CC BY
41
http://vestnik-nauki.ru/
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2016, Т 2, №1
УДК 693.564
АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМУ НАПРЯЖЕНИЮ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЗАЩИТНЫХ ОБОЛОЧЕК АЭС
Е.М. Ратц, И.Н. Хряпченкова
THE INVESTIGATION AND OPTIMIZATION OF PRESTRESSING OF REINFORCED CONCRETE CONTAINMENT SHELLS FOR A-PLANTS
E.M. Ratz, I.N. Khriapchenkova
Аннотация: В статье анализируются работы по предварительному напряжению герметичной монолитной железобетонной оболочки, внутри которой располагается ядерный реактор АЭС. Система преднапряжения состоит из металлических моноканатов, которые собраны в пучки по 46 штук каждый. Традиционная технология предусматривает заводить в каналообразователь 9 партий по 5 моноканатов, и последний из 46 поочередно в конце монтажной операции, что является продолжительным процессом. Зачастую, при выполнении работ по монтажу армоканатов по описанной технологии, фактическое расположение моноканатов относительно друг друга не соответствует проектному. Авторы предлагают технологию предварительного изготовления на производственной базе единого армоканата, содержащего все 46 моноканатов для их последующего совместного протягивания в системе преднапряжения. Результатом является снижение трудозатрат и сокращение сроков производства работ.
Ключевые слова: ядерный реактор; защитная оболочка; предварительное напряжение; моноканат; каналообразователь; единый армоканат; снижение трудозатрат.
Abstract: In this article, the authors are analyzing the prestressing of the hermetic cast-in-situ reinforced concrete containment shell within which the A-plant nuclear reactor is positioned. The prestessing system comprises metal mono-cables that have been assembled 46 each. Usual technology demands to put into a channelizer 9 lots in 5 mono-cables, then the last from 46 by turns in the end of an assembling operation. This process is a rather long one. Often the real mutual arrangement of the mono-cables does not correspond to the project one. The authors suggest applying the technology of preliminary manufacturing of an integrated reinforcing cable containing all 46 mono-cables. Afterwards there has been fulfilled their joint prestressing. The authors noted labour hours reduction as the result of the supposing technology applied.
Key words: nuclear reactor; containment shell; prestressing; mono-cable; ^amen^er; integrated reinforcing cable; reduction of labour hours.
Более 70% строительных конструкций современной атомной электростанции (АЭС) выполняются из бетона и железобетона, при этом значительный объем приходится на возведение помещений радиоактивного контура главного корпуса станции. Важнейший конструктивный элемент, возводимый с применением железобетона, - герметичная оболочка, выполняющая функцию пассивной системы безопасности ядерного реактора. Она одновременно выполняет функции несущей конструкции, биологической защиты, а при тяжелых авариях обеспечивает герметичность помещений радиоактивного контура, предотвращая выход радиоактивных веществ в окружающую среду [1].
Герметичная оболочка представляет собой массивное сооружение специфической конструкции, внутри которого располагается основное оборудование реакторного отделения (рис. 1). Она возводится из монолитного предварительно напряженного железобетона, имеет
http://vestnik-nauki.ru/
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2016, Т. 2, №1
форму цилиндра, перекрытого куполом в виде пологой сферы. Ее геометрические размеры: внутренний диаметр 44 м; отметка верха купола 61,7 м; толщина стен 1,2 м, толщина купола 1,1 м. Сопряжение цилиндра с куполом выполняется в виде кольца, в котором заанкерена напрягаемая арматура. Цилиндр с днищем соединен жестко, с внутренней стороны для усиления зоны соединения выполняется утолщение [2].
Предварительное напряжение железобетонной защитной оболочки необходимо осуществлять во избежание раскрытия в ней трещин при всех видах воздействий, в том числе при повышении давления внутри нее в случае максимальной проектной аварии.
Рисунок 1 - Схема конструктивного решения оболочки и расположения каналообразователей: 1 - армокаркас; 2 - опалубка; 3 - полиэтиленовый каналообразователь цилиндрической части; 4 - полиэтиленовый каналообразователь купола
В 70-90-х гг. XX в Институтом «Оргэнергострой» была разработана система преднапряжения СПЗО СПН-1000, которая использовалась на энергоблоках с реакторами ВВЭР- 1000 [3]. В настоящее время данная система морально устарела, физически изношена. К ее основным недостаткам можно отнести [4]:
■ неравномерность натяжения проволок каната и высокая вероятность обрыва;
■ относительно высокий коэффициент трения (0,1%);
■ необходимость подтяжки канатов в первые 2-3 года эксплуатации;
■ достаточно сложная процедура технического обслуживания, в состав которого входит помимо визуального осмотра и контроля усилия в канатах полная их разгрузка с разбором анкеров, обратная сборка и натяжение;
■ срок службы канатов - 35 лет при возможности продления эксплуатации до 50 лет;
■ достаточно высокая вероятность отказа (около 102), за 25 лет эксплуатации из почти 1550 канатов на действующих энергоблоках из строя вышли и заменены более 200;
■ расходы на техобслуживание и ремонт.
Система преднапряжения защитной оболочки (СПЗО) обеспечивает герметичность при любых авариях с разуплотнением главного циркуляционного контура и защищает атомный энергоблок и реакторную установку от внешних воздействий, таких, например, как
Вестник науки и образования Северо-Запада России
http://vestnik-nauki.ru/ -------
2016, Т. 2, №1
падение самолёта или прямое попадание ракеты. СПЗО состоит из металлических канатов, которые собраны в пучки по 46 штук каждый; всего в системе 96 цилиндрических - по 180 метров и 36 купольных - по 90 метров канатов.
Монтаж и натяжение СПЗО является критической позицией на графике строительства современной станции до начала испытания системы герметичных ограждений (СГО). Своевременное завершение работ дает возможность начать испытания и регистрацию СГО без дополнительной остановки строительства.
Развитие систем преднапряжения железобетонных оболочек последние десятилетия ведется в следующих направлениях:
- повышение механической прочности напрягаемых канатов;
- повышение надежности и увеличение жизненного цикла системы;
- улучшение конструкции и повышение надежности анкерных устройств;
- обеспечение равномерности напряжения канатов в поперечном сечении арматурного пучка;
- улучшение противокоррозионной защиты канатов;
- использование средств контроля усилия натяжения в арматурных пучках;
- улучшение технологических устройств, выполняющих работы по монтажу и демонтажу канатов;
- применение канатов в полиэтиленовой оболочке.
Первые опытные работы заведения армоканатов по процедуре, разработанные фирмой «Freyssinet», показали, что эта технология нуждается в оптимизации и технологической доработке ввиду опасности повреждения армоканатов, возникающей в связи с запутыванием технологических тросов в каналообразователе, которая имела место на Калининской и Балаковской АЭС.
Французская технология предписывает заводить в каналообразователь 9 партий по 5 моноканатов и последний из 46 поочередно в конце монтажной операции, что является достаточно продолжительным по времени процессом. Зачастую, при выполнении работ по монтажу армоканатов по описанной технологии, фактическое расположение моноканатов относительно друг друга не соответствует проектному.
В настоящей статье рассматривается технология, предусматривающая предварительное изготовление (формирование) на производственной базе единого армоканата, содержащего все 46 моноканатов для последующего протягивания в системе преднапряжения.
Арматурный пучок представляет собой конструкцию из 46 арматурных канатов, концы которых цанговыми зажимами закреплены в конических отверстиях анкерных блоков. Последние передают усилие натяжения на опорные поверхности анкерных колодцев. В процессе возведения оболочки, при монтаже каналообразователей анкерные колодцы крепятся к опалубке болтовыми соединениями.
Каждый моноканат состоит из 7 высокопрочных проволок в защитной полиэтиленовой оболочке с наличием во внутренней полости смазки, обладающей антикоррозионными и антифрикционными свойствами.
В связи с наличием криволинейных участков для кольцевых армопучков рекомендуется принять каналообразователи в виде гофрированных металлических труб диаметром 200 мм. По длине каналообразователи изготавливаются из секций, соединеняющихся между собой и анкерными колодцами при помощи помощью термопластических муфт или на сварке (рис. 2).
Изготовление пучка на подготовленной площадке осуществляется путем укладки 46 канатов в деревянный лоток, длинной около 200 м и формирования монтажных петель с обеих сторон каната при помощи сварки, через дистанционирующую пластину с 46-ю отверстиями (рис.2).
http://vestnik-nauki.ru/
Вестник науки и образования Северо-Запада России
2016, Т. 2, №1
Рисунок 2 - Схема формирования монтажной петли и фиксации каната решеткой
После запасовки арматурного пучка в каналообразователь (до натяжения канатов) свободное пространство внутренних полостей каналообразователя до опорных поверхностей анкерного колодца заполняется путем инъекции цементно-песчаным раствором со специальными добавками.
Технология устройства системы преднапряжения включает следующие операции:
■ установка каналообразователей из отдельных секций с визуальным контролем
состояния внутренней поверхности канала;
■ устройство соединения между секциями; протягивание в каналах арматурных пучков;
■ инъектирование каналообразователей цементным раствором;
■ натяжение арматурных пучков; консервация анкерных пучков.
Установка каналообразователей из отдельных секций и устройство соединений между ними осуществляется в процессе возведения армометаллических конструкций оболочки на приобъектной строительно-монтажной базе. При монтаже конструкций блоками каналообразователи входят в их состав и стык организуется одновременно со стыком арматуры и других элементов. Работы связаны с повышенными трудозатратами, так как доступ к каналообразователям затруднен из-за внешней арматуры и несъемной опалубки.
При поэлементном монтаже работы по каналообразователям осуществляются обычно после смонтированного яруса металлоконструкций облицовки и внутренней арматуры оболочки. Крепятся каналообразователи к элементам металлокаркаса облицовки и к арматуре (рис. 3). Протягивание арматурных канатов производится после завершения бетонирования.
Натяжение горизонтальных пучков производится со специальных платформ, перемещающихся вдоль пилястр, которые остаются на период эксплуатации. Натяжение вертикальных пучков производится в кольцевой галерее. Натяжение горизонтальных и вертикальных пучков чередуется (рис. 4).
Рисунок 3 - Общий вид на внутреннюю защитную оболочку до начала работ по бетонированию
Рисунок 4 - Натяжение арматурных канатов на упоры в купольной части ВЗО при помощи гидравлического домкрата Ио2 950/1,700
Описанная технология характеризуется высокими техническими и эксплуатационными показателями, среди которых можно отметить:
■ цанговая конструкция анкерных зажимов, исключающая неравномерность натяжения элементов каната;
■ низкий коэффициент трения - 0,05%;
■ высокий срок службы - предположительно 50 лет;
■ отсутствие необходимости подтяжки канатов во время всего жизненного цикла.
В рассматриваемой технологии защиту от коррозии предлагается обеспечить за счет:
■ полиэтиленовой оболочки каждого каната со смазкой внутри;
■ замоноличивания армопучка в каналообразователе;
■ консервации парафином под защитным колпаком анкерного узла.
Вестник науки и образования Северо-Запада России
http://vestnik-nauki.ru/ -------
2016, Т. 2, №1
Таким образом, применения описанной технологии по выполнению предварительного напряжения даст возможность ускорить процесс монтажа армоканатов как цилиндрической, так и купольной части внутренней защитной оболочки, обеспечить проектное положение моноканатов в армоканате, а также значительно сократить трудозатраты при монтаже, в результате чего станет возможным сокращение продолжительности производства строительно-монтажных работ и сроков строительства станции в целом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Возведение специальных защитных конструкций АЭС / Б.К. Пергаменщик В.И., Теличенко Р.Р. Темишев. Под общ. ред. В.И. Теличенко. М.: Издательский дом МЭИ, 2011. 240 с.
2. СТО НОСТРОЙ 63-2013. Работы бетонные при строительстве защитной оболочки реакторной установки атомных электростанций. Утв. Министерством энергетики Российской Федерации 13.04.12. Ввод в действие с 01.01.13. М.: ЭНАС, 2001. 43 с.
3. Хаютин Ю.Г., Кричевский А.З., Козочкин Р.К. Технологические проблемы возведения защитных оболочек АЭС с энергоблоками ВВЭР-1000 // Технология производства бетонных и железобетонных работ на строительстве энергетических объектов: Сборник научных трудов. М.: Оргэнергострой, 1979. С. 5-21.
4. Блинов И.Ф., Нефедова Г.Н., Шехтер Е.М. Прочность железобетонных защитных оболочек АЭС по данным натурных исследований. Обзорная информация. Сер. 3. Атомные электростанции. Вып. 6. М.: Информэнерго, 1987. 60 с.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Ратц Евгений Михайлович ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, магистрант кафедры технологии строительства. E-mail: tsp_159@mail.ru
Ratz Evgenii Mihailovich FSEI HPE «Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering», Nizhny Novgorod, Russia, master's degree of Construction engineering. E-mail: tsp_159@mail.ru
Хряпченкова Ирина Николаевна ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, доктор философских наук, кандидат технических наук, профессор кафедры технологии строительства. E-mail: irina-xr@mail.ru, Skype: irina-xr
Khriapchenkova Irina Nikolaevna FSEI HPE «Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering», Nizhny Novgorod, Russia, chair of Construction engineering, professor. E-mail: irina-xr@mail.ru,_Skype: irina-xr
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 603950, Нижний Новгород, Ильинская ул., 65, ННГАСУ, каф. ТСП, каб. У1-604.
Хряпченкова И.Н., +7 909 289 4375
