AP1000核電CA20大型結構模塊安裝

1、附件1中國化工施工企業(yè)協(xié)會技術工作委員會2017年年會推薦論文AP1000核電CA20大型結構模塊安裝施工技術分析錢勇，張斐，張玲中國核工業(yè)第五建設有限公司 2017年07月08日 AP1000核電CA20大型結構模塊安裝 施工技術分析錢勇，張斐，張玲作者單位全稱：中國核工業(yè)第五建設有限公司 地址： 上海.金山 郵編：201540 摘要：AP1000核電是一種先進的“非能動型壓水堆核電技術”，采用非能動安全系統(tǒng)設計，為使其廠房布置更加緊湊，采用模塊化施工，這對現(xiàn)場施工技術提出來了新要求。作為AP1000核電第一個吊裝的大型結構模塊CA20，具有外形尺寸大、單鉤起重量大、結構復雜等特點，因此施工

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

3、好地保證施工質量。然而，模塊化技術在提供各種便利的同時，卻增加了施工的難度，一些模塊的大型化給運輸、安裝工作帶來了較大的風險和挑戰(zhàn)。例如CA20結構模塊出現(xiàn)吊裝過程中會變形、安裝過程中無法進行微調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題，已經(jīng)成為工程參與各方關注的熱點和重點。2.工程概況 AP1000核電CA20結構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，14.2m寬，20.7m高，由18個房間構成，其中包括約32個墻體模塊和47個樓板模塊，結構總重約為760噸.CA20結構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結構模塊位置圖圖二 CA20結構模塊形狀圖3.CA20結構模塊現(xiàn)場安裝施工工藝CA20結構模塊運輸CA20結構模塊吊裝CA20結構模塊就位鋼筋及埋件安裝混凝土澆筑CA20結構模塊現(xiàn)場安裝工藝：車輛倒至CA20平臺底部拼裝平臺支腿拆除車輛進場3.1 CA20結構模塊運輸CA20結構模塊在組裝平臺上完成組裝后，需使用2組自行式液壓平板車沿著重件道路將模塊運輸至核島吊裝位置。在運輸前，由于CA20結構模塊為單板墻體結構，外形尺寸較大，要求裝載平穩(wěn)，不偏載偏重，運輸中不得移位、傾覆，不得出現(xiàn)磕碰、劃傷、變形。 對于CA20結構模塊具體運輸形式

5、及運輸流程具體如下：圖三 CA20結構模塊的運輸圖車輛進場拼裝平臺支腿拆除車輛倒至CA20平臺底部緩慢提升運輸車輛拆除剩余支腿釋放駐車制動車輛行至吊裝場地3.2 CA20結構模塊吊裝CA20結構模塊運輸至吊裝場地后，需經(jīng)過大吊車先決條件檢查、就位基礎復測及放線、調節(jié)裝置安裝及驗收、吊梁組裝、連接吊索具、模塊試吊、吊裝就位、摘鉤等過程完成吊裝工作。施工過程中，由于CA20結構模塊自身結構設計布置不均勻，吊裝時很容易出現(xiàn)單面墻體變形。3.3 CA20結構模塊就位當CA20結構模塊吊裝至就位基礎上方，下部定位銷距調整裝置一定距離時，吊機停止落鉤，觀察兩者之間的位置關系，通過調整結構模塊，確保2個定位

6、銷下部同時進入調整裝置繼續(xù)落鉤，當?shù)撞堪寰嗑臀活A埋板一定距離時，停止落鉤，觀察模塊整體是否水平，調整后繼續(xù)落鉤直到底部和預埋板緊密貼合，摘鉤后，使用預先準備好的千斤頂組件對CA20結構模塊的垂直度及位置進行調整，因CA20結構模塊的垂直精度要求較高且基礎鋼筋布置較密，吊裝過程中很容易導致CA20結構模塊底部與鋼筋相撞。3.4 CA20結構模塊鋼筋、預埋件安裝及混凝土澆筑CA20結構模塊吊裝就位完成后，其內外兩側需進行鋼筋及預埋件的安裝,在驗收合格后進行混凝土澆筑，最終形成完整的結構。在該階段施工中，需要對混凝土的震搗以及模板的支設、加固進行重點監(jiān)控，以確保施工質量。4.CA20結構模塊安裝過程

7、中存在的問題分析4.1 CA20結構模塊的變形問題由于CA20結構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，同時自身與其他墻體之間無隔墻連接，導致單板墻在吊裝和混凝土澆筑過程中極易發(fā)生變形。除此以外，CA20結構模塊本體因其內部結構較為復雜和不規(guī)則，故在吊裝過程中，倘若采用常規(guī)吊裝，很容易導致內部各房間之間的墻體墻面發(fā)生變形。這成為CA20結構模塊安裝過程中的一大難點。4.2 CA20結構模塊就位過程中與插筋觸碰問題CA20結構模塊所處位置與地面的連接方式如下：盒箱板內通過角鋼、槽鋼龍骨拉筋連接，墻體內還設有尼爾森錨固螺桿和預埋桿件、泄露槽等，其就位區(qū)域內有近千根鋼筋，鋼筋高約一

8、層樓,該施工環(huán)境提高了CA20結構模塊在就位過程中與鋼筋相碰的概率。 圖四：CA20底部插筋設計圖圖四 現(xiàn)場鋼筋實物圖 圖五 CA20底部插筋設計圖4.3 CA20結構模塊就位精度問題CA20結構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，要在復雜的環(huán)境下對結構模塊進行微調保證安裝精度，施工難度較大。5.CA20結構模塊安裝存在的問題應對措施由于上述問題在以往核電建造過程中未曾遇見，因此必須根據(jù)實際情況設計新型工裝和改進施工工藝予以解決。5.1 CA20結構模塊的防變形控制1） 在單板墻體之間設計一種新型工裝進行安裝，新型工裝采用不容易變形的角鋼進行連接。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結構模塊防變形工裝圖2） 對于大型結構模塊的吊裝，其吊點數(shù)量往往多于2個，為避免起吊時的平衡和模塊上的局部應力或變形過大，吊點大多根據(jù)模塊結構形式呈離散型設置，為保證吊點豎向受力，目前業(yè)內多采用框架式吊梁，但由于其通用性不強且無法滿足其他異形模塊的吊裝導致施工成本增加，因此需要設計一種適用于AP1000核電結構模塊吊裝的多吊點多級吊梁，具備根據(jù)實際情況調整吊點的距離等功能，具體形式如下圖。圖七 多級吊梁形狀圖5.2 CA20結構模塊的插筋觸碰控制CA20屬于大型結構模塊，吊裝及安裝難度較大，為確保CA20結構模塊順利就

10、位于安裝位置，且避免在吊裝過程中與底板鋼筋不發(fā)生觸碰的情況發(fā)生，需通過精確測量并將數(shù)據(jù)輸入到CAD計算機軟件中進行1:1的模擬，具體流程如下：5.2.1數(shù)據(jù)測量方案的選擇決定一個物體的空間位置，需要三個坐標數(shù)據(jù)，所以安裝基準線一般有平面位置基準線（縱向和橫向軸線）和標高基準線，目前CA20 結構模塊復測工作暫不考慮標高問題，因此只需考慮平面坐標即可。方案一：先測量CA20結構模塊，再進行基礎底板的放樣工作1) CA20結構模塊的測量工作a) 彈出CA20結構模塊的軸線，并在墻體外側做好標記。b) 復測出CA20結構模塊的墻體尺寸。c) 將實測數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)進行對比，計算出兩者之間的偏差。d)

11、將墻體錨釘位置引線引出，并在結構模塊墻體進行標記。2) CA20結構模塊的基礎底板測量工作a) 將CA20結構模塊測量數(shù)據(jù)通過縱向、橫向軸線為基準線在底板放樣。同時將加強筋、錨釘、泄露管的實測位置在底板作標記，隨后查看底板鋼筋與加強筋碰撞的情況是否發(fā)生。b) 根據(jù)放樣結果結合施工記錄的數(shù)據(jù)調整鋼筋的相對位置。方案二：先進行基礎底板的放樣工作，再測量CA20結構模塊1) CA20結構模塊的基礎底板測量工作a) 在CA20結構模塊基礎底板標記出縱向和橫向軸線。b) 以縱向和橫向軸線為基準線劃出CA20結構模塊的墻體邊線。c) 測量出加強筋兩側鋼筋的尺寸，（將2個加強筋中間的鋼筋看成一組，測量出每組

12、鋼筋邊緣即可），記錄好上述數(shù)據(jù)。2) CA20結構模塊的測量工作a) 在結構模塊本體上標記出縱向和橫向軸線。b) 測量CA20結構模塊的墻體尺寸，并做好記錄。c) 將上述CA20結構模塊基礎底板上的鋼筋位置尺寸標記在結構模塊本體上。將方案一與方案二進行對比，找出最優(yōu)方案：方案一方案二工作量工作量多，周期長工作量少，周期短精度精度高精度稍底風險無 現(xiàn)場鋼筋容易發(fā)生變更且外部單位不易溝通協(xié)調，導致重新測量，需耗費大量人力。 表一 方案對比表經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，方案一應優(yōu)先考慮。5.2.2過程測量按照方案一的方法進行測量，過程中采用直角尺、盤尺、鋼卷尺、劃規(guī)、樣沖、線錘、記號筆等工具，測量時應控制好誤差，測

13、量結束后，將設計值與實測值進行對比，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結構模塊拼裝過程中存在誤差且現(xiàn)場鋼筋施工的誤差問題，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)部分插筋與CA20 墻體內的槽鋼、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致插筋與槽鋼、錨釘發(fā)生碰撞，將會對插筋和槽鋼、錨釘造成永久性破壞。為避免此狀況的發(fā)生，需施工單位對核島底板插筋進行適當?shù)恼{整，建議調整方案如下：1) 建議將分布在 CA20 模塊內槽鋼兩側的插筋向槽鋼的反向進行調整；2) 建議將分布在 CA20 模塊外側（單墻位置）的插筋向模塊的反向進行調整。圖八 鋼筋調整示意圖5.3 CA20

14、結構模塊安裝精度控制大型結構模塊尺寸大，重量大，這導致結構模塊慣性較大，又因為安裝精度較高，倘若采用人工進行調整，無法進行精確，為便于進行模塊的微調，專門設計一種精確導向裝置，即導向框和定位銷。導向框安裝于模塊上，定位銷安裝于就位基礎上，當兩者承插后可通過液壓千斤頂對模塊進行微調，最終達到就位的誤差要求，具體設計過程如下： 在CA20結構模塊本體上設計2套導向裝置，分別位于兩個主控點處，兩處導向銷應存在高度差，這樣模塊下落時分別進入，更具有可操作性。當導向銷進入到導向框時，操作人員通過手動調整液壓千斤頂移動結構模塊。圖九 導向裝置流程圖圖九 導向裝置流程圖6.結論作為AP1000核電首個吊裝的結構模塊CA20，由于AP1000核電屬于新型堆型，其特點是模塊化施工，截止目前，國內尚無施工的先例，由于其尺寸大、重量重、內部結構布置不均勻、安裝環(huán)境復雜，這給大型結構模塊安裝帶來了一系列具有挑戰(zhàn)性的問題。本文闡述和分