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洞等建筑物組成。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。 隧洞圍巖先進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首選儀器。

 

        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，最后輸出信號電流為 Io=K · Q ，式中 Io 為輸出信號電流， K 為儀表常數。

 

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 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出孔外，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：

        由于現場灌漿泵泵量為 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 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，最好垂直安裝，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 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首選儀器，可廣泛推廣使用。