衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法以及系统技术方案

本发明专利技术提供一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法以及系统，科学实现衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化控制。本方法的特征在于包括：步骤1.按照预设方案对混凝土进行通水冷却，记录通水时间，并且通过埋设在混凝土内部的温度传感器实时采集混凝土内部温度，将第i次采集混凝土内部温度记为Ti，相应的通水时间记为ti，开始通水冷却时间t0＝0；步骤2.基于采集到的混凝土内部温度Ti和相应的通水时间记为ti，确定通水冷却措施；步骤3.若连续N次，都处于Ti‑1－Ti≥0.0052℃的情况，或者满足条件ti＞24×dj+26，表明该衬砌结构的通水冷却过程已完成，可关闭通水冷却自动化系统。

Automatic method and system of temperature control and water cooling in lining concrete

【技术实现步骤摘要】
衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法以及系统
本专利技术属于衬砌混凝土温控防裂
，具体涉及一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法以及系统。
技术介绍
衬砌是土木工程广泛采用的一种结构。衬砌混凝土由于水泥等胶凝材料的水化热作用会升温而产生很高的内部温度，如三峡水利枢纽永久船闸中输水洞衬砌混凝土内部最高温度达到近60℃，小浪底水电站输水洞衬砌混凝土内部最高温度达到70℃余。衬砌结构的厚度小，大多强度高(如大型水电站泄洪洞强度达到C50、C60)，内部温度高，温降幅度大，温升温降速度快，受到围岩和支护结构等极强约束的薄壁衬砌，在施工期容易发生温度裂缝,而且大多是贯穿性危害裂缝。如图1所示，裂缝的处理严重影响工程的进度工期和造价，未能修复完善的贯穿性裂缝(一般都难以达到原混凝土结构性能)严重影响衬砌结构的耐久性和寿命，甚至导致渗漏和威胁工程安全。喷射状态的漏水(东深供水雁田隧洞)还直接危害人的健康与舒适度。在混凝土内埋设冷却水管通水冷却，可以有效降低结构混凝土内部最高温度和内外温差，是一种极为有效的温控防裂施工措施，在各类土木建筑大体积混凝土工程建设中广泛采用。在地下水工衬砌混凝土温控防裂中采取通水冷却措施，最早于1999年在研究三峡永久船闸地下输水洞衬砌混凝土温控防裂中提出，在中隔墩输水洞衬砌混凝土温控施工中采用，取得一定效果。后来，在三峡右岸地下电站发电洞有压段衬砌混凝土温控防裂施工中全面采用。特别是，在溪洛渡、白鹤滩、乌东德等水电站地下工程混凝土温控防裂施工中全面采用。如图2是白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土采用埋设水管通水冷却情况。现行有关设计规范对于地下洞室工程衬砌混凝土温度控制与通水冷却一般都缺乏明确与具体的规定。如《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)仅在11.2.6条要求“温度变化、混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力对衬砌的影响，宜通过施工措施及构造措施解决。对于高温地区产生的温度应力，应进行专门的研究”。因此水利水电枢纽工程中地下洞室衬砌混凝土的通水冷却都是参考大坝大体积混凝土通水冷却的方法。通水冷却在坝工混凝土温控中一般分3期采用：初期，目的是控制最高温度，尽可能降低最高温度，也就尽可能采用低温水和大流量；中期，目的是控制内外温差，水温宜适当；后期，目的是控制接缝灌浆后坝体降至稳定温度的温降幅度。但无论是哪一期，都需要控制坝体混凝土与冷却水之间的温差和温降速度，以及各期通水时间。坝体混凝土与冷却水之间的温差，各规范控制值基本一致，为20℃～25℃。温降速度，各规范控制值有较大差别，坝工规范为1.0℃/日；水工混凝土施工规范规定初期为1.0℃/日，中期为0.5℃/日。通水时间，坝工规范中没有详细规定；水工混凝土施工规范规定，初期冷却可取10～20d，中期通水冷却宜为1～2个月左右。另外，水工混凝土施工规范还规定初期通水管中水的流速宜为0.6～0.7m/s，水流方向应每24h调换1次。而衬砌混凝土的厚度小，温降快，施工期只有一次温升温降过程，显然这些控制指标不适用。而且，在通水冷却的过程中，过去都是采用人工控制，温度控制效果与人的责任心、天气等环境影响都有关系。综合以上情况说明，目前采用的衬砌结构混凝土内部温度控制通水冷却方法，科学性差、技术落后、理论方法支撑不足、混凝土温度控制保障差、不经济，不能有效实现衬砌混凝土温控防裂目标。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法以及系统，科学实现衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化控制。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<方法>本专利技术提供一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.按照预设方案对混凝土进行通水冷却，记录通水时间，并且通过埋设在混凝土内部的温度传感器实时采集混凝土内部温度，将第i次采集混凝土内部温度记为Ti，相应的通水时间记为ti，开始通水冷却时间t0＝0；步骤2.基于采集到的混凝土内部温度Ti和相应的通水时间ti，确定通水冷却措施，包括：步骤2-1.若Ti≥Ti-1，属于温升阶段，继续通水，并记录相应的通水时间ti，ti＝ti-1+1/12h；步骤2-2.若Ti＜Ti-1，属于温降阶段，采取间歇性通水控制温降速率，具体包括以下两个阶段：步骤2-2-1.在ti≤24×dj的情况下，处于温降第1阶段(最大内表温差发生之前)：在本第1阶段中，若Ti-1－Ti<0.01042℃，则继续通水；若Ti-1－Ti≥0.01042℃则关闭电磁阀暂时停止通水冷却，并记录相应的通水时间ti，ti＝ti-1+1/12h；其中，dj＝2.2×H+0.004×C-0.02×(T0+Tg)+2，单位为：天(d)，式中：dj为衬砌混凝土最大内表温差发生龄期(d)；H为衬砌混凝土结构厚度(m)；C为衬砌混凝土强度等级(MPa)；T0为衬砌混凝土浇筑温度(℃)；Tg为通水冷却等效水温值(℃)，Tg＝35-Tw，Tw为通水冷却水温(℃)；步骤2-2-2.在ti＞24×dj的情况下，处于第2阶段(最大内表温差发生之后)：在本第2阶段中若Ti-1－Ti＜0.0052℃，则继续通水，令ni＝0，并记录相应的通水时间ti；若Ti-1－Ti≥0.0052℃，则暂时停止通水冷却，并记录暂时停止通水冷却的次数ni＝ni-1+1和相应的时间ti，ti＝ti-1+1/12h；步骤3.若连续N次都处于Ti-1－Ti≥0.0052℃的情况，或者满足条件ti＞24×dj+26，表明该衬砌结构的通水冷却过程已完成，衬砌混凝土内部最高温度不会再回升，可关闭通水冷却自动化系统。优选地，本专利技术提供的衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，还可以具有以下特征：通水时间记录间隔为4～8分钟，混凝土内部温度采集间隔与通水时间记录间隔相同(同步进行)。优选地，本专利技术提供的衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，当未进行通水冷却时，Tw＝35℃。优选地，本专利技术提供的衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，N＝200～300次。优选地，本专利技术提供的衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，还可以具有以下特征：混凝土内部温度采集间隔与通水时间记录间隔均为5分钟，ti＝ti-1+1/12h，在步骤3中，N＝288次。<系统>本专利技术还提供一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化系统，包括：水冷部，用于对混凝土进行通水冷却，包括：布设在衬砌混凝土各个区域上的通水管道，和安装在管道进水口出的开关机构；测温部，包括至少一个埋设在混凝土内部的温度传感器；记时部，记录水冷部的通水冷却时间；控制部，与水冷部、测温部、记时部相通信连接，获取水冷部、测温部、和记时部的数据，并根据权利要求1至5中任意一项的衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法控制水冷部、测温部和记时部运行。专利技术的作用与效果(1)本专利技术可以适用于任何衬砌结构(包括不同土木工程类型、不同结构形式、不同厚度、不同强度等)进行衬砌混凝土通水冷却自动化和温度控制。如果需要，也可以调整混凝土允许温降速率适用于不同工程混凝土内部温度温降控制情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.按照预设方案对混凝土进行通水冷却，记录通水时间，并且通过埋设在混凝土内部的温度传感器实时采集混凝土内部温度，将第i次采集混凝土内部温度记为Ti，相应的通水时间记为ti，开始通水冷却时间t0＝0；步骤2.基于采集到的混凝土内部温度Ti和相应的通水时间ti，确定通水冷却措施，包括：步骤2‑1.若Ti≥Ti‑1，属于温升阶段，继续通水，并记录相应的通水时间ti；步骤2‑2.若Ti＜Ti‑1，属于温降阶段，采取间歇性通水控制温降速率，具体包括以下两个阶段：步骤2‑2‑1.在ti≤24×dj的情况下，处于温降第1阶段(最大内表温差发生之前)：在本第1阶段中，若Ti‑1－Ti<0.01042℃，则继续通水；若Ti‑1－Ti≥0.01042℃则关闭电磁阀暂时停止通水冷却，并记录相应的通水时间ti；其中，dj＝2.2×H+0.004×C‑0.02×(T0+Tg)+2，式中：dj为衬砌混凝土最大内表温差发生龄期；H为衬砌混凝土结构厚度；C为衬砌混凝土强度等级；T0为衬砌混凝土浇筑温度；Tg为通水冷却等效水温值，Tg＝35‑Tw，Tw为通水冷却水温；步骤2‑2‑2.在ti＞24×dj的情况下，处于第2阶段(最大内表温差发生之后)：在本第2阶段中若Ti‑1－Ti＜0.0052℃，则继续通水，令ni＝0，并记录相应的通水时间ti；若Ti‑1－Ti≥0.0052℃，则暂时停止通水冷却，并记录暂时停止通水冷却的次数ni＝ni‑1+1和相应的通水时间ti；步骤3.若连续N次都处于Ti‑1－Ti≥0.0052℃的情况，或者满足条件ti＞24×dj+26，表明该衬砌结构的通水冷却过程已完成，可关闭通水冷却自动化系统。...

【技术特征摘要】
1.一种衬砌混凝土内部温度控制通水冷却自动化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.按照预设方案对混凝土进行通水冷却，记录通水时间，并且通过埋设在混凝土内部的温度传感器实时采集混凝土内部温度，将第i次采集混凝土内部温度记为Ti，相应的通水时间记为ti，开始通水冷却时间t0＝0；步骤2.基于采集到的混凝土内部温度Ti和相应的通水时间ti，确定通水冷却措施，包括：步骤2-1.若Ti≥Ti-1，属于温升阶段，继续通水，并记录相应的通水时间ti；步骤2-2.若Ti＜Ti-1，属于温降阶段，采取间歇性通水控制温降速率，具体包括以下两个阶段：步骤2-2-1.在ti≤24×dj的情况下，处于温降第1阶段(最大内表温差发生之前)：在本第1阶段中，若Ti-1－Ti<0.01042℃，则继续通水；若Ti-1－Ti≥0.01042℃则关闭电磁阀暂时停止通水冷却，并记录相应的通水时间ti；其中，dj＝2.2×H+0.004×C-0.02×(T0+Tg)+2，式中：dj为衬砌混凝土最大内表温差发生龄期；H为衬砌混凝土结构厚度；C为衬砌混凝土强度等级；T0为衬砌混凝土浇筑温度；Tg为通水冷却等效水温值，Tg＝35-Tw，Tw为通水冷却水温；步骤2-2-2.在ti＞24×dj的情况下，处于第2阶段(最大内表温差发生之后)：在本第2阶段中若Ti-1－Ti＜0.0052℃，则继续通水，令ni＝0，并记录相应的通水时间ti；若Ti-1－Ti≥0.0052℃，则暂时停止通水冷却，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段亚辉，樊启祥，段次祎，方朝阳，王孝海，李文涛，
申请(专利权)人：武昌理工学院，中国三峡建设管理有限公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42