高温气冷堆核电站 (简称HTR-PM) 是我国拥有自主知识产权、具有第四代技术特征的先进核能技术, 具有固有安全特性, 是我国主流核能发电技术的补充, 也是目前各种核能技术中提供热源温度最高的技术, 因此受到国际核能界广泛关注。

　　 核电站反应堆厂房由两个安全壳舱室组成, 每个安全壳舱室内均放置一组反应堆系统, 每组反应堆系统包括一台反应堆压力容器和相应的蒸汽发生器, 两组反应堆系统共同向一台蒸汽透平发电机组提供高参数的过热蒸汽。两个安全壳舱室顶部设置检修大厅, 满足反应堆压力容器堆内构件及蒸汽发生器设备在建造过程中的安装及后期反应堆厂房运行过程中的维修、更换要求。反应堆厂房结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构, 为满足功能要求, 整个检修大厅平面尺寸为43.8m×33.5m, 仅有四周的钢筋混凝土剪力墙升到屋顶, 检修大厅层高16m, 因此形成一个大跨度的屋盖体系。屋盖体系为整个反应堆厂房的主要围护结构之一, 为核安全相关级结构, 质保等级QA1、抗震Ⅰ类构件。其主要功能要求为:1) 作为反应堆厂房的围护结构, 需在反应堆压力容器堆内设备安装时, 保证检修大厅的整体完整性, 满足安装时的清洁区要求 (即空间要求) ;2) 作为重要结构构件, 需要具有较高的承载能力及良好的抗震性能;3) 安全壳舱室内各类大型设备在建造过程中前后安装、吊装时间间隔较长, 屋盖结构需按大型设备平面所在位置要求留置设备吊装口, 实现直接开顶法的垂直吊装方式, 设备吊装口的留置不能影响屋盖结构其他部位的施工, 同时要保证屋盖底部空间清洁区的建立;4) 核电站投入运行后, 可能有在役检查及更换大型设备的要求, 故屋盖的结构体系还需要满足核电站投入运行后再次开洞的使用要求。

　　 根据HTR-PM反应堆厂房屋盖特点、工程进度及功能要求, 提出一种单侧钢板混凝土空心组合屋盖的建造技术, 其主要特点在于, 采用钢骨架下翼缘钢板作为工字形钢筋混凝土底部的模板, 免去了搭设脚手架及板底支设模板的工序, 为免支模混凝土施工;建造过程中各组成部位的制作方式及施工前后顺序设定, 不仅能保证屋盖结构的施工质量, 方便施工, 同时只有在严格按照施工先后顺序的情况下, 方能满足屋盖设计时假定的结构单向受力状态, 且屋盖短向为主受力方向:施工期间屋盖与墙铰结连接, 只起到厂房的封闭作用, 正常使用期间屋盖与墙体固定端连接, 参与厂房的整体结构抗震作用。

　　 单侧钢板混凝土空心组合屋盖包括若干个钢骨架模块及位于其上的工字形钢筋混凝土, 整体呈中部带有多个空心的扁长方体箱形结构, 通过支撑模块将该屋盖固定在反应堆厂房四周墙体上;钢骨架模块由若干榀相同的非对称工字形钢骨架及其两端的钢埋件连接而成, 钢骨架模块的划分根据设备吊装口的位置及现场吊装能力确定。支撑模块由钢牛腿与钢埋件连接而成;在垂直于各钢骨架轴向均匀设置多道保证钢骨架施工阶段平面外稳定的水平支撑。根据大型设备后进场吊装及在役期间更换的位置要求在屋盖上设置设备吊装口, 施工期间该设备吊装口采用临时围护结构进行临时封闭。单侧钢板混凝土空心组合屋盖的平面布置、主剖面及三维图分别如图1~3所示。

　　 单侧钢板混凝土空心组合屋盖的建造方法将屋盖建造分为两阶段, 第一阶段为各类模块的制作与吊装, 第二阶段为屋盖钢筋混凝土现场制作, 具体步骤详细说明如下。

　　 根据设计及规范^[1,2]要求, 在工厂制作单榀钢骨架1、钢牛腿3、牛腿钢埋件4、钢骨架钢埋件5和水平支撑7及将水平支撑固定在侧墙上的钢埋件等各类钢构件。单榀钢骨架1为非对称的工字形, 由上翼缘钢板、钢腹板及下翼缘钢板焊接而成。为加强下翼缘钢板与工字形钢筋混凝土底板21的相互连接性能, 在下翼缘钢板上表面设置栓钉10。为保证屋盖顶板钢筋231、底板钢筋211与墙体钢筋的有效连接, 在钢埋件5上部开设U形槽52, 下部开设圆孔51, 如图4所示。各部位钢构件均在工厂制作, 保证构件质量, 制作完成并验收合格之后, 运输至施工现场。

　　 根据施工总平面及吊车布置位置, 在反应堆厂房场外选择一个能满足多模块同时或连续制作的现场加工场, 在该现场加工场内搭建一个模块制作拼装胎架 (该拼装胎架为常规产品) , 用于钢骨架模块的拼装, 按照钢骨架模块划分的要求, 将各钢骨架模块相应榀数的钢骨架1的下翼缘钢板之间通过连接板和高强螺栓6连接 (图2、图4) 形成各钢骨架子模块GⅠ~GⅥ。为满足正常使用阶段钢骨架1与长向侧墙L, K的固定端连接要求, 钢骨架两端与钢埋件5采用坡口全熔透焊的方式连接, 将每个钢骨架模块两端相应长度内的钢埋件5与该钢骨架模块中的钢骨架1在拼装胎架上进行焊接, 分别形成6个钢骨架模块GⅠ~GⅥ, GⅠ钢骨模块见图5。在各钢骨架模块内相邻钢骨架1之间且垂直于其轴向均匀设置多道水平支撑7, 该水平支撑通过耳板与钢骨架上翼缘钢板连接。各钢骨架模块的制作均在现场加工场进行, 减少高空作业的风险, 有效避免了高空焊接所带来的焊缝对位困难、焊缝质量难以保证等问题。

　　 为支撑施工阶段上述各钢骨架模块, 在侧墙L, K, M, J相应位置分别设置支撑模块H, 其结构如图6所示;所述设置在各侧墙上的支撑模块H由与相应侧墙等长设置的钢牛腿3以及将该钢牛腿固定在侧墙上的牛腿钢埋件4焊接而成, 钢牛腿3与牛腿钢埋件4在现场加工场采用坡口全熔透焊焊接形成固定端连接。支撑模块同样在现场加工场制作完成, 避免了高空焊接。

　　 在屋盖侧墙施工时, 按标高要求将支撑模块H埋入侧墙L, K, M和J内, 各支撑模块H上表面标高为a, 侧墙混凝土浇至标高a, 按施工要求处理施工缝;待侧墙混凝土达到设计强度时, 进行GⅠ~GⅢ, GⅣ, GⅥ四个非设备吊装口处钢骨架模块的吊装, 将其搁置于支撑模块H上, 调整就位, 并将钢骨架1两端的下翼缘钢板与钢牛腿3的上翼缘钢板通过高强螺栓6连接。前述标高a为屋盖底标高, 根据反应堆厂房的土建图纸确定。因为采用单榀钢骨架现场拼装的模块化方案, 起吊方式也由每榀钢骨架吊一次、调整就位一次减少到只需起吊六次、调整就位六次。在现场加工场的模块拼装方式减少了钢骨架相互连接的制作误差, 而采用模块化吊装, 也很大程度上减少了吊装时的施工工作量。

　　 在屋盖短向侧墙M, J上安装带有耳板的钢埋件, 钢埋件顶端标高与钢骨架1上翼缘钢板齐平。安装短向侧墙M, J及与其相邻的钢骨架1之间的水平支撑7, 水平支撑7一端与钢埋件耳板固定, 另一端与钢骨架1上翼缘钢板处耳板固定;浇筑短向侧墙M, J混凝土至标高b, 标高b为屋盖顶标高, 根据反应堆厂房的土建图纸确定。

　　 为了检修大厅及时建立清洁区, 待设备吊装口以外的钢骨架模块吊装完成后, 需要及时对吊装口处采用临时围护结构进行封闭。考虑到施工的便捷及可拆卸性, 此处采用轻钢屋盖E, F作为临时屋盖。

　　 根据设备吊装口的大小, 并考虑轻钢屋架通用间距, 沿洞口长向设置七榀轻钢屋架, 其中五榀轻钢屋架通过螺栓支撑并固定在吊装口两侧钢骨架1的上翼缘钢板上, 其余两榀屋架放置在长向侧墙L, K上, 与墙体上埋置的预埋件通过安装螺栓进行固定, 屋架上铺压型彩钢板进行封闭;采用轻钢结构临时屋盖可满足吊装时反复拆卸的要求, 为检修大厅及时建立清洁区提供保障。

　　 钢筋混凝土屋盖2为对称工字形的截面形式, 根据单侧钢板混凝土空心组合屋盖的截面特点, 钢骨架1下翼缘可作为钢筋混凝土屋盖2的底部模板, 免去了搭设脚手架及板底支设模板的工序, 减化了施工流程。现浇混凝土的工作可以完全在钢骨架上进行。为实现正常使用阶段屋盖与混凝土侧墙的固定端连接形式, 钢筋混凝土部分施工需根据设计及规范^[3]要求制定合理的工序, 同时为保证钢骨架作为模板应具有足够的抗变形能力, 将钢筋混凝土以底板21、腹板22、顶板23相交面为界共分为三个步骤进行, 具体施工步骤如下。

　　 (1) 底板制作

　　 在钢骨架1下翼缘钢板上绑扎底板钢筋211, 该钢筋穿过钢骨架端部钢埋件5的预留圆孔51直锚于两端长向侧墙内, 浇筑底板21高度范围内的混凝土, 同时浇筑相应高度及宽度范围内长向侧墙L, K混凝土, 可保证屋盖钢筋混凝土与墙体钢筋混凝土的整体性及端部固定端的连接要求;用钢骨架1作为模板, 承受工字形混凝土底板21高度范围内钢筋和混凝土的自重, 可以满足模板的变形要求。

　　 (2) 腹板制作

　　 待底板21混凝土达到设计强度时, 底板处混凝土参与钢骨架1下翼缘钢板的模板工作, 使下翼缘钢板的承载力及抗变形力得到了大大提高。绑扎腹板22高度范围内的钢筋221, 考虑到施工方便, 在相邻钢骨架的钢腹板之间采用免拆的箱形模板, 不仅可以提高模板自身的抗变形能力, 减化支撑系统, 箱形模板的顶板还可以作为工字形混凝土顶板浇筑的底模。浇筑腹板22高度范围内混凝土, 且同时浇筑相应高度及宽度范围内长向侧墙L, K混凝土。

　　 (3) 顶板制作

　　 待腹板22混凝土达到设计强度时, 整个截面承载能力得到了更大的提高。腹板施工时采用了箱形模板, 也简化了顶板23混凝土支设底模的施工工序。绑扎顶板23内的钢筋231, 顶板钢筋231穿过钢骨架端部钢埋件5的预留豁口52弯锚至两长向侧墙内, 浇筑顶板高度范围内混凝土, 且同时浇筑相应高度及宽度范围内长向侧墙L, K混凝土。完成非设备吊装口处单侧钢板混凝土空心组合屋盖的建造。

　　 大型设备进入施工现场后拆除屋盖临时维护结构E, F, 从预留的设备吊装口C, D处吊装反应堆厂房内的大型设备, 待全部设备吊装完毕后, 吊装设备吊装口C, D处的钢骨架模块GⅡ, GⅤ, 并固定于支撑模块H上, 调整就位, 将钢骨架模块GⅡ, GⅤ内钢骨架1两端的下翼缘钢板与钢牛腿3的上翼缘钢板通过高强螺栓6连接, 钢骨架模块GⅡ, GⅤ两侧分别与相邻钢骨架模块GⅠ, GⅢ, GⅣ, GⅥ下翼缘通过连接板及高螺栓6连接。按前述3.1, 3.2节步骤完成设备吊装口处屋盖钢筋混凝土2部分的施工;考虑到在役期间还需临时开洞的要求, 在绑扎预留设备吊装口处屋盖的钢筋时, 需分别在距设备吊装口边缘至少0.3m (该距离根据施工要求确定) 处设置机械连接接头, 用于连接此范围内沿钢骨架1轴向的通长钢筋, 以及与钢骨架1垂直方向的通长钢筋。

　　 考虑到在役期间存在更换或检修大型设备的要求, 需要对屋盖进行临时开洞, 该过程的施工步骤如下。

　　 (1) 原设备吊装口处屋盖的拆除

　　 在原设备吊装口外边缘, 沿该设备吊装口短向剔除距长向侧墙 (L, K) 1m (1m为土建施工时最小工作面) 范围内混凝土, 在设置的机械接头远离长向侧墙处将钢筋切断, 同时将钢骨架1与钢埋件5从焊缝处切开;沿设备吊装口长向剔除相邻钢骨架1上翼缘钢板之间的混凝土, 在机械接头远离钢骨架模块GⅠ, GⅢ, GⅣ, GⅥ一端将钢筋切断;沿设备吊装口长向剔除相邻钢骨架1下翼缘钢板之间的混凝土, 解除钢骨架1下翼缘钢板之间相连的高强螺栓, 以及钢骨架1下翼缘钢板与钢牛腿3相连的高强螺栓, 将原设备吊装口范围内的钢骨架子模块GⅡ, GⅤ连同未剔除的工字形混凝土2一起吊离设备吊装口。

　　 (2) 原设备吊装口处钢骨架子模块的吊装

　　 在役期间大型设备更换或检修完成后, 将重新加工制作的原设备吊装口处的钢骨架子模块Ⅱ, Ⅴ吊至支撑模块H的钢牛腿3上, 调整就位, 将钢骨架1两端的下翼缘钢板与钢牛腿3的上翼缘钢板通过高强螺栓6连接, 钢骨架子模块GⅡ, GⅤ两侧的下翼缘钢板分别与相邻钢骨架模块GⅠ和GⅢ, GⅣ和GⅥ的下翼缘钢板通过连接板和高螺栓6连接, 钢骨架子模块GⅡ, GⅤ两端与设备吊装口范围内的钢埋件5用角焊缝或其他可靠连接方式连接。

　　 (3) 原设备吊装口处屋盖钢筋混凝土的现场制作

　　 按照步骤 (1) , (2) , (3) 完成原设备吊装口处屋盖钢筋混凝土2部分的施工, 绑扎原设备吊装口处屋盖的钢筋时, 通长钢筋通过机械接头与原设备吊装口四周被切断的通长钢筋连接。

　　 介绍了HTR-PM反应堆厂房单侧钢板混凝土空心组合屋盖施工采用的模块化技术。该技术有效结合了单侧钢板混凝土空心组合屋盖的设计特点, 免去了在检修大厅支设脚手架及支设模板的工序, 检修大厅可及时建立清洁区, 进行反应堆压力容器堆内构件组装, 避免了工艺安装与屋盖土建施工的交叉作业, 同时也使土建施工不再处于总建设工期的关键路径上, 相比于普通钢筋混凝土屋盖的施工可有效缩短总建设工期。