贾广明1 谢永辉2 于润泽3
1.3中国电建集团核电工程有限公司 2中广核工程有限公司
摘要：核电站核岛内环吊的环梁环轨因尺寸较大（直径＞40m），一般分段制造现场拼装。本文通过研究分析采用环梁环轨整体组装、吊装一次就位施工技术，具有大件吊装次数少、高空作业少，作业风险小，占用主线工期短的优点，同时通过施工虚拟仿真平台对施工过程进行三维建模仿真，评估施工风险，制定应对措施，提高施工安全性。
关键词：核电站 环梁及环轨整体组装 吊装研究 三维仿真
前言
环吊（Polar Crane）是核电站反应堆厂房重要吊装设备，在核电站建设期间，用于吊运蒸汽发生器、反应堆压力容器、主冷却剂泵、稳压器等主设备，以及大部分核岛厂房内材料、工具、辅助设备的吊装。在核电站运行期间，用于反应堆停堆换料期间压力容器开盖时螺栓拉伸机、顶盖及上部堆内构件吊装，以及主泵电机拆装等维修工作的吊运服务。
三代核电站环吊安装在核岛反应堆厂房顶端安全壳上伸出的牛腿上，布置在反应堆安全壳的穹顶下，在环形轨道上运行，环轨安装在环梁上，环梁通过牛腿与具有预应力的混凝土外壳构成一体。环梁环轨承担着环吊本身重量、吊装设备重量等动静载荷，其安装要求较高。
1 现状分析
环吊的环梁环轨因尺寸较大（直径＞40m），一般分段制造现场拼装。环梁环轨施工方法有两种方式，一种是分段吊装楔块二次加工法，另一种是整体吊装楔块一次加工法，整体吊装楔块一次加工法与传统分段吊装楔块二次加工法相比，需解决如下关键技术问题：
1)多吊点受力吊装时吊点受力平衡问题
2)大尺寸低刚度环梁环轨吊装时变形控制问题
3)楔块一次加工时的测量精度控制问题
以下将详细分析环吊的环梁环轨在整体吊装楔块精密测量一次加工成型施工技术的研究，评估其实施可行性。
2结构组成
核电站环吊环形轨道梁（以下简称环梁环轨）主要由9段环形轨道梁、9段大车轨道连接而成，两段环梁环轨间由高强螺栓联接，每段重约14t，组装成整圆的环梁环轨整体尺寸约为φ44.2×1.16，总重量约134吨（不含安装工艺要求需要后装的附件）。
通过对牛腿上表面与环梁环轨内径、螺栓孔位置等精密测量，在牛腿上预钻225只长孔，并利用测量数据加工牛腿与环梁环轨下表面的调整楔块。环梁通过225组螺栓固定在安全壳内壁的45只牛腿上。
3技术研发流程
3.1地面组装及测量
（1）地面组装
采用环梁环轨整体吊装时，因组装成整体后尺寸较大无法运输，需在靠近反应堆起吊位置进行地面组装。环梁环轨地面组装需安装施工平台，施工平台搭设，施工平台包括环梁环轨组装支撑平台与中心测量平台，平台按环梁环轨在牛腿上的支撑方式进行布置，以便真实地反映地面测量数据与牛腿上测量数据的对应。采用50t以上级汽车吊将9段环梁吊装到施工平台上，组装成整体后调整尺寸和标高达到设计要求。
（2）环梁环轨地面测量
环梁环轨地面测量一般应在夜间进行，避免白天阳光照射造成环梁环轨膨胀不均匀造成的尺寸偏差影响。地面测量工作有两部分组成：
1)在环梁环轨组装场地中心，采用高精度全站仪配合专用工具，测量环梁环轨的半径、圆度、标高数据。在测量仪器的监控下，将环梁环轨尺寸调整到设计要求。
2)环梁环轨尺寸调整合格后，采用高精度全站仪或激光跟踪仪，采集环梁牛腿螺栓孔坐标数据，以及45个牛腿处的环梁环轨高度数据。
评估：施工平台搭设及环梁环轨为常规施工，地面测量技术在某核电厂3号机组已有应用，评估可行。可采用施工虚拟仿真平台设计地面拼装支架。
（3）牛腿钻孔及楔块加工
1）牛腿测量
牛腿移交安装后，需在反应堆厂房中心塔吊的塔身内部安装测量塔架，全站仪安装在测量塔架上进行测量，塔吊的塔身和反应堆厂房内部结构有附着比较稳定，且测量一般在夜间进行，塔吊停用避免振动影响。
采用全站仪牛腿上建立测量微网，复核牛腿标高、内侧翼内径复测，在牛腿上表面标记环轨中心线，并根据地面组装时测量的牛腿螺栓孔坐标数据，在牛腿上表面标记环梁环轨-牛腿连接螺栓孔位置。
2）牛腿钻孔
根据放样的环梁环轨-牛腿连接螺栓孔位置标记，采取磁力钻在牛腿上完成225个Φ55±1mm螺栓孔的钻孔，螺栓孔相对于安全壳中心的位置公差＜6mm。
3）楔块加工
安全壳牛腿设计标高偏差较大，为使环吊轨道上表面精确的达到设计标高，需在环梁和牛腿之间安装调整垫板，调整垫板各处厚度各不相同，是一个8面体楔形，称之为楔块。
评估：牛腿测量和钻孔为常规施工，楔块厚度计算方法在某核电厂3号机组已有应用，评估可行。
（4）整体吊装
1）工装制作
组合后的环梁环轨具有大尺寸、刚度小等特点，原有的环梁环轨分段部件的吊耳位置与受力方式不满足组装后的整体吊装要求。需要设计专用并委托有资质的单位制作吊装工装，吊装工装设计中采用有限元分析方法分析环梁环轨变形量和应力水平，通过优化吊点位置和调整吊点数量的方式降低应力和变形。
2) 模拟吊装
吊装前现场按环梁环轨吊装路径空钩模拟吊装过程，以检查履带吊与塔吊、周边建筑物的安全距离，并制定吊装期间的塔吊回避方案。
检查环梁环轨吊装过程中是否存在干涉，并制定相应的处理方案。如环梁环轨由于组合部件整体尺寸较大，与安全壳内径间隙较小，穹顶环缝焊接施工平台影响环梁环轨的下降，需要在吊装前拆除或后搭设。
3) 吊装就位
履带吊起升环梁环轨，超过相应建筑物高度，履带吊吊钩回转到核岛堆芯位置，回转过程中，随时观察与塔吊的安全距离。
履带吊吊钩的下降使环梁环轨高程距安全壳筒体约2米时停止下降，调整吊钩位置使环梁环轨能落入筒体内，调整环梁环轨方位以对应安装位置，并以低速档吊装就位。
环梁环轨就位时，履带吊配合环梁环轨落位。
4）环梁环轨调整验收
环梁环轨整体就位前，需要在牛腿上标记基准线，通过千斤顶微调环梁环轨的位置，使环梁环轨精准就位；
通过千顶将环梁环轨整体顶升一定高度，调整环梁环轨自带的顶升螺栓支撑整个环梁环轨；
安装楔块，通过顶升螺栓将环梁环轨放置到楔块上，测量楔块与牛腿、环梁环轨表面的接触面积，安装牛腿与环梁环轨的连接螺栓并紧固。
整个调节过程中采用全站仪实时测量环梁环轨的标高、圆度、直径等数据，使数据满足设计要求。
4施工仿真
基于达索3D Experience的施工虚拟仿真平台，可对复杂高风险施工进行施工仿真。在本研究中可完成下列工作：
1)工装设计建模
采用施工虚拟仿真平台中CATIA对厂房、地形、吊车、专用吊具等工装和机械进行建模，设计和优化专用吊具、组装平台、测量工装等，
2）吊装过程仿真
采用施工虚拟仿真平台中采用DELMIA对吊装过程进行动态建模分析，将吊车模型装配为具备机械运动功能，和实际机构一致的虚拟三维机械，根据实际吊装工序设计仿真动作，动态评估碰撞干涉。
3）力学计算分析
采用ABAQUES或ANSYS对吊耳吊具进行强度分析，对环梁环轨整体吊装变形及应力进行分析，优化吊耳和专用工装结构，
5总结
通过调研国内外业内施工情况，国外项目巴基斯坦K2、K3机组环吊已有环梁环轨整体吊装成功案例，虽然尺寸和华龙一号有所差别，场地布置和采用吊车不同，但方法和结构类似，无重大颠覆性风险，所以，环梁环轨整体吊装关键工作均风险可控、吊装技术研发可行。
根据中广核CPR1000机组施工经验来看，环梁环轨从牛腿移交到环梁环轨安装完成平均时间约50天；采用整体吊装后，可减少环梁环轨吊装、牛腿上连接组装、部分过程测量调整等工作的工期15天。同时采用环梁环轨整体吊装、先进测量技术、施工仿真技术能促进环吊施工技术的整体提升，提升企业形象和美誉度。
参考文献：
1)环吊及环梁环轨相关图纸
2)核电厂平面布置图和厂房布置图
3)履带吊说明书及性能表
作者简介：
贾广明（1974年10月-），高级工程师，主要从事核电站建设技术管理、技术研发工作。
谢永辉 （1980年6月-），高级工程师，从事核电站技术管理工作。
于润泽（1994年11月-），助理工程师，主要从事核电站技术管理工作。