張 瑾 楊 波 尚曉君

（江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處常熟樞紐管理所，江蘇 蘇州 215519）

1 工程概況

常熟樞紐位于江蘇省常熟市海虞鎮(zhèn)望虞河口，距離長江2 km，由9臺主機泵、6 孔節(jié)制閘、110 kV 專用變電所組成。9臺主機為一字排列，6孔節(jié)制閘分布于主機廠房兩側(cè)，原主機流道形式為X 流道，配置雙向進出水閘門，由卷揚式啟閉機控制。經(jīng)過2008～2011年加固改造后，出水流道改為有壓出水，在原出水流道內(nèi)通過植筋澆筑新增一塊出水流道上頂板，厚度為60 cm。整個建筑物共分為5塊底板，東、西兩側(cè)節(jié)制閘各一塊底板，主廠房每三臺主機一塊底板。

2 水文及地質(zhì)條件

2.1 水文條件（水位為吳淞零點，下同）

工程所在地常年水位變化的特點是：長江側(cè)（下游）水位每日兩次漲落潮，主汛期5～10月長江潮位變化較大，峰谷水位差大；非汛期11月至次年4月，長江潮位變化較小，峰谷水位差小。

引水設(shè)計年型引水期間下游最低潮位1.14 m，平均低潮位1.89 m。內(nèi)河正?？刂扑?.0 m，內(nèi)河最低通航水位2.5 m，內(nèi)河控制灌溉高水位為3.2 m。

2.2 地質(zhì)

常熟水利樞紐工程位于長江三角洲平原區(qū)，地勢平坦，只是因20 世紀(jì)50年代拓浚望虞河而堆積棄土，使地面略有起伏，地面高程一般在4.8～7.5 m 之間。經(jīng)鉆探揭示，勘區(qū)鉆探深度范圍內(nèi)土層以其結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性指標(biāo)自上而下可劃分為4 個大層11 個亞層，與區(qū)域地層資料及望虞河歷史勘察資料分析對比，其中，上層為現(xiàn)代人工堆積層，中下為第四紀(jì)全新世沖洪積或沖湖積層，底層為第四紀(jì)晚更新世沖洪積層。

3 測量設(shè)備

表1 測量樣表

固定部件水平測量采用合像水平儀（精度0.01 mm/m），垂直同軸度測量采用求心器懸掛重錘的方法，使用內(nèi)徑千分尺測量各部位半徑（精度0.01 mm）。

4 測量方法及誤差分析

4.1 立式軸流泵機組安裝及測量流程

固定部分基礎(chǔ)環(huán)預(yù)埋→固定部分安裝測水平→固定部分測垂直同軸度→轉(zhuǎn)動部分安裝→轉(zhuǎn)動部分測水平→轉(zhuǎn)動部分測擺度→轉(zhuǎn)動部分定中心→調(diào)整軸瓦間隙→測量各部位間隙→輔助部分安裝

4.2 固定部分垂直同軸度環(huán)節(jié)測量方法

垂直同軸度的測量目的是使電動機定子的理論中心與導(dǎo)葉體水導(dǎo)軸承軸窩中心相重合，從而認為電機、水泵固定部件的中心是理想鉛垂于導(dǎo)葉體安裝基準(zhǔn)面的。利用表1 對二者進行測量，并依據(jù)測量半徑差對其進行平移調(diào)整，直至誤差值滿足安裝標(biāo)準(zhǔn)。

表1 中：c=（a-b），f=（d-e），C=（A-B），F(xiàn)=（D-E），C′=（A′-B′），F(xiàn)′=（D′-E′）。（C′-c）為電機定子下測點與水導(dǎo)測點東西方向的中心偏差值，（F′-f）為電機定子下測點與水導(dǎo)測點南北方向的中心偏差值。根據(jù)這兩個差值對電機定子進行平移調(diào)整，調(diào)整值為差值的一半，調(diào)整方向向絕對值小的一側(cè)平移。

4.3 垂直同軸度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《泵站設(shè)備安裝及驗收規(guī)范》（SL 317-2004）技術(shù)要求：定子按水泵軸承承插口止口中心找正時，應(yīng)至少測量+X、-X、+Y、-Y 四個方位的半徑值，各半徑與平均半徑之差不應(yīng)超過設(shè)計空氣間隙值的±5%。常熟樞紐電動機空氣間隙設(shè)計值為4.12 mm，故測量（C′-c）、（F′-f）數(shù)據(jù)應(yīng)在0.02 mm 以內(nèi)為合格。

另外，X=（C′-C）、Y=（D′-D）分別代表電機定子?xùn)|西、南北方向的傾斜值規(guī)范要求，同樣其絕對值不應(yīng)大于0.02 mm。

4.4 測量過程及誤差分析

常熟樞紐加固改造的主機安裝工序進入到固定部件水平、垂直同軸度測量的環(huán)節(jié)時，在反復(fù)測量過程中發(fā)現(xiàn)，上下游水位的變化會影響泵站建筑物的水平變化，而機組固定部件的水平會隨著站身水平變化而發(fā)生變化。隨之測量固定部件垂直同軸度的時候，測量的數(shù)據(jù)會產(chǎn)生較大的變動?，F(xiàn)列舉兩組經(jīng)典數(shù)據(jù)（數(shù)值為內(nèi)徑千分尺尺頭讀數(shù)，單位mm，尺頭松緊造成的誤差忽略不計）作為說明，見表1、表2。

調(diào)整電機定子平移向西0.33 mm，向北0.17 mm。此時鋼琴線理論上位于各測量部位圓心位置。

在20∶30 測量調(diào)整后再次測量，發(fā)現(xiàn)鋼琴線偏離原水導(dǎo)止口中心，隨之電機定子中心也發(fā)生偏移。在多次測量中發(fā)現(xiàn)，這種位移的產(chǎn)生與泵站站身上下游水位的變化有較為密切的關(guān)系。為了分析這一變化產(chǎn)生的原因，以1 h 為刻度單位，采樣記錄了一個完全潮次的水位變化數(shù)據(jù)，見圖1。

在該段時間范圍內(nèi)用一只合像水平儀，在底板任意一個平面上，對南北方向（水位差變化明顯的方向）進行了一次時間、水位與水平變化的采樣記錄。由于內(nèi)河側(cè)水位相對穩(wěn)定，當(dāng)長江水位最低（水位差最大）時，調(diào)整水平儀在水平位置，觀測長江側(cè)漲潮過程中不同水位變化時水平變化的絕對值，見圖2。另外，從理論上推得，當(dāng)上下游水位持平或者接近時，建筑物兩側(cè)水體對底板壓力以及對建筑物側(cè)向水壓力達到平衡。在泵站兩側(cè)節(jié)制閘開啟自引江水的時段，視作上下游水位相等。

由圖2 分析可知，當(dāng)上下游水位差變化時，建筑物底板水平會隨之變化，而在曲線的某一段內(nèi)，即水位差近似為零的一段曲線中，水平值的變化相對較小。

由于本次加固改造工程主機泵安裝時保留了原導(dǎo)葉體基礎(chǔ)環(huán)，故水泵、電機固定部件的同軸度以導(dǎo)葉體基礎(chǔ)環(huán)的中心為基準(zhǔn)。在具體測量調(diào)整過程中，用鋼琴線測量法測量定子同軸度，并通過測量結(jié)果計算出定子中心是否與基準(zhǔn)中心重合，定子是否發(fā)生傾斜。在水位不斷變化的過程中，總結(jié)水平變化對通信的影響有以下幾種情況，現(xiàn)通過參考圖3 進行敘述（圖例中角度做了放大處理）。

表2 20∶30 測量值

表3 22∶00 測量值

圖1 站身兩側(cè)水位與時間關(guān)系圖

圖2 水平值與時間關(guān)系圖

首先，在潮水水位變化幅度大的時間段內(nèi)，水平對同軸度的測量影響較大。假設(shè)在長江低潮位時，在水導(dǎo)軸窩處定好中心，然后測量定子四個方位的內(nèi)徑差，并依據(jù)數(shù)據(jù)作出調(diào)整。但長江低潮時建筑物有一定的不水平，如圖3（a），故根據(jù)此時的水導(dǎo)中心調(diào)整鋼琴線，由于鋼琴線是鉛垂的，再根據(jù)鋼琴線調(diào)整定子，使之同軸度和傾斜值達到合格范圍，如圖3（b）。此時如果數(shù)據(jù)合格進入驗收程序，需要重新在水導(dǎo)軸窩對中測量一遍。通常從下至上完成一次測量大約需要1 h，而長江側(cè)漲落潮的過程中，有些時段內(nèi)1 h 的水位變化量是非常明顯的（例如站身兩側(cè)水位圖中12∶00～13∶00 時間段），在復(fù)核測量數(shù)據(jù)的時候，建筑物受水位影響，水平度已經(jīng)發(fā)生了變化，如圖3（c）。此時，水導(dǎo)軸窩和定子同時發(fā)生了水平的變化，之前調(diào)整過的鋼琴線已經(jīng)穿過定子的中心，當(dāng)定子水平發(fā)生微小變化后，實際鉛垂的鋼琴線就會輕微偏離理想的軸線，如圖3（d），但偏離的角度一定，基本等于定子水平變化的角度。由相似三角形的比例得知，此時鋼琴線在水導(dǎo)處與理想軸線的偏差距離，在上下測點距離、定子直徑確定的情況下與水平變化值成正比關(guān)系。在水導(dǎo)中心發(fā)生偏離后，再一次人為對中，將鋼琴線調(diào)整至水導(dǎo)軸窩的中心，則電機測點處的中心也隨之偏離鋼琴線的調(diào)整值，使上下測點的同軸度再次變化，甚至超出合格范圍。由此可見，在水平變化相對較大較快的時段，測量機組同軸度會受影響產(chǎn)生較大的誤差。

圖3

此外，另選取長江潮水變化幅度較小的時段對同軸度進行測量分析。潮水變化幅度小甚至是平水位的狀態(tài)，意味著建筑物兩側(cè)水壓力相對平衡，對水平變化的影響很小。測量原理同上，在這一時段內(nèi)（水平變化圖表13∶00～18∶00 區(qū)域），建筑物水平變化相對穩(wěn)定，在垂直同軸度測量、調(diào)整以及復(fù)測驗收的過程中，水導(dǎo)軸窩、定子的水平基本無變化。所以，在機組的同軸度和傾斜值的測量調(diào)整工作中，應(yīng)盡可能選擇該時段水位組合進行測量，以減少水平變化所帶來的影響。

5 結(jié)語

經(jīng)過常熟樞紐加固改造中的經(jīng)驗積累，我們認為，在潮汐泵站機組安裝過程中，對于固定部分的垂直同軸度測量環(huán)節(jié)，應(yīng)選擇站身兩側(cè)水位變化相對穩(wěn)定的區(qū)域時段進行測量調(diào)整，測量數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定可靠，可節(jié)約施工調(diào)整的時間、提高效率，克服水位變化過快對測量造成的誤差，對沿江潮汐泵站安裝有一定的參考作用。