白鹤滩水电站特高拱坝智能通水却冷施工工艺及要点

刘 洋，杨 静

（中国水利水电第八工程局有限公司白鹤滩施工局，615421，宁南）

一、概 述

白鹤滩拱坝坝高289 m，混凝土浇筑量大，施工工期紧，浇筑强度大。坝址地处金沙江下游干热河谷，夏季炎热多雨，高温持续时间长，冬季干燥多风、气温较低且骤降频繁，对混凝土表面防裂施工影响较大。

白鹤滩拱坝底部厚度大，基础约束作用强，对拱坝混凝土温控标准要求高，对混凝土浇筑温度、最高温度、内外温差、上下层温差及降温速率要求严，温控工作量较大。为此白鹤滩建设者开发了一套能够实现自动通水、精确控温、海量数据储存及分析的智能通水系统。

二、工作原理及主要特点

1.工作原理

①在新浇筑大体积混凝土中埋入温度传感器实时测量混凝土温度；在进出水管上安装测温装置测量进出水温度，以此确定实时流量；再通过控制平台系统调节冷却水的通水流量以对混凝土温度进行智能化控制。

②智能温控Web平台可实时对相关施工信息、温度、冷却通水等信息进行采集、分析和评价，结合仿真分析可实时对温度智能控制及监控效果进行评价。

智能通水Web软件平台包括系统管理、数据管理、单仓分析、多仓分析等功能模块，其中系统管理可实现用户管理、权限管理，数据管理可实现数据导入、导出及备份功能，单仓分析可实现按照单个仓的流量、混凝土温度、进出口水温进行采集和分析，多仓分析可实现灌浆区域温度和流量分析查看等。

③特高拱坝浇筑过程中需在坝后布置临时或永久钢栈桥，一般在钢栈桥上布置一套智能通水设备对混凝土进行控温处理。白鹤滩大坝施工时面临设备较多、管路繁杂、布置空间有限等问题，经研究白鹤滩大坝采用在坝后栈桥布置智能通水管路，既方便了施工，又降低了施工风险，保证了施工质量。

④通过智能化设计、程序化管理、精细化布置，保证特高拱坝智能通水冷却施工。

2.主要特点

①建立一套独立智能远程实时、在线、个性化、适合全坝段的集成温控系统和应用技术方案，突破了传统通水冷却人工控制方式和简单通水控制方式的制约，达到了“小温差、早冷却、慢冷却”的效果，保证了精确、连续、个性化控温，大幅度节省温控防裂费用。

②通过现场试验和实际运行，研发了基于Web和微信移动平台的查询和发布平台——智能温控Web平台，满足实时在仓数增多、海量数据累积客观条件下的数据快速查询、分析功能。

③采用美观、实用的坝后栈桥智能通水设备布置方法，不仅便于操作截止阀控制通水启闭，而且管路及设备布置整齐、有序，能很好地避免因混淆管路而导致的通水施工事故，保证冷却通水正常进行。

三、智能通水工艺流程及施工要点

1.施工工艺流程

干热河谷特高拱坝智能通水冷却施工工艺流程为：冷水站及坝后钢栈桥布置→仓外智能通水设备布置→集成控制柜与一体阀集成柜连接→集成柜与进出水管对接→进、出水温度计安装→仓内冷却水管铺设→仓面温度计连接→控制柜软件开通和设置→后方服务器开通→现场数据网络开通→移动平台及Web系统使用。

2.操作要点

（1）冷水站及坝后钢栈桥布置

根据类似工程施工经验及大坝冷却规程要求，大坝同一时期通水冷却高差范围为78 m左右。制冷水采用多台B型移动式冷水站，分时段分5层布置在坝后右岸水垫塘边坡马道上，每层冷水站布置4～5台机组。此外，根据拱坝坝体结构，结合水垫塘现场马道及5层冷水站布置位置，在拱坝坝后每2～3个灌浆区设置一层施工栈桥，共需布置4层永久钢栈桥及7层临时钢栈桥。

（2）智能通水设备布置

在坝后栈桥每个横缝处布置1台控制柜，并在其周边布置由其控制的3台通水集成柜及热交换装置等。此外，在坝后冷却水管预留槽引出位置呈台阶状摆放通水集成柜、冷却水主管、供水包等智能通水设备（见图1）。

图1 坝后临时钢栈桥智能通水设备侧视图

（3）智能通水设备连接

现场一体阀集成控制柜和集成控制柜根据回路需要组合使用，相互连接采用航空插头软连接，两柜体之间需留有空隙。此外，一体阀集成控制柜各通水回路接头带安装螺纹和螺纹装配管，与供水包连接采用对丝软管连接。

（4）温度计安装与连接

①出水温度计在出厂前已预装完毕，仅需将通水柜的航空电缆与控制柜的航空插头对接，注意电缆和插头上的代号必须匹配。

进水温度计在控制柜现场外安装，首先将温度计电缆集中接入端子箱中，端子箱到控制柜的温度模块用三芯电缆连接。

在一体集成控制柜外部每一或多个通水管道回路，需加装内部测温装置，并通过电缆接线，采用航空插头与控制柜连接。

②仓面温度计需要在通水现场安装和连接，不同于进水温度计的是，仓面温度计直接接入控制柜的温度模块中，而且由于长度限制，温度模块的每一通道只允许连接1支仓面温度计。

（5）仓内冷却水管铺设

①坝体冷却水管布置在各浇筑层内坯层面上，采用蛇形布置，水平和竖直间距须严格按照设计要求铺设。

②冷却水管距上下游坝面、横缝面的距离为0.8 m，局部在0.5～1.5 m范围内调整；冷却水管距廊道、孔口、电梯井等的距离一般为0.5～0.8 m。

③冷却水管每2 m采用U形卡进行固定，转弯处需增设U形卡。

（6）控制柜软件开通和设置

现场共有3个控制柜，从左至右分别标记为1、2、3号柜，其中1号柜装有22套通水回路 （每套回路含1只温控阀、1支流量计、1支进水温度计，出水温度计需现场安装），标号为1～22；2号柜装有 PLC及其辅助模块，用于读取流量计、温度计信号并上传至上位机，同时接收上位机命令对温控阀进行流量或开度控制；3号柜亦装有20套通水回路，标号为23～44。

图2 Web查询使用功能模块

控制柜接入电源，通水软件建立与PLC的通信后，开始上报数据。每一套PLC控制柜都有一个IP地址，将此IP输入到发送部分的IP地址栏，随后在回路下拉框中选择需要开通的回路号，在模式下拉框中选择工作模式，设置控制回路。

（7）后方服务器开通

智能系统服务器安装在现场集装箱机房，机房人员负责硬件和网络的运行环境保持工作。调试通水阀门的上报与命令下发。接收大坝混凝土温度计上报的数据，通过控制柜端可以观察上报的个数以及接收到的服务器命令。

（8）现场数据网络开通

现场使用无线4G网络连接后方服务器及系统。

（9）移动平台及Web系统使用

Web系统在屏幕尺寸较大的PC机或者平板机上使用，使用功能模块见图2。移动平台在智能手机上使用，操作者使用微信平台即可完成大部分的维护操作任务，如查看每仓通水及温度数据、调节通水模式及流量、查看流量及温度曲线、输出各类报表等。

四、结 语

白鹤滩拱坝施工中形成了一套自动通水、精确控温、数据储存及分析的智能通水冷却智能系统，大幅度降低了施工人员的劳动力投入，将大坝水管冷却导致的开裂风险控制在设计允许范围之内，有效地保证了工程施工质量和施工进度。