常州鑫旺儀表有限公司泥漿流量計(jì)在隧道灌漿工程中的測(cè)量應(yīng)用
作者:常州鑫旺儀表有限公司
2020-12-24
一、泥漿流量計(jì)使用范圍
隨著中國(guó)一帶一路經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的實(shí)施，內(nèi)地與沿海，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的聯(lián)系將會(huì)越來(lái)越緊密，各種各樣的物資貿(mào)易將極大地推動(dòng)國(guó)家陸路交通線的發(fā)展，鐵路、高速公路都將有一個(gè)發(fā)展高潮。中國(guó)的地形趨勢(shì)是西高東低，西部絕大部分都是山區(qū)，東部的平原相對(duì)于中國(guó)的整個(gè)版圖來(lái)說(shuō)只是一小部分，因此向西的交通線路沿途將需要開(kāi)鑿許多隧道和壩口。在隧道的灌漿施工中，動(dòng)態(tài)的計(jì)量水泥灌漿量至關(guān)重要，泥漿流量計(jì)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在隧洞固結(jié)灌漿施工中大大提高了漿液體積的測(cè)量度，對(duì)保證資料的真實(shí)性和確保工程質(zhì)量起到了很大作用。
本文所舉例中的大西溝水庫(kù)工程是新疆烏魯木齊河上的龍頭水庫(kù)，水庫(kù)距烏魯木齊市68km，是一項(xiàng)以防洪為主的水利樞紐工程。樞紐主要由粘土心墻壩、溢洪道、泄洪兼導(dǎo)流洞和放水灌溉洞等建筑物組成。工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型，泄洪兼導(dǎo)流洞為1級(jí)建筑物，布置在右岸巖體內(nèi)，該洞承擔(dān)施工期導(dǎo)流、正常運(yùn)用期泄洪、沖砂、放空的任務(wù)。泄洪兼導(dǎo)流洞包括103.305m長(zhǎng)圓形有壓洞段和316.695m長(zhǎng)無(wú)壓洞段，有壓隧洞直徑D=4.6m，無(wú)壓隧洞為城門洞型，斷面尺寸5.0m×6.0m，隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚0.5m。洞身段圍巖為凝灰?guī)r，巨厚層狀、巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，綜合評(píng)定以Ⅲ類為主。隧洞圍巖先進(jìn)行回填灌漿再進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿孔梅花形布置，間距3.0m×3.0m深入基巖3.5m。
泥漿流量計(jì)
二、泥漿流量計(jì)（電磁流量計(jì)）的工作原理
灌漿施工工藝中的漿液和水的流量測(cè)量非常重要，特別是所使用的液體流量檢測(cè)儀表，有其特殊要求，例如要便于頻繁清洗和承受高速漿液中顆粒的摩擦和惡劣環(huán)境等，在眾多液體流量?jī)x器產(chǎn)品中，泥漿流量計(jì)具有測(cè)量不受流體溫度、壓力、密度、黏度的影響、內(nèi)部直通光滑、直接進(jìn)行電測(cè)量、計(jì)量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)；且其檢測(cè)部無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、不會(huì)發(fā)生滴漏現(xiàn)象，內(nèi)襯可采用聚四氟乙烯塑料和氧化鋁陶瓷，具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，近年來(lái)已成為灌漿工程流量測(cè)量的儀器。
泥漿流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱EMF）的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)垂直于磁力線方向流動(dòng)，因而與介質(zhì)流動(dòng)和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與被測(cè)介質(zhì)流量Q成正比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和測(cè)量?jī)?nèi)徑D有關(guān)，而與其他物理參數(shù)的變化無(wú)關(guān)。測(cè)量系統(tǒng)的變送器輸出E是一個(gè)微弱的交變信號(hào)，其中包含各種干擾成分，且信號(hào)內(nèi)阻變化高達(dá)幾萬(wàn)Ω，因此要求轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流mV轉(zhuǎn)換器，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成4～20mA的統(tǒng)一信號(hào)，轉(zhuǎn)換器有高輸入阻抗差動(dòng)放大器、主放大器、正交干擾抑制器、相敏檢波器、直流放大器、霍爾乘法器等組成，后輸出信號(hào)電流為Io=K·Q，式中Io為輸出信號(hào)電流，K為儀表常數(shù)。
三、在灌漿工程中的使用
3.1 隧洞固結(jié)灌漿施工工藝
鉆孔、洗孔→壓水試驗(yàn)→制漿→灌漿→封孔
3.2 施工方法
3.2.1 鉆孔、洗孔
采用手風(fēng)鉆鉆孔，單孔鉆孔結(jié)束后采用導(dǎo)管通入大流量水流，從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行沖洗，至回水變清。
3.2.2 壓水試驗(yàn)
簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)是以設(shè)計(jì)要求的壓力向孔內(nèi)送水，測(cè)定其相應(yīng)的流量值，并據(jù)此計(jì)算巖體的透水率，計(jì)算結(jié)果關(guān)系到巖體滲透特性的評(píng)價(jià)以及灌漿成果資料整理。這一測(cè)量點(diǎn)是十分重要和敏感的，準(zhǔn)確是首要指標(biāo)，水有一定的電導(dǎo)率，滿足EMF的測(cè)量要求，需要重點(diǎn)考慮的是EMF的口徑，因?yàn)閴核囼?yàn)和灌漿用的是相同的EMF。
3.2.3 制漿
制漿材料采用磅秤稱量，ZJ-800型高速攪拌機(jī)拌制水泥漿液，漿液在使用前應(yīng)過(guò)篩，從開(kāi)始制備至用完的時(shí)間宜小于4h。
3.2.4 灌漿
固結(jié)灌漿采用孔口封閉循環(huán)灌漿法，用BW-250型灌漿機(jī)全孔一次灌漿，灌漿壓力0.3～0.5MPa，灌漿過(guò)程中派專人查看壓力表，壓力值宜讀取壓力表指針擺動(dòng)的中值。
灌漿漿液應(yīng)由稀至濃級(jí)逐級(jí)變換，固結(jié)灌漿水灰比采用2：1、1：1、0.8：1、0.6：1四個(gè)比級(jí)。
灌漿泵將一定水灰比的水泥漿液壓送到孔中，一部分進(jìn)入裂隙而擴(kuò)散，余下的漿液經(jīng)回漿管返出孔外，流回到漿液攪拌機(jī)中；固結(jié)灌漿孔在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率不大于0.4L/min，繼續(xù)灌注30min，灌漿即可結(jié)束。
每臺(tái)鉆孔設(shè)備都需要兩臺(tái)EMF分別記錄進(jìn)、返漿流量，灌漿量就等于進(jìn)漿量減去返漿量，現(xiàn)場(chǎng)管線與EMF安裝布置見(jiàn)下圖：
圖1 灌漿工程現(xiàn)場(chǎng)管線與EMF安裝布置圖
由于現(xiàn)場(chǎng)灌漿泵泵量為100L/min，故EMF的量程選為100L/min，由于水泥漿液中帶有水泥固體顆粒，考慮到對(duì)EMF襯里和電極的磨損，選用流速≤5m/s，另一方面水泥漿液又具有易粘附、沉淀、結(jié)垢的特性，故EMF測(cè)量管內(nèi)的流速應(yīng)不低于0.15m/s，以起到對(duì)泥漿流量計(jì)的電極和內(nèi)襯的自清掃作用，為了保證泥漿流量計(jì)的檢測(cè)精度，使用流速控制在0.15～5m/s之間。
灌漿施工時(shí)吸漿量大小一般在0～100L/min，進(jìn)、返漿上EMF相應(yīng)的流量范圍為30～100L/min，EMF口徑選擇DN25比較合適，同時(shí)EMF的時(shí)間常數(shù)也應(yīng)該設(shè)置小一些，一般在1～3s，以提高測(cè)量的靈敏度。
在灌漿過(guò)程中使用灌漿自動(dòng)記錄儀完成數(shù)據(jù)采集與處理，在屏幕上顯示流量、水灰比及注入水泥總量，按設(shè)定時(shí)間間隔定時(shí)打印出時(shí)間、流量和水灰比，當(dāng)灌漿結(jié)束時(shí)，自動(dòng)計(jì)算并打印注入水泥總量、漿液總量和單耗水泥量。
3.2.5 灌漿孔封孔
全孔灌漿完畢后，先采用導(dǎo)管注漿法將孔內(nèi)余漿置換成水灰比為0.5的濃漿，而后將灌漿塞塞在孔口，繼續(xù)使用這種漿液進(jìn)行純壓式灌漿封孔，封孔灌漿的壓力一般不宜小于1MPa?！?/p>
四、應(yīng)用注意事項(xiàng)
4.1 測(cè)量管道內(nèi)附漿量的影響與處理
每次灌漿結(jié)束后，要及時(shí)清除泥漿流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)的殘余漿液，否則水泥漿液易在測(cè)量管道內(nèi)產(chǎn)生不同程度的膠結(jié)，甚至堵塞泥漿流量計(jì)測(cè)量管和相接的灌漿管道，泥漿流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)的附著層會(huì)引起附加相對(duì)誤差，附著水泥層電導(dǎo)率極低，附著物有一定厚度越大，誤差越大。
4.2 介質(zhì)中氣泡的影響與處理
因工藝或介質(zhì)本身的原因，所測(cè)液體常含一些氣泡，氣泡經(jīng)過(guò)電極表面存在一個(gè)摩擦過(guò)程，產(chǎn)生尖峰脈沖干擾電勢(shì)，其值遠(yuǎn)大于正常的流量信號(hào)，通常電磁流量轉(zhuǎn)換器無(wú)法有效地處理如此的干擾，導(dǎo)致測(cè)量值不穩(wěn)定，因此泥漿流量計(jì)的安裝位置要考慮防止氣泡的產(chǎn)生，一般要安裝在泵的排出端，好垂直安裝，漿液自下而上流動(dòng)，水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線，不要垂直于地平線，因?yàn)樘幱诘撞康碾姌O易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過(guò)遮住電極表面。
4.3 惡劣施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響與處理
灌漿施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境大部分時(shí)間比較惡劣，例如（下轉(zhuǎn)第131頁(yè)）（上接第108頁(yè)）高溫、潮濕、高灰塵等，時(shí)間長(zhǎng)了冷凝水和灰塵容易積聚在EMF的接線盒中，或透過(guò)密封不良的結(jié)合面滲入EMF殼體中，將導(dǎo)致EMF轉(zhuǎn)換器輸入回路阻抗下降，衰減欲輸往放大器的流量信號(hào)；或者是破壞勵(lì)磁回路和信號(hào)回路的絕緣，造成EMF的嚴(yán)重故障。為了避免此類故障的發(fā)生，可在接線盒中灌注絕緣材料，在維修和調(diào)試EMF的時(shí)候一定要避免進(jìn)水，保持接線盒內(nèi)的干燥與干凈，使用中一定要避免浸泡在水或漿液中?！?/p>
五、本文結(jié)語(yǔ)
采用泥漿流量計(jì)比用直尺測(cè)量漿液體積的度大大提高，避免了許多人為因素，對(duì)保證資料的真實(shí)性和確保工程質(zhì)量起到了很大作用。但是EMF在使用前應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)校核，以保證達(dá)到要求的度。
目前我國(guó)處于一個(gè)工程建設(shè)的新高潮，水泥灌漿量非常大，動(dòng)態(tài)的計(jì)量水泥灌漿量至關(guān)重要，電磁EMF以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為灌漿工程流量測(cè)量的儀器，可廣泛推廣使用。
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