斯静秋 赵新威
上海核工程研究设计院有限公司，上海 200233
摘要：压水堆CAP系列核电厂广泛采用模块化施工技术。由于结构模块本体重量大、尺寸大、重心高、易于变形等，使得在模块的现场拼装过程中，凸显出大量的施工技术挑战和难点。本文在实践基础上，通过对大型结构模块现场拼装技术进行分析，为我国核电大型结构模块的拼装施工提供技术参考。
关键词：核电厂；大型结构模块；拼装技术
1 模块概况
结构模块由型钢构件、墙面钢板、力筋和剪力钉构成，如图l所示。墙面钢板焊接在型钢构件上；型钢构件作为墙面钢板的骨架，便于模块进行运输、吊装、安装和混凝土浇筑，且在混凝土浇筑后提供墙体抗剪力；剪力钉焊接在墙面钢板的内表面上，用于混凝土锚固，使墙面钢板与混凝土结合在一起；结构模块核岛就位时，通过底板的竖向插筋、预埋件，将结构模块锚固在核岛底板上；墙体间混凝土浇筑后，结构模块形成钢骨混凝土结构。
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结构模块的设计、预制、施工和安装工作均遵循AISC-N690和ACI-349规范；根据其执行核安全功能的重要程度，分为核安全C级（ANS-3）和非核安全D、E级，但均属于抗震I类结构。
模块的车间预制及现场拼装工作，减少了核岛内土建安装工序，并行化的施工作业大大缩短了建设工期。本文主要讨论子模块运输到现场后，进行子模块拼装成子组件，翻转后拼装成整体结构模块的过程。
在核电现场需要拼装的模块主要是CA结构模块，其中以2个最大的结构模块CA01及CA20最为典型。
CA01由48个子模块组成8个子组件，总长28.9m、宽28.3m、高23.5m，质量约856t，在反应堆厂房内构成反应堆冷却系统、非能动专设安全设施的实体屏蔽墙，是反应堆压力容器、蒸汽发生器及稳压器的物理隔室，以及燃料运输通道、一回路压力边界及反应堆压力容器内上部构件和下部构件的主要存放点。
CA20模块由32个墙体模块和40个楼板模块组成4个子组件，总长21.4m、宽14.2m、高20.7m，质量约819t，构成18个房间，在辅助厂房内构成燃料池、燃料运输通道以及乏燃料的储存和运输、废物收集及热交换等。
2 模块的拼装技术
子模块主要由钢板、型材及剪力钉组合而成，在车间内预制完成；子组件是将相连的若干子模块根据施工逻辑组合在一起形成一个较大的结构体，在核电厂结构模块拼装现场完成；整体结构模块是将多个子组件，按照施工逻辑翻转吊装后拼装形成一个完整的结构模块整体。
对于结构模块非润湿表面，其墙面钢板和型钢构件均为ASTM A36材质，墙面钢板所焊的剪力钉为A108低碳钢材质，其直径为17～22mm，长约150mm，按200～250mm的间距内进行排列焊接。
对于结构模块润湿表面，例如换料通道、堆内换料水池、乏燃料池等与硼酸水接触的模块墙面，其墙面钢板采用ASTM A240双相不锈钢，型钢构件采用ASTM A240/A276，剪力钉为A276不锈钢材质，其直径为14～17mm，长约150mm，按120～160 mm的间距进行排列焊接。整体结构模块是多个子组件的组合体，外形尺寸大，结构复杂，在施工现场露天拼装，涉及组装、焊接、翻转等施工工作；主要存在的难点有：1）结构模块外形尺寸大，形状不规则，组对公差要求小，整体外形尺寸控制难度大。2）结构模块组对间隙较大，板厚薄，焊接变形控制难度大。3）子组件形状不规则，重心确定难度较大，翻转吊装过程中的变形控制难度大、风险高。4）结构模块形状不规则，在组对、焊接和翻转吊装中要设置各种防变形工装，工装设计难度大。
2.1 组对
结构模块子模块外形尺寸大，结构复杂，多呈“L、一、T、Γ、〕”结构形式，子模块和子组件在拼装过程中，应在组对平台上由中间向两边扩展；焊缝间隙调整时，在考虑焊缝收缩量的基础上，要确保模块各尺寸控制点DP间的距离满足公差要求，通过主控制DP点，控制组对公差累计；如果出现正偏差，则可对组对焊缝坡口进行打磨或二次精确切割；通过楔形垫板、槽钢、S型调整块对组对对接坡口错边进行调整处理；在垂直组对过程中，采用吊装机械对垂直度进行粗调，再采用斜支撑、防倾覆装置及各种卡具对垂直平面度和组对焊缝坡口进行精调；组对后，应对模块进行合适的校平，确保组对后结构模块墙面钢板的平面度、焊缝两侧的平面度均在设计公差要求范围之内。
2.2 焊接
根据AISC-N690，结构模块的焊接工作，应遵循AWS D1.1和AWS D1.6规范。结构模块在现场拼装过程中，焊接工作主要有A36、A240墙面钢板的焊接，以及部分A108或A276剪力钉的焊接工作。结构模块墙面钢板之间的焊接主要采用全焊熔透对接焊缝。为了控制焊接变形，采用反变形工装；此外，采用分段焊接工艺，将每条焊缝平均分成若干段，并用数字标明焊接顺序，采取间断跳跃焊接，控制焊接变形。
在结构模块焊接过程中，应特别关注双相不锈钢的焊接工艺，以及双相不锈钢墙面钢板上的剪力钉焊接工艺。
双相不锈钢表面进行奥氏体剪力钉焊接时，每次生产前，焊接操作工应先连续焊接至少10个剪力钉进行试验，每一个剪力钉应弯曲至90°，焊缝区域不得出现任何裂纹；任意一个剪力钉不合格，需要重新连续焊接10个剪力钉，直到连续10个剪力钉全部合格为止，方可正式焊接。
正式焊接时，应对焊接完成的剪力钉进行目视检查，若发现飞边不足360°的剪力钉，应向无飞边的反方向进行15°的弯曲试验。若所抽检的剪力钉不合格，则应按照每100个剪力钉抽检2个剪力钉进行试验；若仍然不合格，则所有剪力钉均应进行弯曲试验，并对不合格剪力钉进行返修。生产中可对缺少飞边的部位进行焊接修补；若不合格剪力钉需从产品上去除，则必须将去除剪力钉的部位修整平滑；若在去除剪力钉的过程中该部位母材损伤，则必须使用低氢型焊条进行焊接修补。
2.3 无损检测
结构模块的无损检测应遵循AISC-N690，AWS D1.1和AWS D1.6的要求。对于碳钢墙面钢板的焊接，进行100%目视VT检测，所有可达区域进行100%磁粉MT检测，10%超声UT检测。如果10%超声UT检测有缺陷，应在抽检部位附近再进行10%超声UT检验，如果仍不合格，则进行100%超声UT检验。对于所有无损检测缺陷应进行返修，并重新进行相应的无损检测。
对于双相不锈钢墙面板的焊接，进行100%目视VT检测，焊缝根部和表面进行100%液体渗透PT检测，100%真空盒泄漏LT检测，10%超声UT检测。如果10%超声UT检测有缺陷，应在抽检部位附近再进行10%超声UT检验，如果仍不合格，则进行100%超声UT检验。真空盒泄漏检测可以在模块核岛安装、混凝土浇筑后进行检测。双相不锈钢表面的临时附件材质应为奥氏体不锈钢或双相不锈钢，去除后进行100%目视VT检测和100%液体渗透PT检测，并根据操作验收标准ASTM A380和A967进行酸洗钝化。对于所有无损检测缺陷应进行返修，并重新进行相应的无损检测。
3 结语
CAP系列核电厂大型结构模块的模块化施工，是核电建设史上大件组装、焊接、运输、吊装和就位的重大突破。该项工作的圆满完成，拉开了我国核电项目模块化并行施工的序幕，成功实现了“标准化设计，工厂化预制，模块化施工，专业化管理，自主化建设”的先进方法，开启了模块化由理论转为实践的新篇章。本文通过对大型结构模块现场拼装技术进行分析，为我国核电大型结构模块的拼装施工提供技术参考。
参考文献:
[1]孙汉虹，程平东，缪鸿兴等．第三代核电技术APl000[M].北京：电力出版社，2010.