某核电站SC结构施工重难点分析及控制措施

上海核工程研究设计院股份有限公司 刘 敏 刘振文 朱亚阁

1 引言

某核电项目核岛土建反应堆厂房的屏蔽墙是核电站抵抗内外部事故最重要的构筑物之一，具有辐射屏蔽、飞射物防护、非能动冷却、抵抗龙卷风和地震事件等重要功能。屏蔽墙由普通混凝土结构（简称“RC结构”）和钢板混凝土结构（简称“SC结构”）组成，采用SC结构作为核岛的主体结构尚属首次[1]。该结构能够充分发挥混凝土与钢材特性，另一方面由于栓钉和内部混凝土的存在，使得钢板刚度提高，抗弯性能得以发挥。SC结构的突出优点在于抗震性能好，承载能力高，抗冲击性能好，可以抵御爆炸和大飞机撞击。但受结构特点限制，其内部空间狭小、结构复杂、施工难度大，研究其施工过程中的重难点和控制措施是十分必要的。

2 工程概况

2.1 结构特点

SC结构是双层钢面板的筒体结构，从±0.000m至17.950m为部分圆环体，从17.950m至57.246m为圆环体，外半径为23.985m，内半径为22.885m，厚度为1.1m。标准钢面板厚度为20mm，连接区域钢面板厚度为25mm，钢板材质均为Q345B（进气口区域为Q420C），钢面板背部焊接锚钉、拉筋、加劲板。SC结构内部连接区和加厚区采用自密实混凝土，其他区域采用普通混凝土。SC结构如图1所示。

图1 SC结构

2.2 施工特点

模块化施工是SC结构一大特点，通过在工厂预制子模块，运输到现场组装成大型结构模块，再整体吊装就位，极大地压缩了建造周期。SC结构分为连接区（1层、7层）、非闭合区（2～7层）、闭合区（8～17层）和进气口区段（18～19层）四部分，每层高度约3m。标准子模块弧度为30°，弧长12.6m、高度1.5m、宽度1.1m，整个SC结构由208块子模块拼装而成。每层吊装就位后，与下层模块焊接连接，内部浇筑混凝土，养护完成后吊装下一层模块。

3 SC结构施工重难点分析及控制措施

3.1 SC与CV施工逻辑

核岛钢制安全壳（以下简称“CV结构”）为上下带椭球封头的圆柱形钢制容器，由底封头、3个CV环体和顶封头组成。由于SC结构与钢制安全壳墙体间距仅1.33m，两者在吊装时会互相干涉，总体原则为CV结构施工标高在先，SC结构施工标高在后，先里后外。

CV底封头（CVBH）首先就位，随后施工外部A～E层基础，待C层基础养护完成后，即可满足CV1环吊装条件，CV1环就位后，内部混凝土继续施工，如果此时吊装CV2环，CV结构的相对标高已达到35.607m，造成CV内部混凝土浇筑困难，因此，先吊装SC1～SC7，此时SC结构相对标高为17.950m；若继续吊装SC8～9层，由于SC结构在外，CV结构在内，不利于CV结构吊装安装，因此先就位CV2环，此时相对标高为36.600m；如果继续就位CV3环，相对标高达到47.300m，影响SC8～9层就位，因此先吊装SC8～9层，此时相对标高为23.950m，如果后续就位SC10～15层，不利于SC结构与CV结构间挂架的搭设与拆除，故先就位CV3环；随后吊装SC10～15层，考虑CV顶封头（CVTH）焊接操作空间，先就位CVTH，后吊装SC16～19层[2]。SC结构与CV结构安装逻辑如图2所示。

图2 SC结构与CV结构安装逻辑

3.2 整圈吊装难度大

SC结构双层整圈模块是一种大直径环形柔性双层钢面板结构，直径47.97m，高度6m，钢面板间设有φ20mm拉结钢筋，模块本体最大重量约406.7t，国内外尚无成熟经验可借鉴，吊装难度大。

一是吊装工装设计：SC结构双层整圈模块分为高应力区和低应力区，模块质量分布不均匀，重心与形心不重合，吊索具连接复杂，吊装工装上吊点多，模块调平难度大。对此可采用有限元分析软件，对吊装工装的吊点布置、强度、稳定性及变形进行系统地分析，确定吊装工装的合理性和吊点选择，提前布置好调平配重；同时开展吊装工装荷载试验，确保吊装过程万无一失。

二是变形控制：SC结构安装精度要求高，连接区域尺寸偏差为±3mm，非闭合区尺寸偏差为6mm。SC结构整体刚度小，吊装过程中容易发生变形，精度控制难度大。针对此问题可采用有限元分析软件，对吊点受力不均匀、地面不平整、吊索偏斜等初始缺陷进行模拟，对吊装过程中容易出现塑性变形的位置，制定加固措施或调整吊点位置，选用合理的吊装方法来控制模块变形；在组对时通过设置合理工装，采用千斤顶、倒链等工机具对模块进行校正，使模块精度达到设计要求。

三是吊装就位难度大：SC结构双层整圈模块共24个子模块，每个子模块均有就位基准线，就位基准线需要与核岛位置相对应，模块就位基准线数量多，同时SC结构与CV结构间距小，容易与CV结构相碰，SC结构就位困难。对此可在SC结构吊装前，在模块本体安装径向、环向限位装置及防挤碰装置辅助SC结构模块就位。径向限位装置成对布置，环向间距6°，环向限位装置布置在0°和180°方位，防挤碰装置设置在下层模块外侧钢面板上，布置在0°、90°、180°、270°附近，采用全站仪定位，保证SC结构模块精准就位。

3.3 连接区域施工

SC结构与RC结构连接区域通过锚固钢筋连接，SC结构支撑板上开锚固孔，锚固钢筋穿过孔洞与RC结构竖向钢筋通过套筒连接，连接区域结构复杂，下部RC结构钢筋密集，锚固钢筋数量多，锚固拧紧后锚固钢筋无法与锚固孔逐一对应，SC结构无法吊装就位。

为解决此类问题，采用逆作法施工，即先施工上部SC结构，再施工下部RC结构。具体步骤为：工装预埋件位置放线→工装预埋件安装→工装预埋件部位混凝土浇筑→支撑工装位置放线→RC结构钢筋绑扎→支撑工装安装→支撑工装检查→SC结构安装位置放线→SC结构吊装就位→SC结构组对→SC结构焊接→无损检测→锚固钢筋安装→RC结构模板安装→混凝土浇筑。采用逆作施工方法，至少缩短工期45d，减少3840个机械套筒，在确保质量安全的前提下，极大地提高施工效率，节约成本。

3.4 混凝土浇筑

3.4.1 SC钢板变形控制

自密实混凝土在浇筑过程中会产生较大的侧压力，设计文件要求钢板承受浇筑静压力不得超过100kPa，若混凝土浇筑速度控制不当，将导致SC结构钢板产生变形。混凝土浇筑期间在原SC安装公差基础上，以±6mm为预警值，当变形超过预警值时，须放慢浇筑速度，并加密观察频率。

针对钢板变形问题，SC吊装就位后，出具测量报告，对于变形较大的部位，在混凝土浇筑时应予以重点关注；根据测量报告，监测点设置在变形较大处，竖向每2m设置一个。

利用SC内侧的走道平台，采用掉线坠的方法进行监测，也可在SC外侧面贴反光片，利用全站仪进行监测，监测共分3个阶段。

一是混凝土浇筑前对各个监测点进行测量，记录初始数据；二是混凝土浇筑过程中对各测点进行实时监测，每浇筑完成2m高对浇筑区域测点进行一次测量；三是浇筑完成后至所有混凝土终凝，对全部测点进行一次完整观测，并与浇筑前数据进行对比，形成变形监测报告。

如果在混凝土浇筑过程中，发现变形监测异常，如数据发生突变、变形过大等，需减缓混凝土浇筑速度，必要时暂停混凝土浇筑。

3.4.2 浇筑质量难以保障

SC内部结构复杂、物项多、拉筋间距小，混凝土浇筑存在很大困难[3]。以SC19层为例，其顶部呈三角形，内部设有上下两层水平隔板，内侧斜面钢板设置有下灰孔，该斜板下灰孔与内部水平隔板下灰孔不在一条直线上，下灰难度较大，同时也很难通过下灰孔观察到内部混凝土的流动情况，存在混凝土填充不密实的风险；并且内部沿环向布置有横向加劲板，加劲板阻碍混凝土流动，三角形顶部及相邻两块加劲板之间存在浇筑不密实的风险；底部和顶部隔板在两个布料点之间的区域易出现空鼓。

针对上述施工难点，为保证浇筑质量，采取以下控制措施。

一是开展模拟试验：开展三次试验验证浇筑措施的可行性。第一次试验验证自密实混凝土在下料时对结构填充的密实性、不同层间覆盖时间下两层混凝土之间的结合性、自密实混凝土在不同形式下料管中的流动性；第二次试验验证自密实混凝土对隔板底板填充的密实性、测定混凝土流动的距离和坡度；第三次试验验证自密实混凝土对顶部三角区填充的密实性。通过三次模拟试验，收集了关键施工参数，验证了施工措施的可行性。二是外部辅助敲击：在施工前，对自密实混凝土难以填充的贯穿件、预埋件及钢筋密集区域进行标识，施工时由专人重点监控该区域，通过橡皮锤辅助敲击钢板外侧，提高混凝土流动性，避免内部结构空鼓。三是顶部设置下灰槽：顶部三角区无法利用原设计图纸中的下灰孔将该区域浇筑密实，根据验证试验结果，在顶部重新开设下灰孔，安装下灰槽。四是布料管设置：SC19层设置64根下料管，采用软管+PVC管的形式，在吊装前安装到位。五是借助内窥镜观察内部混凝土流动情况。

3.5 成品保护和防异物管理

3.5.1 成品保护

在浇筑过程中，混凝土灰浆将会对SC结构表面造成污染。在现场施工过程中，需要采取措施对SC和CV表面进行保护，可在SC内外两侧钢板顶部沿钢板外侧立面覆盖油布，油布覆盖至操作平台顶部，并在操作平台上做水平延伸，保证浇筑前对SC局部区域进行覆盖防护，防止表面污染。

3.5.2 防异物管理

SC结构高应力区拉筋间距仅为150mm，人员无法进入，若存在杂物和积水，清理难度较大。针对此问题，可对高应力区临时覆盖，防止杂物掉入内部；混凝土顶面由高应力区向低应力区放坡，将积水排至低应力区，便于积水清理。在浇筑前，使用吸尘器对高应力区的铁屑、碎渣进行清理，低应力区进行人工清理。

4 结语

SC结构是近年来随着科学技术进步与发展所提出的建筑结构类型，现阶段已被有效用于某核电站，本文从SC与CV施工逻辑、整圈吊装、连接区域施工、混凝土浇筑、成品保护和防异物管理五个方面，分析了施工过程中存在的重难点，并制定出针对性的解决措施，在很大程度上可以提高施工质量，节约资源投入，提高施工效率，缩短施工工期，为SC结构在后续核电站中的推广应用提供了技术依据。