核电反应堆厂房钢穹顶预制测量定位*

单意志，杨喜云，余世安

(中国核工业华兴建设有限公司，江苏 南京 210019)

0 引言

核电工程测量属精密工程测量，反应堆是核电站的核心部位[1]，安全壳是核反应堆的最重要安全屏障，如何才能有效利用工作空间、不受其他施工进度影响、保证其他工序可以平行进展，准确高效完成穹顶拼装定位检测成为工程中的一道难题。

测量定位是工程施工的第一步，经常会遇到定位尺寸不准、坐标定位基准如何建立的难题[2]，在核电站施工过程中，由于施工周期长，精度要求高，控制点的稳定性及精度要求是满足施工定位质量的保证，为了方便准确定位及安装检查，该工艺包括钢衬里穹顶中心点定位、基准点布设、穹顶板检查、中间检查验收等工序及技术综合运用。

1 工程概况

核岛钢衬里是核电站第三道防泄漏屏障，穹顶作为安全壳钢衬里的封顶部分，是质保等级QA1级、核安全等级2级的核安全设备。钢衬里穹顶采用8 mm厚P265GH钢板、外侧焊接L200×125×12和L75×50×6角钢加劲肋和焊钉组成，车间预制成多块分块板，现场将分块板、锚固件、吊耳拼装焊接而成，根据堆型不同其外形为内侧直径D=36 m、37 m、44 m、46.8 m的双曲面壳体或半球形壳体。

型号为D=36 m核反应堆厂房的穹顶，第一段理论高度3.606 m，理论内口半径为4.500 m，外口半径为4.508 m，圆心位于围绕穹顶底口中心13.500 m半径圆上；第二段理论高度5.402 m，理论内口半径27.000 m，外口半径为27.008 m，圆心位于中心，下口与钢衬里筒体10层上口直接对接，根据制作需要，沿高度方向，将穹顶分为5层，由下至上依次命名为DF2-2、DF2-1、DF1-2、DF1-1、DF1/2五层，车间根据设计图纸按层分块进行穹顶板加工，预制完成的穹顶板运至现场拼装后进行定位安装。

穹顶平面示意图见图1，穹顶立面示意图见图2。

图1 穹顶平面示意图Fig.1 Schematic plan of dome

图2 穹顶立面示意图Fig.2 Schematic elevation of dome

2 测量控制难点

核电反应堆厂房钢穹顶预制测量定位组件安装时，由于施工条件复杂、工序交叉干扰因素多，主要具有以下难点：

1)穹顶为非等半径球面，由于变尺寸穹顶是由不同半径的板块通过拼装构成，板块位置的检查是一个难点，需要通过检测保证各板块的准确安装位置；

2)施工拼装现场操作脚手架多，视线通视困难，仪器架设需多处设站，影响施工测量效率；

3)穹顶上有许多加厚板埋件，位置确定需通过三维坐标确定，施工放样及检查按立体空间处理，增加了定位难度。

3 测量控制要点

3.1 支墩施工定位测量

在次级网点上架设全站仪，采用极坐标法放样出穹顶拼装场地中心，并将中心点位采用混凝土浇筑，埋设不锈钢板钻1.5 mm孔标识，架设全站仪于中心点，后视次级网点，按设计角度每10°及半径放样出各支墩位置。

3.2 基准点设置

支墩施工完成后，确定穹顶中心线及设立控制坐标系，在支撑墩内侧面上设置基准点(含平面和标高)，如图3、图4所示，基准点0、1～12呈圆弧形排列在穹顶中心线的外围，位于支撑墩内侧面上。

图3 基准点布置图Fig.3 Datum point layout

图4 基准点示意图Fig.4 Datum point diagram

3.3 基准点的测量

在中心点上架设全站仪TCA2003，以厂区次级网点为方向，按拼装场地施工坐标系，分别测量支墩上控制点坐标，点位坐标偏差小于2 mm即符合要求。

测得各基准点在该坐标系中的平面坐标及高程后，以基准点作为检测起算参照依据，根据基准点测设支撑墩的支撑面高程。

3.4 支墩支撑面标高检测

测量基准建立后，测量出支撑墩上埋件标高，采用水准仪对支撑墩埋件标高进行检查，选取最高埋件点作为基准面。

3.5 穹顶板分块线放线

在中心点上架设仪器，每10°放出穹顶拼装分块线，并放出半径控制线，并在支墩侧面用仪器测设0O、90O、180O、270O四个角度控制线，用红色油漆对角度控制线进行标识。角度控制线误差小于2 mm，标高控制线误差小于2 mm。

3.6 穹顶底部支撑设置

在支墩埋件上，按埋件最高标高控制焊接支撑工字钢，工字钢上面焊接止挡块，以作为穹顶底部的固定装置。

3.7 穹顶板吊装就位

成形的穹顶衬里板运输到拼装现场，利用现场布置的塔吊或汽车吊，将穹顶预制构件逐件吊放到拼装台座上，按号就位，调整焊缝间隙，并与马板进行临时固定。

3.8 穹顶板位置检测及调整

穹顶板定位检测步骤如下：

第一步，选择在穹顶板块的通视处设立全站仪，后视两个已知点，交会出全站仪测站三维坐标。

第二步，使用全站仪测量得到穹顶板块上检测点的三维实测坐标(X测，Y测，H测)。

第三步，计算穹顶板块检测点的实测高程与支墩支撑基准面高程的差值，根据差值判断该板块所处的段位，根据板块的段位确定其圆心点与穹顶中心线的关系及其理论半径值，即：若(H测-H基)<3.600 m，则该板块的半径应取4.500 m；否则取27.000 m。

第四步，换算所述检测点的实际半径；

当检测点所在穹顶板块的圆心点位于穹顶中心线外围时，检测点的实际半径为

(1)

式中：(X测，Y测，H测)为穹顶点位实测值；R设为该段位板块圆心点与穹顶中心线的预设理论距离(圆心位于半径13.5 m圆上)；H基为支撑基准面高程。

当检测点所在的穹顶板块的圆心点与穹顶中心线重合时，检测点的实际半径为

(2)

式中：H设为该穹顶板块圆心的预设理论高程，本工程预设理论高程为29.000 m。

例如：本项目穹顶中心线的坐标(X0，Y0)为(1 762.517 m，501.156 m)，支撑墩支撑基准面的高程为47.000 m，第一段板块圆心点与穹顶中心线的预设理论距离为13.5 m，第二段板块圆心的预设理论高程为29 m。

如板块检测点的实测值(X测，Y测，H测)为(1 778.985 m，507.676 m，48.587 m)，则H测-H设=(48.587-47.000)m=1.587 m<3.600 m，由此可判断出该检测点所在板块位于第一段，其半径应取4.500 m。将上述数据代入式(1)可计算出该检测点实际半径R=4.502 m。将板块检测点的理论半径与实际半径进行比较，得出的误差值作为检测结果，则偏差值Rδ=(4.502-4.500)m=0.002 m。

如板块检测点的实测值(X测，Y测，H测)为(1 774.250 m，511.426 m，51.055 m)，则H测-H设=(51.055-47.000)m=4.055 m>3.600 m，由此可判断出该检测点所在板块位于第二段，其半径应为27.000 m。将上述数据代入式(2)可计算出该检测点实际半径R=27.010 m。将板块检测点的理论半径与实际半径进行比较，得出的误差值作为检测结果，则偏差值Rδ=(27.010-27.000)m=0.010 m。

之后，如偏差不满足要求，可根据误差值调整板块的位置，再进行检测，直至误差小于允许偏差值。

在拼装阶段，由于板块高度可知，选择板块上部左、右、中三点作为调整特征点位，测量其坐标，半径理论数据可预知。

3.9 测量数据的整理

对每个穹顶板进行位置检查，使每一个穹顶板位置满足设计要求，再经自查无误后，对测量数据进行整理，编制测量成果报告，将测量成果进行报验，位置检测及调整结果(示意)如表1所示。

表1 穹顶位置检测及调整结果(示意)Tab.1 Results for detection and adjustment of dome position

调整后的结果均满足技术要求，工效大大提高，保证了工程质量和进度。

4 结束语

本文介绍了一种核电反应堆厂房钢穹顶预制测量定位的方法，该方法可解决核电工程施工中的复杂测量问题[3]，且具有以下特点：

1)施工基准统一，保证定位、检查整体性。

2)采用后方交会设站，测量检查点、定位点的三维坐标，并通过反算方法得到穹顶半径及位置，能够较好地控制穹顶弧度，确保工程质量。

3)施工操作方便、工艺简单，容易掌握，可加快施工进度，缩短施工工期，提高生产效率。

4)数据处理通过计算器编程实现，测量人员现场均能快速处理数据，偏差值及时反馈，方便现场调整。

5)施工场地无需硬化处理，可有效节约资源，节能环保，减少成本支出，降低工程造价。