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基于云分析的水电工程帷幕灌浆质量管控方法
摘要：大坝坝基地质构造具有隐蔽性和复杂性的特点，为更好地管控帷幕灌浆质量，需要一种更为高效和动态的质量管控方法。为此，建立了一种基于云分析的帷幕灌浆质量管理方法：构建帷幕灌浆管理云平台，远程获取灌浆记录；在云平台数据可视化的基础上，将数值分析模块添加到云端，实现在线灌浆过程的科学预测，并根据预测结果优化施工灌浆方案，从而实现帷幕灌浆的全过程质量管控。
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帷幕灌浆是水利水电工程建设中广泛采用的坝基防渗加固技术,对保障工程安全和运行经济性起着决定作用[1]｡帷幕灌浆过程控制研究方面,国外的Stille提出了一种实时灌浆控制方法,通过预测灌浆参数对灌浆进行在线监控｡国内,王平安等提出了动态信息化灌浆控制技术,动态调整优化灌浆方案｡俞成森等分析建立了描述浆液流量与灌浆压力关系的数学模型,提出裂隙岩体灌浆压力稳定控制方法｡但仍缺少将本地的数学模型与在线监控结合的研究｡
地质构造的隐蔽性和裂隙的可灌性的差异,导致灌浆过程中的参数难以通过经验准确掌握｡通过数值计算,可以有效模拟灌浆过程,优化参数选择,从而更好地管控灌浆质量[2]｡
灌浆数值计算有三个难题:①基础参数选取困难;②代表参数获取困难;③实时反馈和控制困难｡因此,需要构建完整的灌浆数据链,从中选取基础参数构建数值模型,并提供高效快捷的模型调用途径以及配套的管理方法｡
为此,本文提出一种基于云分析的帷幕灌浆质量管理方法:构建帷幕灌浆管理云平台,获取灌浆数据,在灌浆数据可视化的基础上,利用灌浆云分析模块,实时评价和预测灌浆过程,优化控制灌浆方案,实现帷幕灌浆全过程质量管理,保证灌浆质量｡
1、帷幕灌浆现场监测数据获取
构建数字化灌浆记录单元和现场控制中心实现帷幕灌浆现场监测数据的自动化获取[3]｡智能灌浆记录仪硬件采用ARM内核,软件采用开源操作系统,数字化传感器实现数字信号传输｡现场控制协调中心负责数据采集､无线传输､接收指令､反馈现场工况､与服务器网络通信等[4],从而实现云平台和云计算从现场获取帷幕灌浆现场监测数据｡
2、帷幕灌浆监测数据分析云平台
云平台是基于云计算技术的服务平台,通过网络技术为用户提供各种计算资源和服务[5]｡本文的云平台采用前后端分离的架构｡前端在线网站主要包括系统主界面和功能子界面等｡后端包括数据库､云分析调用模块等,以支持系统前台网页正常运行,实现与施工现场中央服务器的数据联通｡数据从前端､后端､数据库到现场设备的无缝衔接､灌浆施工数据流的自动化,提高了管理效率｡
3、基于云平台的云分析实现
3.1外调设计
1)通讯方式｡注浆过程数值计算程序使用For⁃tran语言实现,考虑到该语言对网络协议的支持性､科研人员网络编程的难度和科学计算交换的数据量[6],云分析框架采用文件交互作为外调的通讯方式｡
2)接口设计｡约定云平台与外调软件之间的数据传输协议:约定外调软件运行需要的前置文件､运行后生成的结果文件｡云平台根据指定灌段信息从数据库查询并提取前置文件的数据,并按指定格式组织,然后以约定的文件名和文件格式在写入后端指定文件路径｡
3)外调发起和分析过程跟踪｡发起外调流程后,云平台按照接口协议生成前置文件,如果后台监测到前置文件生成,将启动外调软件的主执行文件,计算完成后生成结果文件,并删除生成的前置文件,完成外调的计算流程｡
4)计算结果采集｡外调计算结束后,发起结果采集流程｡前端向后端系统发送读取文件拾取请求,然后读取约定的结果文件,将多个结果分别返回前端,前端把数据渲染到对应图表上｡外调的主要流程如图1所示｡
图1灌浆数据云分析模块外调流程图
3.2云分析流程
1)数据准备｡确定分析灌段,在模块中输入对应的孔号和孔段号,开启数据准备流程｡数据准备组成部分:①时序数据,包括时刻､压力､平均比重､累计注入量､注入率;②地质边界条件,包括重力加速度､孔径､孔段长度､裂隙倾角､裂隙条数､裂隙开度｡云平台从数据库中查询上述数据,并通过设计接口生成对应的前置文件｡
2)计算进行｡提交计算后触发云计算,整个调用流程持续时间为10s,为保证计算的正确性和稳定性,在计算过程中锁定云计算模块内的交互功能,计算结束后提示查看结果,并解除交互锁定｡
3)计算结果获取｡计算结束后,对3部分计算结果进行获取｡
第1部分,读取反演参数结果文件,渲染反演参数表,该表中的项目及数据示例如表1所示｡同时读取预警结果文件,渲染参数表特定项目的背景颜色,共分成三级:蓝色正常状况､黄色罕见状况和红色紧急状况｡
表1反演参数表
第2部分,从数据库查询灌段实测注入率时序数据,再读取结果文件中的计算注入率时序数据,将两种数据同时加载到实际与计算注入率历时过程线对比图中｡
第3部分,读取结果文件中的预测注入率时序数据,加载到预测注入率历时过程线图中｡
4)结果分析｡基于反演参数表､实际与计算注入率历时过程线对比图和预测注入率历时过程线图进行分析,并将结论反馈给施工方,指导优化施工方案[7]｡
4、基于云分析的施工反馈
4.1反演参数分析
根据实际与计算注入率､实际与计算注入量的总偏差值,判断灌浆的初始压力是否合适:实际值偏小,则灌区地质条件比预期好,可适当提高设定灌浆压力;实际值偏大,则灌区地质条件比预期差,可适当降低设定灌浆压力｡
可通过多级预警功能进行及时反馈:正常状况,可以正常施工;罕见状况,需要特别注意;紧急状况,应停止施工作业并检查｡
根据仍需注入浆液量,可以计划接下来的浆液供应,节约浆液｡如果仍需浆量超过了计划量,则反馈给制浆系统,增加供应量｡同时根据到灌浆结束仍需要的时间,可提前为下一步施工计划做好准备｡
4.2实际与计算注入率历时过程线对比
根据对比图,判断两条过程线拟合情况,拟合则施工过程合理,不拟合则可能出现以下情况:①计算和实际注入率随时间的走势出现偏离,比如一方呈现上升趋势,另一方则呈现下降趋势;②计算与实际注入率在最新时间点前很接近,但在最新节点上出现了较大偏差;③时间点偏差,比如计算过程线在45min时出现拐点,但实际过程线在40min时就提前出现了拐点｡如果出现以上几种情况,则施工需要及时调整｡
4.3预测注入率历时过程线
观察预测注入率历时过程线,如果注入率始终保持在最大阈值以下､在合理的灌浆时间内出现注入率拐点､注入率会收束到1L/min以下,则可以维持目前的参数和施工策略;如果注入率不收敛,或者灌浆时间过长,则需要调整施工工艺或参数｡
5、工程实例
5.1工程概述
以五岳抽水蓄能电站上水库库盆坝趾帷幕灌浆工程为例,该工程位于信阳市光山县,设计年抽水电量1.143×109kWh,设计年发电量8.57×108kWh｡按照设计规范要求,五岳抽水蓄能电站上水库库盆日渗漏量不宜超过总库容的0.2‰｡
5.2帷幕灌浆监测数据分析云平台
根据帷幕灌浆管理云平台的系统架构和基础功能设计,结合实际工程需要,搭建了五岳抽蓄工程帷幕灌浆管理云平台｡
在云端服务器集成数据接收,MySQL数据存储､后台计算程序和网页交互界面模块,实现云分析的工程应用｡
5.3基于云分析的管理方法
以孔号为FW-36､段号为3段的帷幕灌浆灌段为例,调用云分析功能分析该灌段的灌浆施工合理性｡在输入模块中输入孔号和段号后点击提交｡输入框如图2所示｡
图2云数值计算模块用户输入界面
点击“提交并计算”按钮,等待10s计算结束,后台返回计算结果,云平台自动将各项计算结果绘制到成图表,其中反演参数与预警结果如图3所示｡
图3云数值计算反演参数结果界面
从表中看出:①裂隙开度很小,灌区地质条件较好;②注入率偏差为0L/min,实际注入量比计算注入量少41L,二者偏差较小;③背景底色都为蓝色,灌段灌浆状况正常,仍需注入量与灌浆时间为0,灌浆已经结束｡
实际与计算分析的注入率历时过程线对比如图4所示｡
图4实际与计算注入率历时过程线对比界面
对比图中能看出,除了灌浆开始时实际注入率明显小于计算注入率之外,两条曲线的整体走势､各时间点上的注入率大小､注入率拐点和注入率收束点位置,十分相近｡说明该灌段的灌浆施工过程理论分析模型和参数与实际地质可灌性情况相符,施工过程合理｡
该灌段的预测灌浆历时过程线对比如图5所示｡
因为灌浆已经结束,所以预测灌浆历时过程线与实际的灌浆历时过程线重合｡
图5已施工灌段灌后评价统计结果界面
6、结语
为提高岩石基础灌浆质量控制水平,实现对基础灌浆的全过程监测与反馈,推动灌浆全过程信息化管理,本文在以下几个方面做了研究和开发｡
1)基于现场数字化灌浆记录单元和灌浆现场协调控制中心,实现灌浆监测数据实时采集和远程传输｡
2)根据实际帷幕灌浆需求,采用前后端分离架构,构建帷幕灌浆监测数据分析云平台｡
3)考虑到数值计算对帷幕灌浆施工管理的重要性以及传统数值计算流程的局限性,设计了外调流程,将灌浆数值分析添加到云平台中,实现云分析｡
上述方法应用于五岳抽水蓄能电站上水库库盆坝趾帷幕灌浆工程FW-36-3灌段的工程实践中,验证了本文方法的可行性｡
参考文献:
[1]袁伟力.复杂地质条件下的帷幕灌浆技术[J].水电与新能源,2010(1):28-30.
[2]黄国兵,石梦丽,胡晗.表孔泄洪闸前漩涡数值模拟研究[J].水电与新能源,2021,35(9):11-16.
[3]张建,干贵宏,钱从悦,等.三里坪水电站大坝安全监测系统国产化集成的研制[J].水电与新能源,2024,38(8):38-41.
[4]邱浩扬,钱泱,朱悦林,等.基于云平台的变电站沉降监测管理系统[J].水电与新能源,2022,36(1):34-42.
[5]杨瑞睿,滕彦.基于BIM的海上风电全生命周期建设管理平台研究[J].水电与新能源,2022,36(4):15-18.
[6]吴丹凤,丁全林,戴会超,等.计算水力学通用后处理模块设计与快速开发[J].水电能源科学,2013,31(6):195-197,116.
[7]刘全.水利水电工程智能灌浆控制技术与控制系统研究[J].工程技术研究,2022,7(17):60-62.
基金资助:新华发电2022年度(第二批)科技项目(XHWY-2023-DL-KY03);
文章来源:张宏伟,刘杰元,詹程远,等.基于云分析的水电工程帷幕灌浆质量管控方法[J].水电与新能源,2025,39(04):42-45.
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主办单位：湖北省水力发电工程学会,湖北能源集团股份有限公司
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专业分类：水利
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