核電站非能動水箱模塊化施工技術*

劉貴川，劉 軍，汪宇雄，曲殿英，李 求

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

HPR華龍一號核電站BRX反應堆廠房非能動水箱懸掛于外安全殼外側(見圖1)，并按環向布置，屬于二次側非能動余熱排出系統，其功能為在發生全廠斷電事故時，降低一回路的溫度和壓力，是核安全屏障的重要組成部分。該水箱理論存水量約3 300m3，能夠滿足事故后72h一回路熱量排出要求。

非能動水箱內部不銹鋼鋼覆面工程量約250t，該領域鋼覆面通常采用后貼工藝，結構施工完畢后，首先對鋼覆面鋪貼結構面進行鑿毛、清理、安裝后貼鋼覆面龍骨、抹灰，待抹灰面養護完成后進行鋼覆面后貼，施工期間需大量動火作業和探傷作業。首次采用模塊化工藝，將非能動水箱不銹鋼后貼鋼覆面分割為20個不銹鋼模塊，單個模塊尺寸為8.25m(7.35m)×2.85m×6.9m(長×寬×高)，單重約11t，內部防變形支撐約5t，模塊之間設置混凝土分隔墻，通過上、下連通管連通，如圖2所示。模塊可提前按計劃預制，現場吊裝，然后施工剩余結構。不銹鋼模塊同時作為水箱墻體及安全殼墻體內側模板，在水箱底板施工并達設計強度后吊裝，其底部與水箱底板之間填充灌漿料。

模塊化工藝相比傳統工藝節省了不銹鋼后貼鋼覆面施工等待時間，可縮短5～6個月工期，可創造良好的經濟效益，但仍存在模塊變形量大、模板難以加固等問題，本文主要針對該類問題進行研究。

2 研究方法

2.1 不銹鋼模塊超差風險研究

在混凝土澆筑階段，不銹鋼模塊作為水箱墻體內側模板，將直接承受混凝土澆筑過程產生的側壓力。同時，混凝土澆筑過程中，模塊四周混凝土面存在一定高差，從而產生方向不確定的浮力。模塊在側壓力和浮力作用下可產生扭曲變形，存在局部變形超差和位移超差風險。

墻體混凝土澆筑前，使用灌漿料填充模塊底部與結構底板之間的縫隙，研究底部灌漿對不銹鋼模塊底板變形的影響。

墻體混凝土澆筑過程中，研究混凝土澆筑速度對模塊壁板變形的影響，通過精準傳感器實時監測模塊壁板變形情況，動態調整混凝土澆筑速度。

墻體混凝土澆筑完成后，通過對比混凝土澆筑前、后模塊頂部測點坐標，研究墻體混凝土澆筑對模塊偏移的影響。

2.2 墻外側大模板位移超差風險研究

在混凝土澆筑階段，墻外側使用鋼木大模板，通過對拉方式與內側模塊對拉，由于模塊發生位移及變形，可能使與之對拉的大模板出現類似位移風險，本文通過對比混凝土澆筑前、后大模板頂部測點坐標變化，研究墻體混凝土澆筑、模塊變形等對大模板整體穩定性及位移的影響。

3 模擬施工

3.1 模擬件組成

模擬選取非能動水箱結構的一段，包括1個不銹鋼模塊、模塊四周墻體等(見圖3)，進行1∶1模擬施工研究。不銹鋼模塊內部根據其背楞分布，設置防變形支撐(見圖4)。模塊外側部分背楞開孔，用于后續與外環墻大模板對拉。

非能動水箱模擬施工主要流程為：非能動水箱底板施工及處理→不銹鋼模塊吊裝→不銹鋼模塊底部灌漿→非能動水箱墻體(包括外殼墻)施工→非能動水箱頂板施工→不銹鋼模塊內部架體拆除。

3.2 施工要點

1)底板灌漿

根據設計圖紙，單個模塊底部灌漿長約8.5m、寬約3.1m、厚約135mm，灌漿面積及灌漿量均較大，模擬施工從縮小灌漿區域及調整灌漿厚度方面進行優化，同時在灌漿層外側設冠梁，免去后續外側支模。

針對灌漿區域尺寸，充分利用模塊底部徑向槽鋼形成分格區域，模塊吊裝后，模塊底部徑向背楞之間形成獨立灌漿區域，可將單次灌漿區域尺寸縮小至約0.8m×3.1m。

根據灌漿厚度，單個模塊整體灌漿可分兩階段進行，第1階段為模塊吊裝前，澆筑1層厚約60mm同強度混凝土或砂漿，表面進行適當拉毛處理；第2階段為不銹鋼模塊吊裝后，按分格區域進行剩余約75mm厚灌漿。

2)模塊與墻體外側大模板對拉加固

墻體外側使用鋼木大模板，內側直接使用不銹鋼模塊作為側模，內、外側模板通過高強對拉螺栓對拉。

3)墻體混凝土澆筑

墻體混凝土沿不銹鋼模塊順時針方向環形澆筑，四面墻體混凝土相對高差控制在500mm以內。混凝土澆筑速度隨變形控制需求隨時調整，并記錄。

4 結果分析

4.1 不銹鋼模塊底部灌漿對底板變形的影響

不銹鋼模塊底部灌漿完成后，模塊底板出現局部凸起、空鼓現象。根據分析，采用重力式灌漿方案，灌漿壓力較小，不足以使鋼板產生較大變形或凸起。對于局部空鼓問題，灌漿完成后，灌漿料液面應在同一標高，空鼓應為底板本身向上凸起超過灌漿料液面標高所致。因此，經綜合分析，應為模塊預制時焊接變形較大，局部有凹凸，使灌漿后底板出現局部凸起、空鼓現象。

經現場實測，局部凸起最大值為22mm，小于設計允許變形值，可知灌漿對底板變形的影響可忽略。

4.2 混凝土澆筑過程對模塊側壁變形的影響

當第1層墻體混凝土未澆筑時，不銹鋼模塊四周未形成有效約束，模塊變形或位移風險大。當第2層墻體混凝土澆筑時，第1層墻體混凝土強度已達設計強度，可有效約束不銹鋼模塊，模塊變形或位移風險小。因此，僅采集第1層墻體混凝土澆筑時的相關數據。

混凝土澆筑過程中，將監測傳感器安裝在不銹鋼模塊側壁上，通過數據線外接設備進行實時變形監測。當頂部、中部、底部監測點變形接近或超過變形預警值時，調低混凝土澆筑速度，以減小監測點實時變形，實測混凝土澆筑速度<1.0m/h。

由于混凝土澆筑過程中，水箱底部受混凝土擠壓，會產生內縮變形，而中部測點處于混凝土澆筑面位置，受混凝土擠壓作用較小，同時水箱底部的向內變形使水箱側面產生翹曲，導致中部測點發生向外膨脹的變形，如圖5所示。整個混凝土澆筑過程中模塊側壁位移變化量較小，最大位移為4.2mm，出現在側壁中部，遠小于設計允許值。

4.3 混凝土澆筑完成后模塊整體偏移

將不銹鋼模塊頂部4個角點設為監測點(見圖6)，使用全站儀測量混凝土澆筑前、后角點坐標，得到混凝土澆筑完成后模塊整體偏移量，如圖7所示。

當混凝土澆筑速度控制在<1.0m/h時，不銹鋼模塊整體偏移量最大值為6.7mm，不銹鋼模塊大致沿順時針方向偏移，與混凝土澆筑方向基本一致，偏移量整體滿足設計允許偏差要求。

4.4 混凝土澆筑完成后墻體外側大模板穩定性及偏移

混凝土澆筑前，選取模板頂部16個點作為監測點(見圖8)，使用全站儀測量混凝土澆筑前、后坐標，得到墻體外側大模板偏移量，如圖9所示。

混凝土澆筑過程中，墻體外側大模板整體狀態穩定，當混凝土澆筑速度控制在<1.0m/h時，監測點5，15處于不銹鋼模塊開孔位置，偏移量稍大，開孔位置為相鄰模塊連通管焊接管口，無須支設模板，因此不考慮該處偏移量；其余監測點混凝土澆筑前、后最大偏移量均<10mm，滿足設計允許偏差要求，墻體外側大模板偏移方向大致與不銹鋼模塊偏移方向一致。

5 結語

1)相比于傳統工藝，模塊化工藝將不銹鋼后貼鋼覆面優化為若干獨立不銹鋼模塊，在混凝土澆筑前吊裝，作為后續墻體混凝土澆筑時的側模，省去墻體模板安拆和墻面鑿毛、清理、抹灰等工序，減少了大量材料倒運，縮短了工期。

2)不銹鋼模塊底部灌漿按分層和分格施工，可有效保障灌漿質量，同時可有效控制模塊底板變形。

3)不銹鋼模塊側壁作為墻體內側模板，通過與墻體外側模板對拉加固后，確保混凝土澆筑時內、外側形成對拉受力，可有效減小混凝土側壓力對模塊側壁變形的影響。根據實測，當混凝土澆筑速度<1.0m/h時，側壁最大變形量<4.5mm，滿足設計允許偏差要求。

4)根據實測，當混凝土澆筑速度<1.0m/h時，不銹鋼模塊水平方向最大偏移5.4mm，豎向最大偏移6.7mm，滿足設計允許偏差要求。

5)墻體外側大模板與內側模塊對拉加固，受模塊偏移影響，大模板存在一定偏移，最大偏移量<10mm，滿足設計允許偏差要求。