CPR1000核电站反应堆厂房钢衬里穹顶整体吊装介绍

　　【摘要】反应堆厂房的穹顶是CPR1000核电站土建吊装施工中最大、最重构件，同时也是影响核电站施工质量、进度控制的关键点。本文从CPR1000反应堆厂房穹顶整体吊装前的施工准备、逻辑关系、吊机选型站位、穹顶预制和拼装、吊索具选择、吊装尺寸控制、试吊和正式吊装等方面对穹顶整体吊装进行了阐述，较全面的介绍了穹顶从预制到吊装过程的各关键点。
　　【关键词】穹顶吊装，整体一次性，误差控制
　　1工程概况
　　CPR1000压水堆核电站中，核反应堆厂房安全壳采用大吨位预应力混凝土筒体结构，其内壁设有密封钢衬里，钢衬里是核电站安全防护中的第三层屏障，也是最后一道屏障，起着举足轻重的作用，而其中穹顶是钢衬里的顶盖部分，其整体结构是一个半椭圆形球壳体，角钢沿径向和环向布置，呈放射状，内设有喷淋系统等装置，根据CPR1000压水堆核电站的设计图纸，钢衬里穹顶相关参数如下：
　　——车间预制片数：60片
　　——钢衬里材质：P265GH
　　——穹顶下口外径：37.012m
　　——穹顶全高：11.05m
　　——结构总重：145.5t（穹顶重120.7t，内部管道重24.8t）
　　——结构重心位置：近似在穹顶垂直中心线上
　　穹顶在地面按照设计尺寸拼装完成后，利用吊机将其整体吊装就位，在高空与钢衬里筒体壁板进行组对焊接，焊接完成后进行无损检测。
　　核岛钢衬里穹顶的安装是核电站工程建设的重要里程碑，标志着核岛由土建阶段全面转入安装施工阶段，因其重要性，因此从前期准备阶段到吊装成功的各项活动都需要严格把控，细致入微，保证吊装工作的成功。
　　2吊装前的施工逻辑
　　穹顶吊装工作是一项长期和复杂的过程，首先穹顶自身的制作和安装有一条比较清晰的路线，其次与之相关的各项土建工作也有非常紧凑的逻辑关系：
　　2.1穹顶自身的施工线路
　　
　　
　　
　　2.2穹顶整体吊装工艺流程
　　
　　
　　
　　
　　
　　3吊机型号与站位点选择
　　根据起吊重量和国内大型吊机拥有情况，CPR1000核反应堆厂房穹顶整体吊装一般采用LR11250型、LR1800型或4600S-4RINGERS-3型履带式起重机，这三种起重机的最大起重能力分别为1350t、910t和650t。
　　吊机型号的确定对穹顶吊装的安全和质量有重大的影响，吊装能力强、稳定性高的吊机更容易保证吊装的成功，目前主要采用LR11250型吊机。
　　在选定吊机型号之后，即进行吊机站位点的选择，由于不同厂址的情况不同无法达到一种固定的站位模式，但是却有一条最根本的原则，那就是尽可能的保证吊装过程的安全，在此基础上尽量减少大吊机的移动、调整是关键，同时根据不同的现场状况，合理的规划临边的厂房、廊道等施工以及道路的畅通是选择合理站位点的重要考虑内容。总结来说就是根据吊机型号、起吊重量、起吊高度、工作半径、与建筑安全距离、现场总平面布置等因素选择吊机工况，然后在吊机性能模拟软件和CAD中综合分析、计算后确定。
　　4穹顶预制和现场拼装
　　4.1穹顶预制
　　整个穹顶由车间预制的60片板（分5层，19+19+19+2+1块）拼装而成。穹顶板（尤其是第一层穹顶板）车间预制质量的好坏会对穹顶现场拼装后的整体质量产生重要的影响，因此需要对穹顶板的预制进行重点控制。
　　在穹顶预制时，主要关注以下四个方面的指标：
　　（1）穹顶板弧度与理论值相符；
　　（2）变形控制在合理范围内；
　　（3）严格按照放线位置切割且穹顶板边缘整齐；
　　（4）焊接一侧留有至少5cm宽度的余量。
　　4.2穹顶现场拼装
　　穹顶现场拼装工作直接影响吊装后组对的质量，因此必须严格控制。特别对第一层的施工进行重点控制，第1层穹顶板拼装时的半径和周长误差控制，是穹顶现场拼装质量控制的一个关键，因为第1层穹顶板与第12层钢衬里板的半径和周长偏差过大将大大增加吊装后组对和焊接的难度，甚至导致两者难以完整的焊接在一起。
　　5应进行的相关计算和试验
　　5.1吊机吊装能力计算
　　在初步确定吊机的工作半径、吊装高度等工况后，需根据吊机性能模拟软件或吊机性能图表分析吊机的吊装能力是否满足吊装要求。
　　5.2地基承载力计算和试验
　　在选择好吊机型号和站位后，应对站位点的地基承载力进行计算和试验，以验证站位点地基承载力是否满足要求，以免发生地基下陷、吊机倾翻等安全事件。
　　核岛穹顶吊装场地一般为原状土且地表比较平整，采用浅层平板荷载试验对地基承载力进行测试。实际操作时，宜在吊装场地选择3个点位进行静载荷试验。
　　
　　5.3主钢丝绳受力计算和选择
　　外形尺寸：下口直径Φ=37000mm，高11050mm；
　　吊耳所在圆周的直径：Φ=30590mm；
　　重心位置：近似在结构中心垂线上；
　　吊点数量：13个，沿Φ=30590mm圆周均匀分布；
　　吊装钢丝绳与吊点平面所形成角度：β=48.788°（该角度考虑吊耳承载力和穹顶吊装变形情况，由设计院计算综合确定）；
　　起吊重量：145.5T（包括结构重量和内部管道重量）。
　　根据以上参数，进行主钢丝绳长度和受力计算。
　　在完成主钢丝绳选择后，还需选择相应的卸扣、倒链、绳卡子、起重滑车等辅助材料，也要以钢丝绳的受力计算方法进行相关的计算进行选取。
　　
　　5.4索机具负荷试验
　　在完成吊装索机具各分项的选型计算和进场验收后，还需要将卸扣、起重滑车、倒链、调整用钢丝绳、钢丝绳夹组装在一起进行吊索具负荷试验。
　　5.5千斤顶受力计算与选择
　　穹顶吊装就位后，拟采用13个千斤顶作为临时支撑。在进行穹顶下口与筒体上口组对时，应同时慢慢调节13个螺旋千斤顶，使穹顶慢慢下降到离第12层壁板3mm时停止并检查千斤顶的受力情况。待穹顶停止下降后，用3mm间隙板和圆锥销调整错边，并再次检查千斤顶受力情况后吊机方可摘钩。
　　5.6风荷载下穹顶移位计算
　　穹顶在风荷载作用下的位移情况需进行分析，以免在风荷载的作用下穹顶与吊机臂杆发生碰撞。因穹顶吊装时限制风级为4级，故只需考虑4级风和5级阵风即可。
　　5.7吊机空钩模拟试验
　　吊机空钩模拟试验旨在组织全体参加穹顶吊装的工作人员进行充分的吊装过程、安全事项的交底和培训。
　　吊机载荷试验合格后，全部穹顶吊装组织机构中的成员按穹顶吊装全过程进行模拟操作，指挥吊机进行各吊装步骤的起落钩、回转等操作，并在全过程检查吊装指挥系统和吊装机构的运作情况，并且检查吊机所通过的空间是否畅通。
　　另外，吊机在进行空钩模拟试验时，要悬挂吊篮，并按吊篮实际尺寸测量其回转区域并作出标记，以确定穹顶吊装时吊篮的起止位置。
　　5.8穹顶试吊
　　吊机载荷试验和空钩模拟试验合格后，应将吊索具与吊机和穹顶连接好。现场准备工作经吊装总指挥确认后方可试吊。
　　（1）索具挂置
　　穹顶上共有13个焊接在环向角钢上的吊耳，均匀分布在φ30.59m的圆周上。由于穹顶内喷淋管道安装引起构件重心偏离结构几何形心，以及钢丝绳扣挂置在吊钩内外侧引起的偏差等因素，均可能造成构件受力不均匀或穹顶下口不水平，从而造成穹顶就位困难甚至引起吊装工作的不安全。为调节穹顶下口水平，设置吊装用钢丝绳扣长度调节装置，每根钢丝绳上连接一个调节装置。
　　（2）下口调平
　　布置好穹顶起吊时的防摆动拉索，拉索采用φ16钢丝绳和倒链，一段连接在穹顶下口临时吊耳上，一段连接在地面锚固块上。在起吊时慢慢松开倒链并配合吊臂的变幅，使穹顶平稳地脱离支座，防止因吊索长度不一致引起穹顶横向冲击过大，当穹顶离开支座平稳后，解除该装置。
　　穹顶处于平稳状态后，检查穹顶下口是否水平。
　　试吊时应注意以下几点：
　　吊钩中心垂线应通过构件几何中心，钢丝绳扣无交叉压绳现象并且对称布置。
　　穹顶下口调平后，应将吊索具拉紧并用绳卡子将滑轮组的穿绕钢丝绳卡死，使倒链在吊装过程中不受力，保证吊装的安全可靠。
　　穹顶落回原位并固定后所有吊索具不拆除，并保证吊机承受约50T拉力，7根吊索仍然受力。
　　6穹顶正式吊装
　　起吊前再次检查吊机状态，吊索具的连接情况，确认无误后在穹顶100g，200g两个方向分别系结一根φ20mm，长78m的揽风绳。
　　正式起吊时先将穹顶下口起升至+59.30m高，起升高度由吊机显示和绳标共同确定；在确认升至最高点后，驱动吊机逆时针向安全壳厂房上空旋转，旋转的角度参数在之前的空钩模拟试验中已经确定；穹顶旋转至筒体上方后，由测量仪器辅助检查，确认穹顶位于筒体正上方后，吊机缓慢落钩。
　　
　　图6.1穹顶吊装示意图
　　当吊机松钩至整个穹顶完全支承在+44m平台上沿圆周均布的13个支承千斤顶后，吊机完全松钩，拆除各吊点的连接吊具，吊装工作成功。
　　【结束语】
　　穹顶吊装作为核电站建设过程中的重要活动，从开始准备阶段到最终的吊装成功，每一步都必须严格控制，做到缜密细致，通过对施工过程的梳理以及过程控制中的重点、难点分析和总结，进行现场的合理的施工组织和规划，CPR1000反应堆厂房穹顶整体吊装才能取得圆满成功。以红沿河2#核岛穹顶整体吊装为例，整个吊装过程历时58分钟，半径误差12mm，周长误差2mm，达到了CPR1000堆型历次穹顶吊装中历时最短、误差最小的良好效果。

《CPR1000核电站反应堆厂房钢衬里穹顶整体吊装介绍》

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