核島外穹頂鋼模板對造價的影響

薛夢璇XUE Meng-xuan；趙思思ZHAO Si-si

（中國核電工程有限公司，北京 100080）

0 引言

研究背景：

華龍一號反應堆廠房外層安全殼筒體上方的穹頂為扁球形鋼筋混凝土結構，半徑較長，穹頂厚度約為2 米，混凝土澆筑量龐大。原有外殼穹頂施工方案是在內層安全殼頂部支設腳手架作為混凝土模板支撐，而內殼為預應力混凝土結構，在內殼穹頂上支撐腳手架，會影響內殼預應力張拉及安全殼打壓試驗等工作的開展，且外殼穹頂腳手架的現場搭設也要占用較長工期，上述各種因素會影響整個項目的進展周期。此外，內外殼之間空間相對比較緊湊，模板支撐腳手架施工作業不太方便，且屬于高空作業，存在一定的危險性，因此，技術人員需要針對此情況進行改進和優化。

研究目的與研究意義：

通過研究現有穹頂的結構方案，技術人員設計了一種新型的可以整體吊裝的外殼穹頂混凝土澆筑用鋼模板，避免現場腳手架的搭設，以提高安全性，并且達到工期優化目的。在本文中將外殼穹頂施工用鋼模板簡稱為“鋼模板”，鋼模板的研究結果已應用于華龍一號機組，這進一步提升了華龍機型的創新性和競爭力，下文對鋼模板的優化設計及其對造價的影響進行分析，為后續華龍機型的造價研究提供了參考。

1 鋼模板方案的提出與優勢

1.1 鋼模板支撐體系設計

在福清5 號機組中，外殼穹頂混凝土采用整圈分段澆筑方式施工，需在內層安全殼頂部支設腳手架，占用了較長工期，高空作業也存在一定的危險性。技術人員對此進行研究，提出了三種改進方案：鋼結構網架（網殼）方案、鋼板混凝土結構方案、鋼襯里方案，并進行了論證分析。

1.1.1 鋼結構網架（網殼）方案

根據外殼穹頂的形狀，可考慮的網殼類型應為類似球面網殼形式，如圖1 所示。

通過對球面殼整體吊裝的可行性、網架承受一定厚度混凝土載荷的可行性、后續可拆卸及重復使用的可行性等進行分析后，技術人員認為球面網殼整體吊裝沒有問題，但以往網殼結構都是輕質屋面，如果需要承受混凝土載荷，網殼也會承受較大的荷載，要承受這種荷載只能采用雙層球面殼，桿件截面會很大，整個網殼會非常粗大笨重，網殼結構的拆卸也需要較大的空間，且拆卸往往是破壞性的，所以不宜采用網殼結構。

1.1.2 鋼板混凝土結構

從結構角度，采用單側鋼板混凝土結構（如圖2）應該是可行的。

圖2 典型鋼板混凝土樓板模塊

但若采用環形加勁肋與徑向加勁肋相互交叉布置方案，需考慮以下幾個問題：在結構選型階段，《核電站鋼板混凝土結構技術標準》尚未發布，缺少國內相關規范作為設計依據，也沒有鋼板混凝土穹頂設計施工先例可供參考；鋼板混凝土穹頂的抗大飛機撞擊計算可能會有問題；鋼板相對較厚，綜合考慮栓釘及縱橫加勁肋后，重量恐怕難以滿足整體吊裝的要求等等。因此，鋼板混凝土結構也不是較佳的解決方案。

1.1.3 鋼襯里方案

該方案可參考現有的內層安全殼穹頂鋼襯里方案，鋼襯里僅作為混凝土澆筑模板使用，不作為結構承重構件考慮，僅考慮施工荷載。采用環形加勁肋與徑向加勁肋相互交叉布置方案，無論是設計還是施工，技術都較為成熟，經驗較為豐富，初步判斷該方案較為可行，根據現有起吊設備，現場能夠實現整體吊裝，但拆卸不可行。因此在綜合考慮施工可行性、技術成熟度及工期要求等因素后，選取鋼襯里方案進行進一步分析。

1.2 鋼模板的優勢

原方案需在內層安全殼頂部支設腳手架作為混凝土模板支撐，而內殼為預應力混凝土結構，在內殼穹頂上支撐腳手架，會影響內殼預應力張拉及安全殼打壓試驗等工作的開展，且外殼穹頂腳手架的現場搭設也要占用較長工期，會影響整個項目的進展周期，而且高空作業也存在一定的危險性。

鋼模板方案避免了現場腳手架的搭設，這可以提高安全性，并且達到工期優化目的。除此之外，外穹頂鋼模板還可避免因材料倒運而留設二次澆筑孔洞，更好地保證外殼施工質量；避免了腳手架搭拆、模板轉運及支設作業，提高了施工安全性；優化了雙殼間的施工環境；解除了外穹頂對內安全殼打壓的影響，施工安排更加靈活，相比原設計方案具備明顯的優勢。

2 鋼模板對造價的影響

2.1 造價直接影響

首先考慮使用鋼模板發生的造價，包括鋼模板的制作、安裝、拼裝等部分的造價。

鋼模板作為一種新的設計形式，暫時沒有專門的定額子項參考，其造價的確定需參照類似結構形式的項目執行，因此該部分造價可能會根據所選參照依據的不同而表現出差異，下面會對此進行具體分析。

2.1.1 參照鋼襯里內穹頂

外穹頂鋼模板參考鋼襯里內穹頂的定額（核18 定額）的主要原因是，二者的扁球形的結構形式是相似的，不同之處在于內穹頂是完整封閉的，而外穹頂鋼模板只有上半部分，另外，內穹頂的材料中最主要的材料是核容板，而外穹頂鋼模板只需普通型鋼即可，核容板的級別和價格都遠遠超過Q235 鋼材，因此，我們在參照內穹頂定額價時，將材料進行了替換，替換前的定額水平見表1，替換后的價格為4.2 萬元/t 左右，考慮取費之后的全費用為5.5 萬元/t左右，此價格較高，超出了造價人員的現有認知。

表1 核18 定額鋼襯里內穹頂子目定額價

2.1.2 參考一般鋼結構

由于外穹頂鋼模板的主要材料是型鋼，結構特征也屬于鋼結構，符合鋼結構的定義，因此可參照一般鋼結構的定額進行定價，綜合考慮后相關專家認為參照鋼支架的定價比較合理，大概為1.5 萬元/t 左右，考慮取費之后的全費用為2 萬元/t 左右，該價格與參照穹頂的價格差異較大，主要材料差異對比可見表2，從整體上看，穹頂的型鋼、焊條、氧氣等主要材料消耗量更多一點。

表2 鋼支架與穹頂主要材料差異

2.1.3 參考免模免撐技術

免模免撐技術是一種新的技術形式，圖3 是壓型鋼板底模形式，其特點是在施工中無需采用傳統模板和大量臨時支撐，與鋼模板的設計理念比較相似，因此也可以參照免模免撐技術的造價。根據相關資料，壓型鋼板結構形式的造價全費用指標約為2100 元/m2，將上述參考內穹頂與鋼結構的造價指標進行單位換算后分別為8000 元/m2和2900 元/m2左右，相對來說，參照免模免撐技術確定的造價水平最低。

圖3 壓型鋼板底模結構形式示意圖

根據技術要求，鋼模板的設計標準低于穹頂，高于鋼結構，故其造價指標應介于穹頂與鋼結構之間，經計算，使用鋼模板發生的造價應在900～2400 萬元之間。

另外，還需考慮使用穹頂鋼模板后減少的造價，原有外殼穹頂施工方案是在內層安全殼頂部支設腳手架作為混凝土模板支撐，使用鋼模板后不再需要支設腳手架，這部分的造價即可免除，主要有外穹頂內側模板的制作、安裝，拆除及支撐的相關費用，包括腳手架及人工，根據相關資料，這部分節省的造價大概在300 萬左右，綜合來看，使用鋼模板增加的造價大約在600～2100 萬元之間。

2.2 工期間接影響

根據原方案，外穹頂施工需要先從內安全殼穹頂搭設腳手架，支設模板，在外穹頂混凝土完成后，再拆除腳手架和模板。根據進度計劃安排，安全殼打壓試驗與外穹頂混凝土施工時間窗口重疊，而安全殼打壓試驗時安全殼外側不能有剛性連接，且內、外殼間要保持微負壓。所以，在外穹頂混凝土完成且腳手架拆除前，安全殼打壓試驗無法實施。

采用外穹頂鋼模板方案，可以取消腳手架的搭設，在澆筑一段混凝土后，內、外殼間即可形成微負壓。與原方案對比，消除了對安全殼打壓試驗的影響，可以提前約8 個月具備安全殼打壓試驗條件，可帶來一定的經濟效益。

3 成果應用與造價建議

3.1 鋼模板的應用與問題

鋼模板的研究成果已應用于福清核電項目6 號機組和漳州核電項目1、2 號機組，并可在后續華龍一號機組以及其他核電機組建設中參考采用。

鋼模板在吊裝過程中可能存在氣流漩渦荷載的影響，在混凝土澆筑階段會有應力繼承、環境溫度、干縮變形等影響因素，這些因素可能會對鋼模板的受力情況有一定影響。建議在吊裝及分段施工階段對鋼模板的應力和變形進行監測，加深對鋼模板的受力狀態變化情況的掌握，為后續的穹頂模板設計積累數據和經驗。

3.2 造價建議

根據現有的參考形式，穹頂、鋼結構、免模免撐的造價水平差異較大，根據表3，內穹頂由于其結構的特殊性和制作標準的嚴苛性，整體設計等級遠高于外穹頂，故參考內穹頂的造價是不合理的，而鋼結構設計要求略低于外穹頂，免模免撐技術更多是設計理念的相似，壓型鋼板底模模式與鋼模板在實際執行中還是具備一定差異的。所以以這幾種方式確定外穹頂鋼模板的造價是不盡準確的。

表3 內外穹頂技術要求差異對比

長遠來看，相關技術人員應在現場進行長期調研與旁站，收集一手信息，了解實際的施工人員安排、材料消耗與機械使用情況，對造價進行準確評估，考慮新增外穹頂鋼模板定額子目，為后續華龍機組的設計與造價評估提供更加準確完整的信息支撐。