（中广核工程有限公司，广东，深圳，518124）
【摘 要】以红沿河核电站为例，对核电站汽轮机平台精密测量控制网的建立过程及精度影响因素作系统性分析，为同类高精度工程控制网的建立具有一定的指导作用。
【关键词】汽轮机平台；精密测量控制网；对中误差
前言
在核电站建设过程中，需要在混凝土基础中安置高精度预埋件，为大型精密设备的安装做准备，而厂区施工控制网（即厂区次级控制网）受厂区构筑物及自身精度的影响，通常无法满足高精度预埋件定位需要。为解决以上矛盾，通常在项目建设过程中，以厂区施工控制网为起算数据，建立预埋件安装精密测量控制网。该控制网的使用性质及自身特点决定了它在建立方法上与施工控制网有许多不同之处，且该网的精度及点位布设是否合理直接关系到预埋件的定位精度。
1．精密控制网的布设
1.1 精密控制网的特点及布设要求
与普通工程控制网相比，精密控制网边长短、覆盖面积小，点位相对精度高，内部符合性好，布设形式灵活。精密控制网的以上特点是由其专用性决定的，控制网的建立是为了保证汽轮机平台埋件的安装定位要求。因此，控制网的建立应坚持以下原则：
①控制网点的点位、数量及精度应满足埋件定位安装的需要，力求减少放样过程的转点数量。
②控制点间保持良好的通视条件，并有必要的检核条件。
③控制点应稳定可靠，施工期内不发生位移或沉降变形。
红沿河核电站1MX汽轮机平台高精度预埋件安装在包括板底及板面，1MX汽轮机厂房内结构布局差异较大，与外界通视条件较差。为了更好的对汽机平台区域进行控制，保证预埋件定位精度，精密控制网布设在汽轮机平台两侧宽1m的梁上，共4个控制点见图一。
图一
1.2 精密控制网的精度确定
在红沿河核电站1#汽轮机平台精密控制网建立过程中，因设计已指定预埋件定位精度：中心轴线允许偏差±2mm，所以预埋件定位放样的测量中误差应取限差一半即1mm。设M为预埋件定位总误差，m控为控制网点点位误差引起的定位误差，m放为放样误差引起的定位误差。则有：
M2=m控2+m放2
由于控制网点距预埋件的距离近，放样过程所需的转点很少或无须转点，同时在安装阶段测量环境相对较好，因此在设备定位过程中，放样误差相对较容易控制。故这里取m控=m放，则有：
m控=M/=0.7mm
由于控制网测设过程必须与土建施工交叉作业，且施工环境较差，观测条件受到影响，故0.7mm的精度难以实现，实际建立过程中控制网平面精度定为±1mm。高程控制网精度要求：点位高程中误差mz≤0.5mm。
在确定了控制网的精度后，即可依此为依据，估算控制网测角及测边应达到的精度，为测量仪器的选用及测回数的确定提供依据。
如图二所示，控制点A2相对于A1的点位误差可分解为m1和m2，则有：
从误差椭圆的分布理论考虑，若使m控最优，则有： m1=m2 ②
对于边角网而言，上式m1是由边长误差引起的，可以认为m1=m边，m2是由控制网测角中误差引起的，m2=mα×s/ρ ③
其中mα为测角中误差，s为控制网平均边长、ρ=206265″。在汽轮机厂房精密控制网中若取m控=1mm，s=13m(最短边长)，将①、②、③联立求解得：m边=0.7mm,mα=11.2″；若取m控=1mm，s=188m(最长边长)，将①、②、③联立求解得：m边=0.7mm,mα=0.8″。
由此可见，由于汽轮机平台精密控制网边长较短，测角中误差对控制网点的精度影响较小。
2．误差分析
在汽轮机平台精密控制网观测过程中又很多因素导致观测结果存在误差，概括起来有以下三种：
2.1 测角误差
水平角观测误差主要包括：外界条件误差、仪器误差、读数和照准误差。
2.1.1 外界条件误差
在汽轮机平台精密控制网观测过程中外界条件误差主要表现在大气层密度变化、透明度对目标成像质量的影响及水平折光影响。
①大气层密度变化对目标成像稳定性的影响
目标成像是否稳定主要取决于视线通过近地大气层密度的变化情况，如果大气密度是均匀、不变的，则大气层就保持平衡，目标成像稳定；如果大气密度剧烈变化，则目标成像就会产生跳动。
②大气透明度对目标成像清晰的影响
目标成像是否清晰主要取决于大气的透明度，也就取决于大气中对光线散射作用的物质(如尘埃、水蒸气)的多少。
综上所述，为例获得清晰稳定的目标成像，应当选择有利于观测的时间段进行观测。夏季的观测时间要适当缩短，冬季可延长，阴天全天任何时间都利于观测。
③水平折光影响
视线在水平方向靠近某些实体会产生局部性水平折光影响，如视线在建筑物附近通过，因建筑物比空气吸、传热快，使建筑物附近的气温高、密度小，使视线发生弯曲。因此为减小水平折光对测角精度影响，控制点间通视视线应避免通过建筑物侧方、选择最佳的观测时段进行观测都是很有必要的。
2.1.2 仪器误差
仪器误差有属制造工艺的，如度盘偏心、度盘刻划误差、水平度盘与竖轴不垂直等；有属于仪器校正不完善的，如竖轴与照准部水准管轴不垂直、视准轴与横轴的残余误差等。这些误差对测角精度不大。
2.1.3 读数和照准误差
读数误差主要取决于仪器的读数设备，对于现在工程上所用的全站仪来说，该项误差可忽略。
影响照准精度的主要因素有：望远镜的放大率、目标与照准标志的形状以及人眼的辨别能力。因此，除了选择有利的观测时段外，作业人员的认真负责，是提高测角精度的有效措施。
2.2 测距误差
在汽轮机平台精密控制网观测过程中，测距误差主要表现为环境影响、仪器测距误差与棱镜常数误差。
2.2.1 环境影响
在进行电磁波测距时，并不是在真空中，而是在具体实际的现实大气条件下进行的，因此必须精确测出仪器站及棱镜站的大气参数(包括气压、温度及湿度)，并加以改正，消除环境因素对测距精度的影响。
2.2.2 仪器误差
仪器的测距误差主要包括：周期误差、加、乘常数误差及幅相误差。因此在观测前需对仪器进行全面的检定，以保证最佳状态。
2.2.3 棱镜常数误差
理论上，棱镜的常数是个固定值，不同棱镜有各自确定的棱镜常数。但实际上，通过长时间的应用，棱镜常数会发生变化，从而影响测距精度。我们可以通过简单实用的方法计算出这个常数，并加以改正，消除影响。
2.3 对中误差
“对中”性质的误差分两类：仪器对中误差及观测目标偏心误差。
仪器对中误差对水平角的影响与目标之间的距离成正比，而与测站至目标的距离乘积成反比，即距离越短，影响愈大。观测目标偏心误差对水平角的影响与测站至目标的距离有关，即距离越短，影响愈大。
而且，对中误差属偶然性质误差，一旦目标及仪器架设，对中误差就产生且不发生变化，因此，消除对中误差，将是提高整个精密控制网精度的关键。
3．精密控制网的观测
3.1 观测方案的确定
在红沿河核电站1#汽轮机平台精密控制网建立过程中，考虑到常规岛设备工艺系统相对独立，同时精密控制网与施工控制网的距离较远且通视条件受阻，因此，首先通过施工控制网加密2个等精度控制点，各汽机平台精密控制网点与加密点进行边角联测，组成联测边角网。由于汽轮机平台精密控制网的精度高于普通工程测量控制网，在进行边角联测时，对施工控制网加密点只选择一个点，一个方向。
3.2 观测仪器的选用
观测仪器的选用应根据网的精度及预埋件定位放样的需要确定。考虑到精密控制网设计精度较高，红沿河核电站1#汽轮机平台精密控制网测设选用的测量仪器为TCA2003全站仪（测角误差0.5″，测距1+1PPM）、NA2水准仪+GPM3测微器(0.3mm/KM)及50m铟钢尺。为减少仪器对中误差，在精密控制网观测过程中，仪器及目标的架设全部采用天底仪（精度1/200000）对点。
3.3 观测测回数的确定
与施工控制网相比，精密控制网由于受建筑结构构的制约，控制网点位布设图形结构难以控制，边长比差较大，局部观测仰俯角很大以及仪器对中误差都将加大角度及边长观测误差，因此在红沿河核电站1#汽轮机平台精密控制网测设中取4测回，并进行往返观测。
3.4 外业观测
3.4.1 角度测量
角度测量的各项技术要求应符合表１规定。
① 水平角测量应采用全圆方向观测法，每半个测回每方向3次照准读数取平均值，测角精确到0.1″，各方向值取4测回的平均值。
② 由于各测站边长不均且变化较大，各方向在盘左测量完成之后，可紧接着进行盘右的观测，避免反复调焦造成对测角精度的影响。
3.4.2 边长测量
边长测量的各项技术要求应符合表2规定。
表2 精密距离测量技术要求
注：a为光电测距仪的固定误差、b为电测距仪的比例误差
①边长每测回照准一次5次读数取平均值，距离测量精确到0. 1mm。
②在测距的同时测定温度、气压、相对湿度。温度精确到1℃，相对湿度精确到1%。当测回之间温度变化超过1℃ 时，应及时重新观测和记录气象数据。
③各边长进行对向观测，并对斜距进行气象、加常数、倾斜、规划改正，距离测量精确到0. 1mm；计算亦精确到0.1 mm。
④使用全站仪测量边长距离时，在测量距离之前应及时将气象观测数据输入到仪器中。（观测过程中如果温度变化超过1℃ 时，应及时在测回之间重新观测并将现势气象数据输入到仪器中）
3.4.3 高程网测量
进行高程网测量时使用NA2水准仪+GPM3测微器及50m铟钢尺配合普通铟钢水准标尺往返观测，观测过程中其前后视线距离应近乎相等，且其视线长度应≤25m，高程应计算到0.1mm。
4．数据处理
外业观测完毕后，应检查各项观测数据是否满足限差要求，合格后即可进行
测量平差及精度分析。由于平差计算工作非常繁琐，工作量大，所以现在都是利用计算机通过平差计算软件完成。在红沿河核电站1#汽轮机平台精密控制网数据处理过程中运用南方平差易（2005）计算软件进行严密平差，结果如表3，详细平差数据见附件。
表3 平面点位平差结果
高程控制网：已知高程点个数：1 个；未知高程点个数：2 个；最大高程中误差[CI337] = ± 0.25 mm；最小高程中误差[CI334] = ± 0.11 mm。
通过平差结果可以看出，精密控制网的精度达到±1mm以内，数据可靠，满足要求，建立是比较成功的。
5、结论及体会
红沿河核电站1#汽轮机平台精密控制网的成功建立为汽轮平台高精度预埋件定位提供了基准，并为今后设备的安装提供了有力的精度保障。
在控制网建立的过程中取得了大量的实践经验，也发现了许多的不足。其中的主要体会有以下几点：
①混凝土的伸缩性对控制网的点位布设及观测时间的选择会起到重要影响，同时对网的可靠性构成了极大威胁，在控制网建立过程中必须给予重视。
因为混凝土只有达到28d龄期，其热化反应才基本趋于稳定，因此必须协调好控制网的点位布设及观测时间，防止与土建施工的进度安排相冲突进而拖延施工工期。
在梁上选择控制点点位时，一般选择截面面积比较大的梁，其形变比较小。另外，梁的几何中心是整个梁上形变最小的部位，因此点位宜选在较宽的梁的几何中心上。
②外业观测应尽量选择晚间或停工期间，避免交叉作业，以减少外界条件对角度及边长观测精度的影响。外业观测前，应首先对所用仪器进行全面检查与校正，确保仪器性能可靠。在控制网观测过程中，消除对中误差，将是提高整个精密控制网精度的关键，因此采用天底仪对中，并采用三联脚架法观测，以减少仪器对中次数。
③由于大气折光影响，控制点间视线要避开柱子等障碍物2m以上，所以应尽早布设精密控制网点及与之联测的施工控制网加密点位置。在本网的建立过程中，因有控制点间视线与障碍物的距离不足1m，导致浪费了很多时间，工作效率降低。
④在用平差易（2005）软件进行平差时，需输入测量仪器的固定误差及比例误差，应及时查找仪器检定证书输入正确的数据，否则会导致数据错误、平差超限。在本工程平差时，由于仪器固定误差及比例误差输入错误，导致平差超限，进行返测，耽误了精密控制网观测计划。
由此看来，要建立汽轮机平台精密测量控制网，除在观测方案上给予精心设计外，还应对现场环境进行必要的详尽查勘，根据影响控制网精度的关键因素，采取有针对性的措施加以消除，方能达到最终目的。
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论文作者:王君
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年6月
论文发表时间:2015/10/15
标签：误差论文; 精密论文; 精度论文; 汽轮机论文; 测量论文; 边长论文; 预埋件论文; 《工程建设标准化》2015年6月论文;