂縫控制難度大，為此對施工段進行優化。對鋼筋施工、模板施工、操作平臺設計與施工、混凝土澆筑與養護等進行詳細敘述，為適應穹頂坡度變化，不同施工段采用多種形式模板，并改變與模板相連的上層操作平臺節點連接方式。為保證結構具有防輻射性，需對穹頂混凝土裂縫進行控制，嚴格控制混凝土水化熱、養護溫度與時間等，保證混凝土澆筑質量。