張建成，姜 震，陳仁杰，金 欣

(1.華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063；2.浙江省火電建設(shè)公司，浙江 杭州 310016)

1 概述

1.1 AP1000技術(shù)特點(diǎn)

AP1000設(shè)計(jì)具有先進(jìn)非能動(dòng)安全特性，并且電廠布置得到進(jìn)一步簡(jiǎn)化，提高了安全性，改良了建造工藝，增強(qiáng)了電廠的運(yùn)行能力和可維修性。

AP1000的設(shè)計(jì)控制文件(DCD)規(guī)定：

(1) 核電廠的使用壽命為60年。

(2) 汽機(jī)房第一跨是非核抗震的建筑物(NS)，可按建筑物的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)(UBC)。

(3) 非核抗震的建筑物(NS)確保在SSE地震作用下，喪失功能后不得對(duì)抗震I類(lèi)物項(xiàng)產(chǎn)生影響。

(4) 非核抗震的建筑物(NS)在龍卷風(fēng)作用下，允許圍護(hù)彩板吹掉。

(5) AP1000先進(jìn)核電廠是一種非能動(dòng)型核電廠，AP1000在依靠自然力的安全特性方面做了較大改進(jìn)。安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用加壓氣體、重力流、自然循環(huán)流以及對(duì)流等自然驅(qū)動(dòng)力，不使用泵、風(fēng)機(jī)或柴油發(fā)電機(jī)等能動(dòng)部件，在沒(méi)有交流電源、設(shè)備冷卻水、廠用水以及供暖、通風(fēng)與空調(diào)等安全級(jí)支持系統(tǒng)的條件下保持正常運(yùn)行功能。AP1000的汽輪機(jī)是一種將流經(jīng)汽輪機(jī)的蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并通過(guò)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

(6) AP1000的汽輪機(jī)由1個(gè)高壓缸和3個(gè)低壓缸組成。汽輪發(fā)電機(jī)是按基荷運(yùn)行設(shè)計(jì)的，但也具有負(fù)荷跟蹤運(yùn)行能力。

(7) CI主廠房?jī)?nèi)安裝了汽輪發(fā)電機(jī)組和相關(guān)的機(jī)械、電氣系統(tǒng)。CI主廠房為汽輪發(fā)電機(jī)組和相關(guān)部件的布置和維修提供全天候的保護(hù)。

(8) 汽輪發(fā)電機(jī)和相關(guān)的管道、閥門(mén)和控制系統(tǒng)均布置在CI主廠房?jī)?nèi)，在主廠房?jī)?nèi)沒(méi)有任何核安全相關(guān)系統(tǒng)和部件。

1.2 廠址條件

(1) 地質(zhì)條件

主廠房基礎(chǔ)底面基本上置于基巖上，有部分采用樁基礎(chǔ)。地下水與廠區(qū)貫通。

(2) 地震條件

50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率10%的地震加速度值小于0.05g。

廠址基巖安全極限水平向地震加速度峰值(SL-2)為0.15g，運(yùn)行基準(zhǔn)地震動(dòng)(SL-1)為0.075g，豎向設(shè)計(jì)加速度峰值應(yīng)采用水平向設(shè)計(jì)加速度峰值的2/3。

(3) 氣象條件

廠址50年一遇10min最大風(fēng)速(包括熱帶氣旋)為41.51m/s。

2 常規(guī)島主廠房的布置

2.1 工藝布置

CI主廠房包括五個(gè)主要層：地下二層(-16.05m層)、地下一層(-7.5m層)、零米層(±0.00m層)、運(yùn)轉(zhuǎn)層(+8.5m層)和除氧層(+15.50m層)。零米層與廠區(qū)道路相通。

T.11列柱至T.12列柱、T.A排柱至T.D排柱間為大件吊裝區(qū)域，主要設(shè)備將通過(guò)此區(qū)域吊裝至汽機(jī)房上下各層。CI主廠房各層四角均布置有樓梯作為各層訪(fǎng)問(wèn)通道。在T.1柱靠T.E排柱處設(shè)置一臺(tái)電梯。

在CI主廠房地下二層主要布置了凝汽器、凝結(jié)水泵、開(kāi)式循環(huán)冷卻水泵和電動(dòng)濾水器等設(shè)備。CI主廠房地下一層主要布置了電動(dòng)給水泵、低加疏水泵、閉式循環(huán)冷卻水泵、凝結(jié)水升壓泵、真空泵、軸封冷卻器等設(shè)備。在CI主廠房零米層主要布置了潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)備、一級(jí)高壓加熱器、電氣設(shè)備和化水設(shè)備等。在CI主廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層主要布置了汽輪發(fā)電機(jī)組、汽水分離再熱器、兩級(jí)低壓加熱器、一級(jí)高壓加熱器等設(shè)備。在CI主廠房除氧層主要布置了除氧器水箱和除氧器等設(shè)備。

2.2 結(jié)構(gòu)布置

2.2.1 CI主廠房布置

CI主廠房主要由披屋、汽輪發(fā)電機(jī)房和除氧間組成，披屋橫向有兩跨，分別為8.00m、12.00m，縱向從T.7軸到T.11軸。汽輪發(fā)電機(jī)房跨距為39.00m，除氧間跨距為11.00m，長(zhǎng)度為124.682m，汽輪發(fā)電機(jī)房屋架底標(biāo)高暫定28.30m，運(yùn)轉(zhuǎn)層高度8.50m，汽輪發(fā)電機(jī)中心線(xiàn)距T.A排柱中心線(xiàn)19m。汽機(jī)頭部朝向核島布置，汽輪發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有兩臺(tái)240t/40t、120/30t的橋式起重機(jī)供所有設(shè)備安裝和檢修使用，軌道頂標(biāo)高24.00m。

2.2.2 結(jié)構(gòu)布置

汽機(jī)房采用半地下室布置，上部采用鋼結(jié)構(gòu)，下部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)布置時(shí)也綜合考慮施工單位的主要設(shè)備安裝方案，盡可能滿(mǎn)足設(shè)備在安裝階段需要的荷載和空間要求。

上部結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，橫向汽機(jī)房外側(cè)柱(T.A軸)通過(guò)鋼屋架、汽機(jī)平臺(tái)與除氧間框架組成框排架結(jié)構(gòu)，并在除氧間部分軸線(xiàn)布置橫向支撐。縱向T.A、T.E、T.F軸通過(guò)柱、梁、支撐組成排架結(jié)構(gòu)。支撐的位置及形式在保證受力的情況下，盡量配合工藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)備布置及管道布置。樓面、屋面采用鋼梁上鋪壓型鋼板現(xiàn)澆混凝土板，樓面是鋼格柵時(shí)，在鋼格柵下布置水平鋼支撐。

下部結(jié)構(gòu)：±0.00m以下結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，汽機(jī)房地下有二層，地下一層(-7.50m層)、地下二層(-16.05m層)、中間夾層(±0.00m層)。地下結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在上部鋼支撐對(duì)應(yīng)的地方設(shè)置剪力墻或鋼支撐直至基礎(chǔ)頂面。樓板采用現(xiàn)澆混凝土樓面。

3 主要設(shè)備的安裝方案

核電廠與火電廠主要設(shè)備相比，重量比較重，體積均較大，按照火電的安裝方案，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法就位，拆除部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件，會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的安全，有的采取臨時(shí)措施，費(fèi)用比較大，如果與施工單位密切配合，綜合比較，確定合理的結(jié)構(gòu)形式，確保施工階段、運(yùn)行階段的結(jié)構(gòu)安全，減少工程的投資。

主要設(shè)備有：凝汽器、發(fā)電機(jī)定子、汽水分離再熱器、除氧器及除氧器水箱。

3.1 吊機(jī)型號(hào)

某工程CI主廠房施工現(xiàn)場(chǎng)需要使用的大型吊機(jī)主要為一臺(tái)LR1750(750t履帶吊)和一臺(tái)LR1400(400t履帶吊)。由于大件吊裝作業(yè)區(qū)域大部分落在汽機(jī)房及循環(huán)水管的回填區(qū)域內(nèi)，對(duì)吊機(jī)行走及停放位置的地耐力有較高的要求，因此現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)際行走或吊裝過(guò)程中均采用布置路基箱，以減少對(duì)地比壓。為滿(mǎn)足吊裝的需要，吊機(jī)行走的區(qū)域見(jiàn)圖1。

圖1 履帶吊的行走區(qū)域圖

3.2 凝汽器的吊裝施工方案

每臺(tái)凝汽器有關(guān)參數(shù)如下：

凝汽器吊重量：約260t

凝汽器外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：

18.092m×9.936m×5.404m

每臺(tái)機(jī)有三臺(tái)凝汽器，分別安裝在-13.27m，汽輪發(fā)電機(jī)基座處(即T.4～T.7軸與T.B～T.D軸之間)。最大吊裝的凝汽器本體模塊加上上下吊裝框架起約為260 t，需要的外形空間18092mm×5404mm×9936mm。

吊裝采用LR1750(750t履帶吊)，吊機(jī)停放于T.4～T.7軸，T.Z軸外側(cè)區(qū)域，此區(qū)域?qū)Φ氐谋葔簽?0t/m2。吊裝時(shí)凝汽器一臺(tái)一臺(tái)吊裝，吊裝時(shí)-0.04m、8.50m影響的結(jié)構(gòu)梁臨時(shí)拆除，待吊裝完成后，進(jìn)行恢復(fù)，然后再吊裝下一臺(tái)，見(jiàn)圖2。

圖2 凝汽器吊裝示意圖

3.3 發(fā)電機(jī)定子吊裝施工方案

發(fā)電機(jī)定子有關(guān)參數(shù)如下：

定子吊裝重量：445t

定子吊裝重量：約465t(包括拍子)

定子外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：

11.8m×5.62m×5.46m

定子就位于汽機(jī)房?jī)?nèi)8.5m層運(yùn)轉(zhuǎn)層的汽機(jī)基座上。其就位縱向中心線(xiàn)在T.C軸線(xiàn)上，橫向在T.7～T.8軸之間。發(fā)電機(jī)定子吊裝采用液壓提升裝置，在T.12軸線(xiàn)外側(cè)吊裝口以T.C軸線(xiàn)為中心線(xiàn)安裝固定架，并在鋪設(shè)托運(yùn)軌道至定子就位的汽機(jī)基座，在軌道梁上布置吊裝移動(dòng)架，在吊裝移動(dòng)架上布置4×200t鋼索式液壓提升裝置，在液壓提升裝置的下錨頭上安裝吊裝專(zhuān)用拍子，利用拍子連接定子后提升至8.5m層上方，托運(yùn)定子至就位的汽機(jī)基座上方停止，操作液壓提升裝置下降，使發(fā)動(dòng)機(jī)定子就位。然后將吊裝移動(dòng)架移動(dòng)至T.12軸線(xiàn)外側(cè)吊裝口，利用400t履帶吊將吊裝移動(dòng)架拆除，再利用行車(chē)將托運(yùn)軌道梁拆除。

圖3 發(fā)電機(jī)定子吊裝的路徑圖

3.4 汽水分離再熱器吊裝施工方案

汽水分離再熱器有關(guān)參數(shù)如下：

汽水分離再熱器重量：凈重 290t

汽水分離再熱器外形尺寸(直徑×長(zhǎng)度)：

Ф4.264m×30.7m

每臺(tái)機(jī)組共有兩只汽水分離再熱器，均就位于汽機(jī)房?jī)?nèi)8.5m層運(yùn)轉(zhuǎn)層，縱向在T.3～T.6軸線(xiàn)之間，其中A汽水分離再熱器橫向在T.A～T.B軸線(xiàn)之間，B汽水分離再熱器橫向在T.D～T.E軸線(xiàn)之間，并以T.C軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置。

汽水分離再熱器卸車(chē)采用利勃海爾LR1750的750t履帶吊為主要吊機(jī)，吊裝前事先在T.B～T.C之間，T.12軸線(xiàn)外側(cè)布置一個(gè)底部標(biāo)高與8.50m層齊平的托運(yùn)支架，并沿托運(yùn)支架設(shè)置一條通向主廠房T.9軸線(xiàn)的托運(yùn)軌道，由履帶吊將MSR吊至8.50m層的托運(yùn)軌道上后，通過(guò)履帶吊、汽機(jī)房行車(chē)以及卷?yè)P(yáng)機(jī)配合將設(shè)備移至廠房?jī)?nèi)后，通過(guò)汽機(jī)房布置的兩臺(tái)橋式起重機(jī)配合吊裝就位。

3.5 除氧器及除氧器水箱吊裝施工方案

除氧器及除氧器水箱有關(guān)參數(shù)如下：

除氧水箱重：250t

除氧水箱外形尺寸(直徑×長(zhǎng)度)：

Ф4.768m×43.617m

除氧器重：70t

除氧器外形尺寸(直徑×長(zhǎng)度)：

Ф3.048m×20.137m

除氧水箱、除氧器布置在T.E～T.F與T.5～T.10軸線(xiàn)之間，除氧水箱就位標(biāo)高為16.50m，除氧器就位標(biāo)高為21.80m。

除氧水箱、除氧器采用LR1750的750t履帶吊為主要吊機(jī)，吊裝前事先將T.F軸線(xiàn)外側(cè)履帶吊吊裝站立區(qū)域地面平整夯實(shí)，地基承載力滿(mǎn)足10t/m2。除氧間T.5～T.10軸線(xiàn)范圍，15.50m以上臨時(shí)安裝的屋面梁、鋼結(jié)構(gòu)框架梁全部拆除，待除氧器水箱及除氧器吊裝完成后，再進(jìn)行安裝恢復(fù)。

4 設(shè)計(jì)上采取的措施

4.1 工藝措施

在汽機(jī)房總體布置時(shí)，充分考慮凝汽器模塊化的極限吊裝尺寸和機(jī)組運(yùn)行后凝汽器抽管檢修空間，對(duì)凝汽器吊裝方案進(jìn)行評(píng)估，確保汽機(jī)房A排外凝汽器吊裝區(qū)域可實(shí)施凝汽器模塊化吊裝。

考慮在汽機(jī)房底層敷設(shè)臨時(shí)軌道，保證凝汽器模塊現(xiàn)場(chǎng)吊裝至底層后能平移至安裝位置。在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層考慮發(fā)電機(jī)定子安裝的托運(yùn)軌道路徑和荷載。

由于兩臺(tái)汽水分離再熱器分別布置在汽輪發(fā)電機(jī)兩側(cè)，且體積和重量均很大，在安裝方案中充分考慮各種吊裝設(shè)施的特點(diǎn)，將汽機(jī)房行車(chē)、履帶吊和卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行配合操作，實(shí)現(xiàn)汽水分離再熱器的吊裝就位。

4.2 土建結(jié)構(gòu)的措施

4.2.1 結(jié)構(gòu)布置

為了配合設(shè)備的供貨進(jìn)度和安裝就位，土建結(jié)構(gòu)在廠房的布置上采取了以下措施：

(1) 將T.4～T.7軸線(xiàn)原T.Z軸的混凝土外墻向變壓器區(qū)域方向移動(dòng)2m。

(2) 將T.4～T.7軸與T.Z～T.B軸范圍－0.04m樓板改為鋼次梁上鋪壓型鋼板，再澆混凝土的結(jié)構(gòu)形式。

(3) 適當(dāng)增加地下室外墻的厚度，盡可能在靠近外墻跨布置剪力墻。

(4) 在緩澆混凝土樓板的地方，采用牛腿，樓板梁改為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。

(5) T.12軸屋面結(jié)構(gòu)采用屋架結(jié)構(gòu)，便于山墻鋼柱的拆除。

(6) 考慮到汽機(jī)房屋面的整體性，方便施工和排水，汽機(jī)房屋面和除氧間屋面?zhèn)髁Φ闹苯有裕瑢⒊蹰g屋面抬高至與汽機(jī)房同一斜面。

4.2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)設(shè)計(jì)外墻時(shí)，將吊機(jī)對(duì)地面的壓力作為地面活荷載的工況下進(jìn)行計(jì)算，外墻的支撐的邊界條件，根據(jù)外墻的所處位置，約束條件確定為固結(jié)、簡(jiǎn)支、懸臂。

(2)將T.4～T.7軸與T.Z～T.B軸范圍－0.04m樓板的鋼次梁，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。

(3)定子吊裝、MSR吊裝行走區(qū)域8.50m范圍，綜合考慮檢修、安裝的工況，按5t/m2來(lái)考慮。

(4)T.12軸屋架的計(jì)算，不考慮山墻柱對(duì)屋架的支撐作用，風(fēng)荷載傳力體系應(yīng)為墻板—墻架—山墻柱—屋架，山墻柱、墻架的連接采用螺栓連接，便于拆卸。

(5)在計(jì)算T.F軸的鋼柱時(shí)，考慮T.6、T.7、T.8、T.9鋼柱在吊裝過(guò)程中，處于懸臂狀態(tài)，但不考慮，墻板的存在。

4.2.3 施工的要求

(1) 地下結(jié)構(gòu)周邊的回填，在滿(mǎn)足有建構(gòu)筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求外，應(yīng)采用級(jí)配碎石分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)大于0.94。

(2) 凝汽器吊裝時(shí)，如果混凝土牛腿，對(duì)所需空間有影響，可改為鋼牛腿，在鋼牛腿的地方預(yù)埋埋件。

(3) 為了方便施工，T.4～T.7軸與T.Z～T.B軸范圍-0.04m樓板，與周邊樓板的鋼筋可斷開(kāi)，但應(yīng)做好防水處理。

(4) 凝汽器吊裝時(shí)，T.A軸0.00m、8.50m的鋼梁拆除應(yīng)與凝汽器的吊裝相配合，當(dāng)一跨鋼梁恢復(fù)好后方可拆卸另一跨，同時(shí)汽機(jī)房?jī)?nèi)的行車(chē)停止運(yùn)行，并停在固擴(kuò)端。

(5) 在定子吊裝、MSR吊裝行走區(qū)域8.50m范圍，鋪設(shè)托運(yùn)軌道梁的支點(diǎn)應(yīng)在軸線(xiàn)的框架梁上，樓板的周邊不得堆放其它物品，并對(duì)框架梁進(jìn)行核算，如不夠在鋼梁下增加臨時(shí)鋼柱。

(6) 在定子吊裝時(shí)，在T.12軸線(xiàn)外側(cè)安裝的固定架，由于柱腳力較大，為了保證地下外墻及綜合管廊的安全，柱腳基礎(chǔ)底面應(yīng)與綜合管廊底平。

(7) 除氧器及除氧器水箱吊裝應(yīng)在5級(jí)以下風(fēng)進(jìn)行，吊機(jī)和所吊物體不得與主廠房的構(gòu)件接觸。

5 結(jié)語(yǔ)

核電作為清潔能源，是我國(guó)發(fā)展的方向，作為第三代AP1000核電是目前世界上最先進(jìn)的核電堆型，是我國(guó)今后發(fā)展的主力堆型之一。在CI主廠房的設(shè)計(jì)時(shí)，將安全、施工、運(yùn)行、環(huán)保等方面統(tǒng)籌考慮不僅對(duì)核電廠在施工階段、運(yùn)行階段的安全得到保證，而且還能縮短建設(shè)周期、節(jié)省工程造價(jià)。