李紀(jì)明

（喀左縣水利局，遼寧 朝陽(yáng) 122300）

0 引言

在水利工程施工中的導(dǎo)流施工時(shí)，必須依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，充分考慮導(dǎo)流截流落差與下游水位之間的關(guān)系，有針對(duì)性地控制導(dǎo)流施工。結(jié)合以往對(duì)于此方面的研究中，主要依靠堵頭施工進(jìn)行，但并未結(jié)合相關(guān)的應(yīng)力分析，因此，在實(shí)際應(yīng)用中的控制效果遠(yuǎn)不如預(yù)期，造成控制軸力低的問(wèn)題[1]。水利工程施工中的導(dǎo)流施工是水庫(kù)投入運(yùn)行的一個(gè)重要階段，導(dǎo)流施工工作成功與否，事關(guān)全局，所以導(dǎo)流施工工作既是一項(xiàng)非常重要的工程，也是一項(xiàng)非常慎重的工作，必須高度重視，確保安全順利地完成導(dǎo)流施工任務(wù)[2]。為此，必須成立以指揮部、監(jiān)理組及施工單位主要成員組成的導(dǎo)流施工領(lǐng)導(dǎo)小組，具體分工和統(tǒng)一布置指揮導(dǎo)流施工前后的一切工作。基于此，本文通過(guò)研究水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制技術(shù)，致力于從根本上提高水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制軸力，增強(qiáng)水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制效果。通過(guò)各方積極配合，充分做好導(dǎo)流施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。并在實(shí)施過(guò)程中做到精心設(shè)計(jì)、控制施工，勝利完成導(dǎo)流施工任務(wù)。

1 分析導(dǎo)流施工水力

本文采用有限元法通過(guò)數(shù)值模擬的方式，分析水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力。其中，一是對(duì)施工過(guò)程數(shù)值模擬，二是對(duì)水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力數(shù)值模擬[3]。對(duì)于施工過(guò)程中數(shù)值模擬主要是利用有限元軟件，實(shí)現(xiàn)在水利工程施工中的導(dǎo)流施工洞口上荷載的施加和釋放的循環(huán)，每一次荷載循環(huán)代表一個(gè)施工步驟，所以在數(shù)值模擬過(guò)程中對(duì)于荷載施加不能一次完成。應(yīng)用有限元方法對(duì)施工過(guò)程數(shù)值模擬分析的過(guò)程中，荷載的釋放與施加是通過(guò)相關(guān)系數(shù)來(lái)控制的[4]。基于此，設(shè)其目標(biāo)函數(shù)為A，可得公式（1）。

在公式（1）中，α表示各個(gè)導(dǎo)流施工步增量；δ表示當(dāng)前模擬的導(dǎo)流施工荷載釋放系數(shù)；F表示水利工程施工中的導(dǎo)流施工洞口水力的等效結(jié)點(diǎn)力。通過(guò)公式（1），模擬分析水利工程施工中的導(dǎo)流施工過(guò)程數(shù)值。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)于水利工程施工中的導(dǎo)流施工洞口水力數(shù)值模擬需要結(jié)合具體施工情況，以此來(lái)確定所要采取的模擬措施。對(duì)于水利工程施工中的導(dǎo)流施工洞口水力力學(xué)模擬主要考慮等效替換，將混凝土與水力進(jìn)行強(qiáng)度等效替換，從而使水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力模擬轉(zhuǎn)換為等抗壓強(qiáng)度的混凝土力學(xué)模擬，降低數(shù)值模擬難度[5]。其有限元分析表達(dá)式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，E表示折算后的混凝土彈性模量；g表示水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力上的最大應(yīng)力；s表示水利工程施工中的導(dǎo)流施工橫截面積；q表示導(dǎo)流施工中混凝土彈性模量；v表示水利工程施工中的導(dǎo)流施工材料的屈服強(qiáng)度。利用公式（2）對(duì)水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力數(shù)值模擬，以此實(shí)現(xiàn)了水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力分析部分，為水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制提供理論數(shù)據(jù)。

2 導(dǎo)流施工控制技術(shù)

在分析水利工程施工中的導(dǎo)流施工水力的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制技術(shù)，主要分為4步主要流程，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流施工控制。

2.1 計(jì)算導(dǎo)流能力

在水利工程導(dǎo)流施工控制過(guò)程中，必須明確水利工程施工中的導(dǎo)流能力。本文通過(guò)計(jì)算的方式，計(jì)算水利工程施工中的導(dǎo)流能力。水利工程施工中的導(dǎo)流能力作為導(dǎo)流施工控制中最關(guān)鍵的核心指標(biāo)，能夠直接決定導(dǎo)流施工的控制效果[6]?？紤]到水利工程施工中在不同狀態(tài)下的導(dǎo)流能力也有所不同，分別為：自由出流、過(guò)度出流以及淹沒(méi)出流。則水利工程施工中的導(dǎo)流能力的表達(dá)式見(jiàn)公式（3）。

公式（3）中，m表示水利工程施工中自由出流的流量系數(shù)；p表示水利工程上游水深；B表示水利工程下游水深；δ表示水利工程施工中過(guò)度出流的流量系數(shù)；φ表示水利工程施工中淹沒(méi)出流的流量系數(shù)；H表示泄洪洞底高程；hs表示從隧洞進(jìn)口斷面底部算起的上游水頭。通過(guò)公式（3），計(jì)算得出水利工程施工中的導(dǎo)流能力。以此為判據(jù)，為下文設(shè)定水利工程施工中的導(dǎo)流施工中進(jìn)、出口高程提供理論依據(jù)。

2.2 設(shè)定導(dǎo)流施工中進(jìn)、出口高程

根據(jù)計(jì)算得出的水利工程施工中的導(dǎo)流能力，合理設(shè)定水利工程施工中的導(dǎo)流施工中進(jìn)、出口高程。在設(shè)定過(guò)程中，必須保證導(dǎo)流施工中的水口底部完全淹沒(méi)在死水位下，保證水利工程施工中導(dǎo)流管的潛水進(jìn)口裝置處于密封狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)水的現(xiàn)象。與此同時(shí)，為保證導(dǎo)流施工與地庫(kù)能夠保持一定的安全距離，還需要預(yù)留出1 m的安全距離。設(shè)定導(dǎo)流施工在水利工程中進(jìn)、出口高程最核心的目的就是保證導(dǎo)流施工過(guò)程中能夠正常導(dǎo)流供水，尤其是在直角、轉(zhuǎn)彎處不出現(xiàn)擁塞，進(jìn)而加快導(dǎo)流施工后水庫(kù)斷面平均流速，達(dá)到水利工程施工提高導(dǎo)流能力的目的。

2.3 明渠提前截流

為了確保水利工程施工的順利實(shí)施，提出在導(dǎo)流施工前期的明渠截流行為。在對(duì)此種工作研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)明渠截流屬于一項(xiàng)任務(wù)量大、施工技術(shù)較復(fù)雜的系統(tǒng)性行為。此項(xiàng)行為中，水文地質(zhì)勘察工作是此項(xiàng)工作的前提條件，也是確保明渠截流的保障性行為。結(jié)合水利工程的施工需求，應(yīng)先獲取明渠提前截流相關(guān)條件，包括：水流流向（以正北方向?yàn)閰⒄諛?biāo)準(zhǔn)）、水流流速（單位為m/s）、截流行為發(fā)生的邊界條件、截流周邊環(huán)境（包括地質(zhì)環(huán)境、水文環(huán)境等）。在完成對(duì)水文水利動(dòng)態(tài)化要素獲取的前提下，監(jiān)測(cè)不同動(dòng)態(tài)化條件的變化趨勢(shì)[7]，并根據(jù)上游雨情變化，對(duì)水文信息進(jìn)行針對(duì)性獲取，使用GPS定位水文異常發(fā)生點(diǎn)，根據(jù)水流的交匯口，對(duì)水利工程多斷面進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)（此過(guò)程可輔助使用無(wú)人立尺技術(shù)）。在以上基礎(chǔ)上，使用無(wú)人機(jī)與無(wú)人游艇搭載ADCP，進(jìn)行明渠提前截流斷面圖像的繪制，按照1∶500的比例尺，對(duì)截流斷面進(jìn)行處理，以此解決水流流速與流向?qū)λこ虒?shí)施造成的影響，實(shí)現(xiàn)并完成對(duì)水流中淤泥的提前截流處理。

2.4 控制導(dǎo)流施工

在完成明渠提前截流后，還需要復(fù)核導(dǎo)流施工中的高程真空度，進(jìn)一步控制水利工程施工中的導(dǎo)流施工。結(jié)合以往研究表明，水利工程施工中的導(dǎo)流施工高程真空度與行進(jìn)流速有關(guān)，基于此可將導(dǎo)流施工中水頭損失代入能量方程，判斷其高程真空度，控制水利工程施工中的導(dǎo)流施工。設(shè)此過(guò)程的目標(biāo)函數(shù)為v，則有公式（4）。

公式（4）中，λ表示導(dǎo)流施工中死水位自由面高程；l表示導(dǎo)流施工中死水位至導(dǎo)流管的高度差；

d表示導(dǎo)流管管頂軸線長(zhǎng)度；g表示重力加速度；h表示流段上游和下游斷面的水深。通過(guò)公式（4），得出導(dǎo)流管在導(dǎo)流施工中高程真空度，確保v的取值在5～8范圍內(nèi)，控制水利工程施工中的導(dǎo)流施工，進(jìn)而滿足水利工程施工中的導(dǎo)流施工的復(fù)核條件。以此，實(shí)現(xiàn)水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取某水利工程，工程內(nèi)容為導(dǎo)流施工。該水利工程導(dǎo)流施工項(xiàng)目及要求，如表1所示。

表1 水利工程導(dǎo)流施工項(xiàng)目及要求

結(jié)合表1所示，本次實(shí)例分析選取的對(duì)比指標(biāo)為施工控制軸力，施工控制軸力越高代表此控制技術(shù)下的水利工程導(dǎo)流施工控制效果越好。首先，使用本文設(shè)計(jì)的控制技術(shù)對(duì)水利工程導(dǎo)流施工進(jìn)行控制，通過(guò)核查工具Qacenter測(cè)得其施工控制軸力，設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)控制技術(shù)對(duì)水利工程導(dǎo)流施工進(jìn)行控制，同樣通過(guò)核查工具Qacenter測(cè)得其施工控制軸力，設(shè)置為對(duì)照組。為避免偶然現(xiàn)象的出現(xiàn)，在此次的實(shí)例分析中,共進(jìn)行8次實(shí)驗(yàn)。針對(duì)核查工具QAcenter測(cè)得的施工控制軸力，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)圖1可知，本文設(shè)計(jì)的控制技術(shù)施工控制軸力明顯高于標(biāo)準(zhǔn)值，而傳統(tǒng)控制技術(shù)的施工控制軸力明顯低于標(biāo)準(zhǔn)值，證明設(shè)計(jì)的控制技術(shù)對(duì)水利工程導(dǎo)流施工控制效果更好，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

圖1 施工控制軸力對(duì)比圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)水利工程施工中的導(dǎo)流施工控制技術(shù)研究，取得一定的研究成果，能夠解決傳統(tǒng)導(dǎo)流施工控制中存在的問(wèn)題。由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的控制技術(shù)是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)導(dǎo)流施工控制技術(shù)優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)的控制技術(shù)在水利工程導(dǎo)流施工中的應(yīng)用力度。截至目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)導(dǎo)流施工控制技術(shù)研究仍存在一些問(wèn)題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)導(dǎo)流施工控制技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高導(dǎo)流施工控制技術(shù)的綜合性能提供參考。