“华龙一号”内层安全壳施工技术研究与应用

单华北

【摘 要】文章主要介绍“华龙一号”内层安全壳与钢衬里的施工工艺选择、内层安全壳与外壳及周边厂房施工逻辑、穹顶结构施工逻辑、特殊部位施工工艺选择及技术要点，以及自制挂架与悬臂模板体系的运用。在传统技术、工艺无法满足“华龙一号”三代核电施工要求的情况下，通过技术优化和技术创新，“华龙一号”采用钢衬里模块吊装新工艺、内外兼顾（内壳早于外壳）施工逻辑、穹顶结构与特殊部位施工层段的二次设计和自制挂架等技术措施，解决了内层施工逻辑复杂、特殊部位施工困难、施工进度压力大等问题，保证了结构施工质量、进度及安全，降低了施工风险，取得了良好的社会效益和经济效益。

【关键词】华龙一号;内层安全壳;施工逻辑;施工技术;二次设计;自制挂架

【中图分类号】TU755.2;TU974【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2022）03-0083-03

0 引言

“华龙一号”内层安全壳为预应力钢筋混凝土圆桶状结构，其外半径为24.70 m，壁厚为1.30 m;内层安全壳穹顶层位于筒体顶部，结构形状呈半球形，标高为45.13～70.48 m，厚度为1.05 m;壳体在100°和280°方向共有两个扶壁柱，用于安装内层安全壳环向预应力系统锚头，每个扶壁柱两边为预制锚固块，其中在穹顶结构上的扶壁柱又为现浇混凝土，在100°和280°方向有用于安装内层安全壳竖向预应力系统锚头，并且筒体局部位置有突出结构，如设备闸门、人员闸门及应急闸门。同时，在内层安全壳内侧为6 mm厚的钢衬里，导致常规模板体系无法使用，在外侧间距1.80 m的位置有厚度为1.50 m（1.80 m）外层安全壳结构，其与周边厂房紧密相连，故施工较为复杂。

1 工程难点

内层安全壳与钢衬里，内、外层安全壳与周边厂房施工逻辑相互影响、错综复杂，在此条件下，要确保穹顶结构施工逻辑最优且结构安全、质量高及进度快。保证特殊部位异型结构的施工安全、质量及进度，同时不能影响周边结构的施工。

2 施工逻辑对比选择

2.1 内层安全壳筒体与钢衬里的施工工艺选择

内层安全壳混凝土结构按照2 m一个施工层段划分：钢衬里只能采用前部分局部模块吊装（混凝土结构施工进度与钢衬里整體模块吊装不匹配，导致混凝土结构与钢衬里标高差超过18.9 m，现场也可以等混凝土结构施工到一定标高后采用模块吊装，但对场地条件要求较高，因此会增加成本，同时可能导致钢衬里作业不能连续进行），后续钢衬里只能采用高空吊装焊接，现场施工风险较大，并且需要长期占用大量垂直运输资源。

内层安全壳混凝土结构按3 m一个施工层段划分：这样的划分方式能大大缩小混凝土结构与钢衬里的高度差，避免高差太大导致钢衬里变形，可使钢衬里达到全模块吊装条件。同时，根据1∶1模拟试验，当内层安全壳混凝土结构层段划分为3 m时，混凝土浇筑时产生的侧压力对钢衬里所产生的形变在设计允许范围，降低了高空焊接拼装的施工风险和高空作业风险。

综上，现场选择优化设计文件中层段划分，采用内层安全壳按3 m一个层段进行划分，以此实现全模块吊装和规避高空拼装焊接带来的质量和安全风险。

2.2 内层安全壳筒体与外层安全壳及周边厂房的施工逻辑

2.2.1 内、外层安全壳及周边厂房施工逻辑

内、外层安全壳及周边厂房施工逻辑有3种模式：先内后外、先外后内和内外兼顾，对3种施工组织模式进行对比分析选择。

（1）先内后外施工组织模式的缺点是周边厂房在穹顶吊装时主体均未封顶，主体结构完成率较低，后续房间移交压力较大。

（2）先外后内施工组织模式的缺点是内壳和内部结构施工进度缓慢，不满足整体工期要求，穹顶吊装无法按期实现。同时，周边厂房筏基施工完成较早，会增加浇筑时混凝土浇筑的布料难度，外壳一直高于内壳施工，材料吊运困难和施工安全风险较大。

（3）内外兼顾施工组织模式由于外层安全壳筒体设计技术标准要求“为保证内外壳套筒中心在同一轴线上[1]，要求安全壳外壳套筒与已完成施工的内壳相对应的套筒相对位置公差值为±10 mm，在对应套筒中心线方向上，套筒的相对公差值为0～20 mm”，按照“已完成施工的内壳”的标准要求，在内壳施工完成后再启动外壳施工，在此只分析内外兼顾（外壳晚于内壳启动）。此施工方式的优点是内壳和内部结构施工满足整体工期要求，能保证穹顶按计划吊装;周边厂房主体结构完成率较高，房间移交压力较小;各厂房土建阶段一次引入设备的大吊车站位点不受影响;KX厂房APC壳施工进度能够满足龙门架安装条件。缺点是周边厂房墙、板需设置二次浇筑区，在上层楼板施工时，需投入大量人力、物力对下层楼板二次浇筑区进行抢工，同时造成上层楼板施工工期延长，对于技术准备和施工措施有较高的要求。

综上，内外兼顾组织施工模式能够保证关键路径进度，按期完成穹顶吊装，周边厂房主体结构完成率较高，房间移交压力较小，而且从施工安全风险和材料垂直运输等方面来看，这种模式也（外壳晚于内壳启动）优于其他两种模式。

2.2.2 内层安全壳筒体与外层安全壳施工逻辑

（1）当内层安全壳层段划分为2 m时：为保证模板体系受力要求，内壳模板体系外侧部分距离内壳约1.5 m，基本占用了内外壳间的空间（1.8 m），同时外壳内侧模板体系外侧部分（内、外壳间）距离外壳约1.6 m，也占用了内、外壳间的空间，因此内、外壳施工存在较大的施工交叉。根据内壳模板体系的高度（内壳模板体系与混凝土面约4.9 m，外壳预留钢筋约5.5 m），外壳施工与内壳施工最少保持10 m以上的高差。经过施工论证，当外壳与内壳形成10 m高差后有以下优点：？譹？訛现场内壳和钢衬里施工不受外壳制约，可保障穹顶吊装的主线;？譺？訛提升外壳模板施工不需要拆除内壳的外挂架，减少了不必要的内壳和外壳的交叉施工、工期损耗和施工成本。8513CE65-654A-4536-8B39-53836F0A4366

（2）当内层安全壳层段划分为3 m时：为保证模板体系受力要求，悬臂挂架结合木模板体系中层平台宽度必须达到1 800 mm，这样就占用了内、外壳间的空间（1 800 mm）[2]，导致外层安全壳内侧如使用悬臂挂架结合木模板体系每次提升时，需拆除内层安全壳外侧挂架，影响内壳施工的同时也增大了安全风险;如果使用散拼模板，避免了拆除内层安全壳外侧挂架，则需搭设大量脚手架作为作业平台，增大了施工成本及脚手架操作风险;当使用液压爬模时，可有效规避内层安全壳层段按2 m划分和3 m划分所产生的不利影响。

综上，当内层安全壳层段按3 m划分及外层安全壳内侧采用液压爬升模板时，可以实现钢衬里全模块吊装，也能避免因挂架提升需要使用垂直运输设备所产生的安全风险。

3 特殊部位施工工艺选择及技术要点

3.1 穹顶结构施工逻辑选择及技术要点

3.1.1 施工逻辑的选择

内层安全壳穹顶施工可分为两种模式。①一层施工完成后进行下一层施工：优点是此施工逻辑比较常规，材料、机械、技术准备无压力。缺点是现场施工缝处理次数增加，施工周期较长，增加了施工风险、成本。②对已有文件施工层段进行二次设计优化，同时将优化后的部分层段合并施工：此方法是将原施工层段17层划分为11层，同时将穹顶钢筋施工按62.510 m标高分为上下两个部分，在62.510 m高程以下钢筋一层施工完成后绑扎下一层钢筋，当钢筋施工62.510 m高程以上时，现场钢筋一次全部施工完成，同时混凝土浇筑可将10层、11层合并为一次浇筑。优点是减少施工缝处理次数，节约了施工成本，降低了施工安全风险。缺点是材料、机械、技术间歇时间短，对技术准备与技术措施要求较高。

由此可见，为保证现场施工安全，节约施工成本，保证现场进度，现场选用优化后的施工逻辑。

3.1.2 模板体系选用

穹顶1～5层模板：穹顶1～5层坡度较陡，故模板体系与墙面模板类似，采用“胶合板+木方+上平台”的形式。

穹顶6～9层：穹顶6～9层坡度减缓，采用“西瓜皮”模板。

穹顶10～11层：穹顶10～11层非扶壁柱区域不设置模板，扶壁柱区域根据分段设置吊模，混凝土面可通过设置“手榴弹”垫块或在混凝土表面设置木条进行灰面找平。

3.1.3 模板操作平台选用

安全壳为半球型结构，挑架随着使用部位的变化，其倾斜角度越变越大，人员无法站立且堆放材料有较大的安全隐患。为解决这一问题，将焊接固定挑架优化为可调节角度的挑架。

3.1.4 混凝土施工要点

混凝土裂缝一般分为原材料质量引起的裂缝和施工工艺引起的裂缝，其产生与结构设计、材料选择、施工工艺等多个环节相关。施工人员针对裂缝制定了如下措施。①入模温度控制：将入模温度控制在30 ℃以内。②混凝土浇筑可以采用两种浇筑方式：水平分层和斜向分层。水平分层能够保证每层浇筑混凝土的密实性，避免漏振和欠振的风险。但是，安全壳周长较长，水平分层增大了混凝土的覆盖面积，如果布料设备不足或设备出现故障，容易出现混凝土覆盖不及时的情况，增大了质量风险。斜向分层则由于覆盖速度较快，所以容易出现漏振，但可以有效避免混凝土覆盖不及时产生冷缝的质量风险。经综合考虑，现场采用斜向分层的方式浇筑安全壳混凝土，降低了质量风险。③采用二次振捣技术消除混凝土浇筑后混凝土下沉与钢筋产生缝隙的风险。④提高早期强度：混凝土养护采用保湿保温养护措施，一般使用洒水覆盖方法加强混凝土的早期养护，提高早期相应龄期的抗拉强度和弹性模量。

3.2 设备闸门施工逻辑选择及技术要点

“华龙一号”内层安全壳有3处特殊部位结构：设备闸门、人员闸门、应急闸门，但考虑其人员闸门、应急闸门施工较为常规，故不做具体研究，以下对设备闸门进行技术研究。设备闸门贯穿件区域高度为14.6 m，宽度为13.2 m，竖向跨越了筒身第11～18层且设备闸门为异型结构，厚度不一，最厚为1 698 mm，其施工质量不易控制，施工逻辑较为复杂。

3.2.1 施工工艺选择

（1）考虑施工进度要求，后浇区如果还采用原划分成段，将无法满足现场施工进度要求，故需对设备闸门浇筑区施工层段进行二次设计。

（2）内、外壳之间的间距仅为1.8 m，若搭设脚手架，将与外层安全壳模板体系冲突，为满足现场施工的需要，现场采用自制挂架作为施工平台。同时，为保证每层模板都有足够的操作面，在挂架平台上搭设脚手架作为临时操作平台。

（3）设备闸门增厚区内弧形模板均无法使用，需配置异型模板，如异型模板在现场进行拼装，施工周期及混凝土施工質量得不到保证，但采用提前放样，并在后台加工成定型模板，可降低现场模板支设难度，提升模板支设效率，并提高混凝土浇筑质量。

3.2.2 壳特殊部位施工技术要点（设备闸门）

（1）施工层段的划分（设备闸门）。综合考虑贯穿件安装、钢衬里模块化吊装及施工进度要求，设备闸门浇筑区施工层段进行二次规划。第11～16层设备闸门区域留设二次浇筑区，其中第12～14层二次浇筑区三段合并为两次浇筑，第15～16层二次浇筑区和17层分为两次浇筑，并留设阶梯状竖向施工缝，有效提高现场施工效率。

（2）外挂架的设计及验算。由于设备闸门贯穿件较大，所以在其周围的混凝土结构层均已突出筒体表面进行加强，而内、外壳之间的间距仅为1.8 m，若搭设脚手架，将会与外层安全壳模板体系冲突，故为满足现场施工的需要，设备闸门下方安装6榀悬挑宽度为2 970 mm的自制挂架。作为施工平台，为保证自制挂架满足现场施工，需对在荷载最不利情况下进行受力计算，同时现场需进行荷载试验，保证施工安全。

（3）异型定型模板的制作与安装。设备闸门增厚区内弧形模板均无法使用，需配置异型模板，采用提前放样，并在后台加工成定型模板，降低了现场模板支设难度，提升了模板支设效率，提高了混凝土浇筑质量。同时，为了保证每层模板有足够的操作面，在挂架平台上搭设脚手架作为临时操作平台。操作平台使用盘扣脚手架搭设。脚手架搭设高度标高从特制挂架平台11.19 m搭设至25.45 m。脚手架水平方向用钢管脚手架连接，竖向与安全壳墙体预埋件连接;在预埋椎体时，水平方向间距≤2 m且充分利用预埋椎体将脚手架连接牢固，以保证其稳定性。

（4）混凝土施工质量控制。设备闸门半径较大，考虑到设备闸门底部的平缓段较，其切线方向角度小不宜振捣，容易出现振捣不密实和漏振的情况。同时，闸门区域预应力导管及钢筋密集，混凝土不易从闸门的一侧向另一侧流动，容易在闸门下方出现空洞等质量问题。为了避免出现这种情况，在设备闸门区域浇筑细石混凝土的同时，在设备闸门贯穿件下口留设7个振捣孔[3]，其中直径为250 mm的振捣孔1个，直径为180 mm的振捣孔6个。闸门下方的定型模板上相应的位置预留几个排气孔，孔径为180 mm，并作为了解混凝土密实情况的观察孔，当混凝土的水泥浆涌出时，用圆形木板封住排气孔。对振捣棒难以到达的部位，应预先留置钢筋笼、波纹管等引导振捣棒。

4 结束语

本施工技术解决了“华龙一号”内层安全壳与钢衬里的施工工艺选择，内层安全壳与外层安全壳及周边厂房施工逻辑复杂，穹顶结构施工风险及施工成本较大，特殊部位施工困难，施工质量不易保证等难题。同时，通过对悬臂模板体系的巧妙运用，对特殊部位自制挂架与模板体系的设计，以及采用科学合理的大体积混凝土施工措施，提高了“华龙一号”核岛反应堆厂房内层安全壳的施工质量，降低了施工风险，加快了工程进度，缩短了施工工期，减少了资源的投入，降低了成本，提高了工作效率，取得了较大的社会效益与经济效益。

参 考 文 献

[1]GB 50204—2015，混凝土结构施工质量验收规范[S].

[2]1188JT0115，A技术规格书-1.15混凝土工程模板工程[S].

[3]1188JT0101，A技术规格书-1.01混凝土工程总则[S].8513CE65-654A-4536-8B39-53836F0A4366