CEPR蒸汽发生器间大型钢结构平台施工技术研究

樊明晔

（中国核工业华兴建设有限公司，江苏 南京 211100）

0 引言

由于人们对核电站安全的要求越来越高，我国在2007年引进了最新的EPR 核电技术。台山核电站是我国首座、世界第三座采用CEPR 三代核电技术建造的核电站，单个机组容量为175 万kW，是目前世界上单机容量最大的核电机组。

为了提高安全性能，EPR 核电站蒸汽发生器顶部增加了恒压天花板（平台以下简称SG 顶盖）。SG 顶盖的作用是保证正常运行期间蒸汽发生器间的密封性和事故工况条件下以固定的方式更好地改善压力容器内混合的空气情况。

该文以CEPR 核电站恒压天花板顶盖平台为例，从恒压天花板顶盖平台吊装及安装等方面分析其施工技术，以期为后续三代核电站大型钢结构平台施工提供参考。

1 施工概况

SG 顶盖平台（HRA4006/4008）位于标高+31.40m 处，由通过穿墙锚件固定至蒸汽发生器室墙体的牛腿支撑，如图1 所示。

图1 SG 顶盖三维效果图

为了满足SG 顶盖的钢梁尺寸和构件之间的间隙要求，在其安装前需要将SG 顶盖分成6 个模块进行施工。SG 顶盖单个平台主要包括7 个模块（表1 和图2）及牛腿等构件组成，单个模块最大质量为10.166t，单个平台总质量52.05t。

表1 SG 顶盖各模块参数

图2 HRA4006/4008 模块分布图

但是SG 顶盖位于蒸汽发生器间标高+31.40m 处，仅通过穿墙锚件固定至蒸汽发生器室墙体的操作台支撑。该支撑方式导致SG 顶盖在施工过程中无相应的支撑点对悬空模块进行支撑，施工难度和施工安全风险大大增加。

2 施工技术难点分析

2.1 施工环境复杂

SG 顶盖平台位于蒸汽发生器及主管道之间，平台上表面距离上方主管道底部1.580m，而蒸汽发生器及主管道上设备仪表在SG 顶盖平台施工前已经施工并调试完成，在吊装就位过程中不能损伤其设备仪表。

同时根据设计文件平台模块Sector 2/3 安装位置位于主管道正下方，如图3 所示，如何将模块顺利吊装至其就位位置也是一个难点。

图3 模块Sector 2/3 就位现场环境示意图

2.2 临时支撑结构的设置

SG 顶盖平台由仅通过穿墙锚件固定至蒸汽发生器室墙体的牛腿支撑，本身并无其余支撑。拼装完成后，模块之间通过螺栓进行连接、加固。在施工过程中，模块处于一边固定，一边悬挑的状态，会导致构件连接处产生变形，螺栓无法安装的情况。须根据土建结构及SG 顶盖平台自身结构形式设计合适的支撑结构，将吊装构件与支撑结构相连。

2.3 吊装方式的确定

由于SG 顶盖模块每个模块的结构形式不一样，因此为保证部件钢结构的稳定性，并能在吊装和固定期间控制重心SG 顶盖各模块的外形尺寸均不同，须根据各模块的形式设计不同的吊装方式，以辅助吊装。

2.4 精度要求高

为了实现对蒸汽发生器间的密封作用，对其梁和梁的接缝提出了较高的安装要求。根据设计文件要求，在断裂和对流箔的密封面处，标准尺寸范围高达400mm 的平面度允许公差为2mm，且断裂和对流箔在钢梁上所对应使用的螺栓孔必须保证中心对应。将这些技术要求转化为现场安装技术标准，则SG 顶盖的标高定位允许偏差要求不大于2mm、钢梁与钢梁之间的定位间距为0～±2mm。

3 施工技术解决方案

CEPR 核电SG 顶盖平台的独特结构设计，导致施工难度大，质量要求高的难点。针对以上难点，结合以往的构件吊装以及CEPR 核电站SG 顶盖平台独特的工艺特点，对比外方施工方案，提出优化的施工技术解决方案。

3.1 蒸发器及主管道设置保护

SG 顶盖平台位于蒸发器及主管道之间，平台上表面距离上方主管道底部1.580m。施工时构件吊装及安装易对蒸发器及主管道产生碰撞。为避免产生碰撞，须对蒸发器及主管道进行软硬结合防护。

在搭设脚手架操作平台时，将脚手架平台标高设置在蒸发器顶部以上，对蒸发器裸露部分铺设木板，并使用胶合板封闭木板缝隙；对主管道使用防火布及毛毯进行包裹。

3.2 吊装方式的选择

在常规的钢结构吊装工程中，都需要应用各种形式焊接吊耳，由于SG 顶盖平台制作及安装精度极高，如在平台表面焊接及切割吊耳将使平台受热变形，极难控制。

外方方案：为保证部件钢结构的稳定性，并能在吊装和固定期间控制重心SG 顶盖各模块的外形尺寸均不同，提供措施如图4 所示，根据各模块的形式设计不同的吊装工装，以辅助吊装。但是该方式设计复杂，且须消耗大量材料，施工时操作极其不便。

图4 外方设计吊装工装

改进方案：使用吊带捆绑模块的方式进行吊装。

利用Tekla 图形平台，建立模块三维图，根据三维模型计算确认模块的重心，以重心为圆心确定吊点位置，吊点位置尽量选择在模块主钢梁上。施工时在吊点位置使用吊带进行捆绑，如图5 所示。

图5 模型吊点位置示意图

由于模块2、3 模块形状不规则，同时位于主管道正下方，在吊装模拟时发现若直接使用上述方案吊装，当模块进入主管道下方时，吊点与主管道冲突，模块则无法顺利进入，见图6。

图6 模块2 吊装点与主管道冲突示意图（数据单位：m）

因此须设计工装结构既能够提供吊索挂置点，又能保证吊索与模块就位处上方的管道保持一定的安全距离。

因此设计出可调型配重工装，利用螺栓将辅助配重工装与模块Sector2、3 相连接，使吊点偏移至主管道外侧，保证模块Sector2、3 顺利就位。根据模块自身特点及安装环境，考虑在模块一侧增加配重-支撑结构工装。同时，考虑到现场共有两块对称分布的模块需要进行吊装，将工装设计成对称结构，使其同时能够满足两个模块的吊装，进而提高工装的利用率，如图7 所示。

图7 工装结构连接示意图

由于工装结构尺寸受到周边环境影响，工装自身无法完全调整模块重心分布，吊点位置无法满足现场施工要求。因此，考虑在原设计工装上铺设一定厚度的钢板，钢板作为荷载增加在工装结构上（钢板工装结构强度无贡献），将模块吊点位置调整至合适位置。如图8 所示。

图8 工装结构连接后吊点调整示意图

3.3 临时支撑设置

外方方案：根据土建结构及SG 顶盖平台自身结构形式设计合适的支撑结构，以将吊装构件与支撑结构相连，如图9 所示。该方式须长时间利用环吊，不易施工。

图9 外方方案临时支撑结构

改进方案：利用二次钢结构（HRA4003&4004）平台的钢梁作为临时支撑，进行临时支撑的设置。

二次钢结构（HRA4003&4004）安装于蒸汽发生器间顶部，其主钢梁横跨蒸发器间，利用平台主钢梁（18m 辅助钢梁、12m 辅助钢梁）作为SG 平台的临时支撑，如图10 所示。

图10 临时支撑结构示意图

由于现场工况的局限性，区别与CPR 核电的龙门架结构，EPR 核电站的为DMK02 吊车转运间。转运间开间尺寸：13.975m×15.340m，DMK02 的最高提升高度为+28.3m，如图11 所示。吊装前模拟放样，但得出钢梁无法垂直或水平运输进转运间，根据现场转运井的环境，钢梁斜拉的情况下可进入。

图11 DMK02 吊车转运间示意图

采取的技术措施：在钢梁中间设置一个主吊耳，前端辅助吊耳位置设置1 个链条12m 长的手拉葫芦，利用手拉葫芦调节钢梁的倾斜度，等钢梁到达20m 标高后，再利用手拉葫芦将钢梁逐步调平，与此同时，DMK02 吊车配合向核岛方向前进，一边前进以便提升，一边利用手拉葫芦将钢梁平放在转运小车上，完成钢梁转运，吊装示意图如图12 所示。

图12 钢梁吊装示意图

3.4 平台整体安装精度控制

为达到对蒸汽发生器间的密封作用，对其梁和梁的接缝提出了较高的安装要求。SG 顶盖的标高定位允许偏差要求不大于2mm、钢梁与钢梁之间的定位间隙为0～+2mm，施工时采取以下方案。

根据提供的零件图进行零件划线切割下料，坡口加工。通过焊接试验和模拟件制作数据，下料时可设置适当的焊接收缩余量。考虑到火焰切割对材料变形影响较大，重要零件下料和坡口采用冷加工。为防止变形，主结构H 型钢（428mm×407mm×20mm×35mm）面板切割（尺寸407mm 到307mm）采用机加工。采用钻床加工连接板螺栓孔，每对连接板必须配对划线，报验合格并记录后才可以钻孔。所有机加工件的划线及加工误差必须满足设计图纸要求。

以单个构件为单元，在胎架上定位装配零件，完成小构件制作。构件之间的连接板用定位销及螺栓连接后配对定位，先与一侧的构件定位焊接完成，另一侧需在组装时方可焊接。主构件连接方向预留适当余量，用于连接板端面加工。

所有焊接需严格按照焊接工艺，采取低电压低电流组合，分层分段焊接、对称施焊、焊后消除应力等方法控制焊接变形。所有构件制作完成经过检验合格后方可进入下一工序。

所有构件制作完成后在胎架上进行组装，组装胎架精度必须满足要求。构件组装时注意调正各构件之间的平整度，并在检验合格后焊接构件之间连接板，并检测焊缝。

构件制作完成后进行相应热处理消除应力。

根据连接板变形情况，以构件底面为基准划出相关参考线并加工扫平连接板端面（制作时有一定预留量）。加工完成后上胎架定位进行第二次组装。为保证加工数据准确，拆装顺利完成，关键构件通过电脑三维软件进行模拟试装。

牛腿安装是平台整体安装精度控制的基础。现场首先在预埋件上根据轴线放出牛腿的安装位置，对安装位置设置4个测量点，测量预埋件的凹凸情况。根据凹凸数据在CDA蓝图上放样，计算出牛腿的切割数据。根据切割数据激光下料不锈钢钢板（0mm 误差），并电焊在安装位置。再次测量螺栓孔的位置，精度要求0mm。

确认切割数据无误差后，根据切割数据使用半自动切割机对牛腿尾部进行切割（制作时以要求牛腿尾部增加5mm余量），误差控制在0mm～0.5mm。牛腿点焊完成后，对牛腿的位置再次进行测量比对，控制误差在0mm～1mm。

在牛腿焊接时采用多层多道焊接，控制焊接层间温度＜150℃，以控制焊接热输入，防止焊接温度过高而导致热变形。

在模块吊装时，须控制模块平整度，来保证模块与模块连接时处于水平状态。

模块4、5、1、6、7 吊点较为规则，吊点位置均在主钢梁上，为保证模块吊装时能够水平就位，每个模块设置4 个吊点，其中2 个吊点采用手拉葫芦进行调节。起吊前利用手拉葫芦将模块调平，为防止吊装过程中手拉葫芦发生崩裂，同时加设吊带作为安全措施。

在吊装前，预先将临时螺栓传入模块连接节点上，待模块吊装就位时利用临时进行固定，每个节点螺栓传入量≤1/3，待螺栓完全连接完成且模块端部已与上方辅助钢梁上吊带连接后松开吊钩。

模块出厂前须对平台的整体尺寸进行验收，须对每个节点错位高差及间隙检查，符合要求后才可以出厂。因此在平台拼装时只需要调整模块与模块拼接节点的标高及间隙。

在模块拼装时，模块与模块连接节点的螺栓应处于非拧紧状态，以便于调整标高。在模块调整时，使用千斤顶工装及手拉葫芦对拼接节点进行调整。

在每块模块拼装完后，使用全站仪在平台表面测量标高，并使用塞尺对连接节点的缝隙进行测量，并根据测量情况进行调整。

4 结语

CEPR 核电站蒸汽发生器间恒压天花板顶盖平台施工时严控各施工点的进度，做到每个模块安装后的测量检查、确定，并通过改进吊装、安装方案切实解决了EPR 蒸汽发生期间恒压天花板顶盖平台的施工问题。

目前，EPR 三代核电站的相关设计理念和要求，已在我国自主知识产权的华龙一号核电站上应用。通过研究大型钢结构平台吊装、安装工艺，提出新的改进方案，为未来核电大型钢结构平台施工提供参考。