VVER-1200 核电站大、异型钢筋模块化施工技术研究

何兵，于东东，姚中立

（中国核工业第二二建设有限公司核电工程事业部徐大堡项目部，湖北 武汉 430000）

1 前言

徐大堡核电站3 号、4 号机组采用俄罗斯设计的VVER-1200/V491 型反应堆装置，单台机组容量1274MW，电站设计运行寿命60 年。单岛土建阶段主工期28 个月（FCD ～穹顶焊接完成），目前属于核电厂址中地处最北部的厂址，跨3 个冬季施工，土建工期非常紧张。由于冬期施工组织的特殊性，必须进行生产关键路径上施工内容调序以缩减工期，同时反应堆厂房是核电站施工主关键路径，且反应堆内部空间狭小，内部结构墙体形状各异，材料及劳动力堆积影响功效，有进行工期优化以消解工期压力的必要性。由此，反应堆内部结构钢筋模块应运而生。

2 工程概况

2.1 结构概况

徐大堡核电站VVER-1200 钢筋模块是在反应堆厂房+8.000m 板上部，为内部结构主要承重墙体，模块墙体由钢筋和埋件构成。钢筋模块墙体为多段异形组合墙体模块，每个模块墙体由6 ～7 个直行墙体组成，墙体宽度为1200mm、1000mm 和600mm 三个类型，墙体高度6500mm（标高+8.000 ～14.500m），长度约15m。单个模块最大起重量约为118.37t。模块共计携带埋件约45t，占本层埋件总量的55%；钢筋约131t，占本层钢筋总量的41%。

2.2 背景概况

徐大堡核电站反应堆内墙形状不规则，钢筋及埋件密集且结构复杂，按照传统工序：钢筋绑扎→埋件安装→模板安装→隐蔽验收→混凝土浇筑，不仅对工期造成巨大压力，且现场材料堆积、存在交叉作业，质量隐患及安全隐患较多。

钢筋模块施工技术依靠先进的设计和建造技术，将钢筋、埋件施工由现场平移至后台，形成后台与现场平行施工的施工模式，从根本上解决了以上问题，同时也响应了核电建造“工期更短、质量更优、安全可靠”的方针。

3 研究方向及内容

钢筋、埋件组合模块化设计、制作、安装。

4 解决方法

4.1 场地及起重机械选择

方案一：采用后台CV 料场进行拼装，完成后运输至现场进行吊装，此方式具有缓解现场总平布置压力，节约原材料运输成本的优势，但模块拼装完成后，需要二次运输，运输过程中模块形变难以控制，考虑模块自重及尺寸，运输工具选择存在困难。

方案二：采用现场选择拼装场地，完成后直接吊装进入内部结构，模块安装完成后即可进行吊装，避免二次运输造成的模块形变。占用现场场地，拼装周期较长，为现场其他子项施工带来不便。

通过对现场总平面布置总体分析，同时考虑模块拼装需要材料转运及模块运输、吊装距离等因素，最终确认内部结构钢筋、埋件组合模块加工及吊装场地设置在T 台外东北角处。

内部结构钢筋模块吊装总重量最大的墙体为5#墙体，钢筋及埋件总重量约为80.37t，根据此重量可选择LR-1650 型履带式起重机进行模块吊装，经测算起吊半径为24m，落位半径为56m。

LR-1650 型履带式起重机吊车选用S-56，D-42，W-63 工况下额定荷载为145t（LIEBHERR-WERK EHINGEN GmbH）。

4.2 支撑架体及吊索具设计

采用BIM 建模技术对模块上钢筋及埋件进行三维定位，针对性完成支撑架、吊具的初步设计。初步设计采用型钢作为支架，该架体不仅作为模块拼装阶段的拼装架体，同时作为模块吊装的承重架体；另设计型钢平面吊装梁，可适用多个模块的吊装工作，达到模块受水平与竖向力到仅受竖向力的转换。为确保实施的安全、可靠性，委托第三方设计院进行有限元分析及验算利用有限元分析模块拼装阶段、吊装阶段及落位阶段的应力及变形，实现模块吊装和变形控制，确保安装精度在设计要求范围之内。

综合各个模块结构类型和几何尺寸，利用项目现有的吊索，设计方形吊具。通过有限元分析进行吊具受力计算，现场进行吊具载荷试验，验证吊具设计合理、现场可行。本吊具设置12 个上吊耳与上部索具连接，68个下吊耳通过下部索具与模块连接。

模块吊装系统为每根立柱顶部的吊耳，吊耳与方形吊具采用钢丝绳连接（KUUH39-P 型索具），方形吊具上设置8 个吊耳，分别安装吊索（8 根φ68mm，L=34.9M，WS-IWRC 1770 型索具）（汪正荣，2001）。

内部结构墙体钢筋模块增加支撑架、吊具及索具后，墙体模块总重最重的位5#墙体118.37t，额定荷载145t，最大负载率为89%，满足吊装要求（万力等，2008）。

4.3 模块制作

4.3.1 钢筋模块支架拼装

型钢支架在拼装场地上进行安装，根据型钢支撑架设计图纸，在场地上放出支撑架位置，随后打孔安装支架立柱底部固定钢板的膨胀螺栓，将底座钢板固定在已安装的膨胀螺栓上，逐个完成支架立柱安装，随后组装整个支架，支架拼装工艺流程如下：

安装立杆（携带短向水平横梁）→安装长向水平横梁→安装斜梁→安装完成，验收。

4.3.2 钢筋工程

（1）模块钢筋绑扎。在已安装完成的支架上绑扎钢筋。先将立柱横梁处水平筋安装完成，并采用横梁上的倒U 钢筋限位装置将水平钢筋进行固定（固定形式详见下图），再将竖向钢筋固定至已安装的水平筋，最后安装剩余的水平筋和拉钩，钢筋绑扎完成后，再采用双U 型卡对钢筋笼进行加固避免变形。

工艺流程：+8.000m 板插筋安装：插筋安装→钢筋限位工装安装→插筋标高确认。

模块钢筋安装：竖向钢筋安装→横梁上部水平钢筋安装→竖向钢筋错接头位置调整并安装→剩余水平钢筋安装→拉筋安装。

（2）内部结构板钢筋限位。钢筋的水平及竖向定位是模块顺利吊装的关键措施之一。通过设计钢筋精确限位工装及+8.000m 板插筋切割方式，实现插筋与模块钢筋对准连接偏差在连接允许范围内，钢筋接头水平偏差控制在32mm 以内，钢筋端头竖向偏差控制在15mm 以内。

4.3.3 埋件安装

因墙体模块下部1950mm 高度范围内为钢筋接头区域，模块墙体上长条形埋件无法完整安装在墙体上随模块进行落位。针对此种情况，有两种解决方式：（1）长条形埋件不纳入本次模块施工，模块落位后再行安装；（2）将长条形埋件分为两次进行安装，在钢筋连接处进行分割。

经过统计长条形埋件约占整改墙体模量埋件总量的1/3，此类埋件不纳入模块施工将大大减少模块化施工的意义。因此，通过对设计发出议题的方式将模块分为两个部分进行安装，埋件加工时，对沿墙体高度方向的通长埋件进行截断，标高+9.850 ～+14.500m 埋件安装在模块上，+8.000 ～+9.850m 埋件待模块安装完成后再进行现场安装，上下两个部分仅需要进行对接即可，模块完成效果如图1。

图1 模块整体制作完成效果图

4.4 模块吊装

吊装施工前，将钢筋模块与吊装梁组合，通过组合后的图形进行模拟就位，检查模块、吊梁与现场实体的碰撞情况，预留足够的操作空间，并采用吊梁上安装橡胶轮胎的方式对周边物项进行保护。

模块吊装施工流程：先决条件准备→空载模拟吊装→吊索具连接→模块试吊、调试→正式吊装→模块落位、钢筋对接→吊装作业结束。

在+8.000m 板上安装模块就位导向装置，分别设置在模块墙体钢筋外侧及墙体中间。模块外侧设置一级导向，一级导向桩在墙体外侧设置3 处3000mm 高H 型钢，H 型钢侧边焊接固定打磨光滑的钢板条，模块落位时，顺着与钢板条接触面下滑落入预计就位位置；同时，在墙体内部采用H 型钢上焊接平板，在平板四周做三角形滑动钢板为二级限位，作为钢筋模块就位精确导向（施设等，2017）。

4.5 模块安装

模块吊装至反应堆厂房+8.000m 板安装就位后，进行就位偏差核实及模块几何尺寸检查，待检查合格后，进行固定安装。分别完成模块钢筋与+8.000m 板插筋连接，水平筋、拉筋恢复，以及模块上埋件位置调整、钢筋连接处埋件安装。

4.5.1 钢筋连接工艺

针对模块整体吊装后进行钢筋连接，经过调研有以下2 种钢筋接头连接方式以供选择，具体分析如下。

（1）钢筋可调套筒连接。其优势为调套筒的钢筋连接允许偏差较大，劣势可调套筒连接形式的各种钢筋型号长度不一，需要+8.000m 板钢筋接头埋设长度差进行调整或模块竖向钢筋底部存在长度差调整适应此接头形式。

（2）钢筋锥套锁紧接头连接。其优势为锥套锁紧接头无须套丝连接，可随时进行钢筋切割调整误差；但锥套接头误差要求较高，水平向钢筋偏差为一个钢筋直径，竖向间距不大于15mm。

综合两种钢筋连接方式，模块钢筋与+8.000m 板钢筋采用锥套锁紧钢筋接头进行连接，此接头无须进行钢筋套丝，采用液压钳进行冷压，钢筋竖向连接如图2。

图2 模块钢筋竖向连接

4.5.2 钢筋连接流程

工艺流程：对位、调平→竖向钢筋连接→连接部位水平钢筋恢复→连接部位拉筋恢复→连接部位埋件安装。

5 模块化技术推广及预期前景

钢筋模块施工技术从根本上改变了传统的核电土建施工模式，钢筋模块施工依靠先进的设计、制造和建造技术，将钢筋、埋件施工由现场转移至后台，打破传统劳动力高度集中现象，钢筋模块与现场交叉施工，对核电建设项目的工期、造价、质量、安全和文明施工均带来巨大的影响。随着VVER-1200 钢筋模块的成功实施，模块化的优势会逐渐得以体现，模块中吊具、支架逐渐演变为标准化设计，工厂化生产，一套模块支架和吊具可适用于多个模块施工。可以不断提高模块的施工质量和速度，降低模块制造成本，有望进一步提高建造质量、缩短建造周期、降低工程造价，从而真正体现模块化的优势。

6 结语

反应堆内部结构钢筋模块的顺利实施，证明了方案措施制定的合理性与可行性。实施过程中，对于新工艺，提前进行工艺验证，取得关键数据支持后续实施；对于新设备，提前进行试验验证，确保模块正式实施过程中设备安全、可靠。此次模块顺利实施，解决了核岛厂房内部高大墙体钢筋、埋件施工场地紧张的难题，优化了关键路径上的施工工期，实现了内部结构钢筋、预埋件由现场施工到场地模块化预制的平行转变，为后续钢筋模块化及其他形式的钢筋组合模块的策划提供借鉴和技术支持，模块吊装效果如图3。

图3 模块吊装图