堆腔钢结构的预制及安装

常翔涛

摘要：堆腔钢结构是核电站CPR1000堆型的主要钢结构。通过实际对某核电站车间预制及现场安装的跟踪，本文对车间预制及现场安装进行总结，旨在阐述堆腔钢结构预制及安装采用的质量保证措施及方法。

关键词：堆腔；钢结构；预制；安装

中图分类号： TU391文献标识码：A

1.引言

反应堆堆腔底部构架是用来支承堆腔上部的换料水池不锈钢覆面的，在构架安装好后浇筑重混凝土。反应堆堆腔底部构架由14个支撑托架、位于托架之间的底部钢板和位于托架端部的环梁组成，还包括8个测量小室衬套密封钢环以及测量小室衬套的调节螺栓（每个3套）。其中14个支撑托架分别由10个普通CS3型、2个加强CS1型和2个特殊CS4型组成。环梁分别由CR1、CR2、CR3和CR4组成，通过现场焊接成一个整体。

由于堆腔钢结构异形零件较多，焊缝密集，全焊透焊缝较多，质量及精度要求较高，一直都是CPR1000堆型主要钢结构的预制及安装的重点及难点。通过本文介绍希望有利于减少堆腔钢结构施工质量问题，提高预制及安装的工效和质量，降低成本，缩短工期，从而强化核电建设承包商的能力，提高核电站建造的质量和效率。

2.总述

2011年11月开始，某核电站4#号核岛堆腔钢结构预制开始进行，其中跨越了2012年冬季施工，以及春节放假等时间段，时间跨度几个月，克服了某电站冬季气温较低，风速较大的影响，及时完成预制，由于采用合理的防变形的工装，托架的整体误差在±2mm，环梁的弦长误差±3mm，达到了质量要求。

2013年5月中旬开始，某核电站3#号核岛堆腔钢结构安装开始进行，由于处于3#号核岛施工高峰，必然要和安装公司以及不锈钢的交叉施工，但通过合理调配，整体布局，在2013年6月底所有3#号核岛堆腔钢结构现场安装完成，比原计划提前完成安装，而且通过采用合理的焊接方式及工艺，托架及环梁的尺寸误差±3mm，远高于堆腔钢结构现场安装精度要求。

通过某核电站4#号核岛堆腔钢结构预制及3#号核岛堆腔钢结构安装，合理的防止变形工装及合理的焊接方式及工艺，对整个堆腔钢结构施工的质量才有了必须的保证。

3.堆腔钢结构的预制

3.1结构质量控制

3.1.1制作工艺

领料——放样下料——剪冲锯（气割）——零件校正——边缘加工（打磨）——制孔——卷制——半成品分类堆放——组装——焊接——校正——成品钻孔——喷砂除锈——油漆——存放

堆腔钢结构车间预制在下料过程中，异形零件必须使用数控切割机进行切割，保证下料尺寸。在组对过程中要先组装隐蔽位置，防止后续零件无法组装，影响施工质量及进程。在预制过程中同样要对密闭位置（见图1）进行喷砂及油漆，防止后续施工中无法进行喷砂及油漆。

图1：密闭位置先喷砂油漆

3.1.2制作顺序

（1）反应堆底部构架堆腔托架的车间制作顺序：①、②、③、④、⑤、⑥、⑦号件参照施工图在车间下料，①、③号件按图纸要求在卷板机上压制成型，再按料表下出所有的加劲板，为保证所有的焊缝都能够施焊，车间组对时采用如下顺序：①→⑦→④→⑥→②→⑤→③，每个托架都应按照图纸要求的编号标识，以保证现场的准确安装（具体编号代表的构件详见图2）。

图2：托架组装示意图

（2）底板的预制按照施工下料图进行，部分零件需要现场测量后再进行下料，防止因下料偏差造成的质量事件。

（3）环梁的车间制作顺序: ①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨号件用数控切割机下料成型，其中⑦、⑧号件按图纸要求在卷板机上压制成弧形，并用样板检查其精度，然后按如下顺序组对焊接: ③→⑦→④→⑧→⑨→①→②→⑤→⑥，并且按照图纸编号标识，以保证现场的准确安装（具体编号代表的构件详见图3）。

图3：环梁组装示意图

3.1.3防变形工装

在堆腔钢结构预制过程中由于焊缝较多，难免产生变形，为防止变形，必须采用防变形工装，防变形工装主要点焊在焊缝较为集中的位置，以此抵抗焊接产生的应力，通过采用防止变形工装可以有效减少变形，达到目的（详见图4）。

图4：防变形工装

3.2焊接质量控制

堆腔钢结构托架和底部钢板的材质主要为Q235，环梁的材质主要为Q345，为了保证焊接质量必须从以下几个方面入手：

（1）焊接时，所采用的参数必须严格依照焊接工艺卡所提供的参数范围进行调节，具体位置的焊接尺寸提前确认，禁止盲目对应，随意施焊。焊接及热处理完成后，班组认真执行自检、互检，仔细检查试件表面，清除飞溅、熔渣，对存在咬边的地方和焊缝成型不良的地方应及时进行处理。

（2）焊接件切口加工一般采用氧乙炔火焰，切口表面和边缘的临近区域应在足够的宽度范围内，具有与对接接头所规定的无损检验要求相符合的最终表面状态。切口不得有夹渣、分层、裂纹及熔渣等缺陷，火焰切割坡口产生的表面硬化层，应磨除。。

（3）拼装必须按工艺要求的次序进行，对于隐蔽焊缝必须先予施焊，经检验合格后可覆盖。当复杂部位不易施焊时亦需按工艺规定分别先后拼装和施焊。对于对称位置，尽量安排双数目的焊工进行施焊，从中心向两边对焊，使得焊接产生的应力对称分布，使得变形最小。

3.3构件矫正

堆腔钢结构焊接完成后难免产生少许变形，必须进行矫正，矫正一般采用机械矫正、热矫正和冷矫正，堆腔钢结构采用热矫正和机械矫正结合方式进行。

3.3.1热矫正

由于某核电站处于东北气候，冬季比较寒冷，因此每年冬季有近五个月的冬季施工，在冬季施工中热矫正更要注意控制矫正温度。普通碳素结构钢工作地点温度低于-16℃，优质碳素结构钢工作地点温度低于-12℃时不得进行冷矫正和冷弯曲。在负温下进行冷矫正时，应以静力校正为主，严禁用锤击敲打。冬季施工构件变形校正宜采用热矫正，热矫正主要是用氧乙炔火焰进行烘烤加热校正。碳素结构钢和优质碳素钢进行加热矫正时，400-600℃属于中温回火区，因此加热温度一般控制在400-600℃左右，但是加热温度不得超过600℃。

3.3.2机械矫正

一般机械矫正要和其他矫正方式结合使用，堆腔钢结构采用和热矫正结合的方式进行。在热矫正进行的时候，使用千斤顶或者倒链对变形部位进行矫正，使构件变形在控制误差范围之内。

4.堆腔钢结构的安装

4.1安装前准备工作

（1）在某核电3#号核岛堆腔钢结构现场安装前，安装公司的压力容器及管道已经安装完成，留给堆腔的操作空间相当狭小，而且在施工过程中要注意对压力容器及管道的保护要格外重视，要求在安装堆腔钢结构之前要做好保护设施。采用搭设硬防护架子的结构对管道进行保护，为此，专门制作六个防护架及十二个小爬梯，用来保护和翻越管道，并在防护架铺上一层防火布进行保护，确保做到万无一失。

（2）在安装托架之前，用丝锥将预埋套筒进行二次攻丝，并对每个螺杆和对应的套筒进行编号，安装时，直接编号对应相应的套筒，减少实际安装时间。

（3）在吊装前要将14个托架的轴线，及托架上下表面的标高测量并标志出来，方便后续安装及调节。

4.2堆腔钢结构的安装

4.2.1结构质量控制

腔钢结构安装顺序

托架的吊装及就位——托架高强螺栓的初终拧——托架和埋件的焊接——环梁的吊装及就位——环梁高强螺栓的初终拧——环梁的焊接——底部钢板的吊装及就位——底部钢板的焊接——底板油漆及补漆

（1）安装前，对每个需要进行焊接的位置进行打磨，防止因操作空间狭小无法进行打磨。

（2）安装中，仔细调整安装构件的标高及轴线，防止出现偏差，影响后续施工。并要求测量人员及时进行复测。

（3）安装完成后，对所有测量表面进行复测。

在整安装过程中，必须有测量人员进行测量或者进行复测，防止标高及轴线出现偏差。

4.2.2焊接质量控制

（1）托架焊接时，要求沿支架轴线向两侧对称施焊，纵横交错的焊缝，先焊接横缝再焊接纵缝，或者先焊接短焊缝后焊接长焊缝，尽可能防止应力集中并产生变形。多名焊工施焊时电流尽量调整一致，焊速基本保持一致。

（2）在焊接环梁对接缝时，严格按照工艺卡的参数及焊接顺序执行：垫板两侧加长作为引弧板和收弧板，先打底，待焊缝冷却后立即进行渗透检测，确认没有缺陷后再进行填充并盖面。焊接过程原则上不得中断，焊后覆盖保温棉进行缓冷。24h后进行100%超声检测。采用适合现场操作的必要工装，以避免出现错边或塌陷。焊接顺序方面先三名焊工焊接尽可能对称分布的三条焊缝，留一条收缩缝最后施焊。

（3）在焊接底部钢板焊接时，对隐蔽焊缝首先施焊，然后焊接表面位置，在焊接过程中，相关人员应配合技术人员严格遵守工艺纪律，根据工艺卡的要求控制焊接电流、焊接速度、层间温度等参数。

5结论

堆腔钢结构预制和安装在某核电站是非常成功的，为了进一步提高预制及安装质量及效率，应从以下几方面考虑：

（1）培养专业化的施工队伍，加强铆工、焊接操作工及铺助工等工种的管理与培训，保证施工人员的专业性及稳定性。

（2）进一步优化焊接组对工艺，保证组对质量，提高效率。

（3）根据需要配置足够数量的设备，进一步提高施工工效。

（4）形成合理的作业程序，进一步优化施工流程。

（5）在其它核电项目部推广应用时，各项目部要充分考虑当地的具体情况（人员差异、环境气候差异等）进行调整完善施工过程。