预应力穿束工法

核电站倒U形预应力钢束整体穿束施工工法

中国核工业华兴建设有限公司

崔正严 张明皋 王德桂 丁健 董德文

1 前言

核电站反应堆厂房安全壳是保证核安全的重要屏障,一般设计为预应力钢筋混凝土壳体结构。随着我国核电站建造的迅速发展, 安全壳预应力结构的类型也在不断更新,其中呈倒“U”形布置的预应力体系将常用的竖向直段和穹顶曲线段预应力钢绞线束分别布置的形式合并成一个整体，增强了安全壳结构的整体性和安全性，但该结构类型的钢绞线若仍采用目前大多数核电站使用的单根多次穿束的方法，由于无法穿过呈倒U形布置的大曲率长孔道，满足不了施工要求。

中国核工业华兴建设有限公司在江苏田湾核电站反应堆安全壳的竖向倒U形布置的预应力体系的施工中，与各方专家和技术人员共同研究，吸取国内外其他核电站及相关行业预应力施工的经验，创造性的采用了钢绞线整体穿束的施工工艺，成功解决了竖向倒U形孔道预应力钢绞线的穿束难题，经查新证明，该工艺的成功应用，填补了国内空白，经江苏省建筑业主管部门组织的技术鉴定，该工艺技术达到国内领先水平。

倒U形预应力钢束整体穿束施工工法，先后在江苏田湾核电站1号机组和2号机组的反应堆安全壳预应力施工中得到成功应用。该工法获得了2008年度江苏省省级工法；作为田湾核电站双层安全壳综合建造技术的重要组成部分，该关键技术在2005年获得国防科学工业技术委员会国防科学技术二等奖（2005GFJ2015-1），2003年获中国核工业建设集团公司科技进步一等奖（2003HJKJ102）；安全壳倒U形预应力施工技术获得中国核工业建设集团公司2005年度科技进步三等奖（2004HJKJJ301）；田湾核电站1#反应堆厂房被授予“2004年江苏省建筑业新技术应用示范工程”，该工法关键技术作为创新技术被认定国内领先。

2 工法特点

2.1在建筑物结构体外对单根钢绞线进行整体编束作业。

2.2 整体束端部采取错开焊接，形成锥形柔性连接体，确保穿束头的柔性。

2.3采用气梭法将辅助牵引钢丝绳穿过倒U形预应力孔道。

2.4通过计算选择卷扬机吨位，并通过专用滚轮链串装置将钢绞线整体束牵引穿过复杂形状孔道（见图2.4所示）。

图2.4 倒U形预应力钢束布置图

2.5钢绞线整体穿束工艺，解决了多根单钢绞线在倒U形复杂孔道中穿束难题

2.6整体穿束工艺，保证了钢绞线在孔道内的顺直和松弛度，减少预应力钢束在张拉时应力的损失，降低了钢绞线之间的应力偏差。

2.7与单根钢绞线多次穿束工艺相比，节约时间，提高工效、满足核电建设节奏不断加快的需求。

3 适用范围

本工法适用于同类型核电站安全壳预应力钢束施工，同时也为其它领域空间结构相似、形状复杂和长孔道内预应力钢束施工提供参考。

4 工艺原理

4.1利用穿束机将钢绞线逐根穿入固定在建筑物结构体外的的钢导管中，在导管出口端的焊接平台上整理钢绞线，将钢束端头焊接成整体，形成锥形柔性穿束头。

4.2将栓有辅助钢丝绳的特制绳梭置入待穿束孔道的一端，利用压缩空气推动绳梭使辅助钢丝绳穿过倒U形孔道，然后将辅助钢丝绳与大吨位卷扬机上的主牵引钢丝绳相连，再通过小型卷扬机牵拉辅助钢丝绳使主牵引钢丝绳通过倒U形孔道。

4.3将主牵引钢丝绳与锥形柔性穿束头连接，利用大吨位卷扬机通过专用滚轮链串装置将钢绞线束整体牵引通过倒U形孔道。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

5.2操作要点

5.2.1牵引设备选型

牵引钢绞线束的卷扬机型号需通过计算确定，考虑在穿束头到达穹顶最高点处为最不利情况时的牵引力。所需牵引力F应大于钢绞线重量和摩擦阻力之和，可按下式计算：

F≥w(1+f)k （5.2.1）

式中：F——牵引力；

W——钢绞线总重；

f——摩擦系数，取0.16～0.19；

k——裕度系数，取1.1～1.4。

5.2.2 设备机具定位和安装

主要设备机具的布置，应根据穿束工艺对各设备机具的使用要求安装到相应的位置（见图5.2.2所示）。

图5.2.2 主要设备机具布置平面图

5.2.3编束导管安装、导向滑轮及滑轮组安装、焊接平台安装

5.2.3.1编束导管安装

使用薄壁钢管加工编束导管，导管长度、弧度及数量应根据实际情况确定。导管需使用特制的管夹将这些导管连接，并固定于廊道内墙上的支撑架上，导管可在支撑架上上下移动以便对准穿束机、焊接平台和滚轮链串。

5.2.3.2导向滑轮及滑轮组安装

导向滑轮组安装在靠近卷扬机，并固定于廊道外墙上的支架中，方向与卷扬机钢丝绳释放方向相同，导向滑轮结构见图5.2.5所示。

固定螺栓

导向滑轮

图5.2.3.2 导向滑轮示意图

5.2.3.3焊接平台安装

焊接平台的位置视钢束的长度改变而定，从穿束机处切割位置起开始测量的钢束长度应标注清楚，调整编束导管长度以使焊接平台安装在正确的位置，在入口和出口方向，调节编束套管的标高与焊接平台标高一致，必要时使用一段合适长度的短管连接焊接平台和最后一段套管。钢束焊接平台（见图5.2.3.3-1）上有5个凹槽，根据凹槽的位置布置相应根数的钢绞线（见图5.2.3.3-2）。

图5.2.3.3-1钢束焊接平台示意图 图5.2.3.3-2钢绞线在焊接平台上布置图 5.2.4 钢绞线穿束机安装和导管长度标识

钢绞线穿束机安装在预定的位置，并固定。解线盘和穿束机之间应安装一段直径50mm 的PN10聚乙烯套管以保护钢绞线。穿束机安装布置见图5.2.4所示。

导管安装在廊道内墙上之后，应从钢束切割位置起，在导管上标出距离，这样便于确定钢束的长度。距离应沿着套管中线测量并标记在墙上，可每隔5m 做一个标记，并在数字下面用箭头来表示穿束方向。穿束位置改变时，应使用不同的颜色重新标记。

穿束机

钢绞线盘

图5.2.4 穿束机安装布置图

5.2.5钢绞线编束

钢绞线穿束前，须先在预先安装好的编束套管中将钢铰线整理并编为一整束。编束时采用单根穿束法将钢绞线穿入编束套管中。先按照待穿钢束的计算长度，在编束套管的末端做好待穿束钢绞线长度的标记，然后用单根穿束机将钢绞线逐根穿入编束管道中。在位于编束管末端的焊接平台上进行整理，用切割机在标记处切割出满足要求的长度。

5.2.6钢束头焊接

钢束头焊接在焊接平台上进行，焊接分为5个阶段（以55束钢绞线穿束头的焊接为例）。第一阶段（见图5.2.6-1）将焊接平台上槽1中的6根钢绞线围绕在一根中心钢绞线上进行焊接，焊缝长度