大型地下电站钢结构厂房安装及检测技术研究

GXF360 2019-09-24

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0 引言

大型地下电站工程厂房土建施工基本结束后，钢结构厂房安装及装饰工程随即展开，安装过程中的测量放样及结构验收质量的高低关系到厂房内部电器、起重等重要设备的安全正常运营以及装饰工程的美观和质量，测量项目的放样或检测点均在高空中，作业环境危险系数较大，采用电子测量仪器较传统经纬仪、水准仪及钢尺测量的办法不仅可以提高作业的效率，便于数据的处理及分析，还能有效的保证测量工作的精度。

2）建立流动人口控管系统。各部门要对出入人口，尤其在人口流动量大的地方配备安检设施，防患于未然的防止安全事故的发生，在夜间要加强警力，加强巡查。

1 控制网加密及钢结构定位测量技术

大型地下电站首级测量控制网多为导线网或三角网，平均边长较短，控制网精度较高，点位精度可达±5mm以内，有别于普通厂房建筑的矩形控制网。在钢结构定位测量时，若直接使用首级控制网进行定位放样，则存在通视困难、光线不足造成目标不清晰、特定长度方向准直度不高等问题。按照《水电水利工程施工测量规范》（DL/T 5173—2012）的要求，应先布设专用控制网，再使用专用控制网进行钢结构的定位放样，解决上述问题。

从部长、副总工程师直到现在的哈佳项目部常务副经理，每一步的晋升都经历了工程的考验与磨难。虽然工程技术的难题能够破解，但对家人的关怀却不能如期而至，与父母、女儿聚少离多，与同在项目的妻子马艳华更是如牛郎织女般，见面的时间总能因为工作被错开。这样近在咫尺却又远在天涯的聚合让夫妻二人多有辛酸，妻子怀孕了，郭庆富不在身边，临产了，依旧不在身边，孩子会走路了，孩子会说话了，孩子会吃饭了，孩子会认字了，他错过了孩子每一个成长的瞬间，他也许不是一个称职的丈夫和父亲，但是为了工作和梦想，为了家人的生活与未来，他在工程路上的脚步永远不会停下。

图1为溪洛渡地下电站的钢结构安装控制网示意图。溪洛渡地下电站是目前在建的世界最大地下电站。厂房主要由安装间、副厂房、9台机组主厂房组成。厂房上下跨度、左右长度及房顶高度均很大。钢结构顶棚安装定位前布设专用控制网时，以首级控制网在厂房长度方向的左右2个点组成已知边，选择用于安装钢结构的牛腿顶面台车轨道中心上4点为未知点，由此6个点组成双大地四边形控制网，按照四等控制网精度以上外业要求进行观测。本单位使用徕卡2003测量机器人进行观测，机载软件采用《常规控制测量和变形监测系统机载软件》进行外业数据采集，该软件按国家测绘规范研制，设置观测目标、测回数、观测限差后，仪器就可自动照准、观测和记录，并剔除超限观测值，确保记录的数据为合观观测值，效率极高。内业平差处理前，对边长进行气象改正、测区平均高程投影改正，平差后点位精度均高于±2mm。为便于轨道的放样，平面控制网布设好后再采用“归化法”将各点精确标定于轨道中心线上，并采用“差分法”检查同一断面处2控制点间的距离。在高程控制时，由于轨道面的平整度相较于绝对高程更重要，因此，以4个未知点组成闭合高程线路，并按二等水准要求使用徕卡DNO3电子水准仪进行施测，内业平差后各点的高程中误差可以达到±1mm。

图1 钢结构安装控制网示意图

台车轨道放样时，利用上述归化后的4个控制点，采用方向线法标定出轨道中心线即可。地下电站厂房的钢结构是安装固定在构造柱顶部的矩形地板上，因此只需利用4个控制点采用极坐标的方法在铁板上放样出用于钢结构定位的十字形点，钢结构定位时底部结构中心对准十字中心即可准确进行平面定位，高程定位则采用抄平办法进行[1]。

2 钢结构定位后的检测技术

地下电站厂房主要由构造柱、钢梁、钢屋架、吊车梁、桁架等组成。安装后检测过程中由于上述结构存在较大的高度和跨度，使得测量工作具有一定难度，并且检测人员操作过程中存在一定的安全风险，因此检测工作必须高效、合理、且满足测量精度的要求，表1为GB 50205—2001(《钢结构工程施工质量验收规范》)的形体要求，从表中可以看出，其所列项目中，竖向挠度检测的实质在于高程测量，其它检测项目的实质在于水平位移的测量，通过计算、比较，检测点相对于钢梁支座高差及检测基点的水平位移变化量均可以求得。

表1 钢结构厂房几何检测项目

项目允许偏差/mm 图例跨中的垂直度/Δ h/250，且 Δ≤15.0竖向挠度/f ①吊车梁、吊车桁架：L/1 200～L/1 500②轨道工作平台梁：L/600～L/400③楼屋盖主梁、桁架：L/400侧向弯曲矢高/f ①L≤30m，L/1 000＝f，且 f≤10.0②30＜L≤600m，L/1 000＝f，且 f≤30.0③L＞60m，L/1 000＝f，且 f≤50.0主体结构的整体垂直度/Δ H/1 000=Δ，且Δ≤25.0主体结构的整体平面弯曲/Δ L/1 500=Δ，且Δ≤25.0 pagenumber_ebook=9,pagenumber_book=6

2.1 检测原理

验收规范中采用经纬仪、垂线、水准仪等方法进行检测，但在实际的操作过程中有一定的困难，而且效率不高。本文所述采用自由设站三维坐标法可快速准确的完成检测项目。自由设站的目的在于解决由于厂房区域内障碍阻挡视线、照明以及尽量减小观测竖直角的问题，三维坐标检测法可以解决快速检测及数据采集问题[2]。

如图2所示，A，B 2点为厂房内控制网点，并在A点设置棱镜，P点为自由设站点，观测夹角β距离S则可以快速确定P点的平面坐标，观测P点～A点的高差则可以确定P点全站仪的高程，计算原理是正弦定理及坐标正算。由于全站仪使用反光膜较无棱镜测距精度更高，在检测前应先期在检测点上贴上反射片，将计算得到的测站三维坐标内置于仪器内，以A点或B点定向，并将仪器高度及反射片高度设置为0，照准检测点测量即可采集检测点的三维坐标。

4.1.1 单位面积产值分析。整理2009～2016年胶州大白菜单位面积产值与全国大白菜平均单位面积产值数据（见图5-1）可以看出，两者的变化趋势基本吻合，均在波动中上升。具体分析，2016年胶州大白菜种植单位面积产值为16732.21元，比2009年增长了4950.20元。同时，胶州大白菜每年产值均高于全国平均水平且差距逐渐拉大，由2009年高于全国9413.94元拉大到13279.66元。胶州大白菜品牌建设进入发展阶段之后，产值大大增加，说明品牌建设有增产的优越性，且效果显著。

图2 钢结构自由设站检测示意图

2.2 检测点的选择与计算

检测点的选择时首先应考虑能反应钢结构的最大变形点以及钢结构的连接方式，如图3所示，检测点选择在钢结构的连接支撑位置以及几何平均位置来满足前述条件。采集上述点的三维坐标后，比较 a，b，c，d，e 的高程可以求出 b，e，d 点相对于a，c 2点的挠度，比较e，f 2点的平面坐标可以求出跨中点的垂直度，同样侧向的弯曲矢高也可计算求得，其它结构的垂直度及整体弯曲度也通过类似的方法观测后求得[3]。

桥梁工程是国家基础设施建设的重要部分，桥梁结构建设质量直接关系到人民的生命财产安全，因施工方法不当导致重大桥梁坍塌事故时有发生。国外自20世纪中期开始建造很多高墩桥梁，据墩身横截面形状不同，可将其分为实体与空心两种桥墩。我国的高墩桥设计施工在建国初期逐渐发展，至今已建成了多种截面式的混凝土高墩，其多为重力式桥墩，随着交通事业的发展，山区修建桥梁高墩大40m以上，采用实体墩很不经济。60年代后，出现了部分空心墩，此类桥墩使得桥墩建设更经济化。90年代，高墩数量增多，桥梁工程建设采用爬模施工技术更好地保证了施工质量。

目前，运用于安全监测项目的高端全站仪不仅具有数据采集、传输等功能，随机的软件还有：①丰富的几何形状拟合计算功能；②几何形状之间关系的计算功能；③CAD模型比较功能。将PC机与全站仪联合测量运用于钢结构检测时，可以实时的得到各种结果，对结构偏离正常位置也有很好的几何解释。

图3 挠度、跨中垂直度及旁弯检测示意图

3 检测过程中的精度分析

3.1 钢结构检测的精度要求

钢结构检测的目的是保证工程的安全运行，因此检测可以纳入变形监测的范畴。一般规定变形测量精度M中≤结构物允许变形值的1/10～1/20，考虑到地下电站厂房钢结构上的承重顶棚及电器设备设计，测量精度可取1/15计算，则测量精度采用表2相关检测项目的指标（见表2）。

表2 检测项目测量精度概算

检测项目最小中误差/mm跨中的垂直/Δ h/3750，且M中≤1.0竖向挠度/f 吊车梁、吊车桁架：L/18 000～L/22 500侧向弯曲矢高/f L≤30m，L/15 000且≤0.7

3.2 钢结构检测方法的精度

设测角中误差mβ，测距中误差为mS，应用误差传播定律可推导出自由设站和极坐标法的精度公式（1）及公式（2），检测点的平面位置精度计算公式则为（3），高程精度可用光电测距单程三角高程推导出公式（4）。

其中，K为已知点间边长S0与所测边长S的比值；α为竖直角。

若使用的全站仪的测角精度为±1″，测距精度为±（1mm+1×10-6D），根据厂房的大小范围可将距离设定为 10m～100m，竖直角设定为 15°～75°，根据式（3）及式（4）可分别计算出各测点的平面点位中误差及高程中误差。经统计发现，同一测站，观测目标由远及近，平面点位精度越来越高，而高程精度越来越低，且 MP＜±1mm，mh＜±1mm，完全可以满足表 2中对测量精度的要求。