導(dǎo)語(yǔ)：灌漿施工過(guò)程可控論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

編者按：本文主要從工程概述；施工控制概念結(jié)構(gòu)；灌漿質(zhì)量子系統(tǒng)控制；工程費(fèi)用子系統(tǒng)控制；環(huán)境效應(yīng)子系統(tǒng)控制；結(jié)束語(yǔ)進(jìn)行論述。其中，主要包括：傳統(tǒng)的控制模型或方法舍棄了許多系統(tǒng)因子、工程實(shí)踐中要求施工控制理論和方法盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用、將灌漿工程看成包含幾個(gè)子結(jié)構(gòu)的、一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)、整個(gè)灌漿系統(tǒng)的控制過(guò)程、全系統(tǒng)的最優(yōu)控制不一定要求各子系統(tǒng)的全部最優(yōu)化、在全系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程分析、灌漿質(zhì)量子系統(tǒng)主要包括灌入能力、可塑性以及強(qiáng)度特性、尺寸效應(yīng)定理、劈裂定向定理、劈裂判別定理、吸滲反應(yīng)定理、施工控制策略要使灌漿的凈效益最大,而灌漿和施工控制費(fèi)用盡可能地小、環(huán)境效應(yīng)控制質(zhì)量指標(biāo)級(jí)別值的劃分、質(zhì)量指標(biāo)與影響程度和時(shí)效的定量關(guān)系等，具體請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)。

摘要:灌漿施工過(guò)程控制是一個(gè)復(fù)雜的控施工控制概念結(jié)構(gòu)制系統(tǒng),涉及到方方面面。在施工過(guò)程中選取具體的參數(shù)、控制手段和方法,才能使灌漿這一隱蔽工程作到可控,達(dá)到預(yù)期的灌漿施工目的。

關(guān)鍵詞:水利水電工程;灌漿施工技術(shù);施工控制

1工程概述

一般的水利水電工程灌漿施工控制理論往往存在下列問(wèn)題:

傳統(tǒng)的控制模型或方法舍棄了許多系統(tǒng)因子,而且在大多數(shù)情況下只從子結(jié)構(gòu)的范疇考慮問(wèn)題,因此,它無(wú)法協(xié)調(diào)控制(計(jì)算)精度與系統(tǒng)復(fù)雜程序之間的矛盾。

,這是由于施工條件的局限性(工期短、現(xiàn)場(chǎng)人員理論水平不高以及造價(jià)限制等)所造成的。另一方面,控制技術(shù)或理論的復(fù)雜性并不等于精確性。

由于灌漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)存在不確定性,導(dǎo)致系統(tǒng)分析成果可能失真。因此,要完善灌漿的施工控制,必須做好理論基礎(chǔ)工作,建立合理的施工控制概念結(jié)構(gòu)。

2施工控制概念結(jié)構(gòu)

2.1將灌漿工程看成包含幾個(gè)子結(jié)構(gòu)的、一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),灌漿施工控制理論即是在某種“最優(yōu)化”意義下求解該系統(tǒng)的方法和策略的統(tǒng)稱。它除了包含漿液的灌漿載體中滲流和相互作用規(guī)律的數(shù)學(xué)表述、模型化和最優(yōu)化技術(shù)外,還補(bǔ)充了公理化、因果反饋和工程分析等內(nèi)容。

2.2整個(gè)灌漿系統(tǒng)的控制過(guò)程見(jiàn)圖1。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)籌采用最優(yōu)性準(zhǔn)則和工程分析相結(jié)合的方式,而對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)則主要采用一般的漿液滲流理論和最優(yōu)化方法處理。各子系統(tǒng)之間用耦合變量連接,并利用先松弛一個(gè)或更多最優(yōu)化的必要條件以使其獨(dú)立。全系統(tǒng)的最優(yōu)控制不一定要求各子系統(tǒng)的全部最優(yōu)化,子系統(tǒng)的最優(yōu)解必須滿足耦合方程:

Xi=∑CijYi,i=1,2,3,n

Yi=Hi(Xi,Ui,Mi,ai),i=1,2,3,n

式中Xi為從其他子系統(tǒng)進(jìn)入子系統(tǒng)Ri的輸入向量;Yi為子系統(tǒng)Ri的輸出向量;Cij為耦合矩陣;Ui為系統(tǒng)輸入向量(非調(diào)控的)U的子向量;Mi為決策變量m的子向量;ai為模型參數(shù)向量a的子向量。

2.3在全系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程分析。它包括以下兩個(gè)方面:①將由最優(yōu)化分析獲得的施工控制策略和決策變量用工程的觀點(diǎn)檢查分析,以驗(yàn)證其技術(shù)的可能性。②考慮在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,即在灌漿過(guò)程中,系統(tǒng)狀態(tài)將發(fā)生變化,從而系統(tǒng)的輸出亦將改變,為此,將新的狀態(tài)變量輸入灌漿控制數(shù)學(xué)模型進(jìn)行反饋分析和靈敏度分析,以判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3灌漿質(zhì)量子系統(tǒng)控制

灌漿質(zhì)量子系統(tǒng)主要包括灌入能力、可塑性以及強(qiáng)度特性等。其控制目標(biāo)因水利樞紐工程性質(zhì)與設(shè)計(jì)施工要求而變。其控制方法:根據(jù)預(yù)定的控制目標(biāo)進(jìn)行漿材選擇,并參照下述的10個(gè)灌漿定理預(yù)測(cè)和協(xié)調(diào)地質(zhì)條件、漿材性質(zhì)及施工技術(shù)工藝之間的關(guān)系,以及在壩基或混凝土壩體中的滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)諸反應(yīng),使其達(dá)到最優(yōu)選擇。其灌漿定理概括如下:

3.1尺寸效應(yīng)定理。對(duì)于滲透灌漿,漿材顆粒尺寸d必須小于被灌介質(zhì)縫隙Dp或孔隙的尺寸R,即必須滿足漿材對(duì)孔(縫)隙的尺寸效應(yīng):

注意,若為粒狀漿液,其滲流狀態(tài)除受尺寸效應(yīng)控制外,同時(shí)也受下述流變效應(yīng)控制。

3.2劈裂定向定理。采用劈裂灌漿方式進(jìn)行灌漿時(shí),劈裂現(xiàn)象必然會(huì)首先發(fā)生在載體中垂直最小主應(yīng)力的平面上。

3.3劈裂判別定理。劈裂灌漿可以采用數(shù)值法和Q=f(P)曲線法來(lái)表示灌漿載體中發(fā)生水力劈裂的條件并判別其性質(zhì)。

數(shù)值法——對(duì)鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,可區(qū)分三類情況:當(dāng)流量與水頭呈線性關(guān)系時(shí),水在裂隙中呈層流狀態(tài),灌漿載體中未發(fā)生水力劈裂;流量與水頭呈平方根函數(shù)時(shí),滲流呈紊流狀態(tài),可能裂隙中發(fā)生了阻塞或裂隙中的充填料被壓密;當(dāng)流量的增長(zhǎng)高于水流的增長(zhǎng)時(shí),表明滲流斷面已被擴(kuò)大,這是由于載體劈裂、裂隙充填物沖走或裂隙變形等原因所致。

Q=f(P)曲線法--根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果,按照?qǐng)D1中的曲線形式判別劈裂性質(zhì):P與Q呈直線關(guān)系,灌漿載體未發(fā)生水力劈裂,見(jiàn)圖1(a);流量隨壓力不可逆地增大,載體裂隙發(fā)生了沖刷或塑性變形,見(jiàn)圖1(b);流量的增大是可逆的,載體裂隙發(fā)生了彈性變形,見(jiàn)圖1(c)。

3.4吸滲反應(yīng)定理。化學(xué)漿液對(duì)低透介質(zhì)的滲透主要不是壓滲作用,而是由于漿液對(duì)載體的潤(rùn)濕能力和親和力,即所謂吸滲作用。漿液對(duì)載體的潤(rùn)濕,以其接觸角來(lái)表示,若接觸角θ>90°,漿液是載體的潤(rùn)濕相,親和力F>0,有吸滲作用;若θ<90°,則無(wú)吸滲作用,漿液必須藉外加壓力才能迫其灌入。

4工程費(fèi)用子系統(tǒng)控制

在這個(gè)系統(tǒng)中,用最優(yōu)化分析解決問(wèn)題,即在本系統(tǒng)的運(yùn)籌中,施工控制策略要使灌漿的凈效益最大,而灌漿和施工控制費(fèi)用盡可能地小。筆者將后者視作是負(fù)效益。為了盡可能地減少這種負(fù)效益,必須在一定的自然規(guī)律和施工條件的約束下,按照最優(yōu)化原則,結(jié)合工程分析考慮施工控制工藝和方法,對(duì)整個(gè)灌漿系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的管理注意,這里不提負(fù)效益最小,而只要求負(fù)效益盡可能減少。這是由于在灌漿工程情況下,最優(yōu)解并不一定是理想的運(yùn)用方法。

假定施工控制的目標(biāo)為已知,那么,在最優(yōu)運(yùn)用的策略下滿足施工控制要求,就會(huì)使負(fù)效益為最小。這個(gè)問(wèn)題可具體表述為:

x∈x;i=1,2,……m

并滿足:設(shè)-r(xi)=0(5)

Xil≤Xi≤Xiu

約束條件:P>P設(shè)

t>t設(shè)

非負(fù)條件:xi>0

式中M為灌漿工程費(fèi)用,即負(fù)效益,元;X為決策變量;Ci(xi)為負(fù)效益費(fèi)用函數(shù),其類型中的主要內(nèi)容列于表1;xi為決定負(fù)效益分量大小的決策變量;r設(shè)為漿液設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑,cm;r(xi)為漿液實(shí)際擴(kuò)散半徑cm;xi1,xiu為決策變量xi的上、下限;P,P設(shè)為施工實(shí)際灌漿壓力及設(shè)計(jì)灌漿壓力,MPa;t,設(shè)t為實(shí)際灌漿歷時(shí)及設(shè)計(jì)灌漿歷時(shí),h。

5環(huán)境效應(yīng)子系統(tǒng)控制

灌漿施工工程對(duì)環(huán)境效應(yīng)的影響評(píng)價(jià)遵循國(guó)家對(duì)水利樞紐工程建設(shè)要求的長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)、時(shí)代的觀點(diǎn)、生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)和全流域的觀點(diǎn)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是灌漿工程對(duì)其總體目標(biāo)——自然環(huán)境、人文社會(huì)環(huán)境等的需要以確立其價(jià)值,并以此為確定權(quán)值、評(píng)價(jià)值的重要依據(jù)。

為每m3漿液費(fèi)用V為估計(jì)漿液漏失量

環(huán)境效應(yīng)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)因子為:氣溫、濕度風(fēng)速、降水量、霧、水質(zhì)、水溫、地下水、水化學(xué)、污染帶(源)、施工中飄塵、有害氣體、生活與生產(chǎn)污染物及水體污染、運(yùn)輸、爆破及施工機(jī)械噪聲、施工及棄液、棄渣對(duì)景觀破壞及灌漿全過(guò)程和建成后長(zhǎng)期對(duì)人員健康與鄰近建筑物安全的影響等。

5.1環(huán)境效應(yīng)控制質(zhì)量指標(biāo)級(jí)別值的劃分采用“質(zhì)量指標(biāo)級(jí)別值劃分表”,見(jiàn)表2。

5.3質(zhì)量指標(biāo)與影響程度和時(shí)效的定量關(guān)系。設(shè)評(píng)價(jià)初始時(shí)間為0,評(píng)價(jià)的任一時(shí)間為t,灌漿工程給環(huán)境效應(yīng)的質(zhì)量狀態(tài)評(píng)分為E(t),未灌漿時(shí)用E1(t)表示;灌漿時(shí)用E2(t)表示。于是,環(huán)境質(zhì)量變化為:

△E(t)=E(t)-E(0)(6)

在時(shí)間t內(nèi),灌漿與不灌漿的環(huán)境質(zhì)量變化則為:

△ER(t)=E2(t)-E1(t)(7)

現(xiàn)在討論絕對(duì)影響程度I(t)。

從生態(tài)環(huán)境受影響的時(shí)間動(dòng)態(tài)看,在時(shí)間[0,t]內(nèi),灌漿工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的最大影響程度是使其質(zhì)量達(dá)到最理想或最惡劣,即E(t)=10或E(t)=0。因而D(t)=10-E(0)為有利(正面)影響的限度值;C(t)=0-E(0)=-E(0)為不利(負(fù)面)影響的限度值。也就是說(shuō),若△E(t)=D(t),表明極端有利(正面)影響;若△E(t)=D(t)表明極端不利(負(fù)面)影響若△E(t)=0則無(wú)影響。據(jù)此分析,絕對(duì)影響程度I(t)表示為:

影響時(shí)效在這里系指灌漿工程對(duì)環(huán)境質(zhì)量變化的過(guò)程和經(jīng)歷時(shí)間的長(zhǎng)短,以及影響隨時(shí)間的積累作用,它定義為灌漿工程對(duì)環(huán)境質(zhì)量變化的時(shí)間積分,其單位為“質(zhì)量·年”。

6結(jié)束語(yǔ)

本文提出了灌漿施工過(guò)程控制是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng),同時(shí)對(duì)施工控制概念結(jié)構(gòu)、灌溉質(zhì)量系統(tǒng)控制、工程費(fèi)用子系統(tǒng)控制及環(huán)境效應(yīng)子系統(tǒng)控制進(jìn)行了闡述。