秦山三期核电站反应堆筒墙滑模施工测量技术
赵宝贵
(核工业四达建设监理公司,河北石家庄 050021)
[摘要]针对滑模提升进度快、工作面不稳定、物项就位精度高的施工特点,制定了动态、直观、灵敏、可靠的测量方案。在1号反应堆筒墙滑模施工经验基础上对方案进行改进,改进后方案的可行性在2号反应堆筒墙滑模施工中得到验证。
[关键词]工程测量;滑模施工;改进效果
[中图分类号]TU198.2[文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2007)07-0073-04
秦山三期(CANDU型)核电站反应堆筒墙是利用滑模技术一次性浇筑成功的。1号反应堆筒墙施工历时17.2d,2号反应堆筒墙施工历时14.4d。反应堆筒墙高42.29m(相对标高93.90~136.12m),半径21.26m,墙厚1.067m。每个反应堆筒墙上预埋9400多个埋件(包括预埋板、贯穿件、预应力管道和预留孔洞),混凝土总量约6 500m³。反应堆筒墙工作面及滑模操作平台以1~3.6m/d的速度提升,如何对滑模操作平台进行精确导向定位和监测纠偏,并在工作面运动状态下将近万个预埋件快速、准确地测设就位是本次施工测量的主要任务。因此针对滑模的施工特点,结合反应堆筒墙的结构特征设计了重锤监测、标高传递和激光定向与全站仪复核的配套测量方法,成功地完成筒墙施工的测量任务,效果良好。
1 滑模系统及测量任务
1.1 滑模系统结构
滑模系统由4部分构成:模板系统,工作面系统,提升系统和辅助系统。其中工作面分3层:上部材料堆放工作面(以下简称材料面),主工作面和下部修补面(以下简称修补面),其断面结构如图1所示。
1. 2工作原理
通过调节混凝土的配合比和液压泵的油量输出,有效地控制混凝土的凝固速度和滑模的提升速度。使其始终保证下述关系成立:
如果滑模提升太快,则由于混凝土还没有初凝,有可能会出现塌陷;如果滑模提升太慢,则会造成滑模拉伤筒墙表面,严重时,由于滑模与筒墙粘合,增大提升阻力而破坏滑模支撑系统。滑模中的初凝混凝土厚度用探针进行测量,若混凝土的初凝厚度>450mm时应提高滑模提升速度;若混凝土的初凝厚度<400mm,应降低(或停止)滑模的提升速度。总之,滑模的提升速度必须与混凝土的初凝速度相匹配。
1.3 测量任务
在保证滑模安全提升的条件下,筒墙施工的主要任务是利用工程测量技术对滑模操作平台进行精确导向定位和监测纠偏,使反应堆筒墙在径向、环向和标高方面符合设计要求,同时将近万个预埋件快速、准确地测设到位。相关测量精度要求如表1所示。接测量任务后,进行任务分析:滑模提升前,需对筒墙进行定位放线,对滑模拼装位置进行复测检查,并做好滑模提升状态的测量准备工作;滑模提升之后,操作平台处于持续滑升状态,工作面受施工影响大。如何在此条件下进行有效测量,是需解决的主要问题。
2 测量及效果
根据滑模施工特点,测量工作应能体现出以下几方面:①测量系统必须是动态的,以适应滑模提升速度;②解决测量工作面范围狭小、不稳定和通视条件差等不利因素,以满足设计位置限差要求;③测量监测系统应灵敏、迅速、可靠,以便及时对滑模施工偏差做出调整。据此,将任务进行分解,制定了与滑模施工配套的测量方案,该方案主要由3个相互补充的测量体系构成,即重锤监测系统(控制筒墙墙身变化和滑模水平度变化),高程传递系统和中心激光定位系统。
2.1 滑模安装测量
滑模的初始位置是决定反应堆筒墙位置正确与否的关键因素,也是判断筒墙上升至不同标高时其平面位置变化的参考依据。首先,利用TC2002全站仪,以堆芯为中心,对反应堆筒壁和滑模环形控制线放样,标出“十字”方位线;在此基础上,依据控制线安装滑模,使滑模的各项位置限差控制在设计要求的精度内(见表1)。然后,在滑模主工作面和修补面上方1m处布设物项粗定位刻画器,相当于布设在滑模上的量角器,其环向刻度间隔为10°,径向距离为:R′=R±d/2;式中:R为筒墙中心半径,d为筒墙厚度。
为了施工安全和提高滑模相对定位精度,滑模安装合格后对其进行一次试顶,上升0.3m再降回地面重新进行测量检查和调整,结果合格后再正式滑升。
2.2 筒墙平面位置控制
滑模的环向中心线上均匀分布着146根成孔管(Φ140mm),随着滑模提升,在筒墙内部形成146个竖向贯穿的预应力孔道,其顶部开口于滑模的材料工作面,底部开口于廊道。为控制筒墙的墙身位置(指筒墙中心线,墙身径向、环向的位置变化),在滑模上均匀地选取了8个成孔管(Φ140mm),将中心带孔(Φ3mm)的塞子镶嵌于其中,通过小孔将15kg的重锤悬置于廊道中。为减少重锤在空气中的晃动,在廊道底板布置了8个200L的油桶,将重锤悬于其中(重锤平面分布如图2所示)。
每个油桶按重锤的初始位置进行了方位标识,并注明了径向和环向刻画线。这样,反应堆筒墙工作面处在径向、环向的位置变化可通过不同时刻重锤的监测数据体现出来。1号反应堆筒墙05号中心特征点径向、环向偏差变化曲线如图3所示(05号点的平面布置见图2)。根据径向、环向特征点曲线的“坐标”对比,可同时计算出筒身的垂直度和扭转度。
在筒墙中心线得以控制的情况下,如果滑模发生倾斜,则滑模的水平投影会产生位移变化。在距筒墙中心线1.5m的滑模内侧轭架上悬挂15kg的重锤(共8个,与布置在廊道中的重锤在同一方位线上),并将它们各自浸入布置在底板的油桶中。滑模倾斜度可按下式计算
影响这个监测系统测量精度的主要因素是重锤的重量、悬线的直径和初始位置。重锤太轻将直接影响测量精度,太重则不易实施;悬线直径太粗将影响观测效果,太细则容易拉断。经综合考虑,1号筒墙滑模选用重量为15kg的重锤,2.5mm的细钢丝悬线,并将重锤浸入事先标有“十”字方位线的油桶中。滑模提升前重新调整“十”字方位线,使重锤投影点与十字交叉点重合,作为初始参考点。重锤监测系统需关注的是重锤的相对位置变化,系统误差可在计算时消除,有利于提高测量准确度,根据现场经验,重锤监测系统的测量精度可达到±2mm。
为避免外界因素的影响而造成重锤监测系统的失灵,在上述监测系统基础上,增加一道测量检查工序。在筒墙外侧利用两套互成90°的T2经纬仪进行筒墙垂直度检查。同时在滑模维护工作面的内模上设4个反射片,滑模每上升1m,利用设在堆芯测量平台上的TC2002全站仪对这4个反射片进行一次测距,以检查筒墙的半径。该方法的测量精度虽高于重锤系统,但其径向测量数据应除去墙厚误差,不能直接反映筒墙中心线的偏差。此外,利用这种测量方法只有等筒墙露出滑模后才能测到筒身,信息滞后,只能作为一种辅助验证措施。
2.3 标高测量
从滑模材料面将8根因瓦钢尺通过成孔管穿入廊道,钢尺的初始刻度与廊道中的标高基准线严格对齐后固定,钢尺布置如图4所示。随滑模上升,便可利用钢尺在滑模材料平台上进行标高传递。利用钢尺传递的标高可直接标识在千斤顶杆上,并对8个标识点进行相互检核,互差控制在±1mm之内方可使用。相应的标高按下式计算:
因钢尺通过竖向预应力管,垂直度很小,可不考虑倾斜改正;初始刻度线的调准是利用NA2+GPm³精密水准仪严格调平的,因而钢尺传递标高的精度可取其
2倍标称精度,即±1.0mm之内。
2.4 预埋件就位测量
滑模施工的特点之一就是预埋件的就位速度必须跟得上滑模提升速度。如何将近万个预埋件准确可靠地埋设到筒墙上,同时不影响滑模的提升速度,是滑模施工需解决的主要问题。而如何对其快速、准确地定位和复测则是解决上述问题的关键。经分析,筒墙在径向上已被滑模模板固定。因此只需对预埋件方位和标高进行控制,便可解决其就位问题。
2.4.1 预埋件方位测量
为适应滑模快速施工的特点,决定对预埋件的定位按2个步骤进行。第1步,利用滑模工作平台上的物项粗定位刻画器实现埋件粗定位;第2步,利用架设在反应堆中心的激光经纬仪进行精确定位。
滑模主工作面上物项粗定位刻画器用于预埋件初次定位,修补面上的物项粗定位刻画器便于修补人员寻找没有露出筒墙混凝土表面的预埋件。利用物项粗定位刻画器进行预埋件的定位时,可充分利用有效工作面,使更多测量人员利用物项粗定位刻画器上的36条方位线同时开展测量工作,大大提高埋件就位的速度,为滑模的提升赢得时间。其思想是以36个方位为控制线,利用钢卷尺在弧长为10°的跨度范围内确定预埋件的初次定位。经推算利用弦长代替弧长的测量偏差如下:
显然,这样微小的偏差是可以接受的。在此基础上,利用架设在堆芯测量塔上的T2激光经纬仪直接对初就位的预埋件进行方位复测、调整,既有利于提高测量速度,又便于两种测量结果相互检核,避免就位错误。
2.4.2 预埋件标高测量
利用钢尺传递到千斤顶杆上标高基准线,用透明橡胶水管(1.5mm)将其加密在筒墙的竖向插筋上。有了加密标高线,利用钢卷尺配合水平靠尺可对预埋件进行标高控制和复查。标高误差主要来自橡胶水管和水平靠尺的传递误差。按经验值,取水平靠尺误差
3 测量方法的改进
1号反应堆筒墙滑模施工完毕后,结合现场实际,组织对该测量系统进行分析,提出改进方案。
3.1 筒墙径向,环向偏差的改进
从1号筒墙滑模特征点的变化曲线(见图3)来看,筒墙径向偏差较大,特别是筒墙上升至134~135m标高(即筒墙净高40~41m)处,筒身在135°方向的偏差达到20mm,导致临时顶盖安装时向该方向平移了20mm。主要原因来自2个方面:①测量系统灵敏度和精度不够,重锤绳索太粗,不够柔软;②由于滑模质量大,其偏移运动具有惯性,从而使纠偏的灵敏度受到影响。
对此,提出了3条改进措施:①将2.5mm的钢丝改为1.5mm的特制尼龙绳;②为减少滑模偏移运动惯性对纠偏效果的影响,当重锤监测系统的偏差量达到允许限差的3/5时,及时向滑模控制室发出纠正信号,而不能等到墙身偏差达到临界限差时才进行纠正;③滑模修补面的内侧反光镜片由原来的4个增加到8个(沿滑模环向均匀分布),以提高对筒墙半径的测量精度。
3.2 标高测量改进
在1号筒墙高度达到5m时,利用NA2+GPm³精密水准仪对标在千斤顶杆上的标高基准线进行了复测检查,当时两种测量结果之差仅为0.7mm。但在1号反应堆筒墙滑模施工完毕7d后,对筒墙顶部136.5m标高基准线复查时发现其比原值低13mm。经分析,造成标高偏低的原因与混凝土收缩有关。钢尺的有效长度在当时温度(1~5℃)条件下的改正值与混凝土的收缩变化值基本相当。钢尺在传递标高时考虑了温度改正,但未考虑混凝土冷却后的收缩影响。为使2号反应堆筒墙的标高不受混凝土收缩的影响,在钢尺的尺长改正中取消了温度改正,即钢尺改正仅考虑拉力改正,即:LΔ=ΔL。
3.3 测量平台的改进
在1号反应堆筒墙滑模施工中,由于测量平台高度不够,在滑模上升至125m标高以上时,需要在滑模工作面增设一台“活动”经纬仪传递方位,这样既影响测量精度,又影响施测进度。在2号反应堆滑模施工中,将测量平台的高度由9m改为15m,采取相应加固措施,尽可能使测量仪器能直接观测到滑模工作面和预埋件,避免二次方位传递产生累积误差。
经过对测量方案的改进,2号反应堆筒墙滑模施工在各项位置指标上取得了明显提高。1,2号反应堆筒墙滑模施工的测量结果对比如表2所示。
4 结语
秦山三期(CANDU)反应堆筒墙滑模测量系统可以从平面、高程、垂直度、扭转度等方面对筒墙和预埋件进行有效控制。从后续的竣工测量和工艺安装来看,两座反应堆筒墙和预埋件在位置上都较好地满足了设计要求。并且改进后的方案在2号反应堆筒墙滑模施工中得到了很好地验证。这说明上述测量系统具备动态、直观、灵敏、可靠的测量监测功能。不仅是工程测量在核电站精密工程中的巧妙组合应用,而且也适应大型滑模工程动态施工特点,因而这一测量技术可以在大型滑模工程中应用。
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