江苏田湾核电站一期工程拟建两台100万kW的核电机组,1# 核岛厂房由华兴公司承建。在核岛区共布置6台塔式起重机, 其中2#、3#是双塔身、自我附着式塔机, 即在H3/36B 型塔身(截面2m×2m) 之外,从基础向上加装4个K50/50 型塔身标准节(2.5m×2.5m),在离基础顶24m的高度处,内、外塔身用附着框固结, 实现自我附着,见图1。双塔身、自我附着式塔机的应用在国内尚属首次。

图1 　双塔身(自我附着式) 塔机

1 　使用原由

在田湾核电站工程中使用双塔身(自我附着式)塔机是基于该项目在建筑结构和施工工艺上的特点。建筑结构特点: ①核反应堆厂房采用双层保护结构, 厂房的直径和高程大, 外壳外径为Á51m ,外壳穹顶最高处为72.20m ; ②各厂房从基础底板到上部结构(包括内、外安全壳的墙体) 均为现浇钢筋混凝土结构; ③内安全壳的内腔从底板、筒体墙到穹顶为钢板衬里。

针对这种结构特点采用了独特的施工工艺: ①基础底板(砼底板、底板钢衬里) 完成后先安装钢衬里支架, 然后再安装、拼焊钢衬里; ②内外安全壳的砼利用两套大型圆弧形提升模板, 按照先内后外和一定高度差一层压一层地施工。由于钢衬里支架安装至最高处+ 48m 时, 外安全壳墙体才施工到+ 15.25m , 因此外安全壳不能作为塔机的附墙墙体。塔机选型布置主要考虑下列因素。

1) 厂房布局和尺寸以及施工机具的重量决定各塔机臂长和臂端的起重量。资料表明H3/ 36B 型塔机四大机构较为先进, 价格适中, 臂长50m 时臂端的起重量为5.2t , 在核反应堆厂房施工区使用是较为理想的选择。

2) 以最少量的塔机覆盖整个核岛施工区, 不能有死角, 关键施工区要有两台或两台以上的塔机覆盖。平面上每台塔机起重臂前端与相邻塔机塔身之间有2m 的安全距离。

3) 塔机的起升高度应满足其覆盖区域内最高施工点的吊运要求, 在垂直方向两塔机之间也应有安全距离。

综合以上因素, 2 # 、3 # 塔机的起升高度必须分别达到69.5m 和63.5m 才能满足施工要求, 这就超过了H3/ 36B 型塔机的自由高度( 14 个标准节、起升高度51.50m) , 且该两台塔机在确定的布置位置无墙可附, 成了大自由高度的塔机。解决大自由高度塔机的安全运行通常有三种方案: ①增大塔身截面( 如选用K50/ 50 型塔机) ; ②采用组合变截面塔身;③采用双塔身、自我附着。经比较, 方案①造价高、质量大, 安装、顶升操作复杂费时、难度大; 方案①、②在转为轨道行走式(3 # 塔机在施工的第3 阶段要改为行走式) 时, 必须采用较大轨距的底架与较大的行走机构, 资金投入多、场地占用大, 且方案②安装高度增加约20m , 则安装辅助起重设备的起重量要很大; 方案③不仅满足安全要求, 而且H3/36B 型塔机安装简易, 内塔自升、外塔安装都可自身完成, 法国波坦公司对自由高度为83～130m 的H3/ 36B 型塔机均采用此方案, 国内厂家有能力设计与生产这种型式的塔机, 因此选定方案③。

2 　安装与使用

2.1 　基础设计与稳定性校核  2 # 、3 # 塔机分别座落在控制厂房和核安全厂房的基础底板上(这两个厂房座落在16.5MPa 的浅粒岩岩基上) 。根据生产厂提供的有关数据并结合厂房底板结构, 考虑两台塔机之间的基础高差,我们自行设计了这两台塔机的基础, 见图2 。

根据公式

对其进行抗倾翻稳定性校核计算, 得知非工作状态时e 略大于1.33 。要使e 值变小, 最简便和最有效的方法是增加基础宽度, 但这给以后去除塔机基础、处理厂房底板带来困难, 业主一般不予批准。由于这种基础与厚达1m 的厂房底板相连, 不同于普通独立的砼基础, 只要将塔机基础与厂房底板的结合部处理好,基础的抗倾翻稳定性没有问题。因此我们采取了如下措施: ①增加包裹塔机固定支脚竖筋的数量, 并使每根竖筋与厂房底板底层钢筋相接; ②利用塔机固定支脚上的孔增加36根Á32mm 锚固钢筋, 这36根锚固钢筋也与底板底层钢筋相接, 并加120mm ×120mm ×20mm 钢板将Á32mm 钢筋与固定支脚的底板焊联; ③增加厂房底板在塔机基础四周附近的钢筋; ④增大基础砼强度。这样处理使塔机基础与厂房底板浑然一体, 保证了基础的抗倾翻稳定性。

2.2 　固定支脚的安装

2.2.1 　安装难点  因为采用双塔身, 埋入基础内的固定支脚也是两套组合(图2) , 预埋有一定的难度。

1) 精度要求高, ①应保证支脚同高度4 个销孔的中心轴线处于同一水平面内; ②内支脚4 根主弦杆角钢外侧所形成的2m ×2m 截面与外支脚4 根主弦杆方钢中心所形成的2.5m ×2.5m 截面在四周的距离应相等, 以减少在24m 高处内外塔身固着处的附加挤压应力。

2) 就位时组合支脚上36个Á50mm 的孔要套在36根Á32mm 的锚固钢筋上,由于锚固钢筋下部有200mm长、90°弯钩与厂房底板钢筋连接, 必须先下钢筋再装固定支脚, 在保证固定支脚安装精度的同时钢筋准确定位决非易事。

3) 固定支脚销孔高差控制难。水准仪架在基础外围看不到内支脚销孔, 架在基础中心无支点(所测平面太高) , 即使搭设支点, 在基础中心又很难看到外支脚上的销孔; 同时, 在密布的钢筋上同时调整两套固定支脚的销孔高差和控制垂直度也十分困难。

2.2.2 解决方法

1) 比照组合固定支脚尺寸焊制定位板, 如图3 所示。

2) 在钢平台上用1 个6m 标准节把4 个外固定支脚组装起来, 用联接框架把4 个内固定支脚组装在外支脚内。

3) 通过调整斜垫铁高度调好外支脚上4 个销孔的高差, 临时固定外支脚。调整内支脚上4 个销孔的高差, 并通过调整撑杆高度来调整其与外支脚的高差; 在4 个角调整好内外框的距离, 最后加连接板将内外支脚焊接固定; 在两个方向测量连接4个外支脚的6m 标准节的垂直度, 并认准测量方向、弦杆偏差方向和偏差值, 做好记录。

4) 将组合好的内、外支脚从钢平台上取下、去除焊点并放在定位板上, 找准36 个孔中心, 钻出36 个Á34mm 的孔。记录定位板与固定支脚位置的对应关系。基础布筋时, 36 根Á32mm 的锚固钢筋以定位板上的孔定位。

5) 浇筑厂房底板砼前, 在4 个角对应于定位板各放三块预埋板, 其顶部外露; 在定位板和预埋板之间焊角铁以支撑定位板。

6) 将组合好的固定支脚吊放在定位板上, 在定位板和外固定支脚的底板之间加斜垫铁测量和调整6m 标准节垂直度, 保持在钢平台上调校时的偏差方向和偏差值;

7) 焊接锚固钢筋压板(图2) , 支模浇注基础砼。

采用上述方法使固定支脚的安装达到了精度要求, 其实质是将测量控制内、外两套支脚上销孔水平高差转换为测量外塔身6m 标准节的垂直度, 简化了操作。

2.3 　外包节的安装

在内塔身顶升完第14 个标准节以后, 内塔身的自由高度在没有外包节的情况下便到了极限, 此时应在继续顶升加高内塔身前加装外包节。4 层6m 的标准节各由4 个标准节散片组成, 将每两个标准节散片组装在一起, 每层分两次由塔机自身吊装就位。用钢丝绳兜挂在拼装好的两个标准节散片的上部, 塔机吊钩吊挂钢丝绳起钩; 变幅小车运行到起重臂根部, 由挂在标准节散片上部的两个手拉葫芦(1t) 将散片拉近塔身。此时塔机慢慢落钩, 将散片下部方孔套在固定支脚或下层标准节上部的方榫上, 打入两个方向的连接销并装上固定销和开口销。第二个组装好的标准节散片用同样的方法吊装就位, 不同的是第二次吊上去的组装散片要分别在塔身两侧的中间互连对接, 腹杆中心连接铰点从上向下滑入, 如有挤卡现象要立即排除。装完4 节外包节仍由塔机自身完成附着框的吊装, 实现自我附着。

安装注意事项: ①加装外包节之前要测量内塔身的垂直度; ②加装附着框之前要测量外包节的垂直度, 附着固结后再测量内外塔身的垂直度; ③分析比较测量数据, 主要分析外塔身在受力后的变形以及大自由高度塔身的垂直度有无超差。

2.4 　使用

加装完外包节以后塔机可继续顶升至设计的大自由高度, 使用中仍按原来的载荷曲线投入作业,要定期测量内外塔身的垂直度以监测塔身有无较大的永久变形。《建筑机械化》