導語：灌漿施工過程可控論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創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；施工控制概念結構；灌漿質量子系統控制；工程費用子系統控制；環境效應子系統控制；結束語進行論述。其中，主要包括：傳統的控制模型或方法舍棄了許多系統因子、工程實踐中要求施工控制理論和方法盡可能簡單實用、將灌漿工程看成包含幾個子結構的、一個復雜的系統、整個灌漿系統的控制過程、全系統的最優控制不一定要求各子系統的全部最優化、在全系統運行最優化分析的基礎上進行工程分析、灌漿質量子系統主要包括灌入能力、可塑性以及強度特性、尺寸效應定理、劈裂定向定理、劈裂判別定理、吸滲反應定理、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用盡可能地小、環境效應控制質量指標級別值的劃分、質量指標與影響程度和時效的定量關系等，具體請詳見。

摘要:灌漿施工過程控制是一個復雜的控施工控制概念結構制系統,涉及到方方面面。在施工過程中選取具體的參數、控制手段和方法,才能使灌漿這一隱蔽工程作到可控,達到預期的灌漿施工目的。

關鍵詞:水利水電工程;灌漿施工技術;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題:

傳統的控制模型或方法舍棄了許多系統因子,而且在大多數情況下只從子結構的范疇考慮問題,因此,它無法協調控制(計算)精度與系統復雜程序之間的矛盾。

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

由于灌漿系統的結構存在不確定性,導致系統分析成果可能失真。因此,要完善灌漿的施工控制,必須做好理論基礎工作,建立合理的施工控制概念結構。

2施工控制概念結構

2.1將灌漿工程看成包含幾個子結構的、一個復雜的系統,灌漿施工控制理論即是在某種“最優化”意義下求解該系統的方法和策略的統稱。它除了包含漿液的灌漿載體中滲流和相互作用規律的數學表述、模型化和最優化技術外,還補充了公理化、因果反饋和工程分析等內容。

2.2整個灌漿系統的控制過程見圖1。對整個系統的運籌采用最優性準則和工程分析相結合的方式,而對各個子系統則主要采用一般的漿液滲流理論和最優化方法處理。各子系統之間用耦合變量連接,并利用先松弛一個或更多最優化的必要條件以使其獨立。全系統的最優控制不一定要求各子系統的全部最優化,子系統的最優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為從其他子系統進入子系統Ri的輸入向量;Yi為子系統Ri的輸出向量;Cij為耦合矩陣;Ui為系統輸入向量(非調控的)U的子向量;Mi為決策變量m的子向量;ai為模型參數向量a的子向量。

2.3在全系統運行最優化分析的基礎上進行工程分析。它包括以下兩個方面:①將由最優化分析獲得的施工控制策略和決策變量用工程的觀點檢查分析,以驗證其技術的可能性。②考慮在系統運行一段時間后,即在灌漿過程中,系統狀態將發生變化,從而系統的輸出亦將改變,為此,將新的狀態變量輸入灌漿控制數學模型進行反饋分析和靈敏度分析,以判別系統的穩定性。

3灌漿質量子系統控制

灌漿質量子系統主要包括灌入能力、可塑性以及強度特性等。其控制目標因水利樞紐工程性質與設計施工要求而變。其控制方法:根據預定的控制目標進行漿材選擇,并參照下述的10個灌漿定理預測和協調地質條件、漿材性質及施工技術工藝之間的關系,以及在壩基或混凝土壩體中的滲流場、溫度場諸反應,使其達到最優選擇。其灌漿定理概括如下:

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

注意,若為粒狀漿液,其滲流狀態除受尺寸效應控制外,同時也受下述流變效應控制。

3.2劈裂定向定理。采用劈裂灌漿方式進行灌漿時,劈裂現象必然會首先發生在載體中垂直最小主應力的平面上。

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

數值法——對鉆孔壓水試驗結果進行分析,可區分三類情況:當流量與水頭呈線性關系時,水在裂隙中呈層流狀態,灌漿載體中未發生水力劈裂;流量與水頭呈平方根函數時,滲流呈紊流狀態,可能裂隙中發生了阻塞或裂隙中的充填料被壓密;當流量的增長高于水流的增長時,表明滲流斷面已被擴大,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--根據鉆孔壓水試驗結果,按照圖1中的曲線形式判別劈裂性質:P與Q呈直線關系,灌漿載體未發生水力劈裂,見圖1(a);流量隨壓力不可逆地增大,載體裂隙發生了沖刷或塑性變形,見圖1(b);流量的增大是可逆的,載體裂隙發生了彈性變形,見圖1(c)。

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

4工程費用子系統控制

在這個系統中,用最優化分析解決問題,即在本系統的運籌中,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用盡可能地小。筆者將后者視作是負效益。為了盡可能地減少這種負效益,必須在一定的自然規律和施工條件的約束下,按照最優化原則,結合工程分析考慮施工控制工藝和方法,對整個灌漿系統進行科學的管理注意,這里不提負效益最小,而只要求負效益盡可能減少。這是由于在灌漿工程情況下,最優解并不一定是理想的運用方法。

假定施工控制的目標為已知,那么,在最優運用的策略下滿足施工控制要求,就會使負效益為最小。這個問題可具體表述為:

x∈x;i=1,2,……m

并滿足:設-r(xi)=0(5)

Xil≤Xi≤Xiu

約束條件:P>P設

t>t設

非負條件:xi>0

式中M為灌漿工程費用,即負效益,元;X為決策變量;Ci(xi)為負效益費用函數,其類型中的主要內容列于表1;xi為決定負效益分量大小的決策變量;r設為漿液設計擴散半徑,cm;r(xi)為漿液實際擴散半徑cm;xi1,xiu為決策變量xi的上、下限;P,P設為施工實際灌漿壓力及設計灌漿壓力,MPa;t,設t為實際灌漿歷時及設計灌漿歷時,h。

5環境效應子系統控制

灌漿施工工程對環境效應的影響評價遵循國家對水利樞紐工程建設要求的長遠的觀點、時代的觀點、生態學的觀點、經濟的觀點和全流域的觀點。特別需要強調的是灌漿工程對其總體目標——自然環境、人文社會環境等的需要以確立其價值,并以此為確定權值、評價值的重要依據。

為每m3漿液費用V為估計漿液漏失量

環境效應子系統的評價因子為:氣溫、濕度風速、降水量、霧、水質、水溫、地下水、水化學、污染帶(源)、施工中飄塵、有害氣體、生活與生產污染物及水體污染、運輸、爆破及施工機械噪聲、施工及棄液、棄渣對景觀破壞及灌漿全過程和建成后長期對人員健康與鄰近建筑物安全的影響等。

5.1環境效應控制質量指標級別值的劃分采用“質量指標級別值劃分表”,見表2。

5.3質量指標與影響程度和時效的定量關系。設評價初始時間為0,評價的任一時間為t,灌漿工程給環境效應的質量狀態評分為E(t),未灌漿時用E1(t)表示;灌漿時用E2(t)表示。于是,環境質量變化為:

△E(t)=E(t)-E(0)(6)

在時間t內,灌漿與不灌漿的環境質量變化則為:

△ER(t)=E2(t)-E1(t)(7)

現在討論絕對影響程度I(t)。

從生態環境受影響的時間動態看,在時間[0,t]內,灌漿工程對生態環境的最大影響程度是使其質量達到最理想或最惡劣,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(負面)影響的限度值。也就是說,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(負面)影響若△E(t)=0則無影響。據此分析,絕對影響程度I(t)表示為:

影響時效在這里系指灌漿工程對環境質量變化的過程和經歷時間的長短,以及影響隨時間的積累作用,它定義為灌漿工程對環境質量變化的時間積分,其單位為“質量·年”。

6結束語

本文提出了灌漿施工過程控制是一個復雜的控制系統,同時對施工控制概念結構、灌溉質量系統控制、工程費用子系統控制及環境效應子系統控制進行了闡述。