三门一期核电工程是世界上首个开工建造的AP1000项目, 采用了美国西屋公司设计的AP1000堆型, 是我国作为实现第三代核电自主化的依托项目。与以往核电工程相比, 该堆型的设计融入了模块化、开顶法施工、建安深度交叉等先进的工程设计理念, 并采用了大量的新材料和新工艺。超大安全屏蔽门是AP1000特有的门体类型, 相应设计门体需满足防弹、防爆、防火、抗震等一系列性能要求, 门体尺寸大, 质量大, 而相应门体都设置在厂房内部, 设计并无相应吊装设备的选择。吊装方式选择及精度控制是保证门体安装质量及安全性的关键环节。因此结合三门现场门体安装的成功经验, 选取其中1樘代表性门体的吊装安装, 对门体吊装的工装形式设计、非常规吊装工艺及安装要点等予以介绍说明, 为类似超重结构的吊装安装提供参考。

根据AP1000设计, 在核岛辅助厂房共设有5樘超大屏蔽门, 分别位于设备闸门或燃料厂房外侧通道所对应的墙体上部, 门洞周边设有门体安装使用的预埋件。其中超大屏蔽门12556-AD-D01位于核岛厂房群的中心, 设于2个厂房交接的墙体上部, 为双扇平开门, 门体两侧分别为辅助厂房及附属厂房, 朝向附属厂房侧开启, 其中附属厂房结构已封顶。设计门洞尺寸为4 876mm (宽) ×5 791mm (高) , 门体安装于门洞中部, 门框与墙体中间的预埋件进行焊接固定, 单扇门板尺寸达2 384mm (宽) ×5 711mm (高) ×256mm (厚) , 单扇门板重18 359kg, 现场主要安装环境情况如图1所示。

根据门体的相关设计信息, 对比门体安装位置的具体现场情况, 采用非常规吊装方式进行门体的吊装安装, 严格控制安装过程, 保证了安装门体的质量, 相应工程存在如下特点及难点。

门体朝向附属厂房侧开启, 必须在开启侧吊装才能实现门体的安装作业, 而相应厂房屋面早已施工完成, 大型吊装设备无法到达相应门洞位置。

现场建安施工深度交叉, 相应安装的门洞位置顶部至墙体最上部仅1 650mm高, 同时外侧921mm位置设有管道及相应的管道支架, 现场可利用空间受限。

单扇门板尺寸达2 384mm (宽) ×5 711mm (高) ×256mm (厚) , 重达18 359kg, 而门框及门扇的垂直度偏差需控制在±3mm内, 门体安装铰链的同心度需控制在0.5mm内, 难度非常大。

门框与墙体预埋件采用角焊缝进行连接, 焊缝高度达20mm, 考虑门框的尺寸信息, 焊接工程量大, 焊接应力大, 容易导致焊接完成后的变形超差, 焊接应力引起的变形控制困难。

门体朝向附属厂房侧开启, 门扇需打开一定角度方能进行铰链的安装固定, 而门体仅能通过起重机吊装至辅助厂房房间相应门洞边缘, 故需在门洞附属厂房侧墙体上部设置工装, 与吊车配合进行门体最终吊装就位及安装。工装设计考虑在门洞上部的墙体上部设置后置埋件, 在埋件上部焊接相应吊装钢梁及吊耳进行门体吊装, 相应吊耳设置位置需与打开一定角度后门扇上部吊耳位置进行对应, 满足门体吊装悬空后角度及距离的相应需求。

按照门体的设计及现场实际情况, 经受力计算复核, 对门体吊装工装悬挂的后置埋件选用30mm厚的Q345B钢板, 采用相应数量的M20重型锚栓进行固定, 相应的工装情况及定位如图2所示。

吊装中间部位选用尺寸为200mm×200mm×8mm×12mm的H型钢, 与已施工完成的后置埋件进行焊接固定, 吊装钢梁支架间通过[22a进行连接, 在横向钢梁下部焊接吊装吊耳, 两端吊点直接采用设计吊耳与后置埋件焊接固定, 具体工装设计尺寸及吊点设置位置严格按照吊装模拟情况确定。

按照工装结构设计及材料选型情况, 考虑门体及相关吊索具的质量, 取1.2倍荷载分项系数及1.2倍吊装动荷载系数对工装各部位的受力情况进行复核。主要包括:后置埋件锚栓的抗拉及抗剪复核, 吊耳内侧孔边拉应力及轴孔处挤压应力复核, 各部位焊缝正应力、剪应力、叠加折算应力验算, 三角支撑架的支撑钢梁弯矩应力及连接钢梁稳定性验算。

1) 采用液压式履带起重机进行门体初始吊装就位, 选择合适的起重机站位点, 将门扇利用平板运输车运送至现场门体起始吊装位置, 悬空放置于枕木上, 卸掉门扇上部钢架, 采用2根48mm×4m钢丝绳和25t卸扣穿在门体单边的2个吊耳内, 再采用液压式履带起重机将门扇缓慢吊起 (门扇重约18.4t) , 吊到门扇悬空时将门扇下部缓慢放置于地面枕木上, 起重机不能完全放松使门扇垂直放置, 拧下下部钢架螺栓, 将门扇吊起卸掉下部钢架。

2) 将门扇通过辅助厂房屋面吊运至门洞边, 门洞区域楼面上垫设钢板, 在楼板钢板上放置滑轮车, 将门体起吊并将门的端部放置于滑轮车上部, 控制吊钩及门体的受力状态, 使门体缓慢朝向门洞位置倾倒, 门体倾倒至合适角度后将连接工装的2个20t手拉葫芦分别连接至附属厂房侧的2个门体吊耳, 门体吊装示意如图3a所示。

3) 拉动2个手拉葫芦至门体基本垂直状态, 缓慢下降起重机吊钩至钢丝绳不受力状态, 取下起重机钢丝绳, 缓慢地与三角支撑架连接的手拉葫芦进行放松, 放松过程中时刻注意门体状态, 手拉葫芦放松至完全不受力后, 取下并连接至门体上部另一侧对称位置的吊耳, 相应吊装示意如图3 b所示。

4) 拉动2个手拉葫芦, 将门体完全起吊至悬空状态, 取下底部的滑轮车, 根据吊点位置设计情况, 在门体完全起吊后, 2个手拉葫芦应为垂直受力状态, 同时门体为一定角度的倾斜状态。

5) 门体吊装处于完全垂直状态时, 将门扇铰链拨至门扇位置, 距门体底部300mm位置的侧边设置有螺栓孔, 拧入M30的螺栓, 使用千斤顶或手拉葫芦对门体进行微调, 反复调整门扇使铰链螺栓孔和门框铰链螺栓孔基本对准, 铰链调整安装顺序从最下部到最上部, 最后进行中部铰链的固定, 逐一用螺栓将铰链和门框拧上, 将所有螺栓拧上后, 再逐一将螺栓拧紧, 螺栓拧紧后取下手拉葫芦及相应吊索具。

超大屏蔽门的门洞尺寸大, 且预埋有门体安装的埋件, 土建施工后, 相应门洞的尺寸与设计存在一定偏差。故需要求厂家考虑现场情况, 量取实际的门洞尺寸信息, 按实际尺寸进行门体的设计及制造。

门框安装时, 严格控制门框位置, 确保上门框与地面的间距、左右竖框的间距满足厂家设计图的要求, 并对安装门体的尺寸进行测量核实。调整竖框位置时, 其上部向外侧倾斜2~3mm, 以抵消后续门体安装完成后的自重下坠。门框位置调整确认后, 采用脚手管进行支撑定位, 并采用角钢与门框及预埋件进行焊接, 对门框进行固定。

选用焊接经验丰富、水平高的焊工执行焊接作业, 采用2名焊工对称分段进行焊接, 控制焊接速度, 采用间隔焊、同步焊、控制层间温度等一系列特殊的焊接工艺, 确保层间温度≤149℃, 以防止预埋件与混凝土墙接缝处开裂, 并尽可能地控制焊接变形。

熟悉厂家门体结构及特点, 考虑门体安装步骤及吊装位置、考虑相应吊装状态, 核实推算相关位置尺寸信息, 在相应位置设计满足要求的工装, 对工装形式及材料选用进行严格的受力计算复核, 充分考虑足够的安全系数。工装设计时, 需对现场情况进行勘察, 熟悉设计及现场情况, 根据不同的现场及空间情况, 选择合适的工装及吊装形式, 如考虑墙体高度不够, 直接采用手拉葫芦与门扇2个吊耳连接进行起吊, 取消过渡钢丝绳。

充分考虑吊装的各种情况, 选用合适的吊装设备及吊索具, 确保吊索具检验合格、满足使用需求。做好门体安装的技术交底, 相应参与人员充分明确吊装各步骤, 吊装前对各过程进行充分梳理, 充分重视吊装的安全工作。铰链安装完成后, 应第一时间进行铰链同心度的核实, 确保满足0.5mm的同心度要求, 如出现同心度偏差, 可对门框铰链位置门框进行打磨或在铰链下部垫设垫板, 进行同心度的调整, 确保同心度满足要求。

三门核电辅助厂房超大屏蔽门都设于厂房内部, 相应尺寸及质量大, 空间受限, 无法采用大型吊装设备, 安装困难。充分考虑门体形式及现场情况, 针对不同门体, 因地制宜, 设计不同的工装形式, 通过人力使用简易的器材机具实现了门体的吊装安装工作, 并通过对安装过程的严格控制, 确保最终门体的安装质量满足严格的偏差要求, 保证了门体的安装质量。