AP1000核電CA20大型結(jié)構(gòu)模塊安裝

1、附件1中國(guó)化工施工企業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)工作委員會(huì)2017年年會(huì)推薦論文AP1000核電CA20大型結(jié)構(gòu)模塊安裝施工技術(shù)分析錢勇，張斐，張玲中國(guó)核工業(yè)第五建設(shè)有限公司 2017年07月08日 AP1000核電CA20大型結(jié)構(gòu)模塊安裝 施工技術(shù)分析錢勇，張斐，張玲作者單位全稱：中國(guó)核工業(yè)第五建設(shè)有限公司 地址： 上海.金山 郵編：201540 摘要：AP1000核電是一種先進(jìn)的“非能動(dòng)型壓水堆核電技術(shù)”，采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為使其廠房布置更加緊湊，采用模塊化施工，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)提出來(lái)了新要求。作為AP1000核電第一個(gè)吊裝的大型結(jié)構(gòu)模塊CA20，具有外形尺寸大、單鉤起重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，因此施工

2、難度比較大。本文介紹CA20結(jié)構(gòu)模塊的安裝施工工藝流程，分析CA20結(jié)構(gòu)模塊安裝過(guò)程中的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)創(chuàng)新工藝,提出一些解決措施,尤其是對(duì)CA20結(jié)構(gòu)模塊就位過(guò)程與插筋相碰的問(wèn)題，這為后續(xù)CA20及其他大型結(jié)構(gòu)模塊安裝施工起到一定的借鑒與參考作用。關(guān)鍵詞：模塊 就位 觸碰 1.引言模塊化施工是AP1000核電采用了先進(jìn)的施工理念，大量引入平行作業(yè)，依托先進(jìn)技術(shù)，將土建、安裝、調(diào)試等工序進(jìn)行深度交叉的新技術(shù)。其基本原理是轉(zhuǎn)移現(xiàn)場(chǎng)工程量，既把現(xiàn)場(chǎng)工作量轉(zhuǎn)移到工廠中完成，模塊化最大的優(yōu)點(diǎn)是可以減少在現(xiàn)場(chǎng)的施工量從而縮短核電站的建設(shè)工期，采用模塊化施工后，大量的施工工作在工廠完成，可以更

3、好地保證施工質(zhì)量。然而，模塊化技術(shù)在提供各種便利的同時(shí)，卻增加了施工的難度，一些模塊的大型化給運(yùn)輸、安裝工作帶來(lái)了較大的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。例如CA20結(jié)構(gòu)模塊出現(xiàn)吊裝過(guò)程中會(huì)變形、安裝過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行微調(diào)以及模塊本體與鋼筋相碰的情況發(fā)生。如何有效解決上述問(wèn)題，已經(jīng)成為工程參與各方關(guān)注的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。2.工程概況 AP1000核電CA20結(jié)構(gòu)模塊具備乏燃料的貯存、傳輸、熱交換及廢物收集等功能，其安裝位于輔助廠房5&6區(qū)。模塊外型尺寸約20.5m長(zhǎng)，14.2m寬，20.7m高，由18個(gè)房間構(gòu)成，其中包括約32個(gè)墻體模塊和47個(gè)樓板模塊，結(jié)構(gòu)總重約為760噸.CA20結(jié)構(gòu)模塊安裝位于輔助廠房5&6區(qū)J-1、N

4、、及軸線所圍區(qū)域，其安裝位置和形狀如下圖所示：圖一 CA20結(jié)構(gòu)模塊位置圖圖二 CA20結(jié)構(gòu)模塊形狀圖3.CA20結(jié)構(gòu)模塊現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工藝CA20結(jié)構(gòu)模塊運(yùn)輸CA20結(jié)構(gòu)模塊吊裝CA20結(jié)構(gòu)模塊就位鋼筋及埋件安裝混凝土澆筑CA20結(jié)構(gòu)模塊現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝：車輛倒至CA20平臺(tái)底部拼裝平臺(tái)支腿拆除車輛進(jìn)場(chǎng)3.1 CA20結(jié)構(gòu)模塊運(yùn)輸CA20結(jié)構(gòu)模塊在組裝平臺(tái)上完成組裝后，需使用2組自行式液壓平板車沿著重件道路將模塊運(yùn)輸至核島吊裝位置。在運(yùn)輸前，由于CA20結(jié)構(gòu)模塊為單板墻體結(jié)構(gòu)，外形尺寸較大，要求裝載平穩(wěn)，不偏載偏重，運(yùn)輸中不得移位、傾覆，不得出現(xiàn)磕碰、劃傷、變形。 對(duì)于CA20結(jié)構(gòu)模塊具體運(yùn)輸形式

5、及運(yùn)輸流程具體如下：圖三 CA20結(jié)構(gòu)模塊的運(yùn)輸圖車輛進(jìn)場(chǎng)拼裝平臺(tái)支腿拆除車輛倒至CA20平臺(tái)底部緩慢提升運(yùn)輸車輛拆除剩余支腿釋放駐車制動(dòng)車輛行至吊裝場(chǎng)地3.2 CA20結(jié)構(gòu)模塊吊裝CA20結(jié)構(gòu)模塊運(yùn)輸至吊裝場(chǎng)地后，需經(jīng)過(guò)大吊車先決條件檢查、就位基礎(chǔ)復(fù)測(cè)及放線、調(diào)節(jié)裝置安裝及驗(yàn)收、吊梁組裝、連接吊索具、模塊試吊、吊裝就位、摘鉤等過(guò)程完成吊裝工作。施工過(guò)程中，由于CA20結(jié)構(gòu)模塊自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置不均勻，吊裝時(shí)很容易出現(xiàn)單面墻體變形。3.3 CA20結(jié)構(gòu)模塊就位當(dāng)CA20結(jié)構(gòu)模塊吊裝至就位基礎(chǔ)上方，下部定位銷距調(diào)整裝置一定距離時(shí)，吊機(jī)停止落鉤，觀察兩者之間的位置關(guān)系，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)模塊，確保2個(gè)定位

6、銷下部同時(shí)進(jìn)入調(diào)整裝置繼續(xù)落鉤，當(dāng)?shù)撞堪寰嗑臀活A(yù)埋板一定距離時(shí)，停止落鉤，觀察模塊整體是否水平，調(diào)整后繼續(xù)落鉤直到底部和預(yù)埋板緊密貼合，摘鉤后，使用預(yù)先準(zhǔn)備好的千斤頂組件對(duì)CA20結(jié)構(gòu)模塊的垂直度及位置進(jìn)行調(diào)整，因CA20結(jié)構(gòu)模塊的垂直精度要求較高且基礎(chǔ)鋼筋布置較密，吊裝過(guò)程中很容易導(dǎo)致CA20結(jié)構(gòu)模塊底部與鋼筋相撞。3.4 CA20結(jié)構(gòu)模塊鋼筋、預(yù)埋件安裝及混凝土澆筑CA20結(jié)構(gòu)模塊吊裝就位完成后，其內(nèi)外兩側(cè)需進(jìn)行鋼筋及預(yù)埋件的安裝,在驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑，最終形成完整的結(jié)構(gòu)。在該階段施工中，需要對(duì)混凝土的震搗以及模板的支設(shè)、加固進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，以確保施工質(zhì)量。4.CA20結(jié)構(gòu)模塊安裝過(guò)程

7、中存在的問(wèn)題分析4.1 CA20結(jié)構(gòu)模塊的變形問(wèn)題由于CA20結(jié)構(gòu)模塊西邊有一處單板墻，其墻面厚度較薄且整體墻面尺寸較大，同時(shí)自身與其他墻體之間無(wú)隔墻連接，導(dǎo)致單板墻在吊裝和混凝土澆筑過(guò)程中極易發(fā)生變形。除此以外，CA20結(jié)構(gòu)模塊本體因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜和不規(guī)則，故在吊裝過(guò)程中，倘若采用常規(guī)吊裝，很容易導(dǎo)致內(nèi)部各房間之間的墻體墻面發(fā)生變形。這成為CA20結(jié)構(gòu)模塊安裝過(guò)程中的一大難點(diǎn)。4.2 CA20結(jié)構(gòu)模塊就位過(guò)程中與插筋觸碰問(wèn)題CA20結(jié)構(gòu)模塊所處位置與地面的連接方式如下：盒箱板內(nèi)通過(guò)角鋼、槽鋼龍骨拉筋連接，墻體內(nèi)還設(shè)有尼爾森錨固螺桿和預(yù)埋桿件、泄露槽等，其就位區(qū)域內(nèi)有近千根鋼筋，鋼筋高約一

8、層樓,該施工環(huán)境提高了CA20結(jié)構(gòu)模塊在就位過(guò)程中與鋼筋相碰的概率。 圖四：CA20底部插筋設(shè)計(jì)圖圖四 現(xiàn)場(chǎng)鋼筋實(shí)物圖 圖五 CA20底部插筋設(shè)計(jì)圖4.3 CA20結(jié)構(gòu)模塊就位精度問(wèn)題CA20結(jié)構(gòu)模塊尺寸及重量較大，由大量子模塊組成，且安裝精度要求極高，要在復(fù)雜的環(huán)境下對(duì)結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行微調(diào)保證安裝精度，施工難度較大。5.CA20結(jié)構(gòu)模塊安裝存在的問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施由于上述問(wèn)題在以往核電建造過(guò)程中未曾遇見(jiàn)，因此必須根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)新型工裝和改進(jìn)施工工藝予以解決。5.1 CA20結(jié)構(gòu)模塊的防變形控制1） 在單板墻體之間設(shè)計(jì)一種新型工裝進(jìn)行安裝，新型工裝采用不容易變形的角鋼進(jìn)行連接。連接方式采用焊接。角鋼之

9、間連接的形式采用具有穩(wěn)定性原理的三角形。 具體位置如下圖所示：圖六 CA20結(jié)構(gòu)模塊防變形工裝圖2） 對(duì)于大型結(jié)構(gòu)模塊的吊裝，其吊點(diǎn)數(shù)量往往多于2個(gè)，為避免起吊時(shí)的平衡和模塊上的局部應(yīng)力或變形過(guò)大，吊點(diǎn)大多根據(jù)模塊結(jié)構(gòu)形式呈離散型設(shè)置，為保證吊點(diǎn)豎向受力，目前業(yè)內(nèi)多采用框架式吊梁，但由于其通用性不強(qiáng)且無(wú)法滿足其他異形模塊的吊裝導(dǎo)致施工成本增加，因此需要設(shè)計(jì)一種適用于AP1000核電結(jié)構(gòu)模塊吊裝的多吊點(diǎn)多級(jí)吊梁，具備根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整吊點(diǎn)的距離等功能，具體形式如下圖。圖七 多級(jí)吊梁形狀圖5.2 CA20結(jié)構(gòu)模塊的插筋觸碰控制CA20屬于大型結(jié)構(gòu)模塊，吊裝及安裝難度較大，為確保CA20結(jié)構(gòu)模塊順利就

10、位于安裝位置，且避免在吊裝過(guò)程中與底板鋼筋不發(fā)生觸碰的情況發(fā)生，需通過(guò)精確測(cè)量并將數(shù)據(jù)輸入到CAD計(jì)算機(jī)軟件中進(jìn)行1:1的模擬，具體流程如下：5.2.1數(shù)據(jù)測(cè)量方案的選擇決定一個(gè)物體的空間位置，需要三個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，所以安裝基準(zhǔn)線一般有平面位置基準(zhǔn)線（縱向和橫向軸線）和標(biāo)高基準(zhǔn)線，目前CA20 結(jié)構(gòu)模塊復(fù)測(cè)工作暫不考慮標(biāo)高問(wèn)題，因此只需考慮平面坐標(biāo)即可。方案一：先測(cè)量CA20結(jié)構(gòu)模塊，再進(jìn)行基礎(chǔ)底板的放樣工作1) CA20結(jié)構(gòu)模塊的測(cè)量工作a) 彈出CA20結(jié)構(gòu)模塊的軸線，并在墻體外側(cè)做好標(biāo)記。b) 復(fù)測(cè)出CA20結(jié)構(gòu)模塊的墻體尺寸。c) 將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出兩者之間的偏差。d)

11、將墻體錨釘位置引線引出，并在結(jié)構(gòu)模塊墻體進(jìn)行標(biāo)記。2) CA20結(jié)構(gòu)模塊的基礎(chǔ)底板測(cè)量工作a) 將CA20結(jié)構(gòu)模塊測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)縱向、橫向軸線為基準(zhǔn)線在底板放樣。同時(shí)將加強(qiáng)筋、錨釘、泄露管的實(shí)測(cè)位置在底板作標(biāo)記，隨后查看底板鋼筋與加強(qiáng)筋碰撞的情況是否發(fā)生。b) 根據(jù)放樣結(jié)果結(jié)合施工記錄的數(shù)據(jù)調(diào)整鋼筋的相對(duì)位置。方案二：先進(jìn)行基礎(chǔ)底板的放樣工作，再測(cè)量CA20結(jié)構(gòu)模塊1) CA20結(jié)構(gòu)模塊的基礎(chǔ)底板測(cè)量工作a) 在CA20結(jié)構(gòu)模塊基礎(chǔ)底板標(biāo)記出縱向和橫向軸線。b) 以縱向和橫向軸線為基準(zhǔn)線劃出CA20結(jié)構(gòu)模塊的墻體邊線。c) 測(cè)量出加強(qiáng)筋兩側(cè)鋼筋的尺寸，（將2個(gè)加強(qiáng)筋中間的鋼筋看成一組，測(cè)量出每組

12、鋼筋邊緣即可），記錄好上述數(shù)據(jù)。2) CA20結(jié)構(gòu)模塊的測(cè)量工作a) 在結(jié)構(gòu)模塊本體上標(biāo)記出縱向和橫向軸線。b) 測(cè)量CA20結(jié)構(gòu)模塊的墻體尺寸，并做好記錄。c) 將上述CA20結(jié)構(gòu)模塊基礎(chǔ)底板上的鋼筋位置尺寸標(biāo)記在結(jié)構(gòu)模塊本體上。將方案一與方案二進(jìn)行對(duì)比，找出最優(yōu)方案：方案一方案二工作量工作量多，周期長(zhǎng)工作量少，周期短精度精度高精度稍底風(fēng)險(xiǎn)無(wú) 現(xiàn)場(chǎng)鋼筋容易發(fā)生變更且外部單位不易溝通協(xié)調(diào)，導(dǎo)致重新測(cè)量，需耗費(fèi)大量人力。 表一 方案對(duì)比表經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，方案一應(yīng)優(yōu)先考慮。5.2.2過(guò)程測(cè)量按照方案一的方法進(jìn)行測(cè)量，過(guò)程中采用直角尺、盤(pán)尺、鋼卷尺、劃規(guī)、樣沖、線錘、記號(hào)筆等工具，測(cè)量時(shí)應(yīng)控制好誤差，測(cè)

13、量結(jié)束后，將設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，看偏差值是否滿足插筋的安全距離要求。5.2.3解決方法考慮到CA20結(jié)構(gòu)模塊拼裝過(guò)程中存在誤差且現(xiàn)場(chǎng)鋼筋施工的誤差問(wèn)題，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)部分插筋與CA20 墻體內(nèi)的槽鋼、錨釘?shù)拈g距依然較小，因此發(fā)生碰撞的概率也就較高。如果因插筋垂直度偏差導(dǎo)致插筋與槽鋼、錨釘發(fā)生碰撞，將會(huì)對(duì)插筋和槽鋼、錨釘造成永久性破壞。為避免此狀況的發(fā)生，需施工單位對(duì)核島底板插筋進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，建議調(diào)整方案如下：1) 建議將分布在 CA20 模塊內(nèi)槽鋼兩側(cè)的插筋向槽鋼的反向進(jìn)行調(diào)整；2) 建議將分布在 CA20 模塊外側(cè)（單墻位置）的插筋向模塊的反向進(jìn)行調(diào)整。圖八 鋼筋調(diào)整示意圖5.3 CA20

14、結(jié)構(gòu)模塊安裝精度控制大型結(jié)構(gòu)模塊尺寸大，重量大，這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模塊慣性較大，又因?yàn)榘惭b精度較高，倘若采用人工進(jìn)行調(diào)整，無(wú)法進(jìn)行精確，為便于進(jìn)行模塊的微調(diào)，專門設(shè)計(jì)一種精確導(dǎo)向裝置，即導(dǎo)向框和定位銷。導(dǎo)向框安裝于模塊上，定位銷安裝于就位基礎(chǔ)上，當(dāng)兩者承插后可通過(guò)液壓千斤頂對(duì)模塊進(jìn)行微調(diào)，最終達(dá)到就位的誤差要求，具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下： 在CA20結(jié)構(gòu)模塊本體上設(shè)計(jì)2套導(dǎo)向裝置，分別位于兩個(gè)主控點(diǎn)處，兩處導(dǎo)向銷應(yīng)存在高度差，這樣模塊下落時(shí)分別進(jìn)入，更具有可操作性。當(dāng)導(dǎo)向銷進(jìn)入到導(dǎo)向框時(shí)，操作人員通過(guò)手動(dòng)調(diào)整液壓千斤頂移動(dòng)結(jié)構(gòu)模塊。圖九 導(dǎo)向裝置流程圖圖九 導(dǎo)向裝置流程圖6.結(jié)論作為AP1000核電首個(gè)吊裝的結(jié)構(gòu)模塊CA20，由于AP1000核電屬于新型堆型，其特點(diǎn)是模塊化施工，截止目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)施工的先例，由于其尺寸大、重量重、內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置不均勻、安裝環(huán)境復(fù)雜，這給大型結(jié)構(gòu)模塊安裝帶來(lái)了一系列具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。本文闡述和分