对水利水电工程灌浆施工控制过程研究

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1、第25卷第5期四川水力发电Vol.25,No.52006年10月SichuanWaterPowerOct.,2006水利水电工程灌浆施工控制过程研究邹刚(中国水利水电第七工程局,四川温江611130)摘要:灌浆施工是一个复杂的系统工程,其施工质量影响因素诸多,实施干扰相悖。反映在总系统(TotalSystem)方面是变量众多、层次重叠、子系统或变量相互间存在非线性关系。介绍了水利水电工程灌浆施工控制过程理论,供同行参考。关键词:施工控制;质量控制;工程费用控制;环境效应控制;灌浆;研究中图分类号:TV5;TU

2、201.2文献标识码:B文章编号:100122184(2006)05200782031概述要求各子系统的全部最优化,子系统的最优解必一般的水利水电工程灌浆施工控制理论往往须满足耦合方程:存在下列问题:n=j=1Xi=∑CijYi,i=1,2,3,n(1)传统的控制模型或方法舍弃了许多系统(1)Yi=Hi(Xi,Ui,Mi,ai),i=1,2,3,n因子,而且在大多数情况下只从子结构的范畴考式中Xi为从其他子系统进入子系统Ri的输入虑问题,因此,它无法协调控制(计算)精度与系向量;Yi为子系统Ri的输出向量;C

3、ij为耦合矩统复杂程序之间的矛盾。阵;Ui为系统输入向量(非调控的)U的子向量;(2)工程实践中要求施工控制理论和方法尽可能简单实用,这是由于施工条件的局限性(工Mi为决策变量m的子向量;ai为模型参数向量a的子向量。期短、现场人员理论水平不高以及造价限制等)(3)在全系统运行最优化分析的基础上进行所造成的。另一方面,控制技术或理论的复杂性并不等于精确性。工程分析。它包括以下两个方面:①将由最优化(3)由于灌浆系统的结构存在不确定性,导分析获得的施工控制策略和决策变量用工程的观致系统分析成果可能失真。点检查分

4、析,以验证其技术的可能性。②考虑在因此,要完善灌浆的施工控制,必须做好理论系统运行一段时间后,即在灌浆过程中,系统状态基础工作,建立合理的施工控制概念结构。将发生变化,从而系统的输出亦将改变,为此,将2施工控制概念结构新的状态变量输入灌浆控制数学模型进行反馈分(1)将灌浆工程看成包含几个子结构的、一个析和灵敏度分析,以判别系统的稳定性。复杂的系统,灌浆施工控制理论即是在某种“最优3灌浆质量子系统控制化”意义下求解该系统的方法和策略的统称。它除灌浆质量子系统主要包括灌入能力、可塑性了包含浆液的灌浆载体中渗流和相

5、互作用规律的以及强度特性等。其控制目标因水利枢纽工程性数学表述、模型化和最优化技术外,还补充了公理质与设计施工要求而变。其控制方法:根据预定化、因果反馈和工程分析等内容。的控制目标进行浆材选择,并参照下述的10个灌(2)整个灌浆系统的控制过程见图1。对整浆定理预测和协调地质条件、浆材性质及施工技个系统的运筹采用最优性准则和工程分析相结合术工艺之间的关系,以及在坝基或混凝土坝体中的方式,而对各个子系统则主要采用一般的浆液的渗流场、温度场诸反应,使其达到最优选择。其渗流理论和最优化方法处理。各子系统之间用耦灌浆定

6、理概括如下:合变量连接,并利用先松弛一个或更多最优化的(1)尺寸效应定理。对于渗透灌浆,浆材颗必要条件以使其独立。全系统的最优控制不一定粒尺寸d必须小于被灌介质缝隙Dp或孔隙的尺收稿日期:2006204210寸R,即必须满足浆材对孔(缝)隙的尺寸效应:78Dp可区分三类情况:当流量与水头呈线性关系时,水R=>1(2)d在裂隙中呈层流状态,灌浆载体中未发生水力劈为考虑群粒的堵塞作用的累加影响,式(2)裂;流量与水头呈平方根函数时,渗流呈紊流状在被用于施工控制时,要求:态,可能裂隙中发生了阻塞或裂隙中的充填料被D

7、p压密;当流量的增长高于水流的增长时,表明渗流R=≥3(3)d断面已被扩大,这是由于载体劈裂、裂隙充填物冲注意,若为粒状浆液,其渗流状态除受尺寸效走或裂隙变形等原因所致。应控制外,同时也受下述流变效应控制。Q=f(P)曲线法———根据钻孔压水试验结(2)劈裂定向定理。采用劈裂灌浆方式进行果,按照图1中的曲线形式判别劈裂性质:P与Q灌浆时,劈裂现象必然会首先发生在载体中垂直呈直线关系,灌浆载体未发生水力劈裂,见图1最小主应力的平面上。(a);流量随压力不可逆地增大,载体裂隙发生了(3)劈裂判别定理。劈裂灌浆可以

8、采用数值冲刷或塑性变形,见图1(b);流量的增大是可逆法和Q=f(P)曲线法来表示灌浆载体中发生水力的,载体裂隙发生了弹性变形,见图1(c)。劈裂的条件并判别其性质。(4)吸渗反应定理。化学浆液对低透介质的数值法———对钻孔压水试验结果进行分析,图1几种典型的压水试验曲线示意图m渗透主要不是压渗作用,而是由于浆液对载体的M=F(X)=min∑Ci(xi)(4)i=1润湿能力和亲和力,即所谓吸渗作用。