精密水准在核岛厂房中的传递应用

精密水准在核岛厂房中的传递应用

王福军

上海和运工程咨询有限公司  上海201100

摘要：在建筑施工中，高精度的标高传递测量是施工测量的难点之一，本文以核电厂核岛安装提出使用悬挂钢尺法标高传递测量为例，证明该法能较好的解决核岛厂房的标高控制问题。实践证明该法是在较封闭环境下标高传递测量的一种较为有效的方法，可以满足施工的高精度要求和保证施工顺利按计划完成。

关键词：标高传递；核岛厂房；测量

引言：

随时代的高速发展建筑物的层位越来越高，高大建筑物屡见不鲜，在此类建筑物施工测量中，标高传递测量的高精度要求显得尤为困难。目前，测量专业运用较多的标高传递测量方法，如基于精密水准仪的悬挂钢尺法，基于全站仪的三角高程测量法和垂直向上测距法。在这些建筑物中，有的上、下层位较为封闭，通视范围较小，如核岛厂房，高精度标高传递更为困难。悬挂钢尺法是一种比较成熟的方法，该法对通视范围要求较低，且能够满足高精度的要求。针对核岛厂房施工环境对高精度标高传递测量的影响，以核岛厂房-3.40m层位传递到+4.65m层位的标高传递为例介绍悬挂钢尺法在核岛厂房的应用。

1.概述

核岛厂房主体分为：R区、K区、W区、L区和N区等五个不同区域。其中，R区为安装主设备的核心区域，需进行标高传递的层位有+0.00m、+4.65m、+8.00m、+11.50m、+20.00m等。按照主设备安装标高公差±1.0mm的要求，安装测量需实施高精度的标高传递工作。在核岛厂房的安装测量中，标高传递能为核岛各层位提供标高基准，使各层位间建立稳定、统一的高程联系。此文将对悬挂钢尺法在核岛厂房的应用进行分析。

2.测量工具的选择

工业厂房的标高传递主要方法有基于精密水准仪的悬挂钢尺法、基于全站仪的三角高程测量法和垂直向上测距法。其中精密水准仪(NA2+GPM3)测量精度为±0.3mm/km，全站仪(TC2003)测距精度为±(1+1)ppm、测角精度0.5″，根据两种仪器的标称精度、现场施工环境及核岛安装过程中对各层位标高基准的精度要求，核岛厂房主要采用基于精密水准仪的悬挂钢尺法为标高传递的方法。主要测量工具见表1：

表 1主要测量工具表

3.作业环境要求

根据工程进展及现场作业环境，应提前进行标高传递测量工作，同时现场测量作业条件应注意以下几点：

（1）实施测量作业时环境温度应控制在10℃至30℃之间，湿度控制在75%RH以下，以避免精密钢卷尺受到极低(高)温度、湿度时对尺长改正造成的影响。

（2）从标高基准点所处区域至所要测量的区域之间温度变化应该控制在3℃以内，湿度变化控制在10%RH以内，主要考虑钢卷尺随温度、湿度不均匀变化对测量精度的影响。悬挂钢卷尺时所有涉及到的预留孔洞无施工、无其他物体影响，以保证钢卷尺在悬挂时保持自然垂直的状态。

（3）架设仪器区域无其他施工影响，要保证三脚架架设平稳、牢固。另外，应保证钢卷尺在整个测量过程中不会受到外物碰撞而产生振动。如风速对钢卷尺摆动的影响、悬挂钢卷尺时架设的三脚架受到地面震动的影响等。

4.标高传递前准备工作

（1）数据准备：已知基准点高程数据、50m精密钢卷尺检定证书中所涉及的检定数据，包括改正数、检定温度、拉力值等。

精密钢卷尺改正数据(部分)见表2，其中检定温度T1为20℃，拉力98N。

表 2钢卷尺校验结果表

（2）测量工机具准备：将附表一中的测量工具准备齐全，并保证测量仪器及其他工具在有效检定周期内。

（3）记录表格准备：用于进行数据记录、计算及绘制简图的表格。

5.测量作业方法及过程

以核岛厂房-3.40m层位已知标高基准点传递到+4.65m层位未知标高基准点为例讲解测量作业过程及数据精度评定。标高传递的示意图见图1。

图1 标高传递示意图

5.1悬挂钢卷尺

提前将测量过程中所涉及到的孔洞打开，保证上、下贯通并无障碍物影响。为保证测量作业过程的顺利进行，每一层位及孔洞附近尽量有一名测量人员进行看护。

将测量用三脚架架设在未知基准点层位的孔洞上方，将精密钢卷尺零刻度一端顺着孔洞延伸至已知基准点层位上方。再调整三脚架位置及支腿长度，使钢卷尺自然垂直并不接触周边物体后系挂配重于钢卷尺零刻度一端。

+4.65米层位测量人员双手稳定三脚架及钢卷尺，-3.40米层位的测量人员酌情用力垂直向下拉伸钢卷尺，此目的是使钢卷尺不会在标高传递过程中产生向下滑动的现象。另外，为了便于观测及提高测量精度，钢卷尺上有刻度的一面尽量面向架设仪器方向，并保证整个钢卷尺无扭曲现象的产生。

5.2仪器操作及数据的观测

首先将仪器架设在-3.40米层位的已知基准点与钢卷尺之间，并保证前、后视距基本相等。待各种测量工具适应周围环境后进行测量环境温度的记录，此时的环境温度T2记为23℃。

其次，将水准标尺水平扶立于点号为BM1的已知基准点上，观测人员精准整平测量仪器后观测水准标尺的基本分划和辅助分划并分别读数。待记录人员记录及校核观测数据后，观测人员再将仪器旋转至钢卷尺方向进行“尺下”数据的读取，记录人员在确认观测人员观测到数据所处的刻度值后，再进行数据的记录和计算。

将测量仪器及三脚架搬站至+4.65米层位上，并将仪器架设在钢卷尺与未知基准点(点号为BM2)中间位置，精准整平后记录环境温度T3为23℃。然后精确瞄准钢卷尺，观测“尺上”读数并由记录人员再次确认钢卷尺刻度值后记录并计算。再将仪器瞄准未知基准点BM2，读取水准标尺的基本分划和辅助分划读数，记录人员记录并计算。

为保证核岛各层位标高的精度要求及安装测量工作顺利进行，每个层位应设置两个标高基准点。所以观测完未知基准点BM2后，重新架设仪器利用计算出的基准点BM2标高值测量和计算基准点BM3的标高值。

以上为整个标高传递工作的“往测”过程，再沿着基准点BM3到“尺上”再到“尺下”的顺序进行“返测”过程的数据观测及记录、计算。最终将标高传递工作闭合到已知基准点BM1上。

5.3计算过程及结果

“往测”和“返测”工作过程中，将观测数据记录在附表三上。

其中,总改正数=温度改正+尺长改正；

温度改正=尺下(上)读数×膨胀系数(0.000012)×{T2(3)-T1}。T1为检定温度20℃，T2(3)为环境温度；

尺长改正是尺下(上)读数取整后对应的检定证书中的改正数；

改正后高程=计算得到的高程值±(往测或返测)总改正数；

fh为标高传递闭合差值，由于此传递过程中测段长度非常小(不足0.1km)，所以闭合差的允许误差fh允计算是以测站数来评定。考虑核岛安装工作对标高基准精度的要求、测量仪器及工具的标称精度、人员观测精度及环境影响等因素，将闭合差的允许误差定为±0.2(n=5,为测站数)。具体计算过程及结果见表3。

表 3数据记录表格

6.标高传递过程中重点、要点分析

（1）人员方面：观测、记录、辅助人员应熟悉整个标高传递的过程，经过相关培训交底才能进行测量工作。

（2）工具方面：为保证测量结果的有效性，测量精度的可靠性，精密水准仪、精密钢卷尺、水准标尺、温湿度计、大气压力表等工具必须在检校有效周期内。另外，三脚架应架设稳固，从而确保测量仪器及所悬挂钢卷尺的稳定性。

（3）测量工作过程中，由于精密水准仪在一定视距范围内的视野有限，经常不能观测到尺上(下)的整米、整分米的读数。所以此处存在较高的质量风险隐患，必须由两人及以上的测量人员确认刻度数后才能进行下一项测量工作。

（4）由于现场作业环境嘈杂且存在回音现象，为保证所记录的观测数据的真实性，观测人员需将观测到的数据以口述的方式告诉记录人员，再由记录人员复读给观测人员进行确认。

（5）如果在整个标高传递过程中，“往(返)测”过程中“尺上”与“尺下”的环境温度不相同，应分别计算各自的改正数。

（6）整个测量作业过程中应遵循“前一步工作未作检核并判断合格不得进行后一步工作”的工作原则，将数据记录表格及相应的计算过程填写和计算完成，并绘制测量点位简图。

（7）为保证测量结果的可靠性和有效性，标高传递工作过程结束后，应进行班组的自检及互检工作。班组自检的方法可以为检查上、下两层厂房所划墙线间的标高差。而班组互检的方法则是由另外一组完全不同的测量人员再进行一次标高传递工作，最终比较两组的未知基准点测量结果及闭合差。

7.结论

核岛厂房标高控制测量中一般每个层位设置2个及2个以上高程基准。上述传递方法进行测量作业过程中测站为5站，根据误差的传播性和累积性，规定以±0.2（n为测站数）为闭合差允许误差。即当n=5时，闭合差允许误差约为±0.45mm，能够满足闭合差控制在安装公差1/2（即±0.5mm）以内的要求。因此，以悬挂钢尺法开展标高传递测量并进行精度评定计算，测量方法和结果均能满足核岛厂房各层位、设备对标高基准的要求。

参考文献：

[1]张正禄等编著.工程测量学.武汉：武汉大学出版社，2005.

[2]张正禄，吴栋材等.精密工程测量.北京：测绘出版社，1992.

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