水电工程水泥灌浆智能控制方法与系统-水利学报.pdf

水 利 学 报 2019年2月 SHUILI XUEBAO 第50卷 第2期 文章编号：0559-9350（2019）02-0165-10 水电工程水泥灌浆智能控制方法与系统 1 1 2 1 1 1 樊启祥 ，黄灿新 ，蒋小春 ，王克祥 ，黄 伟 ，杨 宁 （1. 中国三峡建设管理有限公司，北京 100038；2. 成都中大华瑞科技有限公司，四川 成都 610093） 摘要：水泥灌浆是水电工程基础加固和防渗的重要措施。面向水泥灌浆核心工艺过程控制，基于“全面感知、真 实分析、实时控制”的闭环智能控制理论，本文提出了三区五阶段P-Q-C-t 联动智能灌浆控制方法，通过灌浆压 力P 、注入率Q 、浆液密度C 、岩体抬动值ΔH 、浆液温度T 及灌浆历时t 的实时联动智能控制，实现了正常灌浆和 特殊情况灌浆一体化智能识别和控制。研发了智能灌浆单元机iGC和智能灌浆管理云平台iGM组成的智能灌浆系 统，实现了水泥灌浆一键式闭环智能控制。在乌东德、白鹤滩等水电站的固结灌浆和高压帷幕灌浆工程中应用显 示，该方法与系统提高了水泥灌浆工程的施工质量，具有较高的推广和应用价值。 关键词：水泥灌浆；智能灌浆方法；智能灌浆系统；智能灌浆单元机 中图分类号：TV523 文献标识码：A doi：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 水泥灌浆是水利水电工程基础加固和防渗处理的重要措施，稳定可靠的灌浆工艺质量事关工程 ［1-2］ 全生命期运行安全 。作为隐蔽工程的基础灌浆一直是水利水电工程领域质量管理的核心与焦点。 为提升灌浆质量控制水平，国内外学者和工程师们一直在探索更加先进的灌浆技术。 水电灌浆技术从人与机的相互作用角度，主要可分两个阶段：（1）第一个阶段，主要依赖人的控 制。早期的水电工程灌浆作业全过程靠人工控制、人工记录。到20世纪七八十年代，国外开始采用 灌浆自动记录仪对灌浆密度、流量等参数进行记录，1980年代末，我国开始引进国外灌浆记录仪， 例如瑞典的Craelius和VOPL、瑞士的Hany、法国的Lutz等记录仪，之后中国水电基础局与天津大学 ［3］ 成功研制出我国第一台灌浆自动记录装置并通过技术鉴定 。而后，GJY型灌浆记录仪的成功研发标 ［4］ ［5］ 志着灌浆记录自动化的真正开始 ，如Taylor等 提出一种轻便、可靠、低能耗、使用标准软件的简 ［6］ 易商用灌浆监测系统；Choquet等 将注浆性能参数的自动监测与岩土工程监测相结合，降低复杂注 ［7］ 浆工程的风险。近10年来，数字灌浆技术取得了长足进展，如Bruce 研发了灌浆工程中数字系统， ［8］ 具有实时性、真实性、快速性等优点，同时可生成数字地形模型；闫福根等 研发应用的基于B/S结 ［9］ 构的三维交互式灌浆可视化系统；樊启祥等 研发了数字灌浆技术，通过现场网络系统，实现灌浆记 录仪在线监控和灌浆数据自动传输，成果在线分析及建设各方实时共享。以上技术进步体现在灌浆 参数的记录方式与灌浆成果的通讯传输方式上，但灌浆工艺过程中的配浆、变浆、压力控制及灌浆 工艺等仍然由人工手动操作，主要存在以下问题：配浆变浆精度低、响应慢，压力流量控制响应 慢、易超压，升压、变浆等过程缺少时程控制，灌浆数据传输及灌浆成果易受干扰，灌浆特殊情况 判定和处理依赖个人经验，灌浆数据的全面性不足，灌浆设备及管线布置凌乱等。（2）第二个阶段， 灌浆工艺过