核電站反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝施工管理研究

1、中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司2015年助理工程師資格評(píng)審論文核電站反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝施工管理研究魏 瑋中核機(jī)械工程有限公司2015年8月目 錄1、概述32、不同核電技術(shù)穹頂簡介32.1 M310等二代核電穹頂32.2 AP系列等三代核電穹頂42.3 華龍一號(hào)等其他三代核電穹頂43、吊裝所需起重設(shè)備簡介53.1 M310核電穹頂?shù)跹b起重設(shè)備選型53.2 AP1000核電穹頂?shù)跹b起重設(shè)備選型54、穹頂整體吊裝作業(yè)過程控制64.1 M310穹頂?shù)跹b工藝流程及操作要點(diǎn)64.2 M310穹頂?shù)跹b質(zhì)量控制措施84.3 M310穹頂?shù)跹b安全管理措施95、結(jié)語10參考文獻(xiàn)10核電站反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝施工管理

2、研究魏 瑋中核機(jī)械工程有限公司摘要：針對(duì)目前核電反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝的施工管理，通過對(duì)不同核電堆型的穹頂參數(shù)、起重設(shè)備選型等方面的介紹，結(jié)合M310穹頂整體吊裝的施工工藝流程及其質(zhì)量控制、安全管理等方面的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述，總結(jié)了目前已施工的M310穹頂整體吊裝的施工管理經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)核電穹頂整體吊裝施工的管理乃至整個(gè)吊裝施工過程控制提供參考和借鑒。關(guān)鍵詞：穹頂; 整體吊裝; 施工管理；1、概述在核電站反應(yīng)堆的建造過程中，反應(yīng)堆廠房穹頂鋼襯里（穹頂）安裝時(shí)，穹頂重量重、體積大，吊裝跨度和安裝高度較大，吊裝工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，施工難度大，是大件設(shè)備吊裝施工中面臨的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，因此，安全、高效地進(jìn)

3、行反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝具有重要意義。目前，核電站反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝是該核電站建造的關(guān)鍵技術(shù)，如何在保證施工質(zhì)量，又能高效、安全的完成穹頂安裝成為核電建造中各方始終關(guān)心的問題。中核機(jī)械依托核電大件吊裝項(xiàng)目，有著豐富的穹頂?shù)跹b施工經(jīng)驗(yàn)，本文作者也有幸能夠參與整個(gè)吊裝施工作業(yè)的管理過程中，結(jié)合多年的核電穹頂?shù)跹b的施工作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)核電穹頂?shù)跹b的施工管理提出了部分建議和意見，供后續(xù)核電項(xiàng)目穹頂整體吊裝提供參考和借鑒。2、不同核電技術(shù)穹頂簡介2.1 M310等二代核電穹頂M310等二代核電技術(shù)中，穹頂作為反應(yīng)堆廠房鋼襯里的封頂部分，呈圓弧形，屬大體積薄殼結(jié)構(gòu)，是整體吊裝的最大鋼結(jié)構(gòu)件。穹頂在安裝之前

4、，需在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地面拼裝。穹頂?shù)跹b時(shí)，內(nèi)側(cè)頂部的噴淋系統(tǒng)、空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等裝置也需要提前安裝完成。根據(jù)穹頂分塊焊接拼裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及重量大、體積大等特點(diǎn)，為防止設(shè)備吊裝過程中產(chǎn)生變形，在穹頂下口起6m高度處沿圓周肋筋均布設(shè)13個(gè)吊點(diǎn)。穹頂外形及相關(guān)參數(shù)如下（見右圖1穹頂示意圖）：穹頂下口外徑：Ø37.00m全高：11.05 m壁殼厚度：6.00mm安裝標(biāo)高：+44.83m（下口標(biāo)高）結(jié)構(gòu)總重量：145T（含噴淋系統(tǒng)及空氣監(jiān)測(cè)裝置等）圖1：M310核電技術(shù)穹頂示意圖2.2 AP系列等三代核電穹頂AP1000核電項(xiàng)目中，其反應(yīng)堆穹頂及其附屬鋼結(jié)構(gòu)位于CVTH上部，距離地面高度約（55-

5、75m），主要由鋼穹頂、附屬鋼結(jié)構(gòu)（CH67/CH71/CH72/CH73 、屏蔽墻內(nèi)外側(cè)鋼平臺(tái)、通風(fēng)豎管鋼架、水箱等頂部格柵燈）構(gòu)成。穹頂上部支撐CB20模塊（非能動(dòng)安全殼冷卻水箱模塊），外部澆筑混凝土，形成疊合結(jié)構(gòu)。其穹頂主體結(jié)構(gòu)呈圓錐狀，其下部直徑約為41.3m，上部直徑為12.5m，高約11m。主要由32塊覆面鋼板以及背部加勁型鋼組成。穹頂主體鋼結(jié)構(gòu)及其附屬模塊（CH67/CH72/CH73）總重量約為714.6t，具體見圖2：AP1000穹頂示意圖。圖2：AP1000核電穹頂示意圖2.3 華龍一號(hào)等其他三代核電穹頂隨著我國自主化三代核電技術(shù)的發(fā)展，華龍一號(hào)及ACP1000等核電技術(shù)進(jìn)

6、入到人們的視野，華龍一號(hào)等三代核電技術(shù)是在M310的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展提升而來，因?yàn)槭艿搅藝液穗娂夹g(shù)的發(fā)展的重視，目前已經(jīng)開工的項(xiàng)目有福清5、6號(hào)機(jī)組以及巴基斯坦K2K3核電項(xiàng)目，但至今仍未有穹頂?shù)跹b的工程實(shí)例。ACP1000核電內(nèi)安全殼穹頂鋼襯里設(shè)計(jì)呈一半徑為23.4m的半球形殼體結(jié)構(gòu)，同原田灣核島穹頂相似，吊裝難點(diǎn)在于穹頂較高，乃至起吊高度也相應(yīng)加大，且ACP1000穹頂較其他堆型核島穹頂重量大。ACP1000穹頂數(shù)據(jù)（估算）如下表1所示：序號(hào)主要內(nèi)容參數(shù)1結(jié)構(gòu)重量+附件重量（未計(jì)算吊具、鋼絲繩、吊鉤以及風(fēng)荷載垂直分力）GD =405.11t2穹頂高度頂部69.05m、底部45.65m3起吊

7、時(shí)穹頂下口與環(huán)形吊車拱架間的安全距離3m5m3、吊裝所需起重設(shè)備簡介3.1 M310核電穹頂?shù)跹b起重設(shè)備選型M310核電穹頂?shù)跹b時(shí)需大幅度跨越反應(yīng)堆廠房及周圍其他廠房，起升高度大、半徑遠(yuǎn)。主要考慮穹頂?shù)跹b的總重量、起升高度、吊裝幅度、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置、建筑物和障礙物等因素，選擇相應(yīng)起重能力的履帶式起重機(jī)，確定其臂長（主臂和副臂）和超起配置，并通過計(jì)算分析起重機(jī)在相應(yīng)幅度的起重能力、起升高度、作業(yè)回轉(zhuǎn)范圍、與障礙物間距等來驗(yàn)證其符合穹頂?shù)跹b要求。根據(jù)M310核電站施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置和相關(guān)技術(shù)要求，穹頂整體吊裝需要最大起重量1000噸級(jí)或最大起重力矩12000噸米以上的起重機(jī)完成。如：選擇LR11350

8、起重機(jī)，對(duì)M310核電站反應(yīng)堆廠房穹頂整體吊裝進(jìn)行說明。LR11350起重機(jī)工況選擇SDBW（主臂+變幅副臂+超起桅桿工況），主臂60m，幅臂54m。根據(jù)方家山核電工程、福清核電一期工程等穹頂?shù)跹b經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)現(xiàn)有起重機(jī)吊裝能力，M310核電反應(yīng)堆型穹頂?shù)跹b時(shí)起重機(jī)作業(yè)幅度（工作半徑）為54m較為適宜。查LR11350起重機(jī)性能表，工作半徑為54m時(shí)起重機(jī)額定起重量m=284.00t。起重機(jī)負(fù)載率=吊裝重量總計(jì)/額定起重量×100%=194.7/284×100%=68.6%（低于90%，符合要求）。穹頂?shù)跹b過程中需要跨越的最高障礙物為已經(jīng)安裝完成的環(huán)形吊車拱架，由計(jì)算可知，起重

9、機(jī)起升高度滿足吊裝要求。其他廠房的外形不影響起重機(jī)及穹頂回轉(zhuǎn)。3.2 AP1000核電穹頂?shù)跹b起重設(shè)備選型AP1000核電穹頂?shù)跹b重量重，體積大，吊裝前必須合理選擇吊裝機(jī)械、吊索具，以滿足吊裝的要求；目前國內(nèi)在建的AP1000核電項(xiàng)目中，三門核電選擇了美國lampson公司的LTL2600B型2600噸履帶起重機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)，海陽核電選擇了德國TEREX-Demag公司生產(chǎn)的CC8800-1twin型3200噸履帶起重機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)。以海陽項(xiàng)目為例設(shè)備計(jì)算選型如下。結(jié)合海陽AP1000場(chǎng)地吊裝實(shí)際情況，以及穹頂參數(shù)，選用CC8800-1 TWIN 吊機(jī)進(jìn)行穹頂?shù)牡跹b作業(yè)，工況選擇SFSL工況。

10、CC8800-1 TWIN 吊機(jī)配置為：主臂81m，MAST 56m，副臂42m，與主臂夾角15度；吊車主臂寬3.2米，主臂旋轉(zhuǎn)中心至吊車旋轉(zhuǎn)中心距離1.2m；吊車回轉(zhuǎn)中心距地面垂直距離為5.8m。吊裝總重量為874.38t，經(jīng)計(jì)算和吊機(jī)起吊能力對(duì)比，吊機(jī)行走時(shí)負(fù)荷率為874.38/934=93.62%，吊機(jī)就位吊裝時(shí)負(fù)荷率為874.38/972=89.96%，滿足吊裝要求。穹頂下口吊裝總高度H等于57m67.07m，工作半徑38m時(shí)穹頂起升高度增大，所以吊裝總高度滿足吊裝要求。4、穹頂整體吊裝作業(yè)過程控制現(xiàn)根據(jù)如上分析，不同核電技術(shù)其穹頂參數(shù)，起重吊裝設(shè)備有所不同，然而針對(duì)其吊裝過程的控制和

11、管理，則基本相同，質(zhì)量、安全、風(fēng)險(xiǎn)控制等方面都需要進(jìn)行周全的管理和控制。才能保證穹頂整體吊裝作業(yè)的安全、高效。以下以方家山M310核電穹頂整體吊裝施工作業(yè)的過程控制為例，分別從質(zhì)量安全等方面進(jìn)行闡述。4.1 M310穹頂?shù)跹b工藝流程及操作要點(diǎn)（1）施工工藝流程圖3：M310穹頂整體吊裝施工工藝流程（2）操作要點(diǎn)前提條件：反應(yīng)堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完（標(biāo)高為34.0m）；筒體砼施工完24層（標(biāo)高為42.12m）；筒體鋼襯里施工完12段（標(biāo)高為44.83m）；穹頂安裝導(dǎo)向柱和支撐千斤頂（各13個(gè)）安裝完成，13個(gè)32t螺旋千斤頂放置在導(dǎo)向立柱相應(yīng)位置，同時(shí)用鋼絲將其捆綁防止墜落，調(diào)整千斤頂?shù)母叨?，使之高?/p>

12、筒身鋼襯里上口實(shí)際標(biāo)高80mm；環(huán)形吊車全部吊裝就位；穹頂拼裝焊接完成；穹頂內(nèi)部設(shè)施安裝完成；影響穹頂?shù)跹b的塔吊按照要求?？坎⒃O(shè)專人監(jiān)護(hù)；筒體上下人員通道降低到44.83m以下。 現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃：項(xiàng)目施工前期，勘察施工作業(yè)場(chǎng)地，以減少場(chǎng)地清理、處理范圍，減少對(duì)其它施工的影響，便宜施工為原則，合理的規(guī)劃施工場(chǎng)地，進(jìn)行設(shè)備和機(jī)械布置。地基處理：根據(jù)穹頂?shù)跹b起重機(jī)站位場(chǎng)地要求，對(duì)地基采用開挖、沙石回填及分層碾壓、或混凝土澆注處理，使地基承載力達(dá)到25t/m2。再按平面布置圖所示鋪設(shè)10塊專用路基箱（6m×3m）。地基水平度不大于5。起重機(jī)進(jìn)場(chǎng)：根據(jù)穹頂?shù)跹b要求，完成LR11350起重機(jī)SDBW（

13、S60m+W54m）模式的組裝、調(diào)試、試車，并按照平面布置圖，完成起重機(jī)進(jìn)場(chǎng)站位?？蛰d模擬穹頂?shù)跹b：施工準(zhǔn)備工作完成后，模擬穹頂?shù)跹b過程進(jìn)行空載模擬吊裝，指揮LR11350起重機(jī)進(jìn)行各吊裝步驟的起落鉤、回轉(zhuǎn)等操作，并在過程中驗(yàn)證吊裝指揮系統(tǒng)和吊裝機(jī)構(gòu)的運(yùn)作情況，并且檢查起重機(jī)及穹頂運(yùn)行所通過的空間是否暢通。起重機(jī)在進(jìn)行空鉤模擬試驗(yàn)時(shí)，沒有懸掛吊籃，因此要按吊籃實(shí)際尺寸測(cè)量其回轉(zhuǎn)區(qū)域并做出標(biāo)記，以確定穹頂?shù)跗鸷笮枨宄膱?chǎng)地范圍。索具連接及調(diào)整：鋼絲繩長度地面初步調(diào)節(jié)。在地面上將卸扣、鋼絲繩和花蘭螺栓進(jìn)行可靠連接，調(diào)整各根鋼絲繩的長度一致，并使花蘭螺栓的螺母置于螺栓螺紋的中間位置，便于以后雙向調(diào)節(jié)

14、。調(diào)整完成后對(duì)每根鋼絲繩進(jìn)行編號(hào)。地面調(diào)節(jié)鋼絲繩時(shí)應(yīng)鋪隔離布以防泥沙等污染鋼絲繩及連接件。將鋼絲繩按照編號(hào)連接至LR11350起重機(jī)吊鉤上，然后起升起重機(jī)吊鉤將鋼絲繩吊至穹頂上部，將鋼絲繩下端的卸扣和花蘭螺栓與穹頂?shù)醵B接，并檢查其連接的可靠性。穿掛連接時(shí)可采用汽車起重機(jī)配合。通過測(cè)量配合調(diào)整吊鉤位置，使其垂線接近穹頂?shù)闹行?。起重機(jī)起鉤加載至穹頂?shù)跹b重量的40%左右，通過檢查各鋼絲繩的張緊程度，利用扳手調(diào)節(jié)與卸扣連接的花蘭螺栓，使13個(gè)吊點(diǎn)鋼絲繩的受力基本均勻。在穹頂拼裝基礎(chǔ)四個(gè)基準(zhǔn)方位處掛設(shè)四個(gè)手動(dòng)葫蘆（HS-10-10t），目的是為防止穹頂?shù)蹼x拼裝基礎(chǔ)時(shí)產(chǎn)生劇烈晃動(dòng)。試吊：去除穹頂與拼裝支

15、架的連接，全面檢查穹頂上、下及內(nèi)部和周圍三米范圍，徹底清除一切障礙物。起重機(jī)起鉤加載至穹頂?shù)跹b重量的80%左右，再次通過測(cè)量配合調(diào)整吊鉤位置，使其垂線位于穹頂?shù)闹行模ㄆ畋M可能控制在250mm以內(nèi)）。測(cè)量人員應(yīng)在起重機(jī)起鉤加載過程中跟蹤觀測(cè)站位點(diǎn)的地基沉降量，監(jiān)測(cè)是否有過量沉降致使地基破壞失效。緩慢起鉤，直至穹頂下口全部離開支架約100mm后停止，在測(cè)量的配合下，調(diào)整花蘭螺栓，使穹頂下口的水平度和圓度符合設(shè)計(jì)的安裝要求。正式吊裝：- 試吊與正式吊裝起重機(jī)站位點(diǎn)相同。- 起吊前檢查各種吊索具、起重機(jī)狀態(tài)，確認(rèn)無誤后在穹頂下口均布4點(diǎn)分別系結(jié)一根25mm、長50m的白棕繩，吊裝過程中應(yīng)注意該繩不得

16、纏繞任何物體。- 解除穹頂與拼裝平臺(tái)上所有的臨時(shí)連接構(gòu)件。- 緩慢而勻速地起升吊鉤至穹頂下口離地約1000mm，靜止10分鐘，對(duì)穹頂、索具連接、起重機(jī)運(yùn)行等進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無異常情況后，方可繼續(xù)吊裝。- 起重機(jī)吊鉤提升使穹頂下口標(biāo)高為+57.152m（超過環(huán)形起重機(jī)拱架上標(biāo)高）時(shí)，停止起升。- 起重機(jī)逆時(shí)針回轉(zhuǎn)91°，使穹頂位于反應(yīng)堆廠房正上方，再進(jìn)行回轉(zhuǎn)和變幅調(diào)整，使穹頂中心與反應(yīng)堆廠房筒體中心對(duì)正。- 起重機(jī)落鉤使穹頂下口位于導(dǎo)向柱（用于穹頂定位）上方300mm處，停止下落。在測(cè)量輔助下起重機(jī)進(jìn)行微調(diào)，使穹頂下口與安裝位置對(duì)正，繼續(xù)落鉤，使穹頂下口緩慢進(jìn)入導(dǎo)向柱，需要時(shí)再進(jìn)行微

17、調(diào)。在穹頂進(jìn)入導(dǎo)向柱后，利用白棕繩調(diào)整穹頂周向位置，使其與基準(zhǔn)安裝角度對(duì)正，并頂升千斤頂，繼續(xù)落鉤使穹頂完全支承在13個(gè)支承千斤頂上，調(diào)整穹頂下口與筒身的對(duì)接縫（千斤頂在降落組對(duì)環(huán)縫過程中，起重機(jī)受力保持約50%的狀態(tài)以輔助組對(duì)），調(diào)整完成后將穹頂固定，點(diǎn)焊對(duì)接縫，確認(rèn)穩(wěn)固后完全松鉤，拆除吊點(diǎn)連接吊具。- 在穹頂下落過程中，應(yīng)密切觀察穹頂內(nèi)的各種管道與環(huán)吊拱架及其它障礙物的安全距離。若發(fā)現(xiàn)意外情況應(yīng)立即停止下落，清除障礙后方可繼續(xù)下落。- 確認(rèn)一切無誤后，進(jìn)行起重機(jī)摘鉤、回轉(zhuǎn)，并完成起重機(jī)退場(chǎng)。4.2 M310穹頂?shù)跹b質(zhì)量控制措施（1）根據(jù)工程特點(diǎn)，按HAF003的要求，制定一套嚴(yán)密的質(zhì)保制度

18、；明確項(xiàng)目部和各級(jí)管理人員的質(zhì)量職責(zé)和質(zhì)量管理的各項(xiàng)規(guī)定；凡事有章可循，凡事有據(jù)可查，凡事有人負(fù)責(zé)，凡事有人監(jiān)督。（2）LR11350起重機(jī)組裝過程需嚴(yán)格按照起重機(jī)相關(guān)說明進(jìn)行，并進(jìn)行嚴(yán)格檢查，吊裝前起重機(jī)質(zhì)量檢查表見附件3，確保起重機(jī)性能良好。（3）將工程質(zhì)量目標(biāo)細(xì)化，分解到施工方案和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量計(jì)劃（見附件4）中。各施工項(xiàng)目工程師負(fù)責(zé)對(duì)施工各項(xiàng)前提條件進(jìn)行檢查確認(rèn)，專職和兼職質(zhì)檢員根據(jù)質(zhì)量計(jì)劃進(jìn)行復(fù)核，按規(guī)定請(qǐng)負(fù)責(zé)人員簽署確認(rèn)。對(duì)施工中的關(guān)鍵步驟、重要環(huán)節(jié)定出W點(diǎn)（Witnesspoint）：見證點(diǎn)、H點(diǎn)（Holdpoint）：停工待檢點(diǎn)、R點(diǎn)（Reportpoint）：審查文件記錄點(diǎn)。（4）

19、根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定工程驗(yàn)收和評(píng)定一覽表，對(duì)質(zhì)量驗(yàn)收和評(píng)定進(jìn)行控制，保證所有施工項(xiàng)目都經(jīng)過檢查驗(yàn)收合格。（5）根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定工程質(zhì)量控制流程。4.3 M310穹頂?shù)跹b安全管理措施（1）操作平臺(tái)、腳手架應(yīng)經(jīng)有關(guān)部門驗(yàn)收合格后方可使用，不符合安全要求的不得使用。筒體上口設(shè)置安全可靠的操作平臺(tái)和安全網(wǎng)。（2）吊裝場(chǎng)地應(yīng)劃出吊裝作業(yè)區(qū)，并用繩索、標(biāo)牌進(jìn)行隔離和警示，設(shè)進(jìn)入限制，無高空作業(yè)證人員嚴(yán)禁進(jìn)入筒身上部操作平臺(tái)。（3）吊裝前清除穹頂上部一切與吊裝作業(yè)無關(guān)材料、工具及雜物。（4）施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須正確佩帶個(gè)人勞保用品：穿好工作服、勞保鞋，戴好安全帽，扣好安全帽帶，高空作業(yè)系好安全帶

20、，安全帶高掛低用。（5）吊裝前應(yīng)進(jìn)行專門的安全技術(shù)交底，使吊裝施工人員掌握施工順序和工作要點(diǎn)。（6）在吊裝過程中，作業(yè)區(qū)內(nèi)應(yīng)停止其它施工作業(yè)，分別設(shè)置高空和地面安全員進(jìn)行檢查、監(jiān)督。（7）索具連接前對(duì)鋼絲繩、卸扣和吊耳等進(jìn)行檢查，不得有變形和裂紋等缺陷。試吊和起吊初期應(yīng)隨時(shí)檢查其連接是否安全可靠。（8）統(tǒng)一指揮信號(hào)，嚴(yán)格按規(guī)定的職責(zé)傳遞信息，起重指揮信號(hào)必須準(zhǔn)確無誤。（9）起吊和就位時(shí)起重機(jī)動(dòng)作必須使用低速，并且均勻，中間過程的起重機(jī)動(dòng)作要保持均勻緩慢穩(wěn)定。嚴(yán)禁猛烈和急速的起重機(jī)動(dòng)作。（10）穹頂?shù)踔粮呖?，起重機(jī)吊臂回轉(zhuǎn)時(shí)，筒體上口的指揮人員、作業(yè)人員不得站在穹頂運(yùn)行軌跡的下方。（11）嚴(yán)禁在鋼絲繩附近進(jìn)行電焊作業(yè)。（12）吊裝工作持