核电站超大环形IRWST水池外环天花模块化施工技术*

栗建博，刘 军，杨华俊，李 斌，康 军

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概况

安全壳内换料水贮存箱IRWST水池外环天花分布于半径为17.31～21.80m圆环中的134°～360°～43°范围内，主要构件包括覆面板、折弯件、预埋板、套管、U型钢锚固组件、人孔、泄漏收集槽。天花由近百张4mm厚不锈钢薄板拼接而成，总焊缝长600m，单块覆面板最大为4 000mm×1 250mm，焊缝背面未设置垫板，整个天花覆面板表面未设置斜形锚固组件，同时布置大量的预埋件组件，焊缝布置紧密。天花焊缝质量要求极其严苛，需进行100%VT+100%LT+100%PT+100%RT，不允许有任何缺陷。同时，天花平整度要求高，最大允许偏差为10mm/m。不锈钢水池外环天花如图1所示。

图1 不锈钢水池外环天花俯视图

通过分析天花吊装受力情况，将天花合理化分为12个模块，单个模块最重1.51t，面积约为20m2。天花施工分为模块车间预制和现场拼装阶段，模块间拼接焊缝留有调节余量，用于精确组对模块现场就位后的焊缝。同时通过有限元分析每个模块吊装受力分布，确定最佳吊点，尽可能减少模块吊装过程中的变形。天花模块分布如图2所示。焊缝长度与质量分布如表1所示。

图2 不锈钢水池外环天花模块分布

表1 天花模块焊缝长度与质量分布

2 技术要点

1)天花为超大环形薄板结构，现有结构锚固组件无法支撑天花整体成型吊装，故重新进行分块设计，通过分析天花吊装受力情况，将天花合理化分为12个模块，以保证单个模块吊装变形量在可控范围内。

2)构成天花的主体为4mm厚不锈钢薄板，单条焊缝最长达4m，由于未设置垫板，焊接具有易变形、难控制的特点，天花上小型组件布置较多，导致同一部位焊缝布置紧密，应从焊接工艺、操作平台、工装布置、焊接方法、焊接顺序等方面控制焊接变形，以保证最终平整度达标。

3 工艺流程

3.1 车间流水化作业流程

车间分为下料区、制作区及成品堆放区，其中零件下料区用以存放待用的原材料及初步加工的半成品材料，应有明显的标识牌，包括材料名称、材料规格、使用部位。制作区采用隔离带或栏杆分为不同制作区域，在每个区域明显位置标识制作物项信息，成品堆放区按照构件种类划分为不同堆放区域，同时制作信息标识牌。车间流水化作业如图3所示。

图3 车间流水化作业

3.2 模块预制及现场拼装流程

模块预制流程如下：下料→零件组对→小模块组拼→大模块组拼→校正及整体尺寸验收。模块拼装流程如下：搭设现场支撑体系→定位放线→模块吊装→组拼模块及预埋物项→验收整体尺寸。

4 主要施工方法

4.1 车间预制操作要点

4.1.1平台搭设

根据模块焊缝布置，合理设计拼装平台结构。按照平台预制详图进行零件下料，重点控制尺寸偏差。按照焊接节点图拼接平台，焊接后的结构平整度误差控制在10mm/m内。

4.1.2下料

天花单个模块零件包括覆面板、弯板、U型钢背肋。

1)覆面板根据加工图划线，车间下料通常采用激光切割机切割，短件和薄件也可采用剪板机下料，需保证坡口角度及直线度，减小组对间隙偏差。

2)直边弯板按照加工图下料后折弯，在长度方向上沿覆面板每边预留≥30mm余量，在现场拼装时切割。

3)弧面弯板下料时在宽度方向上预留≥20mm余量，先折弯成直角，再进行弧度加工，需严格控制折弯角度，宽度方向上的余量在折弯后进行切割，长度上的余量在现场拼装时进行切割。

4)将U型钢背肋按照加工图进行切割。

5)下料后的不锈钢应采用专用记号笔进行标识。

4.1.3U型钢背肋网片焊接

1)在车间U型钢制作区内焊接U型钢锚固组件。

2)U型钢表面需与覆面板紧贴，其平整度直接影响覆面板平整度，锚固组件焊接时需重点控制与覆面板接触面的平整度。

3)U型钢对接要求满焊。

4.1.4覆面坡口加工

覆面板均需加工成V形坡口，以满足焊接工艺要求，车间采用坡口加工机加工坡口，保证坡口打磨精度。

4.1.5覆面板组对、焊接

1)覆面板焊接完成后，切除与弯板对接边的余量，在车间拼装平台上与弯板组对，沿焊缝位置在覆面板侧设置配重块，并沿焊缝设置防变形卡板，以减小焊接变形。

2)焊接工艺、焊接顺序严格按照焊接工艺卡执行，点焊和正式焊接时，在焊缝背面做充氩保护，保证焊接质量。

4.1.6覆面板翻身

覆面板采用起重机翻身，翻身过程如下：①阶段1 吊钩与翻身工装相连；②阶段2 吊钩起升，使覆面板与地面垂直；③阶段3 覆面垂直状态下，落至地面，吊钩缓慢做摆钩和下落动作，覆面板完成翻身，如图4所示。翻身工装如图5所示。

图4 覆面板翻身示意

图5 覆面板翻身工装

4.1.7U型钢与覆面板焊接

U型钢背肋与覆面板间的角焊缝既可采用仰焊，也可在覆面板翻身后平焊，焊接时必须设置防变形措施，在焊缝相应位置设置配重。

4.2 现场拼装操作要点

4.2.1现场支撑体系搭设

1)合理搭设脚手架，尽量避免用于钢筋施工的脚手架无法适用于钢覆面安装而重复搭拆。

2)根据覆面板形状搭设脚手架，脚手架应有上下爬梯，便于施工人员操作。埋件、人孔、套管、外环导流槽在覆面板焊接后安装，脚手架应预留安装和焊接操作空间，焊缝位置脚手架立杆间距500～600mm，模板沿焊缝预留300mm，用于焊缝背面保护和焊后检测等。模板铺设完毕后，抄平模板整体，确保符合天花板位置和平整度公差要求。

图1中,光路系统DFB激光器、准直器和角反射器构成,DFB激光器经过调制驱动后,输出的光信号经过光学准直后,照射到待测甲烷气体上,然后通过角反射器反射后,再一次照射过甲烷气体,经过光电探测器接收并转换为电信号,采用这种光路架构可以减少额外损失的光能量,光电探测器能接收到较高的光功率,输出信号的信噪比较高[4]。

3)应采用新模板，光滑的一面朝上。

4.2.2天花吊装就位

1)天花覆面板正式吊装前，在模板上放出覆面板安装线，作为天花覆面板就位基准线。

2)模块吊装前，提前确认钢筋位置，就位空间不满足要求时，需提前处理。

3)根据覆面板位置，采用塔式起重机将覆面板吊装就位。

4)模块在车间下胎前已设置吊耳，吊装前需再次确认吊点、吊耳焊缝。吊装工装上部2个吊耳通过吊带与塔式起重机吊钩相连，工装下部吊耳通过吊带与覆面板上设置的吊耳相连，所用吊带承载力≥20kN。吊装工装根据天花模块特点，设计为扁担梁结构形式。覆面板上布置的吊装吊耳经专业的受力分析软件模拟计算后，不会在吊装过程中使天花模块产生超差变形。吊装工装如图6所示。模块在车间预制过程中，上、下胎模在装卸车时均要整体吊装，经观察，模块吊装变形可接受。

图6 吊装工装

4.2.3钢覆面组对、焊接

1)覆面板在车间沿模块宽度和长度方向均有余量，覆面板安装前，要检查构件规格型号，按照图纸尺寸，覆面板调整好位置后，沿焊缝位置划出切割线，切除相应余量，采用打磨法加工坡口。

2)焊接前仔细检查焊接坡口形式、间隙、有无错边，核对焊丝型号、清理坡口。焊接防变形措施如下：①沿焊缝设置配重，在不影响焊工操作的情况下，配重靠近焊缝20～30cm；②沿焊缝设置防变形卡板，钢覆面错开设置正面、背面卡板，间距约50cm；③合理安排焊接顺序 外环天花钢覆面仅4mm厚，因此易因焊接顺序不当造成严重的焊接变形。采用2名焊工从中间向两边同时分段退焊的方法，焊接参数按照工艺卡要求执行，焊接顺序如图7所示。A，B表示2名焊工，1～8表示焊接顺序，短箭头表示焊工施焊方向，长剪头表示焊缝增长方向，图中以250mm为分段间距，现场焊接时，建议分段间距控制在100～250mm，越短越好。

图7 分中分段退焊示意

3)施工现场注意防风防雨，焊接时应严格控制焊接环境，按焊接工艺卡规定的焊接参数施焊。施焊时，环境温度≥-10℃，焊件温度≥5℃，现场相对湿度<90%，风速≤2m/s。施工时，应防止影响电弧稳定的空气对流。

4.2.4组件安装

1)预埋板、人孔、套管与覆面板焊接采用坡口焊，切割后现场打磨坡口。附属构件焊接前，防变形措施尽可能到位。沿焊缝设置配重，在不影响焊工操作的情况下，配重尽量靠近焊缝，沿焊缝设置防变形卡板，采取分段退焊焊接法。

2)套管焊接时，在套管附近的钢覆面背面侧焊接临时吊耳，使用倒链一端连接吊耳，另一端连接脚手架，控制焊接变形。

3)焊接后按照设计要求，对焊缝进行无损检测。

4)人孔、套管、外环导流槽尺寸较大，焊接前需测量上下口位置，并设加固措施。可采用型钢将人孔、套管、外环导流槽与周围U型钢相连，以保证混凝土浇筑后物项精度满足施工要求。

5)组件焊接对温度、湿度的要求与钢覆面焊接一致。

4.2.5泄漏收集槽安装

现场弯板焊接、RT检测后，安装泄漏收集槽。泄漏收集槽除跨越2个模块的部分，其余均在车间焊接。现场焊缝分为泄漏收集槽与折弯板间的焊缝，及泄漏收集槽与塞片孔间的焊缝。泄漏收集槽在塞片孔位置断开，外部U形件与塞片孔为搭接焊，节点如图8所示。

图8 收集槽节点

泄漏收集槽与覆面板相焊接，背部与弯板间采用防水层进行密封，防止混凝土渗入，收集槽与覆面板连接节点如图9所示。

图9 收集槽与覆面板连接节点

4.2.6钢筋绑扎、混凝土浇筑

钢覆面支撑加固后绑扎钢筋，再浇筑混凝土。钢筋绑扎前，在钢覆面上涂刷防尘漆进行保护。钢筋绑扎时，应避免钢筋碰撞、砸伤不锈钢覆面，应及时将剩余的钢筋头清出覆面区域。顶板覆面不允许存在绑扎钢筋的铁丝、焊条头等异物，混凝土浇筑前必须清理干净，确保无杂物。混凝土浇筑时振捣器应避免碰撞钢覆面。

4.2.7浇筑后钢覆面整体尺寸复验

混凝土浇筑后，检查覆面板有无污染、损伤、变形等缺陷，并检查覆面板标高及平整度是否在允许范围内，出现超差时，先制定处理措施，经各方同意后按照相关程序进行处理。

5 结语

不锈钢水池外环天花预制及安装施工工期3个月，缩短近1个月工期，平整度控制在5mm/m内，通过应用该技术，实现IRWST水池外环天花预制流水化施工，极大提高施工效率，尺寸精度达到设计要求，克服大尺寸薄钢板焊接变形较大的问题，为防城港核电3，4号机组顺利施工提供保障。实践证明，不锈钢水池外环天花模块化制作拼装技术使天花质量整体可控，可有效缩短施工工期，为超大型环形不锈钢薄板结构安装提供了良好的施工思路。