在役核电站环吊检修拱架超高顶升安装施工技术

为保障核电站运行安全，考虑环吊运行小车的吊运需求，检修时需在环吊桥架上安装检修拱架。检修拱架由钢托座和横梁构成，横梁上配备单轨吊车满足环吊检修时的部件吊运需求。由于目前国内部分在役核电站尚未配备检修拱架，故需在核电检修窗口期进行检修拱架的安装作业。常规的安装方法是在环吊中央拱架上安装卷扬系统吊运、安装检修拱架，该做法作业周期长、难度大，存在高空坠物风险，不适用于已商业发电的核电站。为使在役核电站在检修窗口期完成检修拱架的安装工作，开发了一套专用顶升设备和一套无线监测系统，形成了在役核电站环吊检修拱架超高顶升安装施工技术。目前该超高顶升安装施工技术已在大亚湾核电站岭澳二期3~4号机组成功应用，取得良好的经济效益。1、工程概况核电站环吊结构布置如图1所示，自备检修拱架安装在中央拱架一侧的环吊桥架上，拱架横梁上方与核岛穹顶须保持足够距离，以满足穹顶内部构件的安装空间及环吊作业时检修拱架与穹顶内喷淋管道的安全距离要求。图1

核电站环吊结构示意

拟安装的检修拱架整体高6.85 m，宽12.7 m，安装完毕后上部与穹顶保留1.55 m的安全距离，安装位置距中央拱架轴线6.4 m。落座环吊内径为20.9 m，桥架净间距8 m，桥上护栏高1.2 m。

由于厂房内没有用于检修拱架安装的起重设备，且在役电站穹顶上不允许设置吊点，故需采用超高顶升设备完成检修拱架安装。按顶升安装施工要求，顶升装备夹持检修拱架顶升至指定高度后，旋转拱架使之落到环吊桥架外侧基座上完成栓接。此过程中需避让环吊桥架上的护栏和电缆滑架，若提高顶升高度会与穹顶发生碰撞；而拆除护栏和电缆滑架不仅会增加工程量，还存在高空落物风险。为此决定将拱架钢托座分割成两段，采用辅助横梁对拱架进行分段顶升安装，以降低整体高度。拟顶升安装的环吊检修拱架主要由拱架横梁、辅助横梁、上下钢托座及单轨吊车组成，各部件外形尺寸、重量和安装高度见表1。表1

顶升安装环吊检修拱架设备信息2、顶升安装设备及施工流程2.1 顶升安装专用设备根据环吊检修拱架安装工程情况设计专用顶升设备，其整体外形如图2所示，主要部件有动力单元、臂架系统、夹具系统及液压控制系统。按顶升设备站位结构形式，该设备需设钢托座；按反应堆厂房安全规定，动力单元采用电力驱动。为减少高空作业，夹具系统需能实现自主夹持、摆动；为使设备顺利顶升，整机需有回转、变幅、伸缩三个主要动作。

图2

专用顶升设备示意1—钢托座；2—车架；3—回转机构；4—回转平台；5—动力单元；6—臂架系统；7—夹具系统；8—液压控制系统

此外，该设备还具有远程遥控操作、双泵动力源、传感控制、液压系统冗余控制等多重安全设计。顶升设备的主要参数见表2。

表2 专用顶升设备主要参数

2.2 无线监测系统检修拱架顶升旋转施工过程的无线监测系统硬件由无线倾角传感器、无线超声波测距传感器、无线激光测距仪和无线采集显示仪四部分组成。在顶升旋转安装过程中，由无线倾角传感器实时监测检修拱架水平倾角变化；由无线超声波测距传感器监测拱架与四周障碍物的距离；由无线激光测距仪监测设备夹具夹持拱架后可能出现的水平窜动位移量。以上数据被发送至无线采集显示仪进行处理和显示，在监测系统设置预警值，若偏离量过大即行报警。2.2.1 无线倾角监测顶升旋转安装过程中，顶升组件单个最重3 736 kg，最高33.4 m，顶升设备主臂会有一定挠性变形，但由于其变形方向、位移、趋势等未知，往往会造成顶升组件倾斜，影响顶升组件的安装精度。为满足精度要求，在顶升组件本体结构水平任意位置安装无线倾角传感器，对顶升旋转安装过程中顶升组件的水平倾角数据进行实时测量传输，并在显示仪上实时显示和进行调整操作。无线倾角传感器量程为0°~±90°，测量精度为±0.1°，无线传输距离可达500 m以上，各项性能指标均满足顶升安装使用需求。2.2.2 无线超声波测距顶升进程中，顶升组件需从环吊桥架中间通过并避免与穹顶发生碰撞；旋转过程中，顶升组件从环吊护栏及电缆滑架上方旋转90°至指定形态，整个过程中顶升组件需与下方既有构件及穹顶保持足够的安全距离，以免发生碰撞。为此将无线超声波测距传感器安装在顶升组件本体结构四周，实时探测顶升旋转安装过程中顶升组件与四周障碍物的距离，并将数据无线传输至显示仪进行处理。选用的无线超声波测距传感器适用范围为1~4 m，重复精度为0.1~10 mm，无线传输距离达500 m以上，各项性能指标均满足顶升安装使用需求。2.2.3 无线激光测距仪本次检修拱架安装涉及2组4个法兰面的螺栓高空组对和紧固，每个法兰面共有20个M20螺栓，螺栓与 22螺栓孔的最大间隙为2 mm，拱架钢托座安装时的位置公差需控制在2 mm内。为此，在顶升组件本体结构下端法兰面安装无线激光测距仪，用于测量顶升旋转安装过程中检修拱架的水平位移，对连接法兰孔定位进行实时精准测量，并将数据无线传输至显示仪进行处理。选用的无线激光测距仪量程为20 m，测量精度为±3 mm，无线传输距离达500 m以上，各项性能指标均满足顶升安装使用需求。2.3 顶升安装施工流程及分析基于深入了解与分析环吊、检修拱架结构特点、顶升组件规模及安装位置，充分考虑顶升安装作业环境、施工质量、安全、进度等要求，本顶升安装技术主要分为以下几个阶段。（1）核反应堆堆芯防异物布置。（2）施工现场平面布置和顶升旋转所需净空测量。（3）施工设备和检修拱架的引入。（4）顶升设备空载模拟及顶升作业位置确定。（5）检修拱架地面组装和分段顶升旋转安装。（6）检修拱架试车。（7）施工设备退场和场地清理。安装施工中核反应堆堆芯采用安全网+塑料布进行全封闭的防异物保护（图3）；采用近景摄影测量技术对环吊主梁上检修拱架的安装基座位置、顶升和旋转净空和可能干涉点进行测量并处理。检修拱架各部件和施工装备经防辐射污染保护后进场，对长度较长的拱架横梁、辅助横梁、高空作业车和顶升工装的吊装采用前期软件模拟，确定起升高度和起吊角度后再吊装引入。在拱架钢托座基座中心拉线，通过4个液压钢托座调节顶升设备下车水平度，并调整臂架系统角度，将夹具中心与拱架钢托座基座中心位置对正，确定顶升设备作业位置。图3 堆芯防异物布置检修拱架分段顶升旋转安装操作步骤如下。（1）将顶升设备主臂回缩至初始位置，使用螺栓连接辅助横梁与下部钢托座。（2）通过环吊运行小车将下部结构整体吊至顶升设备夹具上，使用高空作业车辅助监测调整位置，保证中心对正。（3）顶升辅助横梁与下部钢托座，结构底部越过环吊主梁护栏时，使顶升设备逆时针回转，将检修拱架下部钢托座回转至安装基座的正上方。（4）缓慢回缩臂架系统，待检修拱架下部钢托座就位到安装基座上时，使用高空作业车带紧钢托座与基座的连接螺栓，再松开钢托座与辅助横梁的连接螺栓，臂架系统缓慢顶升使辅助横梁与钢托座脱离；顶升设备顺时针回转，回缩臂架系统使辅助横梁回落，最后使用环吊小车将辅助横梁从顶升设备夹具上拆除。（5）应用相同方法将组装完成的检修拱架上部结构顶升至安装完毕的下部钢托座正上方。（6）缓慢回缩臂架系统，将检修拱架上部钢托座就位到下部钢托座上，使用高空作业平台紧固上下部钢托座间的连接螺栓，夹具自动释放张开，顶升设备收车，完成检修拱架的安装。顶升旋转安装全过程中，须实时关注无线采集显示仪上的各项监测数值，若发生报警应立即停止操作并排查问题。检修拱架分段顶升旋转安装如图4所示。（a）（b）（c）（d）图4 检修拱架分段顶升旋转安装示意（a）顶升辅助横梁与下部钢托座；（b）下部钢托座落位安装；（c）顶升拱架横梁与上部钢托座；（d）拱架横梁与上部钢托座落位安装由于顶升安装施工采用了新设备、新工艺和新技术，对检修拱架进行夹持顶升安装，拱架在安装过程中的约束点和受力形式相较常规施工方法发生了改变。为保证新施工技术下检修拱架应力和变形不超过许用值，在施工前期采用ANSYS软件对拱架进行了强度和刚度分析。分析结果显示，该安装方法下检修拱架最大应力发生在横梁跨中底板处，应