三代核電吊裝施工用大型履帶起重機適用性設(shè)計

渠東迪

中核機械工程有限公司 上海 201700

我國正在建設(shè)第三代核電，主要采用的模塊化施工方式，即將核電廠的整體結(jié)構(gòu)切割成相應(yīng)模塊，并在工廠完成預(yù)制，然后在現(xiàn)場進(jìn)行整體安裝。通過這樣的方式，提高施工效率和施工安全性。但這也要求起重機械必須具有相應(yīng)的起重能力，所以需要使用超大型的履帶起重機。在實際使用起重機械施工的過程中，為了保障施工質(zhì)量，防止出現(xiàn)安全事故，不僅要合理設(shè)計施工方案，還需有效控制起重機的吊裝站位，并合理處理轉(zhuǎn)場行走的場地。另外，還需降低起重機接地比壓。通過這些措施，增強大型履帶起重機對場地的適用性，以有序進(jìn)行吊裝作業(yè)施工。

1 大型履帶起重機選型

在對大型履帶起重機進(jìn)行選型時，主要需要考慮到以下幾方面因素的影響：能夠滿足核電機組重大設(shè)備安全吊裝的需求；相關(guān)配套設(shè)施需求合理；具有較強的現(xiàn)場適用性。大型履帶式起重機的主要特點是可帶載行走，并且具有較強的道路通過性。進(jìn)口履帶式起重機主要有德國TEREX CC8800-1TWIN和美國蘭普森LTL2600B，均已成功應(yīng)用到三代核電施工中。國產(chǎn)履帶式起重機主要有三-SCC3600A和中聯(lián)ZCC3200ONP。三代核電模塊重量和起重機結(jié)構(gòu)自重通過履帶作用于地面，所以要求地面具有相應(yīng)的承載能力，同時還需綜合衡量吊裝區(qū)域場地處理面積和成本等因素。在進(jìn)行三代核電大型模塊吊裝時，對于起重機的需求為3000t級，并且起重力矩不能小于40000t·m。在此基礎(chǔ)上，對以下三種結(jié)構(gòu)形式的履帶式起重機的特點進(jìn)行分析。其一為LR13000起重機，主要由一人進(jìn)行操作，在回轉(zhuǎn)的過程中，會離開地面，可以少處理部分場地。對主車配重托盤進(jìn)行改造，可以將其改為超起托盤，并增加主車配重，可以將其改為無超起配重的履帶式起重機，使其具有更強的靈活性。吊車雖然采用的是單臂結(jié)構(gòu)，但可以組合成強力臂，能夠增強一定范圍內(nèi)的起重性能[1]。其二為LTL2600B起重機，需要三人配合完成操作，主要采用前后履帶車形式。在進(jìn)行吊裝操作時，可以采用行走T型臺形式。為了便于運輸，其吊臂系統(tǒng)為弦腹桿組合式，具有較強的起重性能。其三為CC8800-1TEIN起重機，主要由一人進(jìn)行操作，采用雙臂結(jié)構(gòu)，能夠增強小半徑范圍內(nèi)的起重能力，但大半徑的起重性能受到雙臂結(jié)構(gòu)重量的影響，會迅速衰減。對于超起部分，主要采用配重拖車的形式，可以配合主車完成回轉(zhuǎn)，但會增加場地處理面積。

2 相關(guān)場地布置

在布置相應(yīng)場地時，不僅要考慮大型履帶起重機的組裝場地，還要結(jié)合吊裝施工平臺和相應(yīng)連接。在核島處修建吊裝平臺，并通過道路連接不同的吊裝平臺。在進(jìn)行大型履帶起重機組裝操作時，應(yīng)選擇在距離吊裝場地重件運輸?shù)缆犯奈恢茫悦獬霈F(xiàn)需要對組裝場地重新設(shè)計的情況。在實際組裝大型履帶起重機時，在滿足相應(yīng)組裝要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)合理確定配重小車的重量，以免組裝場地承載能力不足。

3 吊裝與轉(zhuǎn)場方案設(shè)計

3.1 吊裝方案的制定

三代核電吊裝施工建設(shè)的起重幅度較大，并且具有較高的起升高度，為了完成大型設(shè)備和模塊的吊裝作業(yè)，降低帶載行走的頻率，應(yīng)加強對履帶起重機回轉(zhuǎn)功能的利用。在實際制定吊裝方案時，應(yīng)根據(jù)吊裝設(shè)備的參數(shù)，結(jié)合場地布置情況，科學(xué)設(shè)計吊裝方案。可以在一個站位點完成一個機組的大型設(shè)備吊裝作業(yè)，避免頻繁移動，提高作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，并且能夠更有效地保障施工安全。在此基礎(chǔ)上，在制定吊裝方案的過程中，應(yīng)合理考慮以下內(nèi)容：其一，大型履帶起重機除了要考慮模塊卸車位置之外，還需最大程度上縮短吊裝時的移動距離，這樣不僅能夠提高吊裝作業(yè)的安全性，也能減少相應(yīng)場地的處理范圍，降低施工成本。其二，在大型履帶起重機空載的情況下，往往是后車接地比壓大，而在吊裝的過程中，起重機前車接地比壓大。因此，為了降低其空載時的接地比壓，在對大型履帶起重機后車進(jìn)行配重時，應(yīng)采用分級裝載的方式，能夠降低其對地面承載力的要求[2]。其三，在設(shè)備和模塊進(jìn)場時，為了減少大型履帶起重機帶載行走的距離，應(yīng)盡量選擇在接近起重機吊裝范圍的區(qū)域卸車。其四，為了減少前車范圍內(nèi)的場地處理面積，可以在其移動范圍的地面敷設(shè)路基箱，能夠有效降低其接地比壓。其五，在對大型履帶起重機進(jìn)行性能驗收試驗時，應(yīng)選擇在吊裝施工平臺進(jìn)行。所以在設(shè)計吊裝施工平臺的承載能力時，不僅要考慮到性能驗收試驗，還要結(jié)合吊裝作業(yè)對地面的要求，以提高場地利用率。

3.2 組裝與轉(zhuǎn)場方案的制定

在設(shè)計組裝與轉(zhuǎn)場方案時，應(yīng)考慮以下幾點要素：首先，在設(shè)計轉(zhuǎn)場道路時，應(yīng)結(jié)合起重機空載行走對地面的要求，以免在轉(zhuǎn)場的過程中，需要敷設(shè)路基箱，增加工作量，延長施工時間。并且在大型履帶起重機轉(zhuǎn)場的過程中，為了提高工作效率，應(yīng)盡量避免采用拆車的方式。其次，需要考慮最長臂架組合工況扳起時的接地比壓，科學(xué)確定組裝場地的承載能力。再次，為了降低對轉(zhuǎn)場道路承載力的要求，在確保轉(zhuǎn)場安全的基礎(chǔ)上，可以拆除部分后車比重，使其接地比壓與前車保持一致[3]。最后，對于連接組裝場地和吊裝施工平臺之間的道路，應(yīng)確保其能夠?qū)崿F(xiàn)整機轉(zhuǎn)彎操作。

4 降低接地比壓

首先，應(yīng)控制整機重心降低接地比壓。針對履帶起重機接地比壓進(jìn)行計算，可以發(fā)現(xiàn)隨著回轉(zhuǎn)部分自重對回轉(zhuǎn)中心力矩的增大，其最大接地比壓也逐漸增大。因此，在對整機進(jìn)行設(shè)計的過程中，為了降低起重機的最大接地比壓，確保施工現(xiàn)場地面承載能力符合要求，應(yīng)對整機重心進(jìn)行調(diào)整，讓其落在回轉(zhuǎn)中心附近，以增加接地比壓的均勻性。以CC8800-1履帶起重機為例，在對CA20進(jìn)行吊裝的過程中，超起配重為1536t，在這時，整機重心位于回轉(zhuǎn)中心，最大接地比壓為0.67MPa。在不改變吊裝工況的情況下，增大主變幅拉力，減少超起配重，這時，回轉(zhuǎn)部分的中心會偏離，最大接地比壓增大。在整機重心回位時，最大接地比壓減少，從而不再對現(xiàn)場地面承載力具有較高的要求。其次，分級降低超起配重接地比壓。第三代核電減少用大型履帶起重機的超起配重一般在1500-3000t這個范圍內(nèi)，所以為了保障起重機的通用性，在設(shè)計的過程中，制造商一般會采用全部超起配重時的接地比壓。在這種情況下，一旦起重機處于空載狀態(tài)，那么就會導(dǎo)致配重小車的接地比壓比較大。而在三代核電吊裝施工的過程中，起重機需要不斷行走，整體作業(yè)范圍比較廣泛，并且需要在不同機組之間進(jìn)行交替作業(yè)。因此，如果根據(jù)實際現(xiàn)場情況，采用分級的方式，對超起配重進(jìn)行設(shè)置，能夠降低配重小車的接地比壓，這樣就能減少對轉(zhuǎn)場道路耐力的要求，降低施工成本，提高整體施工經(jīng)濟(jì)效益[4]。同時，三代核電吊裝施工建設(shè)時間比較長，但對大型履帶起重機的使用頻率并不是很高，所以起重機經(jīng)常處于非工作狀態(tài)。在這期間，為了防止放置過程中對配重小車底盤產(chǎn)生損傷，應(yīng)減少超起配重重量。以CC8800-1履帶起重機為例，在整機空載狀態(tài)下，采用全部超起配重和分級超起配重時，配重小車的最大接地比壓分別為0.68MPa和0.3MPa。最后，降低鋪設(shè)路基箱接地比壓。隨著履帶有效接地面積的增大，履帶起重機的接地比壓會逐漸減小，要想增加履帶有效接地面積，需要采用鋪設(shè)路基箱的方式，降低履帶起重機的接地比壓，進(jìn)而不再對場地承載能力提出更高的要求。通過有限元分析計算，可以更加合理的確定路基箱的尺寸，之后再根據(jù)地基和路基箱之間的影響作用，計算得出接地比壓應(yīng)力集中系數(shù)。

5 適應(yīng)性設(shè)計實例分析

5.1 某項目起重機適用性設(shè)計分析

5.1.1 大型履帶起重機性能參數(shù)

在該項目中，選擇使用LampsonLTL2600B大型履帶起重機，其主要模塊為CA20、壓力容器和蒸汽發(fā)生器，質(zhì)量分別為749t、282t、以及624t。最大起重量為23582kN，最大起重力矩為804816kN·m，超起配重為2900t，整機總重量為4350t。

5.1.2 場地布置方式

在布置場地的過程中，主要如前所述，需要結(jié)合起重機接地比壓，以及吊裝平臺組裝等影響。其地基承載能力設(shè)計，在吊裝時，后車的地基承載力設(shè)計值應(yīng)為1000kPa，在轉(zhuǎn)場時，其地基承載力設(shè)計值應(yīng)為290kPa。

5.1.3 重大設(shè)備及模塊的吊裝方案設(shè)計

大型履帶起重機的站位在T型平臺上，對于相關(guān)重大設(shè)備和模塊，應(yīng)將其運輸?shù)降跹b范圍內(nèi)，在完成卸車后，起重機前后車通過T型平臺實現(xiàn)回轉(zhuǎn)，然后完成吊裝作業(yè)。針對CA20模塊的吊裝，應(yīng)先將其運輸至吊裝現(xiàn)場，可以使用大型液壓平板拖車完成運輸。同時，使用LampsonLTL2600B大型履帶起重機完成CA20結(jié)構(gòu)模塊的吊裝[5]。在實際吊裝的過程中，模塊試吊和回轉(zhuǎn)的過程中，其前車的接地比壓為713kPa，后車的接地比壓為326kPa。在模塊就位后，起重機前車的接地比壓為757kPa，后車的接地比壓為277kPa。在對起重機前后接地比壓進(jìn)行計算的過程中，應(yīng)對超起配重利用率引起的質(zhì)量分配進(jìn)行計算。

5.2 某項目起重機適用性設(shè)計分析

5.2.1 大型履帶起重機主要性能參數(shù)

在該項目中，選擇DEMAG CC8800-1TWIN大型履帶起重機，其最大起重量為32000kN，最大起重力矩為439000kN·m，超起配重為1740t，整機總質(zhì)量為3300t。

5.2.2 布置方式

其場地布置方式如上述。其地基承載能力設(shè)計，在吊裝時，后車的地基承載力設(shè)計值應(yīng)為600kPa，在轉(zhuǎn)場時，其地基承載力設(shè)計值應(yīng)為500kPa。

5.2.3 吊裝方案設(shè)計

該大型履帶起重機位于矩形平臺上，對于相遇設(shè)備的模塊，需要使用平板車運輸?shù)降跹b范圍內(nèi)。在卸車時，需要使用大型履帶起重機，其后車圍繞前車進(jìn)行回轉(zhuǎn)，通過帶載行走的方式，完成吊裝作業(yè)。針對CA20模塊，起重機在完成卸車后，通過變幅回轉(zhuǎn)，帶載行走至相應(yīng)區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，然后才能落鉤就位。

5.3 某項目起重機適用性設(shè)計分析

5.3.1 大型履帶起重機選型

在對大型履帶起重機進(jìn)行選型時，需要考慮吊裝設(shè)備和模板的重量；起升高度以及吊裝時起重機的工作幅度。對于重量更大的設(shè)備，需要的起升高度更大。在該項目中，使用的設(shè)備重量較大，所以對起重機的超重能力有更高的要求，因此選用SCC16000履帶起重機，其最大起重量為1600t，不管是起重能力，還是吊裝高度，均符合建設(shè)需求[6]。

5.3.2 場地布置方式

該項目根據(jù)現(xiàn)場實際場地，合理確定起重機的工作位置。并經(jīng)過現(xiàn)場測算，確定起重機的起重能力，以及起重機的組裝區(qū)域。

5.3.3 吊裝方案設(shè)計

該項目由于大件設(shè)備重量比較大，場地具有較強的復(fù)雜性，在實際吊裝的過程中具有更大的難度。因此，應(yīng)合理設(shè)計其吊裝方案。在實際吊裝的過程中，發(fā)現(xiàn)環(huán)吊大梁實際重量與理論值不符，所以在吊裝電氣梁的過程中，增加其超起配重，提升超重能力，降低負(fù)荷率。在吊裝對應(yīng)梁時，由于超起配重已經(jīng)達(dá)到最大值，所以將大梁塔架進(jìn)行臨時拆除，降低負(fù)荷率。在此基礎(chǔ)上，對另一機組的吊裝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要內(nèi)容為增加超起半徑，以提升超重能力，并對起重機站位點進(jìn)行調(diào)整，增加起重能力，確保超起配重有充足的回轉(zhuǎn)空間。此外，為了減少起吊重量，之后再安裝一條端梁。該履帶起重機在進(jìn)行環(huán)吊主梁吊裝時，接地比壓較大，為了降低接地比壓，制作了路基板。對于沒有地下構(gòu)筑物的區(qū)域，在對地基進(jìn)行處理時，主要采用砂石換填的方式。

5.3.4 其他問題

對于起重機功能方面，雖然履帶起重機可以帶載行駛，但對其有相應(yīng)規(guī)定，需要滿足一些條件。該項目為了保障安全，選擇放棄帶載行駛功能，加大了現(xiàn)場施工的難度。由于該起重機超起配重托架下沒有輪子，在實際吊裝的過程中，需要反復(fù)加減超起配重，嚴(yán)重影響了施工效率，延長施工期間。在現(xiàn)場進(jìn)行吊裝作業(yè)的過程中，對風(fēng)力有相應(yīng)要求，所以為了在安全的基礎(chǔ)上，確保吊裝作業(yè)的有序完成，應(yīng)對風(fēng)力變化進(jìn)行監(jiān)測。這樣能夠在風(fēng)力相對較小的情況下進(jìn)行設(shè)備的吊裝，確保吊裝作業(yè)的安全進(jìn)行。另外，隨著大型履帶起重機的應(yīng)用愈加廣泛，第三代核電吊裝逐漸采用模塊化施工方式。該項目由于存在大量安全廠房，起重機站位遠(yuǎn)，所以吊裝難度較大。經(jīng)過相應(yīng)計算，發(fā)現(xiàn)1600t履帶起重機不能直接吊裝到位，所以設(shè)計了專門的吊裝工具。通過這樣的方式，該履帶起重機順利完成了多項重點吊裝任務(wù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，在實際進(jìn)行第三代核電機組的模塊化施工時，對吊裝施工大型履帶起重機的起重能力提出了更高的要求，并且由于吊裝操作和轉(zhuǎn)場處理等方面，導(dǎo)致相應(yīng)費用增加。在實際進(jìn)行吊裝操作的過程中，應(yīng)在滿足安全性要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)起重機的性能參數(shù)，并結(jié)合實際使用需求，合理設(shè)計吊裝和轉(zhuǎn)場方案，增強大型履帶起重機的適應(yīng)性，在安全完成吊裝作業(yè)的同時，降低施工成本。