白鶴灘水電站特高拱壩智能通水卻冷施工工藝及要點

劉 洋，楊 靜

（中國水利水電第八工程局有限公司白鶴灘施工局，615421，寧南）

一、概 述

白鶴灘拱壩壩高289 m，混凝土澆筑量大，施工工期緊，澆筑強度大。壩址地處金沙江下游干熱河谷，夏季炎熱多雨，高溫持續(xù)時間長，冬季干燥多風、氣溫較低且驟降頻繁，對混凝土表面防裂施工影響較大。

白鶴灘拱壩底部厚度大，基礎約束作用強，對拱壩混凝土溫控標準要求高，對混凝土澆筑溫度、最高溫度、內(nèi)外溫差、上下層溫差及降溫速率要求嚴，溫控工作量較大。為此白鶴灘建設者開發(fā)了一套能夠實現(xiàn)自動通水、精確控溫、海量數(shù)據(jù)儲存及分析的智能通水系統(tǒng)。

二、工作原理及主要特點

1.工作原理

①在新澆筑大體積混凝土中埋入溫度傳感器實時測量混凝土溫度；在進出水管上安裝測溫裝置測量進出水溫度，以此確定實時流量；再通過控制平臺系統(tǒng)調(diào)節(jié)冷卻水的通水流量以對混凝土溫度進行智能化控制。

②智能溫控Web平臺可實時對相關施工信息、溫度、冷卻通水等信息進行采集、分析和評價，結合仿真分析可實時對溫度智能控制及監(jiān)控效果進行評價。

智能通水Web軟件平臺包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、單倉分析、多倉分析等功能模塊，其中系統(tǒng)管理可實現(xiàn)用戶管理、權限管理，數(shù)據(jù)管理可實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入、導出及備份功能，單倉分析可實現(xiàn)按照單個倉的流量、混凝土溫度、進出口水溫進行采集和分析，多倉分析可實現(xiàn)灌漿區(qū)域溫度和流量分析查看等。

③特高拱壩澆筑過程中需在壩后布置臨時或永久鋼棧橋，一般在鋼棧橋上布置一套智能通水設備對混凝土進行控溫處理。白鶴灘大壩施工時面臨設備較多、管路繁雜、布置空間有限等問題，經(jīng)研究白鶴灘大壩采用在壩后棧橋布置智能通水管路，既方便了施工，又降低了施工風險，保證了施工質量。

④通過智能化設計、程序化管理、精細化布置，保證特高拱壩智能通水冷卻施工。

2.主要特點

①建立一套獨立智能遠程實時、在線、個性化、適合全壩段的集成溫控系統(tǒng)和應用技術方案，突破了傳統(tǒng)通水冷卻人工控制方式和簡單通水控制方式的制約，達到了“小溫差、早冷卻、慢冷卻”的效果，保證了精確、連續(xù)、個性化控溫，大幅度節(jié)省溫控防裂費用。

②通過現(xiàn)場試驗和實際運行，研發(fā)了基于Web和微信移動平臺的查詢和發(fā)布平臺——智能溫控Web平臺，滿足實時在倉數(shù)增多、海量數(shù)據(jù)累積客觀條件下的數(shù)據(jù)快速查詢、分析功能。

③采用美觀、實用的壩后棧橋智能通水設備布置方法，不僅便于操作截止閥控制通水啟閉，而且管路及設備布置整齊、有序，能很好地避免因混淆管路而導致的通水施工事故，保證冷卻通水正常進行。

三、智能通水工藝流程及施工要點

1.施工工藝流程

干熱河谷特高拱壩智能通水冷卻施工工藝流程為：冷水站及壩后鋼棧橋布置→倉外智能通水設備布置→集成控制柜與一體閥集成柜連接→集成柜與進出水管對接→進、出水溫度計安裝→倉內(nèi)冷卻水管鋪設→倉面溫度計連接→控制柜軟件開通和設置→后方服務器開通→現(xiàn)場數(shù)據(jù)網(wǎng)絡開通→移動平臺及Web系統(tǒng)使用。

2.操作要點

（1）冷水站及壩后鋼棧橋布置

根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗及大壩冷卻規(guī)程要求，大壩同一時期通水冷卻高差范圍為78 m左右。制冷水采用多臺B型移動式冷水站，分時段分5層布置在壩后右岸水墊塘邊坡馬道上，每層冷水站布置4～5臺機組。此外，根據(jù)拱壩壩體結構，結合水墊塘現(xiàn)場馬道及5層冷水站布置位置，在拱壩壩后每2～3個灌漿區(qū)設置一層施工棧橋，共需布置4層永久鋼棧橋及7層臨時鋼棧橋。

（2）智能通水設備布置

在壩后棧橋每個橫縫處布置1臺控制柜，并在其周邊布置由其控制的3臺通水集成柜及熱交換裝置等。此外，在壩后冷卻水管預留槽引出位置呈臺階狀擺放通水集成柜、冷卻水主管、供水包等智能通水設備（見圖1）。

圖1 壩后臨時鋼棧橋智能通水設備側視圖

（3）智能通水設備連接

現(xiàn)場一體閥集成控制柜和集成控制柜根據(jù)回路需要組合使用，相互連接采用航空插頭軟連接，兩柜體之間需留有空隙。此外，一體閥集成控制柜各通水回路接頭帶安裝螺紋和螺紋裝配管，與供水包連接采用對絲軟管連接。

（4）溫度計安裝與連接

①出水溫度計在出廠前已預裝完畢，僅需將通水柜的航空電纜與控制柜的航空插頭對接，注意電纜和插頭上的代號必須匹配。

進水溫度計在控制柜現(xiàn)場外安裝，首先將溫度計電纜集中接入端子箱中，端子箱到控制柜的溫度模塊用三芯電纜連接。

在一體集成控制柜外部每一或多個通水管道回路，需加裝內(nèi)部測溫裝置，并通過電纜接線，采用航空插頭與控制柜連接。

②倉面溫度計需要在通水現(xiàn)場安裝和連接，不同于進水溫度計的是，倉面溫度計直接接入控制柜的溫度模塊中，而且由于長度限制，溫度模塊的每一通道只允許連接1支倉面溫度計。

（5）倉內(nèi)冷卻水管鋪設

①壩體冷卻水管布置在各澆筑層內(nèi)坯層面上，采用蛇形布置，水平和豎直間距須嚴格按照設計要求鋪設。

②冷卻水管距上下游壩面、橫縫面的距離為0.8 m，局部在0.5～1.5 m范圍內(nèi)調(diào)整；冷卻水管距廊道、孔口、電梯井等的距離一般為0.5～0.8 m。

③冷卻水管每2 m采用U形卡進行固定，轉彎處需增設U形卡。

（6）控制柜軟件開通和設置

現(xiàn)場共有3個控制柜，從左至右分別標記為1、2、3號柜，其中1號柜裝有22套通水回路 （每套回路含1只溫控閥、1支流量計、1支進水溫度計，出水溫度計需現(xiàn)場安裝），標號為1～22；2號柜裝有 PLC及其輔助模塊，用于讀取流量計、溫度計信號并上傳至上位機，同時接收上位機命令對溫控閥進行流量或開度控制；3號柜亦裝有20套通水回路，標號為23～44。

圖2 Web查詢使用功能模塊

控制柜接入電源，通水軟件建立與PLC的通信后，開始上報數(shù)據(jù)。每一套PLC控制柜都有一個IP地址，將此IP輸入到發(fā)送部分的IP地址欄，隨后在回路下拉框中選擇需要開通的回路號，在模式下拉框中選擇工作模式，設置控制回路。

（7）后方服務器開通

智能系統(tǒng)服務器安裝在現(xiàn)場集裝箱機房，機房人員負責硬件和網(wǎng)絡的運行環(huán)境保持工作。調(diào)試通水閥門的上報與命令下發(fā)。接收大壩混凝土溫度計上報的數(shù)據(jù)，通過控制柜端可以觀察上報的個數(shù)以及接收到的服務器命令。

（8）現(xiàn)場數(shù)據(jù)網(wǎng)絡開通

現(xiàn)場使用無線4G網(wǎng)絡連接后方服務器及系統(tǒng)。

（9）移動平臺及Web系統(tǒng)使用

Web系統(tǒng)在屏幕尺寸較大的PC機或者平板機上使用，使用功能模塊見圖2。移動平臺在智能手機上使用，操作者使用微信平臺即可完成大部分的維護操作任務，如查看每倉通水及溫度數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)通水模式及流量、查看流量及溫度曲線、輸出各類報表等。

四、結 語

白鶴灘拱壩施工中形成了一套自動通水、精確控溫、數(shù)據(jù)儲存及分析的智能通水冷卻智能系統(tǒng)，大幅度降低了施工人員的勞動力投入，將大壩水管冷卻導致的開裂風險控制在設計允許范圍之內(nèi)，有效地保證了工程施工質量和施工進度。