核島反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里雙曲面弧形穹頂拼裝及吊裝技術(shù)*

蔡 彪，劉 軍，李 斌，汪宇雄，張紅紅

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

廣西防城港“華龍一號”核島反應(yīng)堆廠房安全殼鋼襯里由底板、截錐體、筒體、穹頂組成，穹頂是安全殼鋼襯里的封頂部分，由內(nèi)半徑30m的上部球缺和內(nèi)半徑8m的下部球帶組成，其中球缺高度為 7 439.6mm， 球帶高度為6 021mm，標(biāo)高為45.445～58.905 6m，穹頂下口內(nèi)徑為45m，與鋼襯里筒體上口焊接連接。穹頂為由6mm厚鋼板、預(yù)埋件及焊接在外側(cè)的角鋼、焊釘組成的帶肋雙曲面殼體。

穹頂重221.3t，吊裝總重260.45t(包括結(jié)構(gòu)自重和內(nèi)部管道自重、調(diào)重心配重、外走道平臺、吊索具、吊鉤、桿頭至吊鉤間鋼絲繩自重等)；吊點(diǎn)13個，沿直徑41 968mm圓周均勻分布。穹頂采用一次性整體吊裝工藝，即穹頂預(yù)制塊在車間預(yù)制成型后，在現(xiàn)場拼裝成整體，并安裝內(nèi)部各工藝管道，使用大型履帶式起重機(jī)一次性整體吊裝就位。穹頂三維模型如圖1所示。

圖1 穹頂三維模型

2 施工工藝流程

穹頂拼裝工藝流程為：場地準(zhǔn)備→定位放線→穹頂板吊裝就位→測量調(diào)整→余量切割→焊縫組對→焊接→無損檢測→幾何尺寸檢查→下一層拼裝。吊裝工藝流程為：吊裝前準(zhǔn)備、檢查→掛吊索具→穹頂試吊→穹頂下口水平度調(diào)整→剎車調(diào)試→穹頂正式吊裝→穹頂起升→穹頂起升后回轉(zhuǎn)→起重機(jī)緩慢落鉤→調(diào)整就位→固定穹頂→摘鉤、起重機(jī)回轉(zhuǎn)、收車。

3 施工技術(shù)

3.1 穹頂現(xiàn)場拼裝

3.1.1拼裝場地準(zhǔn)備

1)根據(jù)施工平面布置圖中確定的穹頂拼裝場地定位坐標(biāo)，清理出1塊以此坐標(biāo)為中心、半徑為24m的圓形場地。按場地布置圖設(shè)置2條人員、機(jī)具及材料等進(jìn)出通道，具體位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置。在預(yù)埋板上放出穹頂頂點(diǎn)投影點(diǎn)和定位角度投影十字線作為穹頂拼裝定位的基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線，每層分塊尺寸放出分層截面圓周投影線和分塊角度投影線。

2)根據(jù)穹頂拼裝需求，按鋼襯里穹頂腳手架施工方案搭設(shè)腳手架。

3.1.2第1層穹頂板拼裝

1)穹頂拼裝前，放出穹頂頂點(diǎn)投影十字線和定位角度線，作為穹頂拼裝定位的基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線；應(yīng)放出各層穹頂板環(huán)向、縱向焊縫線和所有預(yù)埋件在場地上的投影線。

2)在牛腿上部放出R=22 500mm的圓周線，并將限位板點(diǎn)焊固定于圓周線兩側(cè)(限位板數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整)。

3)利用圓周上的角鋼預(yù)埋件架設(shè)第1層穹頂可調(diào)支撐。

4)搭設(shè)好豎向焊縫用走道、上口調(diào)整和環(huán)向焊縫焊接用走道，綁扎牢固并防滑，視現(xiàn)場情況鋪設(shè)安全網(wǎng)。

5)按設(shè)計(jì)圖紙排版，吊裝第1層穹頂板至對應(yīng)位置。

6)由穹頂?shù)跹b方案可知，穹頂現(xiàn)場拼裝完成后，起重機(jī)起吊至反應(yīng)堆廠房上方過程中，跟隨起重機(jī)大臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動約101°。即若穹頂現(xiàn)場拼裝角度與反應(yīng)堆廠房現(xiàn)場施工角度一致，則起重機(jī)吊裝穹頂至反應(yīng)堆上方時(shí)，本體需逆時(shí)針轉(zhuǎn)動約101°才能就位。為避免穹頂就位因轉(zhuǎn)動角度過大造成施工困難，在現(xiàn)場提前逆時(shí)針轉(zhuǎn)動101°進(jìn)行拼裝。

7)利用牛腿上限位板和楔鐵調(diào)整穹頂板下口內(nèi)側(cè)與R=22 500mm的圓周線重合；同時(shí)，將無余量的一側(cè)調(diào)整至與地面分塊角度線重合，采用可調(diào)支撐調(diào)整好上口標(biāo)高和半徑，利用線墜或全站儀檢查。

8)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇吊裝順序，第2塊穹頂板無余量一側(cè)搭接在第1塊穹頂板有余量一側(cè)上方。采用與第1塊穹頂板相同的方法調(diào)整第2塊穹頂板下口與上口及定位角度符合要求后，再用相同方法吊裝就位其他板，依次搭接，并做好臨時(shí)加固。

9)待整層穹頂板就位后，再整體測量調(diào)整，調(diào)整至半徑、角度線、標(biāo)高均符合要求。

10)就位符合要求后，開始豎向焊縫(伸縮縫除外)余量切割并組對，從外側(cè)沿每塊板無余量一側(cè)與相鄰板搭接線進(jìn)行切割，單塊分塊板余量切割完成后，即可進(jìn)行組對、焊接作業(yè)。

11)穹頂?shù)?層拼接縫在穹頂板整體就位、組對完成后進(jìn)行焊接，預(yù)留的2條伸縮縫最后焊接。

12)焊縫無損檢驗(yàn)合格后，組對、焊接焊縫兩側(cè)豎向和環(huán)向的連接角鋼。

3.1.3第2層穹頂板拼裝

1)使用測量儀器定位出第1層穹頂上口理論線，并取多點(diǎn)測量第1層穹頂上口半徑值，沿理論線相隔一定間距點(diǎn)焊鉤鐵。

2)搭設(shè)好第2層穹頂板的支撐塔架、可調(diào)支撐、豎向焊縫焊接走道、上口調(diào)整和環(huán)向縫焊接用走道，各塔架間用腳手管加固和支撐。

3)按設(shè)計(jì)圖紙排版，依次吊放第2層穹頂板，吊裝順序同第1層，下口搭接在第1層上口。以第1層上口的鉤鐵定位，上口支撐在塔架可調(diào)支撐上。

4)組對和焊接豎向焊縫，方法同第1層。

5)豎向焊縫(伸縮縫除外)點(diǎn)焊組對完成后，調(diào)整、組對與第1層的環(huán)向焊縫。以第2層下口為基準(zhǔn)，切割第1層的上口余量，利用間隙板調(diào)節(jié)上、下2層穹頂板間的間隙，對環(huán)向焊縫間隙進(jìn)行細(xì)調(diào)。經(jīng)檢查合格后，開始組對與第1層的環(huán)向焊縫，環(huán)向焊縫以伸縮縫旋轉(zhuǎn)90°后的拼接立縫處為初始起點(diǎn)，向兩側(cè)逆時(shí)針或順時(shí)針點(diǎn)焊(伸縮縫左、右各預(yù)留1 500mm環(huán)向焊縫不焊接)。

6)測量及調(diào)整該層穹頂板半徑、周長，根據(jù)實(shí)際情況對伸縮縫處弧長余量進(jìn)行切割。

7)弧長余量切割后，組對伸縮縫、預(yù)留縫進(jìn)行焊接施工。

8)其余施工步驟與第1層方法相同。

3.1.4第3，4層穹頂板拼裝

第3，4層穹頂板拼裝方法同第2層，第4層拼裝完成后，吊裝直徑3.0m圓蓋，與第4層進(jìn)行組對焊接。

3.1.5穹頂預(yù)埋件安裝

1)穹頂拼裝完成后，組裝和焊接穹頂上預(yù)埋件。

2)安裝預(yù)埋件前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诘孛嫔戏懦鲱A(yù)埋件定位中心在下口水平截面的投影點(diǎn)，再用全站儀投射至穹頂板上。

3)在預(yù)埋件上標(biāo)出十字線，作為裝配時(shí)的定位軸線，加強(qiáng)板中心線及穹頂板上2條中心線對齊。組對完成后按合格的焊接工藝施焊。

3.1.6穹頂?shù)醵惭b

1)穹頂?shù)醵?3個，穹頂整體拼裝完成后進(jìn)行吊耳組對焊接。

2)根據(jù)穹頂?shù)醵贾脠D，確定吊耳安裝位置，并在相應(yīng)位置放出吊耳加勁板定位線。

3)組對并檢查合格后，嚴(yán)格按焊接工藝卡的要求焊接穹頂?shù)醵鷺?gòu)件并檢測合格。

3.2 穹頂?shù)跹b

3.2.1穹頂?shù)跹b前防碰撞檢查

為保證穹頂?shù)跹b順利進(jìn)行，在吊裝前，采用三維模擬對穹頂進(jìn)行了防碰撞檢查。穹頂?shù)跹b前，內(nèi)部風(fēng)管、噴淋管已安裝，環(huán)吊已就位(就位角度145°)，三維建模模擬穹頂就位過程進(jìn)行穹頂安裝物項(xiàng)與環(huán)吊防碰撞檢查。根據(jù)計(jì)算，穹頂最大偏移量為398mm。檢測分為3類。

1)第1類 穹頂與已安裝物項(xiàng)距離<500mm，吊裝時(shí)有碰撞風(fēng)險(xiǎn)，共1處。環(huán)吊主小車電纜滑軌立柱高46.818m，理論距離噴淋管341mm，距離安全殼550mm。措施：拆除電氣梁兩端立桿及相應(yīng)軌道。

2)第2類 穹頂與已安裝物項(xiàng)距離為500～1 000mm， 吊裝時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注，共2處。環(huán)吊主小車端部欄桿距穹頂最小理論間距796mm；措施：環(huán)吊吊裝前，將主小車安放在靠中心位置。EUH支架與環(huán)吊中央拱架檢修爬梯最小間距903mm；措施：吊裝時(shí)環(huán)梁上設(shè)置專人值守。

3)第3類 距離>1 000mm，滿足吊裝安全理論距離要求，共5處。中央拱架與中央滑環(huán)理論最小間距1 387mm;上、下拱架直爬梯與管道理論最小間距1 979mm;拱架欄桿與管道理論最小間距 1 948mm； 風(fēng)管與拱架欄桿理論最小間距1 158mm(異形位置)，1 595mm；自備檢修拱架與穹頂理論最小間距1 556mm。

3.2.2吊索具連接

吊索具使用前要進(jìn)行相應(yīng)的荷載試驗(yàn)和無損檢測，檢查是否存在裂紋等安全隱患，保證吊索具安全使用。吊索具驗(yàn)收通過后，進(jìn)行連接工作。先連接中間部分索具，后連接吊鉤，最后連接吊索具與穹頂。

鋼絲繩類索具須做好成品保護(hù)工作，須在鋼絲繩下方鋪設(shè)帆布等與地面隔離。索具須按對稱掛設(shè)的原則實(shí)施，如圖2所示。

圖2 索具掛設(shè)示意

3.2.3模擬吊裝

起重機(jī)通過模擬正式吊裝時(shí)的動作，來反映吊裝的合理性，并驗(yàn)證吊裝時(shí)各構(gòu)筑物與鋼襯里穹頂、起重機(jī)安全距離是否滿足要求，總結(jié)過程中出現(xiàn)的問題和不足，并及時(shí)修正或完善。

3.2.4試吊裝

模擬吊裝完成后，將吊索具吊起并與鋼襯里穹頂?shù)醵B接，緩慢起吊，起重機(jī)負(fù)荷達(dá)2 000kN左右時(shí)，停止起吊，再次檢查并確認(rèn)除索具、調(diào)平配重、防擺配重之外的其他所有連接是否已全部拆除。繼續(xù)加載，當(dāng)穹頂完全離開支撐點(diǎn)后，停止提升，確認(rèn)穹頂穩(wěn)定后，解除穹頂與8塊防擺配重的連接。再次緩慢起升，使穹頂下口離開支撐點(diǎn)500mm后停止提升，測量穹頂下口水平度，用鋼板尺測量穹頂下口各點(diǎn)與其下方支撐點(diǎn)之間的距離，若距離之差>300mm，則需要通過增減配重的方法對穹頂進(jìn)行調(diào)平，待穹頂下口高差<300mm停止調(diào)平。

起重機(jī)在1m高度內(nèi)進(jìn)行起升和下降，調(diào)試剎車。剎車調(diào)試完成后，如各項(xiàng)條件允許可進(jìn)行正式吊裝；若條件不允許則在每個支撐面上墊木方后將穹頂落回原位，起重機(jī)保持500kN受力狀態(tài)停止動作，并實(shí)時(shí)隔離吊裝現(xiàn)場，等待下一步吊裝指令的下達(dá)，試吊結(jié)束后，對主吊耳與角鋼焊縫進(jìn)行目視檢查和液體滲透檢測。

3.2.5正式吊裝

1)起重主指揮在接到起吊指令后，向起重機(jī)操作員發(fā)布起吊信號，起重機(jī)操作員鳴笛3聲后開始起鉤。

2)穹頂起升至下口離地0.5m時(shí)，保持靜置，待穹頂狀態(tài)穩(wěn)定后繼續(xù)起升。

3)開始起吊時(shí)，起重主指揮在地面指揮，在起重機(jī)完成起升穹頂下口離地15m高度時(shí)，起重主指揮將指揮權(quán)移交給內(nèi)安全殼標(biāo)高44.470m平臺輔助指揮，通過通道向平臺進(jìn)行轉(zhuǎn)移，到達(dá)平臺后，輔助指揮將指揮權(quán)移交給起重主指揮。

4)穹頂下口起升至高度63.000m，起重機(jī)開始順時(shí)針回轉(zhuǎn)101°。

5)當(dāng)穹頂回轉(zhuǎn)至核島正上空時(shí)停止回轉(zhuǎn)，以環(huán)吊中央拱架上的輔助指揮判斷為依據(jù)，初步調(diào)整穹頂中心與核島中心位置。站在環(huán)吊拱架上的輔助指揮監(jiān)護(hù)整個過程。

6)起重機(jī)緩慢落鉤，當(dāng)穹頂下口距離筒體壁板上口4m時(shí)停止下降，再次調(diào)整穹頂中心與核島中心位置。

7)起重機(jī)繼續(xù)緩慢落鉤，當(dāng)穹頂下口距離筒體壁板上口1.5m時(shí)停止下降，檢查穹頂就位時(shí)用于調(diào)整的千斤頂位置準(zhǔn)確無誤，固定完好。

8)微調(diào)穹頂位置，使穹頂下口與筒體壁板上口對中，使用輔助工裝確保穹頂通過導(dǎo)向柱準(zhǔn)確落位在筒體壁板正上方。

9)起重機(jī)繼續(xù)緩慢落鉤至穹頂下口與筒體壁板上口相距300～500mm時(shí)，掛上輔助就位用的倒鏈，確保穹頂通過導(dǎo)向柱準(zhǔn)確落位在筒體壁板正上方。

10)起重機(jī)繼續(xù)緩慢落鉤的同時(shí)利用倒鏈來調(diào)整穹頂位置，倒鏈上端與穹頂下口環(huán)向角鋼上的吊耳連接，倒鏈下端與預(yù)埋件上的吊耳連接，使穹頂下口滑入徑向限位內(nèi)，穹頂上的環(huán)向限位與筒體上的環(huán)向限位貼合。

11)起重機(jī)繼續(xù)緩慢落鉤，當(dāng)距離壁板上口100mm時(shí)停止下降，檢查并確認(rèn)各點(diǎn)是否均在徑向限位內(nèi)，環(huán)向限位是否完全貼合，若錯邊量較大，穹頂無法順利進(jìn)入徑向限位，摘鉤前可使用千斤頂進(jìn)行輔助調(diào)整。

12)檢查并確認(rèn)無誤后，繼續(xù)緩慢落鉤，使穹頂逐漸與筒體9層壁板上的間隙調(diào)節(jié)板接觸，穹頂落在臨時(shí)支撐千斤頂上后，檢查、調(diào)整每臺千斤頂使其完全受力，此時(shí)起重機(jī)吊鉤未完全解除受力，應(yīng)保持至少50%的受力。

13)檢查支撐千斤頂，保證均完全受力后，起重機(jī)落鉤，拆除吊索具與吊耳的連接，在輔助指揮確認(rèn)后，起重主指揮指揮起重機(jī)回轉(zhuǎn)、收車。

4 結(jié)語

穹頂拼裝及吊裝施工中，穹頂拼裝場地未發(fā)生牛腿沉降、偏移等問題，其平面度偏差、承載力及穹頂腳手架支設(shè)滿足穹頂拼裝過程中所需的安全、質(zhì)量要求，穹頂拼裝順利進(jìn)行；在反應(yīng)堆廠房穹頂?shù)跹b過程中，指揮系統(tǒng)有條不紊，穹頂起吊平穩(wěn)牢固，整個吊裝過程中，穹頂?shù)跹b系統(tǒng)與障礙物之間的安全距離滿足要求。核島安全殼穹頂在拼裝和吊裝過程中，質(zhì)量一直處于受控狀態(tài)，同時(shí)為施工進(jìn)度提供了有力保障。