核电厂反应堆环吊梁一次吊装工程测量技术*

刘科红，王鹏志

( 中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

0 引言

环吊是核电站建设过程中最重要的起重设备之一，用于压力容器、蒸汽发生器等主设备的吊装。环吊安装工作处于核岛建安的关键路径，而环吊轨道梁及轨道(以下简称环吊梁)的安装又是整个环吊安装工作的关键，其安装精度直接影响到整个环吊的安装质量以及环吊的运行情况。为此，本文以某核电厂反应堆环吊梁吊装工程为例，介绍了反应堆环吊梁一次吊装工程的测量方法。

1 工程概况

本文所述环吊轨道梁是由6 段成60°环形的轨道梁连接在一起组成的一个环形支撑梁，用高强螺栓固定在均匀分布于反应堆钢衬里的36 个牛腿上，每段轨道梁长约18．5 m，重约14．3 t。轨道上表面的标高和水平度靠调整垫板调节，调整垫板的厚度需要根据每个垫板对应牛腿上表面各点的标高进行加工。每个牛腿上需要现场钻5 个Φ55±1 mm的通孔，与环轨梁下盖板上的5 个长圆孔匹配。36 个牛腿上180 个圆形螺栓孔位与环吊轨道梁180 个长圆螺栓孔位的匹配程度是决定环吊梁安装能否成功的关键。轨道梁及轨道安装的主要技术指标，如表1 所示。

表1 轨道梁及轨道安装的主要技术指标Tab．1 The main technical indicators of ring crane beam and its track

以往的环吊梁安装采用的工艺流程为:预装组对→确定螺栓孔开孔孔位→吊下环吊梁→牛腿开孔→正式吊装组对。如能将其工艺改为一次吊装，可有效缩减工期并节约吊装成本。

2 误差分析

2．1 温差对环吊轨道梁变形的影响

环吊轨道梁钢材(Q345C)的线膨胀系数为α = 12 ×10-6/℃。假定其是一个整体圆环型钢构体，此钢构体的内径R取其下盖板内沿的半径17．19 m。由内径变化量公式为:

由式(1)可知当测量工作前、后温差ΔT =10℃时，ΔR≈2．1 mm，可见:温度变化对钢体变形影响较大。例如:岭澳二期环吊装好后检测发现，环吊轨道半径比理论半径大12．3 mm。经过检查发现是，设备制造商未考虑环吊轨道在辽宁生产时温度为-5℃，而在深圳安装时核岛内温度高达+45℃所致。由式(1)可知:ΔT=50℃，则ΔR≈11．4 mm，与现场实测增量基本吻合，说明温差是环吊轨道半径变化的主因。

通过分析环吊轨道梁半径和温度测量数据，找到如下变形规律:环吊轨道半径变形主要受温度变形影响;整体温度变化均匀的情况下，变形以沿径向为主，切向无明显变形迹象;由环吊轨道梁螺栓孔的形状可知，控制指标是切向造孔偏差不超过3．5 mm，径向并无具体要求;温度变化与半径变化成正比，符合钢体热胀冷缩的线性规律。理论分析及实践证明:在准确测量螺栓孔切向偏差的基础上，采用测量放样一次吊装理论是可行的。

2．2 测量误差分析

根据牛腿上放线划孔的流程，主要存在以下误差:

1)环吊安装测量水平基准点点位中误差≤1 mm。

2)测角前方交会放样牛腿10°线(角向中心线)误差，点位中误差mp估算公式为:

式中:α、β、γ 分别为由两工作基点上测出的水平角和交会角;S为两工作基点间的平距;m 为测角中误差(取± 1． 0″)，ρ 为206 265。将交会点的具体图形数据代入公式进行计算，得出交会点点位中误差≤0．5 mm。

3)螺栓孔划线误差:0．5 mm，若单独考虑角向和径向，在牛腿上返线时涉及到2 次划线，其划线引起的极限误差为1 mm;最后通过坐标测量修正累积偏差≥2 mm的螺栓孔位点。

3 测量技术方案的实施

3．1 螺栓孔孔位偏差数据采集

与环吊生产厂家大连重工·起重集团(简称大起)协调时间窗口，在完成6 段环吊梁及18 段轨道加工、环吊梁下盖板成组螺栓孔钻孔、环吊梁在厂内环形支撑上拼装并按照安装技术指标调整后，进驻厂家进行孔位偏差数据采集工作。

在厂内施测前主要检测环轨梁内缘半径和圆度以及轨道上表面的水平度(若厂家翻转后拼装的环轨梁上未安装轨道，则检查环轨梁下盖板表面的水平度);对组装好的环形轨道梁从1501-1 ～1501 -6 按逆时针方向进行标识并对轨道支撑从1 ～36 按逆时针方向逐一标识，且3#支撑对应环梁1501 -1 的第一个成组螺栓孔的位置。厂内拼装布置图与岛内拼装布置图，见图1。

图1 厂内拼装布置图与岛内拼装布置图Fig．1 Assembly layout diagrams of both in factory and in nuclear island

采用徕卡水准仪NA2 和普通塔尺，按照普通工程测量要求检测环吊轨道梁的整体纵向水平度。操作过程为:在已拼装好的环形轨道近似中心选取架设水准仪;在环轨梁下盖板底面成组螺栓孔中心位置平均选取72 个测量标记点;依次测量上述点的标高，并记录;各个点的相对高差≤10 mm。

采用徕卡全站仪TC2003，用极坐标法对环吊轨道梁下盖板内沿半径、圆度进行测量。操作过程为:在环吊轨道梁36 组开孔中心线上(半径方向上)，从内边沿向外量距5 mm，并做出标识，编号均为6 号点;将仪器架设于环梁近似中心，以1 -6 为定向点，测量1 -6、10 -6、19 -6、28 -6 点的数据，以此4 点的数据检验环梁中心点的准确度，并对中心点位置进行相应调整;待环梁中心点位置调整好后，即可开始采集1 ～36 号螺孔中心线上6 号点的角度和距离，以此数据检测环梁的半径和圆度。

将徕卡全站仪TC2003 架设于调整好后的中心点位置，设置好仪器的温度气压参数，把定位块(见图2)依次安装在需要测量的180 个环吊轨道梁螺栓孔上;利用条式水平仪对定位块上表面精确找平;将对中棱镜杆插入定位块中，用极坐标法进行测量，此时采集的数据即为环吊轨道梁螺栓孔的中心，对所需采集的数据进行两次测量，以便检查单次测量中存在的粗差，并对粗差做出相应改正，此测量过程中仪器固定，不需搬动测站，以免增加设站误差。

图2 环吊轨道梁圆度检测及辅助工装定位块示意图Fig．2 The sketch maps for roundness measurement of ring crane rail beam and positional block of auxiliary fixture

3．2 核电站设备堆场采集的螺栓孔孔位偏差数据与生产厂家采集数据对比分析

为了确保螺栓孔位数据的可靠性，在核电站设备堆场进行环吊梁正放拼装，使用极坐标法检测内侧的孔位偏差数据，与大起厂内采集的数据的对比分析可见:在180 个螺栓孔位坐标中角向偏差比较结果大于1 mm的孔有27 个，大于2 mm的孔有1个，两次数据采集的偏差结果较为接近。排除测量误差等因素，说明在大起厂内测量的角向偏差数据是可靠的。

考虑到调整楔块上成组孔孔径为50 mm，且每个孔的位置均接近理论值，为了使牛腿上所钻的孔能够与调整楔块更好地配合，其径向偏差均参考理论设计值。

3．3 牛腿10°线(角向中心线)的放样和螺栓孔位放样

使用徕卡TC2003 全站仪在牛腿上的环吊安装平面基准点设站，用测角前方交会的方式放出36 个牛腿的角向中心线及环轨中心线:放出成组螺栓孔的中心线(即牛腿角向中心线)上半径为17 700 mm 和18 045 mm 的A、B 两 点，要 求 放 线 误 差≤±0．5 mm。牛腿10°线(角向中心线)的放样检查，如图3所示。

图3 牛腿10°线( 角向中心线) 的放样检查Fig．3 Setting-out checking of line 10° of bracket

钳工根据每个牛腿10°线上A、B 两点与5 个螺栓孔位置关系，依据在大起厂采集的孔位偏差数据在牛腿上划出成组螺栓孔的实际位置，通过螺栓孔孔间距检查划线质量。在环吊安装平面基准点设站，用测量仪器对每个牛腿上5 个螺栓孔的实际位置进行复测，并比较其切向偏差，对偏差大于2 mm的孔位给予修正。确认无误后利用环轨梁下调整楔块的理论模板对每个牛腿上的成组螺栓孔进行比对，判断其位置偏差并给予修正;符合限差后画出螺栓孔的孔位。应注意的是，上述孔位修正必须以角向中心线和半径参考线为基准。牛腿圆螺栓孔最终孔位偏差统计(部分)，见表2。

表2 牛腿螺栓孔最终孔位偏差统计表( 部分)Tab．2 Final positional error statistics of some bolt holes in bracket

以上检查无误后，按牛腿上所划孔位进行造孔作业。实践证明，环吊轨道梁180 个长圆螺栓孔和牛腿上180 个螺栓孔位完全匹配。

4 结束语

通过分析环吊轨道梁螺栓孔位限差及其热胀冷缩规律，并在轨道梁螺栓孔定位测量中予以充分考虑，通过冗余测量手段验证孔位，精准的将轨道梁螺栓孔位映射到牛腿上，确保环吊轨道梁180 个长圆螺栓孔和牛腿上180 个螺栓孔位完全匹配，为环吊轨道及轨道梁一次吊装提供了测量技术保证，相比二次吊装工艺，既节省了工期，又产生了明显的经济效益。

［1］ 张正禄．工程测量学［M］．武汉:武汉大学出版社，2005．

［2］ 武汉大学测绘学院测量平差学科组． 误差理论与测量平差基础［M］．武汉:武汉大学出版社，2003．

［3］ 华锡生，黄藤．精密工程测量技术及应用［M］． 南京:河海大学出版社，2002．