JP3880834B2 - ライニング容器の施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃液貯蔵槽、復水貯蔵槽、放射性廃棄物貯蔵プール、使用済み燃料プール等の放射性液体の保管容器に使用される各種ライニング容器の施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電設備や放射性物質処理設備において、各種の放射性液体の貯留はコンクリート躯体にステンレス鋼板（ライニング板）を内張りしたライニング容器を用いて行われることが多く、また放射性物質または放射性物質付着物品等の固体物の保管はライニング容器内に放射線遮蔽用の水を張ってその中に保管することが一般に行われている。ライニング容器は通常の円筒形タンクにくらべると躯体内空間の使用容積効率が非常に良いことから原子力関連施設では大規模に採用されている。
【０００３】
ところで、従来のライニング容器の施工法は多数の補強材をライニング板に取り付けてコンクリートを打設するものである。またこのライニング容器の施工手順は、工場でのライニング板に補強を付けた現地組立単位の通称パネルといわれるものを製作してこれを現地施工で組み立てるという手順で行われている。
【０００４】
従来のライニング容器の施工手順を図１１ないし図１３を参照して説明する。
図１１及び図１２に示すように、モルタル代打控え面ａの背面に鉄筋１０１を立てて一次埋め込み金物１０２，１０３を取り付け、ついで型枠取り付け用セパレータ１０４を介してコンクリート型枠１０５を取り付け、端太材１０６で固定した後躯体コンクリート１０７を打設して一次据付を終わる。
【０００５】
次は図１３に示すように、第１の支持金物１０３に槽内側に突出する第２の支持金物１０８を溶着するとともに、この第２の支持金物１０８の先端にライニング板１０９をモルタル充填型枠として利用して側壁コンクリートとライニング板１０９の間にモルタル１１０を打設し、二次打設とライニング板取り付けを同時に行うことによって、ライニング壁を構築する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の施工方法では、一次埋め込み工程→コンクリート打設工程→二次埋め込み工程→モルタル充填兼ライニング板溶接取り付け工程のように工程が煩雑であって、大容量槽のライニング工事では何段階にも分割して施工せざるを得ないため、プラント施設全体の工期が延引する一因ともなっている。
【０００７】
一方、従来のライニング施工方法は他にも多くあり種々の工夫がなされてきた。すべてをここで述べることはさけるが、従来技術の共通の問題は、ライニング板に補強の溶接加熱が加わっているため、材質劣化を招きやすく、また補強材の物量も大きく、決定的な合理化ができないということである。いずれの方法も工程が煩雑であって、大容量槽のライニング工事では何段階にも分割して施工せざるを得ないため、プラント施設全体の工期が延引する一因ともなっている。
【０００８】
従来から種々の施工方法が提案され、実施されてきたが、いずれも、長尺形鋼を大量に使用することから、物量増大と工程輻輳、ライニング板への不必要な溶接等の問題があった。
【０００９】
従来技術の課題の第１は、埋め捨てとなる補強形鋼の減少化要求である。
ライニング板がコンクリート打設圧を受けるとき、この打設圧は、単なる水圧のような圧力のほかに、コンクリート充填振動や、施工時振動を受けるため、振動圧力が加わって非常に大きい圧力となり、且つ振動に起因する圧力は算定のしにくい動的圧力となって加わるので、ライニング板の補強は十分な強度を与えるためにたくさんの長尺形鋼を縦横に細かいピッチで配置していた。また、この長尺形鋼とライニング板は、コンクリート打設圧力で剥離しないよう十分な強度の溶接が必要であった。このため、ライニング板への溶接溶け込みは深く、溶接長さもそれなりに長くなり施工負担の大きいものであった。しかも本来のライニング容器の機能には必要ではないコンクリート打設時のただ一度の荷重に耐える形鋼が大量に必要となり埋め込まれたままとなっている。
【００１０】
コンクリートを打設するとき、コンクリート壁厚さを保持するためライニング板と対面するコンクリート型枠はセパレータと呼ぶ寸法保持材で連結される。このセパレータはライニング側ではライニング板の補強形鋼に溶接で取り付けられ、型枠側では型枠を貫通してネジ止めされている。このセパレータは一般に縦横６００ｍｍピッチ程度で配置されるため、長尺形鋼のピッチもこれに合わせざるを得ず、ライニング板には多数の形鋼が格子状に溶接配設されることになる。したがって、部材の増加と施工手順の煩雑化を招き、工期の長期化、建設費の増加を生じていた。
【００１１】
従来技術の第２の課題はライニング板の健全化要求である。
ライニング板に補強を多くとると、本来の容器機能を得るために必要なライニング板同士の溶接以外に、容器機能から言えば不必要で、全く健全な平板部分に溶接を行うことになり、ライニング板にとって実は損傷となることである。そして、この溶接は、本来の容器機能には全く寄与せず、一過性のコンクリート打設圧に耐えるために、ライニング板を溶接加熱によっていわば損傷させていることと同じ結果になっている。
【００１２】
ライニング容器としての機能上必要な部材はライニング板のみであって、溶接も、ライニング板同士以外にはできる限り行わないことが望ましい。ライニング板に本来は不必要な溶接箇所を与えることで、部分的な材料の変質が起こり、経年劣化の原因を持ち込むことになる。ライニング板同士の溶接部は裏面に漏洩検出溝が設置されることが多く、万が一の漏洩も確実に検出し、漏洩液も所定のルートで流出処理されるので問題はないが、平板部は漏洩検出溝がなく、漏洩した液体は、非管理域に流れ出すおそれがないとは言えず望ましくなかった。
【００１３】
従来技術の第３の課題は施工の単純化要求である。
従来のライニング容器の施工法は、いずれの施工法も、長尺形鋼を大量に使用することに変わりなく、物量増大による工程輻輳、の問題がある。
【００１４】
上記した課題をまとめると、ライニング容器の基本に帰って必要機能と必要施工を見直せば、貯留水を保持するライニング板の溶接と、コンクリート躯体への固定とコンクリート打設が必要で、それ以外は本来は不要なのである。しかも、工場製作におけるライニング板に対する形鋼溶接が大きい負担となっており、合理化が望まれていた。さらに、現地施工で大量の仮設資材をコンクリート内に埋め込んでおり、最終的には埋め捨てとなるもので、資材としても施工負担としても大きく結果的には無駄であり合理化が望まれていた。
【００１５】
本発明は、上記情況に鑑みてなされたもので、その課題はライニング板の補強を自由に行うことができ、かつ合理的なライニング容器の施工方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１は、コンクリート躯体にライニング板を内張りしたライニング容器の施工方法において、ライニング板に余盛りの大きいスタッド溶接法で複数の頭付スタッドを溶接し、このライニング板をライニング容器の内側に立設し、このライニング板に溶接された頭付スタッドにセパレータを連結して別に外側に設置したコンクリート型枠との間隔を保持するとともに、この頭付スタッドを格子状に枠組み構成された補強形鋼に溶接し、これらライニング板とコンクリート型枠との間にコンクリートを打設することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のライニング容器の施工方法において、前記ライニング板の裏面のコンクリート側に第２のライニング板をおき、前記頭付きスタッドはこの第２のライニング板を貫通して前記ライニング板に溶接されることを特徴とする。
【００２１】
請求項１ないし請求項２によると、ライニング板はコンクリート型枠としての機能を果たし、スタッドはライニング板をコンクリート型枠として機能させるためのセパレータの機能を果たしている。コンクリート流入時打設圧はまずライニング板にかかり、この荷重はスタッド溶接部を経由してセパレータに引張り力として伝播する。スタッド溶接部はライニング板の部分補強の機能を果たし、平板に局部集中する大応力を小さく抑えて分散させ、かつ応力を安全側配分とすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の断面図である。
図に示すように、ライニング板１に大余盛り（よもり）スタッド溶接法で頭付きスタッド２を多数溶接し、これを躯体工事のコンクリート型枠として立設し、躯体壁の一方のライニング板１が設置される側ではこの頭付きスタッド２にセパレータ１６を連結して型枠としての機能を果たさせ、かつ躯体壁のもう一方の通常のコンクリート型枠１５が設置される側とライニング板１の間を保持させる。ライニング板１同士の溶接１４を行って、ここにコンクリート１８を打設することにより、ライニング板１の工事と躯体コンクリート工事を完了させる。
【００２３】
上記したように、コンクリート１８が打設流入されると、型枠１５と型枠兼用のライニング板１に打設圧がかかる。打設圧は型枠１５と型枠兼用のライニング板１の間を広げようとする力であり、この力は一方では型枠１５を、他方では型枠兼用のライニング板１を躯体の外側に押しつけ、セパレータ１６を引張る力と平衡している。
【００２４】
ここで、コンクリート１８の打設圧が発生する力と型枠１５の支持力が平衡安定するので、コンクリート硬化を待てば所期の躯体が打ちあがり、型枠兼用のライニング板１を設定してあった躯体表面側ではライニング工事が完了する。
【００２５】
本実施形態によれば、スタッドの軸まわりに同心の余盛りが広く厚く生成される大余盛りスタッド溶接法を適用してライニング板１に頭付きスタッド２を相手側のコンクリート型枠１５に合わせて全面的に配置したものをコンクリート型枠として使用しているので、これにセパレータ１６を取り付けることができる。したがって、躯体コンクリート１８の打設圧によるセパレータ１６の引張り力がライニング板１にかかるときスタッド溶接部の余盛りの効果によって、ライニング板１にかかる応力は通常では局部集中する大応力が、小さく抑えられて分散させられ、かつ、作用応力である引張りと圧縮のうち圧縮応力を主に母材即ちライニング板１側寄りに、配分されることで応力が安全側の配分となっている。
【００２６】
応力配分については図９と図１０を参照して説明するが、応力説明は、残留応力の平衡化に係わる部分と、圧力による発生応力に係わる部分とに分けて説明する。
【００２７】
まず、残留応力の平衡化について説明する。
溶接部の残留応力は通常溶接側で引張り応力、母材側で圧縮応力となる。本溶接方法では溶池が大きくできる分、他の溶接法に対して母材側の圧縮応力を大きくとることができる。もちろん他の溶接法で溶池を大きくとることはできるが、そのとき、母材側への溶け込み深さが大きくなって、母材に大きい熱影響部を残すため却って材質的に良くない事態を生じてしまい、実際的に溶池をスタッド溶接と同じくすることはできない。溶接棒を用いる溶接法では溶池が大きくなることなく、小さい溶池が順次移動して大きい余盛りを生成するので、溶解と凝固の部分ができて、残留応力が溶解部と凝固部で相互影響してしまう。また、大きい溶融池を造ろうとしても深く溶け込んでしまいスタッド溶接のように、広い溶融池部対母材の単純な２層の内部応力平衡関係を作れない。
【００２８】
しかし本スタッド溶接法の利点は他の溶接棒を使用する溶接法のように母材材質を損なうものではなく、また母材側に損傷を与えないで浅く広い溶池を得ることができる。このスタッド溶接法において通電引き上げを主とする時間制御の適正化を行えば、所要の溶融池を時間順の順次溶解ではなく一時に全面溶解の状態で得られる。この溶融池の制御が即ち形状における余盛りの制御であり、応力において分層化制御であるので、溶接部の付加厚さを決定するものとなる。この分層化が母材部には圧縮応力を発生させてライニング容器の健全化の働きをなしている。なお、圧縮応力を発生させることが、容器の健全化に寄与することは自明なのでここでは説明を省く。
【００２９】
図９（ａ）に示すように、ライニング板１へのスタッド２の溶接部の余盛り３、即ち厚さ付加によって同図（ｂ）に示すように圧縮応力と引張り応力の厚さ方向の配分を適正に二層化している。同図（ｃ）は溶接部の余盛りの小さいときの応力分布である。このようなスタッド溶接施工によるライニング板１の変形モードを例示的に示すと、図４（ａ）の正面図、図４（ｂ）の側面図のようになる。
【００３０】
ところで、母材厚のみの場合は溶融池の凝固による引張り応力と母材部分の圧縮応力の平衡関係が非常に不安定である。これは、スタッド側ではわずかな外部力で割れや剥離が起こることを示しており、母材側では圧縮応力は小さいことを示している。
【００３１】
余盛りが多い場合は溶融池の凝固による引張り応力と母材部分の圧縮応力の平衡関係が非常に安定している。これは、スタッド側では大きな外部力で局部割れや剥離が起こらないことを示しており、母材側では圧縮応力は大きいことを示している。大余盛りのスタッド溶接法はこの応力の二層化配分設計によってはじめて、実用的に使えるものとなる。この応力配分は、目視で確認できないためみすごされることが多く、その重要度が理解されにくいが、実は、溶接部の健全性と安全性を左右するもので溶接設計の根幹を成す大切なものである。
【００３２】
次に、圧力による発生応力の配分について説明する。
コンクリート打設圧を受けたときの発生応力を図１０に示した。余盛りが小さい場合は同図（ａ）に示すように、最大応力はスタッドの付け根部分で応力集中によって局部的に大きくなる。一方、余盛りが大きい場合は同図（ｂ）に示すように最大応力は小さくなっている。この図は断面であらわしているから、この最大応力部は実体においては円形の大応力部を生じることを示している。言い換えれば、スタッド付け根部分で円形に割れ易く、破壊時には円状の穴が明くことを示している。実はこのことこそがスタッド溶接の欠点であったもので、肝心の固定アンカとしてのスタッド付け根がもっとも弱くなるので、大きい力をかけることができなかったのである。その故に、従来の施工法ではスタッドにセパレータを取り付けても実用的な荷重をかけることができなかったのである。
【００３３】
従来の施工法ではスタッドにセパレータを取り付けるときは、セパレータに対してスタッドは相当に太くしなければ付け根部強度とセパレータ強度とのバランスが取れなかった。スタッドを溶接する板もスタッドの増径に応じて厚さを増さなければならないので各部材が大きくなってしまい、結局は実用性がなく基本工法としては採用できなかった。従来のライニング板補強が形鋼の直接溶接で行われていたのはこのスタッド付け根部の相対的な弱さによってスタッドが実際的には使えないからである。
【００３４】
しかしながら、本発明によるスタッド付け根部分は大余盛りによって補強されたことによって応力集中を緩和し従来に比べ格段に強度を増している。このことは図１０に示す余盛りをスタッド径とライニング板厚さとの関係に注目して見ればこの効果は明らかであろう。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るスタッド溶接、即ちライニング板１に頭付きスタッド２を溶接する施工順を示した図である。この工程は同図（ａ）の接触時初期通電する工程と、同図（ｂ）の通電時引き離しによるアークを発生し引き離し中母材表面に溶融池を適正な大きさになるまでアーク電流を微小時間だけ供給する工程と同図（ｃ）の母材の溶融池にスタッドを圧着する工程の３工程を経て同図（ｄ）の保持冷却が完了することでスタッド溶接法が完結する。なお、フェルール５の処理等、ここで説明の技術に関与しない工程の記載は省略している。この第２工程で電流と引き離し、時間の制御を行って溶融池の円形の形状の広さと深さを適正に制御することで、最終的には適当な余盛りが得られる。
【００３６】
図５は本発明の第２実施形態の断面図である。
本実施形態は、図１の第１実施形態のライニング板１に頭付きスタッド２を溶接するのではなく、ライニング板１にネジ付きスタッド４を溶接した構成に特徴がある。このようにネジ付きスタッド４を溶接することで、セパレータ１６ａとの取り付けが容易となるため、現地の施工を合理化できる。
【００３７】
図６は本発明の第３の実施形態の断面図、図７は図６のライニング板と補強形鋼の取り付けた正面図である。
本実施形態は、ライニング板１を直接補強形鋼２１で補強しないで、頭付きスタッド２に補強形鋼２１を溶接している。ライニング板１は枠組み構成された補強形鋼２１とスタッドを介して一体化されて合成強度を大きくしてコンクリート１８の打設圧に耐えるように構成されている。ステー２０を形鋼９と補強形鋼２１に溶接して固定することで、ライニング板１と頭付きスタッド２に力を直接かけないで固定し、コンクリート１８の打設による浮き上がりを防止している。
【００３８】
ここで特に注目すべきことは、補強形鋼２１が格子状に枠組みされたことである。従来の補強も格子状枠組みで行われており補強物そのものは何ら革新性はないが、その取り付けが、従来の直接ライニング板１との溶接ではなく頭付きスタッド２に溶接されている点で、ライニング板１の熱損傷がなく任意の強度を合成体としてえられることである。施工は、コンクリート打設高さを大きく設定できることから相当な能率向上をはかることができる。これにより難しかった大型の、深い、即ちコンクリート打設高さの高いライニング容器壁の打設継ぎ回数を減少させて施工能率を大きく向上できる。
本実施形態では箱状組み立て状態のライニング容器をコンクリート打設で一挙に完成させて現地の施工能率を大きく向上させることができる。
【００３９】
図８は本発明の第４の実施形態の断面図である。
本実施形態は、図１の第１の実施形態のライニング板１のみではなくて、このライニング板１の裏面のコンクリート側にもう一枚のバックアップライニング板（第２のライニング板）２２を配置し、二重ライニング壁を構成した点に特徴がある。このバックアップライニング板２２を配置したライニングの二重化は単なるスタッド溶接の貫通施工で達成されたものであるので、何ら特別の器具及び施工を必要としなくて実施されたものである。したがって、安全性に優れたライニング容器を通常の施工とほとんど変わりない工程で建設することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ライニング板の補強を自由に行うことができ、かつライニング板を損傷しないので、健全なライニング容器を簡単な工程で建設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の断面図。
【図２】図１のライニング板と頭付きスタッドを溶接した図。
【図３】図１のスタッド溶接施工順を示す図。
【図４】図１のライニング板の変形モード図。
【図５】本発明の第２実施形態の断面図。
【図６】本発明の第３実施形態の断面図。
【図７】図６のライニング板に補強形鋼の取り付けた正面図。
【図８】本発明の第４実施形態の断面図。
【図９】図１の局部断面の応力分布図。
【図１０】図１のスタッド溶接部まわりの応力分布断面図。
【図１１】従来工法の全体断面図。
【図１２】図１の壁断面図。
【図１３】図１のライニング板と補強形鋼の取り付け図。
【符号の説明】
１…ライニング板、２…頭付きスタッド、３…余盛り、４…ネジ付きスタッド、５…フェルール、６…チャック、７…アーク、８…金具、９…形鋼、１０…つなぎ形鋼、１１…裏当て金、１２…樋、１３…漏洩検出溝、１４…溶接、１５…コンクリート型枠、１６，１６ａ…セパレータ、１７…鉄筋、１８…コンクリート、１９…支柱、２０…ステー、２１…補強形鋼、２２…裏側ライニング板、１０１…鉄筋、１０２，１０３…一次埋め込み金物、１０４…セパレータ、１０５…コンクリート型枠、１０６…端太材、１０７…コンクリート、１０８…支持金物、１０９…ライニング板、１１０…モルタル。

Claims (2)

1. コンクリート躯体にライニング板を内張りしたライニング容器の施工方法において、ライニング板に余盛りの大きいスタッド溶接法で複数の頭付スタッドを溶接し、このライニング板をライニング容器の内側に立設し、このライニング板に溶接された頭付スタッドにセパレータを連結して別に外側に設置したコンクリート型枠との間隔を保持するとともに、この頭付スタッドを格子状に枠組み構成された補強形鋼に溶接し、これらライニング板とコンクリート型枠との間にコンクリートを打設することを特徴とするライニング容器の施工方法。
2. 前記ライニング板の裏面のコンクリート側に第２のライニング板をおき、前記頭付きスタッドはこの第２のライニング板を貫通して前記ライニング板に溶接されることを特徴とする請求項１記載のライニング容器の施工方法。

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