三峽工程4#機壓力鋼管在設計形式上取消了伸縮節(jié)，其下平段湊合節(jié)與下游鋼管之間的最后一道環(huán)縫即合攏焊縫是在強約束條件下施焊，高強度大厚板壓力鋼管在強約束條件下施焊，會產(chǎn)生很大的焊接應力和變形。為了保證機組安裝質(zhì)量，三峽總公司廠壩（綜）[2001]第109號文要求：在合攏縫施焊過程中，座環(huán)變位不應超出±1.0mm的允許范圍。為了考察環(huán)縫焊接收縮時，是否會因焊接應力的影響，對座環(huán)產(chǎn)生較大的拉動作用，使座環(huán)變位，造成機組中心出現(xiàn)較大的偏差。受業(yè)主委托，組成檢測組，對4#機壓力鋼管下平段合攏縫焊接施工全過程中對座環(huán)進行實時監(jiān)測。
監(jiān)測采用工業(yè)三坐標測量系統(tǒng)TCA2003（瑞士Leica），測量系統(tǒng)由主機、便攜電腦、測量目標（反射片或棱鏡）、數(shù)據(jù)線等四部分構成。測量精度：測角0.5″；測距近距離（100m內(nèi)）優(yōu)于0.5mm。
測量系統(tǒng)主機通過對測量目標的測量得到測量目標所在點的三維坐標（即測量數(shù)據(jù)），電腦通過軟件采集測量數(shù)據(jù)，進行坐標系的生成與轉(zhuǎn)換，最后通過分析計算得到所需的測量結果。
工業(yè)三坐標測量系統(tǒng)是通過建立幾何模型將檢測項目轉(zhuǎn)化成空間點、線、面的相互關系，確定測量點的數(shù)量及其布置位置，進而根據(jù)采集的數(shù)據(jù)按照已建立的幾何模型進行分析計算，得到測量結果。
2、監(jiān)測過程
2.1 坐標系：
以機組軸線為坐標系的X軸且正方向指向左岸，以上下游方向為Y軸且正方向指向上游，Z軸為鉛垂方向且正方向向上，坐標原點位于廠房4#機上游墻面消防栓部位。
2.2 監(jiān)測點：
在座環(huán)上環(huán)面布置四個監(jiān)測點P1、P2、P3、P4，并將其固定，監(jiān)測點位置及點號如圖1所示。
圖1 監(jiān)測點布置示意圖
2.3 監(jiān)測時間：
2001年11月17日（合攏縫焊接前）對4#機座環(huán)上環(huán)板的圓度進行了檢測。
2001年11月22日21:00至12月2日15:00，即開始焊接前進行的第一次測量（座環(huán)變位監(jiān)測的初始值）至焊接完畢(焊縫溫度冷卻至環(huán)境溫度)后進行的最后一次測量。
2001年11月22日23:00起，每間隔4小時測量一次。
2001年12月2日下午（合攏縫冷至環(huán)境溫度）對4#機座環(huán)上環(huán)板的圓度進行了檢測。
2.4 測量結果準確性的保證措施：
（1）將測量主機固定在特制的并與基礎焊牢的金屬支架上（取代原木支架），以保證在整個監(jiān)測過程中所有監(jiān)測數(shù)據(jù)在同一測站內(nèi)；在廠房的上下游墻壁上布置5個公共測點，每次對監(jiān)測點P1、P2、P3、P4進行測量時，同時對5個公共測點也進行測量，通過比較5個公共測點相對于其原始值變化情況以核查全站儀的測站是否發(fā)生變化。
（2）測量時根據(jù)白天、夜晚溫度變化的實際情況來調(diào)整儀器的溫度修正值以減小溫度對測量系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。
（3）對監(jiān)測點及公共測點進行雙面測量以減小系統(tǒng)的軸系誤差，對每個監(jiān)測點還進行3次循環(huán)測量取其平均值以減小視覺偶然誤差。
2.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)的記錄與保存：
（1）對所有監(jiān)測點采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)記錄格式，在便攜式電腦中對原始測量數(shù)據(jù)備份保存。
（2）每次測量完畢，及時將測量數(shù)據(jù)手工輸入《壓力鋼管下平段合攏縫焊接過程中座環(huán)變位監(jiān)測記錄表》。
3、幾何模型及數(shù)據(jù)處理
3.1 座環(huán)圓度：
在座環(huán)上環(huán)板的端面上均勻布置了16個測量點，11月17日（合攏縫焊接前）、2001年12月2日下午（合攏縫冷至環(huán)境溫度）分別對這16個測點進行了測量，對測得的兩組數(shù)據(jù)分別進行圓擬合，計算出合攏縫焊接前、后座環(huán)的圓度。
3.2 座環(huán)變位：
座環(huán)上各點的三維坐標值在合攏縫焊接過程中（包括焊后焊縫溫度冷卻至環(huán)境溫度）相對于合攏縫焊接前的變化即為座環(huán)的變位。監(jiān)測過程中以座環(huán)上四個監(jiān)測點的三維坐標值的變化情況，以及座環(huán)圓度在合攏縫焊接前、后的變化情況來反映座環(huán)的變位情況。四測點坐標變化量為各次測量的平均值與初始值的差值。
4. 監(jiān)測結果
對4#機壓力鋼管下平段合攏縫焊接過程中座環(huán)變位的監(jiān)測共進行了705次測量，對公共測點進行了 244次測量。
4.1 各監(jiān)測點坐標初始值
表1 各監(jiān)測點坐標初始值 單位：mm
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點號
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監(jiān)測點坐標初始值
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環(huán)境溫度
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備注
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Xi
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Yi
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Zi
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P1
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-7479.1
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-9112.1
|
-18211.0
|
16.5℃
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P2
|
-2262.4
|
-12219.2
|
-18220.1
|
|
|
|
P3
|
-1224.8
|
-18530.5
|
-18215.9
|
|
|
|
P4
|
-8282.3
|
-22615.0
|
-18217.7
|
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4.2 各監(jiān)測點監(jiān)測結果的綜合情況
表2 各監(jiān)測點三維坐標變化情況 單位：mm
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點號
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坐標軸
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坐標變化量
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環(huán)境溫度
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備注
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||
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最大值
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最小值
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變化范圍
|
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P1
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X Y Z
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0.6
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-0.4
|
-0.4～0.6
|
9.1℃～19℃
|
坐標變化量為各次測量的平均值與初始值的差值。
|
|
|
|
0.6
|
-0.5
|
-0.5～0.6
|
|
|
|
|
|
0.6
|
-0.3
|
-0.3～0.6
|
|
|
|
P2
|
X Y Z
|
0.2
|
-0.4
|
-0.4～0.2
|
|
|
|
|
|
0.4
|
-0.5
|
-0.5～0.4
|
|
|
|
|
|
0.7
|
-0.3
|
-0.3～0.7
|
|
|
|
P3
|
X Y Z
|
0.2
|
-0.6
|
-0.6～0.2
|
|
|
|
|
|
0.7
|
-0.5
|
-0.5～0.7
|
|
|
|
|
|
0.8
|
-0.2
|
-0.2～0.8
|
|
|
|
P4
|
X Y Z
|
0.5
|
-0.3
|
-0.3～0.5
|
|
|
|
|
|
0.6
|
-0.5
|
-0.5～0.5
|
|
|
|
|
|
0.8
|
-0.3
|
-0.3～0.8
|
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4.3 4#機座環(huán)上環(huán)板的圓度測量結果
表3 4#機座環(huán)上環(huán)板的圓度測量數(shù)據(jù)表 單位：mm
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檢測項目
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實測結果
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備注
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4#機座環(huán)上環(huán)板的圓度
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合攏縫焊前
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2.3
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合攏縫焊后
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2.5
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5、監(jiān)測結論
（1）公共測點的測量數(shù)據(jù)顯示，在監(jiān)測全過程中公共測點的三維坐標值的變化量均在測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差范圍之內(nèi)，可以認為在監(jiān)測全過程中測站的位置沒有發(fā)生變化，且測量系統(tǒng)狀態(tài)正常。
（2）通過對監(jiān)測點測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以認為：四個監(jiān)測點的三維坐標值的變化量均未超出“廠壩（綜）[2001]第109號文”所要求的±1.0mm的允許范圍。
（3）4#機座環(huán)上環(huán)板的圓度在合攏縫焊接前、后無明顯變化。
