钢尺改正在核电厂中的应用

钢尺改正在核电厂中的应用

田雪莲,吕广耀,刘虹,董辉,蒋明志

中国核工业二四建设有限公司海阳核电项目部  山东海阳市 265100

摘要：随着社会科技脚步的不断迈进，能源消耗也在逐渐增大，核电厂的建立成为了解决这一问题的重要途径之一。在建设核电厂的过程中需要进行周期性的沉降观测，为了确保建筑物的使用寿命和安全性，并为未来的勘察和实际施工提供可靠的资料和沉降数据。而在沉降观测过程中，由于高差较大需要运用悬挂钢尺的方法进行作业，本文将对悬挂钢尺的钢尺改正从特点与特征、原理以及钢尺改正的尺长改正与温度改正在核电厂的实际应用进行分析总结。

关键词：钢尺改正 核电厂 尺长改正 温度改正

1 引言

随着社会的不断进步与发展，核电厂工程成为解决资源供应问题的重要方法之一，大大缓解用电紧张的问题。高程传递尤为重要，在高差过大区域使用钢尺传递尤为重要。

2 钢尺改正概述

2.1 钢尺改正的特点与特征

悬挂钢尺法是一种成熟且操作简单的高程传递技术，通过引入温度和张力的改正，可以实现高精度的测量。本文结合核电厂基坑监测方案，对悬挂钢尺法传递高程的精度进行了理论分析，并详细讨论了数据处理方法。通过对传递结果进行数据分析，同时通过实验论证，证明悬挂钢尺法传递高程的精度能够满足一级沉降观测精度的要求。该方法适用于类似项目，并且能提供简单、高效、精确、稳定的解决方案，对项目开展具有典型示范意义。本文重点论述为温度改正[2][3]。

2.2钢尺改正的原理及精度

2.2.1钢尺改正的原理

通过在A点基坑支柱横梁上架设三脚架，将已经校准过的钢尺向下延伸，并挂上重锤，待钢尺稳定后，同时使用两台水准仪观测基坑上下的情况，测得水准仪A的读数为hA，水准仪B的读数为hB，测得钢尺的读数分别为L1和L2。根据温度和拉力改正的方法，可以准确计算出B点的高程。

HB=HA+hA - (L1-L2+-△1+△1) - hB (1)

计算公式中，△1和△2分别代表钢尺温度误差和张力误差的补偿值。

△1为：实际测定值×尺带膨胀系数×(使用温度－零误差温度)

△2为：(实测张力－标准张力)×实测距离÷(伸缩弹性力×尺带截面面积)

2.2.2钢尺改正精度分析

由式(1)可知，A、B两点的高差为：

HAB=hA－(L1－L2+△1+△2)－hB (2)

根据误差传播定律，可以确定A、B两点的估算高差的不准确范围。

Mh=±√㎡L1+㎡L2+㎡hA+㎡hB（3）

水准仪读水准尺、水准仪读钢尺和钢尺变形是导致其误差产生的主要原因。肉眼钢尺读数误差为±0.1mm，即钢尺读数误差mL1=mL2=±0.1mm。水准仪的最小读数为0.01mm，mhA、mhB误差与mL1、mL2相比可以更小，可忽略不计，即ML1、ML2读数中误差为±0.1mm，可以通过调整温度和拉力来修复钢尺的变形误差。

因此，观察A、B两点的近似高差中误差为mH≈±0.15mm。整个高程传递的计算通常是基于三次读数的平均值，因此高程传递的中误差约为±0.09mm，满足一级沉降观测观测点测站高差中误差±0.15mm的要求。为了检核和提高精度，一般需要进行往返丈量取平均值作为量距的结果。并以往返结果的相对误差来衡量其成果的精度。

3 钢尺改正在核电厂中的应用分析

3.1理想模型数据处理

本实验选用两台水准仪，一把钢卷尺(30m钢卷尺），大气压力计等。A点为已知基准点，高程为20.000m。

钢尺改正公式：L=钢尺观测值（m）+修正值mm+11.5× ×钢尺观测值×( t-20℃)

第一组观测数据：

往测：钢尺上读数为1162757，温度20℃，高差9.61916m；钢尺下读数为137457，温度为21℃，高差-0.16869m。

返测：钢尺下读数为137455，温度21℃，高差0.19868m；钢尺上读数为1162754，温度为20℃，高差-9.61916m。

本组数据高差闭合差为：0

B点高程为：10.57953m。

对本组数据进行数据改正：

1.分别进行温度改正

往测：钢尺上L=11.62757+1×0.001+11.5× ×11.62757×（20℃-20℃）=11.62857m=1162857mm，同理得到往测钢尺下L=137495mm、返测钢尺下L=137493mm、返测钢尺上L=1162854mm。

往测改正后高差：9.61846m、-0.19831m；返测改正后高差：0.19831m、-9.61816m。

改正后高差闭合差为：0mm

B点高程为：10.58015m。

2. 取往返测温度平均值(20.5℃）进行改正

往测：钢尺上L=1162924mm、钢尺下L=137487mm，返测：钢尺下L=137485mm、钢尺上L=1162921mm。

改正后的高差为：9.61749m、-0.19839m、0.19839m、-9.61749m

改正后高差闭合差为：0mm

B点高程为：10.58090m。

第二组观测数据：理想状态下保持温度与第一组观测数据一致尺长不同

往测：钢尺上读数为662757，温度20℃，高差14.61916m；钢尺下读数为137457，温度为21℃，高差-0.19869m。

返测：钢尺下读数为137455，温度21℃，高差0.19869m；钢尺上读数为662754，温度为20℃，高差-14.61916m。

本组数据高差闭合差为：0

B点高程为：5.57953m。

对本组数据进行数据改正：

1.分别进行温度改正

往测：钢尺上L=662815mm，钢尺下L=137495mm，返测：钢尺下L=137493mm、钢尺上L=662812mm。

改正后的高差为：14.61858m、-0.19831m、0.19831m、-14.61858m

改正后高差闭合差为：0mm

B点高程为：5.57973m。

2.取往返测温度平均值(20.5℃）进行改正

往测：钢尺上L=662853mm、钢尺下L=137487mm，返测：钢尺下L=137485mm、钢尺上L=662850mm。

改正后的高差为：14.61820m、-0.19839m、0.19839m、-14.61820m

改正后高差闭合差为：0mm

B点高程为：5.58019m。

3.2核电厂实际测量悬挂钢尺成果数据处理

1.观测作业过程

(1)测量工作区域从工作转点ZD1到工作基点CJ205，采用一级沉降观测方法进行往返测量。为计算工作转点ZD1的高程，需要取往返测量的高差平均值。。

(2)高程传递：将ZD1点的高程传递至基坑下B1。

测量钢卷尺：50m钢卷尺

2.数据处理

往测：钢尺上读数为815889，温度32.4℃，高差-7.31918m；钢尺下读数为087928，温度为31.2℃，高差-0.58387m。

返测：钢尺下读数为087942，温度31.2℃，高差0.58385m；钢尺上读数为815894，温度为32.4℃，高差7.31927m。

取往返测温度平均值(31.8℃）进行改正

改正后的高差为：-7.31900m、-0.58385m、0.58383m、-7.32008m

4 结论

1. 从第一组数据得出，未进行温度改正高程与分别对温度改正高程之间得较差为：0.00062；未进行温度改正高程与取平均值进行温度改正高程之间得较差为：0.00137。
2. 从第二组数据得出，未进行温度改正高程与分别对温度改正高程之间得较差为：0.00020；未进行温度改正高程与取平均值进行温度改正高程之间得较差为：0.00066。

第一组与第二组数据两种改正方式与未进行温度改正高程直接的较差之间的差值很小，同时由于尺的膨胀系数不可能非常准确，尺的瞬时温度也难以测准，综上为了方便外业作业，又能达到精度要求，数据处理时温度改正取平均值进行计算。

5 结语

核电厂要求对待工作严谨认真，测量就被要求达到一定的精度。在进行悬挂钢尺测量时尺的温度并不等于检定时的温度。例如，标尺检定温度一般是 20℃，但水准测量时的气温一般高于检定温度，而因瓦带温度在睛天一般高于气温 5-10℃，最高可达 40℃，甚至更高。冬天低温施测，可能低于零度。所以温度改正极具必要性。

参考文献

[1]岳建平,方露,黎昵《 变形监测理论与技术研究进展》[J] .测绘通报 . 2007(07) 225

[2] 张博文,张文超,刘辉 《检定钢尺温度误差的改正方法探讨》[J] 平原大学学报.2003（05）

[3]粱振英 ,吴新华《关于精密水准测量中因瓦标尺的温度改正问题》[J] 测绘科技动态. 1987(06)