水泥工程中如何正确地使用電磁流量計进行测量
發布日期:2017-08-29 09:04
一、電磁流量計使用背景概述
            随着中国一带一路经济战略的实施,内地与沿海,国内与国外的联系将会越来越紧密,各种各样的物资贸易将极大地推动国家陆路交通线的发展,铁路、高速公路都将有一个发展高潮。中国的地形趋势是西高东低,西部绝大部分都是山区,东部的平原相对于中国的整个版图来说只是一小部分,因此向西的交通线路沿途将需要开凿许多隧道和坝口。在隧道的灌浆施工中,动态精确的计量水泥灌浆量至关重要,電磁流量計以其獨特的優點在隧洞固結灌漿施工中大大提高了漿液體積的測量精確度,對保證資料的真實性和確保工程質量起到了很大作用。
 
    本文所举例中的大西沟水库工程是新疆乌鲁木齐河上的龙头水库,水库距乌鲁木齐市68km,是一项以防洪为主的水利枢纽工程。枢纽主要由粘土心墙坝、溢洪道、泄洪兼导流洞和放水灌溉洞等建筑物组成。工程等别为Ⅰ等,工程规模为大(1)型,泄洪兼导流洞为1级建筑物,布置在右岸岩体内,该洞承担施工期导流、正常运用期泄洪、冲砂、放空的任务。泄洪兼导流洞包括103.305m长圆形有压洞段和316.695m长无压洞段,有压隧洞直径D=4.6m,无压隧洞为城门洞型,断面尺寸5.0m×6.0m,隧洞采用钢筋混凝土衬砌,衬厚0.5m。
  洞身段圍岩爲凝灰岩,巨厚層狀、岩體呈鑲嵌碎裂結構,綜合評定以Ⅲ類爲主。隧洞圍岩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深入基岩3.5m。
 
電磁流量計
 
二、電磁流量計的工作原理
  灌浆施工工艺中的浆液和水的流量测量非常重要,特别是所使用的液体流量检测仪表,有其特殊要求,例如要便于频繁清洗和承受高速浆液中颗粒的摩擦和恶劣环境等,在众多液体流量仪器欧美成中,電磁流量計具有测量不受流体温度、压力、密度、黏度的影响、内部直通光滑、直接进行电测量、计量精度高、响应速度快等优点;且其检测部无运动部件、不会发生滴漏现象,内衬可采用聚四氟乙烯塑料和氧化铝陶瓷,具有很强的抗腐蚀性,近年来已成为灌浆工程流量测量的首选仪器。
  電磁流量計(以下简称EMF)的工作原理是基于法拉第电磁感应定律,当被测介质垂直于磁力线方向流动,因而与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生感应电动势E,感应电动势E与被测介质流量Q成正比,与磁感应强度B和测量内径D有关,而与其他物理参数的变化无关。测量系统的变送器输出E是一个微弱的交变信号,其中包含各种干扰成分,且信号内阻变化高达几万Ω,因此要求转换器是一个高输入阻抗,且能抑制各种干扰成分的交流mV转换器,将感应电动势转换成4~20mA的统一信号,转换器有高输入阻抗差动放大器、主放大器、正交干扰抑制器、相敏检波器、直流放大器、霍尔乘法器等组成,最后输出信号电流为Io=K·Q,式中Io为输出信号电流,K为仪表常数。
 
三、在灌漿工程中的使用
  3.1 隧洞固结灌浆施工工艺
  鑽孔、洗孔→壓水試驗→制漿→灌漿→封孔
  3.2 施工方法
  3.2.1 钻孔、洗孔
  采用手風鑽鑽孔,單孔鑽孔結束後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 压水试验
  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,並據此計算岩體的透水率,計算結果關系到岩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,准確是首要指標,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,因爲壓水試驗和灌漿用的是相同的EMF。
  3.2.3 制浆
  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 灌浆
  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。
  每台鑽孔設備都需要兩台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:
  图1 灌浆工程现场管线与EMF安装布置图
  由于现场灌浆泵泵量为100L/min,故EMF的量程选为100L/min,由于水泥浆液中带有水泥固体颗粒,考虑到对EMF衬里和电极的磨损,选用流速≤5m/s,另一方面水泥浆液又具有易粘附、沉淀、结垢的特性,故EMF测量管内的流速应不低于0.15m/s,以起到对電磁流量計的电极和内衬的自清扫作用,为了保证電磁流量計的检测精度,使用流速控制在0.15~5m/s之间。
  灌漿施工時吸漿量大小一般在0~100L/min,進、返漿上EMF相應的流量範圍爲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,自動計算並打印注入水泥總量、漿液總量和單耗水泥量。
  3.2.5 灌浆孔封孔
  全孔灌漿完畢後,先采用導管注漿法將孔內余漿置換成水灰比爲0.5的濃漿,而後將灌漿塞塞在孔口,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。
 
四、應用注意事項
  4.1 测量管道内附浆量的影响与处理
  每次灌浆结束后,要及时清除電磁流量計测量管内的残余浆液,否则水泥浆液易在测量管道内产生不同程度的胶结,甚至堵塞電磁流量計测量管和相接的灌浆管道,電磁流量計测量管内的附着层会引起附加相对误差,附着水泥层电导率极低,附着物有一定厚度越大,误差越大。
  4.2 介质中气泡的影响与处理
  因工艺或介质本身的原因,所测液体常含一些气泡,气泡经过电极表面存在一个摩擦过程,产生尖峰脉冲干扰电势,其值远大于正常的流量信号,通常电磁流量转换器无法有效地处理如此的干扰,导致测量值不稳定,因此電磁流量計的安装位置要考虑防止气泡的产生,一般要安装在泵的排出端,最好垂直安装,浆液自下而上流动,水平安装时要使电极轴线平行于地平线,不要垂直于地平线,因为处于底部的电极易被沉积物覆盖,顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面。
  4.3 恶劣施工现场环境的影响与处理
  灌漿施工現場的環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。爲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,保持接線盒內的幹燥與幹淨,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测量浆液体积的精确度大大提高,避免了许多人为因素,对保证资料的真实性和确保工程质量起到了很大作用。但是EMF在使用前应进行检验校核,以保证达到要求的精确度。
  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以其獨特的優點成爲灌漿工程流量測量的首選儀器,可廣泛推廣使用

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