非能動系列堆型反應堆廠房土建關(guān)鍵路徑優(yōu)化研究

李 健，梁曉芳

(1.上海核工程研究設計院股份有限公司，上海 200233；2.中國核工業(yè)二四建設有限公司，河北 廊坊 065201)

0 引言

截至2019年1月，AP1000三代核電自主化依托項目四臺機組全部投入商業(yè)運行。AP1000四臺機組自投運以來，運行業(yè)績優(yōu)良，其技術(shù)性能指標達到或優(yōu)于設計值[8]。2022—2023年，國務院陸續(xù)核準了三門核電3、4號機組工程、海陽核電3、4號機組工程、廣東廉江一期工程、遼寧徐大堡一期工程(均為CAP1000)，非能動系列堆型啟動批量化建設。國際上，美國沃格特勒AP1000 3號機組已投入商運，4號機組也將于2023年底投入使用。AP1000堆型也已納入波蘭和烏克蘭等國家的核電建設規(guī)劃[5-7]。

非能動系列(AP/CAP)核電機組采用成熟的技術(shù)，利用模塊化設計和建造方法，隨著批量化建設和成熟穩(wěn)定的供應鏈，將在全球核電技術(shù)競爭中，獲得前所未有的優(yōu)勢[8]。

非能動系列堆型反應堆廠房土建關(guān)鍵路徑優(yōu)化研究不僅具有深刻的現(xiàn)實意義，為海陽核電3、4號機組、三門核電3、4號機組、廣東廉江一期工程1、2號機組、遼寧徐大堡核電項目1、2號機組核島反應堆廠房土建施工提供指導和理論依據(jù)，長遠看其研究成果也將有利于進一步降低非能動系列堆型的項目建設風險，提高非能動系列堆型市場競爭力，有利于非能動系列國內(nèi)和國外兩個市場的推廣應用[8]。

1 非能動系列堆型反應堆廠房土建施工關(guān)鍵路徑

核島底板FCD——CR10吊裝和安裝——A層混凝土澆筑——CVBH吊裝和安裝——A層與CVBH底封頭灌漿——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第二層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第三層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第四層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第五層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第七層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第八層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第九層——頂封頭CVTH吊裝和安裝——廠房裝修——廠房封頂，如圖1所示。

圖1 非能動系列堆型反應堆廠房土建施工關(guān)鍵路徑Fig.1 The critical path for civil construction of the reactor building of passive series nuclear power plant

2 非能動系列堆型反應堆廠房土建施工優(yōu)化后關(guān)鍵路徑

核島底板FCD和CR10吊裝和安裝、A層混凝土澆筑(備選路徑：核島底板FCD——CR10模塊化和A層鋼筋模塊化吊裝——A層混凝土澆筑)——CVBH吊裝和安裝——A層與CVBH底封頭灌漿——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第二層和第三層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第四層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第五層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六層和第七層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第八層——內(nèi)部結(jié)構(gòu)第九層——頂封頭CVTH吊裝和安裝——廠房裝修——廠房封頂，如圖2所示。

圖2 非能動系列堆型反應堆廠房土建施工優(yōu)化后關(guān)鍵路徑Fig.2 The optimized critical path for civil construction of the reactor building of passive series nuclear power plant

3 工期優(yōu)化分析

3.1 FCD—CVBH吊裝就位關(guān)鍵路徑優(yōu)化分析

依托項目(三門1、2號機組和海陽1、2號機組)和“國和二號”后續(xù)項目(三門3號機組和海陽3號機組)均按照FCD-CR10-A層混凝土—CVBH吊裝就位的施工邏輯進行施工組織。

三門4號機組通過施工技術(shù)優(yōu)化和邏輯研究，發(fā)起《關(guān)于4號核島底板與反應堆外基礎A層一體化澆筑的變更申請》，將FCD與A層混凝土澆筑合并實施，從FCD-A層混凝土澆筑節(jié)點，節(jié)約關(guān)鍵路徑工期39天(A層結(jié)構(gòu)施工25天，養(yǎng)護14天)，為保證FCD澆筑期間混凝土振搗質(zhì)量，CR10上部6-10層鋼筋綁扎、柱底灌漿、壓力灌漿準備等在拆除完養(yǎng)護棚后實施，工期25天，采用該優(yōu)化措施，CVBH可提前1個月就位。

海陽4號機組通過施工技術(shù)優(yōu)化和邏輯研究，發(fā)布《4號核島CV底封頭A層鋼筋模塊預制及吊裝施工方案》和《4號機組CR10鋼框架與鋼筋組合模塊整體吊裝施工方案》，采用雙模塊化(CR10模塊化和A層鋼筋模塊化)施工工藝，在拼裝場地內(nèi)安裝完成CR10本體、部分6-9層鋼筋(工程量152.16 t鋼筋和19.57 t鋼筋支架)、安裝單位的管道(工程量2.758 t)和平衡配重，極大的縮短了CR10上部分6-9層鋼筋施工和管道對關(guān)鍵路徑的占用，同時A層鋼筋采用模塊化，將第4層鋼筋(工程量17噸)和第5層鋼筋(17 t)在拼裝場地安裝完成后整體吊裝到核島內(nèi)，此工藝優(yōu)化將A層施工工期由25天縮短為5天(采用650 t履帶吊將A層鋼筋模塊化吊裝就位后，剩余9a-00～04共5圈環(huán)向鋼筋和部分10a、10b鋼筋在島內(nèi)進行安裝，海陽4號核島該施工作業(yè)實際用時5天)，海陽4號機組雙模塊化工藝優(yōu)化后，CVBH可提前1個月就位。

這兩種優(yōu)化措施，從對關(guān)鍵路徑工期貢獻來看，差別較小。從經(jīng)濟性角度分析，三門FCD與A層合并澆筑的良好實踐比海陽的雙模塊化更有優(yōu)勢，減少了3 200 t履帶吊(CR10吊裝)和650 t履帶吊(A層鋼筋模塊化吊裝)的使用，減少了防變形加固措施和計算評估，可作為后續(xù)標準化的非能動系列反應堆廠房土建施工關(guān)鍵路徑。

FCD-CVBH吊裝就位階段，核島土建施工單位應重點做好核島底板和A層施工的準備，包括但不限于設計文件清單梳理、程序方案、質(zhì)量計劃、人力動員及培訓、設備、工機具、材料、力能和場地布置等。底板各型號的鋼筋、模板、CR10鋼結(jié)構(gòu)等材料的加工預制、核島底板防水卷材的采購、試驗和施工、塔吊資源的盡早投用，將對FCD和A層合并澆筑的里程碑點具有重要意義，應作為施工前的重點進行控制。

3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)1層—7層關(guān)鍵路徑優(yōu)化研究

3.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、3層優(yōu)化

(1)反應堆廠房2、3層合并澆筑

內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2層和第3層混凝土澆筑均為大體積混凝土澆筑，按照《HYS-CC01-Z0-020 Rev.3 混凝土澆筑與鋼筋放置技術(shù)規(guī)格書》要求，保濕養(yǎng)護的持續(xù)時間不得少于14天，內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、3層合并將減少一道鑿毛、養(yǎng)護的工期(第2層為大體積混凝土，需養(yǎng)護14天)，可優(yōu)化關(guān)鍵路徑14天工期。

(2)反應堆廠房2、3層管道模塊化吊裝

安裝單位將2、3層管道(核級46 m，非核級104 m)通過在車間預制組合，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行模塊化吊裝，將加大的減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)土建和安裝的交叉施工影響，同時減少了內(nèi)部結(jié)構(gòu)探傷的窗口，可優(yōu)化關(guān)鍵路徑6天工期(海陽4號核島2-3層管道安裝工期(含探傷)縮短12天，考慮土建-安裝作業(yè)面局部交叉，按0.5系數(shù)計算)。

通過以上兩種優(yōu)化措施，內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、3層結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵路徑優(yōu)化20天。

3.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)4、5層優(yōu)化

采用CV帶物項安裝的模塊化方式，將P19/P20/P22貫穿件的插入板、套筒、延長管和封頭在CVBH拼裝場地安裝，既節(jié)約了內(nèi)部結(jié)構(gòu)上述貫穿件的安裝工期(30天)，又減少了內(nèi)部結(jié)構(gòu)探傷窗口的需求(插入板每個4個夜班，共12個夜班，套筒3個合計個夜班，上述貫穿件探傷需16個夜班)，考慮局部作業(yè)面土建-安裝可交叉作業(yè)、夜間施工降效、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2-3層施工期間可施工P19/P20/P22貫穿件，對4、5層結(jié)構(gòu)施工貢獻初步評判優(yōu)化關(guān)鍵路徑工期10天。同時內(nèi)部結(jié)構(gòu)5層澆筑和養(yǎng)護完成后，啟動11305房間98.2～98.8 m 6層結(jié)構(gòu)施工，CA03和CA02吊裝就位時間可相應提前，為內(nèi)部結(jié)構(gòu)CA02后澆帶區(qū)域創(chuàng)造施工條件。

3.2.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)東側(cè)5、6層合并或東側(cè)6、7層合并澆筑優(yōu)化

內(nèi)部結(jié)構(gòu)第5層和第7層混凝土澆筑均為大體積混凝土澆筑，按照《HYS-CC01-Z0-020 Rev.3 混凝土澆筑與鋼筋放置技術(shù)規(guī)格書》要求，保濕養(yǎng)護的持續(xù)時間不得少于14天，在反應堆廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工中，工程實施方可結(jié)合工程實際情況，選擇將反應堆廠房東側(cè)5、6層合并澆筑或東側(cè)6、7層合并澆筑，此合并澆筑優(yōu)化將減少一道鑿毛、養(yǎng)護的工期(第6層非大體積混凝土，養(yǎng)護7天)，可優(yōu)化關(guān)鍵路徑7天工期。

反應堆廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)第5層開始出現(xiàn)功能分區(qū)，其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)西側(cè)11305房間為反應堆廠房土建施工次關(guān)鍵路徑，11305房間區(qū)域?qū)⒌?層和第6層合并澆筑，可減少一道鑿毛、養(yǎng)護的工期(該區(qū)域第6層非大體積混凝土，養(yǎng)護7天)，可優(yōu)化次關(guān)鍵路徑7天工期，CA03和CA02吊裝就位時間可提前7天，為內(nèi)部結(jié)構(gòu)CA02后澆帶區(qū)域創(chuàng)造施工條件，避免該區(qū)域后續(xù)發(fā)展成為主關(guān)鍵路徑。

綜合考慮反應堆廠房5、6、7層施工組織安排和施工資源均衡性，標準化的反應堆廠房關(guān)鍵路徑推薦為反應堆廠房東側(cè)6、7層合并澆筑和次關(guān)鍵路徑反應堆廠房西側(cè)(11305房間)5、6層合并澆筑。

3.3 對核島安裝的影響分析和建議

非能動系列堆型反應堆廠房土建施工優(yōu)化后，對核島安裝的影響主要體現(xiàn)在四個方面的安裝需求時間提前：CR10模塊的管道安裝提前45天、CVBH的拼裝安裝提前30天、反應堆廠房核級預埋管道安裝提前30天和內(nèi)部結(jié)構(gòu)2-3層管道的模塊化安裝提前50天，各項工作對應的施工先決條件包括但不限于人力動員、工器具進場、材料采購、加工預制、施工技術(shù)準備、焊接工藝評定等均需要逐項提前落實，以便安裝進度能滿足土建施工需求。

建議一：CVBH作為首個核島大型結(jié)構(gòu)模塊，其合理拼裝工期為8個月，考慮模塊吊裝(FCD+2M)前1個月需交付，CVBH拼裝應不晚于FCD-7M啟動。

建議二：反應堆廠房核級預埋管道安裝標志著核島安裝工程民用核安全設備安裝活動的開始，根據(jù)《民用核安全設備監(jiān)督管理條例》第三十三條之規(guī)定，民用核安全設備安裝單位，應在安裝活動開始30日前，將項目安裝質(zhì)量保證清單(分大綱和程序)、安裝技術(shù)規(guī)格書、分包項目清單、安裝質(zhì)量計劃等向國務院核安全監(jiān)管部門備案，安裝單位應嚴格執(zhí)行條例規(guī)定，不晚于 FCD+15天向核安全監(jiān)管部門報備，以便核安全設備安裝活動能順利開展。

表1 非能動系列堆型反應堆廠房土建關(guān)鍵路徑對比分析(優(yōu)化前和優(yōu)化后)Table 1 The comparative analysis of civil construction of the reactor building of passive series nuclear power plant (before and after optimization)

4 結(jié)論

非能動系列核電站反應堆廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工接口多，土建-安裝、土建-模塊、安裝-模塊均存在較強的邏輯關(guān)系[4]，通過施工技術(shù)研究、施工邏輯優(yōu)化和模塊化(CA/CV帶物項、鋼結(jié)構(gòu)帶物項、管道模塊化等)的推廣應用，從而形成標準化可推廣的非能動系列反應堆廠房土建關(guān)鍵路徑圖，將為非能動系列反應堆廠房土建施工在節(jié)約工期、提升安全、提升質(zhì)量，進而降低工程造價方面發(fā)揮顯著作用。

隨著核能領域“六新”(新材料、新技術(shù)、新工藝、新方法、新設備、新流程)成果的不斷涌現(xiàn)和推廣應用，非能動系列核電廠反應堆廠房土建關(guān)鍵路徑優(yōu)化研究也將有新的空間和突破，需要密切關(guān)注和分析研判，不斷改進和優(yōu)化反應堆廠房土建關(guān)鍵路徑施工，為核電站的盡早投運提供了有力支持[2]。