高温气冷堆核电站安全壳牛腿段墙体模块化建造方法.pdf

本发明涉及高温气冷堆核电站反应堆安全壳牛腿段墙体的模块化建造方法，属于核电工程建造技术领域。该方法包括将除了墙体混凝土之外的土建钢筋与安装部件制备成为一个基于钢结构的综合模块，该综合模块采用附加钢支撑结构的形式将牛腿段钢筋、屏蔽冷却水管道、蒸汽发生器承重支承组件、蒸汽发生器调整行轨、牛腿侧面与底部钢覆面整合为一个整体结构，从而实现将牛腿段墙体的施工全部外移至场外提前进行整体组装。本发明的牛腿段墙体采用模块化建造方法不仅解决了传统施工方法的施工困难、降低了施工安全风险，更为重要的是大为缩短了关键路径工期并保证了安全壳的工程质量。

1.  一种高温气冷堆核电站安全壳牛腿段墙体模块化建造方法，其特征在于，该方法包括将除了墙体混凝土之外的土建钢筋与安装部件制备成为一个基于钢结构的综合模块，该综合模块采用附加钢支撑结构的形式将牛腿段钢筋、屏蔽冷却水管道、蒸汽发生器承重支承组件、蒸汽发生器调整行轨、牛腿侧面与底部钢覆面整合为一个整体结构，从而实现将牛腿段墙体的施工全部外移至场外提前进行整体组装。

2.  如权利要求1所述方法，其特征在于，该方法包括牛腿段墙体模块的制作和牛腿段墙体的建造两部分，具体包括以下步骤：
1)牛腿段墙体模块的制作
(1-1)搭建模块制作钢平台：
根据施工总平面布置与选用吊车的性能，在牛腿段墙体的场外选择一个能满足多模块同时或连续施工的模块制作场地，在模块制作场地区域内搭建一个模块制作钢平台，用于牛腿段墙体模块的场外预制与组装；
(1-2)在钢平台上首先制作模块钢支撑结构：
模块钢支撑结构由设置在模块四周起主支撑作用的模块立柱、呈“田”字形结构的模块上部承重框架梁、呈“井”字结构的模块下部支承框架梁、上部承重框架梁与下部支承框架梁之间的模块中部剪刀撑、模块立柱上下部与牛腿内边缘中部的屏蔽冷却水管道固定梁、牛腿部位上下端固定钢筋用的钢筋固定梁组成；
首先在钢平台上使用测量仪器放出模块的十字中心控制线、标高控制线与立柱的柱脚定位线，然后按顺序完成模块立柱、屏蔽冷却水管道固定梁、模块上部承重框架梁、模块下部支承框架梁与模块中部剪刀撑的预制与组装；
(1-3)在钢支撑结构上安装蒸汽发生器承重支承组件与连接屏蔽冷却水管道：
按设计位置先在钢支撑结构上安装四组蒸汽发生器承重支承组件，然后安装与蒸汽发生器承重支承组件上端面接口相连的屏蔽冷却水管道；
其中：蒸汽发生器承重支承组件安装在牛腿上表面的四个对角，与牛腿上部设计位置平齐，通过辅助吊架与模块上部承重框架梁进行固定；屏蔽冷却水管道与蒸汽发生器承重支承组件上端面的预留接口焊接，固定在屏蔽冷却水管道固定梁上；
(1-4)在钢支撑结构上绑扎与固定牛腿段钢筋：
根据测量放出的定位轴线与标高控制线确定钢筋在钢支撑结构中的相对定位，按设计要求完成在相应位置的牛腿段钢筋的绑扎与固定；
钢筋绑扎完毕后在牛腿钢筋内部焊接上下层钢筋固定梁，并将牛腿段钢筋与钢筋固定梁牢固；
(1-5)安装屏蔽冷却水管道并引入蒸汽发生器调整行轨：
按设计间距沿牛腿段钢筋内边缘逐根敷设剩余的屏蔽冷却水管道，并将其与屏蔽冷却水管道固定梁固定；然后将位于两个牛腿上表面中间的两组蒸汽发生器调整行轨引入牛腿段钢筋中，调整至设计位置后通过型钢与模块中就近的钢筋固定梁固定；
(1-6)最后贴装牛腿侧面与底部钢覆面,完成牛腿段墙体模块制作：
钢覆面贴装为牛腿段墙体模块的制作的最后一道工序，钢覆面贴装时划分为若干个拼装单元并提前焊接好锚筋，逐片按顺序完成贴装，各个拼装单元间使用间断焊连为一体。
2)牛腿段墙体的建造
(2-1)在舱室混凝土墙体上埋设预埋板或预埋立柱：
当蒸汽发生器舱室墙体施工至模块预定的安装标高时，根据模块立柱在舱室墙体上的安装定位提前在下段墙体的上表面埋设一圈用于焊接固定牛腿段墙体模块的预埋板或预埋立柱；
(2-2)利用大型吊车将牛腿段墙体模块吊装进舱室：
当蒸汽发生器舱室墙体混凝土强度满足牛腿段墙体模块荷载要求时，利用大型吊车将牛腿段墙体模块从场外模块制作钢平台吊装进舱室，调整至设计位置后将牛腿段墙体模块的立柱与预埋板或预埋立柱焊接固定；
(2-3)组焊牛腿段墙体模块中屏蔽冷却水管道下端接口：
完成牛腿段墙体模块中屏蔽冷却水管道下端管口与舱室墙体中预埋屏蔽冷水管道管口的接口焊接，牛腿段墙体模块安装完毕；
(2-4)浇筑牛腿段墙体混凝土并切除墙体外露的钢结构：
支设牛腿段墙体内、外侧施工模板并浇筑混凝土，当施工模板拆除后切除外露在舱室内部的模块上部承重梁、模块下部支承梁与模块中部剪刀撑的墙体外露部分，完成牛腿段墙体施工。

高温气冷堆核电站安全壳牛腿段墙体模块化建造方法
技术领域
本发明属于核电工程建造技术领域，特别针对高温气冷堆核电站反应堆安全壳牛腿段墙体的模块化建造技术与工艺。
背景技术
高温气冷堆是我国拥有自主知识产权、具有第四代技术特征的先进核能技术，具有固有安全特性，应用领域广泛，商业化前景非常广阔，高温气冷堆核电站示范工程作为十六个国家科技重大专项之一计划于2017年前后建成。高温气冷堆核电站反应堆安全壳是一回路系统的重要安全屏障，土建、安装施工的难点集中，成为影响整个核电站建造进度的关键路径。研究如何缩短反应堆安全壳的建造工期并提高其建造质量，对于提高高温气冷堆核电站的工程建造水平与市场竞争力具有重要意义。
反应堆安全壳牛腿段墙体(简称“牛腿段墙体”)是指位于反应堆安全壳蒸汽发生器舱室中部包括蒸汽发生器设备牛腿在内的一段舱室墙体，呈悬挑钢筋混凝土结构，如图1所示，由蒸汽发生器舱室墙体01、设置在舱室墙体腔内的两个牛腿02、在舱室墙体壁内埋设的屏蔽冷却水管道03、对称设置在两个牛腿上表面的四组蒸汽发生器承重支承组件04和两组蒸汽发生器调整行轨05以及设置在牛腿外侧与底面的钢覆面06组成。其作用是支撑与固定蒸汽发生器设备。牛腿段墙体结构受力复杂、钢筋极其密集且其表面及内部预埋了大量设施。由于牛腿段墙体土建结构工程与安装工程错综复杂加上舱室内作业空间受限，因而成为整个安全壳土建阶段施工技术最复杂、施工难度最大的部位，同时也成为整个核电项目建造工期的关键路径。
牛腿段墙体传统的建造方法是将其所有的施工工序与施工活动集中在舱室内完成，其主要步骤如下：
(1)舱室墙体混凝土浇筑至牛腿段下端标高时，在舱室内部搭设支撑牛腿钢筋及混凝土重量的脚手架或钢结构支撑架；
(2)绑扎墙体与牛腿钢筋，适时在钢筋绑扎过程中穿插安装屏蔽冷却水系统管道与蒸汽发生器承重支承组件；
(3)安装蒸汽发生器调整导轨与牛腿钢覆面；
(4)支设牛腿段墙体施工内、外侧模板；
(5)最后浇筑牛腿段墙体混凝土，形成牛腿段墙体结构。
传统的建造方法全部集中在安全壳施工现场，使得核电项目建造关键路径工期大为增加，并且具有较大的质量隐患与安全风险。
发明内容
本发明为克服已有技术的不足之处，提出了一种反应堆安全壳牛腿段墙体的模块化建造方法，本发明的牛腿段墙体采用模块化建造方法不仅解决了传统施工方法的施工困难、降低了施工安全风险，更为重要的是大为缩短了关键路径工期并保证了安全壳的工程质量。
本发明提出的一种高温气冷堆核电站安全壳牛腿段墙体模块化建造方法，其特征在于，
该方法将除了墙体混凝土之外的土建钢筋与安装部件制备成为一个基于钢结构的综合模块，该综合模块采用附加钢支撑结构的形式将牛腿段钢筋、屏蔽冷却水管道、蒸汽发生器承重支承组件、蒸汽发生器调整行轨、牛腿侧面与底部钢覆面整合为一个整体结构，从而实现将牛腿段墙体的施工全部外移至场外提前进行整体组装。
该方法包括牛腿段墙体模块的制作和牛腿段墙体的建造两部分，具体包括以下步骤：
1)牛腿段墙体模块的制作
(1-1)搭建模块制作钢平台：
根据施工总平面布置与选用吊车的性能，在牛腿段墙体的场外选择一个能满足多模块同时或连续施工的模块制作场地，在模块制作场地区域内搭建一个模块制作钢平台，用于牛腿段墙体模块的场外预制与组装；
(1-2)在钢平台上首先制作模块钢支撑结构：
模块钢支撑结构由设置在模块四周起主支撑作用的模块立柱、呈“田”字形结构的模块上部承重框架梁、呈“井”字结构的模块下部支承框架梁、上部承重框架梁与下部支承框架梁之间的模块中部剪刀撑、模块立柱上下部与牛腿内边缘中部的屏蔽冷却水管道固定梁、牛腿部位上下端固定钢筋用的钢筋固定梁组成；
首先在钢平台上使用测量仪器放出模块的十字中心控制线、标高控制线与立柱的柱脚定位线，然后按顺序完成模块立柱、屏蔽冷却水管道固定梁、模块上部承重框架梁、模块下部支承框架梁与模块中部剪刀撑的预制与组装；
(1-3)在钢支撑结构上安装蒸汽发生器承重支承组件与连接屏蔽冷却水管道：
按设计位置先在钢支撑结构上安装四组蒸汽发生器承重支承组件，然后安装与蒸汽发生器承重支承组件上端面接口相连的屏蔽冷却水管道；
其中：蒸汽发生器承重支承组件安装在牛腿上表面的四个对角，与牛腿上部设计位置平齐，通过辅助吊架与模块上部承重框架梁进行固定；屏蔽冷却水管道与蒸汽发生器承重 支承组件上端面的预留接口焊接，固定在屏蔽冷却水管道固定梁上；
(1-4)在钢支撑结构上绑扎与固定牛腿段钢筋：
根据测量放出的定位轴线与标高控制线确定钢筋在钢支撑结构中的相对定位，按设计要求完成在相应位置的牛腿段钢筋的绑扎与固定；
钢筋绑扎完毕后在牛腿钢筋内部焊接上下层钢筋固定梁，并将牛腿段钢筋与钢筋固定梁牢固；
(1-5)安装屏蔽冷却水管道并引入蒸汽发生器调整行轨：
按设计间距沿牛腿段钢筋内边缘逐根敷设剩余的屏蔽冷却水管道，并将其与屏蔽冷却水管道固定梁固定；然后将位于两个牛腿上表面中间的两组蒸汽发生器调整行轨引入牛腿段钢筋中，调整至设计位置后通过型钢与模块中就近的钢筋固定梁固定；
(1-6)最后贴装牛腿侧面与底部钢覆面,完成牛腿段墙体模块制作：
钢覆面贴装为牛腿段墙体模块的制作的最后一道工序，钢覆面贴装时划分为若干个拼装单元并提前焊接好锚筋，逐片按顺序完成贴装，各个拼装单元间使用间断焊连为一体。
2)牛腿段墙体的建造
(2-1)在舱室混凝土墙体上埋设预埋板或预埋立柱：
当蒸汽发生器舱室墙体施工至模块预定的安装标高时，根据模块立柱在舱室墙体上的安装定位提前在下段墙体的上表面埋设一圈用于焊接固定牛腿段墙体模块的预埋板或预埋立柱；
(2-2)利用大型吊车将牛腿段墙体模块吊装进舱室：
当蒸汽发生器舱室墙体混凝土强度满足牛腿段墙体模块荷载要求时，利用大型吊车将牛腿段墙体模块从场外模块制作钢平台吊装进舱室，调整至设计位置后将牛腿段墙体模块的立柱与预埋板或预埋立柱焊接固定；
(2-3)组焊牛腿段墙体模块中屏蔽冷却水管道下端接口：
完成牛腿段墙体模块中屏蔽冷却水管道下端管口与舱室墙体中预埋屏蔽冷水管道管口的接口焊接，牛腿段墙体模块安装完毕；
(2-4)浇筑牛腿段墙体混凝土并切除墙体外露的钢结构：
支设牛腿段墙体内、外侧施工模板并浇筑混凝土，当施工模板拆除后切除外露在舱室内部的模块上部承重梁、模块下部支承梁与模块中部剪刀撑的墙体外露部分，完成牛腿段墙体施工。
本发明的特点及有益效果：
本发明将牛腿段墙体施工由传统建造方法改变为模块化建造方法。其模块化方法采用附加钢支撑结构的形式将牛腿段钢筋、屏蔽冷却水管道、蒸汽发生器承重支承组件、蒸汽 发生器调整行轨、牛腿侧面与底部钢覆面整合为一个整体结构，形成一个基于钢结构的综合模块，从而实现将牛腿段墙体的施工全部外移至场外提前进行整体组装。
本发明采用模块化技术以及带来的并行施工使得安全壳牛腿段墙体施工难度降低、施工作业环境改善、安全风险大为降低和关键路径工期缩短明显。本发明对提高我国核电工程的建造水平与高温气冷堆核电的经济性，推动高温气冷堆重大科技专项的实施与商业化推广具有重要意义。
附图说明
图1为反应堆安全壳牛腿段墙体结构示意图。
图2为本发明在模块制作钢平台上首先制作模块钢支撑结构示意图。
图3为本发明在钢支撑结构上安装蒸汽发生器承重支承组件与连接屏蔽冷却水管道示意图。
图4为本发明在钢支撑结构上绑扎与固定牛腿段钢筋示意图。
图5为本发明安装屏蔽冷却水管道并引入蒸汽发生器调整行轨示意图。
图6为本发明最后贴装牛腿侧面与底部钢覆面示意图。
图7为本发明牛腿段墙体模块吊装进舱室后安装示意图。
图1～图7中：01-舱室墙体，02-两个牛腿，03-屏蔽冷却水管道，04-四组蒸汽发生器承重支承组件，05-两组蒸汽发生器调整行轨，06牛腿侧面与底部钢覆面，1-模块立柱，2-模块上部承重框架梁，3-模块下部支承框架梁，4-模块中部剪刀撑，5-屏蔽冷却水管道固定梁，6-钢筋固定梁，7-牛腿段钢筋，8-模块制作钢平台，9-预埋板或预埋立柱。
具体实施方式
本发明提出的牛腿段墙体的模块化建造方法，其特征在于，该方法包括牛腿段墙体模块的制作和牛腿段墙体的建造两部分，具体实施包括以下步骤：
1)牛腿段墙体模块的制作
牛腿段墙体模块的制作，在场外模块制作钢平台上完成(见图2～图6)
(1-1)搭建模块制作钢平台：
根据施工总平面布置与选用吊车的性能，在牛腿段墙体的场外选择一个能满足多模块同时或连续施工的模块制作场地，在模块制作场地区域内搭建一个模块制作钢平台8，用于牛腿段墙体模块的场外预制与组装。
(1-2)在钢平台上首先制作模块钢支撑结构：
模块钢支撑结构如图2所示，由设置在模块四周起主支撑作用的模块立柱1、呈“田” 字形结构的模块上部承重框架梁2、呈“井”字结构的模块下部支承框架梁3、上部承重框架梁与下部支承框架梁之间的模块中部剪刀撑4、模块立柱上下部与牛腿内边缘中部的屏蔽冷却水管道固定梁5、牛腿部位上下端固定钢筋用的钢筋固定梁6(钢筋固定梁6的安装见步骤(1-4)，图4)组成。
模块钢支撑结构的制作时，首先在钢平台上使用测量仪器放出模块的十字中心控制线、标高控制线与立柱1的柱脚定位线，然后按顺序完成模块立柱1、屏蔽冷却水管道固定梁5、模块上部承重框架梁2、模块下部支承框架梁3与模块中部剪刀撑4的预制与组装。立柱1与钢平台临时点焊固定，其余部件间的连接全部为焊接。
(1-3)在钢支撑结构上安装蒸汽发生器承重支承组件与连接屏蔽冷却水管道：
如图3所示，钢支撑结构组装完成后，按设计位置先在钢支撑结构上安装四组蒸汽发生器承重支承组件04，然后安装与蒸汽发生器承重支承组件04上端面接口相连的屏蔽冷却水管道03。
其中：蒸汽发生器承重支承组件04安装在牛腿上表面的四个对角，与牛腿上部设计位置平齐，通过辅助吊架与模块上部承重框架梁2进行固定；屏蔽冷却水管道03与蒸汽发生器承重支承组件04上端面的预留接口焊接，通过U型管卡固定在屏蔽冷却水管道固定梁5上。
(1-4)在钢支撑结构上绑扎与固定牛腿段钢筋：
如图4所示，根据测量放出的定位轴线与标高控制线确定钢筋在钢支撑结构中的相对定位，按设计要求完成在相应位置的牛腿段钢筋7的绑扎与固定。
钢筋绑扎时需临时搭设脚手架进行支撑，钢筋绑扎完毕后在牛腿钢筋内部焊接上下层钢筋固定梁6，并使用U型卡将牛腿段钢筋7与钢筋固定梁6通过“上托、下吊”的形式固定牢固。
(1-5)安装屏蔽冷却水管道并引入蒸汽发生器调整行轨：
如图5所示，按设计间距沿牛腿段钢筋7内边缘逐根敷设剩余的屏蔽冷却水管道03，并使用U型卡将其与屏蔽冷却水管道固定梁5固定；然后将位于两个牛腿上表面中间的两组蒸汽发生器调整行轨05引入牛腿段钢筋7中，调整至设计位置后通过型钢与模块中就近的钢筋固定梁6固定。
(1-6)最后贴装牛腿侧面与底部钢覆面,完成牛腿段墙体模块制作：
如图6所示，模块制作的最后一道组装工序为贴装牛腿侧面与底部钢覆面06。钢覆面贴装时需划分为若干个拼装单元并提前焊接好锚筋，逐片按顺序完成贴装，各个拼装单元间使用间断焊连为一体。
模块制作完毕后，要对其整体尺寸与安装偏差进行整体验收，确认模块制作质量符合 设计与规范与设计要求。
2)牛腿段墙体的建造
牛腿段墙体模块制作完成后，即可进行牛腿段墙体的建造，如图7所示。
(2-1)在舱室混凝土墙体上埋设预埋板或预埋立柱：
蒸汽发生器舱室墙体混凝土浇筑至牛腿段墙体模块预定的安装标高时，根据模块立柱1在舱室墙体上的安装定位提前在下段墙体的上表面埋设一圈用于焊接固定牛腿段墙体模块的预埋板或预埋立柱9。
(2-2)利用大型吊车将牛腿段墙体模块吊装进舱室：
当蒸汽发生器舱室墙体混凝土强度满足牛腿段墙体模块荷载要求时，利用大型吊车将场外完成制作的牛腿段墙体模块从模块制作钢平台8吊装进舱室，调整至设计位置后将牛腿段墙体模块的立柱1与预埋板或预埋立柱9焊接固定。
(2-3)组焊牛腿段墙体模块中屏蔽冷却水管道下端接口：
完成牛腿段墙体模块中屏蔽冷却水管道03下端管口与舱室墙体中预埋屏蔽冷水管道管口的接口焊接，牛腿段墙体模块安装完毕。
(2-4)浇筑牛腿段墙体混凝土并切除墙体外露的钢结构，完成牛腿段墙体建造：
支设牛腿段墙体内、外侧施工模板并浇筑混凝土，当施工模板拆除后切除外露在舱室内部的模块上部承重梁2、模块下部支承梁3与模块中部剪刀撑4的墙体外露部分，完成牛腿段墙体施工，最终形成如图1所示的牛腿段墙体结构。
目前，世界范围内核电工程模块化建造技术的研究与应用方兴未艾，实践证明模块化建造技术的对于缩短建造工期、提高建造质量效果明显，因此，在高温气冷堆核电反应堆安全壳牛腿段施工中采用模块化建造技术成为解决上述问题的有效途径。
目前，反应堆安全壳牛腿段综合模块已在高温气冷堆核电示范工程中得以实施并成功应用，模块化技术以及带来的并行工程使得安全壳牛腿段施工难度降低、施工作业环境改善、安全风险大为降低和关键路径工期缩短明显。该发明对提高我国核电工程的建造水平与高温气冷堆核电的经济性，以及推动高温气冷堆重大科技专项的实施与商业化推广具有重要意义。