大体积混凝土智能通水控制技术

新技术名称：大体积混凝土智能通水控制技术

新技术介绍：

（一）系统构成

大体积混凝土温控防裂智能通水控制系统主要由数字温度传感器、智能测控单元、流量计、可调谐电动球阀、压力计、智能分析与控制平台系统、冷却水管、相关信息传输网络及设备连接线等组成。智能分析与控制平台系统是该套系统的核心，通过这套系统可实现对混凝土水管冷却的全自动智能通水控制。

（二）系统技术原理

其基本原理为：基于设计（或理论分析）提出的混凝土理想温降曲线，根据温度传感器的温度实时监测信息，智能分析与控制平台系统将通过温度场反馈分析模块对混凝土下一步冷却降温所需要的通水流量、冷却水温和水管压差信息进行反馈分析，根据分析结果将相关信息反馈给智能测控单元、并通过测控单元对电磁阀开合度的控制来实现对流量的控制，从而最终实现温降全过程的动态全自动控制，使开裂风险始终控制在预定的范围内。

图1 智能通水控制系统结构示意图

（三）技术功能

（1）可实现基于实测温度资料的全自动实时温度反馈分析、流量全自动控制、电磁阀开合全自动控制；

（2）可实现混凝土温度、冷却水管进、出口水温及压差全自动实时监控；

（3）可实现大体积混凝土温降全过程全自动智能控制。

（四）应用范围

（1）水工结构大体积混凝土温度自动控制；

（2）桥梁结构大体积混凝土温度自动控制；

（3）港航结构大体积混凝土温度自动控制；

（4）道桥结构大体积混凝土温度自动控制；

（5）涵洞结构大体积混凝土温度自动控制；

（6）核电混凝土结构温度控制。

（7）可广泛应用于土木工程（桥梁、铁路、隧道等）、水利水电、石油化工、电力、航空航天、核工业等行业内的大体积混凝土的温控场合。

图1 智能通水控制系统结构示意图

典型工程应用：

(一)智能通水控制系统在鲁地拉工程的应用情况介绍  

1. 工程概况

鲁地拉水电站工程位于云南省大理州宾川县与丽江区永胜县交界的金沙江中游河段上,是金沙江中游河段规划8个梯级电站中的第7级电站。

鲁地拉水电站工程是以发电为主，兼顾灌溉等综合利用的一等大型工程。枢纽主要建筑物由拦河坝和地下厂房两大部分组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1228.00m，最大坝高140m，坝顶长622m（含进水口坝段）。

2. 系统应用背景

随着我国碾压混凝土筑坝技术的不断发展，碾压混凝土施工简单、适合高强度连续施工的特点得到了极大的发挥。但碾压混凝土是通仓浇筑的，层间要求覆盖快，散热条件差，无纵缝，无二期冷却，坝体内部温度下降很慢，对温控防裂不利。除此之外，鲁地拉工程还有如下特点及难点：

（1）鲁地拉水电站工程在区域上地处新生代活动强烈的青藏高原东缘，断裂构造十分发育，其中许多断裂规模大，第四纪以来直至全新世活动强烈。工程枢纽区基本地震烈度为Ⅷ度，设防烈度为Ⅸ度，相应水平动峰值加速度达0.360g，地震产生的应力大，要求混凝土强度高，混凝土胶凝材料用料高，水化热温升高。

（2）鲁地拉水电站工程坝区属北亚热带边缘气候，年平均气温21.9℃，极端最高气温46.5℃，极端最低气温-2.57℃；历年实测年最大风速为32.7m/s（1980年4月13日），年最大平均风速20.3 m/s，50年重现期的年最大风速34.4m/s。多年平均相对湿度63%，年最小相对湿度12％，属金沙江中游干热河谷，蒸发强烈，平均风速大，昼夜温差大。

（3）鲁地拉工程处于强震地区、金沙江干热河谷、骨料线膨胀系数大、施工期坝体又要遭遇过水冷击，这将给温控防裂工作带来很大的困难。我国已建成的超过百米级的碾压混凝土重力坝，虽然在温控防裂方面虽然取得了不少成就，但也并没有完全摆脱裂缝的困扰。而且，他们所遇到的温控防裂问题，难度远不及本工程。

（4）为满足2013年5月蓄水要求，10#-11#坝段由于度汛影响，需采取连续上升浇筑方案，这种方案的实施将导致混凝土浇筑层厚较厚，导致混凝土最高温度较难控制，给温控防裂带来较大挑战，除此以外，截止到蓄水前，1150.6m以上混凝土为新浇混凝土，龄期较短，若不采用水管冷却或水管冷却不到位，蓄水时混凝土内部温度将处于较高的状态，蓄水后内外温差较大，混凝土存在较大的开裂风险。

（5）智能通水控制系统的应用，将为解决鲁地拉大坝缺口坝段温控防裂提供决策支持，避免危害性裂缝的产生。

3. 系统应用所涉及到的主要内容

温控防裂智能通水控制系统是在云南华电鲁地拉水电有限公司的大力资助下得以实施，主要包括以下内容：

（1） 混凝土理想过程线的拟定与分析；

（2） 数字式温度自动采集设备的研发；

（3） 智能通水控制硬件设备的研发；

（4） 智能通水控制智能预测模型的研发；

（5） 智能通水控制系统软件、硬件集成；

（6） 工程应用与推广。

2012年6月，温控防裂智能通水控制系统在鲁地拉工程逐步开展研发与实施应用，智能通水设备软、硬件控制系统均运转良好，达到了预期的目的。

新技术照片：

图6.1.7-1 现场大坝施工面貌图（截止到2013年3月 ）

图6.1.7-2 设备间仪器布置图