智能通水在烏東德大壩混凝土溫控中的應(yīng)用

石曉杰，普新友（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司， 陜西 西安 710061）

1 工程概況

烏東德水電站是金沙江下游河段四個(gè)水電梯級(jí)中的最上游梯級(jí)，壩址控制流域面積 40.61 萬(wàn) km2，多年平均流量 3830m3/s，多年平均徑流量 1207 億m3。電站主要任務(wù)是以發(fā)電為主，兼顧長(zhǎng)江中下游防洪，并具有改善庫(kù)區(qū)及下游航運(yùn)條件、攔沙等綜合利用效益。

樞紐工程（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，最大壩高 270m，拱冠頂厚 11.98m，拱冠底厚51.41m，頂拱上游面弧長(zhǎng) 326.95m，厚高比 0.19，全壩僅由 15 個(gè)壩段組成，為目前世界上最薄的 300m級(jí)高拱壩；泄水建筑物主要由壩身 5 個(gè)表孔、6 個(gè)中孔及左岸 3條泄洪洞組成，表孔孔口尺寸 12m×16m，中孔孔口尺寸 6m×7m，泄洪洞進(jìn)口控制斷面尺寸 14m×10m；引水發(fā)電系統(tǒng)采用地下廠房，左、右兩岸各布置 6 臺(tái)（共12 臺(tái)）單機(jī)容量 850 MW 的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量10200 MW，多年平均發(fā)電量 389.1 億 kW·h。

烏東德水電站大壩全壩采用低熱水泥混凝土澆筑，主要混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C18035W14F200 及 C18030W12F200，混凝土總量約 269.2 萬(wàn)m3。鑒于本項(xiàng)目沒(méi)有成熟的低熱水泥混凝土溫控經(jīng)驗(yàn)可以參考，加之拱肩槽開挖坡度較陡（綜合坡比 1∶0.4），項(xiàng)目組積極探索有效的溫控防裂措施，真正實(shí)現(xiàn)大壩混凝土通水冷卻的精準(zhǔn)化和智能化，這對(duì)拱壩防裂及接縫灌漿順利實(shí)施都具有重要的意義。

2 混凝土控溫方法

從溫控角度看，混凝土的澆筑溫度、最高溫度和最終穩(wěn)定溫度是混凝土的三個(gè)特征溫度，其中，最高溫度等于澆筑溫度加上水化熱溫升，而最終穩(wěn)定溫度取決于當(dāng)?shù)貧夂驐l件和壩體結(jié)構(gòu)形式。因此，工程上首先控制澆筑溫度和水化熱溫升，最終確保混凝土最高溫度受控。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，通水冷卻是降低大體積混凝土水化熱引起的溫度應(yīng)力，避免開裂和達(dá)到設(shè)計(jì)要求封拱灌漿溫度應(yīng)采取的必要技術(shù)措施。通水冷卻第一次在工程領(lǐng)域中的正式應(yīng)用源自于 20 世紀(jì) 30年代，美國(guó)墾務(wù)局在修建胡佛水壩（Hoover）的過(guò)程中，首次在混凝土倉(cāng)中全面預(yù)埋冷卻水管進(jìn)行人工通水冷卻，起到了較理想的溫控防裂效果；隨后，冷卻水管以其應(yīng)用的靈活性、可靠性及多用性等特點(diǎn)，在世界各國(guó)混凝土壩施工中被廣泛采用。

我國(guó)在 1955年修建第一座混凝土拱壩——響洪甸拱壩時(shí)，首次采用了預(yù)埋冷卻水管，建成后達(dá)到了不錯(cuò)的防裂效果。隨后，在三峽大壩、周公宅拱壩、二灘拱壩、大潮山圍堰、索風(fēng)營(yíng)水電站碾壓混凝土壩、龍灘水電站碾壓混凝土重力壩、白沙水庫(kù)、小灣拱壩、錦屏一級(jí)拱壩、溪洛渡拱壩等眾多大型水利工程中得到了廣泛應(yīng)用，并獲得了較好的溫控防裂效果。從眾多的大體積混凝土工程實(shí)踐中可以看出：通水冷卻已成為大體積混凝土壩設(shè)計(jì)和施工中不可或缺的一項(xiàng)關(guān)鍵溫控防裂措施。

過(guò)去，人工調(diào)節(jié)通水流量間隔長(zhǎng)、不精確，人工采集溫度和流量數(shù)據(jù)工作量大、精準(zhǔn)度差，不能做到實(shí)時(shí)、靈活地根據(jù)混凝土溫度變化對(duì)通水流量進(jìn)行精確調(diào)控，特別是大壩混凝土溫度、通水流量、水溫等數(shù)據(jù)。

在烏東德水電站大壩混凝土通水冷卻過(guò)程中，為了彌補(bǔ)人工通水冷卻調(diào)控的不足，項(xiàng)目組借助現(xiàn)代信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能控制技術(shù)，采用智能化通水冷卻，實(shí)現(xiàn)全面感知、真實(shí)分析、自動(dòng)調(diào)控、精準(zhǔn)控制。

3 智能通水系統(tǒng)及軟件平臺(tái)

3.1 智能通水系統(tǒng)

智能通水系統(tǒng)是一種可提供實(shí)時(shí)在線控制的智能溫度控制方法及系統(tǒng)，具有全面感知、實(shí)時(shí)傳輸、調(diào)控靈敏、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。該系統(tǒng)通過(guò)建立一個(gè)獨(dú)立智能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)、在線個(gè)性化，適合全壩段的集成溫控系統(tǒng)和應(yīng)用技術(shù)方案，突破了傳統(tǒng)通水冷卻人工控制方式和簡(jiǎn)單型通水控制方式的制約，實(shí)現(xiàn)了“小溫差、早冷卻、慢冷卻、個(gè)性化、精確化、智能化”降溫和控溫。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)用，項(xiàng)目組研發(fā)了基于WEB和微信移動(dòng)平臺(tái)的查詢和發(fā)布系統(tǒng)，在倉(cāng)數(shù)增多、海量數(shù)據(jù)累積條件下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)快速查詢和分析。如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)包括：熱交換裝置、熱交換輔助裝置、控制裝置和數(shù)據(jù)采集裝置。

3.1.1 熱交換裝置

熱交換裝置通過(guò)輸入媒介（冷卻水）與大壩混凝土交換熱量，將混凝土發(fā)熱量導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)控制混凝土溫升的目的。熱交換裝置包括主供、回水管道，以及支進(jìn)、回水管。

3.1.2 熱交換輔助裝置

流、溫一體控制集成柜，與熱交換裝置連接，為熱交換裝置輸入熱交換媒介（冷卻水），同時(shí)也將經(jīng)過(guò)熱交換后的媒介從熱交換裝置中輸出。熱交換輔助裝置包括流、溫一體智能控制閥門，主要用于控制熱交換媒介的輸入流量和開度。該智能閥門既可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入?yún)?shù)進(jìn)行手動(dòng)控制，也可以接收來(lái)自控制裝置的控制參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

熱交換裝置和熱交換輔助裝置配對(duì)，且至少包括兩個(gè)端口，一個(gè)端口用于輸入熱交換媒介（冷卻進(jìn)水），另一個(gè)端口用于輸出熱交換后的熱交換媒介（回水），每個(gè)輸入端口或者輸出端口設(shè)置一個(gè)智能閥門。每個(gè)端口均具備雙向操作能力，既可輸入熱交換媒介，又可輸出熱交換后的媒介，當(dāng)反向操作時(shí)，原熱交換輸入端口變?yōu)闊峤粨Q后熱交換媒介的輸出端口，原熱交換輸出端口變?yōu)闊峤粨Q媒介的輸入端口。

熱交換輔助裝置還應(yīng)包括熱交換媒介存儲(chǔ)裝置和處理裝置。存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)熱交換媒介。熱交換媒介處理裝置用于處理從熱交換裝置輸出的經(jīng)過(guò)熱交換后的熱交換媒介，使之符合熱交換需要的溫度和流量。例如，當(dāng)需要對(duì)大壩混凝土降溫時(shí)，可調(diào)整熱交換媒介（冷卻水）的溫度或輸入流量。

熱交換輔助裝置中的每組管路，均與一體流、溫控制集成柜對(duì)應(yīng)連接一個(gè)一體流、溫控制裝置。該一體流溫控制裝置包含了流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、內(nèi)插數(shù)字溫度計(jì)，用于進(jìn)行實(shí)時(shí)流量和溫度的采集；通過(guò)數(shù)據(jù)采集上傳，以及控制指令對(duì)流量實(shí)現(xiàn)大小的控制，還可以實(shí)現(xiàn)方向控制。

3.1.3 控制裝置

控制裝置即數(shù)據(jù)采集反饋集成控制柜與熱交換裝置和熱交換輔助裝置有線連接。用于實(shí)現(xiàn)對(duì)熱交換裝置和熱交換輔助裝置的控制, 還可用于收集熱交換輔助裝置的參數(shù)數(shù)據(jù)，如：熱交換媒介（冷卻水）的流量、熱交換裝置輸入熱交換媒介的溫度、熱交換裝置熱交換后輸出的熱交換媒介溫度，以及收集大壩混凝土數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)，如探測(cè)點(diǎn)混凝土溫度數(shù)據(jù)等。

控制裝置包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置，用于將收集到的熱交換參數(shù)裝置的參數(shù)數(shù)據(jù)與大壩混凝土數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類，初步對(duì)比分析，并將數(shù)據(jù)傳到云，在云上進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、分析；接收云計(jì)算后下發(fā)的調(diào)控指令，把指令分解到各個(gè)子模塊執(zhí)行。

控制裝置還包括一個(gè)顯示裝置，用于對(duì)處理裝置處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，顯示方式為圖表形式。同時(shí)，控制裝置還包括輸入裝置，輸入裝置用于輸入大壩混凝土的溫度控制參數(shù)，控制熱交換輔助裝置和熱交換裝置按照設(shè)定的溫度控制策略控制混凝土的溫度。大壩混凝土溫度控制參數(shù)根據(jù)壩體內(nèi)埋設(shè)的溫度傳感器（電阻或數(shù)字溫度計(jì)、光纖測(cè)溫管）探測(cè)的溫度值和混凝土本身的降溫需求而設(shè)定。

3.1.4 數(shù)據(jù)采集裝置

數(shù)據(jù)采集裝置至少包括一個(gè)傳感器－數(shù)字式溫度計(jì)。該傳感器埋設(shè)于混凝土內(nèi)，用于探測(cè)大壩混凝土內(nèi)部的溫度，傳感器裝置將探測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給控制裝置。一個(gè) 3m或 4.5m升層混凝土澆筑倉(cāng)內(nèi)會(huì)埋設(shè) 3 支或 4 支點(diǎn)溫監(jiān)測(cè)傳感器，典型壩段還埋設(shè)了用于線溫監(jiān)測(cè)的光纖測(cè)溫管?？刂蒲b置根據(jù)接收的多個(gè)溫度值計(jì)算出混凝土的平均溫度。預(yù)埋混凝土內(nèi)多點(diǎn)溫度傳感器可與數(shù)據(jù)采集反饋集成控制柜直接有線相連，或者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多點(diǎn)采集儀與主控制裝置之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線通信。為了方便安裝和提高可靠性，大壩混凝土內(nèi)部數(shù)據(jù)采集器與控制柜直接有線相連。

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能通水系統(tǒng)還可以采用遠(yuǎn)端控制裝置、現(xiàn)場(chǎng)控制裝置分別，與熱交換輔助裝置、熱交換裝置、大壩數(shù)據(jù)采集裝置和遠(yuǎn)端控制裝置連接。溫度控制策略由遠(yuǎn)端控制裝置發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置控制熱交換輔助裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩混凝土的溫度控制?，F(xiàn)場(chǎng)裝置根據(jù)收到的溫度控制策略，采用無(wú)線或光纖有線方式發(fā)送控制參數(shù)給熱交換輔助裝置，控制熱交換輔助裝置的智能閥門和熱交換媒介的輸入量。

3.2 智能通水軟件平臺(tái)

大壩混凝土通水冷卻智能溫控 WEB 軟件平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“智能溫控 WEB 平臺(tái)”）可實(shí)時(shí)對(duì)溫度、冷卻通水流量等信息進(jìn)行采集和分析，并可對(duì)溫度智能控制及監(jiān)控效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，等等。

智能通水 WEB 軟件平臺(tái)含有系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、單倉(cāng)分析、多倉(cāng)分析等功能模塊。其中：系統(tǒng)管理模塊實(shí)現(xiàn)用戶管理和權(quán)限管理；數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出和備份；單倉(cāng)分析模塊用于分析通水流量、混凝土溫度和進(jìn)出口水溫；多倉(cāng)分析模塊用于分析溫度梯度、灌區(qū)溫度等。該軟件臺(tái)平不僅可向用戶提供查詢和展示圖文并茂的采集、分析和評(píng)價(jià)成果，而且還具備超標(biāo)數(shù)據(jù)（實(shí)測(cè)值不滿足設(shè)計(jì)控制值）的提醒和報(bào)警功能。

4 智能通水設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置

4.1 制冷站、管路和棧橋布置

按照烏東德大壩的總體溫控規(guī)劃，施工階段分為 4期，共布置 4 個(gè)冷水站，每站設(shè) 3～5 臺(tái)制冷機(jī)組，按左右岸不同高程交錯(cuò)周轉(zhuǎn)布置（最多同時(shí)使用2 個(gè)冷水站），各站控制高度約 60m～80m，每個(gè)機(jī)組可分別生產(chǎn)8℃～16℃ 制冷水（可按需要進(jìn)行調(diào)溫）。規(guī)劃明確，初期冷卻最大用水量約為 170m3/h，中期冷卻最大用水量約為 460m3/h，后期冷卻最大用水量約為 570m3/h，各階段冷卻水量均能滿足溫控需求。

每個(gè)冷水站安裝兩進(jìn)、兩回主管網(wǎng)，主供、回水管從制冷站接裝至壩后各層水平鋼棧橋，間隔 18m高程設(shè)一層水平棧橋，連通左右岸，在主管道上分壩段焊裝支管連接控制閥，支管與主管、智能控制柜連接向混凝土通水冷卻。

4.2 智能通水控制柜布置

每套智能通水控制柜包括 3 個(gè)控制子柜，在壩后水平棧橋安裝，并柜連接（見圖 1）。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)控制柜并柜圖

圖1 從左至右分別標(biāo)記為 1、2、3號(hào)柜。其中 1號(hào)和3號(hào)柜可分別裝 24 套通水管路；每套管路含 1 只溫控閥、1 只超聲波流量計(jì)、1 只溫度計(jì)，標(biāo)號(hào)為 1～24，且側(cè)邊裝有輔助模塊。2號(hào)柜裝有程序邏輯控制（PLC）裝置及其輔助模塊，用于讀取流量計(jì)、溫度計(jì)信號(hào)并上傳至上位機(jī)，同時(shí)接收上位機(jī)命令對(duì)溫控閥進(jìn)行流量或開度控制。

截至 2018年5月底，烏東德大壩已澆筑 10 個(gè)壩段，最大壩高 130m，共使用智能通水設(shè)備 15 套（見圖 2）。

圖2 智能通水系統(tǒng)通水管路連接圖

5 智能通水措施

5.1 最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)大壩混凝土施工的技術(shù)要求，大壩混凝土按照基礎(chǔ)約束區(qū)和脫離基礎(chǔ)約束區(qū)進(jìn)行最高溫度控制（見表 1）。

表1 烏東德水電站大壩混凝土設(shè)計(jì)允許最高溫度

在施工過(guò)程中，水科院進(jìn)行相關(guān)仿真分析。分析結(jié)果表明：陡坡壩段坡度越陡，溫度應(yīng)力越大，溫控措施應(yīng)越嚴(yán)格；且最高溫度對(duì)大壩溫度應(yīng)力影響明顯，每降低 1℃，最大應(yīng)力可減小 0.1 MPa～0.3 MPa。根據(jù)以上結(jié)論并結(jié)合橫縫張開情況，經(jīng)研究，項(xiàng)目組對(duì)陡坡壩段混凝土最高溫度控制標(biāo)準(zhǔn)做出如下適當(dāng)調(diào)整：陡坡壩段壩塊體型未完全形成前（上下游壩面尚未完全出露，岸坡側(cè)存在與基巖接觸），最高溫度按 23℃ 控制；脫離基礎(chǔ)約束區(qū)后，最高溫度按 27℃ 控制；在壩塊體型全面形成至約束區(qū)分界線之間范圍，最高溫度按 25℃ 控制。

5.2 各階段冷卻通水目標(biāo)溫度

大壩混凝土分初期冷卻、中期冷卻、后期冷卻三個(gè)階段進(jìn)行混凝土通水降溫。

（1）高程 871m以下，初定各階段目標(biāo)溫度分別為22℃～25℃（約束區(qū) 22℃～24℃，非約束區(qū)23℃～25℃）、18℃～19℃、13℃。實(shí)施過(guò)程中，考慮到橫縫面張開度情況較好（前四個(gè)灌區(qū)達(dá)到 0.87mm～1.78mm），通過(guò)仿真分析，項(xiàng)目組研究決定，對(duì)各階段目標(biāo)溫度進(jìn)行調(diào)整：初期冷卻目標(biāo)溫度（21±1）℃，中期冷卻目標(biāo)溫度（17±1）℃，后期冷卻目標(biāo)溫度 13℃（－1℃～＋0.5℃）。

（2）高程 871m～934m，初定各階段目標(biāo)溫度分別為 24℃～26℃（約束區(qū) 24℃～25℃，非約束區(qū)25℃～26℃）、19℃～20℃、14℃（－1℃～＋0.5℃）。

（3）高程 934m～964m，初定各階段目標(biāo)溫度分別為 25℃～27℃（約束區(qū) 25℃～26℃，非約束區(qū)26℃～27℃）、20℃～21℃、15℃（－1℃～＋0.5℃）。

（4）高程 964m～988m，初定各階段的目標(biāo)溫度分別為 25℃～28℃（約束區(qū) 25℃～26℃，非約束區(qū)27℃～28℃）、21℃～22℃、16℃（－1℃～＋0.5℃）。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，將會(huì)參照高程 871m以下溫控成果，并通過(guò)仿真分析后，確定合適的大壩高程 871m以上各階段通水冷卻目標(biāo)溫度。

5.3 倉(cāng)面冷卻水管埋設(shè)

烏東德水電站主要采用 4.5m升層澆筑，部分基礎(chǔ)約束區(qū)及中孔牛腿等部位采用 3m升層澆筑，陡坡尖角部位最大采用過(guò) 6m升層澆筑，為避免層間間歇期，超標(biāo)局部采用 1.5m升層澆筑。倉(cāng)內(nèi)埋設(shè)高密度聚乙烯冷卻水管進(jìn)行通水冷卻，蛇形冷卻水管外徑 Ф32mm，壁厚 2mm，間距 1.5m×1.5m（水平×豎向）；倉(cāng)面首坯層澆筑完畢后，鋪設(shè)第一層冷卻水管，以后每澆筑 1.5m鋪設(shè)一層，采用 U 型卡固定；鋪設(shè)后人工振搗埋入澆筑坯層面以下 10 cm處。根據(jù)不同升層高度，每倉(cāng)鋪設(shè)冷卻水管 1～4 層，每層鋪設(shè) 1～3 套，每套長(zhǎng)度不超過(guò) 250m，施工前期部分倉(cāng)號(hào)采用倉(cāng)內(nèi)“一拖三”方式鋪設(shè)（見圖 3）。由于倉(cāng)內(nèi)“一拖三”無(wú)法根據(jù)混凝土單點(diǎn)溫度高低對(duì)每套冷卻水管的通過(guò)流量進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)，造成混凝土單點(diǎn)溫差過(guò)大的情況（2℃～5℃）。后期為了減小混凝土單點(diǎn)溫差，全部采用倉(cāng)內(nèi)“一拖一”（見圖 3）；倉(cāng)外可視混凝土單點(diǎn)溫差及智能通水柜接口數(shù)量，靈活采取“一拖 N”的方式。

圖3 倉(cāng)面冷卻水管布置形式

5.4 溫度梯度控制

烏東德大壩灌區(qū)自下而上被劃分為已灌區(qū)、擬灌區(qū)、一層同冷區(qū)、一層過(guò)渡區(qū)和蓋重區(qū)。通過(guò)壩段的均衡上升及對(duì)各灌區(qū)通水階段的轉(zhuǎn)換控制，合理控制壩體溫度梯度分布，控制上下相鄰灌區(qū)之間的平均溫差，且都≤6℃。同時(shí)，根據(jù)壩體內(nèi)每個(gè)部位埋設(shè)的數(shù)字溫度計(jì)所測(cè)混凝土單點(diǎn)溫度情況，項(xiàng)目組對(duì)相應(yīng)部位冷卻水管采取了個(gè)性化、智能化的通水流量調(diào)控措施，以確保同層灌區(qū)內(nèi)混凝土豎向及水平向的溫度梯度均≤3℃。

5.5 智能通水策略

為保證混凝土內(nèi)部均衡降溫，獲得平滑降溫曲線，項(xiàng)目組在實(shí)施降溫方案過(guò)程中堅(jiān)持“小溫差、慢冷卻”方針，針對(duì)低熱水泥混凝土采取“通斷法”通水降溫，并根據(jù)不同控制區(qū)制定相應(yīng)的通水預(yù)警策略。為使得冷卻水管在混凝土澆筑過(guò)程中損壞時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從每套冷卻水管埋設(shè)至收倉(cāng)期間均要進(jìn)行通水保壓，收倉(cāng)后的通水必須結(jié)合混凝土最高溫度分區(qū)情況采用“通斷法”通水。在最高溫度 23 ℃ 控制區(qū)，混凝土溫度達(dá)到或接近 20.5℃ 時(shí)開啟通水，當(dāng)收倉(cāng)后 1d內(nèi)混凝土溫升至 20℃ 時(shí)，即可開啟通水；在最高溫度 25℃ 控制區(qū)，混凝土溫度達(dá)到或接近 23℃ 時(shí)開啟通水，若收倉(cāng)后 2d內(nèi)混凝土溫升至 22℃時(shí)，即可開啟通水；在最高溫度 27℃ 控制區(qū)，混凝土溫度達(dá)到或接近 25℃ 時(shí)開啟通水，若收倉(cāng)后 2d 內(nèi)混凝土溫升至 24℃，即可開啟通水。在這一過(guò)程中，可根據(jù)降溫需求通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)流量大小進(jìn)行個(gè)性化通水。根據(jù)多倉(cāng)溫控經(jīng)驗(yàn)，初期通水水溫為 14℃～16℃，通水流量約為 20 L/min，一般歷時(shí) 18d即可以降至目標(biāo)溫度；中期通水水溫為 10℃～12℃，通水流量約為 17 L/min，一般歷時(shí) 22d即可降至目標(biāo)溫度；后期通水水溫為 8℃～10℃，通水流量約為 15 L/min，一般歷時(shí) 25d即可降至目標(biāo)溫度。

混凝土收倉(cāng)后，根據(jù)最高溫度控制值、日降幅要求（不超過(guò) 0.3℃/d～0.5℃/d），通水冷卻時(shí)長(zhǎng)、降溫時(shí)段、控溫時(shí)段進(jìn)行溫控曲線預(yù)設(shè)。

5.6 各階段控溫措施

各階段混凝土溫度降至目標(biāo)溫度后，即關(guān)閉通水轉(zhuǎn)入控溫階段，控溫過(guò)程中加強(qiáng)日查看，發(fā)現(xiàn)混凝土回溫超目標(biāo)溫度范圍 0.5℃ 時(shí)，即開啟閥門進(jìn)行小流量（5 L/min～8 L/min）的通水控溫，水溫與各階段通水水溫相同，再次達(dá)到目標(biāo)溫度范圍后停止通水。

接縫灌漿后一個(gè)月內(nèi)，當(dāng)同一灌區(qū)混凝土平均溫度回升 0.5℃～1℃ 時(shí)，采用 8℃～10℃ 水溫、8 L/min～10 L/min 小流量通水進(jìn)行控溫；接縫灌漿完畢超過(guò)一個(gè)月后，不再進(jìn)行控溫。

6 存在問(wèn)題及解決方案

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，偶爾會(huì)出現(xiàn)流量不顯示、溫度采集異常、通水不均、日降幅突變（超標(biāo)或較?。┑葐?wèn)題。針對(duì)具體問(wèn)題，項(xiàng)目組先進(jìn)行檢查和分析，然后采取調(diào)控或改進(jìn)措施，以減少類似問(wèn)題的出現(xiàn)。

6.1 通水流量不顯示

主要原因：手工閥門未開；制冷機(jī)組未供應(yīng)冷卻水；大部分通水柜內(nèi)都存在漏水等情況導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)進(jìn)水損壞；流量計(jì)由于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)，施工等原因造成異物堵塞。

對(duì)應(yīng)的解決方案：開啟手工閥門；開啟制冷機(jī)組，以保證冷卻水正常供應(yīng)；所有通水柜內(nèi)全部更換高防水流量計(jì)，以便更好地服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)通水質(zhì)量，從現(xiàn)場(chǎng)一段時(shí)間的運(yùn)用情況來(lái)看，高防水流量計(jì)較普通流量計(jì)穩(wěn)定性更高，損壞率大幅度降低；在原通水柜中加裝過(guò)濾閥；針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部分流量計(jì)渦輪堵塞情況，后續(xù)智能通水柜全部采用超聲波流量計(jì)，超聲波流量計(jì)儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，可有效避免管內(nèi)出現(xiàn)因焊渣、熱熔膠頭而導(dǎo)致的管道堵塞現(xiàn)象，且無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件，不容易損壞。

6.2 溫度計(jì)失效或數(shù)據(jù)采集異常、中斷，日降幅突變

主要原因：現(xiàn)場(chǎng)受施工干擾或擠壓，造成溫度計(jì)、線纜損壞而失效；設(shè)備進(jìn)水、斷電、斷網(wǎng)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常，導(dǎo)致溫度數(shù)據(jù)采集異常、中斷。

對(duì)應(yīng)的解決方案：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)各支溫度計(jì)數(shù)據(jù)采集情況，及時(shí)檢查和維修設(shè)備，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)，提高作業(yè)人員保護(hù)意識(shí)；對(duì)于失效溫度計(jì)，若具備補(bǔ)埋條件，則通過(guò)打孔補(bǔ)埋；若不具備補(bǔ)埋條件及數(shù)據(jù)異常，則通過(guò)同倉(cāng)其他溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行分析，或通過(guò)悶溫檢查，復(fù)核混凝土內(nèi)部溫度；提高監(jiān)測(cè)通水溫度、流量頻次，若發(fā)現(xiàn)通水流量與設(shè)定流量誤差較大（過(guò)大或過(guò)?。瑧?yīng)及時(shí)檢查、調(diào)控。

6.3 通水不均

主要原因：某組管路流量數(shù)據(jù)采集異常；個(gè)別電磁閥電路板進(jìn)水導(dǎo)致?lián)p壞，閥門失控。

對(duì)應(yīng)的解決方案：后續(xù)智能通水柜全部采用電磁閥模塊，電路更優(yōu)化、集成度高、功耗低、可靠性高；合理規(guī)劃設(shè)備安裝位置，采取封閉、遮陽(yáng)、防水措施進(jìn)行保護(hù)，提高作業(yè)人員的維護(hù)意識(shí)。

7 智能通水的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間大量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，智能化通水冷卻主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）可移動(dòng)查詢、維護(hù)功能；可實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、持續(xù)性，達(dá)到“小溫差、慢冷卻”的效果，以降低混凝土溫度應(yīng)力。

（2）溫度變化自動(dòng)生成以時(shí)間為橫軸、溫度為縱軸的平滑曲線，便于實(shí)時(shí)查詢，總結(jié)溫變規(guī)律。

（3）溫度變化曲線與通水冷卻流量波線，可給人以直觀的視覺(jué)效果，指導(dǎo)過(guò)程調(diào)控通水流量大小。

（4）更加高效、精準(zhǔn)地按計(jì)劃完成預(yù)定降溫目標(biāo)，節(jié)約資源、提高效益。

8 智能通水的效果

截至 2018年5月底，烏東德大壩混凝土共澆筑 259倉(cāng)，澆筑最大壩高約為 130m，累計(jì)澆筑混凝土約為 93.49萬(wàn)m3，完成 7 個(gè)灌區(qū)共計(jì) 63m壩高的接縫灌漿施工。各倉(cāng)通水冷卻效果良好，各項(xiàng)溫控指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求并從嚴(yán)控制，各階段通水冷卻降溫目標(biāo)均在計(jì)劃時(shí)間前完成，各項(xiàng)溫控指標(biāo)符合率均達(dá)到 7.7% 以上，所澆筑大壩混凝土未發(fā)現(xiàn)裂縫，溫控防裂效果顯著，主要指標(biāo)符合率統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 2 所示。

表2 大壩混凝土溫控指標(biāo)控制成果統(tǒng)計(jì)表（259倉(cāng)）

9 結(jié) 語(yǔ)

智能通水冷卻系統(tǒng)在烏東德大壩混凝土溫控中得到全面應(yīng)用，并不斷得到改進(jìn)和完善，其控制過(guò)程也逐漸平穩(wěn)和智能化，硬件及軟件系統(tǒng)也更加穩(wěn)定可靠，適應(yīng)性更強(qiáng)、精確度更高，更有益于溫控效率的提高。智能通水冷卻系統(tǒng)使大壩混凝土溫控真正做到了個(gè)性化、精準(zhǔn)化和智能化，其良好的溫控效果為建設(shè)無(wú)裂縫高拱壩奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著該項(xiàng)技術(shù)趨于成熟，以及其他大壩智能建造項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)，我國(guó)引領(lǐng)世界壩工技術(shù)發(fā)展的新時(shí)代即將到來(lái)。