中微子實驗站建設配套工程RPC 軌道安裝技術

石維南

(中鐵十五局集團有限公司城市交通工程公司，河南洛陽 471003)

1 工程概況

大亞灣反應堆中微子實驗站建設配套工程共有5個實驗大廳，其中1號實驗廳、2號實驗廳和3號實驗廳內均設有Resistive Plate Chambers阻性板探測器系統(以下簡稱RPC系統)，RPC系統下部為RPC軌道，上部為支撐平臺車，RPC模塊探測器(1號，2號廳各54塊，3號廳81塊)全部安裝在支撐平臺車上面，支撐平臺車下端有凹槽形車輪，支撐平臺在軌道上運行要求緩慢、勻速、平穩，不能有任何抖動，RPC模塊探測器主要作用是在中微子實驗過程中排除中微子數據中的宇宙線和測量中微子，在整個實驗過程中極其重要，所以軌道的安裝質量的好壞直接影響實驗數據的收集和實驗進度。是本工程施工的重點內容之一。

1，2號實驗大廳RPC軌道結構形式和布置均相同，3號實驗廳除了軌距不同外，其余均與1，2號實驗廳RPC軌道相同;RPC軌道沿大廳兩側地面縱向布置，1，2號廳RPC軌道鋪設長度為41.2 m，軌距12 m;3號廳RPC軌道鋪設長度為41.2 m，軌距為17.95 m。

2 結構特點

中微子實驗廳RPC軌道由專用鋼軌、微調鋼板、粗調鋼板、連接螺栓、壓板、異形墊板、彈簧墊片、緊固螺母組成(見圖1)。

圖1 RPC軌道結構詳圖

RPC軌道底部采用兩層鋼板定位以保證軌道安裝的精度。底層鋼板通過定位植筋固定進行RPC軌道安裝的粗調，上層鋼板用于RPC軌道安裝前的水平精度定位，通過上下兩層鋼板間一對M20螺柱進行定位，調節螺柱上的螺母達到微調的作用。RPC軌道安裝在上層鋼板上后，通過壓板、微調墊片進一步精調安裝，并使軌道底面與上層鋼板緊密接合，每完成一步均采用細石混凝土澆筑固定。

3 關鍵技術

1號～3號實驗廳的探測器水池是中微子實驗的心臟，其上安裝了大量精密實驗設備。RPC支架系統是移動式的精密探測設備骨架，位于探測器水池上、沿探測器水池兩側軌道移動;水池與墻壁之間地面僅有不到1.5 m的寬度，專業鋪軌設備根本無法進入，整個安裝過程全部需要人工直接操作進行。由于軌道間距(軌距)較大、軌長42 m，如何保證其安裝精度要求，是RPC軌道安裝的關鍵技術。

4 施工方法

4.1 施工工藝

施工流程見圖2。

圖2 施工流程圖

4.2 主要施工技術

4.2.1 基底清理

將預留槽內松動的石頭、浮渣、灰塵等清理干凈，預留槽側壁的混凝土鑿毛，最后用高壓水槍沖洗干凈，以便與后澆筑的混凝土粘結良好。

4.2.2 測量設置定位基準點

首先準備4根Φ14的鋼筋，長度200 mm為宜，鋼筋其中一端端面要平齊，在其端面上刻出一個“十”字凹槽線，根據大廳定位坐標點，用全站儀測出軌道中心線，在離軌道端部500 mm處找一基準點，然后在地面上采用電錘鉆孔，用風管將孔內粉塵吹干凈，向孔內注入錨固劑，插入定位鋼筋，鋼筋露出地面50 mm即可，再次測量定位鋼筋端面的“十”字線中心，直至調整鋼筋到準確位置。

四個定位鋼筋安裝完成后，再次測量兩條對角線進行復核，確保四個基準點位置準確無誤，用混凝土或者砂漿將鋼筋樁保護住，最后再用紅油漆在地面做出醒目標記，同時起到提醒施工人員小心避讓的作用。

4.2.3 底層鋼板安裝、粗調

依據軌道中心在地面預留槽內放出兩條間距500 mm以軌道中心線為中心線的平行線，依據放出的線，采用φ25鉆頭用沖擊鉆在預留槽底部鉆孔，鉆孔深度200 mm即可，鉆孔間距控制在600 mm左右，注意鉆孔時，要事先把鋼板連接螺栓的位置標出，避免下一步安裝的橫擔鋼筋和連接螺栓位置沖突，鉆孔完畢后，風管將孔內粉塵吹干凈，注入錨固劑，將事先準備好的長度500 mm Φ18的鋼筋插入孔內。

根據圖紙設計的底層鋼板的標高，首先用DSZ2精密自動安平水準儀在兩端預埋豎向鋼筋把標高定出，用Φ18的鋼筋橫向焊接在預埋豎向鋼筋上，橫擔鋼筋的上面標高為－0.330，保證橫向鋼筋的上面為鋼板的底面標高，在中間適當的位置同樣焊接兩道鋼筋，用0.5 mm的鋼絲繩兩道拉緊固定在端部橫擔鋼筋上，兩道鋼絲繩之間距離適當，不易過大或者過小，如果間距過大，靠近豎向預埋筋，在焊接橫擔鋼筋時容易燒斷鋼絲繩，反之間距過小，則不易控制橫擔鋼筋的平整度;然后依次把剩余橫擔鋼筋焊接在豎向預埋鋼筋上面;另外一側同樣辦法安裝，全部安裝完成，再次用水準儀依次測量出橫擔鋼筋的標高，對于高差超過4 mm的重新調整焊接，調整后再把橫擔鋼筋焊接牢固。

底層鋼板采用3 mm厚，400 mm寬的鋼板，在鋼板上面找出兩行螺栓孔的中心線，并作出明顯標記，按照圖紙將底層鋼板鋪在橫擔鋼筋上面，架設經緯儀以軌道一端的定位基準點為站點，另一端的基準點為后視點，調整鋼板中心線和兩端基準點在一條直線上，然后按照如圖3所示方法對鋼板進行加固，這樣鋼板在上層鋼板安裝過程中及一期混凝土澆筑過程就不會移位，確保了鋼板連接螺栓位置的精確度。

圖3 RPC軌道底層鋼板加固示意圖

4.2.4 鋼板連接螺栓安裝

下部鋼板固定完成后，開始把M20長度350 mm的鋼板連接螺栓安裝在下層鋼板的對應位置，連接螺栓兩端均有100 mm的絲桿，在鋼板上下用螺母將螺桿與鋼板牢固連接起來。螺栓在下層鋼板以上露出300 mm為宜。

4.2.5 上層鋼板安裝、精調

上層鋼板作為軌道的托板，直接承受軌道全部重量，設計采用6 mm厚，450 mm寬的鋼板。

設計上層鋼板下面的螺母上面標高為－0.132，螺母標高控制標準按照軌道設計要求標準進行控制，設計要求軌道頂面縱向傾斜度不大于0.5‰，在全長范圍內，軌道高低差不得超過3 mm，兩條軌道的任意一對測量點，即同一個橫截面上，兩平行軌道的相對高度差不超過2 mm，根據螺栓設置間距600 mm，計算可知600×0.5‰=0.3 mm，所以沿縱向每相鄰兩個螺母的標高差不應超過0.3 mm。

第一步利用拉掛細鋼絲繩的方法先粗調平，鋼絲繩不能直接捆綁在連接螺栓上，防止拉偏螺栓和鋼板，必須另行在鋼板端頭預留鋼筋，專門拉掛鋼絲繩，用水準儀在兩端和中部三處測出螺母上面標高，調整螺母標高到－0.132，調整鋼絲繩離螺母上面1 mm處，然后依次將其他螺母按照此標準全部安裝上，粗調完成，將鋼絲繩取下。

第二步用高精度水準儀進行精調，將水準儀放置在兩條軌道的大概中心位置，將架設儀器范圍內地面上的灰塵和沙粒清掃干凈，防止三腳架基座滑動移位造成測量偏差，反時針旋三腳架上的基座的鎖緊鈕，基座內的三爪孔將全部空位，取下水準儀下的基座，將水準儀下的三爪小心放入三腳架基座的三爪孔內，順時針旋轉基座的鎖緊鈕，水準儀將緊密無間隙與三腳架連為一體。旋轉兩整平調節螺桿精確整平水準儀，檢查水準儀在水平360°轉動時，水準氣泡基本嚴格居中;整平水準儀后，小心晃動三腳架，以確定三腳架和基座之間沒有相互滑動和間隙，即水準儀不會在測量期間發生平面位置的變化。

將每個螺栓上螺母的標高測出，在測量的過程中安排兩工人跟隨，首先測量兩端的螺母高程，將螺母標高偏差調整在0.3 mm以內，然后逐個旋轉調整螺母，使每相鄰兩對螺母的標高在0.3 mm以內，待全部將螺栓調整完成，將每個螺母的標高列表記錄，找出每根軌道中的最大值和最小值，比較兩者差值，不能大于3 mm，否則再重新調整偏差較大的，直至合格，然后再比較兩側軌道同一截面上的點的標高不能超過2 mm，直至調整合格。

調整完成后，及時將上層鋼板安裝在螺栓上，安裝前將鋼板兩面清理干凈，安排多名工人同時將鋼板抬起，并盡可能保證平整，彎曲過大容易造成永久變形無法恢復，在安裝過程中避免猛擊、碰撞螺栓，對放置好的鋼板，禁止上人踩踏，鋼板安裝好后，用螺母將鋼板適度壓緊;用上述測量方法再次測量鋼板上面的標高，測量每個螺栓內側處的鋼板標高，每塊鋼板在同一截面內測出兩個點，沿縱向按照螺栓600 mm間距進行測量，這樣不僅可以得出鋼板縱向的標高偏差，還可以得出鋼板的橫向傾斜偏差，將個別超過標準的地方通過旋轉螺母調整平整，同樣兩側鋼板在同一截面內的標高也要按照不大于2 mm的標準進行調整。

鋼板的平整度直接影響軌道的平整度，所以必須認真調整，鋼板的中線應和軌道的中心基本重合，由于軌道壓板上面的螺桿孔為條形孔，可以橫向適當調整，所以軌道中線偏差對軌道的直線度和軌距影響不大，所以可以適當放寬，按照一般預埋件安裝標準控制滿足要求。

4.2.6 一期混凝土澆筑

上層鋼板調整完后，安排工人將預留槽底部清理干凈，及時向監理申報混凝土澆筑令并向商品混凝土攪拌站訂購混凝土，混凝土澆筑過程中，混凝土不能直接倒在上層鋼板上面，應在預留槽邊地面鋪一塊模板，將混凝土倒在木板上，再用鐵锨鏟入預留槽內，不可碰撞螺栓、鋼板、加固筋等，混凝土振搗時應快插慢拔，插點要均勻排列，逐點移動，順序進行，不得遺漏，做到均勻振實，振動棒不能接觸預埋鋼筋、鋼板等，防止鋼板移位造成偏差，混凝土澆筑約100 mm厚，混凝土在終凝前，將表面拉毛處理，保證與二期混凝土粘結良好。

4.2.7 軌道鋪設及精調

混凝土澆筑完成3 d后進行軌道安裝，軌道安裝前，首先檢查軌道的直線度、平整度是否符合要求，對于偏差超出規范要求必須經監理同意現場校正或者退貨后重新進貨，由于廳內空間限制，無法采用吊車吊裝，只能人工搬運安裝，搬運時在軌道上設置3個～5個起吊點，吊具可選用10 mm～12 mm鋼板現場加工，見圖4。該吊具可以方便軌道在上層鋼板上調整移動。

吊裝之前先用游標卡尺畫出軌道的中心線，將軌道和鋼板接觸面必須清理干凈，保證接觸緊密無間隙，軌道就位后，用光學經緯儀以軌道一端基準點為站點，另一端基準點為后視點，將軌道中心線與基準點重合，調整軌道必須緩慢抬起移動，不可用錘或者其他等物直接撞擊軌道進行調整，軌道接頭之間距離設計沒有具體要求，因為廳內溫度基本穩定不變，參考規范要求控制在1 mm。沿軌道方向每600 mm做一標記，兩側軌道標記必須在同一截面位置。軌道中心重合后，再用30 m的鋼卷尺復核，鋼卷尺必須是經省市級計量部門鑒定合格，并在有效期內，兩人拉尺，兩人讀數，一人記錄及觀測溫度。量距時由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力(30 m鋼尺，標準拉力為100 N)。前、后讀數員應同時在鋼尺上讀數，估讀到0.5 mm。每尺段要移動鋼尺三次不同位置，取三次丈量結果的平均值作為測量的最后結果。隨之進行返測復核，根據溫度查詢相應的修正值，測量結果加修正值即為軌距值。將軌距誤差控制在0.5 mm范圍之內。

將螺栓上部螺母松開，依次將壓板、異形墊板、彈簧墊圈、螺母安裝在螺栓上，適度壓緊軌道。

圖4 軌道吊裝吊具示意圖

按照4.2.5中方法將水準儀架設好，首先將軌道進行粗調平，然后把FS1平板測微器套入DSZ2水準儀鎖緊后即可進行精密水準測量，瞄準標尺后，檢查標尺上的圓水泡是否居中，按一下撳鈕，檢查補償器是否處于工作狀態，旋轉測微手輪，使分劃板楔形絲尺平分標尺上最近的厘米格值重合，厘米值直接從標尺上讀取，毫米值從測微器的測微尺上讀取，兩者相加既得觀測值，如圖5所示。

圖5 標尺成像情況

標尺讀數:81 cm;測微尺讀數:0.556 cm;高程讀數:81.556 cm。

在調整軌道高低偏差時，不能將壓板上部的螺母完全松開，防止軌道向另一方向偏差，如果軌道偏低，應將上面螺母先松開不超過1/4圈，再將下部螺母同方向旋轉相同角度，反之，先將下部螺母松開不超過1/4圈，再將上部螺母旋轉相同角度直至調整到位，在轉動扳手時，不能用錘等敲打扳手轉動，可以加套筒旋轉。

4.2.8 緊固軌道及復測

軌道測量合格后，逐個旋緊螺母，將軌道牢固固定在鋼板上，緊固螺母時，應先將每段軌道兩頭螺母擰緊，然后再從中間向兩頭進行，緊固螺母時，軌道兩側螺母必須兩個人同時旋轉，不能先緊固一邊，再緊固另一邊，防止軌道移位及傾斜。兩側軌道緊固完后，按照上述方法再次復測軌道間距和標高，如果偏差有超出標準的，旋轉螺母進行調整。全部調整完成后，采取如圖6所示方法進行加固，每一節鋼板根據長度不同設置3處～4處即可。必須做出明顯標記或警示標語，嚴禁上人踩踏和碰撞。

圖6 RPC軌道上層鋼板加固示意圖

合格后報監理工程師進行二期混凝土澆筑，混凝土從鋼板一側倒入，從另一側流出，確保鋼板底部混凝土密實無空洞，混凝土澆筑高度為與上層鋼板上面平齊，混凝土澆筑方法及要求同一期混凝土澆筑。

4.2.9 三期混凝土澆筑

安裝軌道槽模板，模板支撐點設置在預留槽邊緣，不能支撐在軌道和螺栓上，防止將軌道頂偏移位，施工過程中不能隨意踩踏軌道、鋼板和相應的支撐桿件，模板安裝完成及時向監理報驗，混凝土標高與地面平齊，混凝土在初凝后終凝前，表面以剛好能上人但不下沉為準，安排專人用鐵抹子對表面進行壓光處理，為下一步地面固化劑施工保證大廳潔凈度做好準備。

5 施工效果

RPC軌道是中微子實驗研究過程中的一個硬件基礎設備，中微子實驗對其精度要求極高，施工過程中精細化作業，嚴格過程控制，合理的工藝措施，保證了軌道的各項控制在要求之內。2011年8月15日15時，大亞灣反應堆中微子實驗國際合作組在北京宣布，距反應堆僅360 m的近點1號實驗大廳內，安裝就位的兩個中微子探測器已經準確探測到來自核電站反應堆群的中微子。這標志著RPC軌道各項指標滿足了設計和中微子實驗的要求。