安全壳底封头运输和吊装施工技术

郑东宏，田世勇，胡德全，肖洪涛

（国核工程有限公司，山东 海阳 265116）

安全壳CV（Containment Vessel）是一个独立的、自立式钢制安全壳，由椭球形底封头CVBH和顶封头CVTH、筒体CVR1-CVR4焊接成密闭容器，其主要由壳体、内外加强圈、环吊梁、人员和设备闸门、贯穿件、各种附件、筒体外空气导流板支架等组成。筒体内径39 624 mm，高65 633 mm[1]。安全壳自重以及其内的内部结构和设备自重，均通过CVBH将载荷传至核岛筏基上；而其在安全基准地震条件下的抗倾斜剪切力，由CVBH的剪力钉将剪切力传至核岛底板筏基上。主要执行放射性物质包容的最后一道屏障，以及提供最终安全级热阱等功能[1-2]。

CVBH是由五种半径R=34 053.83、31 898.15、23 904、12 134.84、6 950 mm组成的轴比率为1:1.728的半椭球体，高11 471 mm，板厚41.3 mm[1]。CVBH由4圈共64块钢板拼装焊接组成，这些钢板由车间压制完成后运抵现场进行组焊形成最终的CVBH整体结构，然后在完成外侧剪力钉焊接和与核岛基板CR10钢构连接的16根支撑短柱后，整体运输至核岛通过起重机安装在基板设定位置。

CVBH本体重量为677 t，运输重量为741 t，吊装总重量为862 t。

1 运输施工技术

CVBH的运输由重型运输平板拖车完成。CVBH转运过程中地基承载力至关重要，由两部分构成，重件运输道路和吊车空载行走区域：

1）重件运输道路：设计承载能力20 t，宽32 m，路面柏油硬化；

2）吊车空载行走区域：该区域32 m宽，由三部分构成：中间部分宽20 m承载能力50 t，两侧部分各宽6 m承载能力20 t，混凝土硬化。

CVBH运输吊装就位是核岛建安工程关键路径上非常重要的重大施工活动，是后续土建施工和关键设备安装的基础。CVBH具有体积大、重量大和重心高的特点，如果运输过程中的路面状况和承载力较差、拖车运输稳定性和操控考虑不周，运输过程中轻微的倾斜和变形都将对CVBH的顺利就位和此后CVR1的就位影响巨大。

为保证CVBH运输吊装的顺利实现，制定详细的专项施工方案：

1）CVBH整体运输方案；

2）CVBH拼装平台拆除方案；

3）平板拖车载荷试验及同步性模拟试验方案；

4）运输应急预案；

5）CVBH拼装厂房围墙拆除方案；

6）CVBH拼装平台脚手架拆除施工方案。

1.1 运输先决条件准备

为保证运输过程能够安全顺利进行，根据运输施工活动的特点，编制详细的专项跟踪检查清单，定期跟踪各项运输先决条件的准备情况。施工经理、HSE经理、QA/QC经理、运输专业工程师对整个运输先决条件准备工作进行牵头、监督、协调和检查，对影响运输作业的先决条件进行联合审查，且当所有先决条件通过各方检查验收满足运输要求的前提下方可进行运输作业。

1.2 车辆同步性试验

运输车辆由自驱动牵引车MAN2876和ScheuerleS3PE系列组合液压拖车组成。液压拖车具有多轮轴且轴间具有串联式独立平衡液压悬挂系统，每轴线设2组液压悬挂，每组悬挂4只轮胎，最大载重30 t。按1组4纵列6轴线计算，最大载重360 t。CVBH顶部内径达39 624 mm，高11 471 mm，运输过程采用4组4纵列6轴线的平板拖车连接起来协同完成，最大可载重1 440 t，而CVBH运输重量为741 t，负荷率51%[3]。

为确保运输过程安全顺利进行，正式运输前需要组织进行运输拖车的载荷试验以确定路面状况和拖车状况满足运输要求。因此载荷试验后需要连接各组运输拖车进行模拟同步性试验，以确保运输过程中各组拖车协调同步，防止出现拖车连接变形导致托架失稳，同时调试多组拖车连接运行过程中整体水平度和运行速度的控制与调整。

1.3 CVBH运输过程

CVBH底部为半椭球形结构，为实现拖车运输过程中均匀稳定承重，且在运输过程中不发生偏移和失稳，需要采用针对性设计制作的运输托架工装将CVBH固定在拖车上。

1）运输托架与拖车联结。在每组4纵列6轴线上铺设2块钢板，并通过螺栓连接将其固定在运输拖车上；并将CVBH的运输托架底座焊接在钢板上。托架支撑块具有2个旋转自由度及1个垂直升降自由度以保证与CVBH充分接触，调整完成后焊接定位块固定。

2）拆除CVBH拼装平台支架的第四圈和部分第三圈。对称拆除CVBH拼装平台支架的第四圈和部分第三圈，便于拖车运输行驶所示。

3）拖车驶入指定装载位置。将4组运输车组分别按指定路线，将运输车驶入CVBH装车指定位置。

4）调整托架高度，焊接定位块。用拖车的液压顶升装置，将4组运输车辆顶升至同一水平高度；调整托架上的千斤顶，使托架与底封头紧密接触；将定位块直接焊接在CVBH上，保证车辆顶升时防止运输托架发生滑移。

5）拖车液压装置起升。启动车辆液压装置，使4组车辆顶升CVBH，使其与拼装平台支架完全脱离。在此过程中要确保4组车辆顶升时保持CVBH的水平度。

6）拆除剩余拼装平台支架。待拖车完全顶升CVBH的载荷后，并经确认后，拆除剩余的拼装平台支架。

8）封车起运至核岛吊装区域。用手拉葫芦和封车吊耳进行连接封车；经各方联合检查后，签署ITP和起运令，在HSE安全监督和出入控制下，将CVBH运至核岛指定区域。

2 吊装施工技术

为确保CVBH吊装就位的先决条件得以逐项落实，保证吊装过程安全措施到位，吊装过程得以顺利进行，特编制了如下施工方案：

1）CVBH吊装方案；

2）CVBH安装就位方案；

3）CVBH安装测量方案；

4）主吊耳载荷试验方案；

5）吊梁载荷实验方案；

爱国主义是一种历史情感，是对祖国深厚的热爱。习近平总书记指出：“爱国，是人世间最深层、最持久的情感。”[注]习近平：《在北京大学师生座谈会上的讲话》，《人民日报》2018年5月3日，第2版。爱国主义是历史地形成的忠诚和热爱自己祖国的思想和感情，爱国主义是中华民族对祖国最为深厚的历史情感。作为情感系统的爱国主义，表现为热爱祖国的江河大地、锦绣山川，表现为热爱民族的历史文化和骨肉同胞，表现为维护国家的领土主权、社会制度。

6）吊梁载荷试验测量方案；

7）吊装场地基础沉降观测方案；

8）CVBH吊装过程HSE执行方案；

9）CVBH吊装应急救援预案。

2.1 吊装先决条件准备

为保证吊装过程安全顺利进行，编制了详尽的先决条件检查清单，并进行逐一联合审查，仅当所有先决条件通过各方检查验收满足吊装作业要求的前提下方可进行吊装作业。

2.2 吊装载荷试验

CVBH吊装过程采用Demag CC8800-1 Twin履带起重机，主臂工况，臂长81 m，吊装半径42 m，额定起重973 t，负荷率为89%[3]。

为验证吊装方案可行性和各起重参数的合理性，同时为了验证吊索具、吊梁、分配器、可调拉杆和吊梁等的可靠性，进行吊装载荷试验。试验过程中，对于重点部位用应力片进行应力监测；试验完成后对分配器、吊耳、吊梁端部、连接器和应力集中点进行PT或VT。对分配器和吊梁制作过程中有返修记录的位置进行VT复检。

对于8只额定吊装能力为100 t的CVBH吊耳，采用液压千斤顶的方法，进行125%静载试验，并进行NDE检测。

2.3 CVBH吊装过程

CVBH底部为半椭球形结构，为实现吊装过程能得以安全可靠地进行，严格遵守每一吊装工序。

1）吊索连接。利用辅助吊车、吊笼、脚手架等措施，逐项进行大吊车吊钩与分配器的连接；闭式浇铸索具一端与分配器连接，另一端与吊梁的上吊耳连接；可调拉杆与吊梁下吊耳进行连接；连接板、卸扣与可调拉杆进行连接。在进行浇铸索具分别与分配器连接后，必须使浇铸吊索自然下垂后，方可令浇铸吊索的另一端与吊梁上吊耳连接，防止浇铸吊索受扭矩作用。

2）吊梁与主吊耳连接。将可调拉杆调节到中间点，并将卸扣销轴穿过主吊耳；调整卸扣到吊耳孔的距离，调整可调拉杆；索具连接完备后，进行联合检查，确保各连接过程正确无误。

3）试吊、水平度调整。吊机缓慢起钩，底封头吊离运输托架，停止起钩，通过读取可调拉杆的应变片数值，判断可调拉杆是否受力均匀，通过调节可调拉杆，使CVBH保持水平，确保可调拉杆的受力均匀，然后再进行悬空静止试吊。

4）调整CVBH角度。待试吊结束后，吊机起钩，CVBH底部脱离运输托架，运输车辆驶离吊装区域；通过拖拉绳，将CVBH原地逆时针旋转。

5）主臂逆时针旋转。吊机缓慢起钩，使CVBH底部距离地面，使CVBH能跨过核岛辅助厂房内CA20的顶部；吊装半径由38 m变幅至42 m，检查吊车超起情况，主臂逆时针旋转，使吊臂与履带同方向。

6）带载行走。吊机沿路基箱铺设位置向前移动，到达吊机最终位置后停止行走。

7）CVBH落钩就位。吊机行走至指定位置后，吊臂逆时针旋转，缓慢落钩；距离核岛内CR10钢构16根支柱顶部时，调整CVBH中心位置；继续落钩，通过拖拉绳，调节CVBH的方位角，进行CVBH与CR10的安装就位。

3 安全保证措施

在运输和吊装方案中包含详细的JHA和JSA，对所有参与人员培训并进行安全交底。

分别编制了CVBH运输和吊装的检查清单，其中详细列出了运输吊装过程中各关键工序实施的时间和责任人，该检查清单在项目推进过程中得到逐项检查，验收合格关闭该行动项，直到所有先决条件行动项关闭后才可进行运输吊装作业。

3.1 安全措施检查

制定了一系列保证CVBH运输吊装作业顺利实施的安全保证措施，跟踪这些措施的落实进展并逐项检查，主要包括：

1）审核所有施工人员及指挥的资质证书；

2）检查作业工机具合格且标定有效；

3）检查封车用吊索具；

4）检查通讯工具，并经预先调试；

5）检查起重机站位行走区；

6）审核起重机相应证书，检查设备能力；

7）检查所有起重设施；

8）见证CVBH吊耳及吊索具载荷试验；

9）检查脚手架、吊笼；

10）检查封车状况和方式；

11）现场警戒和出入控制就位；

12）技术与安全交底；

13）应急预案和响应机制。

3.2 成立专项安全检查小组

各级主要负责人共同组成专项安全检查小组，建立专项安全检查组织机构，使各主要负责人职责清晰，在检查工作中能及时发现问题、提出整改意见、积极落实和检查反馈整改情况。负责监督检查施工过程每一步骤符合HSE要求，并对人员、设备、物资和现场准备等各项先决条件进行联合审查。

3.3 安全出入控制

安全出入控制和警戒的主要方面有：

1）禁止不相关人员和车辆进入运输和吊装施工作业区，以免造成伤害；

2）保障运输吊装过程中CVBH和相关作业器械的安全；

3）建立易于识别被授权人员进入施工作业区域的管理监督机制；

4）保障施工作业人员和进入该区域人员的安全；

5）防范潜在的对施工作业有影响的事件发生。

出入控制具体措施如下：

1）现场封锁，人员限制入内；

2）运输准备过程中禁止非相关人员入内，距作业平台30 m处设置警戒线；

3）运输过程中行走道路封闭，运输车辆两侧30 m设置警戒线；

4）行走经过路口时，路口封闭；

5）核岛吊装作业根据施工需要分成不同的区域，如吊装作业区、CVBH核岛内安装就位区、一般访客参观区、贵宾参观区、记者拍照区、临时停车场以及紧急集合点等区域；

6）吊装作业区域周围设定安全区域警戒线；

7）核岛封闭并停止所有与吊装无关的作业；

8）进入警戒区域内需持有通行证；

9）所有参观、摄影、摄像人员需持有相应审批证件。

进入控制区域的人员需满足以下条件：

1）所有现场人员需穿戴符合要求的PPE；

2）接受完整的JHA、JSA安全技术交底；

3）现场作业活动要有HSE人员在场监督；

4）通讯器材可用，保证与HSE人员及时取得联络；

5）作业区域需用围栏进行围封；

6）各区域进入人员持有相应区域的通行卡；

7）出入口有HSE人员检查出入人员资质。

3.4 安全培训和交底

运输吊装作业开始前，HSE部门组织所有相关人员进行安全交底和HSE方案宣贯，只有经过HSE部门培训和交底的人员可以进入施工作业区域。所有进场参观人员需经过HSE的入场培训和专项施工作业相关知识安全培训。

3.5 出入控制应急计划和演练

在运输吊装作业开始前两周需完成应急预案编制审核及相关设备、人员及工机具到位，主要包括以下几个方面：

1）应急预案已发布并详细说明了责任分工及责任人；

2）紧急救援设备和车辆需就位，通讯频道畅通；

3）作业开始前需进行演练，演练后评估应急预案切实可行性，并提出改进措施。

4 结论

AP1000安全壳CVBH的现场施工技术，是核电建设史上大件组装、焊接、运输、吊装和就位的重大突破。该项工作的圆满完成，拉开了我国核电项目大型构件的模块化并行施工的序幕，成功实现了“标准化设计，工厂化预制，模块化施工，专业化管理，自主化建设”的先进方法，开启了模块化施工由理论转为实践的新篇章，为后续各节点的完成奠定了坚实的基础，也为其他大型构件的顺利组装、焊接以及成功运输吊装、就位等施工活动积累了宝贵的经验。

[1] Westinghouse. AP1000 Design Control Document Rev.16 [R]，May 2007.

[2] 林诚格，郁祖盛，欧阳予. 非能动安全先进核电厂AP1000[M]. 北京：原子能出版社，2008:190-195.（LIN Cheng-ge, YU Zu-sheng, OUYANG Yu.Passive Safety Advanced Nuclear Power Plant AP1000 [M]. Beijing: Atomic Energy Press,2008: 190-195.）

[3] 国核工程海阳SPMO. Project Report for the Assembly and Installation of Containment Vessel Bottom Head of Haiyang NPP #1 Unit Rev.0[R]，March 2010.