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        水利水電工程灌漿施工技術(shù)探究

        2023-07-29 11:45:52杜云龍
        工程建設(shè)與設(shè)計 2023年13期
        關(guān)鍵詞:仿真技術(shù)帷幕水利水電

        1 引言

        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步, 我國已進(jìn)入信息化時代。 可視化仿真技術(shù)在水利水電施工中的應(yīng)用也是水利水電現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。 西方國家已經(jīng)對可視化仿真技術(shù)進(jìn)行了多年研究,且取得了一定的研究成果,并在實際施工建設(shè)中廣泛應(yīng)用。 我國對于可視化仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用時間相對較晚,其研究水平與應(yīng)用價值與當(dāng)前西方國家仍有一定差距,但隨著科研人員的不斷努力, 我國對于可視化仿真技術(shù)的應(yīng)用水平終將趕超西方國家,位列世界前茅。

        2 工程概況

        本文以我國甘肅省某水利水電工程建設(shè)項目為例, 對水利水電施工技術(shù)及灌漿施工進(jìn)行分析。 該水電站主要以發(fā)電為主,同時兼顧當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物灌溉及旅游參觀等功能,其正常蓄水位為1 134 m,死水位為1 126 m,發(fā)電站電機(jī)容量為3 000 MW。在其正常蓄水位下,水庫庫容量為18.72 億m3,實際調(diào)節(jié)孔融3.83 億m3。其右岸壩頂長度為318.95 m,最大壩高為70 m,堆石壩頂部寬度為12 m,兩側(cè)坡度比為1∶0.2。 其泄洪沖沙建筑主要涵蓋明渠溢流孔、雙泄中孔及岸邊溢流孔。

        3 三維可視化仿真系統(tǒng)

        3.1 可視化仿真建模

        三維可視化仿真技術(shù)可對當(dāng)前水利水電施工技術(shù)及灌漿施工中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢索,并對其進(jìn)行分析,從而構(gòu)建完善且形象的三維數(shù)字模型。 該模型可對當(dāng)前水利水電施工現(xiàn)場的地形地貌及施工設(shè)備的布置等信息進(jìn)行有效呈現(xiàn)。

        可視化仿真系統(tǒng)需要借助Navisworks 軟件進(jìn)行模型生成, 施工技術(shù)人員需要將施工技術(shù)及灌漿施工中涉及的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集, 并導(dǎo)入軟件, 其系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理流程圖如圖1所示。

        圖1 可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理流程圖

        針對形狀相對規(guī)則的建筑,如壩體、開挖曲面等,其三維可視化建模工作可借助幾何布爾運算以及變形操作進(jìn)行構(gòu)建。 針對形狀不規(guī)則的建筑,如施工地形等,技術(shù)人員一般會使用曲面建模方法進(jìn)行模型構(gòu)建。

        3.2 數(shù)字化地形模型構(gòu)建

        在水利水電灌漿施工中, 數(shù)字地形模型是對施工現(xiàn)場原始地形特征的數(shù)字化表現(xiàn), 同時也是水利水電可視化仿真建模工作中最重要的組成部分。 施工技術(shù)人員需構(gòu)建地表DTM,并通過地質(zhì)勘察獲取施工現(xiàn)場的基本地形信息,同時保證每條等高線都具有一定的高程屬性。 技術(shù)人員可將等高線的高程間隔設(shè)置成為不同的數(shù)值。 為方便后續(xù)模型導(dǎo)入,技術(shù)人員可以采用Civil 3D 軟件進(jìn)行輔助操作。 在其工具空間中構(gòu)建曲面節(jié)點,同時在曲線節(jié)點中增添采集數(shù)據(jù)。 同時,在圖形區(qū)域中對等高線進(jìn)行地形模型構(gòu)建, 其數(shù)字地形模型示意如圖2 所示。

        圖2 數(shù)字地形模型示意圖

        4 基于可視化仿真技術(shù)的水利水電灌漿施工技術(shù)

        基于可視化仿真技術(shù)的水利水電施工技術(shù)是當(dāng)前水利水電工程中最常見的施工手段。 在上述案例中,施工技術(shù)人員通過可視化仿真系統(tǒng)構(gòu)建了三維數(shù)字模型, 對施工現(xiàn)場的地形及施工技術(shù)信息進(jìn)行采集,并對其進(jìn)行數(shù)字化建模,以提升施工流程,保證施工質(zhì)量。

        4.1 帷幕灌漿技術(shù)

        帷幕灌漿技術(shù)的主要特點為鉆孔深,且鉆孔為線形排列,其灌漿壓力相對較大[1]。施工技術(shù)人員在進(jìn)行帷幕灌漿的過程中,需要對帷幕的位置進(jìn)行明確,同時其鉆孔深度需要到達(dá)不透水層, 施工技術(shù)人員可以借助可視化仿真技術(shù)對其地層信息進(jìn)行采集,并對其基巖的透水率進(jìn)行計算。 并且施工技術(shù)人員需要對其帷幕的厚度進(jìn)行明晰, 同時明確當(dāng)前需要進(jìn)行幾序孔施工,以此來保證帷幕的穩(wěn)定性。 上述案例中,施工人員將使用自上而下的分段式灌漿施工手段, 其灌漿施工結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

        圖3 分段式灌漿結(jié)構(gòu)示意圖

        4.1.1 帷幕灌漿布置

        帷幕灌漿施工項目被布置于壩體的左肩位置, 并由此延伸至水庫的正常蓄水位與壩體的左肩邊際,灌漿軸線為132 m,其中壩基占104 m,壩體左肩占28 m,呈線性分布。 施工人員需對其軸線及防滲墻進(jìn)行布置,帷幕灌漿孔洞之間相距1.6 m,孔洞深入地層的不透水層5 m。 施工前需對灌漿管進(jìn)行預(yù)埋,隨后可進(jìn)行帷幕灌漿。 帷幕灌漿孔的總數(shù)量為83 孔,灌漿時需使用分序灌漿的方式。 一序及二序孔之間的距離為6.4 m,三序孔之間的距離為3.2 m。 其中一序孔可作為先導(dǎo)孔洞,對其灌漿深度進(jìn)行明晰; 二序孔洞及三序孔洞的實際鉆深與一序孔洞相同, 都需深入不透水層5 m。 其單孔灌漿長度約8.7~26.3 m。 通常情況下,堆石壩的壩體坡度為1∶1.3,在灌漿施工時,技術(shù)人員需對其進(jìn)行充分考量。

        針對漏水通道,若使用常規(guī)灌漿方式,不但會耗損大量建材,且灌漿質(zhì)量也大打折扣。 因此,對于沒有水流作用的裂縫灌漿而言,可使用相對較為黏稠的漿液對其進(jìn)行灌漿,其漿液定量體積可用式(1)計算:

        式中,V 為漿液的定量體積;δ 為實際額定裂隙寬度;R 為灌漿的填充半徑;A1為鉆孔深度以及傾斜角度等因素,是可變的綜合系數(shù),一般的取值范圍為2~4。

        4.1.2 灌漿參數(shù)

        施工技術(shù)人員借助可視化仿真技術(shù)對灌漿參數(shù)進(jìn)行分析,針對基巖條件相對較好的灌漿段而言,技術(shù)人員可取其最大值;對破碎及存在裂隙的巖石段而言,可取其最小值。

        根據(jù)帷幕限定公式,其灌漿段的注漿標(biāo)準(zhǔn)可用式(2)計算:

        式中,Q 為實際注漿量;L 為灌漿段的實際長度;n 為灌漿區(qū)域的地層孔隙率;a 為灌漿的實際填充率,一般取值為0.8~1.0;β 為富余率,一般取值1.5。

        在本次帷幕灌漿施工中, 施工技術(shù)人員通過可視化仿真系統(tǒng)對其灌漿壓力值進(jìn)行分析與計算,其壓力參考數(shù)值如表1所示。

        表1 帷幕灌漿壓力參考表

        除此之外,漿液的稠度受巖石吸水量影響,若起始水灰比重為5,之后依次使用3、2、1、0.8 等數(shù)值代替,其實際變化原則為:當(dāng)灌漿壓力不發(fā)生改變,其灌漿量減少時或漿液注入量不變,而壓力上升時,不會使水灰比進(jìn)行改變。 例如,灌漿量為300 L 以上時,或其灌漿時間為0.5 h,施工技術(shù)人員改變其一級水灰比,則其注入率將發(fā)生改變,其注入率將高于30 L/min。

        4.1.3 灌漿施工技術(shù)要點

        施工技術(shù)人員要甄選相對新鮮的硅酸鹽水泥,其水泥強(qiáng)度等級不得低于42.5,若發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)塊,需對其結(jié)塊進(jìn)行清除。

        本次施工使用三序灌漿法。 在進(jìn)行灌漿施工之前,需要對壩體以及壩基的邊際位置進(jìn)行灌漿。 當(dāng)鉆孔設(shè)備接觸巖石基面時,便可以使用回轉(zhuǎn)鉆來繼續(xù)工作,并使用干鉆法對基巖進(jìn)行鉆入,待進(jìn)入基巖0.5 m 后,將鉆頭提出,并在下方添加麻絨土球,并對其進(jìn)行套管,以此保證鉆孔內(nèi)壁與套管之間被土球填充,并使用清水鉆繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn),當(dāng)鉆進(jìn)基巖2 m 后,便是灌漿接觸段。灌漿壓力可采用0.05 MPa,以低壓填充的方式進(jìn)行灌漿,灌漿結(jié)束后,需等待24 h,在等待過程中,技術(shù)人員可借助可視化仿真技術(shù),對其進(jìn)行全天候的數(shù)據(jù)觀測,以此保證灌漿施工質(zhì)量[2]。

        4.2 帷幕灌漿質(zhì)量檢測

        施工技術(shù)人員可借助可視化仿真技術(shù)對帷幕灌漿質(zhì)量進(jìn)行有效檢測[3]。 施工技術(shù)人員借助三維立體建模,對其灌漿檢查孔的位置進(jìn)行明晰。 然后對檢查孔進(jìn)行壓水試驗,并對試驗結(jié)果進(jìn)行分析,以此對當(dāng)前灌漿施工質(zhì)量進(jìn)行綜合評定。 其檢查孔布置表如表2 所示。

        表2 檢查孔布置位置表

        本次工程對檢查孔的檢測數(shù)量為總灌漿數(shù)量的10%,當(dāng)灌漿施工結(jié)束后,施工技術(shù)人員需在施工間隔14 d 后,對其進(jìn)行由上至下的分段式壓水試驗, 施工技術(shù)人員可借助五點法或是單點法進(jìn)行壓水試驗, 以此保證本次灌漿施工的質(zhì)量符合施工質(zhì)量要求,為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。

        除此之外, 施工技術(shù)人員還可借助可視化仿真技術(shù)構(gòu)建施工建材管理模型, 以此對灌漿施工所需建材進(jìn)行有效管理與保護(hù)。 施工技術(shù)人員需在施工建材使用前對其進(jìn)行質(zhì)量試驗,同時做好特殊建材的保護(hù)工作。 施工現(xiàn)場位于水庫,靠近大型水源,其施工現(xiàn)場的濕度相對較高,因此,施工技術(shù)人員需切實做好水泥防潮工作,以保證水泥建材的質(zhì)量,使其符合灌漿施工質(zhì)量要求, 從而最大限度地促進(jìn)水利水電工程的健康發(fā)展。

        5 結(jié)語

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