劉科紅，王鵬志

( 中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

0 引言

環(huán)吊是核電站建設過程中最重要的起重設備之一，用于壓力容器、蒸汽發(fā)生器等主設備的吊裝。環(huán)吊安裝工作處于核島建安的關鍵路徑，而環(huán)吊軌道梁及軌道(以下簡稱環(huán)吊梁)的安裝又是整個環(huán)吊安裝工作的關鍵，其安裝精度直接影響到整個環(huán)吊的安裝質量以及環(huán)吊的運行情況。為此，本文以某核電廠反應堆環(huán)吊梁吊裝工程為例，介紹了反應堆環(huán)吊梁一次吊裝工程的測量方法。

1 工程概況

本文所述環(huán)吊軌道梁是由6 段成60°環(huán)形的軌道梁連接在一起組成的一個環(huán)形支撐梁，用高強螺栓固定在均勻分布于反應堆鋼襯里的36 個牛腿上，每段軌道梁長約18．5 m，重約14．3 t。軌道上表面的標高和水平度靠調整墊板調節(jié)，調整墊板的厚度需要根據每個墊板對應牛腿上表面各點的標高進行加工。每個牛腿上需要現場鉆5 個Φ55±1 mm的通孔，與環(huán)軌梁下蓋板上的5 個長圓孔匹配。36 個牛腿上180 個圓形螺栓孔位與環(huán)吊軌道梁180 個長圓螺栓孔位的匹配程度是決定環(huán)吊梁安裝能否成功的關鍵。軌道梁及軌道安裝的主要技術指標，如表1 所示。

表1 軌道梁及軌道安裝的主要技術指標Tab．1 The main technical indicators of ring crane beam and its track

以往的環(huán)吊梁安裝采用的工藝流程為:預裝組對→確定螺栓孔開孔孔位→吊下環(huán)吊梁→牛腿開孔→正式吊裝組對。如能將其工藝改為一次吊裝，可有效縮減工期并節(jié)約吊裝成本。

2 誤差分析

2．1 溫差對環(huán)吊軌道梁變形的影響

環(huán)吊軌道梁鋼材(Q345C)的線膨脹系數為α = 12 ×10-6/℃。假定其是一個整體圓環(huán)型鋼構體，此鋼構體的內徑R取其下蓋板內沿的半徑17．19 m。由內徑變化量公式為:

由式(1)可知當測量工作前、后溫差ΔT =10℃時，ΔR≈2．1 mm，可見:溫度變化對鋼體變形影響較大。例如:嶺澳二期環(huán)吊裝好后檢測發(fā)現，環(huán)吊軌道半徑比理論半徑大12．3 mm。經過檢查發(fā)現是，設備制造商未考慮環(huán)吊軌道在遼寧生產時溫度為-5℃，而在深圳安裝時核島內溫度高達+45℃所致。由式(1)可知:ΔT=50℃，則ΔR≈11．4 mm，與現場實測增量基本吻合，說明溫差是環(huán)吊軌道半徑變化的主因。

通過分析環(huán)吊軌道梁半徑和溫度測量數據，找到如下變形規(guī)律:環(huán)吊軌道半徑變形主要受溫度變形影響;整體溫度變化均勻的情況下，變形以沿徑向為主，切向無明顯變形跡象;由環(huán)吊軌道梁螺栓孔的形狀可知，控制指標是切向造孔偏差不超過3．5 mm，徑向并無具體要求;溫度變化與半徑變化成正比，符合鋼體熱脹冷縮的線性規(guī)律。理論分析及實踐證明:在準確測量螺栓孔切向偏差的基礎上，采用測量放樣一次吊裝理論是可行的。

2．2 測量誤差分析

根據牛腿上放線劃孔的流程，主要存在以下誤差:

1)環(huán)吊安裝測量水平基準點點位中誤差≤1 mm。

2)測角前方交會放樣牛腿10°線(角向中心線)誤差，點位中誤差mp估算公式為:

式中:α、β、γ 分別為由兩工作基點上測出的水平角和交會角;S為兩工作基點間的平距;m 為測角中誤差(取± 1． 0″)，ρ 為206 265。將交會點的具體圖形數據代入公式進行計算，得出交會點點位中誤差≤0．5 mm。

3)螺栓孔劃線誤差:0．5 mm，若單獨考慮角向和徑向，在牛腿上返線時涉及到2 次劃線，其劃線引起的極限誤差為1 mm;最后通過坐標測量修正累積偏差≥2 mm的螺栓孔位點。

3 測量技術方案的實施

3．1 螺栓孔孔位偏差數據采集

與環(huán)吊生產廠家大連重工·起重集團(簡稱大起)協調時間窗口，在完成6 段環(huán)吊梁及18 段軌道加工、環(huán)吊梁下蓋板成組螺栓孔鉆孔、環(huán)吊梁在廠內環(huán)形支撐上拼裝并按照安裝技術指標調整后，進駐廠家進行孔位偏差數據采集工作。

在廠內施測前主要檢測環(huán)軌梁內緣半徑和圓度以及軌道上表面的水平度(若廠家翻轉后拼裝的環(huán)軌梁上未安裝軌道，則檢查環(huán)軌梁下蓋板表面的水平度);對組裝好的環(huán)形軌道梁從1501-1 ～1501 -6 按逆時針方向進行標識并對軌道支撐從1 ～36 按逆時針方向逐一標識，且3#支撐對應環(huán)梁1501 -1 的第一個成組螺栓孔的位置。廠內拼裝布置圖與島內拼裝布置圖，見圖1。

圖1 廠內拼裝布置圖與島內拼裝布置圖Fig．1 Assembly layout diagrams of both in factory and in nuclear island

采用徠卡水準儀NA2 和普通塔尺，按照普通工程測量要求檢測環(huán)吊軌道梁的整體縱向水平度。操作過程為:在已拼裝好的環(huán)形軌道近似中心選取架設水準儀;在環(huán)軌梁下蓋板底面成組螺栓孔中心位置平均選取72 個測量標記點;依次測量上述點的標高，并記錄;各個點的相對高差≤10 mm。

采用徠卡全站儀TC2003，用極坐標法對環(huán)吊軌道梁下蓋板內沿半徑、圓度進行測量。操作過程為:在環(huán)吊軌道梁36 組開孔中心線上(半徑方向上)，從內邊沿向外量距5 mm，并做出標識，編號均為6 號點;將儀器架設于環(huán)梁近似中心，以1 -6 為定向點，測量1 -6、10 -6、19 -6、28 -6 點的數據，以此4 點的數據檢驗環(huán)梁中心點的準確度，并對中心點位置進行相應調整;待環(huán)梁中心點位置調整好后，即可開始采集1 ～36 號螺孔中心線上6 號點的角度和距離，以此數據檢測環(huán)梁的半徑和圓度。

將徠卡全站儀TC2003 架設于調整好后的中心點位置，設置好儀器的溫度氣壓參數，把定位塊(見圖2)依次安裝在需要測量的180 個環(huán)吊軌道梁螺栓孔上;利用條式水平儀對定位塊上表面精確找平;將對中棱鏡桿插入定位塊中，用極坐標法進行測量，此時采集的數據即為環(huán)吊軌道梁螺栓孔的中心，對所需采集的數據進行兩次測量，以便檢查單次測量中存在的粗差，并對粗差做出相應改正，此測量過程中儀器固定，不需搬動測站，以免增加設站誤差。

圖2 環(huán)吊軌道梁圓度檢測及輔助工裝定位塊示意圖Fig．2 The sketch maps for roundness measurement of ring crane rail beam and positional block of auxiliary fixture

3．2 核電站設備堆場采集的螺栓孔孔位偏差數據與生產廠家采集數據對比分析

為了確保螺栓孔位數據的可靠性，在核電站設備堆場進行環(huán)吊梁正放拼裝，使用極坐標法檢測內側的孔位偏差數據，與大起廠內采集的數據的對比分析可見:在180 個螺栓孔位坐標中角向偏差比較結果大于1 mm的孔有27 個，大于2 mm的孔有1個，兩次數據采集的偏差結果較為接近。排除測量誤差等因素，說明在大起廠內測量的角向偏差數據是可靠的。

考慮到調整楔塊上成組孔孔徑為50 mm，且每個孔的位置均接近理論值，為了使牛腿上所鉆的孔能夠與調整楔塊更好地配合，其徑向偏差均參考理論設計值。

3．3 牛腿10°線(角向中心線)的放樣和螺栓孔位放樣

使用徠卡TC2003 全站儀在牛腿上的環(huán)吊安裝平面基準點設站，用測角前方交會的方式放出36 個牛腿的角向中心線及環(huán)軌中心線:放出成組螺栓孔的中心線(即牛腿角向中心線)上半徑為17 700 mm 和18 045 mm 的A、B 兩 點，要 求 放 線 誤 差≤±0．5 mm。牛腿10°線(角向中心線)的放樣檢查，如圖3所示。

圖3 牛腿10°線( 角向中心線) 的放樣檢查Fig．3 Setting-out checking of line 10° of bracket

鉗工根據每個牛腿10°線上A、B 兩點與5 個螺栓孔位置關系，依據在大起廠采集的孔位偏差數據在牛腿上劃出成組螺栓孔的實際位置，通過螺栓孔孔間距檢查劃線質量。在環(huán)吊安裝平面基準點設站，用測量儀器對每個牛腿上5 個螺栓孔的實際位置進行復測，并比較其切向偏差，對偏差大于2 mm的孔位給予修正。確認無誤后利用環(huán)軌梁下調整楔塊的理論模板對每個牛腿上的成組螺栓孔進行比對，判斷其位置偏差并給予修正;符合限差后畫出螺栓孔的孔位。應注意的是，上述孔位修正必須以角向中心線和半徑參考線為基準。牛腿圓螺栓孔最終孔位偏差統(tǒng)計(部分)，見表2。

表2 牛腿螺栓孔最終孔位偏差統(tǒng)計表( 部分)Tab．2 Final positional error statistics of some bolt holes in bracket

以上檢查無誤后，按牛腿上所劃孔位進行造孔作業(yè)。實踐證明，環(huán)吊軌道梁180 個長圓螺栓孔和牛腿上180 個螺栓孔位完全匹配。

4 結束語

通過分析環(huán)吊軌道梁螺栓孔位限差及其熱脹冷縮規(guī)律，并在軌道梁螺栓孔定位測量中予以充分考慮，通過冗余測量手段驗證孔位，精準的將軌道梁螺栓孔位映射到牛腿上，確保環(huán)吊軌道梁180 個長圓螺栓孔和牛腿上180 個螺栓孔位完全匹配，為環(huán)吊軌道及軌道梁一次吊裝提供了測量技術保證，相比二次吊裝工藝，既節(jié)省了工期，又產生了明顯的經濟效益。

［1］ 張正祿．工程測量學［M］．武漢:武漢大學出版社，2005．

［2］ 武漢大學測繪學院測量平差學科組． 誤差理論與測量平差基礎［M］．武漢:武漢大學出版社，2003．

［3］ 華錫生，黃藤．精密工程測量技術及應用［M］． 南京:河海大學出版社，2002．