核电站反应堆厂房穹顶整体吊装施工管理研究.docx

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核电站反应堆厂房穹顶整体吊装施工管理研究

中国核工业建设集团公司

2015年助理工程师资格评审论文

核电站反应堆厂房穹顶整体吊装施工管理研究

魏玮

中核机械工程有限公司

2015年8月

核电站反应堆厂房穹顶整体吊装施工管理研究

魏玮

中核机械工程有限公司

[摘要]：

针对目前核电反应堆厂房穹顶整体吊装的施工管理，通过对不同核电堆型的穹顶参数、起重设备选型等方面的介绍，结合M310穹顶整体吊装的施工工艺流程及其质量控制、安全管理等方面的关键点进行阐述，总结了目前已施工的M310穹顶整体吊装的施工管理经验，为后续核电穹顶整体吊装施工的管理乃至整个吊装施工过程控制提供参考和借鉴。

[关键词]：

穹顶;整体吊装;施工管理；

1、概述

在核电站反应堆的建造过程中，反应堆厂房穹顶钢衬里（穹顶）安装时，穹顶重量重、体积大，吊装跨度和安装高度较大，吊装工艺复杂，技术要求高，施工难度大，是大件设备吊装施工中面临的关键技术环节，因此，安全、高效地进行反应堆厂房穹顶整体吊装具有重要意义。

目前，核电站反应堆厂房穹顶整体吊装是该核电站建造的关键技术，如何在保证施工质量，又能高效、安全的完成穹顶安装成为核电建造中各方始终关心的问题。

中核机械依托核电大件吊装项目，有着丰富的穹顶吊装施工经验，本文作者也有幸能够参与整个吊装施工作业的管理过程中，结合多年的核电穹顶吊装的施工作业经验，对核电穹顶吊装的施工管理提出了部分建议和意见，供后续核电项目穹顶整体吊装提供参考和借鉴。

2、不同核电技术穹顶简介

2.1M310等二代核电穹顶

M310等二代核电技术中，穹顶作为反应堆厂房钢衬里的封顶部分，呈圆弧形，属大体积薄壳结构，是整体吊装的最大钢结构件。

穹顶在安装之前，需在施工现场进行地面拼装。

穹顶吊装时，内侧顶部的喷淋系统、空气监测系统等装置也需要提前安装完成。

根据穹顶分块焊接拼装的结构特点，以及重量大、体积大等特点，为防止设备吊装过程中产生变形，在穹顶下口起6m高度处沿圆周肋筋均布设13个吊点。

穹顶外形及相关参数如下（见右图1穹顶示意图）：

－穹顶下口外径：

～Ø37.00m

－全高：

11.05m

－壁壳厚度：

6.00mm

－安装标高：

+44.83m（下口标高）

－结构总重量：

～145T（含喷淋系统及空气监测装置等）

图1：

M310核电技术穹顶示意图

2.2AP系列等三代核电穹顶

AP1000核电项目中，其反应堆穹顶及其附属钢结构位于CVTH上部，距离地面高度约（55-75m），主要由钢穹顶、附属钢结构（CH67/CH71/CH72/CH73、屏蔽墙内外侧钢平台、通风竖管钢架、水箱等顶部格栅灯）构成。

穹顶上部支撑CB20模块（非能动安全壳冷却水箱模块），外部浇筑混凝土，形成叠合结构。

其穹顶主体结构呈圆锥状，其下部直径约为41.3m，上部直径为12.5m，高约11m。

主要由32块覆面钢板以及背部加劲型钢组成。

穹顶主体钢结构及其附属模块（CH67/CH72/CH73）总重量约为714.6t，具体见图2：

AP1000穹顶示意图。

图2：

AP1000核电穹顶示意图

2.3华龙一号等其他三代核电穹顶

随着我国自主化三代核电技术的发展，华龙一号及ACP1000等核电技术进入到人们的视野，华龙一号等三代核电技术是在M310的技术基础上发展提升而来，因为受到了国家核电技术的发展的重视，目前已经开工的项目有福清5、6号机组以及巴基斯坦K2K3核电项目，但至今仍未有穹顶吊装的工程实例。

ACP1000核电内安全壳穹顶钢衬里设计呈一半径为23.4m的半球形壳体结构，同原田湾核岛穹顶相似，吊装难点在于穹顶较高，乃至起吊高度也相应加大，且ACP1000穹顶较其他堆型核岛穹顶重量大。

ACP1000穹顶数据（估算）如下表1所示：

序号

主要内容

参数

1

结构重量+附件重量（未计算吊具、钢丝绳、吊钩以及风荷载垂直分力）

GD=405.11t

2

穹顶高度

顶部69.05m、底部45.65m

3

起吊时穹顶下口与环形吊车拱架间的安全距离

3m~5m

3、吊装所需起重设备简介

3.1M310核电穹顶吊装起重设备选型

M310核电穹顶吊装时需大幅度跨越反应堆厂房及周围其他厂房，起升高度大、半径远。

主要考虑穹顶吊装的总重量、起升高度、吊装幅度、现场场地布置、建筑物和障碍物等因素，选择相应起重能力的履带式起重机，确定其臂长（主臂和副臂）和超起配置，并通过计算分析起重机在相应幅度的起重能力、起升高度、作业回转范围、与障碍物间距等来验证其符合穹顶吊装要求。

根据M310核电站施工现场场地布置和相关技术要求，穹顶整体吊装需要最大起重量1000吨级或最大起重力矩12000吨米以上的起重机完成。

如：

选择LR11350起重机，对M310核电站反应堆厂房穹顶整体吊装进行说明。

LR11350起重机工况选择SDBW（主臂+变幅副臂+超起桅杆工况），主臂60m，幅臂54m。

根据方家山核电工程、福清核电一期工程等穹顶吊装经验及国内现有起重机吊装能力，M310核电反应堆型穹顶吊装时起重机作业幅度（工作半径）为54m较为适宜。

查LR11350起重机性能表，工作半径为54m时起重机额定起重量m=284.00t。

起重机负载率=吊装重量总计/额定起重量×100%=194.7/284×100%=68.6%（低于90%，符合要求）。

穹顶吊装过程中需要跨越的最高障碍物为已经安装完成的环形吊车拱架，由计算可知，起重机起升高度满足吊装要求。

其他厂房的外形不影响起重机及穹顶回转。

3.2AP1000核电穹顶吊装起重设备选型

AP1000核电穹顶吊装重量重，体积大，吊装前必须合理选择吊装机械、吊索具，以满足吊装的要求；目前国内在建的AP1000核电项目中，三门核电选择了美国lampson公司的LTL2600B型2600吨履带起重机进行吊装作业，海阳核电选择了德国TEREX-Demag公司生产的CC8800-1twin型3200吨履带起重机进行吊装作业。

以海阳项目为例设备计算选型如下。

结合海阳AP1000场地吊装实际情况，以及穹顶参数，选用CC8800-1TWIN吊机进行穹顶的吊装作业，工况选择SFSL工况。

CC8800-1TWIN吊机配置为：

主臂81m，MAST56m，副臂42m，与主臂夹角15度；吊车主臂宽3.2米，主臂旋转中心至吊车旋转中心距离1.2m；吊车回转中心距地面垂直距离为5.8m。

吊装总重量为874.38t，经计算和吊机起吊能力对比，吊机行走时负荷率为874.38/934=93.62%，吊机就位吊装时负荷率为874.38/972=89.96%，满足吊装要求。

穹顶下口吊装总高度H等于57m＜67.07m，工作半径38m时穹顶起升高度增大，所以吊装总高度满足吊装要求。

4、穹顶整体吊装作业过程控制

现根据如上分析，不同核电技术其穹顶参数，起重吊装设备有所不同，然而针对其吊装过程的控制和管理，则基本相同，质量、安全、风险控制等方面都需要进行周全的管理和控制。

才能保证穹顶整体吊装作业的安全、高效。

以下以方家山M310核电穹顶整体吊装施工作业的过程控制为例，分别从质量安全等方面进行阐述。

4.1M310穹顶吊装工艺流程及操作要点

（1）施工工艺流程

图3：

M310穹顶整体吊装施工工艺流程

（2）操作要点

前提条件：

反应堆内部结构施工完（标高为34.0m）；筒体砼施工完24层（标高为42.12m）；筒体钢衬里施工完12段（标高为44.83m）；穹顶安装导向柱和支撑千斤顶（各13个）安装完成，13个32t螺旋千斤顶放置在导向立柱相应位置，同时用钢丝将其捆绑防止坠落，调整千斤顶的高度，使之高出筒身钢衬里上口实际标高80mm；环形吊车全部吊装就位；穹顶拼装焊接完成；穹顶内部设施安装完成；影响穹顶吊装的塔吊按照要求停靠并设专人监护；筒体上下人员通道降低到44.83m以下。

现场规划：

项目施工前期，勘察施工作业场地，以减少场地清理、处理范围，减少对其它施工的影响，便宜施工为原则，合理的规划施工场地，进行设备和机械布置。

地基处理：

根据穹顶吊装起重机站位场地要求，对地基采用开挖、沙石回填及分层碾压、或混凝土浇注处理，使地基承载力达到25t/m2。

再按平面布置图所示铺设10块专用路基箱（6m×3m）。

地基水平度不大于5‰。

起重机进场：

根据穹顶吊装要求，完成LR11350起重机SDBW（S60m+W54m）模式的组装、调试、试车，并按照平面布置图，完成起重机进场站位。

空载模拟穹顶吊装：

施工准备工作完成后，模拟穹顶吊装过程进行空载模拟吊装，指挥LR11350起重机进行各吊装步骤的起落钩、回转等操作，并在过程中验证吊装指挥系统和吊装机构的运作情况，并且检查起重机及穹顶运行所通过的空间是否畅通。

起重机在进行空钩模拟试验时，没有悬挂吊篮，因此要按吊篮实际尺寸测量其回转区域并做出标记，以确定穹顶吊起后需清除的场地范围。

索具连接及调整：

钢丝绳长度地面初步调节。

在地面上将卸扣、钢丝绳和花兰螺栓进行可靠连接，调整各根钢丝绳的长度一致，并使花兰螺栓的螺母置于螺栓螺纹的中间位置，便于以后双向调节。

调整完成后对每根钢丝绳进行编号。

地面调节钢丝绳时应铺隔离布以防泥沙等污染钢丝绳及连接件。

将钢丝绳按照编号连接至LR11350起重机吊钩上，然后起升起重机吊钩将钢丝绳吊至穹顶上部，将钢丝绳下端的卸扣和花兰螺栓与穹顶吊耳连接，并检查其连接的可靠性。

穿挂连接时可采用汽车起重机配合。

通过测量配合调整吊钩位置，使其垂线接近穹顶的中心。

起重机起钩加载至穹顶吊装重量的40%左右，通过检查各钢丝绳的张紧程度，利用扳手调节与卸扣连接的花兰螺栓，使13个吊点钢丝绳的受力基本均匀。

在穹顶拼装基础四个基准方位处挂设四个手动葫芦（HS-10-10t），目的是为防止穹顶吊离拼装基础时产生剧烈晃动。

试吊：

去除穹顶与拼装支架的连接，全面检查穹顶上、下及内部和周围三米范围，彻底清除一切障碍物。

起重机起钩加载至穹顶吊装重量的80%左右，再次通过测量配合调整吊钩位置，使其垂线位于穹顶的中心（偏差尽可能控制在250mm以内）。

测量人员应在起重机起钩加载过程中跟踪观测站位点的地基沉降量，监测是否有过量沉降致使地基破坏失效。

缓慢起钩，直至穹顶下口全部离开支架约100mm后停止，在测量的配合下，调整花兰螺栓，使穹顶下口的水平度和圆度符合设计的安装要求。

正式吊装：

-试吊与正式吊装起重机站位点相同。

-起吊前检查各种吊索具、起重机状态，确认无误后在穹顶下口均布4点分别系结一根Φ25mm、长50m的白棕绳，吊装过程中应注意该绳不得缠绕任何物体。

-解除穹顶与拼装平台上所有的临时连接构件。

-缓慢而匀速地起升吊钩至穹顶下口离地约1000mm，静止10分钟，对穹顶、索具连接、起重机运行等进行全面检查，确认无异常情况后，方可继续吊装。

-起重机吊钩提升使穹顶下口标高为+57.152m（超过环形起重机拱架上标高）时，停止起升。

-起重机逆时针回转91°，使穹顶位于反应堆厂房正上方，再进行回转和变幅调整，使穹顶中心与反应堆厂房筒体中心对正。

-起重机落钩使穹顶下口位于导向柱（用于穹顶定位）上方300mm处，停止下落。

在测量辅助下起重机进行微调，使穹顶下口与安装位置对正，继续落钩，使穹顶下口缓慢进入导向柱，需要时再进行微调。

在穹顶进入导向柱后，利用白棕绳调整穹顶周向位置，使其与基准安装角度对正，并顶升千斤顶，继续落钩使穹顶完全支承在13个支承千斤顶上，调整穹顶下口与筒身的对接缝（千斤顶在降落组对环缝过程中，起重机受力保持约50%的状态以辅助组对），调整完成后将穹顶固定，点焊对接缝，确认稳固后完全松钩，拆除吊点连接吊具。

-在穹顶下落过程中，应密切观察穹顶内的各种管道与环吊拱架及其它障碍物的安全距离。

若发现意外情况应立即停止下落，清除障碍后方可继续下落。

-确认一切无误后，进行起重机摘钩、回转，并完成起重机退场。

4.2M310穹顶吊装质量控制措施

（1）根据工程特点，按HAF003的要求，制定一套严密的质保制度；明确项目部和各级管理人员的质量职责和质量管理的各项规定；凡事有章可循，凡事有据可查，凡事有人负责，凡事有人监督。

（2）LR11350起重机组装过程需严格按照起重机相关说明进行，并进行严格检查，吊装前起重机质量检查表见附件3，确保起重机性能良好。

（3）将工程质量目标细化，分解到施工方案和现场质量计划（见附件4）中。

各施工项目工程师负责对施工各项前提条件进行检查确认，专职和兼职质检员根据质量计划进行复核，按规定请负责人员签署确认。

对施工中的关键步骤、重要环节定出W点（Witnesspoint）：

见证点、H点（Holdpoint）：

停工待检点、R点（Reportpoint）：

审查文件记录点。

（4）根据有关标准规范，制定工程验收和评定一览表，对质量验收和评定进行控制，保证所有施工项目都经过检查验收合格。

（5）根据有关标准规范，制定工程质量控制流程。

4.3M310穹顶吊装安全管理措施

（1）操作平台、脚手架应经有关部门验收合格后方可使用，不符合安全要求的不得使用。

筒体上口设置安全可靠的操作平台和安全网。

（2）吊装场地应划出吊装作业区，并用绳索、标牌进行隔离和警示，设进入限制，无高空作业证人员严禁进入筒身上部操作平台。

（3）吊装前清除穹顶上部一切与吊装作业无关材料、工具及杂物。

（4）施工人员进入施工现场必须正确佩带个人劳保用品：

穿好工作服、劳保鞋，戴好安全帽，扣好安全帽带，高空作业系好安全带，安全带高挂低用。

（5）吊装前应进行专门的安全技术交底，使吊装施工人员掌握施工顺序和工作要点。

（6）在吊装过程中，作业区内应停止其它施工作业，分别设置高空和地面安全员进行检查、监督。

（7）索具连接前对钢丝绳、卸扣和吊耳等进行检查，不得有变形和裂纹等缺陷。

试吊和起吊初期应随时检查其连接是否安全可靠。

（8）统一指挥信号，严格按规定的职责传递信息，起重指挥信号必须准确无误。

（9）起吊和就位时起重机动作必须使用低速，并且均匀，中间过程的起重机动作要保持均匀缓慢稳定。

严禁猛烈和急速的起重机动作。

（10）穹顶吊至高空，起重机吊臂回转时，筒体上口的指挥人员、作业人员不得站在穹顶运行轨迹的下方。

（11）严禁在钢丝绳附近进行电焊作业。

（12）吊装工作持续到夜间时，现场须具有足够亮度的照明设施。

（13）零星材料、小型工具应放在专用的工具箱和工具袋内，禁止抛物，防止滑落。

（14）起重及高空作业应遵守相应的安全操作规程。

（15）现场应符合安全防火、用电等有关规定。

（16）现场安全员应随时进行巡视，发现不安全因素立即整改。

（17）吊装应选择无雨、无雾和风速不大于四级的天气进行。

（18）吊装前，吊点、吊索连接后，作业人员应进行自检和互检。

技术人员和安全检查人员应进行检查确认，并形成记录。

（19）配置对讲机，统一指挥信号，按规定的职责、信号传递要求统一组织指挥。

（20）穹顶吊装过程中，现场塔吊须配合回转，确保与起重机不发生干涉。

（21）进行危险源识别、风险评价和控制。

5、结语

通过对不同核电堆型穹顶的介绍，结合多年的核电施工经验，总结了核电穹顶整体吊装的施工工艺、质量控制、安全风险等方面的关键点，为核电吊装施工安全作业提供对比和借鉴。

在总结现有施工质量安全控制的基础上，梳理管理要点，能够为我公司后续核电项目穹顶整体吊装，乃至整个核电吊装服务质量的提升，树立公司企业品牌的服务目的的发展奠定基础。

参考文献

[1]孙汉虹.第三代核电技术AP1000，北京：

中国电力出版社，2010.

[2]魏俊明，刘琼，孙坤.第三代压水堆核电机组AP1000的模块化施工分析.电力建设第4期，2008．

[3]左学兵，林金平.浅谈AP1000核岛施工设计变更管理.工业建筑，2012．

[4]海阳AP1000核电穹顶吊装方案.

[5]三门AP1000核电穹顶吊装方案．

[6]方家山穹顶整体吊装方案.

[7]秦山核电二期扩建工程穹顶吊装方案.