華龍一號預應力施工工藝優化

苗曉強 陳雄

中核工程咨詢有限公司福建分公司 福建福州 350000

福清核電5/6#機組“華龍一號”是在我國已經掌握的成熟核電技術基礎上，按照國家最新法規標準要求，通過實施一系列重要安全設計和技術改進形成的中國先進壓水堆核電品牌，其安全和技術指標達到了國際三代核電站的要求。華龍一號肩負著核電及其裝備走出去的重任，其首堆建設的質量、工期和成本將對后續國內核電發展和核電走出去的國家戰略產生重要影響[1]。

反應堆廠房作為華龍一號的核心區域，主要由內部結構、內層安全殼和外層安全殼組成（見圖1）。內層安全殼是包容核蒸汽供應系統（NSSS）的主要物項，為預應力混凝土結構。預應力施工的質量高低關系到內層安全殼的質量乃至整個核電站的安全。

華龍一號預應力的布置、作業條件和設備等較M310堆型差異性較大，無相應施工經驗，施工難度較大。而預應力施工完成是后續冷熱試的前提，提高預應力施工質量和效率是保證華龍一號施工質量和工期的關鍵。

1 工程簡介

華龍一號內層安全殼共有預應力鋼束221束，分為倒U形鋼束及環向鋼束，其中倒U形鋼束共94束，環向鋼束共127束。環向鋼束分為筒體環向鋼束106束和穹頂環向鋼束21束（見圖2）。

預應力施工共分為7個階段，其中1、3、5階段為華龍一號首次采用的倒U形鋼束，2、4、6階段為環向鋼束，第7階段為監測鋼束。施工時倒U形鋼束在廊道及穹頂處施工，環向鋼束主要在位于內層安全殼扶壁柱上預應力張拉平臺上施工。

圖1 反應堆廠房剖面圖

圖2 預應力鋼束布置示意圖

2 施工工藝介紹

華龍一號預應力鋼束有環向和倒U兩種形式，其施工工藝略有不同。環向鋼束施工流程如下：張拉平臺搭設→孔道編號→通球→鋼絞線及穿束機就位→鋼絞線穿束→錨夾具安裝→等應力張拉→正式張拉→外露鋼絞線切割→灌漿帽安裝→氣密性試驗→制漿與灌漿。環向鋼束在穿束時單根穿束，而倒U型鋼束則需要編束后進行整體穿束[2]。

華龍一號預應力鋼絞線編束、鋼絞線穿束、錨夾具安裝、張拉等工藝與前期M310機組有較大差異，是影響施工質量和進度的關鍵工序，通過五號機組的實踐和優化對后續華龍一號建設有重大意義。

3 施工工藝優化

3.1 倒U形鋼束鋼絞線編束施工優化

5#機組倒U形鋼束采用整體穿束法，設置單根布線管（見圖3）將55根鋼絞線編成一束用于整體穿束。在5#機組鋼絞線編束過程中出現編束受阻的問題共計132次，而重新穿束需要2h，導致編束施工成本增加，作業時間延長。

編束孔道空間的擴大是解決受阻問題的關鍵，需要對布線方式進行合理優化，將單根布線管改成雙布線管是有效的解決措施。雙布線管是由一根鋼導管和一根波紋管組成（如圖4），編束施工時，鋼導管內由穿入的鋼絞線55根減少到40根，而波紋管內穿入其余的15根鋼絞線。雙布線管布置的方式可以極大降低編束受阻的發生概率，同時可以在廊道內布置兩組雙布線管，使編束施工形成流水作業，有效縮短編束周期。

圖3 單布線管示意圖

圖4 雙布線管示意圖

3.2 鋼絞線穿束牽引材料優化

預應力孔道埋設時需要預留鐵絲用于通球實驗，在穿束前需將鐵絲置換為鋼絲繩用于牽引鋼絞線整體穿束。而福清核電站靠海而建，空氣中氯離子含量較大，加之預留鐵絲時間太長，導致鐵絲銹蝕嚴重，容易出現斷裂。

在5#機組鋼絲繩置換鐵絲過程中出現了多次預留鐵絲斷裂的問題，而重新牽引鋼絲繩，難度極大，處理時間較長，最長一次超過一天，影響預應力整體施工進度，同時存在較大安全風險。

更換前期預留通球所需的鐵絲是避免問題出現的關鍵，根據福清環境條件，采取尼龍纖維等柔軟的有機材料是最好的選擇?；谀透g、防切割和耐磨性能的考慮及費用的比較，確定用直徑12mm的登山繩作為后續預留的通球實驗材料，同時將6#機組已經預留的鐵絲立即更換，避免后續斷裂問題的發生。

3.3 錨夾具安裝施工工裝優化

鋼絞線張拉錨夾具由錨固塊和夾片組成，是預應力混凝土中所用的永久性錨固裝置，是為保持預應力筋的拉力并將其傳遞到混凝土內部的錨固工具。夾片安裝質量是影響預應力施工質量的重要因素，夾片漏裝會導致錨具無法保持預應力筋的拉力，從而導致預應力張拉失敗。

華龍一號預應力鋼束由55根鋼絞線組成，需要55套夾片，而錨固塊安裝完成后鋼絞線密集（見圖5），加之照明影響，容易在安裝過程中出現漏裝情況。在5#機組夾片安裝過程中出現多次漏裝的問題。

安裝夾片數量明確易檢查是避免漏裝問題的方向，根據夾片數量制作一套工裝是最有效的解決措施。該工裝由5×11的格子組成，夾片的數量與每根鋼束的需求相對應（見圖6），當夾片安裝完畢后，通過目視檢查工裝內是否剩余夾片便可避免夾片漏裝情況，保證預應力施工質量。工裝投入使用后，杜絕了由于漏裝夾片導致預應力張拉返工問題的出現。

圖5 夾片安裝完后檢查是否漏裝

圖6 盛放夾片的工裝

3.4 鋼絞線張拉千斤頂安裝方式優化

鋼絞線張拉是整個預應力施工過程中最為重要且風險最大的一個施工工序。倒U形鋼束張拉時使用型號為C1500F的千斤頂，其重量為2.8T。5#機組施工時使用叉車進行千斤頂的安裝和調整，叉車動力的穩定性難以滿足千斤頂安裝的精度，在千斤頂位置微調時需要反復多次，且千斤頂無法固定在叉車上，存在墜落風險。導致單根孔道張拉需要2小時以上，且安全風險較高[3]。

根據華龍一號承壓板的型號和外觀的分析，在承壓板上設置吊耳工裝調整千斤頂，能有效保證千斤頂調整安裝和微調的精度要求。吊耳工裝采用20mm厚Q235鋼板和φ20mm圓鋼加工而成，并開設兩個與承壓板螺栓相一致的螺栓孔，吊耳工裝用8.8級螺帽緊固在承壓板兩側。該措施有效地保證了千斤頂的安裝質量，縮短了張拉工期。

4 水平預應力操作面擴展優化

華龍一號為雙層安全殼結構，雙殼最小間距為1.8m，是環向鋼束施工的主要場所，且所有的施工工藝都需要借助張拉平臺進行，環向鋼束施工的工作面狹小，是影響預應力施工進度的主要因素。

為增加環向鋼束施工的工作面，在內外殼之間扶壁柱區域搭設-8m至+16m的操作架。整個操作架由扶壁柱兩側區域（架體2、3）及扶壁柱區域（架體1）三部分組成。架體2、3又分為4個區域，區域1為直爬梯及油泵放置平臺，區域2、3為穿束工作平臺，區域4為穿束機、千斤頂工作平臺。

操作架搭設完成后，16m以下鋼束在操作架上進行施工，16m以上鋼束在張拉平臺上進行施工，兩個操作面互不影響，可同時進行施工，有效節約了環向鋼束施工周期。

5 結語

通過對華龍一號5#機組預應力施工問題總結，從工藝優化和工作面擴展兩方面進行思考分析，提出了五條后續預應力施工時可以采用優化措施，且在6#機組中已得以應用，6#機組預應力施工總工期節約25天以上，極大的提高了6#機組預應力施工質量，加快了預應力施工進度。

以上優化措施可以在后續“華龍一號”的預應力施工中借鑒，對避免預應力質量問題，加快施工進度有一定意義。