核电工程厂区测量控制网精度需求分析与设计

【摘要】随着经济的不断发展,核电工程占据着国民经济增长的首要地位。核电工程的正常运行直接影响着人们生活的有序进行。本文从核电工程厂区测量控制网建网原则、厂区测量控制网布设精度需求分析与策划及对福清核电站工程进行实例分析等几个方面进行了探讨。

【关键词】核电；控制网；精度

中图分类号：TL4文献标识码： A

一、前言

近年来，由于核电工程的不断壮大，核电工程厂区测量控制网精度需求分析与设计的问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强测量控制网精度需求分析与设计的研究，对我国核电的发展有着重要意义。

二、核电工程厂区测量控制网建网原则

1、点位设计

厂区建筑空间有限，各个厂房建筑物、构筑物鳞次栉比，地下管廊、管网密布，控制网点位的选择受到严重限制。鉴于上述情况，点位的设计应遵循经济合理，长期利用的原则，网点安排在地基相对稳定，不易产生变形，既便于观测，又不会因施工而遭到破坏的各个厂房、建筑物和构筑物以及地下设施的空隙处。

2、基本控制网

厂区次级测量控制网由若干个统一设计规格、具有平面强制对中装置和高程测量装置的观测墩构成；在若干个观测墩中选择一组（至少3个）座落在基础稳固、质底坚硬的基岩上的观测墩作为基本控制网。基本控制网点中，选择一个点作为高程起算点，其它点作为高程检核。

3、控制基准

为有利于控制主要厂房的平面位置和便于施工测量，建立厂区次级测量控制网时应当将厂房的主轴线纳入到控制网内，或者使控制网中有两条边与厂房的两个正交主轴线互相平行或趋于平行，使厂区次级测量控制网成为施工系统基准。厂区次级网虽是基于首级测量控制网提供的国家基准而建立的，但同时还必需满足工程定位的特殊性要求，为此，厂区次级网必须是内部精度比首级网更高的精密工程测量控制网，必须在施工控制系统与国家统一的基准之间建立严密的换算关系，确保次级测量控制网对各项工程定位活动做到有效的控制。

三、厂区测量控制网布设精度需求分析与策划

1.控制网相对点位精度的估算与确定

控制网的相对点位精度是根据其服务物项的主要验收限差来确定的。在核电工程中，主厂区测量控制网是厂区各建筑物、构筑物及设备基础进行定位放样的依据，同时也是安装测量控制网建立的首级控制网。考虑到各厂房安装测量控制网具有相对独立性的特点，厂区控制网主要为安装测量控制网提供起算点位和起算方向，因此厂区控制网精度确定的主要依据是厂区各建筑和设备基础的定位允许偏差。根据相关验收规范，厂区建筑物轴线允许偏差一般为±10mm，则其轴线放样中误差可取允许偏差的一半，即±5mm。设M为施工放样点位总误差，m控为控制点误差引起的放样误差，m放为施工放样过程所产生的误差，则有：

显然，m控＜m放，故m控/m放＜1，将上式按泰勒级数展开，并略去高次项，得到以下简化公式：

通过上述公式可以看出，施工放样点位总误差由控制点点位误差和施工放样误差共同引起。考虑到施工过程中，核岛厂房内部结构复杂，放样时测量作业环境较为恶劣，放样精度不易控制；定位放样工作经常在有干扰的环境下穿行，不大可能通过增加测回数的方法提高放样精度；厂区控制网建立时，现场通视条件良好，测量干扰因素较少，现场有较为充足的时间和有利条件来提高控制网精度。因此，在确定控制网精度时，使m控相对于放样点位总误差小到可以基本忽略的程度，为日后的放样工作提供便利条件。故这里取m控2：m放2=0.1，即控制点误差所产生的影响仅占总误差的10％，由此得m控2：=0.2m放2，代入⑵式得：

通过以上结论可以看出，核电工程厂区测量控制网的相对点位精度达到±2mm时，可以保证核电工程建筑及设备工艺系统的定位精度，并有效提高施工过程中的定位测量效率，这与核电工程实践是相符合的。

2、厂区测量控制网测角及测距中误差先验值的估算与确定

厂区测量控制网测角及测距中误差先验值是制定控制网观测方案的重要设计指标，该指标的合理性和科学性直接影响到控制网的精度可靠性，因此在控制网测设前，必须根据点位精度设计要求，合理确定控制网测角及测距中误差先验值。核电工程厂区测量控制网的平均边长一般在100～200米左右，但受施工场地及总平面布置约束，边长相差较大，不利于控制网测角精度控制。为减少测角误差，核电工程厂区测量控制网一般采用砼墩强制观测装置来减少仪器及棱镜对中误差，其余条件如边长条件、现场通视条件等与普通工程测量控制网基本一致，因此测角中误差先验值可参照工程测量规范中三等边角网要求进行精度估算。

3、微网测距精度确定

根据误差椭圆最优分布理论，控制网测距精度应与测角精度相匹配，一般情况下可根据下列公式进行估算：

式中：mq――微网测角中误差；ms――微网测距中误差；ρ――常数，206265。

对于厂区控制网，可取mq＝1.8″，S=200m，则有：ms＝±1.23mm。

目前核电工程中使用的全站仪测距标称精度基本都能达到1+1ppm，考虑到核电工程厂区控制网均采用强制观测对中装置，以上测距精度要求一个测回即可实现，但为保证必要的多余检核条件，避免测量粗差，要求测距测回数不应少于两个，条件具备时应尽量采用往返观测。

四、实例分析

1、工程概述

福清核电站工程是中国目前自主化、国产化程度最高的核电机组，厂址位于福建省福清市三山镇前薛村,厂区面积按6台百万千瓦级核电机组规划,核电站一期工程规划从2008年开工至2014年建成发电,历时6年。核电站建设是代表一家国家科技发展水平的重大工程建设项目,根据核电站各类建设项目土建、安装等工程需要,必须建立一个完整、系统的精密工程控制测量系统,为初步设计、工程勘察、土石方工程、土建安装、水电路管网、建构筑物及其它配套工程的定位放线和形变观测等测量工作,提供必不可少的空间定位基准。

2、福清核电站精密控制测量系统施测与精度分析

（1）首级控制网施测与精度分析

首级控制网采用六台ASHETECH Z-12型双频GPS接收机和扼流圈天线施测,网平差后,点位中误差最大为±2.06cm,最弱边边长中误差为1/20.4万,施测精度良好。

（2）次级控制网施测与精度分析

次级控制网点位标志采用高出地面1.2m的强制对中的观测墩。观测墩直接座落在基岩上,其钢筋锚入基岩。对于不能直接做在基岩上的,均打桩至基岩,最深的桩深14m。次级控制的平面坐标使用徕卡TC2003全站仪测角测边测定。

次级控制网平差后方向值中误差为±0.92″；最大点位中误差为±1.9mm；最大测距中误差为±0.76mm。

（3）微型控制网施测与精度分析

-3.5m微网底板平面控制点的观测是用TC2003全站仪两个测回测边测角,其平差后相对于次级网点坐标中误差小于±2.0mm。

其它各层微网平面控制点,通过预埋各楼层的专用垂直圆管,采用Lieca天底仪从-3.5m微网底板平面控制点将其投设到各个层面上。再将微网底板反应堆中心点提升至各层,各层微网点与-3.5m微网底板平面控制点联测检核。

3、质量检查

在首级控制网验收过程中，先对各种原始观测记录和计算表格进行了检查。检查结果表明，原始记录文字清晰，各项计算正确，各项指标符合规范要求。

平面控制测量的检查：使用TC2003（测角0.5″，测距1+1×10-6mm）全站仪进行测距和测角检查，检查结果的精度按全球定位系统（GPS）测量规范中C级评定。角度值抽检了6个，误差最大的为FQ-C3FQ-C4FQ-C5，差值+2.6″，小于限差5.9″。边长值抽检了6条，误差最大的为FQ-C6-FQ-C7，相对误差1/185000，限差1/70000。边角检查结果都满足规范规定限差。

高程控制测量的检查：水准测量检查一个测段，检查技术要求按三等水准测量，检查仪器采用瑞士产NA2+GPM3型水准仪，检查结果的精度按三等水准测量评定。抽检FQ-C3-FQ-C4测段，差值1.03mm，限差11.8827mm，符合工程测量规范相关要求。

福清核电站大型精密工程控制测量系统建设实践证明这种系统是行之有效的, 完全可以满足工程建设要求, 为核电站的高质安全建设提供了可靠基础。

五、结束语

通过对核电工程厂区测量控制网精度需求分析与设计的问题分析，进一步明确了测量控制网在核电工程厂区中的重要性。因此在核电工程厂区的后续发展中，要不断加强测量控制网精度需求分析与设计的研究，确保核电工程的有序进行。

参考文献

[1]任宏伟 GPS在咸宁核电厂首级平面控制网测量中的应用 北京测绘2011年

[2]青岳,陈永奇 工程测量学(第二版) 测绘出版社 2010年

[3]赵凤望 秦山核电站二期微型精密工程测量控制网 测绘通报 2009年