[發明專利]一種用于混凝土壩中后期通水快速調控的方法

有效

• 申請號: 201410311743.0
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104110008A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 黃耀英;周紹武;周宜紅
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本發明涉及一種用于混凝土壩中后期通水快速調控的方法，屬于大壩相關領域。

背景技術

混凝土壩水管中后期冷卻問題是一個重要而復雜的問題。由于水管冷卻是一把雙刃劍，雖然通水冷卻可以有效降低混凝土施工最高溫度以及在較短時間內把壩體溫度降低至目標溫度，但在開始通水時在水管附近會引起較大拉應力，而且如果降溫速率過快，仍可能引起裂縫。過去這個問題沒有得到重視，實際施工中允許混凝土初溫與水溫之差T₀-T_w＝20～25℃。研究指出，在二期冷卻時，如果采用1擋水溫，混凝土初溫30℃，冷卻水溫9℃，即混凝土初溫與水溫之差為21℃，在混凝土齡期90d時開始冷卻，孔邊最大拉應力約為5MPa，拉應力深度為0.33m(水管間距1.5m×1.5m)至0.70m(水管間距3.0m×3.0m)。這個拉應力足以引起裂縫。另外，以往對混凝土水管冷卻的安排比較簡單，控制手段單一；為了避免混凝土壩溫度過高，往往采取加大通水流量的策略，這樣不可避免造成通水資源浪費；此外，由于現有混凝土水管冷卻安排比較簡單，控制手段單一，導致實際混凝土壩溫度控制與設計溫度控制差異較大，仍然難以避免混凝土壩裂縫的產生。

為了有效地控制混凝土壩裂縫，有必要對后期水管冷卻應進行規劃，即考慮冷卻區高度、水管間距、冷卻分期及水溫控制，進行細致分析和多方案比較，從中選擇最優方案。嚴格來說，對于中后期通水冷卻規劃問題，應結合實測溫度進行熱學參數反演，然后進行多方案的含冷卻水管問題的混凝土壩溫度場和徐變應力場仿真分析對比，從中選擇最優方案。

混凝土壩溫控防裂是一個與溫控措施和混凝土熱力學參數相關的復雜多因素問題，宜采用優化理論來確定最優方案。當采用優化理論進行規模重大的混凝土壩工程溫控措施的優化設計時，如果進行較精確的溫度場和徐變應力場仿真分析，由于涉及到不同溫控措施和混凝土熱力學參數等多個因素的優選，其計算工作量極大。即使在進行混凝土壩中后期通水冷卻時，水管間距，水管材質(金屬水管或塑料水管)，混凝土熱力學性能等完全確定，對于規模重大的混凝土壩工程，如果仍基于較精確的溫度場和徐變應力場仿真分析，采用優化理論優選通水措施，計算工作量仍然很大。顯然，如果不能方便地為混凝土壩中后期通水調控提供及時指導，這將導致大壩施工現場溫控人員在具體實施通水措施時，存在較大的盲目性。

雖然關于混凝土通水冷卻自動控制系統陸續已有一些報導，例如，周厚貴,譚愷炎等根據測控裝置采集的溫度、流量信號以及開度信息，然后實施對電動控制閥的開度控制，調節通水流量和通水水溫。林鵬，李慶斌等在新澆筑倉內埋設數字溫度傳感器，在進出水管上安裝一體流溫控制裝置，根據能量守恒和傳熱學原理確定實時通水流量，采用最高溫度、溫度變化率和異常溫度的控溫原則，建立了大體積混凝土通水冷卻智能溫度控制方法與系統。趙恩國，郭晨等研發了一套大壩混凝土內部溫度、冷卻水溫、冷卻水流量等信息的實時采集以及冷卻水流量的自動控制的儀器設備，并在魯地拉水電站開展了實用研究。但在這些混凝土通水冷卻自動控制系統中尚未引入優化算法，仍然難以避免造成通水資源浪費。

發明內容

為了克服現有技術的不足，提供一種用于混凝土壩中后期通水快速調控的方法，引入優化算法，從通水措施可行域空間中，優選獲得當前最優的通水措施,實時指導現場通水冷卻。

本發明采用的技術方案：

一種用于混凝土壩中后期通水快速調控的方法，其特征在于：它包括如下步驟，首先建立混凝土壩中后期通水快速預測模型，然后基于混凝土澆筑倉實測溫度，動態更新混凝土壩中后期通水快速預測模型的重要項，以消除不確定性因素引起的誤差，然后動態預測待優選通水措施下未來若干天的溫度響應，以動態預測溫度響應和設計溫度監控指標建立目標函數，引入優化算法，從通水措施可行域空間中，優選獲得當前最優的通水措施，實時調控未來7-10天的通水冷卻，7-10天后，再次獲得澆筑倉當前實測溫度，再次動態更新-預測-優化調控；

具體包括：1)中后期通水冷卻期間混凝土壩溫度快速預測模型

為了對混凝土塊中后期通水冷卻期間進行快速、準確地溫度預測，必須采用一種計算工作量小的先驗性模型，由于在進行混凝土塊中后期通水冷卻時，大部分的水泥水化熱已經釋放完成，且上下游表面一般粘貼了保溫苯板，此時，水管水平間距和垂直間距，水管材質，混凝土熱力學性能也是已知的，即可以認為大壩混凝土的中后期冷卻僅是一個與通水水溫、通水流量和通水時間有關的復雜多因素問題；