1.工程概況

大西溝水庫是新疆烏魯木齊河上的龍頭水庫,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泂等建筑物組成。工程等別為Ⅰ等,工程規模為大(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。洞身段圍巖為凝灰巖,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。

2.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境等,在眾多液體流量儀器產品中,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、響應速度快等優點;且其檢測部無運動部件、不會發生滴漏現象,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佳選儀器。

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,而與其他物理參數的變化無關。測量系統的變送器輸出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lo=K*Q,式中lo 輸出信號電流,K儀表常數。

3.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 測量要求,需要考慮的是EMF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,余下的漿液經回漿管返岀孔外,流回到漿液攪拌機中;固結灌漿孔在規定壓力下,當注入率不大于0.4L/min,繼續灌注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,現場管線與EMF安裝布置見下圖:

圖1灌漿工程現場管線與EMF安裝布置圖

由于現場灌漿泵泵量為100L/min,故EMF 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0.5m/s,以起到對電極和內襯的自清掃作用,為了保證儀表的檢測精度,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 應的流量范圍為30~100L/min,EMF 徑選擇DN25比較合適,同時EMF E時間常數也應該設置小一些,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據采集與處理,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。

4.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EMF測量管內的殘余漿液,否則水泥漿液易在測量管道內產生不同程度的膠結,甚至堵塞EMF測量管和相接的灌漿管道,EMF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,氣泡經過電極表面存在一個摩擦過程,產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,導致測量值不穩定,因此EMF的安裝位置要考慮防止氣泡的產生,一般要安裝在泵的排出端,zui好垂直安裝,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惡劣施工現場環境的影響與處理

灌漿施工現場的環境大部分時間比較惡劣,例如高溫、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。

5.結語

采用EMF電磁流量計比用直尺測量漿液體積的精確度大大提高,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,以保證達到要求的精確度。目前我國處于一個工程建設的新高潮,水泥灌漿量非常大,動態精確的計量水泥灌漿量至關重要,電磁EMF以其獨特的優點成為灌漿工程流量測量的佳選儀器,可**推廣使用。