华龙一号核电站内层安全壳穹顶施工技术*

汪 虎，邹少俊，张海方

(中国核工业二四建设有限公司，河北 廊坊 065201)

1 工程概况

华龙一号核电站为国内自主研发的第3代核电技术新堆型，机组为单堆布置，安全壳采用双层钟罩形结构，由反应堆底板、内外筒体、内外穹顶组成。内层安全壳穹顶位于筒体顶部，呈半球形(见图1)，标高为45.130～70.480m。内部为半径23.4m的钢衬内支撑，混凝土厚度为1 050mm，在100°，280°位置处设有锚固水平预应力钢束扶壁柱，整个穹顶采用C60混凝土浇筑。

图1 安全壳穹顶示意

2 施工难点

华龙一号核电站内层安全壳穹顶施工难点如下。

1)穹顶施工是整个华龙一号核电站建设的关键，是开展后续施工的先决条件，施工工序衔接紧凑，施工难度大。

2)穹顶区域钢筋种类多、形状繁杂，重约850t，且涉及交叉作业(预应力导管及承压板安装)，施工难度大。

3)穹顶为半球形结构，原模板体系已无法满足施工需求，模板体系及配套挂架系统均需重新设计，半球形模板支设难度大。

4)为保证结构具有防辐射性，需对穹顶混凝土裂缝进行控制，由于穹顶为半球形结构，混凝土裂缝控制难度大。

3 关键施工技术

3.1 施工段优化

穹顶施工效率直接影响华龙一号核电站冷试和热试。为避免穹顶施工对后续工作造成影响，在保证施工质量的前提下，对穹顶施工段进行优化。优化时主要考虑以下方面：①由于穹顶结构内置预应力导管和配套锚固系统，施工缝需尽量避开特殊构件位置；②穹顶下部为6mm厚永久性钢衬内支撑，为保证混凝土侧压力不对内支撑造成影响，需控制混凝土分层高度；③考虑现场施工进度，需提高模板周转使用率。

综上所述，将穹顶施工段划分为10段，如图2所示。

图2 安全壳穹顶施工段划分示意

3.2 钢筋施工

穹顶区域钢筋主要由内层钢筋、外层钢筋和拉钩组成。以标高62.510m为分界线，将穹顶区域钢筋分为上、下部分，标高62.510m以下部分钢筋施工类似于墙体钢筋绑扎，标高62.510m以上部分钢筋施工类似于楼板钢筋绑扎。

3.2.1BIM技术应用

利用BIM技术对穹顶区域钢筋进行三维放样排版，提前发现技术难点，检查钢筋是否存在冲突点，做好技术策划，达到提高工作效率、降低施工风险的目的。放样发现穹顶外层钢筋网片与水平预应力导管之间的理论缝隙宽度<10mm，施工过程中应严格控制外层钢筋网片的位置，避免水平预应力导管出现无法就位的情况。由于水平预应力导管直径约为165mm，而上、下道水平钢筋净距为190mm，可能出现钢筋拉钩位置被水平预应力导管遮挡导致钢筋无法绑扎的情况。为保证拉钩顺利就位，应适当调整水平预应力导管附近的水平钢筋，以钢筋避让水平预应力导管为原则。

3.2.2施工工序优化

穹顶区域钢筋总体绑扎顺序为：首先绑扎内层钢筋网片，然后绑扎外层钢筋网片，最后绑扎拉钩，期间穿插完成预应力锚固系统区域钢筋绑扎。为提高效率，结合穹顶区域钢筋形式及安全因素，在施工段1施工过程中，将施工段2内层钢筋绑扎完成，可保证施工段1混凝土浇筑完成后立即进行预应力导管安装工作，为预应力导管的提前介入创造条件，直至完成施工段5。在施工段6施工过程中，由于穹顶坡度已较缓，绑扎穹顶内层全部钢筋，便于后续施工。

3.3 模板施工

穹顶混凝土面坡度由下至上逐渐变缓，环向长度逐渐减小，施工工况发生变化，模板体系需随之改变，模板配置需综合考虑施工段和角度。为保证混凝土振捣质量，混凝土表观质量需符合GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》有关要求。根据半球形穹顶结构特点，将穹顶模板工程施工分为以下阶段：①第1阶段为施工段1～5，由于该阶段对应的穹顶坡度较大，因此采用直墙模板体系；②第2阶段为施工段6～9，由于该阶段穹顶坡度逐渐变缓，混凝土中的气泡会贴在模板表面无法排出，因此采用“西瓜皮”式模板体系；③第3阶段为施工段10，由于该阶段对应的穹顶类似于楼板，因此未支设外侧模板。

3.3.1第1阶段模板支设

第1阶段穹顶直墙模板体系分为A，B型(见图3)，其中A型模板周转使用5次，样式固定；B型模板周转使用5次，样式不同。在模板支设过程中，A，B型模板交替布置，利用B型模板尺寸的逐渐变化使穹顶模板体系达到设计效果。

图3 穹顶第1阶段模板示意

3.3.2第2阶段模板支设

第2阶段穹顶“西瓜皮”式模板体系分为M1，M2型(见图4)，其中M1型模板为支设在2个M2型模板中间的填充模板，随着混凝土浇筑高度的增加向上延伸排列，直至混凝土浇筑完毕；M2型模板一次性支设到位，跨越整个施工段。

图4 穹顶第2阶段模板示意

在施工段9混凝土浇筑过程中，随着混凝土流动性的丧失，待混凝土初凝后拆除模板，并对混凝土表面进行压光处理，以保证混凝土外观质量。在模板拆除过程中，应严格控制拆除时间，可通过模拟试验的方式确定最佳拆模时间，从而保证施工质量。

3.3.3第3阶段模板支设

此阶段穹顶混凝土上表面无须支设模板，由于穹顶为半球形结构，需控制混凝土浇筑高度。首先通过全站仪在穹顶已绑扎成型的钢筋上以穹顶中心坐标点为圆心投测几个圆圈，然后使用水准仪抄测圆圈上对应的理论标高，最后利用木条沿穹顶半径方向将标高点连成弧线，形成穹顶结构外边线。

4 操作平台设计与施工

由于穹顶为半球形结构，每个施工段倾斜角度不同，为保证作业安全性和可操作性，需对与模板体系配套的操作平台进行设计，包括与模板相连的上层操作平台和挂架操作平台。与模板相连的上层操作平台主要满足钢筋绑扎、预应力导管安装、混凝土浇筑等施工需求，挂架操作平台主要满足模板支设及混凝土外观处理等施工需求。

4.1 与模板相连的上层操作平台

经研究统计发现，如果采用普通挂架操作平台，随着穹顶高度的增加，与模板相连的上层操作平台倾斜角度越来越大。施工至施工段4时，操作平台内、外侧高差达491mm，已影响人员通行。因此，从施工段4开始需对与模板相连的上层操作平台进行修改，减小操作平台内、外侧高差。考虑到每个施工段高差不同，需设计可调节角度的操作平台，以满足现场施工需求。

对现场剩余的三脚架进行改装，将三脚架刚性连接点改为螺栓连接点(见图5)，便于对三脚架角度进行调节，保证操作平台满足施工需求。为保证与模板相连的上层操作平台在改装后承载力满足要求，首先改装1块模板，进行模拟试验后批量改装，降低安全和成本风险。

图5 改装后与模板相连的上层操作平台

4.2 挂架操作平台

由于挂架操作平台为辅助操作平台，直接采用与安全壳筒体配套的挂架体系(见图6)。随着施工段高度的增加，挂架操作平台坡度逐渐增大，现场采用钢管架支撑、铺设跳板的方式进行找平。

图6 挂架操作平台

挂架操作平台需预埋与之配套的挂架锥体，由于随着穹顶区域高度的增加，水平方向半径逐渐减小，导致挂架锥体预埋位置存在不确定性。根据模板体系特点，对比分析2种预埋方案。第1种方案为在每个施工段模板支设完成后通过测量仪器测定锥体位置，保证锥体相对位置的准确性。第2种方案为利用A型模板周转使用的特点，将挂架与A型模板一一对应，以保证挂架锥体定位后可周转使用5次，无须重复定位。由于挂架之间存在缝隙，需通过跳板及时封堵，以减小安全隐患。2种预埋方案均可满足现场施工需求，方案2具备更强的可操作性。

5 混凝土施工

穹顶混凝土浇筑阶段划分与模板工程施工阶段划分相同，穹顶混凝土施工的关键是排出气泡。根据不同施工阶段穹顶倾斜角度及模板体系特点，制定控制措施，以保证穹顶混凝土施工质量。

5.1 第1阶段混凝土浇筑

第1阶段混凝土浇筑类似于直墙墙体混凝土浇筑。对混凝土进行二次振捣时，受半球形结构影响，振捣棒无法直接振捣底部靠近模板边缘的区域，仅能利用振捣棒振捣影响范围保证此区域混凝土的密实性。但混凝土中的气泡在上升过程中会粘贴在圆弧形模板表面，难以排出，现场可采用在圆弧形模板下部开设小孔的方式，尽量排出混凝土中的气泡。在混凝土浇筑过程中，待小孔中有砂浆流出时，通过模板堵头进行封堵。另外，将模板表面清理干净，增加模板光洁度，减小气泡上升过程中的摩擦阻力，以保证混凝土施工质量。

5.2 第2阶段混凝土浇筑

此阶段采用边浇筑混凝土边支设模板的方式施工，可将混凝土中的气泡尽量排出，且便于混凝土振捣，保证施工质量。

为保证混凝土外观质量，根据穹顶坡度，在施工段9混凝土浇筑过程中，对模板施工工艺进行优化。当已浇筑混凝土初凝后，拆除模板，并对混凝土表面进行压光处理，保证混凝土表面光滑。

严格控制模板拆除时间，合理安排施工人员进行流水作业，模板支设、混凝土浇筑、模板拆除、混凝土表面压光等工序环环相扣。压光完成后及时对混凝土进行覆盖养护，避免混凝土表面产生温度裂缝。

5.3 第3阶段混凝土浇筑

第3阶段混凝土浇筑过程中，采用以下方式控制混凝土坍落度：①分层浇筑混凝土，下部混凝土通过布料机浇筑，上部混凝土采用塔式布料机+料斗的方式浇筑；②采用圆弧形模板对流动性较大的混凝土进行阻挡，支设简易木板，待混凝土初凝后将模板拆除，并对混凝土进行二次振捣及压光处理。

5.4 混凝土布料

穹顶顶部标高>70.000m，因此选择合理的混凝土布料方式是施工难点。现场布置1，2号塔式布料机作为主要浇筑设备(见图7)，由于2台塔式布料机无法交圈，存在一定盲区。根据现场实际情况，在厂房屋面板处增设1台半径为28m的3号布料机，辅助混凝土浇筑。为保证3号布料机能够覆盖足够大的区域，其所在的厂房屋面板应在穹顶施工段5混凝土浇筑前完成施工，确保不对穹顶混凝土浇筑造成影响。为保证穹顶混凝土浇筑连续性，避免机械设备损坏而影响浇筑质量，所有布料设备在布置双管线的同时，在厂房屋面板处增设1，2号备用布料机作为应急设备。由于1，2号备用布料机所在厂房屋面标高分别为22.000，27.000m，布料机高度太低将导致覆盖面积不足，因此采用增加布料机立柱高度的方式保证布料范围。

图7 布料设备位置示意

5.5 混凝土水化热控制

采用P·O42.5级核电水泥配制混凝土，水泥比表面积<350m2/kg，水泥碱含量检测值为0.4%。粗骨料选用粒径5～25mm及16～31.5mm级配碎石，堆积密度为1 510kg/m3。骨料中的针、片状颗粒含量均≤8%，细骨料均采用Ⅱ区中砂。骨料级配良好，减少了水和水泥用量，降低了混凝土收缩性和泌水性。骨料堆场上方设置罩棚，使高温季节骨料使用温度得到控制。混凝土中掺入适量的Ⅰ级粉煤灰，以减少水泥用量，进而减少水化热的产生。混凝土搅拌站安排专人管理混凝土配合比，准确计量，均匀搅拌，根据强度及性能严格控制混凝土坍落度。采用ZWL-A-Ⅱ型高效缓凝泵送剂，改善混凝土拌合物泵送性能，减小混凝土温升，并降低水化热释放速度，延缓温度峰值出现的时间。严格控制混凝土入模温度，并设置3道温度监测线，即分别在混凝土出机时、入泵前、入模前监测1次温度，严格将入模温度控制在25℃以内。在混凝土结构侧面增加抗裂钢筋，以有效提高混凝土抗裂能力，防止混凝土表面出现温度裂缝，并选择合理的时间段进行混凝土浇筑，避开高温时段。

5.6 混凝土养护

混凝土采用保湿保温养护，养护时间≥14d，具体时间可根据现场实际情况调整。对于水平施工缝区域混凝土的养护，在混凝土表面覆盖2层麻袋片或无纺布，麻袋片或无纺布纵横布置，搭接长度≥5cm。根据工期划分穹顶混凝土养护阶段，施工段1～5为第1阶段，施工段6，7为第2阶段，施工段8，9为第3阶段，施工段10为第4阶段。

第1阶段养护措施主要为侧面带模养护，在混凝土表面覆盖洒水养护，加强保温及保湿措施。

由于第2阶段工作量减小，且存在部分平行施工作业，施工工期明显缩短，混凝土需提前拆模。现场采用涂刷养护剂及覆盖无纺布的方式对混凝土侧面进行养护。

第3阶段施工内容为外层拉钩绑扎和预埋件安装等，工作量较小，施工工期为3d左右。为降低混凝土养护风险，采用带模养护。

第4阶段穹顶混凝土养护方式与楼板混凝土养护方式相同，进行覆盖洒水养护。

为更好地控制大体积混凝土降温速率，掌握降温趋势，设置温度警戒值。当降温速率达到警戒值时，启动养护预警措施控制温度，如加盖塑料布和无纺布、将潮湿的养护材料替换为干燥的养护材料等。当现场风力较大时，避免混凝土侧面热量散失导致降温速率过大，可在外壳模板背肋之间填充麻袋，也可利用防雨布包裹模板。

6 结语

华龙一号核电站内层安全壳穹顶采用半球形结构，穹顶区域钢筋种类多、形状复杂，模板支设难度大，混凝土裂缝控制难度大，为此对施工段进行优化。对钢筋施工、模板施工、操作平台设计与施工、混凝土浇筑与养护等进行详细叙述，为适应穹顶坡度变化，不同施工段采用多种形式模板，并改变与模板相连的上层操作平台节点连接方式。为保证结构具有防辐射性，需对穹顶混凝土裂缝进行控制，严格控制混凝土水化热、养护温度与时间等，保证混凝土浇筑质量。