VVER-1200 核電站大、異型鋼筋模塊化施工技術研究

何兵，于東東，姚中立

（中國核工業第二二建設有限公司核電工程事業部徐大堡項目部，湖北 武漢 430000）

1 前言

徐大堡核電站3 號、4 號機組采用俄羅斯設計的VVER-1200/V491 型反應堆裝置，單臺機組容量1274MW，電站設計運行壽命60 年。單島土建階段主工期28 個月（FCD ～穹頂焊接完成），目前屬于核電廠址中地處最北部的廠址，跨3 個冬季施工，土建工期非常緊張。由于冬期施工組織的特殊性，必須進行生產關鍵路徑上施工內容調序以縮減工期，同時反應堆廠房是核電站施工主關鍵路徑，且反應堆內部空間狹小，內部結構墻體形狀各異，材料及勞動力堆積影響功效，有進行工期優化以消解工期壓力的必要性。由此，反應堆內部結構鋼筋模塊應運而生。

2 工程概況

2.1 結構概況

徐大堡核電站VVER-1200 鋼筋模塊是在反應堆廠房+8.000m 板上部，為內部結構主要承重墻體，模塊墻體由鋼筋和埋件構成。鋼筋模塊墻體為多段異形組合墻體模塊，每個模塊墻體由6 ～7 個直行墻體組成，墻體寬度為1200mm、1000mm 和600mm 三個類型，墻體高度6500mm（標高+8.000 ～14.500m），長度約15m。單個模塊最大起重量約為118.37t。模塊共計攜帶埋件約45t，占本層埋件總量的55%；鋼筋約131t，占本層鋼筋總量的41%。

2.2 背景概況

徐大堡核電站反應堆內墻形狀不規則，鋼筋及埋件密集且結構復雜，按照傳統工序：鋼筋綁扎→埋件安裝→模板安裝→隱蔽驗收→混凝土澆筑，不僅對工期造成巨大壓力，且現場材料堆積、存在交叉作業，質量隱患及安全隱患較多。

鋼筋模塊施工技術依靠先進的設計和建造技術，將鋼筋、埋件施工由現場平移至后臺，形成后臺與現場平行施工的施工模式，從根本上解決了以上問題，同時也響應了核電建造“工期更短、質量更優、安全可靠”的方針。

3 研究方向及內容

鋼筋、埋件組合模塊化設計、制作、安裝。

4 解決方法

4.1 場地及起重機械選擇

方案一：采用后臺CV 料場進行拼裝，完成后運輸至現場進行吊裝，此方式具有緩解現場總平布置壓力，節約原材料運輸成本的優勢，但模塊拼裝完成后，需要二次運輸，運輸過程中模塊形變難以控制，考慮模塊自重及尺寸，運輸工具選擇存在困難。

方案二：采用現場選擇拼裝場地，完成后直接吊裝進入內部結構，模塊安裝完成后即可進行吊裝，避免二次運輸造成的模塊形變。占用現場場地，拼裝周期較長，為現場其他子項施工帶來不便。

通過對現場總平面布置總體分析，同時考慮模塊拼裝需要材料轉運及模塊運輸、吊裝距離等因素，最終確認內部結構鋼筋、埋件組合模塊加工及吊裝場地設置在T 臺外東北角處。

內部結構鋼筋模塊吊裝總重量最大的墻體為5#墻體，鋼筋及埋件總重量約為80.37t，根據此重量可選擇LR-1650 型履帶式起重機進行模塊吊裝，經測算起吊半徑為24m，落位半徑為56m。

LR-1650 型履帶式起重機吊車選用S-56，D-42，W-63 工況下額定荷載為145t（LIEBHERR-WERK EHINGEN GmbH）。

4.2 支撐架體及吊索具設計

采用BIM 建模技術對模塊上鋼筋及埋件進行三維定位，針對性完成支撐架、吊具的初步設計。初步設計采用型鋼作為支架，該架體不僅作為模塊拼裝階段的拼裝架體，同時作為模塊吊裝的承重架體；另設計型鋼平面吊裝梁，可適用多個模塊的吊裝工作，達到模塊受水平與豎向力到僅受豎向力的轉換。為確保實施的安全、可靠性，委托第三方設計院進行有限元分析及驗算利用有限元分析模塊拼裝階段、吊裝階段及落位階段的應力及變形，實現模塊吊裝和變形控制，確保安裝精度在設計要求范圍之內。

綜合各個模塊結構類型和幾何尺寸，利用項目現有的吊索，設計方形吊具。通過有限元分析進行吊具受力計算，現場進行吊具載荷試驗，驗證吊具設計合理、現場可行。本吊具設置12 個上吊耳與上部索具連接，68個下吊耳通過下部索具與模塊連接。

模塊吊裝系統為每根立柱頂部的吊耳，吊耳與方形吊具采用鋼絲繩連接（KUUH39-P 型索具），方形吊具上設置8 個吊耳，分別安裝吊索（8 根φ68mm，L=34.9M，WS-IWRC 1770 型索具）（汪正榮，2001）。

內部結構墻體鋼筋模塊增加支撐架、吊具及索具后，墻體模塊總重最重的位5#墻體118.37t，額定荷載145t，最大負載率為89%，滿足吊裝要求（萬力等，2008）。

4.3 模塊制作

4.3.1 鋼筋模塊支架拼裝

型鋼支架在拼裝場地上進行安裝，根據型鋼支撐架設計圖紙，在場地上放出支撐架位置，隨后打孔安裝支架立柱底部固定鋼板的膨脹螺栓，將底座鋼板固定在已安裝的膨脹螺栓上，逐個完成支架立柱安裝，隨后組裝整個支架，支架拼裝工藝流程如下：

安裝立桿（攜帶短向水平橫梁）→安裝長向水平橫梁→安裝斜梁→安裝完成，驗收。

4.3.2 鋼筋工程

（1）模塊鋼筋綁扎。在已安裝完成的支架上綁扎鋼筋。先將立柱橫梁處水平筋安裝完成，并采用橫梁上的倒U 鋼筋限位裝置將水平鋼筋進行固定（固定形式詳見下圖），再將豎向鋼筋固定至已安裝的水平筋，最后安裝剩余的水平筋和拉鉤，鋼筋綁扎完成后，再采用雙U 型卡對鋼筋籠進行加固避免變形。

工藝流程：+8.000m 板插筋安裝：插筋安裝→鋼筋限位工裝安裝→插筋標高確認。

模塊鋼筋安裝：豎向鋼筋安裝→橫梁上部水平鋼筋安裝→豎向鋼筋錯接頭位置調整并安裝→剩余水平鋼筋安裝→拉筋安裝。

（2）內部結構板鋼筋限位。鋼筋的水平及豎向定位是模塊順利吊裝的關鍵措施之一。通過設計鋼筋精確限位工裝及+8.000m 板插筋切割方式，實現插筋與模塊鋼筋對準連接偏差在連接允許范圍內，鋼筋接頭水平偏差控制在32mm 以內，鋼筋端頭豎向偏差控制在15mm 以內。

4.3.3 埋件安裝

因墻體模塊下部1950mm 高度范圍內為鋼筋接頭區域，模塊墻體上長條形埋件無法完整安裝在墻體上隨模塊進行落位。針對此種情況，有兩種解決方式：（1）長條形埋件不納入本次模塊施工，模塊落位后再行安裝；（2）將長條形埋件分為兩次進行安裝，在鋼筋連接處進行分割。

經過統計長條形埋件約占整改墻體模量埋件總量的1/3，此類埋件不納入模塊施工將大大減少模塊化施工的意義。因此，通過對設計發出議題的方式將模塊分為兩個部分進行安裝，埋件加工時，對沿墻體高度方向的通長埋件進行截斷，標高+9.850 ～+14.500m 埋件安裝在模塊上，+8.000 ～+9.850m 埋件待模塊安裝完成后再進行現場安裝，上下兩個部分僅需要進行對接即可，模塊完成效果如圖1。

圖1 模塊整體制作完成效果圖

4.4 模塊吊裝

吊裝施工前，將鋼筋模塊與吊裝梁組合，通過組合后的圖形進行模擬就位，檢查模塊、吊梁與現場實體的碰撞情況，預留足夠的操作空間，并采用吊梁上安裝橡膠輪胎的方式對周邊物項進行保護。

模塊吊裝施工流程：先決條件準備→空載模擬吊裝→吊索具連接→模塊試吊、調試→正式吊裝→模塊落位、鋼筋對接→吊裝作業結束。

在+8.000m 板上安裝模塊就位導向裝置，分別設置在模塊墻體鋼筋外側及墻體中間。模塊外側設置一級導向，一級導向樁在墻體外側設置3 處3000mm 高H 型鋼，H 型鋼側邊焊接固定打磨光滑的鋼板條，模塊落位時，順著與鋼板條接觸面下滑落入預計就位位置；同時，在墻體內部采用H 型鋼上焊接平板，在平板四周做三角形滑動鋼板為二級限位，作為鋼筋模塊就位精確導向（施設等，2017）。

4.5 模塊安裝

模塊吊裝至反應堆廠房+8.000m 板安裝就位后，進行就位偏差核實及模塊幾何尺寸檢查，待檢查合格后，進行固定安裝。分別完成模塊鋼筋與+8.000m 板插筋連接，水平筋、拉筋恢復，以及模塊上埋件位置調整、鋼筋連接處埋件安裝。

4.5.1 鋼筋連接工藝

針對模塊整體吊裝后進行鋼筋連接，經過調研有以下2 種鋼筋接頭連接方式以供選擇，具體分析如下。

（1）鋼筋可調套筒連接。其優勢為調套筒的鋼筋連接允許偏差較大，劣勢可調套筒連接形式的各種鋼筋型號長度不一，需要+8.000m 板鋼筋接頭埋設長度差進行調整或模塊豎向鋼筋底部存在長度差調整適應此接頭形式。

（2）鋼筋錐套鎖緊接頭連接。其優勢為錐套鎖緊接頭無須套絲連接，可隨時進行鋼筋切割調整誤差；但錐套接頭誤差要求較高，水平向鋼筋偏差為一個鋼筋直徑，豎向間距不大于15mm。

綜合兩種鋼筋連接方式，模塊鋼筋與+8.000m 板鋼筋采用錐套鎖緊鋼筋接頭進行連接，此接頭無須進行鋼筋套絲，采用液壓鉗進行冷壓，鋼筋豎向連接如圖2。

圖2 模塊鋼筋豎向連接

4.5.2 鋼筋連接流程

工藝流程：對位、調平→豎向鋼筋連接→連接部位水平鋼筋恢復→連接部位拉筋恢復→連接部位埋件安裝。

5 模塊化技術推廣及預期前景

鋼筋模塊施工技術從根本上改變了傳統的核電土建施工模式，鋼筋模塊施工依靠先進的設計、制造和建造技術，將鋼筋、埋件施工由現場轉移至后臺，打破傳統勞動力高度集中現象，鋼筋模塊與現場交叉施工，對核電建設項目的工期、造價、質量、安全和文明施工均帶來巨大的影響。隨著VVER-1200 鋼筋模塊的成功實施，模塊化的優勢會逐漸得以體現，模塊中吊具、支架逐漸演變為標準化設計，工廠化生產，一套模塊支架和吊具可適用于多個模塊施工?？梢圆粩嗵岣吣K的施工質量和速度，降低模塊制造成本，有望進一步提高建造質量、縮短建造周期、降低工程造價，從而真正體現模塊化的優勢。

6 結語

反應堆內部結構鋼筋模塊的順利實施，證明了方案措施制定的合理性與可行性。實施過程中，對于新工藝，提前進行工藝驗證，取得關鍵數據支持后續實施；對于新設備，提前進行試驗驗證，確保模塊正式實施過程中設備安全、可靠。此次模塊順利實施，解決了核島廠房內部高大墻體鋼筋、埋件施工場地緊張的難題，優化了關鍵路徑上的施工工期，實現了內部結構鋼筋、預埋件由現場施工到場地模塊化預制的平行轉變，為后續鋼筋模塊化及其他形式的鋼筋組合模塊的策劃提供借鑒和技術支持，模塊吊裝效果如圖3。

圖3 模塊吊裝圖