核岛外穹顶钢模板对造价的影响

薛梦璇XUE Meng-xuan；赵思思ZHAO Si-si

（中国核电工程有限公司，北京 100080）

0 引言

研究背景：

华龙一号反应堆厂房外层安全壳筒体上方的穹顶为扁球形钢筋混凝土结构，半径较长，穹顶厚度约为2 米，混凝土浇筑量庞大。原有外壳穹顶施工方案是在内层安全壳顶部支设脚手架作为混凝土模板支撑，而内壳为预应力混凝土结构，在内壳穹顶上支撑脚手架，会影响内壳预应力张拉及安全壳打压试验等工作的开展，且外壳穹顶脚手架的现场搭设也要占用较长工期，上述各种因素会影响整个项目的进展周期。此外，内外壳之间空间相对比较紧凑，模板支撑脚手架施工作业不太方便，且属于高空作业，存在一定的危险性，因此，技术人员需要针对此情况进行改进和优化。

研究目的与研究意义：

通过研究现有穹顶的结构方案，技术人员设计了一种新型的可以整体吊装的外壳穹顶混凝土浇筑用钢模板，避免现场脚手架的搭设，以提高安全性，并且达到工期优化目的。在本文中将外壳穹顶施工用钢模板简称为“钢模板”，钢模板的研究结果已应用于华龙一号机组，这进一步提升了华龙机型的创新性和竞争力，下文对钢模板的优化设计及其对造价的影响进行分析，为后续华龙机型的造价研究提供了参考。

1 钢模板方案的提出与优势

1.1 钢模板支撑体系设计

在福清5 号机组中，外壳穹顶混凝土采用整圈分段浇筑方式施工，需在内层安全壳顶部支设脚手架，占用了较长工期，高空作业也存在一定的危险性。技术人员对此进行研究，提出了三种改进方案：钢结构网架（网壳）方案、钢板混凝土结构方案、钢衬里方案，并进行了论证分析。

1.1.1 钢结构网架（网壳）方案

根据外壳穹顶的形状，可考虑的网壳类型应为类似球面网壳形式，如图1 所示。

通过对球面壳整体吊装的可行性、网架承受一定厚度混凝土载荷的可行性、后续可拆卸及重复使用的可行性等进行分析后，技术人员认为球面网壳整体吊装没有问题，但以往网壳结构都是轻质屋面，如果需要承受混凝土载荷，网壳也会承受较大的荷载，要承受这种荷载只能采用双层球面壳，杆件截面会很大，整个网壳会非常粗大笨重，网壳结构的拆卸也需要较大的空间，且拆卸往往是破坏性的，所以不宜采用网壳结构。

1.1.2 钢板混凝土结构

从结构角度，采用单侧钢板混凝土结构（如图2）应该是可行的。

图2 典型钢板混凝土楼板模块

但若采用环形加劲肋与径向加劲肋相互交叉布置方案，需考虑以下几个问题：在结构选型阶段，《核电站钢板混凝土结构技术标准》尚未发布，缺少国内相关规范作为设计依据，也没有钢板混凝土穹顶设计施工先例可供参考；钢板混凝土穹顶的抗大飞机撞击计算可能会有问题；钢板相对较厚，综合考虑栓钉及纵横加劲肋后，重量恐怕难以满足整体吊装的要求等等。因此，钢板混凝土结构也不是较佳的解决方案。

1.1.3 钢衬里方案

该方案可参考现有的内层安全壳穹顶钢衬里方案，钢衬里仅作为混凝土浇筑模板使用，不作为结构承重构件考虑，仅考虑施工荷载。采用环形加劲肋与径向加劲肋相互交叉布置方案，无论是设计还是施工，技术都较为成熟，经验较为丰富，初步判断该方案较为可行，根据现有起吊设备，现场能够实现整体吊装，但拆卸不可行。因此在综合考虑施工可行性、技术成熟度及工期要求等因素后，选取钢衬里方案进行进一步分析。

1.2 钢模板的优势

原方案需在内层安全壳顶部支设脚手架作为混凝土模板支撑，而内壳为预应力混凝土结构，在内壳穹顶上支撑脚手架，会影响内壳预应力张拉及安全壳打压试验等工作的开展，且外壳穹顶脚手架的现场搭设也要占用较长工期，会影响整个项目的进展周期，而且高空作业也存在一定的危险性。

钢模板方案避免了现场脚手架的搭设，这可以提高安全性，并且达到工期优化目的。除此之外，外穹顶钢模板还可避免因材料倒运而留设二次浇筑孔洞，更好地保证外壳施工质量；避免了脚手架搭拆、模板转运及支设作业，提高了施工安全性；优化了双壳间的施工环境；解除了外穹顶对内安全壳打压的影响，施工安排更加灵活，相比原设计方案具备明显的优势。

2 钢模板对造价的影响

2.1 造价直接影响

首先考虑使用钢模板发生的造价，包括钢模板的制作、安装、拼装等部分的造价。

钢模板作为一种新的设计形式，暂时没有专门的定额子项参考，其造价的确定需参照类似结构形式的项目执行，因此该部分造价可能会根据所选参照依据的不同而表现出差异，下面会对此进行具体分析。

2.1.1 参照钢衬里内穹顶

外穹顶钢模板参考钢衬里内穹顶的定额（核18 定额）的主要原因是，二者的扁球形的结构形式是相似的，不同之处在于内穹顶是完整封闭的，而外穹顶钢模板只有上半部分，另外，内穹顶的材料中最主要的材料是核容板，而外穹顶钢模板只需普通型钢即可，核容板的级别和价格都远远超过Q235 钢材，因此，我们在参照内穹顶定额价时，将材料进行了替换，替换前的定额水平见表1，替换后的价格为4.2 万元/t 左右，考虑取费之后的全费用为5.5 万元/t左右，此价格较高，超出了造价人员的现有认知。

表1 核18 定额钢衬里内穹顶子目定额价

2.1.2 参考一般钢结构

由于外穹顶钢模板的主要材料是型钢，结构特征也属于钢结构，符合钢结构的定义，因此可参照一般钢结构的定额进行定价，综合考虑后相关专家认为参照钢支架的定价比较合理，大概为1.5 万元/t 左右，考虑取费之后的全费用为2 万元/t 左右，该价格与参照穹顶的价格差异较大，主要材料差异对比可见表2，从整体上看，穹顶的型钢、焊条、氧气等主要材料消耗量更多一点。

表2 钢支架与穹顶主要材料差异

2.1.3 参考免模免撑技术

免模免撑技术是一种新的技术形式，图3 是压型钢板底模形式，其特点是在施工中无需采用传统模板和大量临时支撑，与钢模板的设计理念比较相似，因此也可以参照免模免撑技术的造价。根据相关资料，压型钢板结构形式的造价全费用指标约为2100 元/m2，将上述参考内穹顶与钢结构的造价指标进行单位换算后分别为8000 元/m2和2900 元/m2左右，相对来说，参照免模免撑技术确定的造价水平最低。

图3 压型钢板底模结构形式示意图

根据技术要求，钢模板的设计标准低于穹顶，高于钢结构，故其造价指标应介于穹顶与钢结构之间，经计算，使用钢模板发生的造价应在900～2400 万元之间。

另外，还需考虑使用穹顶钢模板后减少的造价，原有外壳穹顶施工方案是在内层安全壳顶部支设脚手架作为混凝土模板支撑，使用钢模板后不再需要支设脚手架，这部分的造价即可免除，主要有外穹顶内侧模板的制作、安装，拆除及支撑的相关费用，包括脚手架及人工，根据相关资料，这部分节省的造价大概在300 万左右，综合来看，使用钢模板增加的造价大约在600～2100 万元之间。

2.2 工期间接影响

根据原方案，外穹顶施工需要先从内安全壳穹顶搭设脚手架，支设模板，在外穹顶混凝土完成后，再拆除脚手架和模板。根据进度计划安排，安全壳打压试验与外穹顶混凝土施工时间窗口重叠，而安全壳打压试验时安全壳外侧不能有刚性连接，且内、外壳间要保持微负压。所以，在外穹顶混凝土完成且脚手架拆除前，安全壳打压试验无法实施。

采用外穹顶钢模板方案，可以取消脚手架的搭设，在浇筑一段混凝土后，内、外壳间即可形成微负压。与原方案对比，消除了对安全壳打压试验的影响，可以提前约8 个月具备安全壳打压试验条件，可带来一定的经济效益。

3 成果应用与造价建议

3.1 钢模板的应用与问题

钢模板的研究成果已应用于福清核电项目6 号机组和漳州核电项目1、2 号机组，并可在后续华龙一号机组以及其他核电机组建设中参考采用。

钢模板在吊装过程中可能存在气流漩涡荷载的影响，在混凝土浇筑阶段会有应力继承、环境温度、干缩变形等影响因素，这些因素可能会对钢模板的受力情况有一定影响。建议在吊装及分段施工阶段对钢模板的应力和变形进行监测，加深对钢模板的受力状态变化情况的掌握，为后续的穹顶模板设计积累数据和经验。

3.2 造价建议

根据现有的参考形式，穹顶、钢结构、免模免撑的造价水平差异较大，根据表3，内穹顶由于其结构的特殊性和制作标准的严苛性，整体设计等级远高于外穹顶，故参考内穹顶的造价是不合理的，而钢结构设计要求略低于外穹顶，免模免撑技术更多是设计理念的相似，压型钢板底模模式与钢模板在实际执行中还是具备一定差异的。所以以这几种方式确定外穹顶钢模板的造价是不尽准确的。

表3 内外穹顶技术要求差异对比

长远来看，相关技术人员应在现场进行长期调研与旁站，收集一手信息，了解实际的施工人员安排、材料消耗与机械使用情况，对造价进行准确评估，考虑新增外穹顶钢模板定额子目，为后续华龙机组的设计与造价评估提供更加准确完整的信息支撑。