核电站非能动水箱模块化施工技术*

刘贵川，刘 军，汪宇雄，曲殿英，李 求

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概况

HPR华龙一号核电站BRX反应堆厂房非能动水箱悬挂于外安全壳外侧(见图1)，并按环向布置，属于二次侧非能动余热排出系统，其功能为在发生全厂断电事故时，降低一回路的温度和压力，是核安全屏障的重要组成部分。该水箱理论存水量约3 300m3，能够满足事故后72h一回路热量排出要求。

非能动水箱内部不锈钢钢覆面工程量约250t，该领域钢覆面通常采用后贴工艺，结构施工完毕后，首先对钢覆面铺贴结构面进行凿毛、清理、安装后贴钢覆面龙骨、抹灰，待抹灰面养护完成后进行钢覆面后贴，施工期间需大量动火作业和探伤作业。首次采用模块化工艺，将非能动水箱不锈钢后贴钢覆面分割为20个不锈钢模块，单个模块尺寸为8.25m(7.35m)×2.85m×6.9m(长×宽×高)，单重约11t，内部防变形支撑约5t，模块之间设置混凝土分隔墙，通过上、下连通管连通，如图2所示。模块可提前按计划预制，现场吊装，然后施工剩余结构。不锈钢模块同时作为水箱墙体及安全壳墙体内侧模板，在水箱底板施工并达设计强度后吊装，其底部与水箱底板之间填充灌浆料。

模块化工艺相比传统工艺节省了不锈钢后贴钢覆面施工等待时间，可缩短5～6个月工期，可创造良好的经济效益，但仍存在模块变形量大、模板难以加固等问题，本文主要针对该类问题进行研究。

2 研究方法

2.1 不锈钢模块超差风险研究

在混凝土浇筑阶段，不锈钢模块作为水箱墙体内侧模板，将直接承受混凝土浇筑过程产生的侧压力。同时，混凝土浇筑过程中，模块四周混凝土面存在一定高差，从而产生方向不确定的浮力。模块在侧压力和浮力作用下可产生扭曲变形，存在局部变形超差和位移超差风险。

墙体混凝土浇筑前，使用灌浆料填充模块底部与结构底板之间的缝隙，研究底部灌浆对不锈钢模块底板变形的影响。

墙体混凝土浇筑过程中，研究混凝土浇筑速度对模块壁板变形的影响，通过精准传感器实时监测模块壁板变形情况，动态调整混凝土浇筑速度。

墙体混凝土浇筑完成后，通过对比混凝土浇筑前、后模块顶部测点坐标，研究墙体混凝土浇筑对模块偏移的影响。

2.2 墙外侧大模板位移超差风险研究

在混凝土浇筑阶段，墙外侧使用钢木大模板，通过对拉方式与内侧模块对拉，由于模块发生位移及变形，可能使与之对拉的大模板出现类似位移风险，本文通过对比混凝土浇筑前、后大模板顶部测点坐标变化，研究墙体混凝土浇筑、模块变形等对大模板整体稳定性及位移的影响。

3 模拟施工

3.1 模拟件组成

模拟选取非能动水箱结构的一段，包括1个不锈钢模块、模块四周墙体等(见图3)，进行1∶1模拟施工研究。不锈钢模块内部根据其背楞分布，设置防变形支撑(见图4)。模块外侧部分背楞开孔，用于后续与外环墙大模板对拉。

非能动水箱模拟施工主要流程为：非能动水箱底板施工及处理→不锈钢模块吊装→不锈钢模块底部灌浆→非能动水箱墙体(包括外壳墙)施工→非能动水箱顶板施工→不锈钢模块内部架体拆除。

3.2 施工要点

1)底板灌浆

根据设计图纸，单个模块底部灌浆长约8.5m、宽约3.1m、厚约135mm，灌浆面积及灌浆量均较大，模拟施工从缩小灌浆区域及调整灌浆厚度方面进行优化，同时在灌浆层外侧设冠梁，免去后续外侧支模。

针对灌浆区域尺寸，充分利用模块底部径向槽钢形成分格区域，模块吊装后，模块底部径向背楞之间形成独立灌浆区域，可将单次灌浆区域尺寸缩小至约0.8m×3.1m。

根据灌浆厚度，单个模块整体灌浆可分两阶段进行，第1阶段为模块吊装前，浇筑1层厚约60mm同强度混凝土或砂浆，表面进行适当拉毛处理；第2阶段为不锈钢模块吊装后，按分格区域进行剩余约75mm厚灌浆。

2)模块与墙体外侧大模板对拉加固

墙体外侧使用钢木大模板，内侧直接使用不锈钢模块作为侧模，内、外侧模板通过高强对拉螺栓对拉。

3)墙体混凝土浇筑

墙体混凝土沿不锈钢模块顺时针方向环形浇筑，四面墙体混凝土相对高差控制在500mm以内。混凝土浇筑速度随变形控制需求随时调整，并记录。

4 结果分析

4.1 不锈钢模块底部灌浆对底板变形的影响

不锈钢模块底部灌浆完成后，模块底板出现局部凸起、空鼓现象。根据分析，采用重力式灌浆方案，灌浆压力较小，不足以使钢板产生较大变形或凸起。对于局部空鼓问题，灌浆完成后，灌浆料液面应在同一标高，空鼓应为底板本身向上凸起超过灌浆料液面标高所致。因此，经综合分析，应为模块预制时焊接变形较大，局部有凹凸，使灌浆后底板出现局部凸起、空鼓现象。

经现场实测，局部凸起最大值为22mm，小于设计允许变形值，可知灌浆对底板变形的影响可忽略。

4.2 混凝土浇筑过程对模块侧壁变形的影响

当第1层墙体混凝土未浇筑时，不锈钢模块四周未形成有效约束，模块变形或位移风险大。当第2层墙体混凝土浇筑时，第1层墙体混凝土强度已达设计强度，可有效约束不锈钢模块，模块变形或位移风险小。因此，仅采集第1层墙体混凝土浇筑时的相关数据。

混凝土浇筑过程中，将监测传感器安装在不锈钢模块侧壁上，通过数据线外接设备进行实时变形监测。当顶部、中部、底部监测点变形接近或超过变形预警值时，调低混凝土浇筑速度，以减小监测点实时变形，实测混凝土浇筑速度<1.0m/h。

由于混凝土浇筑过程中，水箱底部受混凝土挤压，会产生内缩变形，而中部测点处于混凝土浇筑面位置，受混凝土挤压作用较小，同时水箱底部的向内变形使水箱侧面产生翘曲，导致中部测点发生向外膨胀的变形，如图5所示。整个混凝土浇筑过程中模块侧壁位移变化量较小，最大位移为4.2mm，出现在侧壁中部，远小于设计允许值。

4.3 混凝土浇筑完成后模块整体偏移

将不锈钢模块顶部4个角点设为监测点(见图6)，使用全站仪测量混凝土浇筑前、后角点坐标，得到混凝土浇筑完成后模块整体偏移量，如图7所示。

当混凝土浇筑速度控制在<1.0m/h时，不锈钢模块整体偏移量最大值为6.7mm，不锈钢模块大致沿顺时针方向偏移，与混凝土浇筑方向基本一致，偏移量整体满足设计允许偏差要求。

4.4 混凝土浇筑完成后墙体外侧大模板稳定性及偏移

混凝土浇筑前，选取模板顶部16个点作为监测点(见图8)，使用全站仪测量混凝土浇筑前、后坐标，得到墙体外侧大模板偏移量，如图9所示。

混凝土浇筑过程中，墙体外侧大模板整体状态稳定，当混凝土浇筑速度控制在<1.0m/h时，监测点5，15处于不锈钢模块开孔位置，偏移量稍大，开孔位置为相邻模块连通管焊接管口，无须支设模板，因此不考虑该处偏移量；其余监测点混凝土浇筑前、后最大偏移量均<10mm，满足设计允许偏差要求，墙体外侧大模板偏移方向大致与不锈钢模块偏移方向一致。

5 结语

1)相比于传统工艺，模块化工艺将不锈钢后贴钢覆面优化为若干独立不锈钢模块，在混凝土浇筑前吊装，作为后续墙体混凝土浇筑时的侧模，省去墙体模板安拆和墙面凿毛、清理、抹灰等工序，减少了大量材料倒运，缩短了工期。

2)不锈钢模块底部灌浆按分层和分格施工，可有效保障灌浆质量，同时可有效控制模块底板变形。

3)不锈钢模块侧壁作为墙体内侧模板，通过与墙体外侧模板对拉加固后，确保混凝土浇筑时内、外侧形成对拉受力，可有效减小混凝土侧压力对模块侧壁变形的影响。根据实测，当混凝土浇筑速度<1.0m/h时，侧壁最大变形量<4.5mm，满足设计允许偏差要求。

4)根据实测，当混凝土浇筑速度<1.0m/h时，不锈钢模块水平方向最大偏移5.4mm，竖向最大偏移6.7mm，满足设计允许偏差要求。

5)墙体外侧大模板与内侧模块对拉加固，受模块偏移影响，大模板存在一定偏移，最大偏移量<10mm，满足设计允许偏差要求。