1 工程概况

        大西沟水库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 。洞身段围岩为凝灰岩，巨厚层状、岩体呈镶嵌碎裂结构，综合评定以 Ⅲ 类为主。 隧洞围岩先进行回填灌浆再进行固结灌浆，固结灌浆孔梅花形布置，间距 3.0m×3.0m 深入基岩 3.5m 。

 

2 电磁流量计的工作原理

        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产品中，电磁流量计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。

 

        电磁流量计（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。

 

3 在灌浆工程中的使用

3.1 隧洞固结灌浆施工工艺

        钻孔、洗孔 → 压水试验 → 制浆 → 灌浆 → 封孔

3.2 施工方法

3.2.1 钻孔、洗孔

        采用手风钻钻孔， 单孔钻孔结束后采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗，至回水变清。

3.2.2 压水试验

        简易压水试验是以设计要求的压力向孔内送水，测定其相应的流量值，并据此计算岩体的透水率，计算结果关系到岩体渗透特性的评价以及灌浆成果资料整理。 这一测量点是十分重要和敏感的，准确是首要指标，水有一定的电导率，满足 EMF 的测量要求，需要重点考虑的是 EMF 的口径，因为压水试验和灌浆用的是相同的 EMF 。

3.2.3 制浆

        制浆材料采用磅秤称量， ZJ-800 型高速搅拌机拌制水泥浆液，浆液在使用前应过筛，从开始制备至用完的时间宜小于 4h 。

3.2.4 灌浆

        固结灌浆采用孔口封闭循环灌浆法，用 BW-250 型灌浆机全孔一次灌浆，灌浆压力 0.3～0.5MPa ，灌浆过程中派专人查看压力表，压力值宜读取压力表指针摆动的中值。

        灌浆浆液应由稀至浓级逐级变换，固结灌浆水灰比采用 2 ： 1 、 1:1 、0.8:1 、 0.6:1 四个比级。

        灌浆泵将一定水灰比的水泥浆液压送到孔中，一部分进入裂隙而扩散，余下的浆液经回浆管返出孔外，流回到浆液搅拌机中；固结灌浆孔在规定压力下，当注入率不大于 0.4L/min ，继续灌注 30min ，灌浆即可结束。

        每台钻孔设备都需要两台 EMF 分别记录进、返浆流量，灌浆量就等于进浆量减去返浆量，现场管线与 EMF 安装布置见下图：

        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 ，以起到对电极和内衬的自清扫作用， 为了保证仪表的检测精度， 使用流速控制在 0.15～5m/s 之间。

        灌浆施工时吸浆量大小一般在 0～100L/min ，进、返浆上 EMF 相应的流量范围为 30～100L/min ， EMF 口径选择 DN25 比较合适， 同时EMF 的时间常数也应该设置小一些，一般在 1～3s ，以提高测量的灵敏度。

        在灌浆过程中使用灌浆自动记录仪完成数据采集与处理，在屏幕上显示流量、水灰比及注入水泥总量，按设定时间间隔定时打印出时间、流量和水灰比，当灌浆结束时，自动计算并打印注入水泥总量、浆液总量和单耗水泥量。

3.2.5 灌浆孔封孔

        全孔灌浆完毕后，先采用导管注浆法将孔内余浆置换成水灰比为0.5 的浓浆，而后将灌浆塞塞在孔口，继续使用这种浆液进行纯压式灌浆封孔，封孔灌浆的压力一般不宜小于 1MPa 。

4 应用注意事项

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 EMF 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 EMF 测量管和相接的灌浆管道， EMF 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 EMF 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

        灌浆施工现场的环境大部分时间比较恶劣，例如高温、潮湿、高灰尘等，时间长了冷凝水和灰尘容易积聚在 EMF 的接线盒中， 或透过密封不良的结合面渗入 EMF 壳体中，将导致 EMF 转换器输入回路阻抗下降， 衰减欲输往放大器的流量信号；或者是破坏励磁回路和信号回路的绝缘，造成 EMF 的严重故障。为了避免此类故障的发生，可在接线盒中灌注绝缘材料，在维修和调试 EMF 的时候一定要避免进水，保持接线盒内的干燥与干净，使用中一定要避免浸泡在水或浆液中。

 

5 结语

        采用 EMF 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。目前我国处于一个工程建设的新高潮，水泥灌浆量非常大，动态精确的计量水泥灌浆量至关重要， 电磁 EMF 以其独特的优点成为灌浆工程流量测量的首选仪器，可广泛推广使用。