三代核电吊装施工用大型履带起重机适用性设计

渠东迪

中核机械工程有限公司 上海 201700

我国正在建设第三代核电，主要采用的模块化施工方式，即将核电厂的整体结构切割成相应模块，并在工厂完成预制，然后在现场进行整体安装。通过这样的方式，提高施工效率和施工安全性。但这也要求起重机械必须具有相应的起重能力，所以需要使用超大型的履带起重机。在实际使用起重机械施工的过程中，为了保障施工质量，防止出现安全事故，不仅要合理设计施工方案，还需有效控制起重机的吊装站位，并合理处理转场行走的场地。另外，还需降低起重机接地比压。通过这些措施，增强大型履带起重机对场地的适用性，以有序进行吊装作业施工。

1 大型履带起重机选型

在对大型履带起重机进行选型时，主要需要考虑到以下几方面因素的影响：能够满足核电机组重大设备安全吊装的需求；相关配套设施需求合理；具有较强的现场适用性。大型履带式起重机的主要特点是可带载行走，并且具有较强的道路通过性。进口履带式起重机主要有德国TEREX CC8800-1TWIN和美国兰普森LTL2600B，均已成功应用到三代核电施工中。国产履带式起重机主要有三-SCC3600A和中联ZCC3200ONP。三代核电模块重量和起重机结构自重通过履带作用于地面，所以要求地面具有相应的承载能力，同时还需综合衡量吊装区域场地处理面积和成本等因素。在进行三代核电大型模块吊装时，对于起重机的需求为3000t级，并且起重力矩不能小于40000t·m。在此基础上，对以下三种结构形式的履带式起重机的特点进行分析。其一为LR13000起重机，主要由一人进行操作，在回转的过程中，会离开地面，可以少处理部分场地。对主车配重托盘进行改造，可以将其改为超起托盘，并增加主车配重，可以将其改为无超起配重的履带式起重机，使其具有更强的灵活性。吊车虽然采用的是单臂结构，但可以组合成强力臂，能够增强一定范围内的起重性能[1]。其二为LTL2600B起重机，需要三人配合完成操作，主要采用前后履带车形式。在进行吊装操作时，可以采用行走T型台形式。为了便于运输，其吊臂系统为弦腹杆组合式，具有较强的起重性能。其三为CC8800-1TEIN起重机，主要由一人进行操作，采用双臂结构，能够增强小半径范围内的起重能力，但大半径的起重性能受到双臂结构重量的影响，会迅速衰减。对于超起部分，主要采用配重拖车的形式，可以配合主车完成回转，但会增加场地处理面积。

2 相关场地布置

在布置相应场地时，不仅要考虑大型履带起重机的组装场地，还要结合吊装施工平台和相应连接。在核岛处修建吊装平台，并通过道路连接不同的吊装平台。在进行大型履带起重机组装操作时，应选择在距离吊装场地重件运输道路更近的位置，以免出现需要对组装场地重新设计的情况。在实际组装大型履带起重机时，在满足相应组装要求的基础上，应合理确定配重小车的重量，以免组装场地承载能力不足。

3 吊装与转场方案设计

3.1 吊装方案的制定

三代核电吊装施工建设的起重幅度较大，并且具有较高的起升高度，为了完成大型设备和模块的吊装作业，降低带载行走的频率，应加强对履带起重机回转功能的利用。在实际制定吊装方案时，应根据吊装设备的参数，结合场地布置情况，科学设计吊装方案。可以在一个站位点完成一个机组的大型设备吊装作业，避免频繁移动，提高作业的经济性，并且能够更有效地保障施工安全。在此基础上，在制定吊装方案的过程中，应合理考虑以下内容：其一，大型履带起重机除了要考虑模块卸车位置之外，还需最大程度上缩短吊装时的移动距离，这样不仅能够提高吊装作业的安全性，也能减少相应场地的处理范围，降低施工成本。其二，在大型履带起重机空载的情况下，往往是后车接地比压大，而在吊装的过程中，起重机前车接地比压大。因此，为了降低其空载时的接地比压，在对大型履带起重机后车进行配重时，应采用分级装载的方式，能够降低其对地面承载力的要求[2]。其三，在设备和模块进场时，为了减少大型履带起重机带载行走的距离，应尽量选择在接近起重机吊装范围的区域卸车。其四，为了减少前车范围内的场地处理面积，可以在其移动范围的地面敷设路基箱，能够有效降低其接地比压。其五，在对大型履带起重机进行性能验收试验时，应选择在吊装施工平台进行。所以在设计吊装施工平台的承载能力时，不仅要考虑到性能验收试验，还要结合吊装作业对地面的要求，以提高场地利用率。

3.2 组装与转场方案的制定

在设计组装与转场方案时，应考虑以下几点要素：首先，在设计转场道路时，应结合起重机空载行走对地面的要求，以免在转场的过程中，需要敷设路基箱，增加工作量，延长施工时间。并且在大型履带起重机转场的过程中，为了提高工作效率，应尽量避免采用拆车的方式。其次，需要考虑最长臂架组合工况扳起时的接地比压，科学确定组装场地的承载能力。再次，为了降低对转场道路承载力的要求，在确保转场安全的基础上，可以拆除部分后车比重，使其接地比压与前车保持一致[3]。最后，对于连接组装场地和吊装施工平台之间的道路，应确保其能够实现整机转弯操作。

4 降低接地比压

首先，应控制整机重心降低接地比压。针对履带起重机接地比压进行计算，可以发现随着回转部分自重对回转中心力矩的增大，其最大接地比压也逐渐增大。因此，在对整机进行设计的过程中，为了降低起重机的最大接地比压，确保施工现场地面承载能力符合要求，应对整机重心进行调整，让其落在回转中心附近，以增加接地比压的均匀性。以CC8800-1履带起重机为例，在对CA20进行吊装的过程中，超起配重为1536t，在这时，整机重心位于回转中心，最大接地比压为0.67MPa。在不改变吊装工况的情况下，增大主变幅拉力，减少超起配重，这时，回转部分的中心会偏离，最大接地比压增大。在整机重心回位时，最大接地比压减少，从而不再对现场地面承载力具有较高的要求。其次，分级降低超起配重接地比压。第三代核电减少用大型履带起重机的超起配重一般在1500-3000t这个范围内，所以为了保障起重机的通用性，在设计的过程中，制造商一般会采用全部超起配重时的接地比压。在这种情况下，一旦起重机处于空载状态，那么就会导致配重小车的接地比压比较大。而在三代核电吊装施工的过程中，起重机需要不断行走，整体作业范围比较广泛，并且需要在不同机组之间进行交替作业。因此，如果根据实际现场情况，采用分级的方式，对超起配重进行设置，能够降低配重小车的接地比压，这样就能减少对转场道路耐力的要求，降低施工成本，提高整体施工经济效益[4]。同时，三代核电吊装施工建设时间比较长，但对大型履带起重机的使用频率并不是很高，所以起重机经常处于非工作状态。在这期间，为了防止放置过程中对配重小车底盘产生损伤，应减少超起配重重量。以CC8800-1履带起重机为例，在整机空载状态下，采用全部超起配重和分级超起配重时，配重小车的最大接地比压分别为0.68MPa和0.3MPa。最后，降低铺设路基箱接地比压。随着履带有效接地面积的增大，履带起重机的接地比压会逐渐减小，要想增加履带有效接地面积，需要采用铺设路基箱的方式，降低履带起重机的接地比压，进而不再对场地承载能力提出更高的要求。通过有限元分析计算，可以更加合理的确定路基箱的尺寸，之后再根据地基和路基箱之间的影响作用，计算得出接地比压应力集中系数。

5 适应性设计实例分析

5.1 某项目起重机适用性设计分析

5.1.1 大型履带起重机性能参数

在该项目中，选择使用LampsonLTL2600B大型履带起重机，其主要模块为CA20、压力容器和蒸汽发生器，质量分别为749t、282t、以及624t。最大起重量为23582kN，最大起重力矩为804816kN·m，超起配重为2900t，整机总重量为4350t。

5.1.2 场地布置方式

在布置场地的过程中，主要如前所述，需要结合起重机接地比压，以及吊装平台组装等影响。其地基承载能力设计，在吊装时，后车的地基承载力设计值应为1000kPa，在转场时，其地基承载力设计值应为290kPa。

5.1.3 重大设备及模块的吊装方案设计

大型履带起重机的站位在T型平台上，对于相关重大设备和模块，应将其运输到吊装范围内，在完成卸车后，起重机前后车通过T型平台实现回转，然后完成吊装作业。针对CA20模块的吊装，应先将其运输至吊装现场，可以使用大型液压平板拖车完成运输。同时，使用LampsonLTL2600B大型履带起重机完成CA20结构模块的吊装[5]。在实际吊装的过程中，模块试吊和回转的过程中，其前车的接地比压为713kPa，后车的接地比压为326kPa。在模块就位后，起重机前车的接地比压为757kPa，后车的接地比压为277kPa。在对起重机前后接地比压进行计算的过程中，应对超起配重利用率引起的质量分配进行计算。

5.2 某项目起重机适用性设计分析

5.2.1 大型履带起重机主要性能参数

在该项目中，选择DEMAG CC8800-1TWIN大型履带起重机，其最大起重量为32000kN，最大起重力矩为439000kN·m，超起配重为1740t，整机总质量为3300t。

5.2.2 布置方式

其场地布置方式如上述。其地基承载能力设计，在吊装时，后车的地基承载力设计值应为600kPa，在转场时，其地基承载力设计值应为500kPa。

5.2.3 吊装方案设计

该大型履带起重机位于矩形平台上，对于相遇设备的模块，需要使用平板车运输到吊装范围内。在卸车时，需要使用大型履带起重机，其后车围绕前车进行回转，通过带载行走的方式，完成吊装作业。针对CA20模块，起重机在完成卸车后，通过变幅回转，带载行走至相应区域内，进行相应调整，然后才能落钩就位。

5.3 某项目起重机适用性设计分析

5.3.1 大型履带起重机选型

在对大型履带起重机进行选型时，需要考虑吊装设备和模板的重量；起升高度以及吊装时起重机的工作幅度。对于重量更大的设备，需要的起升高度更大。在该项目中，使用的设备重量较大，所以对起重机的超重能力有更高的要求，因此选用SCC16000履带起重机，其最大起重量为1600t，不管是起重能力，还是吊装高度，均符合建设需求[6]。

5.3.2 场地布置方式

该项目根据现场实际场地，合理确定起重机的工作位置。并经过现场测算，确定起重机的起重能力，以及起重机的组装区域。

5.3.3 吊装方案设计

该项目由于大件设备重量比较大，场地具有较强的复杂性，在实际吊装的过程中具有更大的难度。因此，应合理设计其吊装方案。在实际吊装的过程中，发现环吊大梁实际重量与理论值不符，所以在吊装电气梁的过程中，增加其超起配重，提升超重能力，降低负荷率。在吊装对应梁时，由于超起配重已经达到最大值，所以将大梁塔架进行临时拆除，降低负荷率。在此基础上，对另一机组的吊装方案进行优化设计，主要内容为增加超起半径，以提升超重能力，并对起重机站位点进行调整，增加起重能力，确保超起配重有充足的回转空间。此外，为了减少起吊重量，之后再安装一条端梁。该履带起重机在进行环吊主梁吊装时，接地比压较大，为了降低接地比压，制作了路基板。对于没有地下构筑物的区域，在对地基进行处理时，主要采用砂石换填的方式。

5.3.4 其他问题

对于起重机功能方面，虽然履带起重机可以带载行驶，但对其有相应规定，需要满足一些条件。该项目为了保障安全，选择放弃带载行驶功能，加大了现场施工的难度。由于该起重机超起配重托架下没有轮子，在实际吊装的过程中，需要反复加减超起配重，严重影响了施工效率，延长施工期间。在现场进行吊装作业的过程中，对风力有相应要求，所以为了在安全的基础上，确保吊装作业的有序完成，应对风力变化进行监测。这样能够在风力相对较小的情况下进行设备的吊装，确保吊装作业的安全进行。另外，随着大型履带起重机的应用愈加广泛，第三代核电吊装逐渐采用模块化施工方式。该项目由于存在大量安全厂房，起重机站位远，所以吊装难度较大。经过相应计算，发现1600t履带起重机不能直接吊装到位，所以设计了专门的吊装工具。通过这样的方式，该履带起重机顺利完成了多项重点吊装任务。

6 结束语

综上所述，在实际进行第三代核电机组的模块化施工时，对吊装施工大型履带起重机的起重能力提出了更高的要求，并且由于吊装操作和转场处理等方面，导致相应费用增加。在实际进行吊装操作的过程中，应在满足安全性要求的基础上，根据起重机的性能参数，并结合实际使用需求，合理设计吊装和转场方案，增强大型履带起重机的适应性，在安全完成吊装作业的同时，降低施工成本。