水利水电技术工程研究中心项目建设可行性研究报告Word下载.docx
《水利水电技术工程研究中心项目建设可行性研究报告Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利水电技术工程研究中心项目建设可行性研究报告Word下载.docx（47页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
XX大学的所在地——湖北省XX市，是世界上最大的水电基地，XX市经济的主要特色是水电，建设世界最大的水电城是XX市的奋斗目标。
在学校的近旁有世界著名的最大水电工程——XX工程，国内外各种先进的施工机械和施工技术在工程中使用，我国最大的水电施工企业——中国XX水利水电集团公司就毗邻我校，曾引进、吸收和开发了一大批新的施工技术。
学校充分利用行业及地域优势，抓住XX、清江流域开发的大好时机，积极为国家重点工程和地方经济建设服务。
近几年完成和目前承担的国家重点攻关课题、国家自然科学基金课题、XX工程建设重大课题、霍英东基金项目等数十项，逐渐形成了具有自身特色的研究方向，在高坝筑坝与施工技术、监测新技术及安全监控技术、新型建筑材料、爆破新技术、计算机仿真与控制技术、水电工程施工过程计算机多媒体三维动态模拟等方面具有较大优势。
水利水电工程施工是一项复杂的系统工程问题，涉及的因素比较多，从施工技术，施工机械到施工组织管理是十分复杂的。
就施工技术而言，不同类型的水电工程有不同的施工方法及技术。
随着现代高新技术的不断发展，新材料的不断涌现，大容量高速计算机的出现，使施工方法不断革新，施工技术日新月异。
可以说，现代的水电工程建设行业是一个知识密集、技术密集、资金密集型的产业。
引进、吸收、应用新技术，开发新产品，对水利水电工程行业及相关行业来说，是一项具有十分广阔前景的高新技术产业。
目前，我国水电工程施工技术，引进和应用技术方面比较多，开发利用、创建自己品牌的产品则很少。
研究和开发现有的施工技术，形成产品，推向市场，对推动我国水利水电工程建设，改革水电工程施工技术市场有重要的理论和实际意义。
水电工程施工技术研究中心的建设项目，就是在我校多年科学研究成果的基础上，将成果转化为产品，通过市场推广到水电工程施工企业，加速水电工程施工技术的改革，将成果转化为生产力，为国民经济建设服务。
本中心目前的主要任务是，将我校已完成的国家自然科学基金项目，国家“八五”重大科技攻关项目，霍英东基金项目，国家电力公司重大项目的研究成果在水电工程施工领域形成三个优势研究与开发方向，结合三
峡工程、清江水布地工程的具体实践，在中国长江XX工程开发总公司，
中国XX水利水电集团公司，湖北清江水电开发有限责任公司的支持
下进行开发和中试，形成产品，推向市场。
三个有特色和优势的研究与开发子项目介绍如下：
l、工程爆破爆炸能量转化的精密控制成套技术的研究与开发
主要研究水利水电工程及其它工程爆破中爆炸能量转化的精密成套技术，开发系列高效爆破炮眼堵塞材料，改进施工工艺，提高爆破炮眼的堵塞质量和技术，避免爆炸气体产生直接由炮眼口外泄，大幅度提高工程爆破过程中爆炸能量的利用率。
提高破碎岩体的效果，明显地提高工程爆破的经济效益和安全性，同时减少爆破的有害效应。
该技术具有如下优点：
①材料来源可靠，工艺简单；
②使用方便，安全可靠；
③适用范围宽，易推广；
④耐久性能好，易存放；
⑤总投资少，收效快，利润高。
该研究方向在中国长江XX工程开发总公司等单位的资助下，进行了大量研究工作，研究出了一批有价值的科研成果，有一项成果曾获第二届国际“爱因斯坦”新发明、新技术（产品）博览会“国际金奖”，并已申请专利。
该技术及产品一般可节省炸药20％——30％，减少炮孔15％——20％，效益十分明显。
该研究与开发方向将对这种堵塞技术及产品进行进一步的研究和开发，包括不同种类新材料的开发，使之性能、特征产品质量更安全、可靠、经济、实用，形成系列产品和成套技术，增强市场竞争能力，并在建筑行业各市场中推广应用。
2、分布式光纤传感监测技术及光纤传感器系列研究与开发
该方向主要从事分布式光纤传感技术及光纤传感器系列研究与开发，分布式光纤传感技术是传感技术发展中的尖端领域和研究开发热点，属高新技术。
它主要是研究光纤传感技术在大坝、道桥、机场、港口、电厂施工及运行期间安全监测中的应用，并研制成分布式光纤传感器系列，形成高新技术产品在工程中应用。
光纤传感技术与传统的传感技术相比，具有明显优点，可实现远距离测量与监控，范围广，信息量大，成本低，精度高，在具有强电磁干扰、易燃易爆或强腐蚀的严酷条件下，分布式光纤传感器具有无可比拟的优点。
本方向主要从事如下方面的研究与开发：
①各类光纤传感器和埋设工艺及定位技术；
②各类光纤传感器及细部构造、连接与检测技术；
③光纤与结构材料的高分子粘接材料研究；
④各类光纤传感器及其阵列传感信号处理；
⑤各类光纤传感器及其适用性、耐久性和稳定性问题研究。
该方向在国家自然科学基金项目，国家电力公司重大项目的资助下，已研究和开发了一批有价值的科研成果，在附近一些工程中应用，效果好，进一步的研究和开发可形成产品，具有十分广阔的应用前景和市场。
3、水电工程施工多媒体计算机仿真系统研究和开发
该研究方向主要从事三维计算机图形图像技术和可视化技术在水电工程施工过程中的应用。
它以工程所处的地形、水文、相关工程为基础数据库系统，以三维动画图形方式显示整个施工区域的地形地质条件，同时建立了友好的人机界面和相关工程施工过程的计算机图形显示系统，选择优化的施工方案，对施工过程的动态显示技术进行研究。
主要方向有如下几个：
①水电工程施工导截流计算机仿真动态模拟；
②水电工程混凝土浇筑施工计算机仿真动态模拟；
③水电工程土石坝填筑施工计算机仿真动态模拟；
④水电工程上石方开挖计算机仿真动态模拟。
在XX工程专项科研项目、霍英东基金项目、国家电力公司重大项目资助下，上述研究已开发形成了若干套动态仿真系统，有些正在工程中应用，如施工截流计算机仿真动态模拟和混凝土浇筑施工计算机仿真动态模拟在XX工程中应用，受到了用户的高度称赞。
进一步研究可开发形成产品，在水电工程及相关工程施工中应用，也具有广阔的开发应用前景和市场。
此外，积极拓展新的研究开发方向，近期将发展的几个方向如下：
①水电工程施工中大型现代化机械的精密检测及其仪器仪表研究与开发；
②电力生产全过程的计算机仿真技术及系统研究与开发；
③水电工程岩土加固系统的工艺、方法及材料的研究与开发；
④系列胶粘剂技术及产品开发研究。
本中心的目标将是依托世界最大的水电工程——XX工程，及长江。
清江流域梯级开发，水电工程最密集、且以水电为经济增长点的城市——XX市，结合我校水电学科优势，以及学校的综合实力，建成我国乃至世界水电施工技术研究与开发基地。
加速我国水电施工产品的开发与利用，促进水电工程施工技术的产业化发展。
上述产品也可应用于相关行业，如交通、铁道、机场、建筑等。
二、项目背景与必要性
水电工程施工技术是一个系统工程问题，涉及的内容很多。
作为本工程研究中心建设项目，拟解决的关键技术问题和当前拟实施的产业化项目主要有以下三个子项目。
子项目1
工程爆破爆炸能量转化的精密控制成套技术的开发与研究
工程爆破，是工农业生产、国防建设及人民生活中不可或缺的一个极为重要的特殊行业。
无论是公路铁路建设、水利水电建设等涉及国民经济发展的重大基本建设，还是采矿等重要基础工业，也无论是国防、人防等关系到国家和人民安全的基本建设，还是城市、房屋建设等关系人民生活的基本建设，都离不开它。
冒前，爆破已广泛地用于岩矿的破碎、土壤的压实、建筑物的拆除等许多方面。
不仅如此，爆破的工程量也是十分巨大的。
70年代，美国的工业炸药耗量就高达12亿公斤，而且此后还有所增加；
近年来，我国工业炸药的耗量也达此水平。
这些炸药，绝大部分都用于岩矿的爆破。
有些岩矿爆破工程一次用炸药量就多达万吨以上，爆破方量达千万立方米，单项工程如XX工程的总用药量达百万吨，爆破方量多达几亿立方十。
因此，精密控制爆炸能量的转化，有效地提高爆炸能量的利用率，一直是工程爆破的一项艰巨任务，也是工程爆破界为之努力奋斗的目标。
不过，过去人们仅仅只是把它作为节能降耗、提高经济效益的一个重要手段，而今天，随着全人类环境保护意识的普遍提高，精密控制爆炸能量的转化已成为人类保护环境、减少爆害、提高爆破安全性的一大新需要。
工程爆破，至少有100多年的历史。
100多年来，尽管世界各国的科学技术人员对爆破进行了广泛而深入的研究，并取得了许多重要的研究成果。
但由于传统观念的束缚，迄今为止在爆炸能量转化的精密控制方面所取得的成效仍然非常有限，以致于目前土岩爆破过程中仍然只有11％——13％的爆炸能量转化成岩矿破碎的有用功，其余近90％的能量都以光能、声能、热能和震动能等不同形式白白浪费。
因此而造成人力、物力、财力和时间的严重浪费，并因此而产生过量的有毒气体，空气遭受污染。
不仅如此，有时还会造成过度的震动，产生过量的飞石，使围岩遭到严重的破坏和扰动，增加滑坡、塌方的危险和围岩、边坡处理的工程量，甚至使周围建筑物和设施遭受破坏，造成人员伤亡，设备受损。
因此，发展炸药能量转化过程的精密控制技术，提高炸药能量的利用率，降低爆破的有害效应，已成为新世纪工程爆破的发展战略。
我国著名的老科学家钱学森先生、中国工程爆破协会理事长郭声琨先生和协会秘书长汪旭光院士都强调，要深入研究，大力创新，通过精心设计、精心施工，保证装药堵塞质量、合理分段和起爆顺序等尽量提高炸药能量的利用率，尽可能地降低爆炸能量转化过程中的损失。
迄今为止，国内外岩矿爆破用的炮眼，仍然是采用土、砂、小石、钻孔屑、纸、草或流体等堵塞。
实践早已证明，这些材料所形成的炮孔堵塞体，既不具较高的强度，也不能与炮孔壁挤紧。
在极高的爆炸气体压力作用下，它们不是被整体推出炮孔，就是被剪破，因而失去对爆炸气体的封闭作用，使爆炸气体直接由炮眼口冲出而形成“冲天炮”，引起卸压，造成爆炸能量的严重损失，使爆炸气体的压力难以上升到较高的值，爆炸气体对被爆岩矿的作用难以维持较长的时间，更不能将作用在堵塞体里端面上的爆炸气体压力传递到被爆岩矿上使之成为有效的破坏力。
因此，爆炸能量的利用率非常低，仅为11％——13％左右。
虽然有人进行过炮眼堵塞质量的研究，但有关研究主要集中在要不要堵塞，或堵塞质量对爆破的效果到底有多大影响等方面，至于炮眼堵塞所用的材料，则一直没有新的突破，始终停留在传统堵塞材料上。
之所以会出现上述局面，主要有以下三方面的原因：
（1）传统观念的束缚。
人们总认为，土、砂、石、钻孔屑以及水等都是天然材料，而装炸药的瓦棱纸箱和塑料袋等则是废弃物，这些材料就在身边，随手可以拈来，用来堵塞炮眼，不用增加额外的开支。
如果采用其它材料堵孔，则须花钱购买，这将增加爆破成本。
（2）采用土、砂、石、钻孔屑、纸、草和流体等堵塞炮眼，操作十分方便，特别是用于堵塞正向炮眼，只要填入炮眼，并用炮棍捣紧即可，无须其它任何操作，也无须运输和保管。
（3）明知用上述材料堵塞炮眼难以保证堵塞质量，但找不到更合适的堵塞材料，因而不得不将就使用。
上述三大原因中，前二者是最重要的。
它们挡住了人们的视线，使人们安于现状，不思进取，结果致使炮眼的堵塞质量一直没有明显的提高。
子项目2
分布式光纤传感监测技术及光纤传感器系列研究与开发
大坝等水工建筑物以及桥梁、高层建筑、高陡边坡的安全监测，目前正面临技术更新换代的新形势。
传统的监测方法是以电阻式应变计等电测仪器为代表进行点式监测。
实践证明它存在若干缺陷：
（1）对测点物性有影响；
（2）耐久性差；
（3）易受强磁场于扰；
（4）信息量受局限，（5）不易形成自动监测系统。
因此，研究水利水电工程安全监测的高新技术显得非常必要。
同时，要真正使大坝安全监测自动化技术向实时在线监控、远程自动化网络方向迈进，新的传感技术是成败的关键。
在各国竞相开发的安全监测高新技术中，光纤传感技术处于中心地位，是研究开发的热点。
与传统的传感器相比，它具有如下的优点：
（1）集传感与传输于一体，可实现远距离测量和监控；
（2）一次测定就可获得整个光纤区域的一维分布图；
（3）能在一条长达数千米的传感器光纤环路上获得几十、几百条信息，单位信息成本大大降低；
（4）测量范围宽，具有高空间分辨率和高精度；
（5）抗强电磁干扰；
（6）易于实现自动监测与预警功能监测系统。
因此，它具有广泛的应用前景。
我们通过近几年的研究和现场实验，在分布式光纤的埋设工艺、大坝裂缝监测、高陡边坡和滑坡深部变形及传感器的研制方面取得了一定的进展。
以XX工程临时船闸为背景，在国内首次进行斜交分布式光纤裂缝传感高新技术的现场实验研究，所探索出的大体积混凝土光纤埋设工艺和细部构造基本可行。
混凝土面板堆石坝的原型监测是目前亟待解决的重大难题之一，因面板与压实堆石坝的变形模量相差悬殊，二者不协调易使面板和上水系统受到损伤，进而导致漏水，给大坝安全造成威胁。
对此我们将自己研制的传感器埋入大坝周边缝和板间缝；
利用所研制的专用粘接剂，将光纤传感网络胶接在混凝土面板表面；
以监测其随机裂缝产生和发展，并取得了一定经验和成果。
为适应周边缝的监测，我们正与国防科工委所属的238厂合作，研制开发新的大量程（100mm以上）传感器，可望近期生产出样品。
我们的目标是将上述产品通过再次实验后，力争用到清江水布垭水电工程（世界上最高的破面板堆石坝，坝高237米）中去，为进一步的推广应用创造条件。
为了监测高陡边坡及滑坡体的深度变形，我们还研制了一种螺旋式胶棒光纤传感器。
分别埋设在清江隔河岩厂房高边坡和库区军家田滑坡，目前正在测试之中。
上述研究，不仅取得了国家自然科学基金（5987002）的资助．还列入了国家电力总公司的重大科研项目。
同时，还取得了湖北省清江水电开发有限责任公司，XX水利水电工程集团公司，湖北省兴山天星水电集团，XX市长途电信传输局等单位的大力支持和帮助。
长江XX水电工程，清江高坝洲水电工程，古洞口水电工程，清江隔河岩水电工程都是我们研究开发的依托工程。
重庆大溪河水电开发公司鱼跳水电工程将作为我们新一轮的现场试验基地。
随着光电技术的发展，生产光纤的成本将大幅度降低，光纤测试仪器（OTDR）及光纤溶接机也相继降价，专用传感器和粘接剂．若将来批量生产，成本也不高。
总之，光纤传感技术作为大坝安全监测新技术将大大低于常规监测的费用。
当前存在的主要问题是：
（1）光纤通讯所用的光纤和测量仪器还不完全适用于土木工程，需做一定的改进。
目前，我们正与信息产业部电子第46研究所取得联系，拟采用他们生产的特种光纤。
（2）光纤本身细小脆弱，埋设工艺是关键，需在不同工程做大量实验。
（3）要将此种新技术转化成生产力，首先要纳入水电工程的设计，这需得到设计单位和业主的认可。
清江水电开发有限责任公司对我们的研究非常关注，还有协议将成果用于水布垭水电工程。
（4）目前国内外传感器产品很多，但真正能用于土木工程，尤其是用于征面板堆石坝监测的传感器很少，主要靠自己研制专用传感器，包括设计、加工、埋设、测试都有一定难度。
本方向研究和开发水工建筑物智能化损伤识别技术——光纤传感监测系统的理论和技术，攻克主要监测项冒（裂缝、变形、应变力、温度等）的关键技术，开发出新一代安全监测的新仪器、新方法和新产品。
美国开始光纤传感器的研究最早（大约是1977年），投资最大，仅1983年就投资12—14亿美元，主要集中在光纤传感器系统（FOSS）；
现代数字光纤控制系统（ADOSS）；
光纤陀螺（FOG）；
核辐射监控（NRM）；
飞机发动机监控（AEM）等计划。
英国政府特别是贸易工业部（DTT）十分重视光纤传感技术，最早在1982年以该部为首成立了英国光纤传感器合作协会（OSCA）。
德国的光纤陀螺研究规模和水平仅次于美国而居世界第二位。
法国、瑞士、意大利等国也开展了光纤传感器的研究工作。
日本制定了1979年——1986年“光应用计划控制系统”的七年规划，投资70亿美元。
Chen和Nawy在高强度混凝土（84－98MPa）预制预应力方形柱结构的弯曲特性评价试验中，将光纤维传感器埋置试件中，直接定量地测定了变形数据，并进行了有关对比试验，试验结果显示，试件内部埋置光纤传感器与应变仪，以及外部安装光纤传感器与千分表测定的数据对比，均具有高度的相关性。
同时，他们还提出了光纤传感器作为测定钢材平均变形值，以及确认混凝土裂缝宽度的检测方法，与传统的应变仪表相比，具有显著的优越性。
我国光纤传感器的第一次全国会议是在1983年，到目前为止，虽有长足进展，但离发达国家的研究水平仍存在不小的差距。
在结构损伤监测和损伤评估方面，柏林结构养护及现代化研究机构（IEMB）将棵光纤粘接在构件上，在联邦材料研究中心（BAM）试验厅内对郊外铁路钢桥进行监测，测得横向大梁裂缝由0.01mm的开展过程，加拿大多伦多大学提出基于光纤折断原理的损伤定位系统，当材料中某一区域损伤时，通过这一区域的光线输出功率为零，由此可判断损伤位置，该方法利用器件太多，不适于大范围测量。
美国佛罗里达技术学院提出了神经网络损伤评估法，不仅可定位，还可以确定损伤程度。
它可处理大范围的传感信号，构造出材料的应变分布与传感器的有限输出信号之间的关系。
Fuhr教授在某五层大厦中，使用多波型和单波型光纤传感器组成传感网络，进行了振动、风压、风向，以及结构安全状态等物理量的测定，并成功地使光纤传感器利用电话回路进行远距离操作。
在裂缝检测方面，Rossi和LeMaou等使用埋入式多模光纤（100µ
m直径，在几个截面处把保护层去掉）探测混凝土中的裂缝。
当裂缝穿过没有保护层的光纤任一截面时，就会观察到该点光衰加大。
该传感技术已在一交通隧道中试用。
福田武人在混凝土表面贴附光纤，以混凝土表面开裂产生裂缝时光纤将被切断作为检测依据，根据其试验结果，成功地检测裂缝的出现和发展，为实施结构安全监控提供了可能性。
Masri等、Abdunur将环绕式光纤传感器与已知几何及力学特性的复合材料梁牢固地粘贴于桥上沿，通过光纤传感器可测得荷载作用下梁的曲率变化，从而知道桥的曲率变化及挠曲裂缝的情况，其原理也是裂缝增长引起环绕式光纤中光衰减的增长。
Mendez等、Wanser和Voss利用多模光纤OTDR技术检测裂缝和滑移。
试验中将光纤与裂缝布置成一角度，即所谓“方位角式光纤传感器”，检测到小于0.1mm的裂缝，分辨率为10µ
m，且在150％的应变和6mm裂缝的动态范围下，传感器仍能正常工作。
但是所有这些光纤裂缝传感器都有一个共同的缺点．即必须事先确定裂缝的位置和方向。
而且光纤需要特殊加工，工艺复杂，不利于工程应用。
刘浩吾、杨朝辉等基于裂缝传感的光学和力学原理，通过多夹角、多种光纤、多种材料的模型试验，表明外交光纤裂缝传感器不仅具有裂缝连续分布式检测和定位功能，而且还可检测滑移。
本研究在XX工地进行大体积检裂缝的分布式斜光交纤传感技术的现场试验，也取得了初步成果。
看来，网络式斜交光纤传感系统很有可能取得光纤裂缝传感方面突破性的进展。
在弯曲、挠度和位移检测方面，Wolff和Miesseler把多模光纤埋入桥面板与桥墩之间的弹性轴承装备内来测量混凝土桥的荷载作用情况，由光纤微弯损失引起的光损耗来确定载荷值的大小。
使用光纤应变规也可确定挠度。
只要将同样长度的两根光纤分别放置在构件上、下两个表面，当梁发生弯曲时，一根光纤将纵向伸展，另一根光纤将被压缩，两根光纤中不同应变引起光路长度差，这个长度导致输出光束的干涉，从干涉条纹的移动就可计算构件的挠度。
武汉工业大学光导纤维研究与开发中心，较早得到国家自然科学基金资助，研制了碳纤维位移传感器，可测量最大位移2cm，最小测量范围±
50µ
m，灵敏度1µ
m，位移值由输出电压表示，可重复性强，在XX工程碾压混凝土现场试验中曾参与试验。
在应力、应变检测方面，也较深入。
目前干涉型、光栅型和强度型三种传感方式，美国联合技术研究中心研制了双芯光纤应变器，由两根匹配、互相靠近的单模光芯组成，当相干光注入其中一根上时，会激励出不同速率的对称、反对称模。
这两种模沿光纤的长度显示出同期光扰，导致光从一根芯到另一根芯的耦合。
美国佛蒙大学1992年将分布式光纤应力应变传感器安装在咸努期基河水电站坝内，以监测未来五十年内水坝的安全性，该传感器可实时报告大坝遭受洪水和巨大震动后的情况。
Nanni等在水泥柱内部埋入双折射光纤，利用两个偏振分量之间的干涉检测柱体内部的应变。
Escoder等在混凝土梁的三点弯曲试验中，将单模光纤传感器贴于梁表面和埋入梁内，使用干涉技术测量其应变，所得结果显示，在不改变正常浇筑情况下，将光纤埋入混凝土构件的可行性。
Habel和Hofmann使用F-P型光纤传感器，在混凝土桥梁和墙体中测试动力和静力应变．分别达到了0.02µ
ε（德）和0.lµ
ε（美）的高精度。
Hendriek等将单模光纤埋入混凝土和土壤的飞行跑道上，检测其应力分布。
Alavie等将Bragg光栅传感器埋入混凝土桥中，经受了实际工程考验，表明其稳定性和耐久性比传统技术优越得多。
DeVrues在预应力混凝土的钢丝上，贴附光纤进行了应变量的分析。
重庆大学“国家教委光电技术及系统开发实验室”于1995年获准国家自然科学基金资助，应变传感机理选用布拉格光栅（FBG）。
布拉格光栅是国际上光纤传感技术的前沿热点。
它属于相位型，借助光栅中心波长的漂移，感知环境参量（应变、温度等），灵敏度高，抗干扰能力强，传感结构简单，易于实现准分布检测。
清华大学电子工程系近年也开展了混凝土应变光纤传感技术的研究，重点在梳状光栅型传感器，用于混凝土表面应变测试试验，已取得较好效果。
在温度检测方面，Measures等在加拿大Calgary一座两跨碳纤维钢筋混凝土预应力桥梁上，埋设了五套4通道B＿光栅光纤传感系统。
在桥梁建造过程中和使用期内检测其内部温度和应变。
意大利学者Gusmeroli等报道了他们将F－P光纤干涉传感器埋入一个5m长的混凝土梁中检测其热膨胀。
日本的福喜多辉和岩城英明将光纤传感器应用于大体积混凝土的温度管理，通过与热电偶测试结果结比，确认光纤传感器与热电偶对于大体积混凝土连续的温度分布
升级会员 