全球首台AP1000汽轮发电机组预埋地脚螺栓的质量控制

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摘要：我国“十二五”规划中，核电站的发展成为战略目标。全球首台ap1000核电站，第三代非能动压水堆的先进技术，将核电站本质安全提高至较高的水平。汽轮发电机组作为常规岛核心部分，承担机组稳定运行的重担，并与核岛主设备紧密联系，其技术在火力发电站已发展的足够成熟，但涉及到核安全，重视程度急剧提高。承载汽轮发电机可靠运行的是精确又扎实的基础，即贯彻到基础的设计、施工、验收、设备安装整个过程。汽轮机基础的核心是地脚螺栓，使得地脚螺栓的预埋精度直接影响汽轮机主设备的就位。本人通过三门核电#1机组汽轮发电机组基础螺栓样板架的安装实践，并结合高精度地脚螺栓预埋经验，进一步阐述常规岛汽轮发电机组地脚螺栓的预埋质量控制。关键词：汽轮发电机组；地脚螺栓；质量；控制

中图分类号：O213文献标识码： A

一、概况1.1 工程简介三门核电常规岛汽轮发电机组，外形尺寸66.40m×16.00m，其中运转层平台顶面标高为+8.50m。汽轮发电机组由一个高压缸、三个低压缸、一台发电机及一台励磁机组成。汽轮发电机基础地脚螺栓为直埋式，由H250×250立柱与H588×300梁形成主框架，框架生根在FL+3.5m混凝土基础预埋件上，主框架上部根据螺栓就位位置焊接C200×90的次梁，用L75角钢垂直连接上部次梁与下部地脚螺栓定位架，定位架根据各螺栓布置形状制作，为整体稳定框架。

1.2 质量控制要点常规岛位于核岛南侧，汽轮发电机组二次回路与核岛一次回路紧密连接，汽轮发电机稳定的运行确保整个核电机组的安全。基础地脚螺栓预埋精度要求高，一旦偏差超标将影响设备安装，同时地脚螺栓预埋不当可能造成运行机组振动过大等情况，并影响机组稳定运行。确保地脚螺栓预埋精度是质量控制的重点、难点。螺栓样板架整体区域大，尺寸测量受环境等影响较大，对于施工人员的测量技术、施工技术提出较高要求。汽轮机基座运转层上的预埋件种类、数量较多，螺栓预埋螺栓周围钢筋非常密实，逻辑顺序不合理或钢筋就位稍有偏差，均可能影响预埋螺栓精度。

二、汽轮发电机组基础预埋地脚螺栓的质量控制汽轮发电机组基础螺栓样板架的质量控制，从核电站理念出发，确保汽轮机正常运行，保障整个核电机组安全、可靠运行。从质量控制的具体实施，应覆盖在设计、制作、安装、验收、混凝土浇筑等整个过程，其中任何一个环节的偏差，均能影响下一个步骤的实施，甚至影响最终的螺栓预埋质量。根据《电建规》及三菱重工（MHI）设计要求：地脚螺栓纵向中心线偏差在±2mm以内；地脚螺栓相对尺寸偏差在±2mm以内；地脚螺栓标高在设计值的0～+5mm以内。而对于主框架及样板架同样要求±2mm的轴线偏差。

2.1 汽轮发电机组地脚螺栓基础设计控制 设计是将科学技术转化实体的纽带，工程设计的高质量将施工质量至于较高起点。而设计质量又分为两个层次，首先是满足汽轮机安装参数的要求，也就是满足汽轮机固有质量的要求；另一方面作为施工的指导性文件，应简单、可靠，便于施工。本工程由三菱重工（MHI）设计，哈尔滨动力厂负责生产，从满足地脚螺栓安全参数及强度出发，汽轮发电机组基础由H250×250立柱与H588×300梁形成主框架，并生根在混凝土预埋件上部，确保了框架整体性，同时自成立体系，与钢筋混凝土区域单独分开，通过强度计算，螺栓所承受了各理论外力后，均不发生变形。主框架上部焊接次梁，角钢连接上部次梁至下部定位框架，次梁强度与数量配合角钢的强度与数量，计算结果大于理论外力之和。螺栓定位架整体设计，由C280*84槽钢制作形成整体，螺栓孔为数控开孔，每组定位架有一处铳眼，保证定位架的强度及精度。螺栓孔大于螺栓直径2mm，相当于1mm的调整间隙。地脚螺栓采用套筒形式，螺栓与筒壁余量为10mm，轴线可调间隙5mm，从设计理念出发，该余量只作为螺栓二次灌浆前的调整，但从螺栓预埋角度出发，可提供较小的调整间隙。螺栓底部设计有锚板，保证了地脚螺栓抗拔、抗拉强度。

2.2 汽轮发电机基础地脚螺栓的施工质量控制汽轮发电机组基础地脚螺栓的施工，即将设计转化为实体工程，是最重要的质量控制环节。

根据汽轮发电机组基础螺栓样板架施工顺序，从主框架定位安装、到次梁及螺栓架定位安装再到地脚螺栓穿装，应逐级确保其精准度，最终确保地脚螺栓的尺寸精度。地脚螺栓预埋主要控制轴线、标高及垂直度。地脚螺栓轴线控制，根据现场测量控制网，用全站仪测定汽轮发电机组纵向基准点及各高、低压、发电机、励磁机的横向基准点（坐标），再将基准点固化至埋件或固定支架等，基准点标记应清晰、永久。确保基准后，根据基准点使用墨线弹出整条轴线或拉设钢丝，钢丝采用0.5mm直径，贯穿整个轴系，受环境影响时，可在同条轴线上标定多个基准点，分段拉设钢丝。根据中心线距离，测定主框架立柱底部埋件中心，标出立柱底部中心，分别对准就位后，调整立柱垂直度，安装主梁，将其上、下连接部位点焊加固，确保形成整体形成刚度单位后，在主框架上重新测定基准中心线，并标记清晰、固化，使用0.5mm钢丝贯穿其纵横轴线，无误后将主框架连接部位焊接牢固，对基准点应在每个阶段进行实时复测。根据图纸尺寸定位次梁后焊接加固，次梁定位则根据主框架基准线用钢卷尺测量定位，必要时可使用全站仪复查定位尺寸。螺栓定位架，制作时螺栓孔定位精确，确保了螺栓定位架的尺寸也就保证了地脚螺栓的定位尺寸。根据次梁定位尺寸，初步定位螺栓定位架，其后施工人员在轴线钢丝上挂设线锤，根据图纸标定尺寸，使用钢卷尺引线至定位样板架尺寸，同一个样板架应在纵横定位线上复核定位点，也可根据端部螺栓孔中心定位。定位完成后测量人员使用全站仪复核定位坐标，符合要求后立即点焊连接角钢（标高先调整完成），点焊后复测无误，方可整体焊接牢固。定位架尺寸确保后，地脚螺栓穿入螺栓孔的定位尺寸即在合格范围内。但仍可对地脚螺栓进行微调，同时验证其定位尺寸，若地脚螺栓成规律状态排列，根据汽轮发电机纵横中心线，分别用钢卷尺定位或全站仪测量手段，定位两端部螺栓纵横尺寸，根据两端部螺栓中心线拉设钢丝，调整偏离钢丝中心的螺栓，再使用钢卷尺定位螺栓间距；若不规分布的螺栓可逐个使用钢卷尺或全站仪得出定位尺寸。发电机、低压缸两侧螺栓成对称布置，可根据图纸标定或计算得出对称地脚螺栓的对角线尺寸，进行复核，有效验证。地脚螺栓标高控制，主框架立柱就位前应先复测底部埋件标高，复测满足要求后就位上部立柱，同时复测立柱顶标高，埋件与立柱底部应保证水平接触，若水平度不满足，可采取垫薄垫片调整，无误后焊接牢固。定位架由主框架上部定位次梁与角钢连接，角钢连接处可自由调整其标高量，根据图纸标定出较高引下长度后，初步就位定位架，使用全站仪再次定位调整标高，用水准仪依次测量相对标高；地脚螺栓标高根据螺母调整，用全站仪测定基准螺栓标高，再使用水准仪测出相对标高，同一组规律排列的螺栓可测定两端头螺栓标高后，采用两点一线方式调整其他螺栓标高值；考虑到混凝土的收缩量，根据设计要求，应抬高螺栓标高至+5~+10mm，同时要保证相对标高一致，标高易高不易低。地脚螺栓垂直度控制，根据设计要求，地脚螺栓垂直度应控制在1mm/m以内。地脚螺栓就位后，应采用线锤或水平尺测量垂直度，垂直度的测量应为成90º的两个方向。地脚螺栓的主框架、定位架及地脚螺栓找正顺序，应遵循先调整标高后调整轴线，先粗调后细条，直至满足要求后，最终调整螺栓垂直度。2.3汽轮发电机组基础地脚螺栓预埋尺寸的验收控制验收控制，是地脚螺栓预埋质量控制的最后环节，也是发现问题，修正偏差的重要环节。验收应在施工前准备、施工过程、施工完成个阶段贯彻进行。在质量验收之前，施工方应具备一套完整的施工数据记录，保证施工过程的可控及作为参照依据。查看所有数据在合格范围内后，进行必要的复测、抽查，视其重要性应全部复测。作为验收把关方，应做到地脚螺栓预埋尺寸的事前、事中、事后的全面控制。施工前，必要的技术资料应监理到位，包括图纸、方案、交底等。控制其测量用工器具的合理选用及检测合格。复验相关安装用的材料，保证其合格。了解施工人员的施工方法，确保其正确、可行。

施工过程的各个阶段，验收人员均应控制到位，采取必要的抽查手段，包括汽轮发电机中心点的复测，主框架、次梁及预埋螺栓各步骤的抽查，以提早发现问题为目标，减少不必要的返工。

验收应分级为四个阶段，主框架成立后，全站仪复核汽轮发电机纵横中心的基准点，复核时应选择施工测量相符的天气状况，基准点是控制核心，一旦复测有偏差，地脚螺栓整体将偏离轴线。其次螺栓定位架完成后，进行整体复测，使用钢卷尺复测，修正卷尺系数，包括温度、拉力修正，拉力为100N，若存在干涉卷尺测量的，可使用全站仪将基准点引至便于操作部位进行复测，待轴线测量完成后进行标高复测，测定基准标高后，用水准仪测定所有定位架的相对标高，确保其水平度。第三个阶段是地脚螺栓预埋结束，使用全站仪依次复测，规律分布的螺栓可使用两点一线方法复测各螺栓的纵横尺寸，对称布置的螺栓复测其对角线。标高采用全站仪基准螺栓后，用经纬仪测定相对尺寸，最终用垂线或水平尺测定地脚螺栓标高。最终的验收应在复测完成的基础上根据上述步骤逐项复测，确保不出现复测错误或施工过程中某一区域数据变动。

地脚螺栓验收复测过程应逐件记录测量数据，标定偏差部位，进行重新调整直至合格范围内。复测过程中发现偏差成规律状态，应复核中线基准线或引线。验收过程应按照步骤进行复核，以便于在某一阶段中找出问题，发现问题后，对结果持怀疑态度，可使用同一种方法或不同方法再次复测，仍偏差超标的区域应分析原因，找出原因后进行处理，对处理的结果再次进行验收，直至满足要求。

2.4其他控制方面经验收合格的地脚螺栓，应及时进行加固，将螺母与定位架点焊牢固，使其不能回转，底部锚板用圆钢电焊连接成整体，螺栓间增加必要的斜支撑。基础周围有搭设脚手架或其他设施，应确保不直与主框架、定位架及地脚螺栓连接。此外对整体完成的大框架、定位架采取必要的加固，如主框架加斜支撑，使其不受混凝土收缩力的影响；定位架为悬挂式，混凝土浇筑的冲击力及钢筋干涉螺栓的应力均可能导致定位架强度不足而变形，设计加固的基础上，在定位架与主框架之间直接增加角钢支撑，并请设计人员核算其强度。

三、验收地脚螺中发现的问题及分析

汽轮发电机组施工过程，对发现的问题进行分析，同时经验反馈，优化质量控制。

对照设计图纸，测量高压侧锚固板组块上部#2螺栓定位架时，北端两侧的两排共5颗螺栓与汽轮机轴线距离偏小4公分，原因是厂家生产螺栓架时用的生产图纸未及时根据设计图纸升版。设计方，在图升版时，应及时通知生产厂家进行同步调整，确保两者一致；同时在材料验收时，应严格把关，加强事前控制。

整体验收时，复测高压缸侧#2螺栓定位架东边固定端第一颗螺栓，因加固不当，尺寸偏差4mm。根据前期验收结果，螺栓尺寸符合要求，由于未及时加固，下部钢筋施工时与螺栓相碰受力，造成尺寸偏差。确保整体尺寸精度，应贯彻至最后的加固阶段，确保前期尺寸满足要求的基础上采取必要的加固，同时消除由于钢筋干涉的应力集中区域。

混凝土浇筑完成的地脚螺栓，复测时，发现个别螺栓存在浇筑前后偏差。经过分析推断，主要原因有：前期螺栓定位架与螺栓就位时，已存在于钢筋的相互干涉，在干涉的基础上螺栓尺寸符合要求，但拆除后应力释放，螺栓尺寸回弹，造成了偏差，同样也存在框架强度因素；同时大面积混凝土浇筑时，由于流量大、浇筑方向单一均可造成一定的冲击力，所以浇筑过程中加强对地脚螺栓的监控，发现问题及时采取措施，同时采用不同的浇筑方式，如减小浇筑坡度、分层浇筑、分区域浇筑等等，均能减少混凝土浇筑前后的偏差。

四、结论汽轮发电机组基础地脚螺栓预埋的质量控制工作，应落实至每一个环节，其中某一个环节的偏差均会影响后续步骤。加强施工质量控制意识，提高工程管理水平，深化安全文化理念，都是有力的保障。核电大发展，安全是保障，通过自身工作领域的实际经验，来交流、反馈，以点带面，为提高整体水平作出贡献。