核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器 内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是 最普通的压水反应堆核电站的工作原理

秦山三期安全壳预应力施工 The Pre-stressing Construction of Containment in Qinshan Phase III Project 朱景卫 （秦山第三核电有限公司，浙江海盐，314300） 摘 要 系统描述了秦山三期安全壳预应力施工过程、所遇到的问题以及对这些问题的处理，总结了施工成功的经验。 关键词 安全壳 预应力 施工工艺 问题处理 Abstract: This article systematically introduces and describes the pre-stressing construction of containment in Qinshan Phase III NPP project, it also points out some problems faced during the construction, and the solutions to these problems, the paper finally makes summarization about the successful experiences gained during the project. Key words: Containment Pre-stress Construction process The treatment of problem 1 工程概况 　　核电站的安全壳既是核反应堆厂房的围护结构，又是重要的核安全屏障。它要求在出现假想事故（设计基准事故）时，安全壳必须有效承受事故压力，并保持良好的密闭性。秦山三期安全壳采用预应力混凝土结构体系。结构部分由底板、筒墙、环梁、穹顶四部分组成，底板为直径49.72 m的等边十二边形，厚1.68 m；筒墙内径41.45 m，筒墙厚度1.07 m，高度42.29 m。 　　秦山三期预应力系统由法国Freyssinet公司细化设计和提供技术指导，中核华兴公司具体实施。 　　秦山三期预应力安全壳采用有环梁的结构形式，这和秦山一期、秦山二期以及大亚湾核电站的布置形式相同，不同点是底板上和环梁上也采用了预应力混凝土结构。秦山三期安全壳预应力采用后张拉方法施工。采用?15.7 mm的底松弛钢绞线，抗拉强度标准值Fptk为1860 Mpa，实际控制应力为0.79 Fptk。整个安全壳共布置了553束管束。底板的管道以三角格网布置，包括顶上和底下各一套三层单向管道，共126束，张拉力为7353.75 kN，预应力管道由预埋钢管成孔而成。筒墙采用彼此正交的环向钢束和竖向钢束布置方案，为锚固环向水平束，筒墙外壁均匀设置四个扶壁柱，径向束由预埋波纹管成孔，共146束，张拉力分别为5437.5 kN；竖向束由一个滑轴随滑模工程形成空腔无管道，共124束，张拉力为7353.8 kN；穹顶采用互成120°的三向布束，预应力钢束锚固于环梁上，共141束，张拉力为5542.5 kN。环梁布置16束环向束，张拉力为5475.0 kN。 2 工艺流程 　　（非预应力筋的安装和模板的安装→预应力喇叭管和预埋管的安装→混凝土浇注→混凝土养护）→通球→穿束→锚固块的安装→千斤顶的安装→张拉→切割张拉端的多余钢绞线→灌浆→端部封锚 3 施工工艺 3.1 通球 　　使用钢球对预埋管进行通球检查，至少能够通过89 mm直径的小球，确保套管无阻碍物，并保证钢绞线通过套管空间足够，如有阻塞，应在穿束前修好。同时还应检查承压板后混凝土的密实情况。 3.2 穿束 　　在穿束前应对现场钢绞线外观进行检查,要求表面应清洁、无锈斑、无刮痕或扭结。在检查合格后，在钢绞线上套上"子弹头"形的壳帽，使用专用钢绞线穿线机从钢绞线给器的线圈上抽线，并穿到套管另一端，切断钢绞线。重复操作，直到完成该钢束安装。并检查钢绞线束数量是否正确。为了满足钢束上的千斤顶张拉要求，两端应根据不同的情况预留超长段，详见表1。 表1 钢束端 25C15钢束 37C15钢束 活动（张 拉）端 1120 mm 1080 mm 固定（不张拉）端 500 mm 500 mm 3.3 锚固块的安装 　　锚固块的作用是承载通过楔块传递钢绞线上的荷载，并将其通过喇叭口而传到砼结构上。现场使用两种锚固块：一种为25C15锚固块，另一种为37C15锚固块。钢绞线穿过锚固块，没有相互交叉现象，再把锚固块顶到承压板上。 3.4 安装锚固夹片 　　锚固夹片的作用是通过其锥形锲将荷载从钢绞线传导到锚固块，夹片的总体形状是一个钻孔的平顶锥，分成3个120°方形，用环形夹装配起来，内部孔道有车纹，以确保夹片和钢绞线在拉紧时的牢固结合。安装前应对夹片的表面状况进行检查。 3.5 千斤顶的安装 　　秦山CANDU现场采用两种千斤顶，一种是C1000F，另一种是K700。C1000F千斤顶的主要性能如下： 　　• 张拉活塞面积　　　　　　 1349 cm2 　　• 液压阻塞活塞面积　　　　 98.5 cm2 　　• 返回活塞面积 　　　　　　210.5 cm2 　　• 加楔/脱楔活塞面积 　　　 131.5 cm2 　　• 最大张拉压力 　　　　　　700 bar 　　• 液压阻塞压力（25C15） 　 205 bar 　　• 加楔压力 　　　　　　　　150 bar 　　• 最大脱楔压力（25C15）　　480 bar 　　• 冲程　　　　　　　　　　 300 mm 　　• 闭合长度　　　　　　　　 1283 mm 　　• 最大直径 　　　　　　　　582 mm 　　• 重量 　　　　　　　　　　1150 kg 　　C1000F适合张拉现场所有钢束的张拉，K700由于张拉力的限制只能张拉筒墙、环梁钢束和穹顶束。在安装前应检查千斤顶的姿态与钢筋束的出口轴线是否成直线。在把钢绞线穿过千斤顶后应检查钢束是否穿过对应的孔，然后把千斤顶推到锚固块上。 3.6 张拉 　　张拉由一个多线液压千斤顶一次张拉整个钢束而成。张拉应在一端张拉或由两个千斤顶在两端张拉，这取决于钢束形状及规范要求： 　　•底板钢束 　　　　一端张拉 　　•筒体竖向钢束 　　一端张拉 　　•筒体水平钢束　　 两端张拉 　　•环梁钢束 　　　　两端张拉 　　•穹顶钢束　　　　 两端张拉 　　秦山三期采用两端延迟张拉，即一端先张拉，一段时间后，用同一千斤顶或另一个千斤顶在另一端进行预应力张拉。延迟时间尽可能短。 　　张拉由以下具体工序完成：在张拉前应用一个管锤夯实未张拉端的钢绞线上面所有的夹片。在张拉操作期间，除了在千斤顶端处进行张拉的人员以外，在钢丝束未张拉端也要求一名操作员监控锚块中钢绞线夹片的有效夹持。然后初始张拉到50 bar，再次夯实未张拉端所有的楔块并检查锚块是否在喇叭口的中心位置，继续张拉到100（150）bar，再次夯实所有的楔块，如此张拉到设计值。 　　张拉过程中最重要的是对张拉结果的控制。在预应力施工中采用应力和伸长值双控的原则，并以应力控制为主。具体控制如下：当分阶段张拉到0.95的设计拉力时，计算伸长值。然后：A.如果伸长值位于对应伸长值的0.95~1.05之间，则继续张拉到设计值；B.如果小于0.95伸长值，则继续张拉到设计值，再次测量伸长值，如果伸长值位于0.95~1.05，则合格；如果小于0.95设计伸长值则应在Freyssinet技术指导下进行原因分析；C.如果大于1.05，则张拉到伸长值1.05时停止张拉。 　　通过现场2号穹顶束141束钢束的实测伸长值统计，114束伸长值在0.95~1.05之间，27束在1.05~1.11之间。 3.7 剪切、封锚 　　如果张拉合格，并已批准灌浆，则超过锚块的钢绞线多余长度应切掉，然后安装临时/永久灌浆帽，准备灌浆。筒体竖向钢束的上锚用一个专门的灌浆帽永久封堵，临时锚封应在灌浆后全部拆下。 3.8 灌浆 　　灌浆的目的是为了防止钢绞线锈蚀。 秦山三期预应力钢束灌浆浆体分两种：一是缓凝浆体，二是膨胀灰浆。缓凝浆体是灌浆工作的一般用途灰浆，它添加了缓凝和减水两种添加剂，具有很长的罐藏寿命和高流动性，是本项目采用的主浆体；膨胀灰浆，这种有膨胀和减水添加剂的特殊灰浆是一种有早期膨胀的高流动性灰浆，应用于穹顶和筒墙竖向向上偏差大于1.2 m的管道进行二次灌浆（如图1从C灌到D），这样可有效防止灌浆后出现在钢丝束的高处由于截流的空气和渗出的水而形成的空腔。在灌浆时应避免极端气温的天气，因为添加的缓凝剂对温度敏感，在气温大于35℃或小于5℃或者如果周围温度降至0℃以下或预计在随后的48小时降至0℃以下，都应推迟灌浆。 　　如图2所示，灌浆的一般工作过程如下： 　　•安装好灌浆帽。 　　•然后对管道进行一个气压试验测泄漏。方法为所有的排气管是关闭的，除了L1和R1以外。风管管道压力为3~5bar，压力损失不超过每分钟1bar。 　　•水泥浆体的制作，对浆体的温度和流动度进行检查。浆体在检查合格后通过泵送出。 　　•当L1端获得一个满意的流动性时填料并清理供料软管并连接到L1上。 　　•开始泵送，灌浆速度10~16m/min，开时计时。 　　•浆体达到R1时停止计时。 　　•当获得一种均匀的浆体时在R1处取样，检查流动性。 　　•如果需要，再次泵送并检查流动性直到获得10~14 s的流度。 　　•调节泵以降低输出率。 　　•打开L4（或R4）并泵送直到出现均匀的浆体，停止泵送并关闭排气管。 　　•打开R4（或L4）并泵送直到出现均匀的浆体，停止泵送并关闭排气管。 　　•增加压力到5 bar，并检查此压力的稳定性达30 s，浆体供应切断。 　　•关闭L1并断开软管。 　　•灌浆结束。 3.9 端部封锚 　　在拆除灌浆帽后应浇注钢筋混凝土对端头进行保护。 3.10 有效应力监测 　　对于有效应力监测，应业主要求作出了重要的设计修改。根据原设计，采用试验梁的方法对应力进行监测，简单地说就是用穹顶相同的混凝土制作成试验梁，对试验梁进行监测，间接对安全壳的预应力系统作出评价。但是试验梁的方法由于构件所处的环境不同，不能反映现场的实际情况。即使有异常情况也不能反映安全壳的实际，而且现场需要建造专门的试验场所，并经常对试验梁进行试验，需要很大的人力和费用。根据加拿大规范CSA.N287.7的规定，预应力应力监测可采取试验梁和在役压力试验两种方法进行监测，业主及时向中国国家核安全局汇报，并获得批准，选用了在役压力试验加灌油监测束的方法进行监测。 　　在役压力试验可搭载在安全壳强度和泄漏率试验中进行，通过监测安全壳在受压情况下的应变和变形情况来推算出预应力的总体效果，从而给出一个整体的评价。 　　监测束选择筒墙径向束A-106、A-107两束，这两束的一端安装了应力监测器。灌浆材料采用蜡，这在我国核工程建设中是第一次应用。这样在钢束张拉和张拉后随时可对钢束的有效应力进行监测。 4 遇到的问题及处理 4.1 承压端混凝土微裂缝 　　在底板张拉时每个承压板周圈出现发丝裂缝，裂缝宽度小于0.1 mm。原因是设计时采用的锚固区加强筋比较粗，布置太稀。在业主的要求下，外方对以后施工的承压端增加了钢筋，并对锚固区加强筋提出了间距要求，基本上解决此类问题。 4.2 灌浆出现堵塞 　　在灌注筒墙A-108、A-133钢束时出现了堵塞。对于出现堵塞的确切原因没办法检查，但根据现场实际进行了可能原因分析，认为主要原因是这两根孔道使用了钢绞线保护油，油和浆体混合后浆体变稠，减小了流动度，另较低的环境温度和较大的浆体运输距离也是堵孔的不利因素。 　　对于上述原因采取了适当的措施，没有再出现类似问题。 　　对于A-108、A-133这两束，采取将未灌入水泥浆体的孔道抽真空，在真空度达到一定值后利用孔内外的压力差压入高压浆体的方法，成功地将管道未灌浆部分充满。 4.3 预埋波纹管堵塞 　　筒墙径向束由波纹管成孔而成。波纹管内径110 mm，由6±0.06 mm波纹钢带卷制成。在混凝土施工时由于振捣棒的碰撞、钢筋挤压等原因导致波纹管变形，严重的波纹管破裂，混凝土堵塞管道。1号堆筒墙A-128在通球时发现堵塞，需要修补。最大的困难在于找到堵塞的精确位置，最后采用穿钢绞线的方法，当碰到堵塞时，停止穿束，抽出钢绞线，测量长度，推算出堵塞的位置大约在280o~283o处。然后凿开混凝土，清除凝固的浆体，换上波纹管，外面用填砂环氧砂浆修复。由此问题得到了很好的解决。 4.4 二次灌浆孔堵塞 　　在准备1号筒墙C-51钢束二次灌浆前的通气时发现，二次灌浆的一端阀门已被堵死，另一端则没问题。最后分析后认为，应该是管壁上附着的灰浆没有吹干净，灰浆沿着管道下流引起堵塞。在检查了吹浆记录后认定是吹浆时间太短引起。在修理灌浆管时现场最大的困难在于堵塞管段长度的确定。最后通过凿开一段40 cm的混凝土并通过小铁锤敲打灌浆管成功地确

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