石維南

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司城市交通工程公司，河南洛陽(yáng) 471003)

1 工程概況

大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)站建設(shè)配套工程共有5個(gè)實(shí)驗(yàn)大廳，其中1號(hào)實(shí)驗(yàn)廳、2號(hào)實(shí)驗(yàn)廳和3號(hào)實(shí)驗(yàn)廳內(nèi)均設(shè)有Resistive Plate Chambers阻性板探測(cè)器系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱RPC系統(tǒng))，RPC系統(tǒng)下部為RPC軌道，上部為支撐平臺(tái)車，RPC模塊探測(cè)器(1號(hào)，2號(hào)廳各54塊，3號(hào)廳81塊)全部安裝在支撐平臺(tái)車上面，支撐平臺(tái)車下端有凹槽形車輪，支撐平臺(tái)在軌道上運(yùn)行要求緩慢、勻速、平穩(wěn)，不能有任何抖動(dòng)，RPC模塊探測(cè)器主要作用是在中微子實(shí)驗(yàn)過程中排除中微子數(shù)據(jù)中的宇宙線和測(cè)量中微子，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中極其重要，所以軌道的安裝質(zhì)量的好壞直接影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。是本工程施工的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

1，2號(hào)實(shí)驗(yàn)大廳RPC軌道結(jié)構(gòu)形式和布置均相同，3號(hào)實(shí)驗(yàn)廳除了軌距不同外，其余均與1，2號(hào)實(shí)驗(yàn)廳RPC軌道相同;RPC軌道沿大廳兩側(cè)地面縱向布置，1，2號(hào)廳RPC軌道鋪設(shè)長(zhǎng)度為41.2 m，軌距12 m;3號(hào)廳RPC軌道鋪設(shè)長(zhǎng)度為41.2 m，軌距為17.95 m。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

中微子實(shí)驗(yàn)廳RPC軌道由專用鋼軌、微調(diào)鋼板、粗調(diào)鋼板、連接螺栓、壓板、異形墊板、彈簧墊片、緊固螺母組成(見圖1)。

圖1 RPC軌道結(jié)構(gòu)詳圖

RPC軌道底部采用兩層鋼板定位以保證軌道安裝的精度。底層鋼板通過定位植筋固定進(jìn)行RPC軌道安裝的粗調(diào)，上層鋼板用于RPC軌道安裝前的水平精度定位，通過上下兩層鋼板間一對(duì)M20螺柱進(jìn)行定位，調(diào)節(jié)螺柱上的螺母達(dá)到微調(diào)的作用。RPC軌道安裝在上層鋼板上后，通過壓板、微調(diào)墊片進(jìn)一步精調(diào)安裝，并使軌道底面與上層鋼板緊密接合，每完成一步均采用細(xì)石混凝土澆筑固定。

3 關(guān)鍵技術(shù)

1號(hào)～3號(hào)實(shí)驗(yàn)廳的探測(cè)器水池是中微子實(shí)驗(yàn)的心臟，其上安裝了大量精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備。RPC支架系統(tǒng)是移動(dòng)式的精密探測(cè)設(shè)備骨架，位于探測(cè)器水池上、沿探測(cè)器水池兩側(cè)軌道移動(dòng);水池與墻壁之間地面僅有不到1.5 m的寬度，專業(yè)鋪軌設(shè)備根本無(wú)法進(jìn)入，整個(gè)安裝過程全部需要人工直接操作進(jìn)行。由于軌道間距(軌距)較大、軌長(zhǎng)42 m，如何保證其安裝精度要求，是RPC軌道安裝的關(guān)鍵技術(shù)。

4 施工方法

4.1 施工工藝

施工流程見圖2。

圖2 施工流程圖

4.2 主要施工技術(shù)

4.2.1 基底清理

將預(yù)留槽內(nèi)松動(dòng)的石頭、浮渣、灰塵等清理干凈，預(yù)留槽側(cè)壁的混凝土鑿毛，最后用高壓水槍沖洗干凈，以便與后澆筑的混凝土粘結(jié)良好。

4.2.2 測(cè)量設(shè)置定位基準(zhǔn)點(diǎn)

首先準(zhǔn)備4根Φ14的鋼筋，長(zhǎng)度200 mm為宜，鋼筋其中一端端面要平齊，在其端面上刻出一個(gè)“十”字凹槽線，根據(jù)大廳定位坐標(biāo)點(diǎn)，用全站儀測(cè)出軌道中心線，在離軌道端部500 mm處找一基準(zhǔn)點(diǎn)，然后在地面上采用電錘鉆孔，用風(fēng)管將孔內(nèi)粉塵吹干凈，向孔內(nèi)注入錨固劑，插入定位鋼筋，鋼筋露出地面50 mm即可，再次測(cè)量定位鋼筋端面的“十”字線中心，直至調(diào)整鋼筋到準(zhǔn)確位置。

四個(gè)定位鋼筋安裝完成后，再次測(cè)量?jī)蓷l對(duì)角線進(jìn)行復(fù)核，確保四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)位置準(zhǔn)確無(wú)誤，用混凝土或者砂漿將鋼筋樁保護(hù)住，最后再用紅油漆在地面做出醒目標(biāo)記，同時(shí)起到提醒施工人員小心避讓的作用。

4.2.3 底層鋼板安裝、粗調(diào)

依據(jù)軌道中心在地面預(yù)留槽內(nèi)放出兩條間距500 mm以軌道中心線為中心線的平行線，依據(jù)放出的線，采用φ25鉆頭用沖擊鉆在預(yù)留槽底部鉆孔，鉆孔深度200 mm即可，鉆孔間距控制在600 mm左右，注意鉆孔時(shí)，要事先把鋼板連接螺栓的位置標(biāo)出，避免下一步安裝的橫擔(dān)鋼筋和連接螺栓位置沖突，鉆孔完畢后，風(fēng)管將孔內(nèi)粉塵吹干凈，注入錨固劑，將事先準(zhǔn)備好的長(zhǎng)度500 mm Φ18的鋼筋插入孔內(nèi)。

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的底層鋼板的標(biāo)高，首先用DSZ2精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀在兩端預(yù)埋豎向鋼筋把標(biāo)高定出，用Φ18的鋼筋橫向焊接在預(yù)埋豎向鋼筋上，橫擔(dān)鋼筋的上面標(biāo)高為－0.330，保證橫向鋼筋的上面為鋼板的底面標(biāo)高，在中間適當(dāng)?shù)奈恢猛瑯雍附觾傻冷摻?，?.5 mm的鋼絲繩兩道拉緊固定在端部橫擔(dān)鋼筋上，兩道鋼絲繩之間距離適當(dāng)，不易過大或者過小，如果間距過大，靠近豎向預(yù)埋筋，在焊接橫擔(dān)鋼筋時(shí)容易燒斷鋼絲繩，反之間距過小，則不易控制橫擔(dān)鋼筋的平整度;然后依次把剩余橫擔(dān)鋼筋焊接在豎向預(yù)埋鋼筋上面;另外一側(cè)同樣辦法安裝，全部安裝完成，再次用水準(zhǔn)儀依次測(cè)量出橫擔(dān)鋼筋的標(biāo)高，對(duì)于高差超過4 mm的重新調(diào)整焊接，調(diào)整后再把橫擔(dān)鋼筋焊接牢固。

底層鋼板采用3 mm厚，400 mm寬的鋼板，在鋼板上面找出兩行螺栓孔的中心線，并作出明顯標(biāo)記，按照?qǐng)D紙將底層鋼板鋪在橫擔(dān)鋼筋上面，架設(shè)經(jīng)緯儀以軌道一端的定位基準(zhǔn)點(diǎn)為站點(diǎn)，另一端的基準(zhǔn)點(diǎn)為后視點(diǎn)，調(diào)整鋼板中心線和兩端基準(zhǔn)點(diǎn)在一條直線上，然后按照如圖3所示方法對(duì)鋼板進(jìn)行加固，這樣鋼板在上層鋼板安裝過程中及一期混凝土澆筑過程就不會(huì)移位，確保了鋼板連接螺栓位置的精確度。

圖3 RPC軌道底層鋼板加固示意圖

4.2.4 鋼板連接螺栓安裝

下部鋼板固定完成后，開始把M20長(zhǎng)度350 mm的鋼板連接螺栓安裝在下層鋼板的對(duì)應(yīng)位置，連接螺栓兩端均有100 mm的絲桿，在鋼板上下用螺母將螺桿與鋼板牢固連接起來(lái)。螺栓在下層鋼板以上露出300 mm為宜。

4.2.5 上層鋼板安裝、精調(diào)

上層鋼板作為軌道的托板，直接承受軌道全部重量，設(shè)計(jì)采用6 mm厚，450 mm寬的鋼板。

設(shè)計(jì)上層鋼板下面的螺母上面標(biāo)高為－0.132，螺母標(biāo)高控制標(biāo)準(zhǔn)按照軌道設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)要求軌道頂面縱向傾斜度不大于0.5‰，在全長(zhǎng)范圍內(nèi)，軌道高低差不得超過3 mm，兩條軌道的任意一對(duì)測(cè)量點(diǎn)，即同一個(gè)橫截面上，兩平行軌道的相對(duì)高度差不超過2 mm，根據(jù)螺栓設(shè)置間距600 mm，計(jì)算可知600×0.5‰=0.3 mm，所以沿縱向每相鄰兩個(gè)螺母的標(biāo)高差不應(yīng)超過0.3 mm。

第一步利用拉掛細(xì)鋼絲繩的方法先粗調(diào)平，鋼絲繩不能直接捆綁在連接螺栓上，防止拉偏螺栓和鋼板，必須另行在鋼板端頭預(yù)留鋼筋，專門拉掛鋼絲繩，用水準(zhǔn)儀在兩端和中部三處測(cè)出螺母上面標(biāo)高，調(diào)整螺母標(biāo)高到－0.132，調(diào)整鋼絲繩離螺母上面1 mm處，然后依次將其他螺母按照此標(biāo)準(zhǔn)全部安裝上，粗調(diào)完成，將鋼絲繩取下。

第二步用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行精調(diào)，將水準(zhǔn)儀放置在兩條軌道的大概中心位置，將架設(shè)儀器范圍內(nèi)地面上的灰塵和沙粒清掃干凈，防止三腳架基座滑動(dòng)移位造成測(cè)量偏差，反時(shí)針旋三腳架上的基座的鎖緊鈕，基座內(nèi)的三爪孔將全部空位，取下水準(zhǔn)儀下的基座，將水準(zhǔn)儀下的三爪小心放入三腳架基座的三爪孔內(nèi)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)基座的鎖緊鈕，水準(zhǔn)儀將緊密無(wú)間隙與三腳架連為一體。旋轉(zhuǎn)兩整平調(diào)節(jié)螺桿精確整平水準(zhǔn)儀，檢查水準(zhǔn)儀在水平360°轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水準(zhǔn)氣泡基本嚴(yán)格居中;整平水準(zhǔn)儀后，小心晃動(dòng)三腳架，以確定三腳架和基座之間沒有相互滑動(dòng)和間隙，即水準(zhǔn)儀不會(huì)在測(cè)量期間發(fā)生平面位置的變化。

將每個(gè)螺栓上螺母的標(biāo)高測(cè)出，在測(cè)量的過程中安排兩工人跟隨，首先測(cè)量?jī)啥说穆菽父叱?，將螺母?biāo)高偏差調(diào)整在0.3 mm以內(nèi)，然后逐個(gè)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母，使每相鄰兩對(duì)螺母的標(biāo)高在0.3 mm以內(nèi)，待全部將螺栓調(diào)整完成，將每個(gè)螺母的標(biāo)高列表記錄，找出每根軌道中的最大值和最小值，比較兩者差值，不能大于3 mm，否則再重新調(diào)整偏差較大的，直至合格，然后再比較兩側(cè)軌道同一截面上的點(diǎn)的標(biāo)高不能超過2 mm，直至調(diào)整合格。

調(diào)整完成后，及時(shí)將上層鋼板安裝在螺栓上，安裝前將鋼板兩面清理干凈，安排多名工人同時(shí)將鋼板抬起，并盡可能保證平整，彎曲過大容易造成永久變形無(wú)法恢復(fù)，在安裝過程中避免猛擊、碰撞螺栓，對(duì)放置好的鋼板，禁止上人踩踏，鋼板安裝好后，用螺母將鋼板適度壓緊;用上述測(cè)量方法再次測(cè)量鋼板上面的標(biāo)高，測(cè)量每個(gè)螺栓內(nèi)側(cè)處的鋼板標(biāo)高，每塊鋼板在同一截面內(nèi)測(cè)出兩個(gè)點(diǎn)，沿縱向按照螺栓600 mm間距進(jìn)行測(cè)量，這樣不僅可以得出鋼板縱向的標(biāo)高偏差，還可以得出鋼板的橫向傾斜偏差，將個(gè)別超過標(biāo)準(zhǔn)的地方通過旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)整平整，同樣兩側(cè)鋼板在同一截面內(nèi)的標(biāo)高也要按照不大于2 mm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。

鋼板的平整度直接影響軌道的平整度，所以必須認(rèn)真調(diào)整，鋼板的中線應(yīng)和軌道的中心基本重合，由于軌道壓板上面的螺桿孔為條形孔，可以橫向適當(dāng)調(diào)整，所以軌道中線偏差對(duì)軌道的直線度和軌距影響不大，所以可以適當(dāng)放寬，按照一般預(yù)埋件安裝標(biāo)準(zhǔn)控制滿足要求。

4.2.6 一期混凝土澆筑

上層鋼板調(diào)整完后，安排工人將預(yù)留槽底部清理干凈，及時(shí)向監(jiān)理申報(bào)混凝土澆筑令并向商品混凝土攪拌站訂購(gòu)混凝土，混凝土澆筑過程中，混凝土不能直接倒在上層鋼板上面，應(yīng)在預(yù)留槽邊地面鋪一塊模板，將混凝土倒在木板上，再用鐵锨鏟入預(yù)留槽內(nèi)，不可碰撞螺栓、鋼板、加固筋等，混凝土振搗時(shí)應(yīng)快插慢拔，插點(diǎn)要均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，順序進(jìn)行，不得遺漏，做到均勻振實(shí)，振動(dòng)棒不能接觸預(yù)埋鋼筋、鋼板等，防止鋼板移位造成偏差，混凝土澆筑約100 mm厚，混凝土在終凝前，將表面拉毛處理，保證與二期混凝土粘結(jié)良好。

4.2.7 軌道鋪設(shè)及精調(diào)

混凝土澆筑完成3 d后進(jìn)行軌道安裝，軌道安裝前，首先檢查軌道的直線度、平整度是否符合要求，對(duì)于偏差超出規(guī)范要求必須經(jīng)監(jiān)理同意現(xiàn)場(chǎng)校正或者退貨后重新進(jìn)貨，由于廳內(nèi)空間限制，無(wú)法采用吊車吊裝，只能人工搬運(yùn)安裝，搬運(yùn)時(shí)在軌道上設(shè)置3個(gè)～5個(gè)起吊點(diǎn)，吊具可選用10 mm～12 mm鋼板現(xiàn)場(chǎng)加工，見圖4。該吊具可以方便軌道在上層鋼板上調(diào)整移動(dòng)。

吊裝之前先用游標(biāo)卡尺畫出軌道的中心線，將軌道和鋼板接觸面必須清理干凈，保證接觸緊密無(wú)間隙，軌道就位后，用光學(xué)經(jīng)緯儀以軌道一端基準(zhǔn)點(diǎn)為站點(diǎn)，另一端基準(zhǔn)點(diǎn)為后視點(diǎn)，將軌道中心線與基準(zhǔn)點(diǎn)重合，調(diào)整軌道必須緩慢抬起移動(dòng)，不可用錘或者其他等物直接撞擊軌道進(jìn)行調(diào)整，軌道接頭之間距離設(shè)計(jì)沒有具體要求，因?yàn)閺d內(nèi)溫度基本穩(wěn)定不變，參考規(guī)范要求控制在1 mm。沿軌道方向每600 mm做一標(biāo)記，兩側(cè)軌道標(biāo)記必須在同一截面位置。軌道中心重合后，再用30 m的鋼卷尺復(fù)核，鋼卷尺必須是經(jīng)省市級(jí)計(jì)量部門鑒定合格，并在有效期內(nèi)，兩人拉尺，兩人讀數(shù)，一人記錄及觀測(cè)溫度。量距時(shí)由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力(30 m鋼尺，標(biāo)準(zhǔn)拉力為100 N)。前、后讀數(shù)員應(yīng)同時(shí)在鋼尺上讀數(shù)，估讀到0.5 mm。每尺段要移動(dòng)鋼尺三次不同位置，取三次丈量結(jié)果的平均值作為測(cè)量的最后結(jié)果。隨之進(jìn)行返測(cè)復(fù)核，根據(jù)溫度查詢相應(yīng)的修正值，測(cè)量結(jié)果加修正值即為軌距值。將軌距誤差控制在0.5 mm范圍之內(nèi)。

將螺栓上部螺母松開，依次將壓板、異形墊板、彈簧墊圈、螺母安裝在螺栓上，適度壓緊軌道。

圖4 軌道吊裝吊具示意圖

按照4.2.5中方法將水準(zhǔn)儀架設(shè)好，首先將軌道進(jìn)行粗調(diào)平，然后把FS1平板測(cè)微器套入DSZ2水準(zhǔn)儀鎖緊后即可進(jìn)行精密水準(zhǔn)測(cè)量，瞄準(zhǔn)標(biāo)尺后，檢查標(biāo)尺上的圓水泡是否居中，按一下?lián)邂o，檢查補(bǔ)償器是否處于工作狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微手輪，使分劃板楔形絲尺平分標(biāo)尺上最近的厘米格值重合，厘米值直接從標(biāo)尺上讀取，毫米值從測(cè)微器的測(cè)微尺上讀取，兩者相加既得觀測(cè)值，如圖5所示。

圖5 標(biāo)尺成像情況

標(biāo)尺讀數(shù):81 cm;測(cè)微尺讀數(shù):0.556 cm;高程讀數(shù):81.556 cm。

在調(diào)整軌道高低偏差時(shí)，不能將壓板上部的螺母完全松開，防止軌道向另一方向偏差，如果軌道偏低，應(yīng)將上面螺母先松開不超過1/4圈，再將下部螺母同方向旋轉(zhuǎn)相同角度，反之，先將下部螺母松開不超過1/4圈，再將上部螺母旋轉(zhuǎn)相同角度直至調(diào)整到位，在轉(zhuǎn)動(dòng)扳手時(shí)，不能用錘等敲打扳手轉(zhuǎn)動(dòng)，可以加套筒旋轉(zhuǎn)。

4.2.8 緊固軌道及復(fù)測(cè)

軌道測(cè)量合格后，逐個(gè)旋緊螺母，將軌道牢固固定在鋼板上，緊固螺母時(shí)，應(yīng)先將每段軌道兩頭螺母擰緊，然后再?gòu)闹虚g向兩頭進(jìn)行，緊固螺母時(shí)，軌道兩側(cè)螺母必須兩個(gè)人同時(shí)旋轉(zhuǎn)，不能先緊固一邊，再緊固另一邊，防止軌道移位及傾斜。兩側(cè)軌道緊固完后，按照上述方法再次復(fù)測(cè)軌道間距和標(biāo)高，如果偏差有超出標(biāo)準(zhǔn)的，旋轉(zhuǎn)螺母進(jìn)行調(diào)整。全部調(diào)整完成后，采取如圖6所示方法進(jìn)行加固，每一節(jié)鋼板根據(jù)長(zhǎng)度不同設(shè)置3處～4處即可。必須做出明顯標(biāo)記或警示標(biāo)語(yǔ)，嚴(yán)禁上人踩踏和碰撞。

圖6 RPC軌道上層鋼板加固示意圖

合格后報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行二期混凝土澆筑，混凝土從鋼板一側(cè)倒入，從另一側(cè)流出，確保鋼板底部混凝土密實(shí)無(wú)空洞，混凝土澆筑高度為與上層鋼板上面平齊，混凝土澆筑方法及要求同一期混凝土澆筑。

4.2.9 三期混凝土澆筑

安裝軌道槽模板，模板支撐點(diǎn)設(shè)置在預(yù)留槽邊緣，不能支撐在軌道和螺栓上，防止將軌道頂偏移位，施工過程中不能隨意踩踏軌道、鋼板和相應(yīng)的支撐桿件，模板安裝完成及時(shí)向監(jiān)理報(bào)驗(yàn)，混凝土標(biāo)高與地面平齊，混凝土在初凝后終凝前，表面以剛好能上人但不下沉為準(zhǔn)，安排專人用鐵抹子對(duì)表面進(jìn)行壓光處理，為下一步地面固化劑施工保證大廳潔凈度做好準(zhǔn)備。

5 施工效果

RPC軌道是中微子實(shí)驗(yàn)研究過程中的一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)備，中微子實(shí)驗(yàn)對(duì)其精度要求極高，施工過程中精細(xì)化作業(yè)，嚴(yán)格過程控制，合理的工藝措施，保證了軌道的各項(xiàng)控制在要求之內(nèi)。2011年8月15日15時(shí)，大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組在北京宣布，距反應(yīng)堆僅360 m的近點(diǎn)1號(hào)實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)，安裝就位的兩個(gè)中微子探測(cè)器已經(jīng)準(zhǔn)確探測(cè)到來(lái)自核電站反應(yīng)堆群的中微子。這標(biāo)志著RPC軌道各項(xiàng)指標(biāo)滿足了設(shè)計(jì)和中微子實(shí)驗(yàn)的要求。