主动柔性防护（精选八篇）
主动柔性防护 篇1
本项目位于S304线莲叶公路K177+520—K199+100段, 地处秦安县葫芦河谷地带, 该工程大部分为岩石山体, 坡面陡峭, 且原路基开炸石方时造成山体松动, 加之山体本身有破碎现象, 从而导致雨季塌方灾害更为突出, 平时风吹日晒落石严重, 给过往车辆及行人造成较大的安全隐患。为此, 对于节理、裂缝较发育的风化演示坡面为防止碎落、崩塌采用钢丝绳网防护, 并内衬小网格铁丝网, 以减少碎落, 保证行车安全。在采用SNS主动柔性防护网进行坡面防护后基本杜绝安全隐患, 完全消除“滚石”、“落石”等现象[1]。
2施工准备
1) 工作人员安排该分项由项目经理负责, 项目部设施工负责人2名, 专业施工工作人员前期先安排2名进场, 等排障工作完成后, 全部工作展开后再安排人员进场。2) 将主动防护网到达施工现场。3) 主要施机械使用:风钻安排3套, 张拉器装置5部、安全绳、安全带等。
3现场施工安排技术手册
1) 在施工之前, 施工工具放置安全地带。应仔细检查和处理危险的岩石SNS柔性保护地区[2]。2) 施工时, 使用安全绳、安全带等措施加强人们工作和护坡的工具。3) 在斜坡上操作, 操作安全网工作区应采取相应的安全保护措施。4) 处理机械故障时, 电力设备必须停止送风, 建筑设备在输送和送风供应前, 要必须通知相关施工人员。5) 在陡边坡上挂各类网时, 在铺挂、缝合与固定软绳或φ8应用程序之前的固定绳索, 避免下降。
4钻孔施工的技术安全要求
4.1技术要求
1) 钻孔施工要严格按照安装工程师回报位置;2) 打孔前要在穿孔位置深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑, 口径20 cm, 15 cm深;3) 主动防护网采用1.0 m, 2 m, 3 m钻杆施工, 不能采用3 m钻杆使用, 谨防卡钻和断杆。4) 如在松散的岩石钻孔位置, 必须通知工程师或相关工作人员, 确定孔的位置, 不能随意施工。5) 确保防护网钻孔深度达到3.2 m, 钻孔完毕后, 必须要进行孔眼净化的过程[3]。
4.2安全要求
1) 施工必须安全头盔, 安全带。2) 没有酒后疲劳施工。3) 严格按照机械操作规程施工。
5灌注施工技术安全要求
5.1技术要求
1) 灌注前必须清孔, 如有碎石渣要必须清除干净。2) 检查孔深度是否达到满足设计要求 (2 m、3 m) 。3) 水泥砂浆严格按照1∶1的比例混合水泥, 使用425普通硅酸盐水泥。4) 需要灌注密实、边捣固和边灌注。5) 灌注后三天内严禁和不受外力影响下一个过程。
5.2安全要求
1) 张拉前必须复核灌注日期, 确保砂浆强度。2) 严格按照监理工程师指定的张拉位置进行张拉调整。3) 检查张拉设备是否处于最佳状态。4) 张拉强度必须达到标准[4]。5) 张拉时必须准备就绪, 张拉前不能站人以防事故发生。不盲目操作, 按照执行的命令。
6施工特点和施工方案
6.1保护方案设计
SNS主动保护系统是由锚杆和支撑绳阻止网络阻塞的斜率边坡危岩落石在张拉预加载压力, 从而提高危岩的稳定性, 防止发生危险的岩石滚落的岩石[12]。系统主要包括柔性钢绳锚杆、支撑绳和钢绳网支持。纵横交错, 依次预张力ф12、ф16支撑绳子, 和4.5 m×4.5m正方形标准模式 (为了节省材料, 局部边界由4.5 m×2.5 m) 网格中奠定了4 m×4 m (或4 m×2 m) DO/08/300钢绳网, 钢绳网与四周撑持在绳子用ф8缝合线缝合连接到第二张拉预应力技术, 可以使系统方法的斜率与预加载一定的压力。改善土壤表面的稳定, 控制岩体危险的运动。系统的每个部分在每个独立的保护区一起工作作为一个整体发挥作用[11]。
6.2施工特点
一种先进的危岩落石防护技术。它的优点是施工周期短, 地形适应性强, 施工安装灵活, 护坡下面设备可以安装在任何位置。
6.3施工安装技术要求
SNS柔性主动保护设备安装技术要求根据以下步骤。1) 坡面保护面积和落石污垢去除;2) 从保护下区域沿两侧的中央启动和采取措施确定锚杆孔, 每个孔位于不少于锚杆外露环套长度的凹坑、平均直径20cm深15cm;3) 根据设计深度除尘孔凿锚杆孔, 锚杆孔应该比设计深度超过5 cm, 直径不小于45 cm;当受到钻井设备, 两个构成锚索锚分别为两个孔不小于ф35锚孔, 形字型锚杆, 绳的两条线之间夹角为15°~32°。是为了达到相同的锚固效果[5];4) 注浆并插入锚杆, 采用标签不低于M20水泥砂浆, 采用对比度1∶1~1∶1.2, 水灰比为0.45~0.50水泥砂浆, 采用425普通硅酸盐水泥, 粒径不大于3mm的细砂, 确保泥浆在经历灌浆体维护的过程不少于三天[10]。5) 安装纵横向支撑绳, 张拉紧后两端各用两个绳卡与锚杆外露环套固定连接;6) 从上向下铺挂格栅网, 格栅网间重叠宽度不小于5cm, 两张格栅网的缝合, 格栅网与支撑绳间用ф1.2铁丝按1 m间距进行扎接;7) 从上向下铺设钢绳网缝合, 缝合绳为ф8钢绳, 缝合绳的两端各用两个绳卡进行固定连接;每张钢绳网均用一根长33.5m的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉。8) 扎结点纵横间距1.0 m左右。用ф1.2铁丝对钢绳网和格栅网间进行相互扎结[6]。
7跟踪观测与作用特点
7.1施工体会
通过此次施工, 主动柔性防护网因产品属于柔性结构, 预应力加固山体时, 易铺展, 非常顺应莲叶路的复杂地形, 不破坏原始地貌也就无需额外开挖, 同时也可保护现有的植被。且与路面接触处设拦渣墙更有利于岩体破碎、风化落石堆积侵入路基范围, 通过近几个月的观测, 效果良好, 适应S304线莲叶公路日常养护要求, 给过往车辆及行人带来安全保障[7]。
7.2作用特点
1) 局部受力、整体作用:系统以柔克刚, 局部受力, 通过支撑绳将力传递到整体系统共同作用。2) 主动防护网安全可靠性:稳定边坡, 崩塌落实防护, 抑制风化剥蚀的作用, 消除安全隐患。3) 主动防护网试用性广泛:适合于任何高难度坡面、地形 (含90°以上的坡面) 。4) 主动防护网生产工厂化:在工厂标准化生产, 材料到施工现场无需加工。5) 主动防护网施工简易性:工地现场积木式组装。6) 主动防护网自然与环保:基本不破坏和改变原有地形和植被生产条件、维护生态平衡;较少的人力、财力、物力达到主动防护网护坡最理想的效果[8]。7) 主动防护网系统开放性:不会因封闭坡面导致水位升高重力作用而崩塌, 不需大面积开挖, 不会增加坡面荷载, 有利于坡体的稳定可以进行绿化。
8结语
对于边坡表面保护处理, 一般工程技术人员积累了大量的经验, 绿色植被是有用的工程防治措施[9]。然而, 由于边坡破坏本身的复杂性, 随机性和地形条件的限制, 上述以刚性砌体结构为主的传统措施, 不够经济有效地解决复杂的边坡破坏的问题, 而SNS柔性网作为一个简单的和可行的, 先进的技术在安全、环保、经济、合理的边坡防治取得良好的效果, 本着“以柔克刚”护坡的思想已经得到了很好的保护作用, 将得到越来越广泛的应用。
摘要：阐述了SNS主动柔性防护网在工程中的应用, 并列举出施工准备、技术手册、安全要求、施工特点等一系列流程。
关键词：柔性防护网,高边坡,防护应用
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主动柔性防护 篇2
(1.浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室，浙江 宁波 315211; 2．浙江大学现代制造工程研究所, 浙江 杭州 310027)
引 言
随着航天事业的飞速发展，融合航空航天技术和机器人技术的空间机械臂系统得到了广泛的应用[1]。由于太空环境的特殊性和空间操作任务的复杂性，人们对空间机械臂结构的要求越来越高，空间机械臂朝着多自由度、低刚度、柔性化和大型化的趋势发展，这使得空间机械臂的动力学响应表现为大范围的刚性运动和自身柔性振动相叠加的刚柔耦合特征。在太空环境中的内外部因素激励下，具有低频模态密集、固态阻尼小特征的柔性机械臂势必会产生低频、大幅值的持续振动，从而影响整个系统的位置精度和控制精度。因而对空间柔性机械臂的定位控制和振动控制的研究是目前空间技术领域中最重要的课题之一[2]。
许多研究者对空间柔性机械臂系统在运动过程中的振动控制问题进行了深入的研究，Z Mohamed, Ismael等通过控制伺服电机的驱动力矩对一个绕着刚性Hub旋转的单柔性机械臂的振动控制问题进行了研究[3,4]；James等对一个平面两连杆柔性机械臂系统的动力学建模和振动控制问题进行了研究[5]，研究中把柔性机械臂假设为欧拉-伯努利梁模型，并采用关节电机来抑制柔性臂的弹性弯曲振动，从而实现柔性臂系统运动过程中的振动抑制。另外，压电材料由于具有响应速度快、频响范围宽以及控制精度高的特点，被广泛应用到柔性机械臂的振动控制中，Dong Sun,邱志成等通过伺服电机控制单个柔性机械臂的旋转运动，同时利用压电致动器控制柔性臂的弹性弯曲振动，实现了单个旋转柔性臂的精确定位和振动抑制[6,7]；E Mirzaee等利用奇异摄动法将平面两连杆柔性臂系统的运动分解成慢速的旋转运动和快速的弹性振动，并用关节电机和压电致动器分别控制，进一步证明了压电致动器和驱动电机联合控制的效果要优于单一的电机控制效果[8]。
但是对于执行操作任务的空间机械臂而言，由于柔性臂的大型化和柔性化，末端操作对象的转动惯量极易引起初级柔性杆件的扭转振动。而目前对机械臂的研究主要集中在单一机械臂或平面多连杆机械臂在运动过程中的振动控制问题，并且多是基于弯曲振动模型；而对柔性机械臂的扭转振动以及采用压电扭转致动器抑制其振动的研究却相对较少[9]，对既有弹性弯曲又有弹性扭转的弯扭耦合的空间多连杆柔性机械臂的研究更是很少涉及，故对此类空间柔性机械臂在运动过程中的弯扭耦合振动控制问题有待深入研究。
为此提出对一伺服驱动的空间机械臂的振动控制问题进行研究。由于空间机械臂系统在运动过程中存在着弹性弯曲振动、弹性扭转振动以及刚性转动之间的刚柔耦合。因此本文在提出柔性臂的变形假设的基础上，采用假设模态法结合Lagrange方程建立空间柔性机械臂系统刚柔耦合的非线性动力学模型，然后在实现伺服电机PD运动控制的基础上，采用不同极化方式的压电致动器分别抑制柔性机械臂的弯曲振动和扭转振动，从而实现空间柔性机械臂在大范围运动过程中的振动主动控制，提高系统末端的定位精度。
1 动力学建模
伺服驱动的空间柔性机械臂系统的结构如图1所示，末端柔性机械臂6(矩形薄壁构件)通过转动关节8与柔性臂3(中空薄壁圆柱杆件)相连，并在关节电机4的作用下产生转动，伺服电机1通过驱动柔性轴3实现整个柔性机械臂系统的大范围转动运动。其中7为末端操作对象，坐标系xoy为惯性参考系，x1oy1为固定在柔性轴3顶端的参考系，xooyo为固连在柔性臂6根部的参考系，并始终与柔性臂6的轴线相切。在伺服电机驱动整个机械臂系统旋转运动的同时，为了抑制柔性机械臂系统在伺服驱动过程中产生的弯曲振动和扭转振动，采用不同极化方式的压电致动器2和5分别抑制柔性臂3的扭转振动和末端柔性臂6的弯曲振动，达到提高系统末端定位精度的目的。
图1 伺服驱动的空间柔性机械臂系统结构简图
由于空间柔性臂系统在执行工作任务时，运动速度不高，不考虑动力钢化效应。在系统建模的过程中，忽略轴向变形和剪切变形的影响，柔性臂6可以看作欧拉-伯努利梁；由于末端操作对象相对于柔性臂3有着较大的转动惯量，假设柔性臂3为作扭转运动的弹性轴，为了简化分析，暂不考虑柔性臂6在关节电机4驱动下的运动。其中末端操作对象质量为mo；伺服电机、关节(包括关节电机和转动关节)的转动惯量分别为Jm,JH；柔性臂3的内外径、长度、材料密度以及扭转刚度分别为Rin,Rout,ls,ρs,Gs,Ips；柔性臂6的长度、截面面积、材料密度以及抗弯刚度分别为lb,Ab,ρb,EbIb。
1.1 变形描述
设柔性臂3满足纯扭转振动的条件，不计结构和材料阻尼[9]，根据假设模态法，柔性杆件扭转振动位移为
(1)
式中n为保留的模态阶数；ψ(z)=(ψ1,ψ2,…,ψn)为扭转模态振型矢量；η(t)=(η1,η2,…,ηn)T为广义扭转模态坐标矢量。具体的针对柔性臂3，采取一端固定一端存在末端等效圆盘的边界条件，得到柔性臂3扭转振动的第i阶模态振动角频率方程和振型函数如下
(2)
如果假定柔性臂6符合欧拉-伯努利梁条件，采用假设模态法，相应可以得到其横向弯曲振动位移为
(3)
式中m为保留的模态阶数；Φ(x)=(Φ1,Φ2,…,Φm)为弯曲模态振型矢量；q(t)=(q1,q2,…,qm)T为广义弯曲模态坐标矢量。
柔性臂6的一端通过转动关节与柔性臂3相连，另一端存在末端操作对象mo，因此：x=0处，位移为零，梁的弯矩和轴的扭转变形带来的惯性扭矩相等；x=lb处弯矩为零，剪力等于集中质量的惯性力。将上述边界条件带入到梁的振动方程中，得到柔性臂6弯曲振动的第k阶弯曲模态频率方程为
(1 +Kα)
(4)
与之相对应的振型函数为
Φk(x)=chβkx+λkshβkx-cosβkx+χksinβkx
(5)
1.2 动力学方程建立
设伺服电机的转动角位移为θ，综合考虑伺服电机的转动，柔性臂3的弹性扭转变形以及柔性臂6的弹性弯曲变形，在弹性变形为小变形的前提下，柔性臂6上任意一点P速度的平方为
(6)
相对于柔性臂，压电致动器的结构尺寸较小，暂不考虑其对系统结构的影响，包含柔性臂3、关节电机、转动关节、柔性臂6以及末端操作对象在内的整个空间柔性机械臂系统的动能为
(7)
系统的势能包括柔性臂3扭转变形产生的扭转势能和柔性臂6弯曲变形产生的弯曲势能，系统的总势能为
(8)
利用压电剪切致动器控制柔性臂的弯曲振动目前研究较为成熟，而利用压电扭转致动器控制柔性臂的扭转振动的研究则相对较少[10]。魏燕定分别利用d31和d15极化方式的压电致动器实现了柔性梁弯曲和柔性杆扭转振动的主动控制。设伺服电机的驱动力矩为T，在伺服电机驱动力矩、压电剪切致动器和压电扭转致动器的控制力矩下，空间柔性臂系统的广义力虚功为
(9)
式中r,s,c1,c2分别为压电剪切致动器和压电扭转致动器的个数和控制系数，具体参数表达式参看文献[11]；xbpi,lbpi为第i个压电剪切致动器的位置和长度；ztpj,ltpj为第j个压电扭转致动器的位置和长度。
如果进一步化简公式(9)得到
(10)
利用Lagrange方程，得到伺服驱动的空间柔性机械臂系统的动力学方程为
(11)
H=
对于系统的动力学方程有以下几点说明：
1.M(q,η)为系统的质量矩阵，mθθ项为系统的综合转动惯量；包括关节电机、柔性臂3、柔性臂6、末端质量的转动惯量以及柔性弯曲振动产生的非线性项，mθq代表系统刚性转动和柔性臂6的弹性弯曲运动之间的耦合惯量；mθη代表系统刚性转动和柔性臂3的弹性扭转运动之间的耦合惯量。
3.如果假定系统的阻尼矩阵C满足正交性条件，为质量矩阵M和刚度矩阵K的线性组合，则阻尼矩阵C=aM+bK很容易就可以加入到系统的动力学方程中。
2 控制策略研究
2.1 基于Lyapunov稳定性的速度反馈控制策略研究
从系统的动力学方程可以看出，空间柔性机械臂系统是一个刚性转动、弹性弯曲振动和弹性扭转振动互相耦合的复杂非线性系统。为了实现系统在运动过程中的振动抑制，首先通过控制伺服电机的驱动力矩保证系统大范围的刚性转动，其次分别控制压电剪切致动器和压电扭转致动器的驱动电压来实现柔性机械臂6的弯曲振动和柔性机械臂3的扭转振动的主动控制。为了保证控制系统的稳定性，采用Lyapunov直接法设计出系统的控制器。暂不考虑阻尼矩阵项，构造的Lyapunov函数如下[12]
(12)
式中 Δθ=θ-θd为伺服电机角度跟踪误差。
(13)
由于柔性臂3的扭转角速度便于测量，对压电扭转致动器采取A型模态角速度反馈控制，则取压电扭转致动器的驱动电压为
(14)
而柔性臂6的弯曲运动角速度相对不易测量，对压电剪切致动器采用L型模态线速度反馈控制(FLVC)，压电剪切致动器的驱动电压为
(15)
2.2 模糊自适应调节控制策略研究
模态速度负反馈控制技术对于标称模型可以取得很好的控制效果，但是由于研究的空间柔性机械臂系统是一个刚柔耦合、弯扭耦合的非线性时变系统，其控制效果会有所下降，并且受压电材料驱动电压的限制，压电材料的致动能力有限。为了提高系统的控制效果，本文将模糊控制技术与模态速度反馈控制技术相结合，利用模糊控制器实时在线调整模态速度反馈控制系数，在充分发挥压电致动器控制能力的基础上，进一步提高系统的控制效果。
设计的模糊控制器为两输入两输出，输入量分别为柔性臂6的弯曲运动线速度绝对值V和柔性臂3的扭转运动角速度绝对值θ，输出分别为L型线速度反馈控制系数Kbp和A型模态角速度控制系数Ktp，为了简化模糊控制器的设计，模糊输入量V和模糊输入量θ采用同一个基本论域和隶属度函数如图2所示，只是量化因子不同；模糊输出量Kbp和模糊输入量Ktp同样采用同一个基本论域和隶属度函数见图3，但是二者的比例因子不同。
根据线速度反馈控制系数Kbp和角速度反馈控制系数Ktp对系统动态响应的影响，制定相应的模糊控制规则，如表1所示。
图2 输入变量V (θ)的隶属度函数曲线
图3 输出变量Kbp (Ktp)的隶属度函数曲线
表1 模糊控制器推理规则
2.3 基于Lyapunov稳定性的模糊自适应速度反馈控制策略研究
系统的总体控制框图如图4所示，整个控制系统分为三部分：首先以安装在伺服电机上的光电编码器输出的角度和角速度信号为反馈控制信号，采用PD控制算法实现伺服电机的输出驱动力矩控制，保证系统在大范围内的转动运动精度。其次以贴在柔性臂6上的应变片输出的弯曲振动速度信号为反馈信号，采用L型模糊自适应线速度反馈控制算法(FLVC) 实现压电剪切致动器的控制电压输出，抑制系统在运动过程的弯曲振动。再以粘贴在柔性臂3上的应变片输出的扭转振动速度信号为反馈信号，采用A型模糊自适应角速度反馈控制算法(FAVC) 实现压电扭转致动器的控制电压输出，抑制系统在运动过程中的扭转振动，最终实现了空间机械臂系统在运动过程中的振动主动控制。
图4 基于Lyapunov稳定性的模糊自适应速度反馈控制系统结构
3 系统仿真研究
针对图1所示的伺服驱动的空间柔性机械臂系统，采用图4所示的复合控制策略进行了数值仿真试验，在机械臂3的根部同位粘贴一个压电扭转致动器和一组应变片，实现扭转振动信号的传感检测及控制；在机械臂6的根部两侧同位粘贴一个压电剪切致动器和一组应变片，实现弯曲振动信号的检测及控制，系统各构件的物理参数如下：
机械臂3和6均为不锈钢材料，密度ρs=7 750 kg/m3，剪切模量Gs=76.9 GPa，弹性模量Eb=200 GPa。臂3为中空的不锈钢管，长度、内径外径为800 mm×18 mm×21 mm。机械臂6为矩形不锈钢梁，长、宽、高为900 mm×50 mm×3 mm。
压电扭转致动器与压电剪切致动器均采用PZT-5A材料，压电应变常数d15=700×10-12m2/N，d13=210×10-12m2/N。扭转致动器的长度、内径外径为60 mm×21 mm×24 mm，片数Ntp=6。剪切致动器长、宽、高为70 mm×50 mm×1 mm。
转动关节的转动惯量为0.01 kg·m2，关节电机的转动惯量0.04 kg·m2，末端操作对象mo=0.15 kg。
图5 伺服电机的转角位移
图6 一阶弯曲振动引起的末端操作对象的振动响应
图7 二阶弯曲振动引起的末端操作对象的振动响应
图8 一阶扭转振动引起的末端操作对象的振动响应
图9 末端操作对象的转角位移
不考虑压电材料的影响，利用假设模态法计算得到柔性臂3的前两阶扭转振动频率分别为6.72, 1 953.2 Hz，柔性臂6的前3阶弯曲振动频率分别为2.25, 15.20和44.74 Hz，由于高频的模态分量对系统的影响相对较小，因此只对机械臂3的一阶扭转振动和机械臂6的前两阶弯曲振动进行抑振控制研究，仿真运动过程是在伺服电机的驱动下，实现整个空间机械臂系统从θ=0运动到θ=π/4 rad。由于整个系统的强耦合性，为了实现较高的定位精度，必须对运动过程中的弯曲、扭转弹性振动进行抑制。在运动仿真的过程中，假定柔性臂6的模态阻尼系数为0.01，柔性臂3的扭转模态阻尼系数为0.02，图5～10显示了在两种不同的控制策略下的仿真实验结果：a)PD control，仅伺服电机的PD控制策略；b)PD+FAVC+FLVC，伺服电机PD控制、压电剪切致动器的模糊L型线速度反馈控制、压电扭转致动器的模糊A型角速度反馈控制复合控制策略。
如图5所示，虽然伺服电机的PD控制策略可以保证伺服电机输出精确的驱动转角位移，但是由于系统存在着刚柔耦合和弯扭耦合，空间柔性机械臂系统在大范围转动的过程中不可避免地产生了弯曲和扭转弹性振动，并且仿真结果表明由于弯曲振动和扭转振动带来的末端操作对象的位置误差是不能忽略的，如图5～8中PD曲线所示，因此对柔性臂6的弯曲振动和柔性臂3的扭转振动进行振动抑制是很有必要的。而利用本文提出的基于Lyapunov稳定性的模糊自适应速度反馈控制策略，通过压电剪切致动器和压电扭转致动器的控制，系统的弯曲振动和扭转振动都得到了很好的抑制，如图5～8中PD+FAVC+FLVC曲线所示，实现了整个空间柔性机械臂系统的振动控制，提高了系统的运动精度以及末端操作对象的定位精度，试验结果见图9。
图10 伺服电机的控制扭矩
图11 压电剪切致动器的控制电压
图12 压电扭转致动器的控制电压
图10给出了在PD和PD+FAVC+FLVC两种控制策略下的伺服电机的驱动扭矩，可以看到：在压电剪切致动器和压电扭转致动器的控制作用下，不仅可以抑制系统的柔性弹性振动，同时可以提高系统的刚性转动精度，从而大幅度地减小伺服电机的驱动电压，进一步提高系统的运动精度。
图11和12为压电剪切致动器和压电扭转致动器的驱动电压，由于受限于压电驱动器的驱动电源，设定压电致动器的驱动电压不大于200 V，在试验的过程中通过相应的饱和模块实现。
4 结 论
1)通过对伺服驱动的空间柔性机械臂系统的动力学分析表明，由于机械臂的结构形式和末端操作对象的影响，系统存在着强烈的刚柔耦合、弯扭耦合的非线性特性。为了提高机械臂系统末端的定位精度，必须要对系统在伺服驱动中产生的弹性振动进行抑制。
2)在通过伺服电机驱动保证空间机械臂系统大范围内刚性运动的同时，分别利用压电剪切致动器和压电扭转致动器抑制机械臂系统的弯曲及扭转弹性振动的控制方法是可行的。本文提出的模糊自适应模态速度反馈控制策略是有效的，抑制了系统在运动中产生的弹性弯曲、扭转振动，提高了末端操作对象定位精度。
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主动柔性防护 篇3
关键词：边坡,主动柔性防护,被动柔性防护,施工工艺
1 工程概况
本工程为兰溪市兰江街道横山崩塌新地质灾害隐患点, 位于兰溪横山风景区南侧, 城南横山大桥北桥头西侧, 与330国道相接的江滨公路沿崩塌隐患区南侧坡脚一线穿越。新地质灾害点坡体全线长700余米, 高度数米至数十米, 坡度多在80°左右, 坡顶一带岩土体的局部崩塌现象时有发生, 除此之外, 公路边坡上方的坡体上存在着多道采石边坡, 主要集中在7线~13线之间, 边坡长150 m~250 m, 坡度70°~80°, 坡顶一带局部有危岩分布, 潜在危险较大。
2 主动柔性防护和被动柔性防护的比较分析
2.1 主动柔性防护
主动防护系统的构成包括锚杆、支撑绳、格栅网和钢绳网。即将锚杆或支撑绳上固定的钢丝绳网, 通过预紧力使其与坡面紧贴, 降低局部岩土体移动, 通过裹缚力来发挥支撑整个边坡的作用, 从而形成主动防护。
其特点有:材料具有易铺展性、防冲击力强、适应性好的特点, 施工不会影响原有地貌和周边植被的生长;可定型设计和批量生产, 提高了标准化水平和性能, 为工程质量提供了保障;金属选材质轻, 便于运输、施工和维护, 提高了施工效率;防腐性强, 使用寿命延长到40年之多。显然, 其特点适用于该项目的边坡治理需求。
2.2 被动柔性防护
被动柔性防护系统构成包括锚杆、钢柱、支撑绳和拉锚绳。并将防护网固定在坡面上以起到拦截和堆存落石的一种防护方式。
其特点为:有较强的柔性和强度, 变形能力超强, 适应能力好, 能有效降低冲击岩石的冲击动能;产品的开发定型以现场试验为基础, 使各构件的标准化程度更强, 便于设计选型, 降低了安装难度, 特别是对悬崖等特殊的地形施工更有优势;锚固点少, 开挖量低, 后期维修和部件更换更简单, 提高了生产效率, 降低了施工成本。
相比较传统的施工方法, 它的优势更为明显, 根据本工程项目的具体情况, 被动柔性防护系统在边坡治理中也不能缺少。
3 主动柔性防护系统的应用
3.1 材料的选取
工程所需材料的确定是根据方案要求和项目实际情况, 结合力学分析基础得出, 采用挂设主动柔性防护网进行治理的有 (二期) 坡面和外董段的危岩。
在二期危岩治理中, 局部锚杆采用原一期锚杆, 新设置锚杆采用6 m, 9 m, 锚杆孔径110 mm, 局部采用随机锚杆, 为3 m全长钢丝绳锚杆, 锚杆直径90 mm。
在外董段坡面的主动防护网治理中, 采用SNS柔性钢丝网进行主动防护, 规格为D0/08/300/4 m×4 m钢丝绳网, 纵 (横) 向支撑绳用直径16 mm镀锌钢丝网。锚杆设置6 m, 9 m, 12 m全长砂浆粘结型钢筋锚杆, 锚杆孔径110 mm, 局部采用3 m全长钢丝绳随机锚杆, 锚杆直径90 mm。
3.2 施工工艺及质量控制
首先, 将防护坡面的杂物清理干净, 并做好局部地形的修整, 应少用喷浆处理。其次, 锚杆孔位的确定应自防护区的下沿中部向上方及两侧进行, 用放线测量的方式, 最好选在低凹处, 锚杆孔应最大限度的与坡面贴合, 且各孔位处周围还应凿出深度约为15 cm, 直径为20 cm的凹坑。第三, 按设计要求设定锚杆参数, 并对顶部的钢丝绳锚杆进行固定处理, 其斜角约为10°, 确保最底部锚杆与坡脚的距离约为3.5 m。第四, 锚杆孔的开凿选用的是气腿式凿岩机, 边凿边清理, 按有关规范标准, 一般孔深应比锚杆大5 cm, 孔径不小于45 mm。第五, 注浆插杆时, 水泥砂浆标号要严格把关, 合理控制灰砂比、水灰比和注浆压力, 最好选用42.5号普通硅酸盐水泥, 中粒砂首选粒径不大于3 mm的。为了降低注浆后出现浆体收缩, 施工中最好加入适量的微膨胀早强剂, 当然, 后期的养护工作也不能少。第六, 如锚杆强度已满足纵横支撑绳的施工要求, 应在拉紧后分别进行固定处理。第七, 在该工程的边坡处理中, 格栅网按设计要求从上到下铺设, 相邻网及与支撑绳间的固定均选用1.2 mm的铁丝, 扎结间距为1.0 m。
4 被动柔性防护系统的应用
4.1 材料的选取
本工程中, 在外董段除采用主动网外, 还用了被动网防护治理。被动防护网设置共分为三段 (CD段斜长120 m, EF段斜长230 m, GH段斜长140 m) , 4 m高柔性被动防护网防护落石、滚石。在施工材料的选用方面应注意以下几点:1) 钢丝网及格栅网的规格为D0/08/300型, 内层为S0/2.2/50钢丝格栅网, 网孔根据设计标准施工。2) 钢丝网采用的是网块为4 m×5 m的热镀锌钢丝, 抗错动力和接脱落力也均满足施工要求。3) 钢柱为高4 m的18号工字钢防腐材料, 间距10 m。
4.2 施工工艺及质量控制
首先, 施工前进行现场踏勘, 圈定待施工范围并做好清理工作, 通过放线法确定钢柱和锚杆位置。其次, 在基座锚固施工中, 用人工开挖方式挖出尺寸为60 cm×90 cm×100 cm (深) 的基座螺旋栓孔, 钢丝绳锚杆基坑大小为50 cm×50 cm×250 cm (深) , 此间严禁出现爆破施工的不规范行为。第三, 地脚螺旋锚杆, 即28钢筋的布设前, 应先预埋好钢丝绳锚杆, 并采用C20的混凝土灌注好。第四, 钢柱和拉锚绳施工过程中, 应先安好钢柱的定位基座, 然后将其和钢柱用钢销进行铰接处理;拉锚绳则用于各角度对钢柱进行拉紧处理, 待符合设计要求时用绳卡固定好, 其抗拔力须不小于50 k N。
5 结语
由于柔性防护系统在治理边坡崩塌落石方面优势突出, 具有便于施工、成本投入低、施工效率快、环保效果好、防护能级范围广、使用寿命长等特点, 加之对道路正常通行及原始地质和植被等几乎不构成影响, 因而成为本工程的应用首选方案, 实践证明, 主动柔性防护网和被动柔性防护网结合应用到边坡治理中, 效果突出, 特别在山区公路中广泛应用是可行的。
参考文献
[1]齐欣, 余志祥, 许浒, 等.被动柔性拦截网在长昆线某边坡防护工程中的应用[J].防灾减灾工程学报, 2016 (2) :33-34.
主动柔性防护 篇4
1柔性防护技术概述
人类社会的进步也可以说是人类不断改造自然、优化自然的过程, 也是人类与自然不断斗争的结果。人类社会在不断进步的同时也引发了许多新的自然灾害, 这促使着人们不断研究新的灾害抵抗技术。泥石流、滑坡、岩崩等自然灾害在近几年时有发生, 给我国高速公路事业的进步造成威胁, 甚至影响了我国国民经济的发展, 因此这里我们有必要对其防范施工技术进行研究。柔性防护技术便是在这种时代背景下产生的, 它是相对于传统刚性防护施工而言的。这里我们所说的柔性防护技术主要指的是柔性防护网, 是根据国际岩石、坡面防护标准设计而成的防护体系, 它与传统的刚性防护体系施工相比有着施工工期短、工程成本低及施工效果好的优势。
就过去几年的工程实践我们发现, 柔性防护体系本身存在着强度高、主动性好、韧性强及防护能力高的优势, 因此在目前的工程施工建设中被广泛采用。同时在工程施工中, 柔性防护体系施工都是在施工现场开展的, 因此具有良好的适应性且满足各种不同种类的工程施工需要。
2柔性防护系统在我国高速公路边坡施工中的作用
长期以来, 高速公路边坡防护施工技术一直都是公路建设的薄弱环节, 也是影响公路使用安全、公路等级、使用寿命的主要因素。在上个世纪, 由于我国公路等级较低、车流量小, 在公路工程施工建设中很少出现高填深挖的现象, 因此在当时的工程建设中并没有太多的重视边坡施工, 由此造成的损失也并不大。但是进入新世纪以后, 随着我国社会经济的飞速发展和交通事业的迅速进步, 我国高等级公路建设不断增多, 由于当时缺乏应有的工程施工经验和防护技术指标, 使得在高速公路边坡防护施工中只采用一些简单的防护措施。根据我国交通部门统计数据得出, 在1997年至2000年三年时间里, 我国因高速公路边坡质量问题而造成的道路中断、损毁面积多大5千万平米, 由此造成的直接经济损失多大20亿元人民币。因此可见在道路工程施工中, 边坡防护工程是多么重要, 由此也引发了人们对边坡防护施工技术的研究热潮。柔性防护技术作为当今高速公路边坡施工中最常见的一种, 它是以造价低、工期短、质量好、效果佳的优势被人们认可。
3柔性防护系统在高速公路边坡防护施工中的应用实例
某高速公路在施工建设中由于当地地形的限制, 整个公路建设处于山岭地区。在这种工程施工的时候, 不仅要考虑工程施工路线和公路等级要求, 同时还要高度重视公路的边坡防护施工。由于该工程处于山岭地区, 且山体大都都是有比较完整的花岗岩组成的, 土壤在岩石上方覆盖较强。在这种土方基础上, 该地区的岩石极容易受到雨水冲刷、风力侵蚀、冬季冻胀等因素的影响而产生局部脱落。这给高速公路施工带来影响不说, 甚至严重影响着高速公路运营安全。基于此, 在工程施工建设中通过研究决定采用柔性防护网施工技术。这种施工技术的应用有效保证了公路工程的施工安全, 使得该高速公路边坡防护系统成功实现了主动防护、双层防护要求。
3.1 SNS系统简介
SNS (Safety etting msystem) 系统是瑞士布鲁克集团独家拥有的、以钢丝绳网作为主要构成部分并以覆盖 (主动防护) 和拦截 (被动防护) 两大基本类型来防治崩塌落石、风化剥落、爆破飞石、泥石流和岸坡冲刷等斜坡坡面地质灾害的柔性安全防护系统技术和产品。与传统的典型圬工结构相比, 它不仅能起到以圬工结构为代表的传统防治之作用, 而且有效保证了公路运行安全。
3.2工程实施
3.2.1施工准备阶段
考虑到施工难度, 项目部首先设置出一条从后山山脚到山顶坡口的施工便道, 以便于施工人员上下山体, 弃运坡顶的杂草和土石方及搬运各种工类程材料、设备。
3.2.2安全防护
本次排险处治安全防护工作至关重要, 涉及到正常营运安全和施工作业安全。因山高、面大, 沿山体搭设防护脚手架工程量大, 耗资巨大, 如果占用2~4个车道搭设防护网架, 对阻挡山顶滚落的石方作用不大, 在施工过程中为了克服土石滑落对山体下方运营公路的影响, 保护施工人员的人身安全, 养护中心创新地先将sns柔性防护网在锚杆固定后, 对坡口之上部分柔性网先进行竖向支撑, 在与高速公路垂直的山体坡面上架起一张防护大网, 待上边坡位置施工完毕后再恢复主动防护原状。这一方法充分利用了sns柔性网高韧性、高防护强度、易铺展性的优点, 对易散落的石块进行防护和阻挡, 并且也使之成为了一张保护施工人员的“安全大网”, 从而有效保证工程的整体性和安全性。
3.2.3排险处理
坡顶松散的土石方始终会对营运安全带来潜在危险。为此, 需清除山顶坡口至截水沟长约750m, 宽约3m, 深度约30~70cm范围内的松动土石方, 直至比较完整或稳固的岩面或坡面, 彻底清除易滚落和塌落的土石方。
3.2.4由上至下依次铺设钢绳网并用8钢绳34缝合, 每张钢绳网均用一根长约31m的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉, 缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。当设计为双层钢绳网时, 以同样方法铺挂第二层钢绳网。
结束语
长期以来, 在坡面防护处理方面, 广大工程技术人员积累了大量经验, 建立了以护、顶、锚喷、拦为主, 以排水、土石体改良、植被绿化等为辅的工程防治措施, 并尤以浆砌片石或喷混凝土护坡、锚固、浆砌片石拦石墙和简易钢结构栅栏等最为常见。然而, 由于坡面损害本身的复杂性、随机性和多发性以及地形条件的限制, 上述以刚性圬工结构为主的传统措施还不足以经济并有效地解决各种复杂的坡面损害问题, 而SNS柔性防护网作为一种简单易行、技术先进、安全可靠、环保效果好、经济合理的坡面防治新技术, 本着“以柔克刚”的思想在边坡防护上取得了很好防护效果, 势必会得到越来越广泛的应用。
参考文献
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主动柔性防护 篇5
1 柔性防护技术概述
在高速公路中, 所谓的柔性防护就是指利用柔性防护网进行安全防护。其采用了国际社会当中最新的防护技术和岩石拦截技术标准设计。与传统防护技术相比, 柔性防护技术存在着非常大的优势, 首先是可以实现模块化的安装, 在施工的工期上也不是很长, 这样就减少了施工过程中的经费投入, 所以在很多工程当中都会采用高强度的钢丝绳柔性和锚杆等方式来构成, 这种系统在应用的过程中存在着巨大的优势, 首先是其强度比较高, 同时柔韧性比较好, 此外防护作用也更加的明显, 在施工当中非常的方便, 所以在当今的发展和建设过程中, 很多防护系统都是采用现场试验的方式来确定的, 这也证明系统本身存在着非常好的适应性, 在施工中可以满足不同状况的要求。
在高速公路建设和施工时, 该边坡防护技术可以集设计、加工和现场的布置为一体, 从而也就更好的体现出其自身的综合性和功能性。从上世纪末开始在很多工程当中都能得到比较好的应用, 这种技术可以体现出非常好的安全性, 同时施工中也能体现出高效性, 从而获得了社会各界人士的欢迎, 所以该技术在未来有非常广阔的发展前景。
2 柔性防护系统在某高速公路中的应用分析
柔性防护技术是现阶段社会发展中最受欢迎和关注的技术手段, 它在应用的过程中有着经济性好、施工速度快、环保有时高且新颖、个性、巧妙的设计观念和设计思想为其未来应用和发展打下广阔的市场基础。
2.1 工程概况
某高速公路是该省市的主要干道之一, 它前后连接5个市县。在该工程施工建设的过程中, 因为地形主要是以丘陵地带为主的, 这就使得高速公路工程中存在着许多的隧道、桥涵等结构。在这些工程特点下, 做好有关边坡防护工作控制至关重要, 是当前工程施工建设的主要技术策略之一。柔性防护技术作为边坡防护施工的主要手段, 它在施工的过程中有着许多以前都未曾发觉的施工优势。在该工程的施工建设过程中, 柔性防护技术的应用共有27kin, 在工程边坡长度为220米, 平均高度为30米左右, 为国家二级边坡。在工程施工建设的过程中, 一级边坡大多都是采用浆砌石块护面墙为主进行防护的, 而二级边坡因为坡面地质大部分都是玄武岩边坡, 且发挥形成柱状结构, 坡面比较容易出现破碎, 为此在施工的过程中对于这一环节大多都是采用柔性边坡防护技术。在本工程施工建设的过程中, 经过施工监理单位、施工单位、投资大均为共同勘察研究之后, 最终决定在施工中采用SNS边坡防护。
2.2 SNS系统简介
SNS系统是瑞士研发出的一种最新的边坡防护技术, 这种技术在施工时采用的是钢丝网、环形网和高强度钢丝格栅形成的一种柔性技术, 这种技术在应用的过程中可以一次性的将防护体系全面的覆盖, 而且在施工的过程中根据方法的不同, 其也可以分成两个不同的类别, 一个是主动防护技术, 一个是被动防护技术。而且这种技术对预防雪崩、滑坡和泥石流等重要的道路自然灾害方面有着非常重要的作用, 在施工的过程中能够体现出非常好的特性, 它施工方法非常的简单, 在应用的过程中也可以体现出非常高的经济性, 所以在进入到21世纪之后, 这种技术就得到了很多人的关注和重视, 在应用的过程中也逐渐的得到了发展和完善, 很多技术都逐渐的走向了成熟, 新开发出的产品类型也越来越多, 在众多的指标上都逐渐的实现了标准化, 不仅如此, 在斜坡安全防护尤其是在雪崩和泥石流防护领域得到了非常好的普及和推广。
SNS柔性防护系统按主要构成分为钢丝绳网、普通钢丝格栅 (常称铁丝格栅) 和TECCO高强度钢丝格栅3类, 前两者通过钢丝绳锚杆和支撑绳固定方式, 后者通过钢筋 (可施加预应力) 和钢丝绳锚杆 (有边沿支撑绳时采用) 、专用锚垫板以及必要时的边沿支撑绳等固定方式, 将作为系统主要构成的柔性网覆盖在有潜在地质灾害的坡面上, 从而实现其防护目的。
2.3 SNS柔性防护系统的特点和工作原理
2.3.1 系统在加工和生产的过程中完全按照可标准的工厂化加工流程进行操作, 同时还充分的结合了防护现场的过程中所需要的一些措施, 之后才能将其送往现场, 施工现场当中需要完成小部分的坡面清理工作, 甚至有些工程完全不需要进行坡面清理, 所以在施工现场当中一般是不需要借助大型的设备就可以顺利的完成施工, 施工的周期并不是很长, 施工的效率也非常高, 和传统的护面墙施工技术相比, 施工进度方面有了非常显著的进步和提升, 对工程施工水平的改进也有着十分重要的意义。
2.3.2 系统材料轻型化, 便于材料的运输, 并且材料可以堆放在坡面上, 不影响道路交通和其他工序的施工。
边坡柔性主动防护系统通常是按照钢丝绳网通过锚杆连接的方式去对边坡进行固定的, 这样一来就形成了柔性的网结构, 该结构在施工中可以非常好的覆盖在坡的表面, 这样也就充分的防止了坡面岩体当中出现非常严重的位移情况。其在运行中和喷锚及土钉墙坡面防护体系有着非常大的相似之处, 但是由于其在运行的过程中可以将局部的荷载传递给周围的其他结构, 这样就可以使得系统整体的防护能力得到了非常显著的提升。也就是说其对地质条件具有非常好的适应能力。
此外, 由于系统的开放性, 坡面渗水、地下水可以自由排泄, 避免了由于封闭防护结构体后水压力的升高而引起的边坡失稳问题。系统的开放性使得边坡观察监测直观、简便, 便于管理。坡面稳定以后可以防止或减缓岩体进一步风化, 利用表层岩体的自我封闭作用抑制边坡遭受进一步的风化剥蚀。
结束语
SNS柔性防护系统是当前高速公路施工过程中非常先进的一种施工技术, 因其优势十分的明显, 所以在高速公路施工的过程中也得到了非常广泛的应用, 此外国外的技术水平比我国要更高, 所以在该技术发展的过程中也可以借鉴很多国外的先进经验, 这样才能更好的推动我国柔性防护技术的发展和完善。
摘要：在当前的公路施工过程中, 边坡防护技术越来越受到人们的关注和重视, 这项技术的实施使得边坡稳定性大大的提升, 同时也可以防止落石和滑坡现象的发生, 所以其对于维持高速公路的稳定性有着十分重要的意义, 柔性防护系统便是在这样的背景下产生的, 它在公路边坡防护施工中发挥了非常重要的功能, 本文主要分析了柔性防护系统在高速公路边坡防护中的应用, 以供参考和借鉴。
关键词：边坡防护系统,高速公路,护坡
参考文献
[1]杨学松, 黄礼光.云南新河高速公路边坡生态植被恢复建设的实践应用[J].公路, 2008 (2) .
锦屏一级电站被动柔性防护网施工 篇6
锦屏一级水电站泄洪雾化影响区边坡包括左岸Ⅳ ~ Ⅵ号山梁边坡、水垫塘边坡、右岸猴子岩坡、泄洪洞出口边坡及左岸边坡。其中左岸共划分了10个处理区域, 右岸划分了9个处理区域。根据各区域的泄洪雾化影响和地质条件, 边坡 ( 包括危岩体) 处理主要采用防护网防护, 喷混凝土、锚杆及锚索加固, 部分区域采用贴坡混凝土防护等处理措施, 在左岸1 670 m、1 730 m、1 780 m和1 830 m高程山体内设四层排水洞, 洞内设两排排水孔加强地下排水, 排水洞净断面尺寸为2. 5 m × 3. 0 m。二道坝下游河岸道防护分布范围从 ( 坝) 0 + 460 m至 ( 坝) 1 + 650 m。锦屏一级被动柔性防护网 ( 能级为750 k J) 防护网高度为4. 0 m, 立柱间距为5 ~ 10 m。, 防护能级为750 k J。
2被动防护网结构
本工程选用RXI - 075被动防护网, 防护能级为750 k J, 被动防护网是由钢丝绳网、高强度钢丝格栅网、锚杆、工字钢柱、 上拉锚绳、消能环、底座及上下支撑绳等部件构成。系统由钢柱和钢绳网联结组合构成一个整体, 对所防护的区域形成坡面防护, 从而阻止崩塌岩石的下坠, 起到边坡防护的作用。
上拉锚绳、侧拉锚绳、加固锚绳为 Ф14钢丝绳, 防护网中间的钢柱上设上拉锚绳2根, 起端和终端设上拉锚绳和侧拉锚绳各一根, 每50m及转弯处设加固锚绳一道, 每个上拉锚绳设O型消能环一个。拉绳与2Ф14预埋锚绳相连。钢柱与混凝土基础通过地脚螺栓连接, 防护网由环形网和格栅网通过缝合绳与支撑绳编制成网, 并与钢柱相连组成防护体。
3施工工艺流程
被动柔性防护网施工工艺流程如下: 现场准备→材料检验 →施工放样→植被清理→覆盖层开挖、打锚孔 →埋锚绳、锚杆 →浇筑基座混凝土 →基座板和基座螺栓安装 →钢柱安装→拉锚绳安装→支撑绳安装→环形网敷设→格栅网敷设→质量验收→完工。
4施工工艺和方法
4. 1施工放样
按设计要求并结合现场实际地形对施工范围进行确定, 施工采用TCR - 702无棱镜反射全站仪测量、放样。
4. 2钢柱、拉锚锚杆基础施工
准备工作结束后, 应进行钢柱基础及拉锚锚杆基础施工。
1) 基础开挖。钢柱及拉锚锚杆基础采用人工开挖。开挖出的渣料, 开挖的渣料堆放在边坡上夯实并保持稳定。
2) 锚杆施工。基础所在位置基岩出露或覆盖层厚度小于设计锚固深度时, 清理表面覆盖层, 用混凝土回填找平后采用YT - 28手风钻直接钻凿锚绳孔, 然后采用人工注浆、安装2Ф14锚绳。
3) 混凝土浇筑。当基础不平或处于覆盖层时, 要用混凝土找平基础安装基座螺栓和垫板, 当所在位置覆盖层厚度大于设计锚固深度, 则采用0. 8 m × 0. 6 m × 1. 0 m ( 长 × 宽 × 高) C25混凝土基础。
4) 基座安装。将基座套入地脚螺栓并用螺母拧紧。
4. 3防护网安装
4. 3. 1钢柱及上拉锚绳安装
1) 将钢柱顺坡向上放置并使钢柱底部位于基座处。
2) 将上拉锚绳的挂环挂于钢柱柱顶挂座上, 然后将拉锚绳的另一端与对应的上拉锚杆环套连接并用绳卡暂时固定 ( 设置中间加固和下拉锚绳时, 同上拉锚绳一起安装或待上拉锚绳安装好后再安装均可) 。
3) 将钢柱缓慢抬起并对准基座, 钢柱底部插入基座中, 然后插入连接螺杆并拧紧。
4. 3. 2侧拉锚绳的安装
安装方法同上拉锚绳, 只是在上拉锚绳安装好后进行。
4. 3. 3调整及固定
通过上拉锚绳和侧拉锚绳来调整好钢柱的方位 ( 按设计方位) , 拉紧拉锚绳并用绳卡固定。
4. 3. 4上支撑绳安装
1) 将第一根支撑绳上的挂环端暂时固定于端柱 ( 分段安装时为每一段的起始钢柱) 的底部, 然后沿平行于系统走向的方向上调直支撑绳并放置于基座的下侧, 并将消能环调节就位。
2) 将该支撑绳的挂环挂于端柱的柱顶挂座上 ( 对于单支撑绳系统的端部第一根支撑绳, 挂环应挂于端柱基座的挂座上, 顺钢柱绕过柱顶挂座这根支撑绳一般有颜色标志) 。
3) 在后续钢柱处, 将支撑绳置于挂座内侧, 直到本段最后一根钢柱并向下绕至该钢柱基座的挂座上, 再用绳卡暂时固定。
4) 再次调整消能环位置, 当确定消能环全部正确就位后拉紧支撑绳并用绳卡固定。
5) 第二根上支撑绳和第一根的安装方法相同, 只不过是从第一根支撑绳的最后一根钢柱向第一根钢柱的方向反向安装而已, 且消能环位于同一跨的另侧。
6) 在距消能环约40 cm处用一个绳卡将两根上部支撑绳相互并结 ( 仅用30% 标准紧固力或手动拧紧即可) 。
4. 3. 5下支撑绳安装
该工序在环形网挂到上支撑绳后进行。其方法与上支撑绳类似, 但支撑绳均直接从网块的底排网孔穿过, 对于带消能环的支撑绳, 待支撑绳到达消能环的正确位置前40 cm左右才能套入消能环, 同时亦应注意钢柱至消能环外侧约40 cm段的支撑绳不得穿入网块环孔。
4. 3. 6环形网的安装
环形网的起吊就位方法宜根据现场施工场地、机具 ( 起吊滑轮组、钢丝绳、粗麻绳、葫芦、梯子等) 、人力条件以及经验和习惯而定。一般宜采用以下方法。
1) 用一根起吊绳 ( 钢丝绳或专门准备的粗麻绳) 穿过环形网上缘第二排左右网孔 ( 底排网孔一般有标志色) , 一端固定在临近钢柱的顶端, 另一端穿过悬挂固定于上支撑绳上的起吊滑轮组或临近钢柱的柱顶挂座并使尾端垂落到地面附近。
2) 拉动起吊绳尾端, 直到环形网上缘上升到上支撑绳水平为止, 再用绳卡或卸扣将网与上支撑绳暂时进行松动连接, 此后起吊绳可以松开抽出; 同时宜用一根绳子穿过网的底排网孔并固定到基座上使网块底缘靠近钢柱, 以便下支撑绳的安装, 待下支撑绳安装好后即可抽出该绳。
3) 重复上述步骤直到全部网块暂时挂到上支撑绳上为止, 并侧向移动网块使其位于正确位置; 此后即可进行下支撑绳安装。
4. 3. 7缝合连接方式
1) 将按单张网缝合边总长约1. 3倍截断的缝合绳在其中点做上标志。
2) 从系统的一端开始, 先将缝合绳中点固定在每一张网的上缘中点处支撑绳上。从中点开始各用一半缝合绳向两侧逐步将网与两根支撑绳缠绕在一起; 对于朝向钢柱一侧的绳段, 直到用绳卡将两根 ( 单支撑绳时为一根) 支撑绳并结在一起的地方之后, 用缝合绳将网与不带消能环的一根支撑绳缠绕在一起, 当到达柱顶挂座时, 将缝合绳从挂座的前侧穿过 ( 不能缠绕到挂座上) , 转向下继续将网与相邻网边缘或支撑绳 ( 上支撑绳的与钢柱平行的单绳段) 缝合, 直到网块侧边最下一个网孔处将绳端回转合并后用绳卡固定; 对于朝向相邻网块一侧的绳段, 当到达相邻网块时, 将缝合绳转向下与相邻网边缘缝合, 直到网块侧边最下一个网孔处将绳端回转合并后用绳卡固定。
3) 当支撑绳分段设置而使一段拦石网的部分中部钢柱有与其平行的单支撑绳段时, 由于钢柱间距的非完全均匀布置, 环形网边缘可能不刚好在该钢柱处, 此时在缝合完毕后宜用绳卡先在该绳段柱顶处将支撑绳固定定位, 然后松开该绳段尾端原固定绳卡, 将该绳段顺钢柱交叉穿过网孔至基座挂座, 再用绳卡重新将其固定, 此后可拆下柱顶定位绳卡。
4) 底排网孔由于采用了支撑绳直接穿过方式, 其间不需要再采用任何连接方式。
4. 3. 8格栅安装
1) 格栅铺挂在环形网的内侧, 应叠盖环形网上缘并折到网的外侧约10 cm, 用扎丝固定到网上。
2) 格栅底部应沿斜坡向上敷设0. 5 m左右, 并为使下支撑绳与地面间不留缝隙, 用一些石块将格栅底部压住。
3) 每张格栅间叠盖约5 cm。
4) 用扎丝将格栅固定到网上, 每平方米固定约4处。
5结语
1) 被动防护网对所防护的区域形成面防护, 从而阻止崩塌岩石土体的下坠, 起到边坡防护作用。
2) 被动防护网与刚性拦截和砌浆挡墙相比较, 改变了原有施工工艺, 使工期和资金得到减少。
3) 被动防护网适用于建筑设施旁有缓冲地带的高山峻岭, 把岩崩、飞石、泥石流拦截在建筑设施之外, 避开灾害对建筑设施的毁坏。
4) 被动防护网在施工期间要经常派人检查和维护, 特别是大雨过后要加密检查, 及时清理网内杂物, 防止外力过大失去防护功能。
总之, 锦屏一级被动柔性防护网在水电施工中广泛采用, 在工程中起到了很好的安全防护效果, 保证了施工人员和设备的安全。被动柔性防护网施工速度快, 破坏自然环境小, 施工技术成熟, 方案经济, 安全效益显著, 同时还可以采用主动网施工的方案加强边坡防护。锦屏一级电站边坡防护大范围使用被动柔性防护网的成功经验可在水利水电工程推广应用。
摘要：通过详细介绍锦屏一级RXI-075被动柔性防护网施工, 总结了被动柔性防护网在水利水电施工推广运用的优越性。
主动柔性防护 篇7
关键词：边坡,SNS系统,施工,监控
SNS(Safety Netting System)系统,是以高强度柔性网(钢丝绳网、环形网、高强度钢丝格栅)作为主要构成部分,并以覆盖(主动防护)和拦截(被动防护)两大基本类型来防治各类斜坡坡面崩塌落石、风化剥落、爆破飞石、坠物等地质灾害的新型柔性防护系统。该系统已大量应用于市政工程的危险边坡的治理工程,解决了传统防治措施难以解决的难题。
SNS主动柔性防护系统主要借助于锚杆固定方式,将金属柔性网紧贴于坡面上,以阻止坡面危石的崩落或浅表层岩土体的滑动破坏。SNS主动柔性防护系统具有以下几个特点:以热镀锌钢丝绳为主要材料的主动防护系统具有高韧性、高防护强度、易铺展性等优点。
为保证边坡在施工中的安全,确保工程质量,结合工程实例,重点分析主动柔性防护系统在施工监理中的重点、难点,以及解决的对策和措施。
深圳市某风景区1号上山道位于山的西北部,自山脚赤水洞村向山上近南北方向延伸。该道路210 m～250 m高程路段有两处修路时切坡形成的高陡边坡,坡面岩土裸露,未做任何防护处理。工作区属丘陵地貌,地形起伏大,坡度较陡。危险边坡分为1号危险边坡,1 632.93 m2,2号危险边坡,1 552.90 m2,全部覆盖SNS柔性防护系统。将纵横交错的16横向支撑绳和12纵向支撑绳与正方形的锚杆相连接,并进行预张拉。
由于该边坡地质条件差,从放线清坡、布孔、钻孔、制锚、安装、挂网、注浆、喷射混凝土、预应力垫墩、张拉、锁定、检测验收任何一个环节疏忽都可能影响工程的质量,因此做好全过程、全方位的监理工作是十分重要的。
1 锚杆(锚索)施工流程
锚杆(锚索)施工工艺流程:确定孔位→移机就位→调整角度→钻孔→清孔→安装锚杆锚索→一次注浆→二次补浆→施工支撑绳→张拉→锚头锁定→割除锚头多余钢绞线,对锚头进行保护。
2 监理重点
2.1 布点(测量放线、确定锚杆孔位)
危险边坡整治工程,一般都是山高,地质复杂经常发生滑块、塌落。施工前的布点是重要的,它是施工过程中清坡、护坡必不可少的依据,布点的合理与否直接影响工程的质量。
施工前严格审查施工单位的施工组织设计,放线测量确定锚杆孔位,根据地形条件,空隙间距不能有超过0.3 m的调整量。要求施工单位尽可能在低凹处选定锚杆位置,对非低凹处或不能满足系统安装处尽可能靠近坡面的锚杆孔(一般连续悬空面积不得大于5 m2,否则宜增设长度不小于0.5 m的局部锚杆,该锚杆可采用直径不小于12的带弯钩的钢筋锚杆或不小于2 12的双股钢绳锚杆),应在每一孔位处凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑,一般口径20 cm,深20 cm。
2.2 清坡
清坡主要是为了满足施工安全和灾害边坡卸荷的需要,施工钻孔布点前,承包商应事先了解边坡地层岩性、地质构造、地形地貌和水文地质等,如有危岩、滑块、崩塌体、滑坡体等,应采取相应措施妥善处理。1)按设计的坡率清坡,起到灾害边坡的卸荷作用;2)为了施工人员的安全,监理的职责主要是安全监督。
2.3 钻孔
钻孔对于危险边坡整治工程是十分重要的,它直接影响工程质量。监理在钻孔过程中要对孔位、孔径、孔深实施监理,严格检查施工单位按设计深度钻锚杆孔并清孔,孔深应大于设计锚杆长度5 cm～10 cm,孔径不小于100 mm,以确保钻孔质量。若遇到地质变化复杂卡钻、塌孔(地层松散或破碎)等问题,监理要及时要求工程技术人员进行技术方案的调整,调整后的技术方案要满足工程质量和工程安全系数要求。
2.4 锚杆(锚索)制安的监理
1)锚杆(锚索)材料检验合格;2)焊工具备上岗证;3)对接焊、搭接焊(双面焊)强度试验合格;4)锚杆(锚索)制安要严格按设计要求加工;5)锚杆(锚索)制作的成品进行抽检;6)注浆管的绑扎要牢固;7)严格监理现场钢筋接头的位置,搭接长度,钢筋直径,保护层厚度按照设计图施工。
2.5 锚杆(锚索)的安装监理
锚杆(锚索)安装前,要对孔位、孔深进行检查并做记录,锚杆长度要满足孔深,预应力锚杆、锚索在长度满足孔深的前提下预留长度要满足张拉要求。
1)现场仔细检查纵横支撑绳绳卡与锚杆外露套环连接是否牢固。2)严格材料设备进场的报验,所有进场材料都要进行现场检查,并按规定现场取样,以保证材料设备的质量。
2.6 注浆监理
向孔洞注浆并插入锚杆,确保浆液饱满,在进入下道工序施工前注浆体不少于3 d。
1)严格按设计要求配制浆液;2)控制注浆压力;3)锚杆要检验是否注浆饱满;4)预应力锚杆(锚索)要进行预注浆,二次注浆要达到设计要求;5)不定期抽查浆液的粘稠度。
2.7 承压板及外锚墩的监理
承压板为600 mm×600 mm×300 mm的钢筋混凝土,承压板及外锚墩紧贴坡面而立模浇筑(或用喷射混凝土施工),承压板及外锚墩可设计为半内厢式或外露式,但都必须满足安装锚具及张拉锁定的要求。
2.8 张拉锁定
1)张拉千斤顶要在指定的计量单位标定并出示检验合格时程曲线;2)手动油泵(或电动油泵)也要按要求标定;3)张拉要按要求分级张拉并做好记录;4)预应力锚杆(锚索)锁定时要按设计吨位的5%～10%超张拉,然后及时锁定,确保张拉锁定荷载的稳定;5)注意张拉过程的安全;6)张拉锁定后将多余的锚杆(锚索)切除并用混凝土封头,避免锚杆(锚索)的锈蚀。
2.9 网筋及压筋的制安监理
1)网筋按设计一般采用6圆钢(或8)制安,网筋间距15 mm×15 mm或20 mm×20 mm绑扎;
2)压筋主要用在锚杆(锚索)表层根底。a.起到压网筋作用;b.确保面层和锚杆(锚索)有机结合,发挥复合作用的效果。在地质差的地段除用压筋外,还要设计N字形(或米形)筋连接锚杆(锚索)部位,对整个网面实施压筋,目的是提高整个断面的拉拔力,确保坡面的稳定。
3 后期监理
1)对施工隐蔽记录进行全面的核对;2)对完工后的公路高边坡防护工程实施全面的宏观监理;3)监理方、设计方、施工方、投资方对全部工程组织评定验收;4)监理对施工全过程的变更设计及工程签证,工程联系函进行全面审核。
4 其他事项
1)加强原材料进场时检查验收工作。2)施工过程中,工程资料要及时的进行收集和整理。3)在施工结束后,要按规范要求的数量对锚杆进行轴向抗拔检测。
参考文献
主动柔性防护 篇8
关键词：主动配电网,优化控制,半定规划,校正控制,柔性负荷
0 引言
随着多种分布式电源的大量接入、用户与电网的双向互动、各种新型可控单元的广泛应用，使得配电网主动性增强、调度资源愈发丰富、运行方式日趋复杂，传统的配电网运行理论不再完全适用。因此，需要深入研究分布式电源、电压无功设备、柔性负荷等参与电网运行的方法，提出适应于主动配电网的优化控制技术，达到降低网损、提高能源利用效率、实现节能减排等目标[1,2]。
目前，主动配电网优化控制方法是通过调节电网中可控设备的出力，使电网运行在最优状态。文献[3,4]在分布式电源有功调度方面，研究主动配电网经济调度方法；文献[5]在电压无功方面，研究主动配电网多无功源协调的无功优化方法。但需要指出的是，与输电网有功和无功解耦控制方式不同，配电网络R/X较大，有功与无功耦合紧密，电网优化控制应同时考虑有功和无功功率的影响。因此，文献[6,7]从有功与无功协调的角度出发，研究主动配电网优化运行技术。但考虑到全网优化控制周期较长，而电网中风电、光伏等不可控分布式电源的随机性强，以及负荷的动态变化特性，使得单纯依靠全网优化控制无法将电网始终维持在最优运行状态。需要在电网局部通过可调节的分布式电源（如内燃机）、无功设备、柔性负荷的协调控制，校正电网波动、跟踪全网优化目标。因此，文献[8,9,10]提出了主动配电网多时间尺度的全局与局部协调控制方法，为研究主动配电网优化控制提供了思路。但文献中缺乏对无功功率的考虑，更没有进一步考虑柔性负荷参与电网优化控制的方法。
本文研究含电压敏感型负荷和储能电池等柔性负荷的主动配电网有功电源、无功设备和柔性负荷的协调优化控制方法。在空间上将主动配电网划分为若干个可控区域，在时间上建立长周期和短周期两级衔接的控制模式。其中长周期进行全网有功与无功协调的优化控制，给出各区域的运行目标；短周期负责协调各区域内部的可调资源，跟踪长周期的优化目标运行。
1 协调控制方法
1.1 协调模式
本文提出一种主动配电网全网集中优化、区域协调校正的控制模式。在空间维度上，可将主动配电网馈线上的调压器作为关口，将全网划分为若干个可控区域，每个区域内包含一定的分布式电源、电压无功设备和柔性负荷。若没有装设调压器，可以馈线的分支处为关口，如果从分支处到馈线末端包含一定的分布式电源、储能或无功设备，也构成一个可控区域。在时间尺度上，进行长周期的主动配电网全网优化计算，确定全网有功和无功可调资源的控制目标，以及各区域关口的运行目标。而在全网优化计算时段内，各区域进行短周期的校正控制，协调区域内部的可调资源，平抑区域内间歇性电源和负荷的波动，并跟踪关口的优化运行目标。
1.2 协调变量
由于主动配电网中有功和无功耦合紧密，所以全网与各可控区域间的协调变量应至少同时包含有功变量和无功变量。协调变量的取值由全网优化计算确定，并下发至各区域跟踪执行。本文选取关口馈线有功功率作为有功协调变量。考虑到在电网动态运行过程中，关口有功功率会不断变化，所以不宜单纯以关口馈线无功功率作为无功协调变量，而应计及关口有功功率的变化，选取关口馈线功率因数作为无功协调变量。
另外，若区域内有调压器，为明确对各区域电压运行水平的要求，还应考虑设置电压协调变量。由于主动配电网中各关口的调压器动作与否，是由调压器高压侧与馈线末端的电压降来决定的[11]，因此本文选取关口馈线末端电压作为电压协调变量。
1.3 协调方法
按照上述协调模式和协调变量，本文设计的协调方法如图1所示。
在长周期内，根据各区域分布式电源、储能、电压无功设备等可控资源运行状态及电网拓扑等，进行全网有功、无功联合优化，给出各区域控制目标，包括关口的有功目标和功率因数目标，对于以调压器为关口的区域还要给出馈线末端电压目标。
在短周期内，各区域调节本区域中的可控资源，跟踪全网优化控制目标。其中可控的分布式电源和储能负责跟踪关口有功目标，若区域内有调压器，还可利用调压器调节电压敏感型负荷跟踪关口有功目标。关口功率因数（无功）目标，主要由电容器、分布式无功电源、静止无功补偿器（SVC）等无功设备负责跟踪调节。
2 全网优化控制
主动配电网有功与无功协调的优化模型，在数学上可以表示为复杂的非凸非线性规划问题。考虑到凸规划模型能够保证解的全局最优性，具有优良的数学特性。而半定规划属于凸规划问题，是当前数值最优化领域的研究热点[12]。鉴于此，本文将建立全网优化的半定规划模型，以实现全局最优解的快速求解。
2.1 目标函数
本文以主动配电网有功网损最小为目标，等价于所有节点的注入功率之和最小，即
式中：PLoss为电网有功网损；n为电网节点数；Pi为电网节点i的注入有功功率。
2.2 约束条件
为便于把全网优化的模型转化为半定规划模型，本节中的潮流方程以矩阵或向量的形式给出。
对于电网中的每一个节点i有：
式中：Si为节点i的注入功率；ei为第i个元素为1，其他元素全为0的列向量；U和I分别为电压列向量和电流列向量；Y为系统节点导纳矩阵，Yi=eieiTY为矩阵Y的第i列；tr（·）表示矩阵的迹。
令Φi=(YiT+Yi）/2，Ψi=(YiT-Yi）/2，并将式（2）的实部、虚部分列，可得等式约束为：
式中：Qi为节点i的注入无功功率；Pi,DG和Pi,d分别为节点i上所连接的分布式电源和负荷的有功功率；Qi,DG,Qi,SVC,Qi,d分别为节点i上所连接的分布式电源、SVC及负荷的无功功率；ki为分组投切电容器组的挡位；qi,CP为分组投切电容器组单位挡位的无功功率。对于电压敏感型负荷，Pi,d和Qi,d在优化迭代过程中随电压变化。
连续控制变量的不等式约束为：
式中：Pmin,DG和Pmax,DG分别为分布式电源或储能电池可调有功出力的下限和上限值；Qmin,DG和Qmax,DG分别为分布式电源可调无功出力的下限和上限值；Qmin,SVC和Qmax,SVC分别为SVC可调无功功率的下限和上限值。
需要说明的是，主动配电网中可控分布式有功电源包括内燃机、燃气轮机发电等，而风电、光伏等分布式电源通常运行在最大出力跟踪状态，一般不允许降低其有功出力，所以将其视为不可控的有功电源，而只作为可控的无功电源使用。
离散控制变量的不等式约束为：
式中：Ki为节点i所连接电容器组的最高挡位。
状态变量的不等式约束为：
式中：Vi为节点i的电压幅值；分别为电压幅值的下限和上限值；SOC为储能电池荷电状态；SOC,max和SOC,min分别为正常运行时储能电池的荷电状态上限和下限值。
2.3 模型转换
上文所建立的全局优化模型是一个大规模非凸非线性混合整数规划问题。针对该模型，本文的方法是首先在不考虑离散变量的情况下将原始模型转化并松弛为一个凸的半定规划模型，然后基于奔德斯分解法[13]，处理加入离散变量后的混合整数半定规划模型，最终给出连续变量和离散变量的全局最优解。限于篇幅，本文不对模型转化及处理过程详细展开，将另撰文详述。
3 区域校正控制
3.1 有功电源控制策略
可控有功电源主要是对关口有功功率进行控制。通过采集关口有功功率PΣ，计算与期望功率Pset的差值ΔP:
判断功率差值是否超出可控有功电源调节能力范围，并计算有功出力PS:
式中：P0为上一控制周期可控有功电源出力值。
3.2 电压无功控制策略
本文将电压无功分解为两个独立的控制子问题：即电压控制子问题和无功控制子问题，分别由调压器和无功电源进行控制。
调压器的电压控制策略基于文献[11]，比较电压协调变量的优化值Vset与馈线末端电压的实际值Vend，调压器分接头的自动调节策略为：
式中：t和t′分别为调节前、后的调压器分接头挡位；Vbw为预先定义的馈线电压降门槛值。
无功控制策略是通过比较关口功率因数当前值与优化值的偏差来计算无功缺额，并协调分布式无功电源、电容器、SVC等无功源的出力，将关口的功率因数维持在优化值附近。由于可控无功源包含离散设备和连续设备，本文的协调方法是令离散设备跟踪较大的无功偏差，主要用于粗略调节；连续设备消除较小的无功偏差，主要用于精细调节。
3.3 柔性负荷控制策略
对于具有受电和发电双重特性的储能电池，其柔性控制策略与有功电源控制策略基本相同，但在功率调节时需满足式（6）中的荷电状态约束。
对于以ZIP负荷为代表的电压敏感型负荷，其负荷功率随着负荷电压变化。其柔性控制方法是通过下调调压器挡位来降低馈线上各负荷节点的电压，从而减小馈线上的负荷功率，实现降压节能、削减负荷尖峰等目的。
节点i的ZIP负荷有功功率、无功功率和电压的函数关系如下：
式中：ZNi,INi,SNi分别为节点i所接ZIP负荷中恒阻抗、恒电流、恒功率的负荷参数；ai,bi,ci为不同类型负荷的比例系数。
由此可知，负荷的功率因数角φi确定后，只改变节点电压Ui，负荷的有功和无功功率将按等比例变化，即电压变化前后的ZIP负荷功率因数不变。
另外，当调节调压器挡位时，馈线上相邻节点电压关系如下：
式中：Ri和Xi分别为节点i-1到节点i馈线的电阻和电抗。
将式（10）、式（11）代入式（12）中，化简得
假设调压器挡位下调后节点i电压减小u，由于uUi，则挡位变化后的相邻节点电压降落为：
由此可知，调压器挡位变化前后馈线上各节点电压变化量近似相同。即调压器挡位下调后，整个馈线的节点电压曲线将整体向下平移。
再者，调压器挡位变化后节点i功率变为（以有功功率为例，无功功率同理）：
则调压器挡位变化前后节点i功率的变化量为：
由此可知，调压器挡位变化前后各节点ZIP负荷有功变化量与电压变化量成正比。整条馈线上的ZIP负荷有功功率变化量与电压变化量关系如下：
因此，通过求解斜率K，即可计算出控制区域削减ΔP功率时所需要的电压调节量u。
综上，本文提出的ZIP负荷柔性控制策略如下。
步骤1：实时获取当前时刻线路末端电压Vend和区域关口有功功率PΣ；通过潮流计算，获得末端电压为最小值Vend,min时的区域关口有功功率PΣmin。
步骤2：计算斜率K，方法如下
步骤3：计算当前时刻关口有功功率PΣ与期望功率Pset的差值ΔP，并判断是否超出ZIP负荷控制调节能力。
步骤4：根据式（17）计算馈线各节点电压调节量，修正馈线末端电压期望值Vset，从而使调压器自动调挡，实现ZIP负荷柔性控制。
3.4 协调校正控制策略
本文利用区域内的可控分布式电源、电压无功设备和柔性负荷等作为控制手段，制定其协调校正控制策略，跟踪全网优化运行目标。控制流程及优先级顺序如下。
步骤1：获取全网优化给出的关口运行控制目标，包括关口有功功率和关口功率因数，若以调压器为关口还应包括关口馈线末端电压。
步骤2：若关口有功功率发生变化，则优先启动可控分布式有功电源控制或基于储能电池的柔性负荷控制。
步骤3：计算关口功率因数，若不满足优化目标要求，则启动无功控制。
步骤4：计算调节后的关口有功功率是否满足要求，若其仍大于期望值，可启动基于调压器调压的ZIP负荷柔性控制。
4 算例验证
如图2所示，以IEEE 33节点系统为例，在节点6和节点25两处装设调压器，选取节点6至17所在馈线为可控区域1，节点25至32所在馈线为可控区域2。两区域均含有一定的有功电源、无功设备和柔性负荷。节点7和27两处连接相同参数的分组投切电容器，每组的补偿容量为150kvar，总共7组，即每个电容器的补偿容量为0～1 050kvar。节点6连接的分布式电源有功调节范围为0～650kW、无功调节范围为0～200kvar，节点25连接的分布式电源有功调节范围为0～70kW、无功调节范围为0～45kvar。节点8处的风机无功调节范围为0～180kvar，节点28处的光伏无功调节范围为0～160kvar。节点13和节点31两处的储能电池额定容量分别为200kW·h和60kW·h。
基于美国西北太平洋实验室研发的GridLAB-D仿真软件提供的24h天气数据，可以得到风机、光伏和各节点ZIP负荷的24h有功功率。以某天22:31—23:00的时段为例，在此期间两区域内的有功负荷峰值均超过了可控分布式有功电源的调节上限，所以单纯依靠有功电源无法完全跟踪关口功率优化目标。因此，本文以30min为长周期进行全网优化控制，以3min为短周期进行各区域校正控制，分析该时段的控制效果，验证控制策略。
在此时段初始时刻，进行长周期的全网优化控制，计算得：基态网损为78.9kW，优化后网损降为64.6kW。计算结果验证了本文全网优化模型和算法的正确性。优化后的各区域关口运行目标和区域内有功、无功功率如表1所示。
在此时段内，各区域协调有功电源、无功设备和柔性负荷，参与短周期的校正控制。控制效果如图3至图6所示。
由图可见，区域1和区域2均是在有柔性负荷参与控制时，跟踪全网优化运行目标的效果最好。因此，当区域内可控分布式有功电源无法完全满足负荷需求时，或无法完全跟踪间歇性电源波动时，按照本文所述策略引入柔性负荷调节手段，并与有功电源和无功设备协调控制，能够可靠实现平抑电网波动，维持电网运行在最优状态的目的。
5 结语
建设主动配电网是提升分布式清洁能源消纳能力、促进用户参与电网优化运行、挖掘电力系统设备利用潜力、推动中国能源技术战略实现的重要途径。本文研究主动配电网优化运行控制技术，在长周期内综合利用全网的有功和无功资源，进行以网损最小为目标的优化控制。在短周期内，各可控区域协调自身有功电源、无功设备和柔性负荷进行校正控制，平抑电网波动，跟踪长周期全网优化控制给出的区域运行目标。通过仿真算例证明了本文提出的主动配电网优化控制方法的有效性和可行性。
