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(shè)過程中最重要的起重設(shè)備之一，用于壓力容器、蒸汽發(fā)生器等主設(shè)備的吊裝。環(huán)吊安裝工作處于核島建安的關(guān)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(guān)鍵，其安裝精度直接影響到整個環(huán)吊的安裝質(zhì)量以及環(huán)吊的運行情況。為此，本文以某核電廠反應(yīng)堆環(huán)吊梁吊裝工程為例，介紹了反應(yīng)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(yīng)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(diào)整墊板調(diào)節(jié)，調(diào)整墊板的厚度需要根據(jù)每個墊板對應(yīng)牛腿上表面各點的標高進行加工。每個牛腿上需要現(xiàn)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(guān)鍵。軌道梁及軌道安裝的主要技術(shù)指標，如表1 所示。

表1 軌道梁及軌道安裝的主要技術(shù)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(yù)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(shù)為α = 12 ×10-6/℃。假定其是一個整體圓環(huán)型鋼構(gòu)體，此鋼構(gòu)體的內(nèi)徑R取其下蓋板內(nèi)沿的半徑17．19 m。由內(nèi)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(xiàn)，環(huán)吊軌道半徑比理論半徑大12．3 mm。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是，設(shè)備制造商未考慮環(huán)吊軌道在遼寧生產(chǎn)時溫度為-5℃，而在深圳安裝時核島內(nèi)溫度高達+45℃所致。由式(1)可知:ΔT=50℃，則ΔR≈11．4 mm，與現(xiàn)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(shù)據(jù)，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(chǔ)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(jù)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(shù)據(jù)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(shù)方案的實施

3．1 螺栓孔孔位偏差數(shù)據(jù)采集

與環(huán)吊生產(chǎn)廠家大連重工·起重集團(簡稱大起)協(xié)調(diào)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(nèi)環(huán)形支撐上拼裝并按照安裝技術(shù)指標調(diào)整后，進駐廠家進行孔位偏差數(shù)據(jù)采集工作。

在廠內(nèi)施測前主要檢測環(huán)軌梁內(nèi)緣半徑和圓度以及軌道上表面的水平度(若廠家翻轉(zhuǎn)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(yīng)環(huán)梁1501 -1 的第一個成組螺栓孔的位置。廠內(nèi)拼裝布置圖與島內(nèi)拼裝布置圖，見圖1。

圖1 廠內(nèi)拼裝布置圖與島內(nèi)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(shè)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(nèi)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(nèi)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(shè)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(shù)據(jù)，以此4 點的數(shù)據(jù)檢驗環(huán)梁中心點的準確度，并對中心點位置進行相應(yīng)調(diào)整;待環(huán)梁中心點位置調(diào)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(shù)據(jù)檢測環(huán)梁的半徑和圓度。

將徠卡全站儀TC2003 架設(shè)于調(diào)整好后的中心點位置，設(shè)置好儀器的溫度氣壓參數(shù)，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(shù)據(jù)即為環(huán)吊軌道梁螺栓孔的中心，對所需采集的數(shù)據(jù)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(yīng)改正，此測量過程中儀器固定，不需搬動測站，以免增加設(shè)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(shè)備堆場采集的螺栓孔孔位偏差數(shù)據(jù)與生產(chǎn)廠家采集數(shù)據(jù)對比分析

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

考慮到調(diào)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(diào)整楔塊更好地配合，其徑向偏差均參考理論設(shè)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(shè)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(jù)每個牛腿10°線上A、B 兩點與5 個螺栓孔位置關(guān)系，依據(jù)在大起廠采集的孔位偏差數(shù)據(jù)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(zhì)量。在環(huán)吊安裝平面基準點設(shè)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(fù)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(diào)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(yīng)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(jié)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(shù)保證，相比二次吊裝工藝，既節(jié)省了工期，又產(chǎn)生了明顯的經(jīng)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(chǔ)［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(shù)及應(yīng)用［M］． 南京:河海大學出版社，2002．