CB20结构模块组安装施工技术分析

安文斌，陈伟星，魏俊明

(中核集团三门核电有限公司，浙江三门317100)

CB20结构模块组安装施工技术分析

安文斌，陈伟星，魏俊明

(中核集团三门核电有限公司，浙江三门317100)

CB20模块是AP1000核电站非能动安全壳冷却系统(PCS)的钢结构水箱模块，它是一个多部件组合体，外形尺寸大，结构复杂，且要在现场露天组成一个整体，其中涉及组装、焊接、运输及吊装等环节，施工难度大。本文介绍了CB20模块的组装、运输、吊装和安装等施工工艺流程，分析了CB20模块施工的重点及难点，结合现场实际情况，提出一些应对措施，尤其是对其变形的控制方面。这为后续CB20模块组安装施工及其他大型模块施工起到一定的参考和借鉴作用。

CB20模块；组装；运输；吊装；变形

为加快核电建造进度，保证建安工程质量，AP1000核电站在首堆建设时，就大规模采用了模块化施工技术。由于首堆设计和工艺创新，设计方对现场施工可行性考虑不全或不足，施工承包商缺乏足够的经验，模块尤其是大型结构模块在现场施工过程中必然面临许多难点和挑战，需要逐一解决和优化工艺。CB20结构模块和CA01、CA20、CA03大型模块一样[1]，在组装、焊接、运输及吊装等施工环节中存在着自身的困难和挑战。

1 CB20模块概况

1.1 CB20模块的功能和作用

CB20模块是AP1000核电站非能动安全壳冷却系统(PCS)的钢结构水箱模块，其位于反应堆厂房穹顶，是非能动安全壳冷却系统最重要的组成部分，用于提供事故工况下72小时的非能动安全壳冷却功能。由于CB20模块执行着保护AP1000核电站最后一道屏障的功能，所以它在AP1000核电站中起着举足轻重的作用，也因此建安过程中对CB20模块的施工技术也有很高的要求。

1.2 CB20模块的结构特征

CB20模块为筒形结构，外径约26m，内径约11m，高度约10m，模块净重约为300t(见图1)。它是一个多部件组合体，总共由112个子模块组成，子模块由双相不锈钢板以及型钢构成，面板之间主要采用V型坡口加垫板全熔透对接焊缝连接。

图1 CB20模块的外形结构Fig.1 The structure of the CB20 module

1.3 CB20子模块及分布

CB20模块是由112个子模块组成(不含直爬梯等附件)，单个子模块重量分布为1～4t，基本由厚度为半英寸的双相不锈钢板、碳钢型钢和剪力钉组成。

按照子模块所处位置的不同，CB20子模块可分为：底部环板/斜向板子模块，内墙板子模块，外墙板子模块，顶板子模块。为了易于辨识和组织施工，事先对这些子模块进行预先编号。

2 CB20模块现场施工工艺

CB20模块的现场施工包括：模块组装、模块运输、模块吊装、模块安装和混凝土浇筑[2]。CB20模块施工工艺流程如图2所示。

图2 CB20模块施工工艺流程Fig.2 CB20 module construction process

2.1 CB20模块的组装

综合各方面考虑，CB20模块组装施工逻辑及思路如下：先拼装底部的8块环向板，再拼装32块斜向径向板，接着先拼装32块外圈环向板，再拼装8块内圈环向板，最后拼装顶部盖板。下列的图片展示了CB20模块组装的整个过程，其三维示意图如图3所示。

CB20模块组装施工流程如下：

(1) 以组装平台中心为原点，建立测量控制网；

(2) 在测量的配合下，将底部的8块环向板组对、焊接拼装。

(3) 在斜向板吊装之前，在组装平台上加设斜向板焊接垫板。然后将斜向32块径向板吊装就位，进行组对焊接。

(4) 以底部板和斜向板作为基础搭设脚手架，搭设过程中应注意对双相不锈钢板的成品保护。

图3 CB20模块组装三维示意图Fig.3 Schematic diagram of CB20 module assembly

(5) 考虑到测量专业施工的便利性，先拼装外圈环向板，外圈环向板采用分层拼装工艺，在组对的过程中要求垂直度满足技术要求。

(6) 内圈环向板拼装方式和外圈环向板相同，但由于第二层子模块设计有人员闸门孔洞，故在组对调整时必须兼顾该人员闸门孔洞的组对情况满足焊接及相关尺寸要求。

(7) 综合考虑现场施工的便利性，顶部盖板拼装采用分组件组装工艺，其可分为8个组件，每个组件由4个子模块组成。

(8) 顶盖拼装完成之前预留一个组合件，以备移出相关材料及物项。其余顶板焊接完成后进行腔室内部的对应区域尾项施工，按照双相不锈钢酸洗钝化要求进行墙面及焊缝处的酸洗施工，临时附件拆除及NDE等。

(9) 最后封闭腔室，进行复测(内外圈半径、垂直度和顶盖标高等)，验收合格后，CB20模块组装工作完成。

2.2 CB20模块的运输

CB20模块净重量约为300t，是仅次于CA01、CA20结构模块的第三大结构模块。CB20模块在CA区域的CA01总装平台上完成整体组装后，需要使用2组自行式液压平板车沿着重件道路将模块连同CA01总装平台一起运输至核岛吊装位置，运输距离约为1km。

图4 CB20模块运输流程Fig.4 CB20 module transport process

2.3 CB20模块的吊装

CB20模块整体运输至核岛吊装区域后，需要使用大吊车将其吊装至就位位置。大吊车经过先决条件确认、连接吊索具、拆除模块与运输平台连接、试吊、吊装就位、摘钩等过程完成CB20模块的吊装就位。

CB20模块位于屏蔽厂房顶部，吊机起升高度达百米，吊装风险大，指挥难度高，摘钩难度大。因此，吊装前要做好充分准备，吊装时应控制吊装水平度，保证各点受力均衡，按照事前编制好的专项吊装方案进行施工。

2.4 CB20模块的安装

当CB20模块吊装至就位基础正上方，下部定位销距套管一定间距时，吊机停止落钩，观察两者之间的位置关系，通过穹顶周围设置的锚点进行位置调整，确保3个定位销下部同时进入套管后继续落钩。当底部板距就位预埋板一定间距时，停止落钩，观察对应子模块上的防漏槽孔洞和穹顶上部的地漏套管位置关系，当调整对中后继续落钩直到底部板和预埋板紧密贴合。摘钩后，使用预先准备好的千斤顶组件进行CB20模块的垂直度调整，当垂直度合格后，将千斤顶组件替换为型钢支撑并与上下部点焊固定。CB20模块整体安装结束后，对各参数进行复测均满足技术要求后验收合格。

2.5 CB20模块混凝土浇筑

CB20模块吊装就位后，其内侧、外侧以及顶面需进行混凝土浇筑，形成最终的完整结构。在该阶段施工中，需对模板的支设、加固，混凝土的振捣以及模块的防变形进行重点监控，以确保施工质量。

3 CB20模块施工的重点难点

3.1 CB20模块组装施工中的稳定性

依据NIHSS评分减分率评定疗效。痊愈:症状及体征完全消失,NIHSS评分减少超过90%,未遗留病残,完全恢复正常生活;显效:症状及体征明显改善,NIHSS评分减少46%~89%,遗留病残1~3级,基本恢复正常生活;有效:症状及体征有所好转,NIHSS评分减少18%~45%,遗留明显病残,部分恢复生活自理;无效:症状及体征无明显改善,NIHSS评分减少低于18%,遗留严重病残或病情加重[4]。总有效=痊愈+显效+有效。

CB20模块体积庞大(26m×26m×10m)，迎风面大，墙板在没有连接成环前，自身稳定性差。而且三门现场处于台风影响区，三门1号机组CB20模块的组装时间正值台风季，如何保证CB20模块组装过程中的稳定性，防止CB20子模块或整体倾倒、倾覆、垮塌，这成为CB20模块施工的一大重点。

3.2 CB20模块组装施工中的精度控制

CB20模块外形尺寸大，为环形结构，由大量子模块组装而成，内环与外环的施工互相影响测量通视，且要在环境复杂的CA01总装平台上实施测量，测量条件较差，同时CB20模块对测量精度要求较高。

3.3 模块焊接变形控制

双相不锈钢容易产生焊接变形，且根据设计要求变形后不得采取热矫正，一旦钢板变形则很难矫正到位。而CB20模块面板材质均为双相不锈钢，涉及的双相钢全熔透焊缝约1200米。如何保证双相不锈钢在焊接过程中不发生变形或在接受范围内，这成为CB20模块施工中必须考虑的问题。

3.4 模块吊装

CB20模块为环形薄壁罐体模块，外形尺寸庞大(Φ26m×H10m)，起吊重量达475t，吊装时需高出屏蔽厂房钢穹顶，吊机起升高度达101米，吊装难度大。

CB20模块共有32个吊点，必须逐一调整吊索，使吊点受力均匀，保证模块吊装水平度，确保局部不受过大应力影响吊装安全和吊装变形。因CB20模块为单板墙模块结构，之前的类似构造的模块，有过变形的前例，必须事先评估吊装变形趋势，采取预防措施。

3.5 模块整体运输

CB20模块组装完成后，需连同组装钢平台一起，整体运输到约1km外的核岛吊装区域。CB20模块运输总重达507t，且为单板墙结构，外形尺寸大，迎风面积大，需多组运输平板车，保证模块不偏载、不移位、不倾覆、不变形，对运输要求较高。

4 CB20模块难点应对措施

4.1 CB20模块现场组装的防倾覆

(1) 模块底部环板背面型钢与组装钢平台局部焊接生根；

(2) 专用的模块斜向板组装支架，模块背面型钢与支架焊接固定；如图5所示。

图5 CB20模块组装台架照片Fig.5 CB20 module assembly platform photo

(3) 模块墙板未成环前，使用型钢斜撑临时固定，两侧焊缝处用工装锁死；如图6所示。

图6 CB20模块墙板型钢斜撑临时固定Fig.6 CB20 module wall plate steel bracing temporary fixation

(4) 模块墙板成环之后，自身稳定性较好，此时才允许组装上一圈墙板；

(5) 当预报有台风时，模块局部安装吊耳，采用揽风绳加强抗风能力；

4.2 CB20模块测量精度控制

(1) 在模块内侧、外侧分别设置多个水平位置基准点和标高基准点(见图7)，保证在通视不良情况下，也能直接找到测量基准点。

(2) 根据模块的环形结构特点，以模块中心为原点，建立边角网相对测量坐标系。

(3) 每个测站点尽量采用长边定向，并且正、倒镜观测与其关联的方向，以消除同一方向调焦的偏差。观测顺序：正、倒、倒、正、正、倒……，测回数为4。

(4) 观测高差时，进行温度和尺长修正。

图7 CB20模块高程平面示意图Fig.7 Sketch map of CB20 module elevation plane

4.3 模块焊接变形控制

(1) 控制焊接热输入：严格按照焊接工艺规程，控制焊接电流、焊接电压、焊接速度以及层间温度，确保热输入符合工艺要求，限制焊接变形内应力。

(2) 对于长焊缝(焊缝长度大于3m)，例如墙板环焊缝，采用分段退焊以及多名焊工对称焊接，以抑制焊接波浪变形。CB20模块环焊缝分段退焊示意图如图8所示。

图8 CB20模块环焊缝分段退焊示意图Fig.8 Schematic diagram ofCB20 module girth welding

(3) 设置变形调整工装，用于刚性固定，并设置焊接预变形。如图9所示。

图9 变形调整工装设计示意图及实物照片Fig.9 Schematic diagram of deformation adjusting tool design and real photos

4.4 模块吊装就位

(1) LAMPSON LTL-2600吊机的常规工况(主臂工况)不能满足起吊高度要求，必须改成辅臂工况，在吊装前必须做好吊耳焊缝检测和吊索具的组装检查。

(2) 要求对CB20模块进行有限元建模，模拟吊装过程中的受力情况，分析变形最大的部位，验算最大变形值，并据此考虑是否对模块进行吊装加固。

(3) 对主吊钢丝绳进行10t拉力条件下的长度测量并形成记录，在钢丝绳上串联可调拉杆，并在锁具连接时，调整可调拉杆长度补偿钢丝绳的长度偏差。之后，对模块试吊，确认模块吊装水平度满足要求，方可正式起吊，否则继续调节可调拉杆。

图10 CB20模块吊装照片Fig.10 CB20 module hoisting photos

4.5 模块整体运输

(1) 事先检查重件运输道路状况，包括道路障碍、坡度、扫空等。

(2) 采用2组15轴线的液压运输平板车，并根据模块重心调整平板车位置。

(3) 通过调整液压平板车的顶升高度和液压油压，将模块调平，并焊接限位板、收紧倒链等完成封车固定。

5 结语

CB20模块是AP1000核电站非能动安全壳冷却系统(PCS)的钢结构水箱模块，其承担着事故工况下安全壳冷却功能，是非能动安全壳冷却系统最重要的组成部分。另外，CB20模块位于反应堆厂房穹顶，外形体积庞大，由112个子模块构成，且起吊高度达到101米，其子模块数量和起吊高度都是AP1000模块化施工之最，施工难度十分突出。因此，对CB20模块施工的研究十分必要。

文章阐述和分析了CB20模块包括组装、运输、吊装和安装在内的施工技术，研究了CB20模块在施工中的重点和难点，提出了相应的措施，这对CB20模块施工和其他类似的大型结构模块施工具有一定的现实意义。随着AP1000核电站模块化技术研究的深入和成熟，模块化施工的优势必将展现出来。

[1] 魏俊明，刘琼，孙坤.第三代压水堆核电机组AP1000的模块化施工分析[J].电力建设，2008，29：63-66.

[2] 程洁敏.AP1000核电站CA20结构模块现场组装效率分析[C].中国核学科技术进展报告》，第一卷，第10册.

Analysis on the Construction Technology of CB20 Structure Module

AN Wen-bin，CHEN Wei-xing，WEI Jun-ming

(Sanmen nuclear power Co.，Ltd.，Sanmen of Zhejiang Prov.317100，China)

CB20 module is a steel structure tank module of Passive Containment Cooling System in AP1000 nuclear power plant.It is a complicated combination with many components and with a large overall dimension.It will be assembled in the open air on site relating to assembly，welding，transportation and hoisting etc.，so it is difficult to conduct this construction.This thesis introduces the CB20 module assembly，transportation and hoisting construction process，analyzes the key and difficult of the CB20 module，proposes some measures，especially to control its deformation，combining with the actual situation，to a certain reference for the subsequent CB20 construction and other large module construction.

CB20 module；Assembly；Transportation；Hoisting；Deformation

2016-12-27

安文斌(1983—)，男，陕西华阴人，硕士，工程师，现从事核电厂建造施工与管理研究

TL372.2

A

0258-0918(2017)01-0023-06