王永亮，李陸明，楊青杰

（1.河南科光工程建設監(jiān)理有限公司，450003，鄭州；2.河南省水利科學研究院，450003，鄭州）

一、工程概況

前坪水庫溢洪道布置于大壩左岸，包括進水渠段、進口翼墻段、控制段、 泄槽段及消能防沖段五部分，中心軸線總長383.8 m。 溢洪道工程金屬結構安裝包括各種埋件、工作閘門及啟閉機等設備。 工作閘門為漏頂式斜支臂弧形閘門，設計水頭14.6 m，孔口尺寸（寬×高）15.0 m×15.0 m，動水啟閉， 弧面半徑18 m， 支鉸高程411.6 m； 固定式卷揚啟閉機機型QH-2×1 000 kN， 吊點數(shù) 2 個， 容量 2×1 000 kN，揚程 22 m，共 5 臺。

二、三維檢測技術設計

三維檢測技術是利用電子經(jīng)緯儀或全站儀三維坐標測量系統(tǒng)進行檢測，由電子經(jīng)緯儀或全站儀、計算機、測量軟件及相應附件組成，是利用角度交會法或空間極坐標法獲取被測點三維坐標，進而實現(xiàn)被測對象的幾何元素。

水工金屬結構是水利工程的重要組成部分, 其設備自身的安全運行狀況直接關系到水利工程的安全運行， 關系到國家和人民生命財產(chǎn)安全。 依靠先進的科學檢測手段，對其進行安裝輔助檢測、安全鑒定和故障診斷，不斷提升水工金屬結構和水工建筑物的安全保障能力及故障判斷準確度，是保障水利工程安全運行的一個關鍵環(huán)節(jié)。

近年， 在役閘門運行故障頻出，常見的問題有：運行異常振動、響聲巨大，運行過程卡阻、卡死等，這些都和大型弧門的安裝控制有著必然聯(lián)系，且常規(guī)檢測技術已經(jīng)無法滿足檢測需要，尤其對于水工金屬結構在運行過程中的健康和安全情況更無法進行準確評價。 將先進的動態(tài)三維檢測和監(jiān)控手段應用到大型弧門的輔助及安裝質(zhì)量檢測中，可有效保障設備的安裝精度。

1.檢測設備

檢測設備主要有徠卡全站儀TS60（標稱精度：測角 0.5"，測距 0.6 mm±1 ppm×D）、 索佳全站儀 NET05（標稱精度：測角 0.5"，測距 0.8 mm±1 ppm×D）、徠卡激光跟蹤儀 AT402（標稱精度：±10 μm）。 在使用全站儀的同時，使用激光跟蹤儀配合測量，以完成測量目的并盡可能完整地測量參數(shù)。

2.主要檢測項目

弧門安裝尺寸及形位公差：支鉸鉸軸同軸度、傾斜度；弧門面板內(nèi)緣曲率半徑；兩主梁中心距、平行度；支鉸中心至空口中心線的距離；支鉸中心里程、高程；底檻里程、高程，工作表面兩端高差， 工作表面平面度；側(cè)軌平面度、曲率半徑等。 檢測時機：基礎螺栓定位后支鉸安裝前基礎中心檢測；支鉸安裝后二期埋件澆筑前驗證檢測；二期混凝土澆筑后閘門完全安裝完畢檢測。

3.檢測基本要求

①項目檢測主要包括： 現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)采集； 根據(jù)檢測數(shù)據(jù)進行計算， 并與原相關安裝驗收等數(shù)據(jù)進行比較分析； 報告給出檢測結論和建議。

②項目主要檢測負責人對水利水電工程鋼閘門和啟閉機的設計、制造、安裝、運行應富有經(jīng)驗。

③所使用的儀器設備均滿足精度要求并經(jīng)計量檢定機構檢定合格。

④檢測現(xiàn)場應提供現(xiàn)有的測量基準數(shù)據(jù)資料、閘門制造最終檢查試驗記錄等有關技術資料。

⑤為了保證設備安全，檢測和試驗過程中凡涉及需要操作啟閉設備的，需由專職操作人員操作。

4.檢測方案

由于現(xiàn)場安裝部位較多，現(xiàn)僅以支鉸的安裝為例做以說明。

（1）基準坐標系

確認現(xiàn)有測量基準 （控制點、線及坐標方位等）。 現(xiàn)場測量以底檻中心（或閘門左右軌道中心）和弧門支鉸跨距中心作為定向基準，建立如圖1 所示的基準坐標系。

圖1 中，P 點為底檻中心（或左右軌道中心），O 點是閘門支鉸跨孔中心，PO 連線方向（y 軸方向）是水流方向， 代表孔口中心位置；x 軸與 PO 垂直，代表弧門支鉸的理想軸線；z 軸鉛垂向上。 檢測所得的數(shù)據(jù)均以此為基準分析其空間位置關系。

（2）弧門支鉸空間位置示意圖

支鉸空間位置示意圖如圖2 所示。 A、B、C、D 分別是左、右支鉸軸上各端點的圓心，O1、O2 為左、 右支鉸軸的中心。

（3）全站儀工業(yè)測量系統(tǒng)測量原理

全站儀測量系統(tǒng)采用一臺或多臺高精度電子經(jīng)緯儀及全站儀為主要傳感器，通過儀器測量空間點的角度和距離，實時獲取目標點的三維坐標。

以系統(tǒng)軟件對各測站及相應測量數(shù)據(jù)進行管理； 對測量結果進行分析處理， 獲取被測物體的空間幾何信息； 同時依據(jù)設計的已知數(shù)據(jù)指導各種大型設備、 生產(chǎn)線等的安裝或檢測。

（4）檢測方案

為保證閘門各構件的安裝精度，以及各孔之間平面、 高程系統(tǒng)的統(tǒng)一，應建立專門的控制網(wǎng)，對溢洪道弧形閘門安裝前進行檢測。

①儀器的架設和坐標系的統(tǒng)一

根據(jù)已批復的金屬結構安裝專業(yè)坐標控制網(wǎng)進行全站儀的架設，并復核安裝軸線點與高程基點。 為避免人為誤差，選擇晴好無風的時間段進行架設。 完成一扇閘門的檢測約需架設全站儀1～4 次，在此4 站均可通視的空間位置上布設反射片等測量標志，每次搬站時進行測量并進行定向結算，以實現(xiàn)坐標系的統(tǒng)一。

②空間位置檢測

在不同的測站架設全站儀，在本站測量完所有本站可以觀測到的點位，并在檢測記錄上記錄點號和部位（或相關示意圖），便于后期的數(shù)據(jù)結算和數(shù)據(jù)分析。

③數(shù)據(jù)分析

待所有測站測量工作完成，對該扇弧門的整體空間位置關系進行分析結算。

圖1 基準坐標系

圖2 支鉸位置示意圖

三、檢測效果

測量人員依據(jù)施工圖紙確定錨板埋件位置。 由于支鉸埋件體積大，安裝精度要求高，且需要吊裝，測量人員要反復校核，確定位置，并經(jīng)監(jiān)理驗收合格后進入下一道工序施工。利用塔吊將支鉸埋件整體吊至預埋部位，根據(jù)設計要求調(diào)整埋件傾斜角度，混凝土澆筑前，測量人員要聯(lián)合監(jiān)理共同校核埋件位置和角度。 混凝土澆筑后復核固定螺栓位置，符合設計要求后待滿足混凝土齡期時進行支鉸安裝。

支鉸安裝前，要將支鉸預埋鋼板打磨干凈、平整，支鉸鉸鏈安裝后用塞尺檢查和支鉸埋件鋼板之間的縫隙，在滿足設計要求后進行加固。 全站儀按照控制點架設，在鉸鏈板四角邊緣貼上反射片， 檢查支鉸安裝位置，如與設計高程、里程等有偏差及時調(diào)整位置，直至符合設計要求。

弧形閘門組裝后檢查左右鉸鏈軸孔同軸度，分別測出弧形閘門的理想軸線位置以及各鉸鏈軸孔端面圓心的位置，并計算端面圓心在任意方向?qū)硐胼S線的偏差，經(jīng)檢測兩鉸鏈軸孔同軸（具體見表1、表 2）。 經(jīng)檢查最終的測試數(shù)據(jù)成果均符合設計及規(guī)范要求。

表1 前坪水庫溢洪道1 號孔安裝測試數(shù)據(jù)

表2 前坪水庫溢洪道3 號孔安裝測試數(shù)據(jù)

四、結 語

弧形閘門安裝中三維檢測技術的應用， 縮短了弧形閘門的安裝周期，提高了安裝質(zhì)量。 弧形閘門安裝后，經(jīng)檢測各工序均符合設計、規(guī)范要求，弧形閘門運行過程中啟閉無卡阻、無異常聲響，閘門啟閉靈活自如，滿足驗收條件。