某核電站SC結構施工重難點分析及控制措施

上海核工程研究設計院股份有限公司 劉 敏 劉振文 朱亞閣

1 引言

某核電項目核島土建反應堆廠房的屏蔽墻是核電站抵抗內外部事故最重要的構筑物之一，具有輻射屏蔽、飛射物防護、非能動冷卻、抵抗龍卷風和地震事件等重要功能。屏蔽墻由普通混凝土結構（簡稱“RC結構”）和鋼板混凝土結構（簡稱“SC結構”）組成，采用SC結構作為核島的主體結構尚屬首次[1]。該結構能夠充分發揮混凝土與鋼材特性，另一方面由于栓釘和內部混凝土的存在，使得鋼板剛度提高，抗彎性能得以發揮。SC結構的突出優點在于抗震性能好，承載能力高，抗沖擊性能好，可以抵御爆炸和大飛機撞擊。但受結構特點限制，其內部空間狹小、結構復雜、施工難度大，研究其施工過程中的重難點和控制措施是十分必要的。

2 工程概況

2.1 結構特點

SC結構是雙層鋼面板的筒體結構，從±0.000m至17.950m為部分圓環體，從17.950m至57.246m為圓環體，外半徑為23.985m，內半徑為22.885m，厚度為1.1m。標準鋼面板厚度為20mm，連接區域鋼面板厚度為25mm，鋼板材質均為Q345B（進氣口區域為Q420C），鋼面板背部焊接錨釘、拉筋、加勁板。SC結構內部連接區和加厚區采用自密實混凝土，其他區域采用普通混凝土。SC結構如圖1所示。

圖1 SC結構

2.2 施工特點

模塊化施工是SC結構一大特點，通過在工廠預制子模塊，運輸到現場組裝成大型結構模塊，再整體吊裝就位，極大地壓縮了建造周期。SC結構分為連接區（1層、7層）、非閉合區（2～7層）、閉合區（8～17層）和進氣口區段（18～19層）四部分，每層高度約3m。標準子模塊弧度為30°，弧長12.6m、高度1.5m、寬度1.1m，整個SC結構由208塊子模塊拼裝而成。每層吊裝就位后，與下層模塊焊接連接，內部澆筑混凝土，養護完成后吊裝下一層模塊。

3 SC結構施工重難點分析及控制措施

3.1 SC與CV施工邏輯

核島鋼制安全殼（以下簡稱“CV結構”）為上下帶橢球封頭的圓柱形鋼制容器，由底封頭、3個CV環體和頂封頭組成。由于SC結構與鋼制安全殼墻體間距僅1.33m，兩者在吊裝時會互相干涉，總體原則為CV結構施工標高在先，SC結構施工標高在后，先里后外。

CV底封頭（CVBH）首先就位，隨后施工外部A～E層基礎，待C層基礎養護完成后，即可滿足CV1環吊裝條件，CV1環就位后，內部混凝土繼續施工，如果此時吊裝CV2環，CV結構的相對標高已達到35.607m，造成CV內部混凝土澆筑困難，因此，先吊裝SC1～SC7，此時SC結構相對標高為17.950m；若繼續吊裝SC8～9層，由于SC結構在外，CV結構在內，不利于CV結構吊裝安裝，因此先就位CV2環，此時相對標高為36.600m；如果繼續就位CV3環，相對標高達到47.300m，影響SC8～9層就位，因此先吊裝SC8～9層，此時相對標高為23.950m，如果后續就位SC10～15層，不利于SC結構與CV結構間掛架的搭設與拆除，故先就位CV3環；隨后吊裝SC10～15層，考慮CV頂封頭（CVTH）焊接操作空間，先就位CVTH，后吊裝SC16～19層[2]。SC結構與CV結構安裝邏輯如圖2所示。

圖2 SC結構與CV結構安裝邏輯

3.2 整圈吊裝難度大

SC結構雙層整圈模塊是一種大直徑環形柔性雙層鋼面板結構，直徑47.97m，高度6m，鋼面板間設有φ20mm拉結鋼筋，模塊本體最大重量約406.7t，國內外尚無成熟經驗可借鑒，吊裝難度大。

一是吊裝工裝設計：SC結構雙層整圈模塊分為高應力區和低應力區，模塊質量分布不均勻，重心與形心不重合，吊索具連接復雜，吊裝工裝上吊點多，模塊調平難度大。對此可采用有限元分析軟件，對吊裝工裝的吊點布置、強度、穩定性及變形進行系統地分析，確定吊裝工裝的合理性和吊點選擇，提前布置好調平配重；同時開展吊裝工裝荷載試驗，確保吊裝過程萬無一失。

二是變形控制：SC結構安裝精度要求高，連接區域尺寸偏差為±3mm，非閉合區尺寸偏差為6mm。SC結構整體剛度小，吊裝過程中容易發生變形，精度控制難度大。針對此問題可采用有限元分析軟件，對吊點受力不均勻、地面不平整、吊索偏斜等初始缺陷進行模擬，對吊裝過程中容易出現塑性變形的位置，制定加固措施或調整吊點位置，選用合理的吊裝方法來控制模塊變形；在組對時通過設置合理工裝，采用千斤頂、倒鏈等工機具對模塊進行校正，使模塊精度達到設計要求。

三是吊裝就位難度大：SC結構雙層整圈模塊共24個子模塊，每個子模塊均有就位基準線，就位基準線需要與核島位置相對應，模塊就位基準線數量多，同時SC結構與CV結構間距小，容易與CV結構相碰，SC結構就位困難。對此可在SC結構吊裝前，在模塊本體安裝徑向、環向限位裝置及防擠碰裝置輔助SC結構模塊就位。徑向限位裝置成對布置，環向間距6°，環向限位裝置布置在0°和180°方位，防擠碰裝置設置在下層模塊外側鋼面板上，布置在0°、90°、180°、270°附近，采用全站儀定位，保證SC結構模塊精準就位。

3.3 連接區域施工

SC結構與RC結構連接區域通過錨固鋼筋連接，SC結構支撐板上開錨固孔，錨固鋼筋穿過孔洞與RC結構豎向鋼筋通過套筒連接，連接區域結構復雜，下部RC結構鋼筋密集，錨固鋼筋數量多，錨固擰緊后錨固鋼筋無法與錨固孔逐一對應，SC結構無法吊裝就位。

為解決此類問題，采用逆作法施工，即先施工上部SC結構，再施工下部RC結構。具體步驟為：工裝預埋件位置放線→工裝預埋件安裝→工裝預埋件部位混凝土澆筑→支撐工裝位置放線→RC結構鋼筋綁扎→支撐工裝安裝→支撐工裝檢查→SC結構安裝位置放線→SC結構吊裝就位→SC結構組對→SC結構焊接→無損檢測→錨固鋼筋安裝→RC結構模板安裝→混凝土澆筑。采用逆作施工方法，至少縮短工期45d，減少3840個機械套筒，在確保質量安全的前提下，極大地提高施工效率，節約成本。

3.4 混凝土澆筑

3.4.1 SC鋼板變形控制

自密實混凝土在澆筑過程中會產生較大的側壓力，設計文件要求鋼板承受澆筑靜壓力不得超過100kPa，若混凝土澆筑速度控制不當，將導致SC結構鋼板產生變形。混凝土澆筑期間在原SC安裝公差基礎上，以±6mm為預警值，當變形超過預警值時，須放慢澆筑速度，并加密觀察頻率。

針對鋼板變形問題，SC吊裝就位后，出具測量報告，對于變形較大的部位，在混凝土澆筑時應予以重點關注；根據測量報告，監測點設置在變形較大處，豎向每2m設置一個。

利用SC內側的走道平臺，采用掉線墜的方法進行監測，也可在SC外側面貼反光片，利用全站儀進行監測，監測共分3個階段。

一是混凝土澆筑前對各個監測點進行測量，記錄初始數據；二是混凝土澆筑過程中對各測點進行實時監測，每澆筑完成2m高對澆筑區域測點進行一次測量；三是澆筑完成后至所有混凝土終凝，對全部測點進行一次完整觀測，并與澆筑前數據進行對比，形成變形監測報告。

如果在混凝土澆筑過程中，發現變形監測異常，如數據發生突變、變形過大等，需減緩混凝土澆筑速度，必要時暫停混凝土澆筑。

3.4.2 澆筑質量難以保障

SC內部結構復雜、物項多、拉筋間距小，混凝土澆筑存在很大困難[3]。以SC19層為例，其頂部呈三角形，內部設有上下兩層水平隔板，內側斜面鋼板設置有下灰孔，該斜板下灰孔與內部水平隔板下灰孔不在一條直線上，下灰難度較大，同時也很難通過下灰孔觀察到內部混凝土的流動情況，存在混凝土填充不密實的風險；并且內部沿環向布置有橫向加勁板，加勁板阻礙混凝土流動，三角形頂部及相鄰兩塊加勁板之間存在澆筑不密實的風險；底部和頂部隔板在兩個布料點之間的區域易出現空鼓。

針對上述施工難點，為保證澆筑質量，采取以下控制措施。

一是開展模擬試驗：開展三次試驗驗證澆筑措施的可行性。第一次試驗驗證自密實混凝土在下料時對結構填充的密實性、不同層間覆蓋時間下兩層混凝土之間的結合性、自密實混凝土在不同形式下料管中的流動性；第二次試驗驗證自密實混凝土對隔板底板填充的密實性、測定混凝土流動的距離和坡度；第三次試驗驗證自密實混凝土對頂部三角區填充的密實性。通過三次模擬試驗，收集了關鍵施工參數，驗證了施工措施的可行性。二是外部輔助敲擊：在施工前，對自密實混凝土難以填充的貫穿件、預埋件及鋼筋密集區域進行標識，施工時由專人重點監控該區域，通過橡皮錘輔助敲擊鋼板外側，提高混凝土流動性，避免內部結構空鼓。三是頂部設置下灰槽：頂部三角區無法利用原設計圖紙中的下灰孔將該區域澆筑密實，根據驗證試驗結果，在頂部重新開設下灰孔，安裝下灰槽。四是布料管設置：SC19層設置64根下料管，采用軟管+PVC管的形式，在吊裝前安裝到位。五是借助內窺鏡觀察內部混凝土流動情況。

3.5 成品保護和防異物管理

3.5.1 成品保護

在澆筑過程中，混凝土灰漿將會對SC結構表面造成污染。在現場施工過程中，需要采取措施對SC和CV表面進行保護，可在SC內外兩側鋼板頂部沿鋼板外側立面覆蓋油布，油布覆蓋至操作平臺頂部，并在操作平臺上做水平延伸，保證澆筑前對SC局部區域進行覆蓋防護，防止表面污染。

3.5.2 防異物管理

SC結構高應力區拉筋間距僅為150mm，人員無法進入，若存在雜物和積水，清理難度較大。針對此問題，可對高應力區臨時覆蓋，防止雜物掉入內部；混凝土頂面由高應力區向低應力區放坡，將積水排至低應力區，便于積水清理。在澆筑前，使用吸塵器對高應力區的鐵屑、碎渣進行清理，低應力區進行人工清理。

4 結語

SC結構是近年來隨著科學技術進步與發展所提出的建筑結構類型，現階段已被有效用于某核電站，本文從SC與CV施工邏輯、整圈吊裝、連接區域施工、混凝土澆筑、成品保護和防異物管理五個方面，分析了施工過程中存在的重難點，并制定出針對性的解決措施，在很大程度上可以提高施工質量，節約資源投入，提高施工效率，縮短施工工期，為SC結構在后續核電站中的推廣應用提供了技術依據。