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检修闸门安装测量
一、倾斜检修闸门简介
小湾水电站大坝工程放空底孔检修门为向下游80°32′16″倾斜布置的链轮平面闸门，门槽埋件高度162m。门槽由底槛、整体门槽、侧轨、副轨、门楣等组成，工作段采用整体门槽，单侧分为六节检修闸门的安装测量。
泄洪中孔检修门为向下游80°32′16″倾斜布置的平面定轮闸门，门槽埋件高度77~98m不等。门槽由底槛、主轨、侧轨、反轨、副轨、门楣等组成，工作段采用主轨、侧轨、反轨单件组装而成，单侧分为六节。
倾斜检修闸门槽安装高度大，与土建施工相互干扰严重，安装工期紧、难度大、精度要求高，在竖直平板门安装中常用的悬挂重锤钢丝的方法无法实施，对安装测量的放样和验收提出了理论上和操作上更高的要求。针对该闸门安装精度要求高、门槽高度大、工期长的特点，结合现场实际情况，我们采用了“整体控制、分段延伸、外部检核”的原则进行控制测量，确保了闸门的安装精度。
二、安装测量的准备
安装测量前需选择精度和性能满足要求的全站仪（或经纬仪）和水准仪，并对全站仪的对中器、水准气泡（电子水准器）、视准轴误差C、指标差i等以及水准仪的指标差进行检测和校正。
确定配套使用的测具，包括：与全站仪（或经纬仪）配套的弯管目镜、经过检定的钢带尺（长钢尺）、微型棱镜、钢板尺、弹簧秤等。比较全站仪测距（直接测距和差分测距）与钢带尺量距差，检修闸门的安装测量并对棱镜常数进行改正。
校核土建结构图提供的坐标、高程、角度等数据与金属结构图提供的尺寸数据是否一致，统一测量放样和验收时需使用的起算参数，主要包括：底坎的偏距、里程和高程，门槽倾角，主轨起始里程和工作面中心的偏距，反轨起始里程和工作面中心的偏距，侧轨的偏距等。
三、控制测量
金属结构与机电设备安装需测设专用测量控制网或安装轴线与高程基点。而对于金属结构安装的专用测量控制网中平面起算点和高程起算点，相对于邻近施工控制网点的精度要求与土建施工的要求相同。安装测量控制网要求有较高的内部符合精度，而且主要控制轴线点在整个安装过程中应保持不变。
检修闸门安装专用测量控制网平面和高程起算点测量可采用全站仪极坐标法或边角后方交会法，选择距离较近、通视条件良好的等级控制点进行。根据选用仪器的标称精度估算待测起算点的平面点位精度和高程精度（《水电水利工程施工测量规范》DL/T5173-2003，附录G和附录H），检修闸门的安装测量以满足规范“相对于邻近等级控制点的点位（平面和高程）限差为±10mm”的要求。为确保成果的可靠性，一般观测两组角度，距离和高差采用正倒镜往返测。如图1所示。
图1
闸门安装专用测量控制网一般布设在底板上。在测设控制网前，需利用起算点对闸门附近的已浇筑混凝土或与闸门连接的孔身钢衬的结构尺寸（包括偏距、里程、高程）进行复核，根据偏差情况调整起算点坐标和高程，以使闸门安装后能与已浇筑混凝土或孔身钢衬平顺连接。
闸门安装专用测量控制网一般布设成矩形网或正交轴线网或由它们组成的混合网，采用方向交会法和差分测距或钢尺量进行，并利用控制网几何图形关系校核各网点间相对误差，以获得专用控制网较高的内部符合精度。如图2所示。

图2
为叙述方便，下面以2#放空底孔检修门安装测量为例进行说明。
四、2#放空底孔检修门（下同）安装控制测量
如图3所示。在检修门底槛上游的孔中心线附近底板上选取起算基准点D1，做标记并在其上架设棱镜。在等级控制点“望江亭”上架设全站仪采用双已知方向极坐标法两测回测设基准点D1三维坐标，距离和高差采用正倒镜往返观测。
使用全站仪的测距标称精度为ms=2mm+2mm/km*D，检修闸门的安装测量测角精度为2″，实际作业的斜距S≤430m（取S=430m进行计算），则：
MP=±＝±5.0mm                                       （1）
Mh＝＝±4.4mm        （2）
式中：α=6°，D=427.6m，R=6369km，mi＝mv＝±1mm，mk＝0.03。
满足规范“相对于邻近等级控制点的点位（平面和高程）限差为±10mm”的要求。

图3
在专用控制网起算基准点D1上架设全站仪，后视“望江亭”，用正倒镜分中法精确测设出放空底孔中心线或其平行线，并分别在距D1点约6m（距底槛门槽下游边约0.5m）和16m的方向线上做主轴线控制点D2和D3，如图4所示。

图4
当底槛二期混凝土浇筑完成后，即可进行门槽测量控制网的布设。如图4所示。在基准点D1上架站，后视主轴线点D3，用经过检定的钢尺量距极坐标法放样出主轨中心线控制点D4、D5和止水中心线控制点D6、D7。其中D4、D5分别位于左右主轨中心线上，考虑仪器架设的需要，它们距主轨底部工作面0.3m，且D4-D5连线垂直于底孔中心线；D6、D7分别位于左右止水中心线上，考虑仪器架设的需要，它们距止水底部工作面0.3m，且D6-D7连线垂直于底孔中心线。
由于检修门门槽高度大，安装后期大坝将蓄水至放空底孔高程，因此布设在底槛上的专用控制网需沿门槽向上延伸。结合安装工艺及现场实际情况，决定在EL.1140m和EL.1195m高程设置观测平台。检修闸门的安装测量为了确保观测平台稳定可靠，在门槽一期混凝土浇筑时，需在EL.1140m和EL.1195m高程预埋工字钢。如图5所示。下面以EL.1140m高程观测平台为例介绍控制网的延伸。

图5
由于门槽空间狭小，安装施工时门槽内搭设了较密的钢管脚手架，因此专用控制网内各点后视边很短，如D4-D5为6.950m，D6-D7只有5.544m，考虑到止水工作面只存在于整体门槽段，高度30.719m，因此以D4-D5为基线进行控制网的延伸。如图5所示。
观测平台安装完成后，在副轨轴线上游侧约0.55m处开0.1m×0.1m方形孔作为投点窗口。分别在D4、D5上架设全站仪（配弯管目镜），用正倒镜分中法在投点窗口上下游边精确测设出主轨中心线。贴着投点窗口从左至右绷一条∮0.3mm钢琴线，将仪器高度角设置至9°27′44″，前后调整钢琴线的位置与十字丝交点相交，在观测平台上标记出钢琴线的位置；然后倒镜将仪器的高度角设置至350°32′16″，前后调整钢琴线的位置与十字丝交点相交，在观测平台上再次标记出钢琴线的位置，量取两次位置的中点作为桩号控制点。用钢板封闭投点窗口，标记出观测平台上投出的主轨中心线与桩号控制线的交点，即可初步获得门槽安装控制点D8、D9。但由于在D4、D5点架站时视线高不同，且D8、D9点高程也不相同，所以按上述步骤传出的D8、D9点桩号不同，即D8-D9连线不垂直于底孔中心线，需计算出D8、D9点的桩号差或D8-D9的方位角。
设在D4、D5点架站时仪器视线高分别为H1、H2，D8、D9点高程分别为H3、H4，则D8、D9间的桩号差△L为：
△L=L8-L9=（H2-H1+H3-H4）/6                                     （3）
则D8-D9的方位角α为：
α=-arctg（6.95/△L）                                           （4）
α＜0时，α=180-arctg（6.95/△L）                              （5）
为后续的测量操作方便，可依据△L值对D8或D9沿副轨轴线进行调整。当△L＞0时，可将D9向下游改正△L得到D9′或将D8向上游改正△L得到D8′；当△L＜0时，可将D9向上游改正|△L|得到D9′或将D8向下游改正|△L|得到D8′；则D8与D9′同桩号，D8′与D9同桩号。用经过检定的长钢尺丈量D8-D9′、D8′-D9的距离，经尺长改正并改平后，计算出它们与6.950m的差值，并对两端点进行等量改正。
一般情况下，用于金属结构安装的专用控制网布设完成后不再与外部控制点进行联测。在放空底孔检修门安装测量中，由于专用控制网点后视距离短而门槽高度大，为了检查控制网延伸后的可靠性，在每个观测平台处的仓面上采用与起算基准点相同的方法、相同的等级控制点测设外部检核点J1。如图5所示。在J1点架站，在门槽下游胸墙上放样出副轨轴线点J11、J12。用经过检定的长钢尺丈量J11、J12的距离，经尺长改正并改平后，计算出它们与6.950m的差值，并对两端点进行等量改正。在D8上架站后视D9，检查J11与副轨中心线的距离d，当d＜3mm时，认为D8点是可靠的。同理可检查D9。
检修门安装高程起算点采用光电测距三角高程法从等级控制点“望江亭”上测得，检修闸门的安装测量并将该高程测设在底孔门槽上下游的左右侧墙上，如图6所示S1、S1、S1、S1。如图6所示。

五、施工放样及埋件的验收
1、底槛的安装
底槛吊装到位后，需对底槛安装进行测量放样。如图7所示。在起算基准点D1上架站，后视主轴线控制点D3。由于主轴线位于孔中线附近，因此可以采用量距偏移法放样孔中线点K1、K2。在门槽左右两端的中心线附近略高于底槛安装面的位置焊制钢筋样架，用经过检定的钢尺量距极坐标法放样出门槽中心线点K3、K4。底槛安装高程控制直接采用留于侧墙上的高程点S1~S4。
底槛安装技术要求包括：工作面高程为EL.1080.000m,允许偏差≤±5mm,安装调整时，在允许限差内应尽量与钢衬底面高程一致；工作位置对门槽中心线允许距离偏差≤±5mm，对孔口中心线距离偏差≤±5mm，同样应考虑与钢衬上边缘的距离、与钢衬实际孔口中心保持一致；工作面平面度≤2mm；工作面一端对另一端的高差≤2mm。

图7
底槛安装完成及二期混凝土浇筑后，分别采用与放样相同的方法对底槛进行验收和复测，对于局部超限需进行相应的处理，以满足安装技术要求。特别地，虽然底槛本身安装的平面精度要求为≤±5mm，但由于整体门槽安装的平面精度要求远高于此，而整体门槽与底槛之间采用螺栓连接，同时螺栓调节间隙较小，因此在底槛安装时，需精确丈量不同螺栓孔组间的距离，以满足整体门槽安装定位要求。
2、整体门槽的安装
2.1、整体门槽的放样
整体门槽的安装放样包括第一节定位放样和延伸节放样。如图8所示。在专用控制网点D1上架站并后视D3，用经过检定的钢尺量距极坐标法放样出EL.1080m高程主轨工作面中心点Z1、Z2和EL.1080m高程止水工作面中心点Z3、Z4，即与专用控制网点D4~D7组成第一节整体门槽安装控制网。
当延伸节吊装就位后，需对其进行放样。如图8所示。在D4上架站以D5为后视点，用正倒镜分中法在样架上精确放样出主轨中心线控制点Z7；使仪器方位始终位于主轨中心线上，分别设置正镜高度角9°27′44″和倒镜高度角350°32′16″在样架上投点，取中作为主轨工作面倾角（桩号）控制点Z5。采用相同原理即可放样出右侧主轨控制点Z6、Z8和反轨止水工作面安装控制点Z9、Z10。
图8
2.2整体门槽的验收及复测
整体门槽是检修门运行的关键部件，精度要求高，安装难度大。其安装技术指标包括：主轨对门槽中心线距离偏差[+0.5，0]mm，反轨止水对门槽中心线距离偏差[+1，-0.5]mm；主轨中心对孔口中心距离偏差≤±0.75mm，左右主轨中心间的距离偏差≤±1.5mm，反轨止水对孔口中心距离偏差≤±0.75mm；主轨工作表面组合处错位≤0.1mm，且须磨缓坡过度；左、右主轨承压面平面度≤0.2mm；左、右止水板水封工作表面平面度≤0.5mm，工作表面组合处错位≤0.5mm，表面扭曲≤0.5mm。
整体门槽的验收，下面以左侧主轨为例进行说明。对于第一节整体门槽下端的验收，一般直接采取钢板尺量距得到。在D4上架站后视Z7，用钢板尺量出各节门槽上、下端主轨工作面中心点与仪器视线间的距离，检修闸门的安装测量即为主轨对孔口中心线的距离偏差。精确测量出仪器高I，照准倾角控制点Z5，设D4与Z1间的平距为S，如图9所示，则仪器视线与主轨工作面间的理论距离d为：
d=                         （6）
将钢板角尺垂直于主轨面放置，用仪器横丝读数d′，则主轨工作面对门槽中心线的距离偏差△d= d′- d。
反轨止水对孔口中心线的距离偏差可以采用与主轨相同的方法进行测量。对于反轨止水对门槽中心的距离偏差，可以采取的方法比较多。例如：方法一、在轨道上端悬挂∮0.3mm的重锤钢丝，用钢板尺丈量轨道下端至钢丝的水平距离L1，设轨道面长度为L2、轨道下端止水工作面对门槽中心线的距离偏差为△L0，则止水工作面对门槽中心线的距离偏差△L为：
△L =△L0-（L1-L2×Cos80.53778）                                  （7）
方法二、用千分尺精确量取止水工作面与主轨工作面的尺寸差，该差值与主轨工作面对门槽中心线的距离偏差之和即为止水工作面对门槽中心线的距离偏差。方法三、采用与主轨相同的方法放样倾角控制点，用仪器对钢板尺读数计算求得。设仪器高为I，D6与Z3间的平距为S，钢板尺读数为d′，如图9所示，则止水工作面对门槽中心线的距离偏差△d为：
△d= d′-                   （8）
门槽二期混凝土浇筑后，需采用与验收相同的方法对其复测，对于局部超限需进行相应的处理，以满足安装技术要求。
图9
3、门楣的安装
门楣止水对门槽中心线距离偏差采用相对测量的方法进行。先测出与门楣止水连接处整体门槽反轨止水（即图10中A、B点）对门槽中心的距离偏差；在门楣止水中心线前（距工作面约10mm）紧拉一条∮0.3mm的钢琴线，根据A、B点对门槽中心的距离偏差调整钢琴线与A、B点的距离，使钢琴线平行于门槽中心线；再用钢板尺量出1#~5#点至钢琴线的距离，与A、B点对门槽中心线的距离、偏差进行比对，即可求得各点对门槽中心线的距离偏差。

图10
门槽止水中心线的高程为EL.1092.269m，对底槛工作面的垂直距离为12.269m。在底槛上架设水准仪，截取视线高，从门楣止水中心点悬挂经检定的长钢尺，并在钢尺下端配挂相应的重锤，测出门楣止水中心点的高程，该点高程偏差减去对应部位底槛高程偏差即为其对底槛工作面的距离偏差。
门楣安装的技术指标包括：止水对门槽中心线距离偏差[+1、-0.5]mm；止水中心对底槛面的距离偏差≤±3mm；工作面平面度≤2mm；工作面组合处错位≤0.5mm；表面扭曲≤1mm。
4、副轨、侧轨的安装
副轨与主轨共轴线，副轨、侧轨与主轨倾角相同，因此它们的安装放样与主轨相同。轨道吊装就位后，在其上部的样架上放样出轴线和倾角控制点。
副轨的验收、侧轨对孔口中心线的距离偏差与主轨相同。侧轨对门槽中心线的距离偏差采用悬挂重锤钢丝法，用钢板尺丈量轨道下端至钢丝的水平距离D，设轨道面长度为S、轨道下端止水工作面对门槽中心线的距离偏差为△D0，则止水工作面对门槽中心线的距离偏差为△D =△D0-（D-S×Cos80.53778）。检修闸门的安装测量如图11所示。

图11
侧轨安装技术指标包括：对门槽中心线距离偏差≤±5mm；对孔口中心线距离偏差≤±5mm；工作面组合处错位≤1mm，且须磨缓坡过度。副轨安装技术指标包括：对门槽中心线距离偏差[+3，-1]mm，对孔口中心线距离偏差≤±1.5mm；工作面组合处错位≤1mm；且轨面对接错位焊后须磨缓坡过度；表面扭曲≤1mm。
5、锁定轨道的安装
锁定轨道位于门槽副轨顶部EL.1242m高程的凹槽平台内，为两条水平的平行轨道梁，轨道中心线跨距为4.800m，顶面高程EL.1242.045m。如图12所示。采用与起算基准点相同的方法测设锁定轨道安装测量控制点L0，L0的高程采用光电测距三角高程。在L0上架站，用经过检定的钢尺量距极坐标法放样出轨道轴线点L1~L4，放空底孔中心线点L5、L6，并用水准仪测出各点高程。
锁定轨道安装完成后，采用钢尺量距极坐标法测量轨道长度中心对孔口中心线的偏差，两轨道中心线跨距用经过检定的长钢尺直接量取，轨道面高程偏差用水准仪测量。锁定轨道安装技术指标包括：轨道中心线跨距≤±2mm，长度中心对孔口中心线的距离偏差≤±3mm，轨道顶面高程偏差≤±5mm，检修闸门的安装测量轨道左右端相对高程差≤3mm。

图12
十、安装测量注意事项
倾斜检修闸门安装测量是一种精度要求较高的测量工作，具有一定的特殊性。
首先，必须根据闸门的结构选择控制网的布设方式；
其次，要结合安装的要求、工艺、次序来确定控制网是否需要延展及延展的方法和顺序；
第三，由于闸门安装场地狭窄，因此控制点的布设需要密切结合现场实际；
第四，考虑到在小范围内全站仪测角精度高于测距精度，因此多选择方向交会；
第五，所使用的测量仪器和其他工用具必须是经过授权机构检定合格的，且使用过程中必须进行经常性的自检；
第六，闸门安装测量过程中，必须有多余观测值来剔除粗差、提高精度；
第七，利用控制网的图形几何条件进行控制网内部符合精度的检查；
第八，测量作业人员，特别是观测员必须要有高度的责任心和精益求精的职业意识；
第九，闸门安装测量观测数据量大，必须同时绘制测量点示意图；
第十，还应严格按照测绘工程院质量体系文件的要求进行过程控制和记录管理，所有主要安装点线需进行两种不同的方法检查或其相对位置检查，所有内业资料在提交前需经过检查员200%计算检查。
最后，闸门安装过程中干扰较多，必须严格按照集团公司职业健康安全体系文件、测绘工程院安全管理规定和施工现场安全管理规定进行测量作业，正确使用安全防护用品，在安全员的监督下进行高空作业检修闸门的安装测量。