VVER-1200 核電站大、異型鋼筋模塊化施工技術(shù)研究

何兵，于東東，姚中立

（中國核工業(yè)第二二建設(shè)有限公司核電工程事業(yè)部徐大堡項(xiàng)目部，湖北 武漢 430000）

1 前言

徐大堡核電站3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組采用俄羅斯設(shè)計(jì)的VVER-1200/V491 型反應(yīng)堆裝置，單臺(tái)機(jī)組容量1274MW，電站設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命60 年。單島土建階段主工期28 個(gè)月（FCD ～穹頂焊接完成），目前屬于核電廠址中地處最北部的廠址，跨3 個(gè)冬季施工，土建工期非常緊張。由于冬期施工組織的特殊性，必須進(jìn)行生產(chǎn)關(guān)鍵路徑上施工內(nèi)容調(diào)序以縮減工期，同時(shí)反應(yīng)堆廠房是核電站施工主關(guān)鍵路徑，且反應(yīng)堆內(nèi)部空間狹小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)墻體形狀各異，材料及勞動(dòng)力堆積影響功效，有進(jìn)行工期優(yōu)化以消解工期壓力的必要性。由此，反應(yīng)堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋模塊應(yīng)運(yùn)而生。

2 工程概況

2.1 結(jié)構(gòu)概況

徐大堡核電站VVER-1200 鋼筋模塊是在反應(yīng)堆廠房+8.000m 板上部，為內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要承重墻體，模塊墻體由鋼筋和埋件構(gòu)成。鋼筋模塊墻體為多段異形組合墻體模塊，每個(gè)模塊墻體由6 ～7 個(gè)直行墻體組成，墻體寬度為1200mm、1000mm 和600mm 三個(gè)類型，墻體高度6500mm（標(biāo)高+8.000 ～14.500m），長(zhǎng)度約15m。單個(gè)模塊最大起重量約為118.37t。模塊共計(jì)攜帶埋件約45t，占本層埋件總量的55%；鋼筋約131t，占本層鋼筋總量的41%。

2.2 背景概況

徐大堡核電站反應(yīng)堆內(nèi)墻形狀不規(guī)則，鋼筋及埋件密集且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按照傳統(tǒng)工序：鋼筋綁扎→埋件安裝→模板安裝→隱蔽驗(yàn)收→混凝土澆筑，不僅對(duì)工期造成巨大壓力，且現(xiàn)場(chǎng)材料堆積、存在交叉作業(yè)，質(zhì)量隱患及安全隱患較多。

鋼筋模塊施工技術(shù)依靠先進(jìn)的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)，將鋼筋、埋件施工由現(xiàn)場(chǎng)平移至后臺(tái)，形成后臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)平行施工的施工模式，從根本上解決了以上問題，同時(shí)也響應(yīng)了核電建造“工期更短、質(zhì)量更優(yōu)、安全可靠”的方針。

3 研究方向及內(nèi)容

鋼筋、埋件組合模塊化設(shè)計(jì)、制作、安裝。

4 解決方法

4.1 場(chǎng)地及起重機(jī)械選擇

方案一：采用后臺(tái)CV 料場(chǎng)進(jìn)行拼裝，完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，此方式具有緩解現(xiàn)場(chǎng)總平布置壓力，節(jié)約原材料運(yùn)輸成本的優(yōu)勢(shì)，但模塊拼裝完成后，需要二次運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中模塊形變難以控制，考慮模塊自重及尺寸，運(yùn)輸工具選擇存在困難。

方案二：采用現(xiàn)場(chǎng)選擇拼裝場(chǎng)地，完成后直接吊裝進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，模塊安裝完成后即可進(jìn)行吊裝，避免二次運(yùn)輸造成的模塊形變。占用現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，拼裝周期較長(zhǎng)，為現(xiàn)場(chǎng)其他子項(xiàng)施工帶來不便。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總平面布置總體分析，同時(shí)考慮模塊拼裝需要材料轉(zhuǎn)運(yùn)及模塊運(yùn)輸、吊裝距離等因素，最終確認(rèn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋、埋件組合模塊加工及吊裝場(chǎng)地設(shè)置在T 臺(tái)外東北角處。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋模塊吊裝總重量最大的墻體為5#墻體，鋼筋及埋件總重量約為80.37t，根據(jù)此重量可選擇LR-1650 型履帶式起重機(jī)進(jìn)行模塊吊裝，經(jīng)測(cè)算起吊半徑為24m，落位半徑為56m。

LR-1650 型履帶式起重機(jī)吊車選用S-56，D-42，W-63 工況下額定荷載為145t（LIEBHERR-WERK EHINGEN GmbH）。

4.2 支撐架體及吊索具設(shè)計(jì)

采用BIM 建模技術(shù)對(duì)模塊上鋼筋及埋件進(jìn)行三維定位，針對(duì)性完成支撐架、吊具的初步設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)采用型鋼作為支架，該架體不僅作為模塊拼裝階段的拼裝架體，同時(shí)作為模塊吊裝的承重架體；另設(shè)計(jì)型鋼平面吊裝梁，可適用多個(gè)模塊的吊裝工作，達(dá)到模塊受水平與豎向力到僅受豎向力的轉(zhuǎn)換。為確保實(shí)施的安全、可靠性，委托第三方設(shè)計(jì)院進(jìn)行有限元分析及驗(yàn)算利用有限元分析模塊拼裝階段、吊裝階段及落位階段的應(yīng)力及變形，實(shí)現(xiàn)模塊吊裝和變形控制，確保安裝精度在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。

綜合各個(gè)模塊結(jié)構(gòu)類型和幾何尺寸，利用項(xiàng)目現(xiàn)有的吊索，設(shè)計(jì)方形吊具。通過有限元分析進(jìn)行吊具受力計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊具載荷試驗(yàn)，驗(yàn)證吊具設(shè)計(jì)合理、現(xiàn)場(chǎng)可行。本吊具設(shè)置12 個(gè)上吊耳與上部索具連接，68個(gè)下吊耳通過下部索具與模塊連接。

模塊吊裝系統(tǒng)為每根立柱頂部的吊耳，吊耳與方形吊具采用鋼絲繩連接（KUUH39-P 型索具），方形吊具上設(shè)置8 個(gè)吊耳，分別安裝吊索（8 根φ68mm，L=34.9M，WS-IWRC 1770 型索具）（汪正榮，2001）。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)墻體鋼筋模塊增加支撐架、吊具及索具后，墻體模塊總重最重的位5#墻體118.37t，額定荷載145t，最大負(fù)載率為89%，滿足吊裝要求（萬力等，2008）。

4.3 模塊制作

4.3.1 鋼筋模塊支架拼裝

型鋼支架在拼裝場(chǎng)地上進(jìn)行安裝，根據(jù)型鋼支撐架設(shè)計(jì)圖紙，在場(chǎng)地上放出支撐架位置，隨后打孔安裝支架立柱底部固定鋼板的膨脹螺栓，將底座鋼板固定在已安裝的膨脹螺栓上，逐個(gè)完成支架立柱安裝，隨后組裝整個(gè)支架，支架拼裝工藝流程如下：

安裝立桿（攜帶短向水平橫梁）→安裝長(zhǎng)向水平橫梁→安裝斜梁→安裝完成，驗(yàn)收。

4.3.2 鋼筋工程

（1）模塊鋼筋綁扎。在已安裝完成的支架上綁扎鋼筋。先將立柱橫梁處水平筋安裝完成，并采用橫梁上的倒U 鋼筋限位裝置將水平鋼筋進(jìn)行固定（固定形式詳見下圖），再將豎向鋼筋固定至已安裝的水平筋，最后安裝剩余的水平筋和拉鉤，鋼筋綁扎完成后，再采用雙U 型卡對(duì)鋼筋籠進(jìn)行加固避免變形。

工藝流程：+8.000m 板插筋安裝：插筋安裝→鋼筋限位工裝安裝→插筋標(biāo)高確認(rèn)。

模塊鋼筋安裝：豎向鋼筋安裝→橫梁上部水平鋼筋安裝→豎向鋼筋錯(cuò)接頭位置調(diào)整并安裝→剩余水平鋼筋安裝→拉筋安裝。

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)板鋼筋限位。鋼筋的水平及豎向定位是模塊順利吊裝的關(guān)鍵措施之一。通過設(shè)計(jì)鋼筋精確限位工裝及+8.000m 板插筋切割方式，實(shí)現(xiàn)插筋與模塊鋼筋對(duì)準(zhǔn)連接偏差在連接允許范圍內(nèi)，鋼筋接頭水平偏差控制在32mm 以內(nèi)，鋼筋端頭豎向偏差控制在15mm 以內(nèi)。

4.3.3 埋件安裝

因墻體模塊下部1950mm 高度范圍內(nèi)為鋼筋接頭區(qū)域，模塊墻體上長(zhǎng)條形埋件無法完整安裝在墻體上隨模塊進(jìn)行落位。針對(duì)此種情況，有兩種解決方式：（1）長(zhǎng)條形埋件不納入本次模塊施工，模塊落位后再行安裝；（2）將長(zhǎng)條形埋件分為兩次進(jìn)行安裝，在鋼筋連接處進(jìn)行分割。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)條形埋件約占整改墻體模量埋件總量的1/3，此類埋件不納入模塊施工將大大減少模塊化施工的意義。因此，通過對(duì)設(shè)計(jì)發(fā)出議題的方式將模塊分為兩個(gè)部分進(jìn)行安裝，埋件加工時(shí)，對(duì)沿墻體高度方向的通長(zhǎng)埋件進(jìn)行截?cái)啵瑯?biāo)高+9.850 ～+14.500m 埋件安裝在模塊上，+8.000 ～+9.850m 埋件待模塊安裝完成后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，上下兩個(gè)部分僅需要進(jìn)行對(duì)接即可，模塊完成效果如圖1。

圖1 模塊整體制作完成效果圖

4.4 模塊吊裝

吊裝施工前，將鋼筋模塊與吊裝梁組合，通過組合后的圖形進(jìn)行模擬就位，檢查模塊、吊梁與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體的碰撞情況，預(yù)留足夠的操作空間，并采用吊梁上安裝橡膠輪胎的方式對(duì)周邊物項(xiàng)進(jìn)行保護(hù)。

模塊吊裝施工流程：先決條件準(zhǔn)備→空載模擬吊裝→吊索具連接→模塊試吊、調(diào)試→正式吊裝→模塊落位、鋼筋對(duì)接→吊裝作業(yè)結(jié)束。

在+8.000m 板上安裝模塊就位導(dǎo)向裝置，分別設(shè)置在模塊墻體鋼筋外側(cè)及墻體中間。模塊外側(cè)設(shè)置一級(jí)導(dǎo)向，一級(jí)導(dǎo)向樁在墻體外側(cè)設(shè)置3 處3000mm 高H 型鋼，H 型鋼側(cè)邊焊接固定打磨光滑的鋼板條，模塊落位時(shí)，順著與鋼板條接觸面下滑落入預(yù)計(jì)就位位置；同時(shí)，在墻體內(nèi)部采用H 型鋼上焊接平板，在平板四周做三角形滑動(dòng)鋼板為二級(jí)限位，作為鋼筋模塊就位精確導(dǎo)向（施設(shè)等，2017）。

4.5 模塊安裝

模塊吊裝至反應(yīng)堆廠房+8.000m 板安裝就位后，進(jìn)行就位偏差核實(shí)及模塊幾何尺寸檢查，待檢查合格后，進(jìn)行固定安裝。分別完成模塊鋼筋與+8.000m 板插筋連接，水平筋、拉筋恢復(fù)，以及模塊上埋件位置調(diào)整、鋼筋連接處埋件安裝。

4.5.1 鋼筋連接工藝

針對(duì)模塊整體吊裝后進(jìn)行鋼筋連接，經(jīng)過調(diào)研有以下2 種鋼筋接頭連接方式以供選擇，具體分析如下。

（1）鋼筋可調(diào)套筒連接。其優(yōu)勢(shì)為調(diào)套筒的鋼筋連接允許偏差較大，劣勢(shì)可調(diào)套筒連接形式的各種鋼筋型號(hào)長(zhǎng)度不一，需要+8.000m 板鋼筋接頭埋設(shè)長(zhǎng)度差進(jìn)行調(diào)整或模塊豎向鋼筋底部存在長(zhǎng)度差調(diào)整適應(yīng)此接頭形式。

（2）鋼筋錐套鎖緊接頭連接。其優(yōu)勢(shì)為錐套鎖緊接頭無須套絲連接，可隨時(shí)進(jìn)行鋼筋切割調(diào)整誤差；但錐套接頭誤差要求較高，水平向鋼筋偏差為一個(gè)鋼筋直徑，豎向間距不大于15mm。

綜合兩種鋼筋連接方式，模塊鋼筋與+8.000m 板鋼筋采用錐套鎖緊鋼筋接頭進(jìn)行連接，此接頭無須進(jìn)行鋼筋套絲，采用液壓鉗進(jìn)行冷壓，鋼筋豎向連接如圖2。

圖2 模塊鋼筋豎向連接

4.5.2 鋼筋連接流程

工藝流程：對(duì)位、調(diào)平→豎向鋼筋連接→連接部位水平鋼筋恢復(fù)→連接部位拉筋恢復(fù)→連接部位埋件安裝。

5 模塊化技術(shù)推廣及預(yù)期前景

鋼筋模塊施工技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的核電土建施工模式，鋼筋模塊施工依靠先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造和建造技術(shù)，將鋼筋、埋件施工由現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移至后臺(tái)，打破傳統(tǒng)勞動(dòng)力高度集中現(xiàn)象，鋼筋模塊與現(xiàn)場(chǎng)交叉施工，對(duì)核電建設(shè)項(xiàng)目的工期、造價(jià)、質(zhì)量、安全和文明施工均帶來巨大的影響。隨著VVER-1200 鋼筋模塊的成功實(shí)施，模塊化的優(yōu)勢(shì)會(huì)逐漸得以體現(xiàn)，模塊中吊具、支架逐漸演變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，工廠化生產(chǎn)，一套模塊支架和吊具可適用于多個(gè)模塊施工。可以不斷提高模塊的施工質(zhì)量和速度，降低模塊制造成本，有望進(jìn)一步提高建造質(zhì)量、縮短建造周期、降低工程造價(jià)，從而真正體現(xiàn)模塊化的優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語

反應(yīng)堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋模塊的順利實(shí)施，證明了方案措施制定的合理性與可行性。實(shí)施過程中，對(duì)于新工藝，提前進(jìn)行工藝驗(yàn)證，取得關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持后續(xù)實(shí)施；對(duì)于新設(shè)備，提前進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保模塊正式實(shí)施過程中設(shè)備安全、可靠。此次模塊順利實(shí)施，解決了核島廠房?jī)?nèi)部高大墻體鋼筋、埋件施工場(chǎng)地緊張的難題，優(yōu)化了關(guān)鍵路徑上的施工工期，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋、預(yù)埋件由現(xiàn)場(chǎng)施工到場(chǎng)地模塊化預(yù)制的平行轉(zhuǎn)變，為后續(xù)鋼筋模塊化及其他形式的鋼筋組合模塊的策劃提供借鑒和技術(shù)支持，模塊吊裝效果如圖3。

圖3 模塊吊裝圖