中国水利水电第六工程局有限公司
摘要：座环及基础环是水电站金属结构安装工程控制的关键,本文通过乌东德水电站右岸地下电站六台水轮发电机组座环及基础环的安装,根据电站结构特点及座环与基础环安装精度要求,从控制测量、机组中心及轴线放样、平面及高程检查验收几方面，介绍了该大型水电站水轮发电机座环及基础环安装过程的平面及高程加密控制网测设、安装放样、检查验收等测量质量控制的难点、重点以及测量施工技术要点，以期为类似大型水轮机座环安装测量控制提供参考。
关键词：乌东德水电站 座环及基础环 金结安装 测量控制
1.工程简介
乌东德水电站是金沙江下游河段（攀枝花市至宜宾市）四个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的最上游梯级，坝址所处河段的右岸隶属云南省昆明市禄劝县，左岸隶属四川省会东县。乌东德水电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪，电站装机容量10200MW，多年平均发电量389.1亿kW.h。
乌东德右岸电站基础环由两瓣组成，单瓣重量33400kg，总重66800kg，单瓣12×6m；座环由四瓣组成，单瓣最重为110000kg，总重约426000kg，单瓣最大外形尺寸10×3m。座环与基础环安装尺寸较大，而结合乌东德地下电站结构特性，地厂工作面狭小、环境较差、受施工干扰大、座环及基础环安装精度要求高，如何做好座环及基础环安装的平面及高程加密控制网测设、安装放样、检查验收工作，保证座环及基础环安装埋件的质量，给测量工作带来带来极大考验。
2.座环及基础环安装控制测量方法
2.1.平面控制测量
机组安装前，应利用保存完好且经检测的首级测量控制点为起始点在厂房内建立机组安装专用控制网，经过对地厂环境勘察，拟定以主厂房已有控制点YZCF，YC03为首级控制网点，在每台座环中心布置一个求心器架，确保求心器质检牢固稳定，由测量人员在求心器支架中心布设一加密控制网点，共布设加密控制网点6个。在观测过程中以中心控制点为架站点，以主厂房已有首级控制网点YZCF为后视点，YC03为校核点，进行控制网点加密测设工作，加密控制点测设时，严格执行《水电水利工程施工测量规范》（DL/T5173-2012）中二等平面三角网的各项技术要求。加密点成果应转换成机组的X-Y轴线相对坐标系，机组安装用的X、Y基准线标点，方便施工人员对成果使用。
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图1 主厂房加密控制网点示意图
2.2.高程控制测量
为保证座环安装高程基准，在主厂房基础环安装平台浇筑完成后，利用二等水准测量布设两个二个二等水准测量控制点。并利用高精度全站仪的精密三角高程测量并对两水准点进行校核，在后续每台机组高程网点加密时，首先在每台机组的混凝土收仓面埋设二个牢固的不锈钢水准十字测钉标志。然后采用二等水准测量的方法，将已布设的二等高程控制点引测至各台机组埋设的水准标志上。为方便座环及基础环内部高程及水平度测量，还要预先在锥管管口内壁焊接两个不锈钢L型弯头带U型保护环水准测钉标志，再采用水准测量的方法将混凝土仓面水准钉标志的高程成果引测至锥管L型弯头测钉标志上。由于座环上环面较混凝土仓面高差较大，无法使用混凝土仓面加密高程点进行座环上环口的高程测量，还需要在主厂房下游面的侧墙上提前埋设二块长宽10cm×10cm，厚约5mm的不锈钢十字测量标志盘，标志盘中心高于座环上环面高度约50cm，再采用钢带尺竖直传高的方法，将混凝土仓面测钉标志的高程引测至钢板中心刻划点。从而保证混凝土仓面测钉标志高程、锥管内L型弯头测钉高程及墙面坐标盘中心点保持同一高程系统，且各高程点之间的误差不大于0.5mm。
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图2 （不锈钢水准十字测钉标志 L型弯头带U型保护环水准测钉标志 ）
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图3 主厂房高程加密控制网点示意图
3.基础环及座环测量放样
3.1.座环与基础环安装主要工艺流程
基础环、座环安装准备→基础环组圆、焊接及验收→基础环吊装临时存放→基础环凑合节吊装（四瓣）临时存放→座环运输→座环吊装组圆（分安装间组圆和机坑内组圆两种）→座环调整及验收→座环焊接及探伤→座环检查调整→座环验收→基础环调整及验收→基础环凑合节配割、调整及验收→基础环凑合节纵缝焊接及探伤→基础环凑合节与基础环上环筒间焊缝焊接及探伤→基础环凑合节与座环焊缝焊接及探伤→基础环和锥管背垫条装焊→基础环和座环泄水环筒背垫条装焊→锥管加劲板及锚环装焊→管道及附件装焊→座环附件安装→基础环三期混凝土浇筑→座环、蜗壳二期混凝土浇筑→基础环与锥管间焊缝焊接及探伤→导流环安装→导流环焊接及探伤→防腐→验收。
3.2.求心器支架的安装
为满足座环组圆、调整和焊接要求，在第3节锥管内支撑加固后在上面搭设一圈操作平台，满足基础环和锥管安装，锥管内支撑加固完成后，在锥管内支撑上布置求心器架，与施工操作平台分离开来，以满足基础环环板、座环底环板和上环板的安装圆度的测量。测量人员在钢支撑架顶部铁板放样出机组中心，并在铁板上钻出直径为0.5mm的小孔，以满足求心器钢丝(直径0.3mm)安装需要。（如下图4，所示：）
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图4 座环基础环安装支撑架搭设立面图
3.3.机组中心放样
求心器顶部平台搭设好后，测量人员在主厂房首级控制点YZCF上架设TM30测量机器人，在二个以上的后视控制点上架设与全站仪配套的专用棱镜，仪器和棱镜架设过程中必须严格整平，整平水准气泡不得超过半格，仪器照准后视点检查另一控制点，当坐标精度及方位精度满足规范要求精度后再进行下一步放样。放样时，通过控制点及机组中心坐标，反算出测站至机组中心距离和方位，将仪器转动到计算的方位，指挥司镜人员在视线方位上放置专用小棱镜测量距离，确定放样点位与提前刻画的座环顶面完全重合一致后，再次进行正倒镜观测进行检查，确保正确无位移。（如下图5，图6所示：）
图6 求心器顶部中心测量放样示意图
3.4.机组轴线的放样
机组轴线放样前，必须先焊制样架，机组＋Y和－Y方向的线架可直接在上下游砼墙外露钢筋上横向搭焊一钢筋，高程约▽805.50m要超过座环上的机坑里衬底部高程，在＋X和－X方向上树立两根桁架立柱，立柱顶部焊接线架，在机组基础环及座环吊装到位后，现场施工人员配合测量人员进行线架及机组中心调整。调整方式为：测量人员在主厂房首级控制点YZCF上架设全站仪，在二个以上的后视控制点上架设与全站仪配套的专用棱镜，仪器和棱镜架设过程中必须严格整平，整平水准气泡不得超过半格，仪器照准后视点检查另一控制点，当坐标精度及方位精度满足规范要求精度(通常坐标较差小于1mm)后再进行下一步放样。放样时，通过控制点及机组中心坐标，反算出测站至线架＋Y和－Y方向，＋X和－X方向的的距离和方位，将仪器转动到计算的方位，指挥司镜人员放样线架位置，当距离差值小于1mm后，由司镜人员定点线架位置；线架放样完成，再次采用专用棱镜进行正倒镜观测，确保线架正确无位移。采用此方法可确保线架位误差在±1mm以内。座环安装过程中施工人员利用线架及求心器可进行座环及基础环的安装与自检。
3.5.座环及基础环测量放样过程控制
（1）安装点线的测放必须以安装轴线和高程基点（专用控制网）为基准，组成相对严密（相对精度高）的局部控制系统。
（2）方向线测设，要求后视距离大于前视距离，照准时采用细铅笔尖、大头针针尖或细垂球线作为照准目标，全站仪投点则采用正倒镜两次标定方向点取均值作为最后方向。
（3）测设方法一般采用直角坐标法以或极坐标法，测量距离30m内一般采用钢带尺量距，测量时每次读数估读到0.1mm，钢带尺量距结果中加入尺长、温度、倾斜、拉力、悬链等改正，其技术要求符合表12的规定，不便于用钢尺量距或距离超过30m时，容易设站的用全站仪“差分法”进行施测。
（4）安装点的细部高程放样采用满足精度要求的水准测量方法进行，高精度的水平度测量应使用在底部装配有球形接触点的铟瓦水准尺或有毫米刻度的钢板尺，其中钢板尺为镶嵌在合金型材中，并装有安平水准器。
（5）铅垂投点采用重锤投点或天顶仪、天底仪投点法。高度≤20m时，其顶底点传递限控制在±1.0mm。
（6）每次放样完成后，及时对放样点之间的相对尺寸关系进行检核，并与前一次的放样点进行检核比对。
（7）检核时采用与放样不同的方法进行，其检核较差不超过相应放样限差的 倍。
放样点标志采用刻针进行刻画，其标志误差不大于0.3mm。
（8）在使用高程基准点进行高程定位时，测前应对水准仪的i角进行检查，架设仪器时尽量使前视和后视相等并靠近埋件测量部位以减小仪器i角误差的影响，必须后视检查二个以上的高程点无误后方可进行下步工作，以避免粗差。
3.6.基础环及座环测量过程及精度估算。
3.6.1全站仪放样基础环及座环测量过程及精度估算。
（1）精密测坐标法放样的精度估算公式（不考虑垂直角影响）：
根据计算放样点的平面点位中误差为±0.5mm，完全满足规范要求。
（3）DNA03电子水准仪高程检测精度分析。
水平度及高程检测的仪器设备为DNA03电子水准仪，铟钢尺每公里往返测高程精度0.3mm ，仪器读数精度可以达到0.01mm，并可以实现自动观测和记录，为保证水准尺与座环或基础环板实现点接触，在水准尺下部专门安装一个球面磁块。为保证在观测过程中尺子稳定不晃动，扶尺人员必须使用专门制作的三角扶杆。
4.基础环及座环测量验收控制
4.1.机组中心及座环方位定向的检查验收
在座环及基础环调整过程中，要多次使用求心器，为保证求心器中心点位准确，每次作业前测量人员都应提前进行机组中心点的检核，检核方式为，每次作业之前由两名测量人员依据控制点及机组中心坐标，进行放样距离和方位的反算，并进行100%的检查，确认数据成果准确后，由观测人员在主厂房首级控制点YZCF上架设全站仪，后视检核二个以上的后视控制点，当坐标精度及方位精度满足规范要求精度后再进行求心器中心坐标检测。同求心器中心设计坐标进行对比，对比结果合格后，进行座环轴线的方位检查，检查中，直接将专用棱镜安置于座环已事先标定的点位上，测量出坐标，计算出此点距离轴线的偏移距离即可。
4.2.基础环中心及方位定向的检查验收
基础环中心检查是通过求心器中心上的钢丝实现的，检测前，必须先由测量人员检查座环顶部钢平台上的中心平面位置满足要求，同时还要认真检查求心器钢丝的铅垂度，检查时，必须将钢丝用重锤系挂并放置于油桶中，防止钢丝的摆动。再配合用电测法测量座环基础各环板侧面圆度或同轴度。基础环方位检测时也是在X，Y四个方向标定轴线，利用测量放样时的轴线方向点进行检查及钢丝重锤进行检查。
4.3.座环及基础环高程及水平度的检查验收
座环水平度的检测时在上、下环板上分别等分24点均匀分布，检测下环板时将水准仪架设于座环内部下环板上，利用预留在锥管内壁的加密高程控制点作为高程基准，将铟瓦尺置于二个加密点上，当计算出的视线高差值小于0.1mm时方可进行座环下环水平度和高程的测量。座环上环板水平度测量时则将水准仪架设在上环板上，以墙壁上的加密点为基准检测，墙壁加密点与锥管内壁加密点必须严格一致，误差应小于0.1mm，检测方法与下环板检测一致。
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图7 基础环高程及水平度的验收示意图
座环导叶中心高程检测时，预先在各导叶中心布置标记23个点，由于无法在导叶上安置水准尺，可采用水准仪配合钢板尺检测的方法进行检测。
基础环高程检测时，也是预先在基础环环板顶部未加工面标记16个点均布，检测时以固定导叶中心线高程作为基准推算高程。方法与座环下环板检测方法一致。
在混凝土浇筑期间，按照施工方案每浇筑混凝土上升1m，测量人员还将使用上述方法对埋件的水平度和高程进行跟踪检测。
5.座环及基础环安装测量工作中注意的事项
（1）座环及基础环安装测量所用高精度的仪器、仪表要按规定送有资质的计量部门进行检校，加强日常维护保养，确保仪器性能。
（2）平面控制点均采用稳固的标志进行埋设，标志刻画误差少于0.3mm。
（3）观测尽量选在洞室能见度较好的条件下进行。测距作业使用的长钢尺、温度计、气压表等辅助工具应送当地计量部门检校合格后投入使用。
（4）现场使用的所有放样数据、放样图等，均应实行一人独立计算和绘制，另一人独立进行检查校核的方法,每次作业必须对原始记录、设计坐标的计算进行100%的检查，对重要部位的测量点位进行200%的检查。
（5）安装过程中，为计算、应用方便，一般将金沙江乌东德工程独立坐标系转换为施工坐标系，但是在转换中需注意不要每台机组形成独立的施工坐标，为便于测量，建议机组安装形成统一的桩号，以便于测量记录、校核，各单位检查资料数据统一。
（7）在混凝土浇筑期间，每浇筑混凝土上升1m，测量人员应将对座环平面、高程进行变形跟踪测量，以防座环因浇筑而造成局部或整体变形。
6.结语
总之，水轮机组座环的安装质量会直接影响电站的发电效率，因而水轮机座环及基础环的施工质量尤为重要。但水轮机座环及基础环安装精度要求比较高，专业性较为强，涉及的安装工序复杂，施工中受场地、交叉施工等干扰较大，要确保其安装满足设计要求，必须通过合理安排安装工序，严格控制安装质量来完成。在本工程中，所采用的测量方法从平面及高程加密控制网测设、安装放样、检查验收工作几方面详细阐述了测量质量控制技术方法及重难点，无论是从技术可行、放样及检测精度、操作方便等方面都值得在以后的工程中借鉴。
参考文献：
[1] 水利水电工程施工测量规范[M].北京:中国电力出版社，2012.
[2] 永久船闸金属结构的测量控制管理[J].北京:中国三峡建设出版社，2001，（16）.