李光远，栗建博，刘 军，李 波，李 斌，史宏汝

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概况

ASP水箱为华龙一号三代核电新增非能动不锈钢水箱，混凝土内衬为不锈钢结构，布置在反应堆厂房外壁顶部，水箱配置有充水管线、排水管线、蒸汽排放口、水位及水温监测仪表。其作用是接收冷凝器传出的热量，并通过水箱存水的蒸发或沸腾等方式将热量排向大气。

ASP水箱标准段钢覆面为不锈钢模块，用隔墙间隔，共计20个，其中16个为标准不锈钢模块，4个为非标模块，水箱模块间上、下部各设置1处连通装置，将20个水箱模块串联。单个模块尺寸约为8 533mm/7 440mm×3 251mm×7 300mm(外弧长/内弧长×宽度×高度)，箱体四周侧壁焊接纵、横肋∟75×50×6，底部焊接径向肋[75×50×6，单个模块本体重约11t(不含吊装工装及防变形支撑)，防变形内部支撑架约2.7t，运输托架7.5t，水平吊装横梁3.7t，吊索具约0.5t，吊装总重约25.4t。模块材质为022Cr19NI10。单个ASP水箱模块如图1所示。

图1 单个ASP水箱模块

由于水箱尺寸大且本体较重，底部尺寸为 2 950mm×8 265(7 366)mm，立式姿态制作存在易倾倒、高空作业、密闭空间等特点，因此采取水平姿态进行制作及运输。

2 技术要点

1)ASP水箱外形尺寸大，且侧壁为弧形结构形式，根据其结构特点，又细分为前后侧板、左右侧板及底板5个子模块，其中前、后侧板为弧形结构。子模块预制后通过一体化平台依次拼装组对，待组对尺寸检查合格后，完成主体拼接。水箱整体尺寸验收合格后，安装防变形支撑，使设备防护工具具备出厂装车条件。

2)现场提前规划好水箱模块吊装时水箱及起重机站位，采用双机抬吊方式完成水箱翻转及就位，选用合适的起重机完成水箱模块的吊装。

3 工艺流程

3.1 水箱侧板及加劲肋加工流程

水箱侧板及加劲肋加工流程：绘制施工图→领料→放样、下料→标识移植→坡口加工→钢板成型→包边及包角压制成型→弧形加劲肋角钢成型。

3.2 拼装工艺流程

拼装工艺流程：前、后侧板成型→模块前、后侧板拼装→模块左、右侧板拼装→底板拼装→主体拼装→防变形支撑布置。

3.3 现场吊装工艺流程

吊装工艺流程：水箱运至现场→吊装前准备→吊装→调整就位→安装附件→尺寸检查。

4 车间制作

4.1 前、后侧板成型

采用卷板机进行侧边弯曲成型，卷弯过程中应逐步增加弯曲率，并随时与样板进行比对，直至与样板吻合。考虑钢板端头无法卷至要求曲率，可在板材端部增加引板，以满足端头直边弯曲。

卷制成型的壁板需放置在储存胎架上，防止变形，如图2所示。

图2 前、后侧板存放示意

4.2 包边及包角压制成型

使用折弯机或液压机，利用模具将板材压制成型，正式板材压制前应制作模拟件，模拟件经检查合格后方可进行正式板材压制成型。

4.3 弧形加劲肋角钢成型

加劲肋角钢采用型材卷弯机进行弯曲，根据所需长度进行下料，所有切口均用角向磨光机打磨去除毛刺。

4.4 子模块拼装

4.4.1拼装原则

每个子模块板材拼接完成后，采用三维柔性组合工装或自制工装进行拼装。子模块拼装仅进行点焊，箱体成型后再进行整体焊接。箱体拼装如图3所示。

图3 箱体拼装示意

4.4.2子模块前侧板拼装

前侧板弧长8 265mm，分4层，高6 850mm，在拼装工装平台上进行拼装。前侧板拼装胎模如图4所示。将卷制成型的前侧板1与2，3与4，5与6，7与8分别拼装；对拼装后的前侧板1与2，3与4，5与6，7与8进行包边压制；将包边压制成型的前侧板1与2，3与4，5与6，7与8放置在组装平台或自制平台上拼装为一体。

图4 前侧板拼装胎模

4.4.3子模块后侧板拼装

后侧板弧长7 366mm，分4层，高 6 850mm。先将后侧板 1，2，3，4卷制成型后进行包边压制；放置在组装平台或自制平台上拼装为一体。后侧板拼装胎模如图5所示。

图5 后侧板拼装胎模

4.4.4模块左、右侧板拼装

左、右侧板可使用7 000mm×2 000mm×6mm(长×宽×厚)不锈钢板，无需拼接。

4.4.5子模块底板拼装

1)标准模块 底板为扇形，箱底外弧长8 265mm，由 5块板材组成，两侧底板需包边成型后拼接(见图6a)。

2)非标模块 底板为扇形，箱底外弧长8 265mm，部分有底，右侧弧长 2 932.5mm，由2块板材组成，右侧底板需包边成型后拼接(见图6b)。

图6 底板拼装示意

4.5 箱体拼装

将拼装好的前侧板放置在水平托架上(见图7)。装入辅助内部支撑或临时支撑。以前侧板及内部支撑为基础安装左、右侧板和后侧板并点焊固定。后侧板拼接如图8所示。

图7 水平托架

图8 后侧板拼接示意

底板组装时将箱底包边和底板与前、后侧板组装，采用压紧器或临时支撑将底板压紧、固定后点焊。对拼装后的整体水箱做尺寸调校及验证，满足要求后进行焊接。

4.6 防变形布置

4.6.1下料过程中的防变形措施

下料成型后，做板材专用存放搁架(成型弧板搁架)，如图9所示。此搁架圆弧接触面与箱体弧形大小一致，防止成型板圆弧回弹，可有效控制板材变形。

图9 成型弧板搁架

4.6.2箱体组装过程中的防变形措施

在底板箱体内侧加工装支撑防止底板过大造成板材扭曲变形，同时也便于底板与箱体前侧板的调整与组焊。

4.6.3焊接防变形措施

1)单侧板(前侧板、后侧板、底板)采用平板对接自动焊机或热丝TIG自动焊机进行自身拼接，与手工焊相比，可大大减小焊接产生的变形。

2)箱体组装完成后的对焊焊缝采用热丝TIG自动焊机进行焊接，对于自动焊机无法焊接的部位，采用双面成型焊，减少因焊接产生的变形。

3)前、后侧板焊接时，先焊长、短侧板的连接焊缝，后焊各层侧板的长焊缝；短焊缝施焊前，应在焊缝背部设置防变形筋板，以减少焊接过程中引起的变形。

4)采用手工焊时，均应采用分段跳焊法，以确保焊后成型美观，当侧板同一层焊缝未全部焊完时，不应进行次层的焊接；焊接各层侧板的连接焊缝时，焊工均匀分布，且焊接方向始终保持一致。

4.6.4箱体吊装过程中的防变形措施

ASP水箱在箱体制造成型后，放在运输托架上采用水平吊装平衡梁进行吊装，以防止因水箱过重，直接吊装箱体局部受力集中而产生塑性变形。

4.6.5ASP水箱内部防变形支撑

尺寸检查满足设计要求并清洁完成，安装内部防变形支撑工装，调整组对尺寸、削减箱体重力变形。防变形工装同时也可减小运输、吊装、翻转等过程中的变形。

内部支撑装配如图10所示。安装步骤为：外侧角钢支撑及隔离橡胶板→中间支撑→左右角钢支撑及隔离橡胶板→内侧角钢支撑及隔离橡胶板→调节支架顶装组件使支撑板触及水箱内侧，箱体不变形为宜。

图10 内部支撑装配示意

4.7 箱体组装过程中的注意事项

1)安全平台设置 箱体组装过程中，由于箱体平躺时高度较高，且加上拼装平台后，高度可达 4 500mm，因此会存在高处作业的风险，需在周边搭建脚手架。

2)选择合理的焊接顺序 打底从中间向两边对称施焊，填充和盖面从中间向两边分段对称退焊跳焊。同时采用“分段跳焊”配合“间隔焊”，减少集中热输入，同时分散焊接热输入。为确保侧板焊后成型美观，当侧板同一层焊缝未全部焊完时，不应进行次层的焊接。待焊坡口表面应清洁，无油脂、磨屑、锈垢等污物，不能存在任何影响焊缝质量的缺陷，组对的错边量应满足公差要求。点焊焊缝外观正面不能有裂纹且不应存在任何未熔合，背面不应有海绵状缺陷。

5 现场吊装

由于ASP水箱高度较高，故采用平躺运输，现场安装时，需完成水箱翻身、水箱吊装就位及焊接。

5.1 吊装前准备

5.1.1吊装前就位环境检查

1)水箱基础已养护完成，基础凿毛完成，标高符合图纸要求，具备吊装条件；基础上方不得有干涉水箱就位的挂架、钢筋等物体。

2)水箱周边墙体预留的钢筋不得影响人员通行，如有影响应进行修改。

3)人员通道、操作平台及临边防护措施已施工完成，检验合格，具备使用条件。

4)为便于水箱定位，应放出水箱的中心线和安装轴线。

5.1.2支撑垫铁安装

1)支撑垫铁采用20mm厚不锈钢板制作，或使用20mm厚碳钢板加3mm厚不锈钢板隔离，每块钢板尺寸和间距可根据现场实际情况进行适当调整(见图11)。

图11 水箱底部支撑垫铁

2)相邻2组垫铁布置间距为500～1 000mm，调整垫铁布置位置，使其与水箱底部槽钢位置对应。

3)垫铁布置后，检查水平度，可通过M10调整丝杠进行调平。

4)垫铁下方的混凝土养护完成后方能进行水箱的就位工作。

5.1.3吊装前尺寸检查

检查箱体的外形尺寸是否存在变形情况。

5.1.4吊装吊机、场地控制

1)站位点完成地基承载试验，满足600t起重机站位，且起重机行走及回转区域无障碍物。

2)起吊点周边场地满足75t汽车式起重机站位和旋转，满足40t运输平板车的运输，且满足ASP水箱运输至起吊点。

3)吊装控制区域已建立，并设专人看守。

4)吊装前，作业半径内的塔式起重机锁定。吊装时，现场所有塔式起重机以不干涉吊装为准。

5)吊装工装及工具包括翻转支架、平衡梁等，准备并验收合格。

6)设置起重吊装总指挥1名，负责全面吊装，另指定2名专人协助总指挥，专门负责75t起重机翻转。

7)正式吊装作业前进行空钩模拟吊装，空钩从设备起吊位置起钩、变幅、回转、落钩使吊钩到达就位位置上方，核实吊装跨距等参数是否满足要求。

5.2 吊装

5.2.1卸车与翻身

1)卸车 将翻转支架放置在75t起重机10m回转半径内；使用75t汽车式起重机通过平衡梁和吊索具将水箱连同水平托架吊装到翻转支架上；调整翻转支架和水平托架的位置，将翻转支架和水平托架连接在一起，用木板填充水平托架与翻转支架侧边空隙部分，并用螺栓紧固压板，最后检查水箱是否有松动，确认无误后，解除75t起重机和运输支架的连接。

2)翻身 通过1台75t汽车式起重机(起重机B)配合600t履带式起重机(起重机A)双机抬吊，起重机A的吊钩连接吊装带，与翻转支架的下部吊耳连接；起重机B的吊钩连接吊装带，与翻转支架的上部吊耳连接；2台起重机同步缓慢起升吊钩，离地100～200mm检查各吊点索具的受力均衡，确保安全方可起吊；2台起重机继续缓慢起升吊钩，使水箱水平提升，距离地面约1m时停止起升；起重机B缓慢起升，起重机A同时缓慢松钩，直至翻转支架与水箱处于垂直状态；作业人员检查垂直状态确认无误后，起重机A，B同时落钩，将翻转支架与水箱放置在地面上；起重机A完全松钩，作业人员再次检查起重机B与翻转支架、水箱的连接情况，但起重机B需微微受力，防止翻转支架倾覆；作业人员检查翻转支架与地面接触情况，确保接触良好、稳定，安全可靠；解除起重机A与翻转支架、水箱的连接，起重机A驶离起吊控制区域。水箱翻身不同阶段如图12所示。

图12 水箱翻身不同阶段

5.2.2水箱吊装受力分析

1)设备吊重(见表1)

表1 设备吊重

2)吊索具连接(见图13)

图13 吊索具连接

3)吊索具受力计算

垂直吊装平衡梁吊索如图14所示。

图14 垂直吊装平衡梁吊索示意

水箱整体吊装重约17.7t(不含吊钩和钢丝绳重量)，动载荷系数取1.1，单根吊带拉力F为50.4kN。根据巨力吊装带产品使用说明书，由绑扎方式确定极限载荷工作系数为2.1，20t吊装带打双后(即单根10t)的额定起吊总重为21t>5.04t，满足要求。卸扣负荷率为5.04t/10t=50.4%，满足使用要求。

平衡梁下方的每根吊装带均为垂直受力，则每根吊装带的受力F=13.7×1.1/6=2.52t，每根吊装带的负荷率为2.52t/20t=12.6%，满足使用要求。卸扣负荷率为2.52t/10t=25.2%，满足使用要求。

5.2.3吊装

1)起重机A回转，使用2根20t×10m的吊带通过4个12t的卸扣与竖直吊装平衡梁上部连接。

2)起重机A回转，使平衡梁靠近水箱本体正上方，将水箱本体上已连接好的6根吊带与平衡梁下部的6个吊耳通过卸扣连接，此时起重机B不得影响起重机A起钩。

3)起重机A缓慢起钩，使吊带微微受力，然后解除水箱与运输支架的连接。

4)起重机A继续缓慢起钩，待水箱离开翻转支架200mm时，停止起钩，检查吊带的受力情况、水箱是否有变形或异响，确认无误后，静止10min转动起重机，使水箱离开翻转支架区域，两者水平间距超过10m。

5)起重机A继续起钩、变幅和回转，将水箱吊装到设备基础上方。

6)起重机B松钩，将翻转支架水平放置在地面上，解除水箱运输托架与翻转支架的连接。

5.3 水箱调整就位

1)水箱吊装到水箱基础上方约600mm后，应由4名作业人员扶住水箱本体，4个方向均应设置专人进行看护。

2)指挥起重机A持续松钩，直至水箱与垫铁接触，4名作业人员稳住水箱，检查水箱中心标记是否与基础放出的中心轴线重合，以水箱的4个角点与基础上的放线标记是否重合作为就位参考，确认中心轴线完全重合后，起重机A完全松钩。

3)水箱就位后，可用钢丝绳或倒链，穿过水箱吊耳，拉住水箱四角并固定在预埋弯钩或钢筋上，并做好碳钢和不锈钢隔离工作，组织相关人员检查水箱位置，确认无误后，安排人员摘钩，最后用与水箱材质相同的加强筋焊接在预留钢筋或弯钩上。

5.4 基础灌浆

水箱就位完成，对设备完成防护后，进行水箱基础灌浆工作，灌浆至水箱底板下表面。

5.5 水箱附件安装

5.5.1安装连通管

相邻的2个水箱安装调整完成后，进行连通管安装。安装前先对连接管骨架进行精确测量，按设计图将预制好的连通管子模块安装就位，并增加措施工装，防止连通管焊接变形。连通管组对完成后，先进行外加强肋交错焊接，再进行连通管内侧的矩形框对接焊接，最后进行连通管外侧的角焊接。焊接应严格按照焊接工艺执行，焊接后对焊缝进行无损检测。

5.5.2安装其他附件

根据ASP水箱图纸要求，安装水箱内外部相关附件。

5.6 水箱现场焊缝表面处理

水箱附件现场焊接检验完成后，对焊缝表面进行酸洗钝化处理。

5.7 水箱内部尺寸最终检查

1)水箱内表面检查 使用水平尺检查水箱内表面平整度。

2)垂直度 使用吊线坠的方式测量壁板垂直度。

3)弧形面 使用自制弧形样板尺检查水箱的弧形面。

4)底板水平度 使用水平尺测量底板的水平度。

6 结语

ASP水箱模块化施工技术，重点在于控制预制过程中构件的焊接变形，通过优化焊接顺序，施加防变形工装来保证变形量在可控范围内；水箱模块化吊装中的变形控制也是重点，可通过在水箱内部设置支撑架控制吊装变形。

通过ASP水箱模块化施工技术的应用，实现了ASP水箱模块的流水化预制及安装作业，提高了现场安装效益，还减少了现场施工时对吊装区域的占用时间，缩短了施工工期，大大降低了施工成本，在类似的施工项目中有良好的推广价值。