核電站大尺寸薄壁鋼襯里底板施工技術*

蔡 彪，劉 軍，李 斌，汪宇雄

(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是核島最后一道安全防線，主要功能是在核電站運行期間防止外界環境對內部設施產生影響，并在失水事故后包容放射性釋放物。其質量直接影響核島土建施工周期和核電站使用過程中的安全性、可靠性及使用壽命。

華龍一號鋼襯里由底板、截錐體、筒體和穹頂組成。底板整體形狀為直徑43.618m的圓形板，材質為P265GH，如圖1所示。此圓形板分為3部分：①外邊緣直徑為43.618m、內邊緣直徑為15m、標高為-7.800m、厚6mm的環形板及連接底板與厚30mm的截錐體(變厚度)的環形加強節；②直徑為15m、標高為-7.005m、厚10mm的圓形板；③高0.75m、上口標高-7.050m、下口標高-7.800m、直徑為15m、厚10mm的圓筒形結構及連接外環與厚30mm內圓(漸變厚度)的環形加強板，底部設置有支撐及檢查槽。

底板標高為-7.800m，其中，中心凸臺主要由豎板、頂部加強節和頂板組成，豎板高400mm，厚10mm，安裝在底板內環加強板上端，頂部加強節安裝在豎板上端，頂板為半徑7.325m的圓板，厚10mm，安裝標高為-7.050m。薄鋼板焊接變形大，平整度控制要求嚴格，要求在20mm/2m內，底板焊縫質量要求高，進行100%射線檢測。通過采取合理的焊接工藝及防變形措施，最終焊縫質量和平整度均滿足設計要求。

圖1 鋼襯里及底板示意

2 施工工藝流程

2.1 底板預制

1)6，10mm底板預制流程 制作圖→領料→放線下料→標識移植→板邊修直→坡口清理→無損檢測(若需要)→車間預制組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查→編號存放→車間拼裝場地預制組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查→編號存放→現場拼裝場地預制組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查。

2)角部加強板預制流程 制作圖→領料→放線下料→標識移植→坡口加工→無損檢測→彎曲成型→預制拼接組對→焊接→校正→無損檢測→尺寸檢查→編號存放。

3)中心凸臺豎板預制流程 制作圖→領料→放線下料→標識移植→坡口加工→無損檢測→彎曲成型→編號存放。

2.2 底板安裝

安裝流程：施工準備→混凝土面標高檢查→鋼襯里底板定位放線→底板模塊吊裝就位→組對→余量切割→焊前打磨→鋪設配重→焊接→焊縫無損檢測→整體幾何尺寸檢查。

3 施工技術

3.1 底板預制

3.1.1檢查槽及底板支撐制作

1)檢查槽和外環支撐采用空心型鋼□160×80×8，底板支撐為∟125×80×8。檢查槽、外環支撐和底板支撐角鋼采用型材切割機進行下料，切割完成后對切口位置的毛刺和飛邊進行打磨清理。

2)底板支撐下料完畢后，在短肢邊放出膨脹螺栓孔的定位十字軸線，進行鉆孔。

3)外環支撐單根長度為0.58m，可一次切割成型。檢查槽最大長度為37.5m，受空心型鋼采購的單根長度所限，檢查槽需進行拼接。空心型鋼上表面及拼接縫需全部進行射線檢測。

3.1.2中心凸臺角部加強板(加強節點1，2)的車間預制

中心凸臺角部加強節點1由30mm厚加強板JQB4和JQB6拼接而成，加強節點2由30mm厚加強板JQB3和JQB5拼接而成，如圖2所示。加強板JQB3～JQB6按照制作圖分別分成8段進行預制。

圖2 中心凸臺角部加強板節點

JQB5，JQB6直接機加工成型，JQB3，JQB4機加工完畢后，按制作圖彎弧半徑進行冷彎軋制成型，然后將各加強板自身兩兩組對焊接，焊接完成后各自變成4段。加強板JQB4與JQB6，JQB3與JQB5分別按照加強節點1，2形式兩兩組對焊接。焊接完成后，加強節點1，2各分為4段，加強節點1在現場與底板模塊9～13進行組對焊接，加強節點2在車間拼裝場地與底板模塊9～12進行組對焊接。

加強節點1，2拼接前首先進行坡口加工，切割后應保證切割余量的正偏差。坡口應具有與對接接頭所規定的無損檢測要求相符合的最終表面狀態。

加強節點1，2按照制作圖要求的尺寸拼接，待無損檢測合格后，按圖2進行組裝，避免出現十字交叉焊縫。

加強板拼接采用手工電弧焊，為減少焊接變形，對加強節點處的拼焊采取防變形工裝進行固定，如圖3所示。

圖3 中心凸臺角部加強板焊接防變形工裝示意

應及時校正焊接產生的變形，鋼構件變形處理措施按《鋼構件變形校正方法及控制》執行。

3.1.3截錐體角部加強板(加強節點3)的車間預制

加強節點3由30mm厚加強板JQB1，JQB2拼接而成，如圖4所示。加強板JQB1，JQB2分別分成24段進行預制。加強節點3首先進行坡口加工，然后按施工圖要求的尺寸進行拼接，待無損檢測合格后，按圖4進行組裝，避免出現十字交叉焊縫。

圖4 截錐體角部加強板節點

因JQB1為傾斜布置，與模塊JQB2的組裝夾角為97.667°，因此，加強節點3的防焊接變形工裝需根據該角度進行制作。

3.1.46mm厚底板的車間預制

1)模塊1～12的6mm鋼板在車間共分成64塊進行預制，按下料圖采用數控切割機或半自動切割機下料并編號。

2)模塊1～12的6mm鋼板直角邊預留50mm左右余量，余量在現場安裝時切除。

3)模塊1～12的6mm鋼板弧邊預留100mm左右余量，鋼板在拼裝場地拼接完成后，利用弧形板進行放線，將模塊弧邊的余量切除后，與相應的加強節點進行組對焊接。

4)在車間將同一模塊中相鄰的2塊預制板拼焊成一個小模塊，將小模塊運送至拼裝場地進行二次組對作業，拼裝為大模塊。

5)采用埋弧自動焊焊接。

6)車間放樣下料時要保證板材平直，且嚴格控制各方面尺寸，對于直邊，嚴格控制直線度。采用壓重塊壓實焊縫兩側，防止焊接引起變形。

7)為避免模塊鋼板因局部彎曲受力過大引起塑性變形，底板預制及拼裝過程中，對于較大分塊板采用平衡梁吊裝，在模塊鋼板上焊接輔助吊耳并通過手拉葫蘆進行調整，如圖5所示，其實際位置應根據現場情況進行調整、定位。吊耳焊接應避開焊縫，吊耳數量及位置應根據鋼板彎曲變形情況進行設置。

圖5 模塊吊裝示意

3.1.5中心凸臺10mm厚側板的車間預制

中心凸臺側邊豎板組成的圓形筒體外半徑為7.5m，由8塊10mm厚鋼板組成，每塊板由卷板機卷制成型并拼裝成4個模塊。豎板在車間預制時寬度方向預留20mm余量，加工豎板下端坡口，豎板在現場安裝完后根據測量結果進行切割或打磨，加工豎板上端坡口。

3.1.6中心凸臺頂板的車間預制

中心凸臺頂板分成模塊13-1，13-2，分別由6塊10mm厚鋼板拼接而成，車間預制時將同一模塊中相鄰的2塊分塊板拼焊成1個分塊，運送至車間拼裝場地進行二次組對作業，分別拼裝成2個小模塊。小模塊在現場拼裝場地進行三次組對作業，拼裝成最終模塊。分塊原則與底板一致。

3.1.7車間拼裝場地的拼接

車間拼裝場地共1塊，場地需進行混凝土找平，具有一定的平整度，拼裝平臺采用型鋼、鋼板搭設。模塊分塊板采用龍門式起重機或汽車式起重機進行倒運和拼裝。為保證工程進度，可根據現場情況增減拼裝場地。車間拼裝場地拼裝模塊尺寸及自重如表1所示。

3.1.86mm厚底板拼接

1)將車間預制好的分塊板和加強節點運至車間拼裝場地，利用龍門式起重機或汽車式起重機在場地內進行拼裝，最終將模塊拼成如下形式：模塊1中MK1～MK3拼成一個小模塊，MK4～MK7拼成一個小模塊；模塊2～4同理；模塊5～8拼成最終模塊，包括與加強節點3的組對焊接；模塊9～12拼成最終模塊，包括與加強節點2的組對焊接。

2)拼裝場地翻身吊耳設置，平移吊裝方式如圖5所示。

表1 車間拼裝場地拼裝模塊尺寸及自重

3)底板拼裝時，采用鉤鐵和鍥鐵進行臨時固定，使鋼板與拼裝平臺上表面貼緊。

4)鋼板平直度和焊縫間隙檢查合格后，為防止鋼板變形或受溫度影響引起底板凸起，須在焊縫定位點焊后兩側壓上配重塊進行焊接。

5)6mm厚底板拼接方法為埋弧自動焊或手工電弧焊雙面焊。

6)檢查校正合格后進行無損檢測，合格后方可與加強節點進行組對。

7)所有弧形邊每隔500mm放一個控制點，用半徑為21.634m的弧形靠尺將點連成一條弧線，所有直邊只放線，暫不切割。在6mm厚鋼板與加強節點組對、焊接完成并檢查合格后，再次檢查兩直角邊控制點，直角邊須等到在現場與其他模塊進行組對放線后方可切割。

3.1.9截錐體角部加強板(加強節點3)的拼接

模塊5～8的加強節點在車間拼裝場地進行拼接(由11m長的2段拼接成22m長)，由于模塊1～4在現場拼裝場地進行最終拼裝，所以其加強節點拼接也在現場拼裝場地進行(由11m長的2段拼接成22m長)。

3.1.10加強節點與底板的拼接

1)模塊5～12在車間拼裝場地進行加強節點與底板的拼接。

2)6mm厚底板組對完成后，模塊5～8與對應的加強節點3進行組對焊接，模塊9～12與對應的加強節點2組對焊接。焊接采用TIG+SMAW焊接工藝或手工電弧焊，焊接前采取如圖3所示的防變形措施，確保焊縫質量合格。

3.1.11中心凸臺頂板的拼接

模塊13-1/2中MK13-1和MK13-2，MK13-3和MK13-4，MK13-5和MK13-6分別在車間組對焊接成3個分塊，然后將MK13-3～MK13-6運至車間拼裝場地進行組對，焊接成小模塊。模塊13-1/2各分成2個小模塊運至現場拼裝場地進行最終模塊的拼裝。

3.2 底板安裝

3.2.1測量放線

標高-7.800m段混凝土找平層施工完畢，且混凝土表面平整度檢查合格后，測量鋼襯里底板的中心坐標、十字中心線、角度線及半徑，以十字中心線為絕對坐標，放出底板安裝定位線。

3.2.2底板吊裝

反應堆廠房鋼襯里底板整體形狀為直徑43.6m的圓形板，底板最大分塊尺寸為18.7m×11.0m，鋼板厚6mm，由多張鋼板拼接而成。底板安裝平整度要求高，整體平整度要求20mm/2m，由于鋼板較薄且底板分塊尺寸大，在翻身和吊裝過程中極易產生變形，吊裝變形控制難度大。

為避免底板模塊因局部彎曲受力過大引起塑性變形，采用平衡梁吊裝。根據底板模塊重心，合理設置吊裝吊耳，吊耳通過手拉葫蘆進行調整，實現吊裝時受力平衡，以進行變形控制，保證最終底板安裝精度滿足設計要求。吊耳布置及起吊翻身如圖6所示。

圖6 底板模塊吊耳布置及起吊翻身示意

利用ABAQUS軟件模擬現場吊點設置，選擇尺寸最大的底板模塊MK1(尺寸為18.7m×11.0m，重7.8t)吊裝工況進行吊裝變形分析，結果如圖7所示。由圖7可知，最大變形量為11.8mm，滿足底板安裝設計要求的整體平整度20mm/2m。

圖7 底板模塊吊裝變形(單位：mm)

主平衡梁設計吊重為10t，其自重為1.1t。起吊前應檢查起重機械及其安全裝置，底板模塊吊離地面時應暫停起吊進行全面檢查，確認吊索具均勻受力、吊物水平等一切正常后方可正式起吊。

對于汽車式起重機，作業前需確保所有支腿全部打開，支腿下部須使用堅實墊木，墊木面積不低于支腿底板3倍。起重司機需檢查支腿是否全部受力，支腿閉鎖裝置是否投用(如適用)，水平儀是否顯示整車水平。

使用牽引繩對吊物進行控制，防止觸碰其他設備設施。

3.2.3就位安裝

底板吊裝就位前，按鋼襯里底板的編號(見圖1b)在混凝土基礎上標出相應的編號，在外環支撐空心型鋼上焊接固定限位板，利用限位板對底板進行準確、快速就位。為避免模塊板因局部彎曲受力過大引起塑性變形，采用平衡梁吊裝。

模塊就位后進行整體找平，利用卡板等進行臨時固定，根據對應空心型鋼位置對直角邊進行劃線，切割余量后固定。

按同樣的方法安裝相鄰模塊，以已切割的直角邊為基準，切割此相鄰模塊的直角邊余量。采用氧乙炔火焰進行余量切割。切割前由QC人員及技術人員檢查無誤后方可切割，切割完成后使用磨光機將切割端面打磨平齊。

可采用手拉葫蘆等工具微調分塊板在混凝土表面的位置。

3.2.4組對、焊接及無損檢測

使用卡板等固定并調整焊縫間隙，檢查鋼板平直度和焊縫間隙合格后，為防止鋼板變形或受溫度影響引起底板凸起，在焊縫兩側壓上配重塊后將鋼板與空心型鋼點焊固定和焊接。

無論底板的打底焊接還是最終焊接，所有焊接操作應按相應的焊接工藝要求進行，且應避免在惡劣的氣候條件下作業，當環境溫度低于-10℃、焊件溫度低于5℃、環境濕度超過90%、風力大于8m/s時均禁止施焊。待焊坡口表面須保持干燥，焊縫要適當冷卻，以免由于內應力引起裂紋。底板安裝期間，焊接作業時應及時采取擋風措施，以免風力超標。

底板焊接時，為有效控制焊接變形，采取以下控制措施。

1)底板焊接在焊縫兩側布置配重塊，以減小焊接變形量，但配重塊的設置不得增大焊縫的焊接難度，如減小施焊空間、阻礙焊工的習慣操作位置等。

2)底板焊接時，原則上先焊短縫后焊長縫，由2人從中間向兩端采取分段退焊法，分段長度控制在500mm以內，且采用多名焊工對稱施焊。

3)對于每段焊縫采用短道多層、整段蓋面的焊接方法，以有效減少焊接熱輸入量造成的焊接變形。

4)底板焊接時，加強對焊工的管理，使其按照正確的焊接工藝、方法及順序進行焊接操作。

3.2.5整體幾何尺寸檢查

底板焊接、無損檢測完成后，按照技術規格書的要求對底板標高、平整度進行檢查，合格后進行下一步工作。

4 結語

華龍一號鋼襯里底板施工技術解決了因現場條件限制而無法進行模塊原位預制安裝的問題，選用合適的吊裝方法和工藝，底板的吊裝變形和安裝精度可控。該技術降低了施工作業風險，并提高現場施工工效，有效保證施工質量和整個施工過程順利進行。實踐證明，施工效果良好，能滿足設計和質量要求，具有一定的推廣和應用價值，可為后續類似工程項目提供參考。