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隧洞灌漿工程中如何正確地使用電磁流量計進行測量
一,、電磁流量計使用背景概述
隨著中國一帶一路經(jīng)濟戰(zhàn)略的實施，內地與沿海,，國內與國外的將會越來越緊密,，各種各樣的物資貿易將極大地推動國家陸路交通線的發(fā)展，鐵路,、高速公路都將有一個發(fā)展高潮,。中國的地形趨勢是西高東低,，西部絕大部分都是山區(qū)，東部的平原相對于中國的整個版圖來說只是一小部分,，因此向西的交通線路沿途將需要開鑿許多隧道和壩口,。在隧道的灌漿施工中，動態(tài)的計量水泥灌漿量至關重要,，電磁流量計以其*的優(yōu)點在隧洞固結灌漿施工中大大提高了漿液體積的測量度,，對保證資料的真實性和確保工程質量起到了很大作用。
本文所舉例中的大西溝水庫工程是新疆烏魯木齊河上的水庫,，水庫距烏魯木齊市68km,，是一項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,，泄洪兼導流洞為1級建筑物，布置在右岸巖體內,，該洞承擔施工期導流,、正常運用期泄洪、沖砂,、放空的任務,。泄洪兼導流洞包括103.305m長圓形有壓洞段和316.695m長無壓洞段，有壓隧洞直徑D=4.6m,，無壓隧洞為城門洞型,，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,、巖體呈鑲嵌碎裂結構,，綜合評定以Ⅲ類為主。隧洞圍巖*行回填灌漿再進行固結灌漿,，固結灌漿孔梅花形布置,，間距3.0m×3.0m深入基巖3.5m。
二,、電磁流量計的工作原理
灌漿施工工藝中的漿液和水的流量測量非常重要,，特別是所使用的液體流量檢測儀表，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,，在眾多液體流量儀器產(chǎn)品中,，電磁流量計具有測量不受流體溫度、壓力,、密度,、黏度的影響、內部直通光滑,、直接進行電測量,、計量精度高、響應速度快等優(yōu)點,；且其檢測部無運動部件,、不會發(fā)生滴漏現(xiàn)象，內襯可采用聚四氟乙烯塑料和氧化鋁陶瓷,，具有很強的抗腐蝕性,，近年來已成為灌漿工程流量測量的儀器。
電磁流量計（以下簡稱EMF）的工作原理是基于法拉第電磁感應定律,，當被測介質垂直于磁力線方向流動,，因而與介質流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生感應電動勢E，感應電動勢E與被測介質流量Q成正比,，與磁感應強度B和測量內徑D有關,，而與其他物理參數(shù)的變化無關。測量系統(tǒng)的變送器輸出E是一個微弱的交變信號,，其中包含各種干擾成分,，且信號內阻變化高達幾萬Ω，因此要求轉換器是一個高輸入阻抗,，且能抑制各種干擾成分的交流mV轉換器,，將感應電動勢轉換成4～20mA的統(tǒng)一信號，轉換器有高輸入阻抗差動放大器,、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,，zui后輸出信號電流為Io=K·Q,，式中Io為輸出信號電流，K為儀表常數(shù),。
三,、在灌漿工程中的使用
3.1 隧洞固結灌漿施工工藝
鉆孔、洗孔→壓水試驗→制漿→灌漿→封孔
3.2 施工方法
3.2.1 鉆孔、洗孔
采用手風鉆鉆孔,，單孔鉆孔結束后采用導管通入大流量水流,，從孔底向孔外沖洗的方法進行沖洗，至回水變清,。
3.2.2 壓水試驗
簡易壓水試驗是以設計要求的壓力向孔內送水,，測定其相應的流量值，并據(jù)此計算巖體的透水率,，計算結果關系到巖體滲透特性的評價以及灌漿成果資料整理,。這一測量點是十分重要和敏感的，準確是首要指標,，水有一定的電導率,，滿足EMF的測量要求，需要重點考慮的是EMF的口徑,，因為壓水試驗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型高速攪拌機拌制水泥漿液,，漿液在使用前應過篩,，從開始制備至用完的時間宜小于4h。
3.2.4 灌漿
固結灌漿采用孔口封閉循環(huán)灌漿法,，用BW-250型灌漿機全孔一次灌漿,，灌漿壓力0.3～0.5MPa，灌漿過程中派專人查看壓力表,，壓力值宜讀取壓力表指針擺動的中值,。
灌漿漿液應由稀至濃級逐級變換，固結灌漿水灰比采用2：1,、1：1,、0.8：1、0.6：1四個比級,。
灌漿泵將一定水灰比的水泥漿液壓送到孔中,，一部分進入裂隙而擴散，余下的漿液經(jīng)回漿管返出孔外,，流回到漿液攪拌機中,；固結灌漿孔在規(guī)定壓力下，當注入率不大于0.4L/min,，繼續(xù)灌注30min,，灌漿即可結束。
每臺鉆孔設備都需要兩臺EMF分別記錄進,、返漿流量,，灌漿量就等于進漿量減去返漿量,，現(xiàn)場管線與EMF安裝布置見下圖：
圖1 灌漿工程現(xiàn)場管線與EMF安裝布置圖
由于現(xiàn)場灌漿泵泵量為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、結垢的特性,，故EMF測量管內的流速應不低于0.15m/s,，以起到對電磁流量計的電極和內襯的自清掃作用，為了保證電磁流量計的檢測精度,，使用流速控制在0.15～5m/s之間,。
灌漿施工時吸漿量大小一般在0～100L/min，進,、返漿上EMF相應的流量范圍為30～100L/min,，EMF口徑選擇DN25比較合適，同時EMF的時間常數(shù)也應該設置小一些,，一般在1～3s,，以提高測量的靈敏度。
在灌漿過程中使用灌漿自動記錄儀完成數(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，按設定時間間隔定時打印出時間,、流量和水灰比,，當灌漿結束時，自動計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，先采用導管注漿法將孔內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)使用這種漿液進行純壓式灌漿封孔，封孔灌漿的壓力一般不宜小于1MPa,。
四,、應用注意事項
4.1 測量管道內附漿量的影響與處理
每次灌漿結束后，要及時清除電磁流量計測量管內的殘余漿液,，否則水泥漿液易在測量管道內產(chǎn)生不同程度的膠結,，甚至堵塞電磁流量計測量管和相接的灌漿管道，電磁流量計測量管內的附著層會引起附加相對誤差,，附著水泥層電導率極低,，附著物有一定厚度越大，誤差越大,。
4.2 介質中氣泡的影響與處理
因工藝或介質本身的原因,，所測液體常含一些氣泡，氣泡經(jīng)過電極表面存在一個摩擦過程,，產(chǎn)生尖峰脈沖干擾電勢,，其值遠大于正常的流量信號，通常電磁流量轉換器無法有效地處理如此的干擾,，導致測量值不穩(wěn)定,，因此電磁流量計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,，垂直安裝,，漿液自下而上流動，水平安裝時要使電極軸線平行于地平線,，不要垂直于地平線,，因為處于底部的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面,。
4.3 惡劣施工現(xiàn)場環(huán)境的影響與處理
灌漿施工現(xiàn)場的環(huán)境大部分時間比較惡劣,，例如（下轉第131頁）（上接第108頁）高溫、潮濕,、高灰塵等,，時間長了冷凝水和灰塵容易積聚在EMF的接線盒中，或透過密封不良的結合面滲入EMF殼體中,，將導致EMF轉換器輸入回路阻抗下降,，衰減欲輸往放大器的流量信號；或者是破壞勵磁回路和信號回路的絕緣,，造成EMF的嚴重故障,。為了避免此類故障的發(fā)生，可在接線盒中灌注絕緣材料,，在維修和調試EMF的時候一定要避免進水,，保持接線盒內的干燥與干凈，使用中一定要避免浸泡在水或漿液中,。
五,、本文結語
采用電磁流量計比用直尺測量漿液體積的度大大提高，避免了許多人為因素,，對保證資料的真實性和確保工程質量起到了很大作用,。但是EMF在使用前應進行檢驗校核，以保證達到要求的度,。
目前我國處于一個工程建設的新高潮,，水泥灌漿量非常大,，動態(tài)的計量水泥灌漿量至關重要，電磁EMF以其*的優(yōu)點成為灌漿工程流量測量的儀器,，可廣泛推廣使用,。(本文由潤中儀表科技有限公司整理發(fā)布)