泵站混凝土流道型线检测及偏差控制.pdf

第 1 2卷第 5 期 2 0 1 4年 1 O 月 南水北调与水利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r Tr a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e& Te c h n o l o g y Vo 1 1 2 No 5 Oc t 2 0 1 4 b OI ： 1 0 1 3 4 7 6 j c n k i n s b d q k 2 0 1 4 0 5 0 4 8 泵站混凝土流道型线检测及偏差控制 于孝民 ， 季 荣 ， 赵新年 ， 林立祥 ( 1 南水北调东线工程邳州泵站建设处， 江苏 邳州 2 2 1 3 0 0 ； 2 上海勘测设计研究院， 上海 2 0 0 4 3 4 ) 摘要： 低扬程泵站的流道对水泵装置的水力性能影响很大。原型水泵均采用混凝土流道， 与模型水泵的钢制流道差 异较大。在邳州泵站利用激光全站仪检测了大型竖井贯流泵进出水流道的 2 O 个横断面和进水流道的 4个纵断面， 将各检测数据与设计要求值比对后， 得出了实际施工的型线偏差。在此基础上， 分析了混凝土流道对水泵装置的水 力性能影响， 结合原型水泵流道型线的不规则性特点， 总结邳州泵站混凝土施工质量经验， 提出流道型线偏差控制 的建议， 为泵站工程的 昆 凝土流道型线控制提供参考。 关键词： 水泵装置； 混凝土流道 ； 型线测量； 误差分析 中图分类号： TV6 7 5 文献标志码 ： B 文章编号： 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 2 0 7 0 3 M e a s u r e me nt a nd d e v i a t i o n c o nt r o l o f c o n c r e t e f l o w p a s s a g e o f pu mp s t a t i o n YU Xi a o - mi n ， j i Ro n g 2 ， Z HAO Xi n - n i a n t ， LI N Li x i a n g ( 1 Pi z h O U P u mp S t a t i o n C o n s t r u c t i o n U n i t 0 f t h e S o u t h t o No r t h Wa t e r Di v e r s i o n P r o j e c t ， Pi z h O U 2 2 1 3 0 0 ， C h i n a ； 2 S h a n gh ai I n v e s t i ga t i o n De s i gn& Re s e a r c h I n s t i t u t e ， S h a n g h a i 2 0 0 4 3 4 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e f l o w c h a n n e l o f l O W l i f t p u mp s t a t i o n h a s g r e a t i mp a c t s o n t h e h y d r a u l i c p e r f o r ma n c e o f t h e p u mp Th e p r o t o t y p e p u mp a d o p t s t h e c o n c r e t e f l o w p a s s a g e ， wh i c h i s q u i t e d i f f e r e n t f r o m t h e s t e e l f l o w p a s s a g e o f t h e mo d e l p u mp W e c h e c k e d 2 0 c r o s s s e c t i o n s o f t h e i n l e t a n d o u t l e t f l o w c h a n ne 1 a n d 4 l o n g i t u d i n a l p r o f i l e s o f i n l e t f l o w c h a n n e l wi t h l a s e r t o t a 1 s t a t i o n i n s t r u me n t i n t h e Pi z h o u p u mp s t a t i o n Th e d e v i a t i o n o f t h e t y p e l i n e i n t h e a c t u a l c o n s t r u c t i o n wa s o b t a i n e d a f t e r t h e a c t u a l t e s t i n g d a t a we r e c o mp a r e d wi t h t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s On t h e b a s i s ， t h e i mp a c t s o f c o n c r e t e f l o w p a s s a g e o n t h e h y d r a u l i c p e r f o rm a n t e o f p u mp we r e a n a l y z e d I n c o n s i d e r a t i o n o f t h e i r r e g u l a r i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e t y p e l i n e o f t h e f l o w p a s s a g e i n t h e p r o t o t y p e p u mp， t h e c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y o f t h e Pi z h o u p u mp s t a t i o n wa s s u mma r i z e d ， a n d t h e s u g g e s t i o n s o f d e v i a t i o n c o n t r o l o f f l o w p a s s a g e we r e p r o p o s e d， wh i c h c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e c o n t r o l o f c o n c r e t e f l o w p a s s a g e i n t h e p u mp s t a t i o n K wo r d s ： p u mp ； c o n c r e t e f l o w p a s s a g e ； me a s u r e me n t o f t y p e l i n e ； e r r o r a n a l y s i s 南水北调东线工程对低扬程水泵装置进行 了大量模型 研究工作， 针对不同泵站的特点 ， 选用相适应的叶轮和进 出 水流道， 大大提高了模型水泵装置的水力性能。原型水泵的 泵站流道采用混凝土结构， 它除具有导流功能外， 还是泵站 建筑物基础 的一部分 ， 作 为受 力构件 承受 水压 力 、 运行 设备 荷载及建筑物的重量等。但在原型水泵工程实际施工中， 泵 站的混凝土进出水流道质量控制仍着重于混凝土强度方面 的检测项 目和要求， 流道型线存在检测困难， 缺乏针对性的 质量控制标准和技术要求。 在邳州泵站工程建设中， 为保证原型水泵混凝土流道型 线与模型水泵装置的相似性， 在施工 中采取了多种技术措 施， 并对拆模后的混凝土流道进行了型线检测。经过对检测 结果分析研究 ， 结合流道型线特点和施工难点， 参考有关 的 规范， 提出了允许偏差的建议。 l 邳 州泵 站概 况 邳州泵站位于南水北调东线一期工程的第六梯级， 泵站 安装有 4台大型竖井贯流泵。水泵运行净扬程 O 4 1 m， 单 泵设计流量 3 3 4 r n 3 s ， 总规模 1 0 0 m3 s ( 不包括备用泵) 。 邳州泵站的竖井贯流泵采取前置式布置方案， 即竖井在 进水 流道 。整个 流道( 见 图 1 、 图 2 ) 呈 现以下几个特点 。 ( 1 ) 流道为扁宽型， 进出口断面尺寸分别为 8 mX 5 2 m ( 宽高， 下同) 和 6 mX4 6 m， 竖井分隔了进水流道。 ( 2 ) 流道型线的 A _ B段为规则的矩形断面， 但在竖井最 宽处 ， 过水断面窄且高， 施工和测量有难度； 从 B点断面开 始， 流道外侧逐渐收缩， 并从矩形断面向圆形断面过渡， 流道 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 0 2 修回 日期 ： 2 0 1 4 0 1 1 4 网络 出版时间 ： 2 0 1 4 0 8 2 7 网络出版地址 ： h t t p ： www c n k i n e t k c ms d o i l O 1 3 4 7 6 j c n k i n s b d q k 2 0 1 4 0 5 0 4 8 h t ml 作者简介： 于孝民( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 江苏新沂人， 高级工程师， 主要从事水利工程建设与管理方面工作。E - ma i l ： x z s l y x m1 6 3 c o rn |诔 岛丈 忒 2 0 7 第 l 2卷 总第 7 4期 南水 北调 与水利科技 2 0 1 4年 第 5期 内侧 也逐渐 收缩 至一点 ； 从 C点 断面至混凝土流道 与钢制进 水流道 ， 流道外侧 收缩 较 大 ， 已呈 圆锥 型 ； D - F为 出水流 道 ， 形状 比较简 单 ， 从 圆锥形 向矩形 扩散 及 变形 ， 形状 改 变从 四 个角向四边扩散 。 ( 3 ) 根据流道 线特点 ， 混凝士 流道 模板 和施工 ， 进水流 道施 难 于出水流道 ， 其 中进水流道的 DC段施 工最为 困难 。 ( 4 ) 流道从进 至 水 泵 叶轮 之 间 的流 道 断 面是 逐 渐 收 缩 流速增加 ； 从 11 轮 至流 道 出口之 间的流 道断 面是逐 渐扩 散， 流速减小。设汁工况的流速 与流道的关系为： 断面 A过 流面积 4 1 6 m ， 平均流速 0 8 m s ； 断面 B过流面积 l 8 2 m 平均 流速 l _ 8 4 m s ； 断面 C过 流面积 1 3 0 6 ， 平 均流 速 2 5 6 m s ； 断 面 I )过 流 面 积 1 1 6 4 II 1 ， 平 均 流 速 2 8 7 m s ； 断 面 E过 流面积 2 7 6 m2 。 平均流速 1 2 1 m s 。流道 内 的流速总体较低 ， 最大流速低于 3 m s ， 有利于流道减小水力 损 失。 A I B I 1 7； l D l E l F 图 1 泵站进 出水流 道型线 ( 平面布 置 ) Fig 1 P l a n l a y o u l o f t h e i n l e t a n d o u t l e t f l o w p a s s a g e 图 2 泵站进 出水流道型 线( 纵剖面 ) l i g 2 1 O I g i t u d i l 1 1 l s e e l i o n o f t h e i n l e t a n d o u t l e l f l o w p a s s a g e 2 混凝土流道表面施工质量检测 2 1 型线检 测 及 方法 _j = I； 州 泵站的模 型水泵装置试验最高效率 达到 8 1 3 ， 分 析 汁算流道 的水力损 失仅 2 0 C T T I 左右 其中进水流道约 7 8 c 、 m m水流道约 1 2 1 3 C F I 。要达到如此高的水泵装置效 率 心进行原型水泵的流道型线质量控制， 使之满足相似性 嘤求 。 模 水泵的全流 道均 为钢板 制作 ， 采 取机 械加 工方 式 ， 打 I 】 r 精度较 高， 保 证流道型线满 足 没汁要 求。而原 型水泵 的 流道尺寸大 ， 而且采用混凝土施 E ： 1 ： 艺， 型线控制难度大 ， 尤 其足流道型线断面有不规则断面， 有方圆渐变 、 大小渐变等 异形断面， 所以施 】寸 流道型线容易存在一定程度的偏差。 现有 的 水利水电工程单元工程 施工质量 验收评 定标准混 凝 j 二 1 ： 程( S I 6 3 2 2 0 1 2 ) 和1 泵 站施 工 规 范 ( S I 2 3 4 1 9 9 9 0 I ， 虽有混凝土外观质量检查的要求 ， 但缺少针对性， 难以枪杏和判断大面积混凝土的型线偏差。 邳州泵站的进出水流道断面尺寸大， 并且有复杂的异形 2 0 8 探 讨 与 交 流 断面。 相关的混凝土施工质量标准不能覆盖， 只能作为参考 或基 本要 求 ， 同时一般 的方法难 以进 行型线检测 。本 泵站采 用全站仪进行完成后的进出水流道型线检测 ， 通过检测流道 纵、 横断面上各点的空间三维坐标， 并将其连成空间曲线， 再 与没计型线对 比， 从 而得 m偏差值 。根据有 关文献 ， 全站仪 是一种适合大面积的远距离测量工具 】 选J f j 的全站仪精密 测距标称精度为 0 6 mi l l 4 -1 p p m ， 尤棱镜反射测距标称精 度为 2 mi l l 4- 2 p p m， 测角标称精度为 0 5 ” 。 在全站仪进行流道型线检测前， 需要确定观测 目标和引 测基点高程。邳州泵站流道型线检测时， 将施工时设定的原 始坐标点 作为各断面测点标高的基准点 保 证整个测 量在同 一 基 础上。实际检测时 ， 出水流道断 面位置 以与事故 闸门 中 心线的水平距离来确定。 进水流道断面位置以检修闸门内边 线的水平距离来确定， 见图 l 。 2 2检测 数据 处理 ( 1 ) 根据流道型线资料， 运用计算机技术， 建立流道二 三 维 空间模型( 图 3 ) 。 图 3 流道三维空 间模型 Fig 3 Thr e e d i me n s i o n a l mo de l o f t l l e f l o w p a s s a g e ( 2 ) 根据测量仪 器位 置 及测 景 ( 扫描 ) 角度 ， 确定 测 平 面在流道三维模型空间中位置， 剖切每次测最流道设计断面 ( 曲线 ) 。 ( 3 ) 根据实测点的坐标数据， 经坐标换算， 利用三维空间 模型在设汁断面( 曲线) 上将实测点的位置一一标示， 便于实 测结果与没汁要求的对比。 2 3检 测 结果 ( 1 ) 流道横断面测蜒。本次检测选择 2号机组 进水流 道按顺水流 向基本每 隔 0 9 n 布置 1个测 断 面， 共测 了 8 个断 面( 图 1 ) ； 出水流道按顺 水流 向每 隔 0 6 m 布置 1个测 断面， 共测_ r 1 2个断面。所有测量断面均与机组中心线 ( 水流方向) 正交。测点布置原则为断面直线段测点较稀， 断 面角部或圆弧过渡处测点较密； 单个测地断面共布置 1 4 2 1 个测点 ， 断面越大， 测点越多。横断面测试测试结果 见图 4 图 5 。 。I 魁 量工 望 器位置线 囊型 点 一 卿 断 面 生 鱼 溥 茬 景 辐茬 ： 尊 道4d 测1(1量：50 说明： 表示没i t 值偏差往 1 0 n l r l 1 之内， 表 与设计值偏差 在 1 0 2 0 1 1 11 1 之内， o表示 设计值偏差在 2 0 mm之上。下同。 图 4 进水流道典型断面 Fi g 4 Typ ic a l s e c t i o n o f i n l e t c o n du i t _叫 。 阻 z皤 彗 艳蛆 2 ： 喻 二 兰 盥 z I e 转星 于孝民等 泵站混凝土流道型线检测及偏差控制 Z 7 0 0 _ _耋 f5 b l B 图 5 出水流遒典型断面 Fi g 5 Ty p i c a l s e c t i o n o f o u t l e t c o nd u i t ( 2 ) 流道纵断面测量 。进水流道 的型线 比出水流道型 线复杂， 而且对水泵装置的影响也大， 并且在方圆渐变段全 站仪难以放置 ， 该处的横断面也难 以检测 ， 为此增加进水流 道外侧纵断面的型线检测 。共测四个断面， 与水平面夹角 分别为 0 。 、 8 。 、 1 0 。 2 0 、 1 2 。 ， 合计 4 6个测点， 典型 的曲线见 图 6 。 一 啼水 流方向 z 岭 水 流 方 向 L 2 _2 蝴 工童2 。 前 进水流道测量曲线蚍 对(水平投影面) 图 6 进水流 道纵 向曲线典 型图 Fi g 6 Typ i c a l v e r t i c a l c u r v e o f i n l e t c o n du i t 2 4 偏差分析和浇筑质量 2 4 1 测试偏差的计算 ( 1 ) 测试断面。进水流道 8 个横断面， 共 1 1 9 个测点； 4 个 纵断面， 共 4 6 个测点。出水流道 1 2个横断面， 共 2 1 2 个点。 ( 2 ) 测试偏差。测试偏差通过测点的绝对偏差( 表示与 设计要求的偏差程度) 、 平均各点偏差( 表示测试断面的偏离 趋势。正值表示断面向内缩小， 负值表示断面向外扩大) 两 个指标来衡量， 详见表 1 一表 3 。 表 1 进水流道横断面测点偏差 Ta b 1 De v i a t i o n s o f me a s u r i n g p o i n t s o f i n l e t c o nd u i t s e c t i o n 注： 1 、 偏差值由实测点距设计断面最短距离确定， 当实测点位于设计断面内时偏差值为正， 反之为负。2 、 各点偏差平均值由各点偏差代数和除以测点数求得， 该值 反映实测断面大小偏离设计断面的趋势( 正表示实测断面相对设计断面缩小， 负则表示实测断面相对设计断面扩大) 。3 、 各点偏差绝对值的平均由各点偏差绝对 值和除以测点数求得， 该值反映实测断面大小偏离设计断面的程度( 该值越大则表示实测断面大小偏离设计断面的程度越大) 。4 、 进水流道 8 个断面中。 最大偏差 值在 3 0m m左右。 表 2 进水流道纵 断面测 点偏 差 Ta b 2 De v i a t i o n s o f m e a s u r i n g p o i n t s a t t h e v e r t i c a l s e c t io n o f i nl e t c o n d u i t 注： 1 、 Z轴向为竖直向， 向上偏移为正， 反之为负； y轴向为水平向垂直水流方向， 向内偏移为正， 反之为负。2 、 实测点与设计曲线偏差值由y 、 z轴向偏差平方和 开平方确定。3 、 进水流道 4 个纵断面中， 最大偏差值在 3 0 r B r n 左右。 表 3 出水流道断面测点偏差 Ta b 3 De v i a t i o ns o f me a s u r i n g p o i n t s o f o u t l e t c o n d u i t s e c t i o n 注： 1 、 出水流道 1 2个断面中， 最大偏差值在 3 0mm左右。2 、 个别断面( 断面 1 1 ) 偏差在5 = 2 0mm内的点占各断面测点总数比重未达 7 O 。 2 4 2 型线施工质量分析 水泵流道的型线复杂， 存在曲线、 渐变段和不规则断面。 这些部位的混凝土施工难度大、 要求高。对测点偏差的分析 可见： 同一断面， 直线段偏差小 ， 弯曲段偏差大； 横断面中上部 的偏差较大， 可能是由于支撑力度不够， 混凝土浇筑后有一定 的下沉； 同一断面( 曲线) 出现个别点( 区域) 偏差波动， 分析认 为与测试仪器的准确度有关， 也可能与模板定位或浇捣有关； 流道型线偏差总体控制( 包括异形断面部分) 在 2 c r n 左右。 现场肉眼观测， 整个流道无 明显的起伏、 突出或 凹陷。 检测结果显示， 邳州泵站的混凝土流道型线施工质量较好， 断面拟合度相似于设计值。 ( 下转 第 2 1 3页) 隧 2 0 9 辛华荣等 大中型泵站肘形进水流道标准化可行性探讨 ( 上接 第 2 0 9页) 3 混凝土流道型线质量控制 混凝土流道型线 的正确性， 将保证水泵装置的水力性 能， 是泵站高效运行的基础。因此混凝土流道型线质量控制 实质上是整个施工工艺流程的控制 ， 最关键的是混凝土流道 的模板制作、 安装和混凝土浇筑施工等环节 ， 对型线准确性 影响很大。因此需要在以下方面做好质量控制： 混凝土模板 尤其是异形段 的芯模形状， 必须按相似性要求进行重点控 制， 制作时应严格检查准确性， 其偏差宜小于 1 0 n -l r n ， 成型流 道型线断面偏差控制在 2 5 n l r n以内， 且无局部突变， 不满足 要求的部位必须进行修补； 模板表面须光滑平顺， 宜涂质量 良好的脱模剂； 模板制作完成后现场必须精确就位、 拼缝和 固定牢靠， 确保混凝土施工过程中不变形和跑模 ， 同时应做 到流道混凝土结构与钢结构件平顺衔接。在流道型线复杂 的条件下， 流道型线模板尽可能使用加工精度高的方式， 且 固定好， 满足型线要求。 实， 则对施工技术和施工质量提出更高要求。对于原型水泵 的流道型线， 需要从施工技术层面做到质量控制和型线偏差 控制双控制。混凝土流道型线尤其是异形段流道， 质量控制 难度很大， 必须从流道模板( 尤其是芯模) 制作开始进行整个 施工过程的严密质量控制 。大型水泵的混凝土流道型线准 确检测仍是一个难题， 本文提出的混凝土流道型线的质量检 查方法， 从工程实践上看， 效果较好。 参考文献 R e f e r e n c e s ) ： E 11 S L 6 3 2 -2 0 1 2 水利 水 电工程单 元工 程施 工质量 验收评 定标 E 2 3 4 结语 。 随着水泵装置的水力性能快速提高， 要求混凝土流道的 型线与之匹配和适应 ， 而复杂的流道型线由设计图纸变为现 准一混凝土工程 s 3 ( S L 6 3 2 2 0 1 2 I n s p e c t i o n a n d A s s e s s me n t S t a n d a r d f o r S e p a r a t e d I t e m P r o j e c t C o n s t r u c t i o n Qu a l i t y o f W a t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy dr o e l e c t r i c En g i ne e r i n gCo n c r e t e Wo r k s s 1 ( i n C h i n e s e ) ) S L 2 3 4 1 9 9 9 ， 泵站施工规范 s ( S L 2 3 4 - 1 9 9 9 ， S p e c i f i c a t i o n o f P u m p i n g s t a t io n c o n s t r u c t i o n S 张杰胜， 吴家兴 全站仪在隧道断面测量中的应用E J 安徽建 筑 ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 4 7 ( Z HA NG S h e n g - j i e ， wU J i a - x i n g Ap p l i c a t i o n o f t o t a l s t a t i o n t o t u n n e l c r o s s - s e c t i o n m e a s u r e me n t E J A n h u i Ar c h i t e c t ur e ， 2 0 0 4( 2 )： 4 7 ( i n Ch i n e s e ) )