核电站反应堆堆腔钢结构的施工方法

何云志

【摘要】本文主要阐述了钢结构安装的施工方法，以核电站反应堆堆腔钢结构为例，通过对堆腔钢结构的施工流程、施工方法及步骤、质量控制措施等进行分析总结，为后续类似钢结构施工提供了有力支撑。

【关键词】核电站;堆腔钢结构;施工方法

1、引言

反应堆堆腔钢结构作为我们完全自主三代核电——ACP1000堆型核电站的主要钢结构，其重要性不言而喻，通过对堆腔钢结构的设计图纸和规范标准进行分析研究，制定了合理的施工流程，采取有效的施工方法和可靠的施工过程控制措施，确保堆腔钢结构施工的完工质量满足设计规范标准的要求。

2、工程概况

反应堆堆腔钢结构位于堆腔换料水池的底部，用于承托换料水池底部不锈钢覆面，以及用于承托底板内灌注的防中子用褐铁矿混凝土。反应堆堆腔钢结构主要由15个支承托架、位于托架之间的底部钢板以及位于托架端部的4段环梁组成，还包括8个测量小室衬套密封钢环及测量小室衬套的调节螺栓。每个托架通过8组双头螺杆与堆腔内壁的预埋件固定，螺栓紧固完成后，还需进行焊接固定;环梁支承与托架端头，通过6组双头螺杆固定。

3、施工流程

测量放线定位—→临时支撑—→托架安装及调整—→套筒螺栓固定—→环梁就位及调整—→环梁螺栓固定—→整体尺寸调整—→螺栓张拉并焊接—→底板实际尺寸放线测量—→底板加工—→支撑板、底板、隔板及圆环板的组对、焊接—→无损检测。

4、施工方法及步骤

堆腔钢结构由15个固在预埋板上的托架组成，预埋板环绕反应堆堆腔布置，预埋在一次浇注的混凝土里，利用塔吊以及小推车将托架及环梁倒运至反应堆厂房内，依次将托架与预埋板通过螺栓连接，托架固定后在端部安装4个支承环梁，环梁固定后安装底板及隔板等剩余物项。

4.1 15个托架安装

根据反应堆堆腔钢结构平面布置图，在环绕反应堆布置的预埋板环向放出托架的定位标高线以及中心线，作为托架安装的基准线。测量取基准点时，需与安装协调使用相同基准点，避免因基准点误差造成的不必要的安装问题。在每个托架位置上安装临时支架和调节标高用的千斤顶，然后将托架按编号依次倒运就位，调整每个托架位置，使托架上的定位线与预埋板上定位基准线重合，对应的螺栓孔对齐，将螺栓穿过托架拧入埋件在混凝土中的套筒里。上述工作完成后，校核托架的位置和标高，当满足设计要求后，沿每个托架的轴线方向紧固螺母，螺栓施加力时按孔的中轴线从中间向两侧、从下向上逐个拧紧，所有预应力螺栓紧固后焊接固定。为避免焊接对螺母造成损坏，在螺母一侧增加角钢，将角钢与底部垫板焊接固定，防止螺母松动。安装完成后，经检查无误后，沿轴线向两侧对称施焊固定支架。

4.2 环梁安装

根据图纸进行测量放线，定位各环梁的安装位置，调整标高及半径，准确定位后穿入双头螺栓固定，然后进行环梁间的拼接焊缝施工。

4.3 底板、加劲板及圆环板安装

托架和环梁安装完成后，将弧形方钢焊接在环绕反应堆布置的预埋板上，作为底板安装的支撑，该焊缝要求分段施焊。通过实测托架间底板的尺寸，进行加工制作底板构件，运至现场后，底部钢板依次安装，组对焊接。然后进行测量小室的放线，经检查合格后，进行现场切割以及圆环板和加劲板的组对和焊接。

4.4 焊接施工

施焊前，要确保焊接工艺能够有效指导施工，焊接操作人员具备相应资格，焊接设备中测量仪器、仪表等标定有效，钢材、焊材复验合格，其他机具、设备、材料等满足要求。

环梁拼接前，对安装好的托架和环梁进行尺寸检查和水平度测量，当满设计要求时方可进行焊接。另外，对坡口表面及组对间隙进行检查，保证坡口表面无夹渣、分层、裂纹等缺陷，坡口表面硬化层要磨除干净。在环梁半径满足设计要求的前提下，间隙过小可用磨光机进行打磨;间隙过大，考虑增加焊量，但要控制热输入，保证变形在允许范围内。环梁拼接焊缝的等级为A级，第一层打完底后需进行PT检验，检验合格后方可进行后续焊接，焊后24h进行100%UT检测。为防止错边和过量收缩导致径向及周向尺寸不满足精度要求，采用靠板进行拼接焊缝加固。结合实际板厚及材质，焊接时原则上要一次性焊完，若中途停止再焊时，需将待焊区加热到不小于125℃后方可继续施焊。其余构件连接均为角焊缝，焊前用钢丝刷将待焊区域的构件表面清理干净，焊脚满足图纸要求，焊后进行100%VT和100%PT检测。

对于长焊缝，焊接时要注意从中间向两端分段退焊，每段不大于500mm。焊接底板加劲肋时，先焊接短焊缝，再焊长焊缝，同时用靠板加固。另外，考慮环梁与堆芯压力容器的距离很小，焊接托架和环梁时，为预防径向的不对称收缩导致环梁碰撞压力容器，需要多名焊工同时对称施焊，保持电流及焊速基本一致，保证不对称或收缩力较大的焊缝能够自由收缩，从而不影响整体结构尺寸，有效控制堆腔钢结构的焊接变形。

4.5 变形校正

车间加工制作底板以及现场安装过程中，如果产生较大的焊接变形，可采取机械或火焰校正的方法进行校正，火焰校正的加热温度不能超过600℃。

4.6 施工中注意事项

堆芯已安装压力容器设备，在进行安装及打磨作业时需对设备进行保护，避免出现磕碰损坏设备。在构件调整时，禁止踩踏压力容器及主管道。焊接作业时，对压力容器及管道外部的保护层上铺设防火布，避免因焊接飞溅到保护层上引起火灾。

5、质量控制措施

所有参与人员必须熟知施工工艺，持证上岗，熟悉图纸和相关的技术文件、规范标准，了解该工程的工艺及质量要求，制定出可操作性的施工方案和质量保证措施。严格按照工艺要求施焊，保证焊接质量，控制焊接变形;及时按照焊缝等级要求进行焊缝检验。

严格跟踪控制施工工序，上道工序检查合格后方可下道工序的施工。托架及环梁紧固用螺杆在倒运及使用过程中要对螺纹进行保护，套筒外面螺纹需包裹，避免磕碰螺纹。堆腔钢结构几何尺寸允许偏差：堆腔基础连接支撑板的标高为±5mm;托架的环向位置公差为±15mm。

结论：

通过工程实践，该核电站反应堆堆腔钢结构的施工过程得到了有效控制，完工后的堆腔钢结构的施工质量，满足设计规范和标准要求。

参考文献：

[1]常翔涛.堆腔钢结构的预制及安装.城市建设理论研究（电子版）.2014（19）

[2]陈雷，高战超.核电堆腔钢结构及不锈钢水池施工逻辑优化研究.中国战略新兴产业.2018

[3]GB50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范