樹狀圖分析法在田灣核電站3#核島穹頂吊裝過程中風速控制的應用

晏鑫

（中核機械工程有限公司核電分公司，江蘇 連云港 222000）

針對穹頂吊裝這種關鍵性的大型節點工程來說，如果沒有安全保證，根本就談不上成功和效益。田灣核電站3#機組穹頂是整個二期工程建設過程中的重大節點之一，其關注度和對整個工程的影響程度是不言而喻的，本次穹頂吊裝未采用原田灣核電站一期工程穹頂分段吊裝的方式，轉而采取了整體吊裝的方案，對于這種施工方法在全球進行該堆型薄殼穹頂的吊裝也尚屬首次，對于吊裝方式的改變，整個吊裝過程中氣候條件的安全管控要求也較以往有了很大的不同。

本文運用定性和定量的分析方法找出風速條件對本次吊裝的影響因素，并找出相應的控制對策，并應用在穹頂吊裝過程之中，從而確保穹頂吊裝安全順利完成。

1 工程概況

田灣核電站3#機組安全殼鋼襯里穹頂外形（內徑）為R=22m的帶肋半球殼體,全高（內壁）為22m，呈半球形，安裝標高為+48.6m(下口標高)，障礙物頂標高為+61.5m，穹頂結構重量為341.022t， 調 平 配 重 量 為 6.3t， 吊 裝 時 吊 索 具 重 量14.437t，按照設計圖紙要求設置18個吊點，重心位置近似在穹頂重心的垂線上。

本次穹頂吊裝采用的是ZCC3200NP型履帶式起重機，采用超起固定副臂工況SFDB模式，穹頂吊離地2m試吊時（+9.85m）起重機吊裝實際載荷為476.419t，此時吊機額定載荷為548t；起吊至最高點時（+63.4m）起重機吊裝載荷為473.779t，此時，吊機額定載荷為961t。結合連云港當地的氣候條件，現對風速與穹頂吊裝之間的影響進行分析，從而確保穹頂吊裝活動順利進行。穹頂吊裝示意圖見圖1。

圖1 穹頂吊裝示意圖（穹頂吊裝最高點）

2 風速對穹頂吊裝影響因素分析

為了做好本次穹頂吊裝的安全管控工作，確保穹頂屆時順利進行吊裝，現用樹狀圖的方法對穹頂吊裝過程中風速的影響進行分析，將各種因果關系用不同的邏輯門聯結起來，然后通過定性和定量分析，確定風速對穹頂吊裝活動的影響程度。現分析如下。

圖2 樹狀分析圖

3 安全管控對策

根據以上圖2分析得知，風速對穹頂吊裝產生的直接影響后果為X1、X2；即風速使吊裝載荷增加、穹頂下口產生擺動進而與吊機吊臂發生碰撞，如果風速超出一定的量，有可能導致嚴重的后果。現就3#核島穹頂在吊裝過程中風速對吊裝載荷的變化情況和穹頂整體擺動情況進行驗算，從而確定穹頂吊裝過程中的最大允許風速。結合穹頂吊裝過程中的風速測量值，從而使穹頂吊裝工作安全順利進行。

3.1 風速測量

穹頂吊裝之前，為了掌握穹頂吊裝1個月內的風速變化情況，需要安排專人在現場測量風速變化，測量區間應該是上午、中午和下午各至少一次，測量地點宜選擇在核島的最高點，通過對測量數據進行分析，從而確定穹頂吊裝的大致時間段。

3.2 穹頂吊裝作業風載計算

風載計算選取穹頂吊裝過程中具有代表性的兩個關鍵吊裝位置點進行研究，一個是穹頂吊裝試吊時（+9.85m），另一個是穹頂起升至最高點（+63.4m）。通過以上兩個點處的風載分析，從而得出穹頂吊裝過程中所需的安全風速環境。

穹頂外形（內徑）為R=22m的帶肋半球殼體，其有效迎風面積是其側向投影面積，迎風面積：A=3.1415×22m×22m=771.37。

根據《起重機設計手冊》：在最不利風向的作用下，穹頂發生偏擺產生附加風荷載，使起重機負荷率增加。當水平風載不超過起重機的吊裝作業工況下額定起重量的1%時，能夠保證吊裝安全。風速計算如下。

（1）試吊時（+9.85m）風速要求。起重機在起吊穹頂離地2m進行試吊時（地面標高+7.85m），此時起重機的額定起重量為548t。此時起重機的受力計算為：

根據《起重機設計規范》（GB/T3811-2008），計算風載荷如下：

其中：C-風力系數，取C=1.2；Kh-風壓高度變化系數，取 Kh=1.17；Us- 體型系數，取 Us=0.8；q-標準風壓（kN/），q=0.625；V為風速（m/s）；A-迎風面積，A=771.37。

因此在穹頂起吊時，風速控制在9.96m/s以內時，吊裝安全。

（2）起吊至最高點（+63.4m）時風速要求。起重機在起吊穹頂至最高點離地56.15m時，此時起重機的額定起重量為961t。此時起重機的受力計算為：=961000kg×1%×9.8N/kg=94178N。

根據《起重機設計規范》（GB/T3811-2008），計算風載荷

其中：C-風力系數，取C=1.2；Kh-風壓高度變化系數，取Kh=2.2；Us-體型系數，取Us=0.8；q-標準風壓（kN/），q=0.625，V為風速（m/s）；A-迎風面積，A=771.37。

綜上，在3#核島穹頂吊裝時，風速控制在9.62m/s以下時，吊機載吊裝荷安全。

由于風速在9.62m/s以下時，僅表示吊機載吊裝荷安全，但是風速在9.62m/s時，穹頂會產生擺動，如果擺動幅度過大，會使穹頂下口邊緣與吊機吊臂相碰，進而產生比較嚴重的安全后果，因此需要對風速在9.62m/s時，穹頂產生的擺動幅度做進一步驗算，才能證明穹頂吊裝作業安全。

（1）穹頂在試吊時（+9.85m）擺動情況。穹頂在試吊時（+9.85m），穹頂與吊臂之間的距離較大，在風速為9.96m/s時，穹頂下口與吊機吊臂幾乎不可能相碰，在此不再贅述。

（2）穹頂起吊至最高點時（+63.4m）擺動情況。起重機在起吊穹頂至最高點離地56.15m時，結合圖1，此時穹頂下口與起重機吊臂之間的安全距離為19.58m，通過以上風速的驗算，此時的風速為9.62m/s，因此此時起重機的受力計算為：

Q-起吊至最高點時（+63.4m）起重機吊裝載荷，Q=473.779t=473779kg；v-直線運動速度，v=2 m/min=1/30m/s；g- 重 力 加 速 度，g=9.8m/s；T- 制動加速度的時間，T=4s。

穹頂起吊至最高點時（+63.4m）風的作用力和慣性力對吊裝鉛垂線的影響計算如下：=9.44t。

穹頂起吊至最高點時（+63.4m）風的作用力和慣性力對吊裝鉛垂線產生的夾角計算如下：Tanα=9.44t/961t，α=0.56。

結合圖1，計算風力和慣性力是穹頂下口產生的偏移計算如下：

因此，當穹頂起吊至最高點時（+63.4m），風速在9.62m/s時使穹頂產生的擺動時下口不會與吊臂相碰，因此吊裝安全。

綜上，田灣核電站3#機組穹頂吊裝風速控制在9.62m/s以下時，吊裝安全。

4 結語

穹頂吊裝是核電建設過程中的一個重要環節，通過以上分析，要求做好吊裝過程中的風速控制工作，切實落實大件設備吊裝過程中的風速控制措施，確保穹頂吊裝作業處于安全可控的范圍之內。

參考文獻：

[1]GB3811-2008，起重機設計規范[S].北京，中國標準出版社，2008.

[2]起重機械設計手冊[M].北京，中國鐵道工業出版社，1998.

[3]GB 6067-1985，起重機械安全規程[S].北京，中國標準出版社，2010.

[4]朱兆華等主編.起重作業安全技術問答[M].北京，化學工業出版社，2009.