大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)在豐滿水電站重建工程中的應(yīng)用

(1.中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司，北京 朝陽 100024； 2.中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003)

1 前 言

豐滿水電站重建工程位于第二松花江干流豐滿峽谷口，在原豐滿大壩下游120m處新建一座碾壓混凝土重力壩，并利用原豐滿三期工程。碾壓混凝土施工具有連續(xù)上升、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，但上升速度快必然導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水化熱產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，造成混凝土內(nèi)外之間溫差和上下層之間溫差增大，大大增加混凝土產(chǎn)生裂縫的幾率。因此，溫度控制也是碾壓混凝土澆筑的質(zhì)量控制重點(diǎn)。為加強(qiáng)混凝土溫控施工精細(xì)化管理，豐滿水電站重建工程采用了大體積混凝土溫控防裂智能通水控制系統(tǒng)進(jìn)行混凝土工程溫度控制。

2 機(jī)構(gòu)設(shè)置及管理

為加強(qiáng)智能溫控系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的監(jiān)督管理，豐滿水電站工程監(jiān)理中心成立了大壩冷卻通水領(lǐng)導(dǎo)小組，安排專人負(fù)責(zé)進(jìn)行智能溫控系統(tǒng)、現(xiàn)場冷卻通水、混凝土溫度監(jiān)測等方面的監(jiān)督管理。施工單位成立了信息中心，作為智能通水的管理部門，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)字溫度傳感器的安裝埋設(shè)，電纜敷設(shè)，冷卻通水控制設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護(hù)、運(yùn)行工作；采集分控站的建立，信息錄入等工作。監(jiān)理工程師對施工單位成立的管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行了審批，確保滿足施工需要。

3 現(xiàn)場溫控設(shè)施管理

智能溫控系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)常規(guī)的壩體混凝土溫度質(zhì)量控制措施。大壩混凝土溫度控制措施方案中增加了采集分控站布置及設(shè)施投入方面的內(nèi)容。為充分利用智能溫控系統(tǒng)，方案中也對供排水管路布置、溫度傳感器布置及監(jiān)測等方面進(jìn)行了調(diào)整。

3.1 采集分控站構(gòu)成

現(xiàn)場采集分控站由智能測控及配電箱、流量測控裝置、冷卻水進(jìn)水口溫度和回水口溫度監(jiān)測數(shù)字傳感器、智能換向球閥、無線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收裝置等組成。其中，智能測控及配電箱內(nèi)置4臺智能數(shù)字溫度流量測控單元，每個測控單元可控制4臺流量測控裝置，即每個分控站最多可配置16臺流量測控裝置。

單個流量測控裝置最大可滿足10m3/h流量，在滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的前提下，可通過水包頭連接4～5根冷卻水管(1拖4的方式)。以單個壩段每層4根冷卻水管為例，按3m一倉兩層冷卻水管計(jì)算，每倉每個壩段需要2臺水管流量測控裝置，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，以每個分控站控制兩個壩段4倉的8層冷卻通水為最佳方案。

3.2 采集分控站選址

采集分控站選址至關(guān)重要，直接關(guān)系到智能溫控系統(tǒng)的順利實(shí)施。

該工程采集分控站布置在大壩下游側(cè)，盡量靠近大壩壩體，這樣可減少外露冷卻水管和外露內(nèi)部溫度傳感器電纜的長度，減少碾壓混凝土升層備倉過程中對下部外露冷卻水管和外露內(nèi)部溫度傳感器電纜的破壞。

因數(shù)據(jù)傳輸采用無線網(wǎng)絡(luò)，采集分控站的布置應(yīng)注意壩后結(jié)構(gòu)物對無線信號的影響。該工程為壩后式廠房，因此進(jìn)行采集分控站布置時考慮到了壩后主廠房、安裝間及端部副廠房等結(jié)構(gòu)物對無線信號的影響。

3.3 采集分控站平臺搭設(shè)

隨著碾壓混凝土的澆筑，采集分控站平臺的搭設(shè)也有所不同。

低高程澆筑階段，壩體距離下游邊坡較近，采集分控站可利用在基坑開挖產(chǎn)生的馬道、較緩的邊坡或壩趾區(qū)域墊層混凝土滿塘澆筑后隨著壩體體型變化而產(chǎn)生的混凝土平臺進(jìn)行布置。備倉和倉面養(yǎng)護(hù)會產(chǎn)生較多廢水，本工程利用不同高程的壩趾區(qū)域逐層設(shè)置集水池。因此對低高程分控站設(shè)置進(jìn)行審核時應(yīng)結(jié)合工程排水方案，避免在施工廢水匯集范圍內(nèi)設(shè)置采集分控站，如無法避開時應(yīng)采用搭設(shè)腳手架的方式作為采集分控站的布置平臺。

隨著澆筑高度的上升，壩體逐漸遠(yuǎn)離邊坡，可采用搭設(shè)腳手架平臺或設(shè)置壩后鋼平臺作為采集分控站布置平臺。該工程上下游壩面采用連續(xù)翻升模板，進(jìn)行備倉過程中，下層碾壓混凝土?xí)嬖阡撃０迳形床鸪那闆r。因此，為保證采集分控站鋼平臺的布置，應(yīng)結(jié)合澆筑升倉情況提前預(yù)埋埋件。

隨著澆筑高程的不斷增高，搭設(shè)腳手架的難度逐漸增加，搭設(shè)較高的腳手架，周期較長，因此，不宜采用搭設(shè)腳手架的方式作為采集分控站平臺，可利用原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的壩后工作橋或壩后鋼平臺進(jìn)行采集分控站建設(shè)。

3.4 供水、排水管路布置

冷卻通水供水管路應(yīng)在大壩碾壓混凝土施工區(qū)整體供水管路的基礎(chǔ)上進(jìn)行布置，在每年碾壓混凝土澆筑前提前策劃。根據(jù)碾壓混凝土澆筑計(jì)劃和分控站布置，提前策劃好冷卻通水供水管路與主供水管路的連接點(diǎn)。進(jìn)行主供水管路布置時，提前在連接點(diǎn)位置設(shè)置三通結(jié)構(gòu)和法蘭盤閥門，以便于冷卻通水供水管路的連接。冷卻通水供水管路與各層分控站分支供水管路的連接點(diǎn)也應(yīng)做好相同設(shè)置。盡量避免在冷卻通水過程中通過切割主管路或分支管路進(jìn)行下一級供水管路連接，從而避免冷卻通水過程暫時中段。

3.5 冷卻水管布置

碾壓混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，采用蛇形布置。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)采用1.50m×1m(層間距×水平間距)，基礎(chǔ)弱約束區(qū)和非約束區(qū)均為1.50m×1.50m(層間距×水平間距)，單根循環(huán)蛇型水管長度不大于250m。擋水壩段、廠房壩段冷卻水管從大壩下游面引出，溢流壩段冷卻水管采用跨縫管從兩側(cè)導(dǎo)墻非溢流面引出，接至分控站。

3.5.1 出壩面處理

隨著壩體的升高，一般分控站位置低于冷卻水管所在高程，冷卻水管引出壩面后會向下垂?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，冷卻通水過程中，由于冷卻水管和水的自重影響，易造成冷卻水管出壩面位置彎折，外露冷卻水管越長越易出現(xiàn)。因此，應(yīng)注意控制外露冷卻水管的長度，同時控制冷卻水管出壩面角度，盡量與壩面呈較小的角度，可一定程度上避免冷卻水管出壩面處彎折。

3.5.2 跨越廊道處理

冷卻水管布置不跨越橫縫，但壩內(nèi)廊道系統(tǒng)對冷卻水管的布置影響較大，特別是碾壓倉內(nèi)含有橫向基礎(chǔ)灌漿廊道和橫向排水廊道或交通廊道的情況，冷卻水管布置往往需要跨越2次廊道。根據(jù)該工程施工情況，碾壓混凝倉內(nèi)冷卻水管跨廊道主要采用以下兩種方式：

a.廊道底板內(nèi)預(yù)埋。為便于碾壓混凝土澆筑，本工程廊道底板單獨(dú)設(shè)置澆筑倉進(jìn)行變態(tài)混凝土澆筑，澆筑過程中將跨廊道底板冷卻水管預(yù)埋至倉內(nèi)，即澆筑廊道所在壩段碾壓混凝土?xí)r，將碾壓倉內(nèi)冷卻水管與廊道底板預(yù)埋冷卻水管連接，形成統(tǒng)一循環(huán)管路。這一方式優(yōu)點(diǎn)在于容易控制單組冷卻水管的長度，使得同一組冷卻水管基礎(chǔ)處于同一層面，冷卻水管一次布置完成。缺點(diǎn)在于增加了單組冷卻水管的接頭數(shù)量，如跨越2次廊道則會出現(xiàn)8個接頭，接頭數(shù)量過多就會增加冷卻水管布置時間和漏水的概率。但由于廊道底板鋼筋布置，廊道底板厚度往往大于1m，即為大體積混凝土，因此布置冷卻水管是必要的。

b.廊道頂拱跨越。從廊道頂拱跨越主要是在碾壓倉冷卻水管布置時采用從廊道鋼筋網(wǎng)外側(cè)跨越廊道頂拱布置冷卻水管。這一方式優(yōu)點(diǎn)是單組冷卻水管倉內(nèi)沒有接頭，一般情況下不會出現(xiàn)漏水情況。缺點(diǎn)是由于廊道頂拱在高程上一般高于冷卻水管布置高程，因此在跨越廊道頂拱兩側(cè)會增加冷卻水管的彎曲，可能會出現(xiàn)彎折情況。

本工程廊道高程的碾壓混凝土澆筑時，單倉澆筑高度一般為3m，布置兩層冷卻水管。一般第一層冷卻水管位于廊道底板高程，采用穿過廊道底板預(yù)埋的布置方式。第二層冷卻水管則采用跨越廊道頂拱進(jìn)行布置。

現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)施工單位進(jìn)行廊道底板澆筑過程中，為方便模板安裝，采用原上下游面大塊鋼模板，預(yù)埋的冷卻水管往往從廊道底板澆筑頂面上下游邊緣穿出。在后續(xù)碾壓倉備倉過程中，安裝廊道模板和廊道鋼筋時容易碰到預(yù)埋冷卻水管，造成冷卻水管彎折，特別是出混凝土面位置的彎折，對后續(xù)碾壓倉冷卻水管布置帶來較大麻煩。澆筑過程中也會出現(xiàn)類似情況。為保證冷卻水管布置良好，進(jìn)行廊道底板倉面設(shè)計(jì)審查時應(yīng)注意加強(qiáng)模板布置和冷卻水管預(yù)埋部位的審查，要求施工單位預(yù)埋冷卻水管應(yīng)從上下游側(cè)面穿出，并在該部位采用木模板并預(yù)留穿出孔洞。對于預(yù)埋冷卻水管外露長度也應(yīng)進(jìn)行控制，在保證接頭足夠長度的情況下，一般外露長度控制在50cm～80cm為宜。同時應(yīng)在備倉及澆筑過程中監(jiān)督施工單位，注意對外露冷卻水管的保護(hù)。進(jìn)行碾壓倉澆筑旁站過程中，應(yīng)提醒施工單位注意控制廊道上下游側(cè)澆筑速度，上下游澆筑進(jìn)度盡量一致，盡量保證每層冷卻水管上下游側(cè)同時布置，以便于通水檢查，確保冷卻水管布置質(zhì)量。完成跨廊道頂拱冷卻水管布置后，應(yīng)注意該部位廊道兩側(cè)變態(tài)混凝土澆筑，振搗時注意控制冷卻水管彎曲的位置，避免彎折。

3.5.3 跨縱縫處理

大壩混凝土澆筑過程中縱縫對冷卻水管的布置也有較大影響。本工程低高程階段主要在變態(tài)混凝土澆筑倉塊設(shè)置有縱縫。當(dāng)先澆筑上游塊時，冷卻水管和溫度傳感器電纜直接從縱縫穿出，穿過整個下游塊到大壩下游側(cè)分控站。而進(jìn)行下游塊備倉作業(yè)時，由于倉面內(nèi)含有上游塊的冷卻水管和溫度傳感器電纜，對備倉造成很大影響，極易出現(xiàn)冷卻水管破損、溫度計(jì)電纜損壞的情況，大大增加了維護(hù)難度。因此，對于設(shè)置縱縫的壩段最好采用先下游塊再上游塊的施工方式，在下游塊澆筑過程中預(yù)埋上游塊所需的進(jìn)水和回水管路以及溫度傳感器電纜或電纜穿線預(yù)埋管路。

3.6 溫度傳感器布置

溫度傳感器按大倉每5個壩段2～3根，獨(dú)立小倉1～2根布置。碾壓大倉面溫度傳感器埋設(shè)為第一個壩段上游四分之一處，中間壩段中部，最后一個壩段下游四分之一處。溫度傳感器進(jìn)場后應(yīng)及時進(jìn)行率定，確保溫度傳感器正常。安裝前也應(yīng)對溫度傳感器進(jìn)行檢查，確保使用前溫度傳感器完好。碾壓混凝土內(nèi)的溫度傳感器及電纜的埋設(shè)采用后埋法。在埋設(shè)高程碾壓分層施工完成后，挖設(shè)坑槽?？硬凵疃却笥?0cm，采用該部位原混凝土，剔除大于40mm粒徑骨料的新鮮混凝土進(jìn)行人工回填并搗實(shí)，確?；靥罨炷恋拿軐?shí)。由于在溢流壩段溫度傳感器電纜不得從溢流面穿出，因此，須做好溫度傳感器電纜跨橫縫處理。

3.7 采集分控站遷移

現(xiàn)場施工高峰期時，現(xiàn)場混凝土澆筑、碾壓混凝土入倉道路臨時變化、備倉過程模板拆除作業(yè)、混凝土倉面沖洗、混凝土養(yǎng)護(hù)、供水管路改線等均對分控站產(chǎn)生一定影響，其中，影響較大的為入倉道路臨時變化和供水管路改線。入倉道路臨時變化會導(dǎo)致一個或多個分控站拆除、遷移，從而導(dǎo)致該區(qū)域智能通水中斷。鋪筑入倉道路易造成內(nèi)部溫度傳感器外露電纜損壞或引起內(nèi)部溫度無法采集，從而導(dǎo)致無法指導(dǎo)冷卻通水。這就要求在分控站拆除和遷移過程中加強(qiáng)溫度傳感器電纜和外露冷卻水管的保護(hù)和標(biāo)記。一般將外露冷卻水管整理后對該區(qū)域采用細(xì)石渣或細(xì)砂進(jìn)行足夠厚度的覆蓋，溫度傳感器電纜采用穿管保護(hù)，保證修筑過程中不會被石塊砸斷或壓斷。另外，對溫度傳感器電纜和外露冷卻水管接頭做好標(biāo)記，確保與分控站設(shè)備接口一一對應(yīng)。供水管路改線將導(dǎo)致通水中斷，內(nèi)部溫度無法控制，因此應(yīng)盡量保證供水正常，如必須改線應(yīng)盡快施工，盡可能縮短供水中斷時間。

針對上述情況，應(yīng)提前規(guī)劃，在年度溫控方案中直接說明，在月施工計(jì)劃中也須做好分控站與施工通道、供排水管線、入倉口之間的相互配合，盡量避免采集分控站運(yùn)行過程中的遷移。

4 系統(tǒng)軟件管理

大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)軟件是現(xiàn)場溫控設(shè)備的延伸，是整個智能溫控系統(tǒng)的核心，通過無線網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將各類指令發(fā)送至現(xiàn)場分控站，指導(dǎo)現(xiàn)場溫控設(shè)備進(jìn)行各項(xiàng)溫控措施。施工單位安排專人負(fù)責(zé)將現(xiàn)場澆筑信息、溫控設(shè)備使用信息、水管信息等錄入軟件系統(tǒng)，并完成調(diào)試工作，保證軟件及硬件運(yùn)行正常，同時負(fù)責(zé)系統(tǒng)軟件的預(yù)警處理工作。軟件研發(fā)單位系統(tǒng)管理員協(xié)助指導(dǎo)施工單位進(jìn)行系統(tǒng)的日常使用和維護(hù)工作。監(jiān)理單位安排專人負(fù)責(zé)對施工單位錄入的各項(xiàng)基本信息進(jìn)行審核，確保與現(xiàn)場實(shí)際情況相一致，監(jiān)督施工單位完成調(diào)試工作，確?，F(xiàn)場分控站正常運(yùn)行，開始進(jìn)行智能通水；根據(jù)系統(tǒng)軟件預(yù)警信息監(jiān)督施工單位及時進(jìn)行預(yù)警處理。

根據(jù)目前本工程智能溫控系統(tǒng)軟件運(yùn)行以來的管理情況，智能溫控系統(tǒng)運(yùn)行初期出現(xiàn)最多的問題在于錄入信息錯誤、錄入不及時等，主要是由于初次運(yùn)用智能溫控系統(tǒng)，對溫控系統(tǒng)軟件和現(xiàn)場溫控設(shè)備不熟悉，智能溫控系統(tǒng)應(yīng)用與過去溫度控制管理有所差別，施工人員思想觀念尚未轉(zhuǎn)變，認(rèn)為溫控系統(tǒng)應(yīng)用增加了很多的錄入工作，增加了較多的工程量，導(dǎo)致溫控系統(tǒng)軟件管理與現(xiàn)場溫控實(shí)際管理存在一定的脫節(jié)現(xiàn)象。

隨著混凝土的澆筑，溫控系統(tǒng)和溫控設(shè)備逐步應(yīng)用，溫控系統(tǒng)逐漸融入到混凝土溫控管理當(dāng)中，錄入信息錯誤、錄入不及時等問題很少發(fā)生，系統(tǒng)中更多的出現(xiàn)溫度采集中斷、通水中斷或通水流量不足等問題。這主要是由于施工逐漸進(jìn)入高峰期，各項(xiàng)施工作業(yè)全面展開，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)場分控站設(shè)備運(yùn)行、溫度傳感器及電纜、冷卻水管布置等出現(xiàn)了變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不斷出現(xiàn)溫度采集中斷、通水中斷或通水流量不足等各類預(yù)警。應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員教育，注意溫控設(shè)備的保護(hù)，規(guī)范布置冷卻水管、溫度傳感器及電纜。

5 結(jié) 語

大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)正處于起步階段，硬件配套設(shè)施還有待完善。通水控制設(shè)備及溫度采集設(shè)備個體較大，現(xiàn)場布置困難，與其他工作面施工相互干擾，造成設(shè)備多次搬遷影響正常通水；數(shù)據(jù)采集分析工程量大，對計(jì)算機(jī)配置及網(wǎng)絡(luò)需求較高，需要不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋及傳輸路線，避免數(shù)據(jù)丟包，避免對混凝土內(nèi)部溫度控制不連續(xù)；豐滿水電站重建工程主體為碾壓混凝土施工，溫度傳感器及電纜線需增加自身強(qiáng)度，避免碾壓施工損壞溫度傳感器，造成溫度監(jiān)測缺失；由于現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，且氣候多變，需增強(qiáng)溫度傳感器溫度采集的準(zhǔn)確性和抗干擾性，確保溫度采集數(shù)據(jù)真實(shí)，便于系統(tǒng)更準(zhǔn)確地進(jìn)行溫度控制和數(shù)據(jù)分析。

施工管理的智能化、信息化是未來發(fā)展的趨勢。就豐滿水電站重建工程而言，目前大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)主要運(yùn)用于現(xiàn)場冷卻通水的智能化以及各項(xiàng)溫控信息的綜合分析與指導(dǎo)，主要是針對混凝土內(nèi)部溫度的智能化控制。大體積混凝土的溫度控制也將逐步實(shí)現(xiàn)對混凝土出機(jī)口溫度、混凝土澆筑溫度等各方面各環(huán)節(jié)的智能化控制。各級管理人員的思想觀念應(yīng)有所轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)對施工人員的教育培訓(xùn)，各工種之間加強(qiáng)溝通、密切配合，才能將智能溫控系統(tǒng)順利應(yīng)用于施工管理之中。