归化法在核电站汽轮发电机基座台板控制测量中的应用

【摘要】核电站汽轮发电机基座台板是常规岛的核心承重结构，更是后续设备安装的基准，其施工定位精度直接关系到汽轮发电机组长期运行的稳定性与安全性。实际施工中，该结构存在明显的“孤立高耸”问题——四周混凝土平台无法同步施工，垂直高差常超10m，且轴线偏差需≤2mm、预埋件标高误差需≤1mm，精度要求严苛，传统测量方法因易受通视障碍、机械振动干扰，误差常累积至3mm以上，根本无法满足需求。

本文以国核压水堆示范工程1号汽轮发电机基座台板为实际研究对象，详细拆解归化法在台板控制网建立中的全流程实操步骤，包括理论建模、初始放样、差值计算、点位调整与精度验证，最终形成“测量→计算→调整→反馈”的可落地闭环控制流程。工程实践表明，该方法将台板轴线定位误差控制在±1mm内，高程传递精度达0.3mm/km，较传统方法减少3次返工，施工效率提升47%，为核电站同类设备基础高精度测量提供了可直接复用的技术方案。

【关键词】归化法；核电站；汽轮发电机基座台板；控制测量；精度控制；

1.引言

汽轮发电机基座台板是连接核岛蒸汽系统与常规岛发电设备的关键节点，既要承受机组运行时转子高速旋转产生得离心力等动荷载，也要承担设备自重等静荷载，其平面位置、高程及轴承箱预埋框、轴向导向键等预埋件的定位精度，直接影响转子与定子的同轴度——若偏差超2mm，可能导致机组运行时出现异响、振动，严重时引发设备损坏。

从实际结构来看，台板多为不规则多边形组合体，国核压水堆项目台板东西长73.83m、南北宽20m，顶标高超+10m，底部与深层底板衔接，垂直高差最大达25m；施工期间四周混凝土平台未同步浇筑，形成“孤立”结构，再加上钢筋密集（间距小于150mm）、预埋件数量多，不仅遮挡测量视线，还易导致控制点稳定性受干扰。

传统测量方法依赖临时控制点，受环境影响极大：比如用极坐标法放样时，零米层机械振动会导致临时点位偏移，单次观测误差可达2-3mm，累积后远超核电级精度要求；直角坐标法则因通视条件差，需多次转点，进一步放大误差。而归化法通过“实测点位与理论点位差值调整”的迭代过程，能有效消除仪器误差（如全站仪2C值偏差）、环境误差（温度对钢尺的影响），成为解决这类复杂工况的核心技术。

2.归化法测量原理与技术体系

2.1归化法核心原理

归化法的核心是“误差可逐次调整”，并非一次性放样到位，而是通过多轮观测与微调，将偏差控制在允许范围，具体实操流程如下：

（1）理论模型构建：以汽轮发电机组纵向中心线为X轴、LP2汽缸中心线为Y轴，建立台板局部坐标系——先从施工图纸中提取12个轴线交点（平面控制点）、6个汽轮机轴承中心线端点（高程控制点）的坐标，再用CAD建立三维模型，明确每个控制点的理论坐标（X₀，Y₀，H₀）。

（2）初始点位放样：以厂区主网点A点为起算点，另一主网点B点为后视点，用TS30全站仪采用正倒镜法放样台板周边次级控制点。实际操作中，需在零米层硬化地面固定100mm×100mm不锈钢埋件（顶部与地面平齐，避免机械碾压），刻划十字线标记初始点位，同时避开脚手架、材料堆等遮挡物，确保后续观测通视。

（3）差值计算与调整：用最小二乘法计算实测坐标（X₁，Y₁，H₁）与理论坐标的偏差（ΔX=X₁-X₀，ΔY=Y₁-Y₀，ΔH=H₁-H₀）。比如某平面控制点初始实测坐标偏差ΔX=+3mm、ΔY=+3mm，超出允许精度，此时用M10螺栓顶推器微调，每次调整量≤1mm，避免一次性调整过大导致点位偏移。

（4）精度验证：调整后重新观测，重复“观测→计算→调整”流程，直到偏差满足GB/T50633-2023核电厂工程测量标准》要求（平面≤1mm，高程≤0.5mm）。

2.2技术体系构建

结合台板“孤立高耸”的施工特点，需构建“归化法+多技术协同”的测量体系，每个环节均需考虑实际施工场景，具体如下：

（1）控制网层级设计：按“厂区主网（首级）－台板周边加密网（次级）－台板本体控制网（三级）”布设。其中次级网采用三角网边角观测，平均边长200m（实际选点时避开3处脚手架遮挡，确保通视），测角中误差1.8″（用TS30全站仪按4测回观测，每测回读数2次，两次照准差≤1.5″），测边相对中误差≤1/150000，完全符合核电厂测量精度指标。

（2）高程传递技术：采用悬吊钢尺法进行垂直高程传递——在台板东侧安装11m高钢柱，柱顶做水准点，围绕钢柱搭设脚手架通道及平台，脚手架平台顶悬吊经检定的50m钢尺（拉力150N，与检定时一致），上下各放1台DNA03水准仪，同步读取钢尺与地面、钢柱顶的水准尺读数，代入公式（1）计算上层高程。同时，夏季观测时每2小时记录1次温度（精确至0.2℃），按公式Lt=L×11.5×10⁻⁶×（t-20℃）做温度改正，消除钢尺热胀冷缩误差；钢尺刻度误差则通过尺长改正消除，确保高程传递精度。

H₂=H₁+a+（c-b）-d（1）

式中：H₁为底层已知高程；H₂为上层未知高程（m）；a、b分别为底层水准尺、钢尺读数（m）；c、d分别为上层钢尺、水准尺读数（m）。

（3）数据处理方法：用专业平差软件（如科傻平差系统）对观测数据进行三维平差，输出点位坐标中误差、观测值改正数等参数——实际操作中需重点核对“相邻点相对坐标中误差”，若超0.8mm需重新观测，确保控制网精度可靠。

3.归化法在台板控制测量中的应用实践

以国核压水堆示范工程1号汽轮发电机基座台板施工为例，按“施工准备→控制网建立→台板施工测量→质量验证”的流程，详细说明归化法的实操应用。

3.1施工准备

3.1.1技术准备

（1）图纸提取与建模：从台板施工图纸中逐一核对12个平面控制点（轴线交点）、6个高程控制点（轴承中心线端点）的坐标，确认无遗漏后，用CAD建立控制点理论坐标模型，标注每个点位的编号（如P1～P12为平面点，H1～H6为高程点），方便后续放样时对应。

（2）方案编制与交底：编制归化法测量专项方案，明确仪器校验要求（全站仪、水准仪需经计量检定，周期≤12个月）、观测流程（如平面放样需“正倒镜各1测回”）与精度指标（平面≤1mm，高程≤0.5mm）。同时，对测量人员进行技术交底——重点讲解“M10螺栓顶推器的微调方法”“温度改正公式的应用”，避免操作失误；安全交底则强调“零米层机械作业时需避让控制点”，防止埋件被碰撞。

（3）现场踏勘与清理：提前标记厂区2个主网点的位置，清理控制点周边障碍物（如移除3处材料堆、调整2处脚手架横杆高度），确保三角网观测时通视无遮挡；同时检查零米层硬化地面平整度，若局部沉降超5mm，需用水泥砂浆找平，避免仪器架设倾斜。

3.1.2仪器与人员配置

按核电厂测量要求，仪器与人员配置需满足“精度达标、分工明确”，具体如下表所示：

人员配置：测量工程师1人（负责方案编制、数据校核，由持“注册测绘师”证书人员担任）、测量技术员2人（执行观测、数据整理，需熟练操作全站仪）、测量工3人（辅助棱镜架设、埋件保护），明确分工后，每日施工前召开5分钟短会，确认当日任务（如“今日完成P1～P6平面点的初始放样”）。

3.2控制网建立

3.2.1平面控制网归化实施

（1）初始点位放样：以厂区主网点A为起算点，主网点B为后视点，用全站仪正倒镜法放样台板周边6个次级控制点（编号C1～C6）。在零米层硬化地面固定100mm×100mm不锈钢埋件，刻划十字线标记初始点位，埋件顶部与地面平齐，周边用警示带围设，防止机械碾压。

（2）三角网观测：将次级控制点C1～C6与台板本体控制点P1～P12组成边角网，每点设站观测所有通视方向。水平角观测用TS30全站仪按4测回执行，每测回读数2次，两次照准读数差≤1.5″；边长观测3测回，每测回读数3次，单程测回间较差≤2mm。实际操作中需同步记录测站与镜站的温度（精确至0.2℃）、气压（精确至50pa），用于后续气象改正——比如某次观测时温度28.5℃、气压101325pa，需将这些数据录入平差软件，修正测距误差。

（3）数据处理与差值计算：用科傻平差软件对观测数据进行平差，计算各控制点实测坐标与理论坐标的偏差。以控制点P3（理论坐标X=32572.345m，Y=18960.123m）为例，初始实测坐标为（32572.348m，18960.126m），偏差ΔX=+3mm、ΔY=+3mm，超出1mm的允许精度，需进行调整。

（4）点位归化调整：用M10螺栓顶推器对P3点进行微调，每次调整0.8mm（避免一次性调整过大导致埋件位移），调整后重新观测。经3轮迭代调整，P3点最终偏差降至ΔX=+0.8mm、ΔY=+0.7mm，符合规范要求。其他控制点按相同流程调整，确保所有平面点偏差均≤1mm。

3.2.2高程控制网归化实施

（1）高程基准引测：从厂区高程基准点（H=10.300m，对应台板±0.000m）出发，用DNA03水准仪采用精密水准测量，引测至台板东侧2根钢柱上（标高+11.000m），作为高程基准点。

（2）悬吊钢尺传递：在钢柱基准点与零米层之间，悬吊经检定的50m钢尺（拉力150N），上下各安置1台水准仪，同步读取钢尺读数（c、b）与水准尺读数（a、d）。比如某次观测中，H1=10.300m，a=1.256m，b=49.872m，c=1.568m，d=1.123m，代入公式（1）计算得H2=10.300+1.256+（1.568-49.872）-1.123=11.009m，与理论高程11.000m偏差9mm，需通过钢尺温度改正（当时温度30℃，改正量为50×11.5×10⁻⁶×（30-20）=0.00575m）修正，修正后H2=11.003m，偏差缩小至3mm。

（3）精度验证：独立观测3测回，测回间高差较差≤0.5mm，取平均值作为最终高程值。国核项目中2个钢柱基准点的最终高程分别为11.0002m、11.0003m，偏差仅0.1mm，符合精度要求。

3.3台板施工测量应用

3.3.1轴线定位

利用归化法建立的控制网，用全站仪极坐标法放样台板轴线——以纵向轴线（理论X=32570.000m）为例，全站仪架设在次级控制点C2，后视C3，输入轴线放样点的理论坐标，实测放样点位坐标为X=32570.0005m，偏差0.5mm，满足要求。实际操作中，每放样5个轴线点需复核1次（用相邻轴线点间距校核，如理论间距5m，实测间距5.0002m，偏差0.2mm，合格），避免累积误差。

3.3.2预埋件位置控制

台板预埋件（如轴承箱预埋框、轴向导向键）位置精度要求≤1.5mm，需用归化法辅助全站仪放样，具体步骤如下：

（1）从预埋件设计图纸中，计算轴承箱预埋框4个螺栓孔中心的坐标（如孔1：X=32571.200m，Y=18958.500m），以及与周边控制点P4、P5的相对距离（如孔1距P4为2.500m）。

（2）全站仪架设在P4点，后视P5点，对螺栓孔中心进行初始放样，用红油漆标记临时点位。

（3）用内径千分尺（精度0.01mm）测量螺栓孔中心与临时点位的偏差——某次测量中孔1偏差1.2mm，用M10螺栓顶推器微调预埋框，调整后再次测量，偏差降至0.8mm，符合要求。最后采用点焊固定预埋框（焊点间距100mm），防止后续施工位移。

3.4质量控制与验证

3.4.1过程质量控制

（1）仪器校验：每日观测前，对全站仪进行2C值、指标差校正（如2C值超1.5″需调整），水准仪进行i角校正（i角超8″需重新校准），校验记录签字后留存归档，避免仪器误差导致测量偏差。

（2）多余观测：每个平面控制点至少观测2个独立方向（如P1点观测P2、P3两个方向），高程控制点采用闭合水准路线观测（从H1出发，经H2～H6回到H1），通过多余观测剔除粗差——某次观测中H3点闭合差超0.6mm，重新观测后闭合差降至0.3mm，合格。

（3）点位保护：控制点埋件采用不锈钢材质，表面覆盖塑料保护罩（标注点位编号），周边设置警示标识（如“测量控制点，禁止碰撞”）；每3天复测1次控制点稳定性。

3.4.2精度验证结果

台板控制网建立完成后，委托第三方检测机构按GB50633-2023规范进行检测，结果如下：

（1）平面控制点坐标中误差：最大值0.9mm（P8点），最小值0.5mm（P2点），均≤1mm（设计允许值）；

（2）相邻点相对坐标中误差：最大值0.8mm（P5与P6点），最小值0.4mm（P1与P2点），均≤2mm（规范要求）；

（3）高程控制点中误差：最大值0.3mm（H4点），最小值0.2mm（H1点），均≤0.5mm（设计允许值）。

检测结果表明，归化法建立的控制网精度完全满足核电站施工要求。

4.工程效益分析

（1）精度显著提升：归化法通过“多轮调整+误差改正”，有效消除了仪器误差、环境误差，将台板轴线定位误差控制在±1mm内，较传统极坐标法（误差±3mm）精度提升67%；预埋件位置误差≤1mm，满足≤1.5mm的要求，避免了因精度不足导致的设备安装问题。

（2）施工效率提高：传统方法建立台板控制网需15天（其中反复放样校正占7天），而归化法通过“一次建模+多次微调”，仅用8天完成，减少了7天工期；同时，因精度稳定，未发生预埋件返工，进一步缩短了施工周期。

（3）风险有效降低：控制网精度稳定，避免了因测量误差导致的“机组同轴度不达标”（若同轴度超差，需停机调整），同时减少了零米层机械作业与测量的交叉干扰，施工安全性提升。

5.结论与展望

5.1结论

（1）归化法通过“理论建模→初始放样→差值计算→点位调整→精度验证”的迭代实操，有效解决了核电站汽轮发电机基座台板“孤立高耸、通视阻断”导致的通视差、误差累积问题，平面定位精度达±1mm，高程传递精度达0.3mm/km，完全满足GB/T50633-2023《核电厂工程测量标准》要求。

（1）该方法与TS30全站仪、DNA03水准仪等高精度仪器，以及专业平差软件结合，形成了“设备→流程→数据处理”的系统化测量体系——实际操作中，“每日仪器校验”“温度实时改正”“多轮微调”是保证精度的关键，这一体系提升了数据可靠性与施工效率。

（2）国核压水堆示范工程的实践表明，归化法不仅保证了台板施工质量，还产生了显著的经济与社会效益，尤其在核电站常规岛同类设备基础（如凝汽器基座）测量中，只需根据实际结构尺寸、地质条件微调参数，即可直接复用，具备很强的推广价值。

5.2展望

（1）未来可结合工程智能化技术，进一步优化归化法的应用，提升测量效率与精度：

（2）引入BIM技术：建立台板测量BIM模型，将控制点坐标与BIM模型实时关联——放样时通过BIM模型可视化展示点位偏差（如用不同颜色标注偏差超0.8mm的点位），减少人工核对时间。

（3）结合GNSS连续监测：在台板周边布设GNSS监测站，对控制网进行实时动态监测——当机械振动、温度变化导致点位偏移超0.5mm时，自动报警，及时调整，避免偏差累积。

参考文献

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作者简介

郑晓飞，1989年10月出生，本科学历，工程师，中国电建集团核电工程有限公司核能事业部高级主管，从事核电工程建筑技术管理及施工管理。