1.工程概況
大西溝水庫(kù)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)流洞和放水灌溉泂等建筑物組成。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**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。
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,電磁流量計(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)量的佳選儀器。
電磁流量計(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,zui后輸出信號(hào)電流為lo=K*Q,式中l(wèi)o 輸出信號(hào)電流,K儀表常數(shù)。
3.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 測(cè)量要求,需要考慮的是EMF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)回漿管返岀孔外,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 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0.5m/s,以起到對(duì)電極和內(nèi)襯的自清掃作用,為了保證儀表的檢測(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 應(yīng)的流量范圍為30~100L/min,EMF 徑選擇DN25比較合適,同時(shí)EMF E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。
4.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EMF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EMF測(cè)量管和相接的灌漿管道,EMF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EMF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,zui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。
5.結(jié)語(yǔ)
采用EMF電磁流量計(jì)比用直尺測(cè)量漿液體積的精確度大大提高,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)到要求的精確度。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)精確的計(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)量的佳選儀器,可**推廣使用。
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