水利工程施工中的导流施工控制技术研究

李纪明

（喀左县水利局，辽宁 朝阳 122300）

0 引言

在水利工程施工中的导流施工时，必须依据现场的情况，充分考虑导流截流落差与下游水位之间的关系，有针对性地控制导流施工。结合以往对于此方面的研究中，主要依靠堵头施工进行，但并未结合相关的应力分析，因此，在实际应用中的控制效果远不如预期，造成控制轴力低的问题[1]。水利工程施工中的导流施工是水库投入运行的一个重要阶段，导流施工工作成功与否，事关全局，所以导流施工工作既是一项非常重要的工程，也是一项非常慎重的工作，必须高度重视，确保安全顺利地完成导流施工任务[2]。为此，必须成立以指挥部、监理组及施工单位主要成员组成的导流施工领导小组，具体分工和统一布置指挥导流施工前后的一切工作。基于此，本文通过研究水利工程施工中的导流施工控制技术，致力于从根本上提高水利工程施工中的导流施工控制轴力，增强水利工程施工中的导流施工控制效果。通过各方积极配合，充分做好导流施工前的各项准备工作。并在实施过程中做到精心设计、控制施工，胜利完成导流施工任务。

1 分析导流施工水力

本文采用有限元法通过数值模拟的方式，分析水利工程施工中的导流施工水力。其中，一是对施工过程数值模拟，二是对水利工程施工中的导流施工水力数值模拟[3]。对于施工过程中数值模拟主要是利用有限元软件，实现在水利工程施工中的导流施工洞口上荷载的施加和释放的循环，每一次荷载循环代表一个施工步骤，所以在数值模拟过程中对于荷载施加不能一次完成。应用有限元方法对施工过程数值模拟分析的过程中，荷载的释放与施加是通过相关系数来控制的[4]。基于此，设其目标函数为A，可得公式（1）。

在公式（1）中，α表示各个导流施工步增量；δ表示当前模拟的导流施工荷载释放系数；F表示水利工程施工中的导流施工洞口水力的等效结点力。通过公式（1），模拟分析水利工程施工中的导流施工过程数值。

在此基础上，对于水利工程施工中的导流施工洞口水力数值模拟需要结合具体施工情况，以此来确定所要采取的模拟措施。对于水利工程施工中的导流施工洞口水力力学模拟主要考虑等效替换，将混凝土与水力进行强度等效替换，从而使水利工程施工中的导流施工水力模拟转换为等抗压强度的混凝土力学模拟，降低数值模拟难度[5]。其有限元分析表达式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，E表示折算后的混凝土弹性模量；g表示水利工程施工中的导流施工水力上的最大应力；s表示水利工程施工中的导流施工横截面积；q表示导流施工中混凝土弹性模量；v表示水利工程施工中的导流施工材料的屈服强度。利用公式（2）对水利工程施工中的导流施工水力数值模拟，以此实现了水利工程施工中的导流施工水力分析部分，为水利工程施工中的导流施工控制提供理论数据。

2 导流施工控制技术

在分析水利工程施工中的导流施工水力的基础上，设计水利工程施工中的导流施工控制技术，主要分为4步主要流程，实现导流施工控制。

2.1 计算导流能力

在水利工程导流施工控制过程中，必须明确水利工程施工中的导流能力。本文通过计算的方式，计算水利工程施工中的导流能力。水利工程施工中的导流能力作为导流施工控制中最关键的核心指标，能够直接决定导流施工的控制效果[6]。考虑到水利工程施工中在不同状态下的导流能力也有所不同，分别为：自由出流、过度出流以及淹没出流。则水利工程施工中的导流能力的表达式见公式（3）。

公式（3）中，m表示水利工程施工中自由出流的流量系数；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过度出流的流量系数；φ表示水利工程施工中淹没出流的流量系数；H表示泄洪洞底高程；hs表示从隧洞进口断面底部算起的上游水头。通过公式（3），计算得出水利工程施工中的导流能力。以此为判据，为下文设定水利工程施工中的导流施工中进、出口高程提供理论依据。

2.2 设定导流施工中进、出口高程

根据计算得出的水利工程施工中的导流能力，合理设定水利工程施工中的导流施工中进、出口高程。在设定过程中，必须保证导流施工中的水口底部完全淹没在死水位下，保证水利工程施工中导流管的潜水进口装置处于密封状态，不会出现进水的现象。与此同时，为保证导流施工与地库能够保持一定的安全距离，还需要预留出1 m的安全距离。设定导流施工在水利工程中进、出口高程最核心的目的就是保证导流施工过程中能够正常导流供水，尤其是在直角、转弯处不出现拥塞，进而加快导流施工后水库断面平均流速，达到水利工程施工提高导流能力的目的。

2.3 明渠提前截流

为了确保水利工程施工的顺利实施，提出在导流施工前期的明渠截流行为。在对此种工作研究的过程中，发现明渠截流属于一项任务量大、施工技术较复杂的系统性行为。此项行为中，水文地质勘察工作是此项工作的前提条件，也是确保明渠截流的保障性行为。结合水利工程的施工需求，应先获取明渠提前截流相关条件，包括：水流流向（以正北方向为参照标准）、水流流速（单位为m/s）、截流行为发生的边界条件、截流周边环境（包括地质环境、水文环境等）。在完成对水文水利动态化要素获取的前提下，监测不同动态化条件的变化趋势[7]，并根据上游雨情变化，对水文信息进行针对性获取，使用GPS定位水文异常发生点，根据水流的交汇口，对水利工程多断面进行同步监测（此过程可辅助使用无人立尺技术）。在以上基础上，使用无人机与无人游艇搭载ADCP，进行明渠提前截流断面图像的绘制，按照1∶500的比例尺，对截流断面进行处理，以此解决水流流速与流向对水利工程实施造成的影响，实现并完成对水流中淤泥的提前截流处理。

2.4 控制导流施工

在完成明渠提前截流后，还需要复核导流施工中的高程真空度，进一步控制水利工程施工中的导流施工。结合以往研究表明，水利工程施工中的导流施工高程真空度与行进流速有关，基于此可将导流施工中水头损失代入能量方程，判断其高程真空度，控制水利工程施工中的导流施工。设此过程的目标函数为v，则有公式（4）。

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

d表示导流管管顶轴线长度；g表示重力加速度；h表示流段上游和下游断面的水深。通过公式（4），得出导流管在导流施工中高程真空度，确保v的取值在5～8范围内，控制水利工程施工中的导流施工，进而满足水利工程施工中的导流施工的复核条件。以此，实现水利工程施工中的导流施工控制。

3 实例分析

3.1 实验准备

为构建实例分析，实验对象选取某水利工程，工程内容为导流施工。该水利工程导流施工项目及要求，如表1所示。

表1 水利工程导流施工项目及要求

结合表1所示，本次实例分析选取的对比指标为施工控制轴力，施工控制轴力越高代表此控制技术下的水利工程导流施工控制效果越好。首先，使用本文设计的控制技术对水利工程导流施工进行控制，通过核查工具Qacenter测得其施工控制轴力，设置为实验组。再使用传统控制技术对水利工程导流施工进行控制，同样通过核查工具Qacenter测得其施工控制轴力，设置为对照组。为避免偶然现象的出现，在此次的实例分析中,共进行8次实验。针对核查工具QAcenter测得的施工控制轴力，记录实验结果。

3.2 实验结果与分析

通过图1可知，本文设计的控制技术施工控制轴力明显高于标准值，而传统控制技术的施工控制轴力明显低于标准值，证明设计的控制技术对水利工程导流施工控制效果更好，具有现实应用价值。

图1 施工控制轴力对比图

4 结束语

通过水利工程施工中的导流施工控制技术研究，取得一定的研究成果，能够解决传统导流施工控制中存在的问题。由此可见，本文设计的控制技术是具有现实意义的，能够指导导流施工控制技术优化。在后期的发展中，应加大本文设计的控制技术在水利工程导流施工中的应用力度。截至目前，国内外针对导流施工控制技术研究仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对导流施工控制技术的优化设计提出深入研究，为提高导流施工控制技术的综合性能提供参考。