核電站安全殼鋼襯里環吊牛腿安裝技術*

申 濤，朱銳卿，譚子泓，許志華

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

核電站安全殼鋼襯里環吊牛腿是重要的承載構件，用于支撐裝卸核燃料及設備用的環形吊車，核安全等級為2級，質保等級為Q1級。環吊牛腿上蓋板標高為38.840m，中心標高為38.155m，厚度為45mm；下蓋板、側面板厚度均為35mm，均為全熔透焊縫，牛腿效果如圖1所示。

圖1 環吊牛腿效果

通過牛腿安裝工藝實施，提高了鋼襯里牛腿安裝效率，為反應堆內環形吊車安裝提供了先決條件，保證了施工進度。鋼襯里環吊牛腿安裝施工已應用于廣東太平嶺核電站1號機組。

2 施工前準備

2.1 坡口加工

環吊牛腿與鋼襯里壁板連接處背板未進行坡口加工。環吊牛腿為水平運輸，由于水平支架高度較低，坡口加工困難，需翻身立起環吊牛腿。環吊牛腿進場驗收完成后，將其吊至臨時支架后進行坡口加工。

2.2 鋼襯里筒體壁板開孔

使用測量儀器在鋼襯里壁板上放出牛腿安裝十字中心線及頂面標高線，十字中心線長度應超出加厚板邊緣。放線結果檢驗合格后，在鋼襯里筒體壁板上畫出預切割線，進行預切割(預切割孔徑須小于加厚板尺寸但≥50mm)，預留≥50mm的二次切割余量。

為保證環吊牛腿安裝精度，用木制環吊牛腿樣板畫出環吊牛腿一次切割線，劃線前保證樣板與筒體壁板貼合且十字中心線與鋼襯里筒體壁板上十字線重合。

2.3 輔助吊耳

為便于環吊牛腿就位后的調整和組對，在環吊牛腿上部筒體壁板內側環向大角鋼位置焊接3個吊耳，視情況可在外側環向大角鋼上增加2個吊耳，環吊牛腿兩側距離埋板邊緣約500mm處焊接約3m長的工字鋼(不小于I14)，工字鋼與環吊牛腿上、下2根環向角鋼焊接，以供輔助就位時使用。

3 吊耳驗算

吊耳板厚≥20mm，四周滿焊，焊縫高8mm，牛腿按6t重計算，綜合牛腿在吊裝時的狀態，對各吊耳最大承載力進行核算。

1)吊耳1 吊耳1在正式吊裝時受力最大，拉力F1=30kN，剪力F2=8.1kN。在最不利狀態下的正應力σ=25N/mm2≤[σ]=205N/mm2，抗拉強度校核合格；剪應力τ=13.5N/mm2≤[τ]=120N/mm2，剪切強度校核合格。焊縫中的正應力σf=31.89N/mm2≤160N/mm2，剪應力τf=8.61N/mm2≤160N/mm2，σf和τf共同作用應力為33.03N/mm2≤160N/mm2。綜上，吊耳1焊縫和自身強度滿足安全使用要求。

2)吊耳2 吊耳2在吊裝就位后受力最大，拉力F1=15kN，剪力F2=1.85kN。在最不利狀態下的正應力σ=9.38N/mm2≤205N/mm2，抗拉強度校核合格；剪應力τ=2.32N/mm2≤120N/mm2，剪切強度校核合格。焊縫中的正應力σf=12.88N/mm2≤160N/mm2；剪應力τf=1.99N/mm2≤160N/mm2，σf，τf共同作用應力為13.04N/mm2≤160N/mm2。綜上，吊耳2焊縫和自身強度滿足安全使用要求。

3)吊耳3 吊耳3在吊裝就位后受力最大，拉力F1=10kN，剪力F2=9.37kN。在最不利狀態下的正應力σ=10N/mm2≤205N/mm2，抗拉強度校核合格；剪應力τ=18.74N/mm2≤120N/mm2，剪切強度校核合格。焊縫中的正應力σf=7.2N/mm2≤160N/mm2，剪應力τf=6.74N/mm2≤160N/mm2，σf，τf共同作用應力為9.87N/mm2≤160N/mm2。綜上，吊耳3焊縫和自身強度滿足安全使用要求。

吊耳3連接牛腿的工裝側邊主要受拉力和剪力，厚度按30mm計算，長度按40mm計算；工裝下部鋼板主要受剪力，厚度按30mm計算。工裝側邊在最不利狀態下的正應力σ=8.34N/mm2≤205N/mm2， 抗拉強度校核合格；剪應力τ=7.8N/mm2≤120N/mm2，剪切強度校核合格。工裝下部鋼板在最不利狀態下剪應力τ=8.33N/mm2≤120N/mm2，強度校核合格。

4)吊耳4 吊耳4在吊裝時受力最大，拉力F1=30kN， 正應力σ=12.5N/mm2≤205N/mm2，抗拉強度校核合格；焊縫中的正應力σf=18.6N/mm2≤160N/mm2。綜上，吊耳4焊縫和自身強度滿足安全使用要求。

5)吊耳5 吊耳5在吊裝就位后受力最大，剪力F1=30kN，拉力F2=12.5kN。在最不利狀態下的正應力σ=12.5N/mm2≤205N/mm2，抗拉強度校核合格；剪應力τ=60N/mm2≤120N/mm2，剪切強度校核合格。焊縫中的正應力σf=9N/mm2≤160N/mm2， 剪應力τf=21.6N/mm2≤160N/mm2，σf，τf共同作用應力為21.6N/mm2≤160N/mm2。綜上，吊耳5焊縫和自身強度滿足安全使用要求。

為防止吊耳受拉引起鋼襯里筒體壁板變形，在吊耳位置焊接3塊Q235B加強板(尺寸為200mm×200mm×10mm)，加強板與壁板間環縫采取滿焊，焊腳高6mm，焊后做100%VT，100%PT，吊耳與加強板焊接輔助環吊牛腿安裝。環吊牛腿安裝完成后去除吊耳，加強板作為永久性附件，表面涂刷油漆防腐，要求與鋼襯里壁板一致。環吊牛腿安裝用輔助吊耳如圖2所示。

圖2 環吊牛腿安裝用輔助吊耳

4 施工工藝

4.1 工藝流程

環吊牛腿驗收合格→環吊牛腿坡口加工→環吊牛腿安裝位置測量、放線→預切割鋼襯里筒體壁板→吊裝、就位→調整加勁板十字線與安裝中心十字線重合→加勁板與鋼襯里筒體壁板貼合→檢查、調整→沿加勁板邊緣劃線→二次切割鋼襯里筒體壁板→組對、點焊→焊接前檢查→焊接→焊后測量→焊縫檢驗→錨固鋼筋安裝。

4.2 環吊牛腿安裝

1)將環吊牛腿從外向內穿過鋼襯里筒體壁板預切割孔，利用掛在環吊牛腿上部環向角鋼處的手拉葫蘆及與兩側工字鋼相連的手拉葫蘆輔助環吊牛腿就位。

2)利用手拉葫蘆調整環吊牛腿位置及水平度，使加強板十字中心線與鋼襯里筒體壁板上十字線重合，利用鉤鐵或楔鐵鎖定環吊牛腿，使環吊牛腿加強板與筒體壁板貼合，然后進行準確的二次切割。邊切割邊調整對接縫隙，進行點焊組對。

3)環吊牛腿安裝過程中，需確保上蓋板板面與鋼襯里筒體壁板上環吊牛腿頂面標高線重合，同時環吊牛腿與鋼襯里筒體壁板點焊組對前，需將環吊牛腿上蓋板板面抄平并通過手拉葫蘆固定環吊牛腿。點焊組對后通過型鋼將環吊牛腿和鋼襯里筒體壁板上吊耳剛性固定，確保焊接過程中不因牛腿重力及施工外力、焊接應力引起環吊牛腿偏移。牛腿與鋼襯里環吊板焊接結束后，需對環吊牛腿上蓋板板面再進行測量，核對標高是否滿足水平度要求。

4)焊接前，環吊牛腿標高偏差較大需調整時，先使用絲杠連接吊耳3，5中間吊耳，兩側手拉葫蘆不動，當環吊牛腿調整至合適位置時，按順序在吊耳上焊接槽鋼對環吊牛腿進行固定，如后續還需調整，絲杠可予以保留。焊接后環吊牛腿標高偏差較大需調整時，使用絲杠調整，先拆除吊耳3中間吊耳與吊耳5中間吊耳連接的槽鋼，換成絲杠，然后拆除兩側槽鋼，通過絲杠將環吊牛腿調整至合適位置后，再按順序使用槽鋼對環吊牛腿進行固定，如后續還需調整，絲杠可予以保留。

5)為防止環吊牛腿在自重作用下導致其現場焊縫區域的筒體壁板變形，組對完成后，利用型鋼將鋼襯里筒體壁板上的吊耳與牛腿上蓋板兩側端頭及中間吊耳3焊接固定(外側吊耳2連接好，環吊牛腿內側手拉葫蘆保持受力狀態，先拆除環吊牛腿單側吊耳1與吊耳5連接的手拉葫蘆，拆除完成后使用型鋼將單側吊耳5與牛腿上蓋板側邊焊接固定，固定好后拆除另一側吊耳1與吊耳5連接的手拉葫蘆，同樣焊接固定后，拆除吊耳3與中間吊耳5連接的手拉葫蘆后，使用型鋼將中間吊耳5與環吊牛腿吊耳3焊接固定，如圖3，4所示)。上述焊縫滿焊，焊腳尺寸≥6mm，直至安全殼混凝土標高超過牛腿上表面標高再去除型鋼支撐。

圖3 牛腿焊接完成后加固示意

圖4 牛腿焊接完成后加固吊耳分布

6)環吊牛腿焊接過程中，在其上蓋板設置5個測量點(見圖5)，監控牛腿標高和平整度，可在上蓋板上放置水平尺監控平整度，如出現超差情況，停止施工，校正后，根據需要添加加固型鋼固定后，方可繼續作業。

圖5 環吊牛腿上蓋板測量位置示意

7)每個環吊牛腿粘貼6個反射片(筒壁4個，端頭2個)，變形觀測階段要出內部測量報告，報告要體現內安全殼混凝土澆筑及氣候條件等情況。觀測點位置如圖6所示。

圖6 環吊牛腿觀測點位置示意

8)環吊牛腿安裝過程中，盡可能將多個環吊牛腿通過型鋼連接成為一個整體，如圖7所示，起到穩固環吊牛腿位置作用，避免牛腿受焊接收縮變形的影響(使用不小于[10與牛腿側板焊接，不得與環吊牛腿上蓋板焊接，槽鋼端部距牛腿邊緣≥50mm，剪刀撐位于環吊牛腿中部操作平臺上方)。

圖7 環吊牛腿間連接示意

9)環吊牛腿焊接完成后，安裝背部錨固鋼筋(根據施工條件，錨固鋼筋亦可先安裝)。

4.3 吊裝

為防止環吊牛腿在重力作用下使筒體壁板嚴重變形，對牛腿進行分組安裝。

將環吊牛腿平穩起吊提升至地上40m左右的高度，旋轉至環吊牛腿安裝方位，由外向內送進筒體壁板預開的安裝孔中。吊送過程中，塔式起重機緩慢起落、回轉，通過細微調整，使加強板與筒壁孔間距達到最小，然后利用環吊牛腿吊耳3，5的手拉葫蘆(5t及以上)連接，用手拉葫蘆緩慢向里懸拉，待手拉葫蘆受力后，吊耳1與塔式起重機連接的鋼絲繩卸鉤，同時緩慢收緊環吊牛腿背面手拉葫蘆至正確位置。當環吊牛腿兩側吊耳1伸至鋼襯里內部后，吊耳1及時與掛在筒體壁板內側的2個手拉葫蘆(≥3t)連接，同時緩慢收緊手拉葫蘆，直至手拉葫蘆完全受力為止。吊耳4，2利用鋼絲繩連接固定后，塔式起重機與吊耳4連接的鋼絲繩卸鉤，然后用手拉葫蘆對牛腿做細微調整(提升時應檢查有無卡位，并禁止強制提升手拉葫蘆)，吊裝就位完成，如圖8所示。

圖8 環吊牛腿就位后側面示意

5 安裝措施

1)采取在鋼襯里內壁及外側環向角鋼上加設吊耳，在筒體8層上口環向角鋼處鋼襯里內壁焊接3個吊耳，外側環向角鋼上焊接2個吊耳，吊耳位置盡量靠近環向角鋼與豎向角鋼交匯處(可在吊耳兩側焊接靠板，加強吊耳強度，防止吊耳變形)。可根據需要，在筒體8層上口內側的適當位置增加1圈臨時角鋼，防止筒體壁板在環吊牛腿重力作用下變形，待混凝土標高超過環吊牛腿后，拆除該角鋼，對拆除角鋼的位置進行100%VT，100%PT。

環吊牛腿屬于偏心受力構件，彎矩較大，可能使環吊牛腿區域筒體壁板產生局部波浪變形，環吊牛腿就位后利用手拉葫蘆將牛腿吊耳4與上方筒體壁板外側環向角鋼吊耳相連，抵消環吊牛腿部分偏心力，盡量達到力矩平衡。

2)根據施工需要，為輔助環吊牛腿就位，在其兩側焊接2根工字鋼(距離牛腿邊緣約500mm)，工字鋼與牛腿上、下2根環向角鋼焊接。在環吊牛腿背部點焊2條長約300mm工字鋼，在兩側工字鋼上開孔(開孔位置與環吊牛腿背部工字鋼在同一水平線上)，利用鋼絲繩繞過環吊牛腿背部工字鋼(鋼絲繩采用防護措施隔開)，鋼絲繩兩端連接手拉葫蘆，手拉葫蘆連接在兩側工字鋼上，緩慢收緊手拉葫蘆，輔助環吊牛腿就位。也可在下方環向大角鋼上開孔或焊接吊耳，在環吊牛腿下部焊接1根長約300mm工字鋼，用手拉葫蘆連接，緩慢收緊手拉葫蘆，輔助環吊牛腿就位。

兩側工字鋼上開孔可根據現場實際情況選擇正面或側面。根據現場調整需求，可適當增加與手拉葫蘆接觸的工字鋼和手拉葫蘆。

3)環吊牛腿安裝前或安裝焊接過程中，如果出現較大變形及偏差，可根據實際需要利用手拉葫蘆等工裝進行校正。可考慮在內安全殼混凝土設置埋件，焊接型鋼支撐柱，利用手拉葫蘆調整環吊牛腿，待其位置滿足要求后，在立柱上焊接型鋼將環吊牛腿固定，該措施可作為永久性埋件處理。拉設位置需考慮變形位置。

6 現場測量結果分析

根據設計文件要求，理論標高為38.840m，理論半徑為21.669m。環吊牛腿安裝完成后，半徑公差為 ±50mm， 上部水平板公差為±25mm，此外，上部水平板所有測點在2個間隔15mm的水平面之間。實踐表明，環吊牛腿安裝完成后的偏差滿足設計要求。環吊牛腿安裝完成后偏差如表1所示。

表1 環吊牛腿安裝完成后偏差

7 結語

采取合理的環吊牛腿吊裝順序及相關輔助措施，有效減少了牛腿安裝完成后鋼襯里筒體壁板變形，提高了環吊牛腿安裝效率，保證了工程建設質量，節約了工程成本。