核電站非能動水箱模塊化施工技術(shù)*

劉貴川，劉 軍，汪宇雄，曲殿英，李 求

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

HPR華龍一號核電站BRX反應(yīng)堆廠房非能動水箱懸掛于外安全殼外側(cè)(見圖1)，并按環(huán)向布置，屬于二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)，其功能為在發(fā)生全廠斷電事故時，降低一回路的溫度和壓力，是核安全屏障的重要組成部分。該水箱理論存水量約3 300m3，能夠滿足事故后72h一回路熱量排出要求。

非能動水箱內(nèi)部不銹鋼鋼覆面工程量約250t，該領(lǐng)域鋼覆面通常采用后貼工藝，結(jié)構(gòu)施工完畢后，首先對鋼覆面鋪貼結(jié)構(gòu)面進(jìn)行鑿毛、清理、安裝后貼鋼覆面龍骨、抹灰，待抹灰面養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行鋼覆面后貼，施工期間需大量動火作業(yè)和探傷作業(yè)。首次采用模塊化工藝，將非能動水箱不銹鋼后貼鋼覆面分割為20個不銹鋼模塊，單個模塊尺寸為8.25m(7.35m)×2.85m×6.9m(長×寬×高)，單重約11t，內(nèi)部防變形支撐約5t，模塊之間設(shè)置混凝土分隔墻，通過上、下連通管連通，如圖2所示。模塊可提前按計(jì)劃預(yù)制，現(xiàn)場吊裝，然后施工剩余結(jié)構(gòu)。不銹鋼模塊同時作為水箱墻體及安全殼墻體內(nèi)側(cè)模板，在水箱底板施工并達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后吊裝，其底部與水箱底板之間填充灌漿料。

模塊化工藝相比傳統(tǒng)工藝節(jié)省了不銹鋼后貼鋼覆面施工等待時間，可縮短5～6個月工期，可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，但仍存在模塊變形量大、模板難以加固等問題，本文主要針對該類問題進(jìn)行研究。

2 研究方法

2.1 不銹鋼模塊超差風(fēng)險研究

在混凝土澆筑階段，不銹鋼模塊作為水箱墻體內(nèi)側(cè)模板，將直接承受混凝土澆筑過程產(chǎn)生的側(cè)壓力。同時，混凝土澆筑過程中，模塊四周混凝土面存在一定高差，從而產(chǎn)生方向不確定的浮力。模塊在側(cè)壓力和浮力作用下可產(chǎn)生扭曲變形，存在局部變形超差和位移超差風(fēng)險。

墻體混凝土澆筑前，使用灌漿料填充模塊底部與結(jié)構(gòu)底板之間的縫隙，研究底部灌漿對不銹鋼模塊底板變形的影響。

墻體混凝土澆筑過程中，研究混凝土澆筑速度對模塊壁板變形的影響，通過精準(zhǔn)傳感器實(shí)時監(jiān)測模塊壁板變形情況，動態(tài)調(diào)整混凝土澆筑速度。

墻體混凝土澆筑完成后，通過對比混凝土澆筑前、后模塊頂部測點(diǎn)坐標(biāo)，研究墻體混凝土澆筑對模塊偏移的影響。

2.2 墻外側(cè)大模板位移超差風(fēng)險研究

在混凝土澆筑階段，墻外側(cè)使用鋼木大模板，通過對拉方式與內(nèi)側(cè)模塊對拉，由于模塊發(fā)生位移及變形，可能使與之對拉的大模板出現(xiàn)類似位移風(fēng)險，本文通過對比混凝土澆筑前、后大模板頂部測點(diǎn)坐標(biāo)變化，研究墻體混凝土澆筑、模塊變形等對大模板整體穩(wěn)定性及位移的影響。

3 模擬施工

3.1 模擬件組成

模擬選取非能動水箱結(jié)構(gòu)的一段，包括1個不銹鋼模塊、模塊四周墻體等(見圖3)，進(jìn)行1∶1模擬施工研究。不銹鋼模塊內(nèi)部根據(jù)其背楞分布，設(shè)置防變形支撐(見圖4)。模塊外側(cè)部分背楞開孔，用于后續(xù)與外環(huán)墻大模板對拉。

非能動水箱模擬施工主要流程為：非能動水箱底板施工及處理→不銹鋼模塊吊裝→不銹鋼模塊底部灌漿→非能動水箱墻體(包括外殼墻)施工→非能動水箱頂板施工→不銹鋼模塊內(nèi)部架體拆除。

3.2 施工要點(diǎn)

1)底板灌漿

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，單個模塊底部灌漿長約8.5m、寬約3.1m、厚約135mm，灌漿面積及灌漿量均較大，模擬施工從縮小灌漿區(qū)域及調(diào)整灌漿厚度方面進(jìn)行優(yōu)化，同時在灌漿層外側(cè)設(shè)冠梁，免去后續(xù)外側(cè)支模。

針對灌漿區(qū)域尺寸，充分利用模塊底部徑向槽鋼形成分格區(qū)域，模塊吊裝后，模塊底部徑向背楞之間形成獨(dú)立灌漿區(qū)域，可將單次灌漿區(qū)域尺寸縮小至約0.8m×3.1m。

根據(jù)灌漿厚度，單個模塊整體灌漿可分兩階段進(jìn)行，第1階段為模塊吊裝前，澆筑1層厚約60mm同強(qiáng)度混凝土或砂漿，表面進(jìn)行適當(dāng)拉毛處理；第2階段為不銹鋼模塊吊裝后，按分格區(qū)域進(jìn)行剩余約75mm厚灌漿。

2)模塊與墻體外側(cè)大模板對拉加固

墻體外側(cè)使用鋼木大模板，內(nèi)側(cè)直接使用不銹鋼模塊作為側(cè)模，內(nèi)、外側(cè)模板通過高強(qiáng)對拉螺栓對拉。

3)墻體混凝土澆筑

墻體混凝土沿不銹鋼模塊順時針方向環(huán)形澆筑，四面墻體混凝土相對高差控制在500mm以內(nèi)。混凝土澆筑速度隨變形控制需求隨時調(diào)整，并記錄。

4 結(jié)果分析

4.1 不銹鋼模塊底部灌漿對底板變形的影響

不銹鋼模塊底部灌漿完成后，模塊底板出現(xiàn)局部凸起、空鼓現(xiàn)象。根據(jù)分析，采用重力式灌漿方案，灌漿壓力較小，不足以使鋼板產(chǎn)生較大變形或凸起。對于局部空鼓問題，灌漿完成后，灌漿料液面應(yīng)在同一標(biāo)高，空鼓應(yīng)為底板本身向上凸起超過灌漿料液面標(biāo)高所致。因此，經(jīng)綜合分析，應(yīng)為模塊預(yù)制時焊接變形較大，局部有凹凸，使灌漿后底板出現(xiàn)局部凸起、空鼓現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，局部凸起最大值為22mm，小于設(shè)計(jì)允許變形值，可知灌漿對底板變形的影響可忽略。

4.2 混凝土澆筑過程對模塊側(cè)壁變形的影響

當(dāng)?shù)?層墻體混凝土未澆筑時，不銹鋼模塊四周未形成有效約束，模塊變形或位移風(fēng)險大。當(dāng)?shù)?層墻體混凝土澆筑時，第1層墻體混凝土強(qiáng)度已達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可有效約束不銹鋼模塊，模塊變形或位移風(fēng)險小。因此，僅采集第1層墻體混凝土澆筑時的相關(guān)數(shù)據(jù)。

混凝土澆筑過程中，將監(jiān)測傳感器安裝在不銹鋼模塊側(cè)壁上，通過數(shù)據(jù)線外接設(shè)備進(jìn)行實(shí)時變形監(jiān)測。當(dāng)頂部、中部、底部監(jiān)測點(diǎn)變形接近或超過變形預(yù)警值時，調(diào)低混凝土澆筑速度，以減小監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時變形，實(shí)測混凝土澆筑速度<1.0m/h。

由于混凝土澆筑過程中，水箱底部受混凝土擠壓，會產(chǎn)生內(nèi)縮變形，而中部測點(diǎn)處于混凝土澆筑面位置，受混凝土擠壓作用較小，同時水箱底部的向內(nèi)變形使水箱側(cè)面產(chǎn)生翹曲，導(dǎo)致中部測點(diǎn)發(fā)生向外膨脹的變形，如圖5所示。整個混凝土澆筑過程中模塊側(cè)壁位移變化量較小，最大位移為4.2mm，出現(xiàn)在側(cè)壁中部，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許值。

4.3 混凝土澆筑完成后模塊整體偏移

將不銹鋼模塊頂部4個角點(diǎn)設(shè)為監(jiān)測點(diǎn)(見圖6)，使用全站儀測量混凝土澆筑前、后角點(diǎn)坐標(biāo)，得到混凝土澆筑完成后模塊整體偏移量，如圖7所示。

當(dāng)混凝土澆筑速度控制在<1.0m/h時，不銹鋼模塊整體偏移量最大值為6.7mm，不銹鋼模塊大致沿順時針方向偏移，與混凝土澆筑方向基本一致，偏移量整體滿足設(shè)計(jì)允許偏差要求。

4.4 混凝土澆筑完成后墻體外側(cè)大模板穩(wěn)定性及偏移

混凝土澆筑前，選取模板頂部16個點(diǎn)作為監(jiān)測點(diǎn)(見圖8)，使用全站儀測量混凝土澆筑前、后坐標(biāo)，得到墻體外側(cè)大模板偏移量，如圖9所示。

混凝土澆筑過程中，墻體外側(cè)大模板整體狀態(tài)穩(wěn)定，當(dāng)混凝土澆筑速度控制在<1.0m/h時，監(jiān)測點(diǎn)5，15處于不銹鋼模塊開孔位置，偏移量稍大，開孔位置為相鄰模塊連通管焊接管口，無須支設(shè)模板，因此不考慮該處偏移量；其余監(jiān)測點(diǎn)混凝土澆筑前、后最大偏移量均<10mm，滿足設(shè)計(jì)允許偏差要求，墻體外側(cè)大模板偏移方向大致與不銹鋼模塊偏移方向一致。

5 結(jié)語

1)相比于傳統(tǒng)工藝，模塊化工藝將不銹鋼后貼鋼覆面優(yōu)化為若干獨(dú)立不銹鋼模塊，在混凝土澆筑前吊裝，作為后續(xù)墻體混凝土澆筑時的側(cè)模，省去墻體模板安拆和墻面鑿毛、清理、抹灰等工序，減少了大量材料倒運(yùn)，縮短了工期。

2)不銹鋼模塊底部灌漿按分層和分格施工，可有效保障灌漿質(zhì)量，同時可有效控制模塊底板變形。

3)不銹鋼模塊側(cè)壁作為墻體內(nèi)側(cè)模板，通過與墻體外側(cè)模板對拉加固后，確保混凝土澆筑時內(nèi)、外側(cè)形成對拉受力，可有效減小混凝土側(cè)壓力對模塊側(cè)壁變形的影響。根據(jù)實(shí)測，當(dāng)混凝土澆筑速度<1.0m/h時，側(cè)壁最大變形量<4.5mm，滿足設(shè)計(jì)允許偏差要求。

4)根據(jù)實(shí)測，當(dāng)混凝土澆筑速度<1.0m/h時，不銹鋼模塊水平方向最大偏移5.4mm，豎向最大偏移6.7mm，滿足設(shè)計(jì)允許偏差要求。

5)墻體外側(cè)大模板與內(nèi)側(cè)模塊對拉加固，受模塊偏移影響，大模板存在一定偏移，最大偏移量<10mm，滿足設(shè)計(jì)允許偏差要求。