摘(zhāi)要:某标段施工多條隧洞(dòng)，且要求每條隧洞排水單獨量測，前(qián)期采(cǎi)用“接管式(shì)”智(zhì)能電磁(cí)流量(liàng)計 、 “外(wài)夾式”超聲波流(liú)量計(jì) 、傳統(tǒng)“三角(jiǎo)”量水(shuǐ)圍堰(yàn)監控(kòng)量測(cè)隧洞排水(shuǐ)量，均未滿(mǎn)足相(xiàng)關要求，對(duì)排水(shuǐ)計量造成(chéng)較大影響。後通過對(duì)傳統“三(sān)角(jiǎo)(或矩形)”量水圍(wéi)堰配(pèi)電感傳(chuán)感器及(jí)巴歇(xiē)爾槽配明(míng)渠流(liú)量計方案(àn)的比(bǐ)選(xuǎn)，最終選(xuǎn)用後(hòu)者(zhě)，目前已(yǐ)成功(gōng)運行1ta,量測(cè)結果獲得參建(jiàn)各方(fāng)一(yī)緻認可(kě)，同時(shí)巴歇爾.槽配流(liú)量計量測隧洞排水已在(zài)滇中(zhōng)引水(shuǐ)工程多個标段推廣應用。
1概述
1.1工程概況(kuàng)
　　滇中(zhōng)引水(shuǐ)工程麗江(jiāng)段施工2标香爐山隧(suì)洞排(pái)水量估算(suàn)值爲138m'/h至919m/h,最開始(shǐ)采用“外夾(jiá)式”超聲波流量計進(jìn)行隧洞排(pái)水量(liàng)測[1]，由(yóu)于隧(suì)洞排(pái)水内石(shí)粉(fěn)、水泥(ní)漿、泥沙等含量較高，且含量不均勻(yún)，緻使量測(cè)數據出現不規(guī)律性跳(tiào)躍,精度(dù)無法(fǎ)保障。後采(cǎi)用“接(jiē)管(guǎn)式(shì)”智能電磁流(liú)量計量(liàng)測隧洞排(pái)水，使(shǐ)用約1個月左右(yòu)，石粉、水泥(ní)漿等(děng)附着于(yú)電磁流(liú)量計内壁(bì)，緻使(shǐ)電磁(cí)流量計不(bú)能再讀(dú)取數據，需頻(pín)繁更換，且(qiě)更換期間(jiān)無法(fǎ)量測(cè)隧洞(dòng)排水(shuǐ)。最終(zhōng)在滇中引(yǐn)水工(gōng)程所有标(biāo)段中，該标(biāo)段最先引進巴(bā)歇爾槽[2]配(pèi)超聲波明(míng)渠流(liú)量計31量測(cè)隧洞排(pái)水(shuǐ)，量測(cè)數據(jù)正确(què)、穩定，獲取數據方便、時效性高，目前(qián)已在(zài)滇中(zhōng)引水(shuǐ)工程多個标段(duàn)推廣應用(yòng)。
1.2基本(běn)地質條(tiáo)件.
　　該标(biāo)段隧(suì)洞區(qū)岩石(shí)風化主要爲碳(tàn)酸鹽岩溶(róng)蝕性(xìng)風化(huà)及非碳酸鹽岩(yán)均勻性風化兩大類型。碳(tàn)酸鹽(yán)岩(yán)其(qí)溶蝕(shí)風化(huà)程度(dù)在平(píng)面上和垂(chuí)向上差異均較大，三疊系(xì)上統中窩組(t;z)溶(róng)蝕風化程(chéng)度較弱，中統北(běi)衙組(t2b2)灰岩溶蝕(shí)風化程度(dù)最強(qiáng)，其強溶蝕風化(huà)帶厚度--般200~400m。斷裂(liè)帶部位(wèi)因其岩(yán)體破碎,地下水(shuǐ)活動(dòng)強烈(liè),風化(huà)程度(dù)明顯(xiǎn)增強。标段(duàn)總體深埋(mái)，隧洞主要(yào)位(wèi)于微新岩(yán)帶(dài)，但沿(yán)斷裂帶(dài)有(yǒu)風化(huà)加劇(jù)現象。隧洞(dòng)區中等~強(qiáng)透水(shuǐ)岩層(céng)主(zhǔ)要集中(zhōng)在tb2、t2z、t,b1-2灰(huī)岩(yán)、白(bái)雲質(zhì)灰岩(yán)、泥(ní)質(zhì)灰岩段和松(sōng)桂組(tsn)砂(shā)岩段(duàn)，随着(zhe)埋深(shēn)的增(zēng)加(jiā)(岩體風(fēng)化減(jiǎn)弱)岩(yán)層滲透系數有減小(xiǎo)的趨勢(shì)。标段斷(duàn)裂主要(yào)爲壓扭性斷裂，其順斷(duàn)層方向一般屬(shǔ)中等~強(qiáng)透水，垂(chuí)直斷層方向一般爲屬(shǔ)弱透水(shuǐ)。
1.3地下(xià)水特征(zhēng)
　　紅(hóng)麥盆地以(yǐ)北，隧洞僅(jǐn)少量(liàng)洞段(duàn)涉及(jí)拉什(shí)海岩(yán)溶(róng)水系統(tǒng)，位于(yú)吾竹比向斜核(hé)部，緊鄰f10-3斷(duàn)裂帶，地下水埋深較大，存(cún)在深(shēn)部循(xún)環(huán)，隧洞穿越存(cún)在遭遇岩溶管(guǎn)道産(chǎn)生湧突水(shuǐ)的風險(xiǎn)。紅麥盆地以南，線路平面上涉及清水(shuǐ)江一-劍川v-1岩溶(róng)水子系統。
隧洞施工可能(néng)對地(dì)表水體産生影(yǐng)響(xiǎng)的有汝南河(hé)和清水江，以及(jí)沿線(xiàn)居民用山(shān)頂小泉，此(cǐ)外對(duì)清水江、鶴慶盆地、劍川盆地的部分岩溶大(dà)泉(quán)有一(yī)定(dìng)的影響。估算隧洞排水(shuǐ)量爲138m3/h至919m3/h。
2流量計(jì)方案比選(xuǎn)
2.1‘接管(guǎn)式”智能電磁(cí)流(liú)量計
　　 電磁(cí)流量(liàng)計 是基(jī)于(yú)法拉第電(diàn)磁感應定(dìng)律制(zhì)造而(ér)成的(de)一種(zhǒng)流量測量(liàng)儀表，通(tōng)電(diàn)後産(chǎn)生磁(cí)場(chǎng)，隧洞排(pái)水通(tōng)過磁(cí)場時産生感應電動(dòng)勢，傳感(gǎn)器(qì)電極(jí)采集感應電動(dòng)勢後傳(chuán)輸至轉換器(qì)，轉換(huàn)器将(jiāng)信(xìn)号放大(dà)、濾波(bō)、整形、修正等(děng)，按(àn)照流量公式換算出相(xiàng)應的流(liú)量數據，最終傳(chuán)輸(shū)至(zhì)mcu形成瞬時(shí)流量(liàng)、累計(jì)流(liú)量(liàng)并控(kòng)制輸出。流(liú)量公式(shì)如(rú)下:
e=kbvd(1)
　　式中:e-感應電壓，v;k-儀表常數;b--磁感應(yīng)強度(dù)，t;v-測量管面内平(píng)均流(liú)速，m/s;d-流量計的(de)通徑，1mm。
　　現(xiàn)場一(yī)般将電磁流量計安(ān)裝于(yú)排水(shuǐ)管出(chū)口(kǒu)附近，兩端及排水(shuǐ)管管口(kǒu)焊(hàn)接上法蘭(lán)盤(pán)後采用(yòng)螺栓與排(pái)水管(guǎn)連接，電磁流量(liàng)計安裝在(zài)水平(píng)管道較低處或(huò)者管(guǎn)道上(shàng)升處，确保(bǎo)測量精度(dù)不受現(xiàn)場客(kè)觀(guān)因素(sù)影(yǐng)響,電磁(cí)流量計的主要精度等(děng)級有0.3級(jí)、和0.5級。
根據現場(chǎng)實踐(jiàn)該流量計優缺點如下:
1)優(yōu)點。①具有(yǒu)雙(shuāng)向測(cè)量系(xì)統;②傳(chuán)感器(qì)安裝所(suǒ)需(xū)的直(zhí)管段大于(yú)5倍的管道直(zhí)徑(jìng)即可(kě);③壓力損失小;④無阻礙(ài)流動(dòng)部件(jiàn)，無壓損(sǔn)。
2)缺點。①測(cè)量介質電導率-般需(xū)大(dà)于5us/cm，測量(liàng)始動流(liú)速一般需大(dà)于0.5m/s;②測量介質的溫(wēn)度受限(xiàn)于襯裏(lǐ)材(cái)質，對(duì)于高溫(wēn)介(jiè)質的(de)測量效果不佳(jiā);③無法(fǎ)測量氣體(tǐ)、蒸氣等(děng)介質;④測量電極長(zhǎng)時間(jiān)工作，可(kě)能(néng)會出現結(jié)垢(gòu)情況，需(xū)清潔後才可測(cè)量;⑤用電(diàn)消耗較(jiào)大，不宜(yí)使用電池供(gòng)電;⑥由(yóu)于工(gōng)程隧(suì)洞滲(shèn)水較(jiào)大，施(shī)工(gōng)過程中(zhōng)灌漿較爲頻繁(fán)，隧洞排水内(nèi)石(shí)粉、水泥殘漿等(děng)雜質較多，流量計内壁很容易(yì)被損(sǔn)壞，嚴重影(yǐng)響流量計(jì)測量(liàng)精度(dù)及(jí)使用壽(shòu)命，平均(jun1)兩個月(yuè)需更(gèng)換1次。
2.2外夾(jiá)式”超聲波(bō)流量(liàng)計
　　 超聲波流量(liàng)計 是(shì)根據(jù)聲波(bō)在被(bèi)測(cè)介質中的傳播(bō)速(sù)度制造而成(chéng)的一種(zhǒng)流量測量儀(yí)表，在被(bèi)測介質中(zhōng)的傳播(bō)速度爲被測(cè)介質的平(píng)均(jun1)流速與聲波(bō)本身速(sù)度的(de)幾(jǐ)何和，使用時局(jú)限性較強(qiáng)。流量(liàng)計算公式如下(xià):
 
　　式中:c一靜止流(liú)體中的聲速，m/s;ʋ一(yī)-流體流速(sù),m/s;θ一流(liú)體靜止(zhǐ)時(shí)超聲(shēng)軌迹(jì)與管道軸線(xiàn)之間的夾角(jiǎo)，°;d-管道直徑，1mm;r←超聲(shēng)波在管壁(bì)内和(hé)電脈(mò)沖(chòng)信号在電路中(zhōng)傳輸所産生的滞後時(shí)間的總(zǒng)和，s。
 
　　根據現場實踐該流(liú)量計優(yōu)缺點如下:
1)優點(diǎn)。超聲波(bō)流量計(jì)現場無需破管(guǎn)、現場(chǎng)便(biàn)于安裝。
2)缺(quē)點。①超(chāo)聲波(bō)流(liú)量計測(cè)量範圍和精度(dù)不高、抗幹擾能(néng)力差;②使用(yòng)壽(shòu)命短(一(yī)般(bān)精度隻(zhī)能保證(zhèng)1a);③儀表計(jì)算時采用(yòng)的流(liú)體密度是人爲(wèi)設定(dìng)密度,流體(tǐ)溫度(dù)發生(shēng)變化(huà)後密度随之改(gǎi)變,導(dǎo)緻測量的流量值(zhí)與實際(jì)值存在差(chà)異，從(cóng)而影響測(cè)量精(jīng)度。
2.3傳統“三(sān)角(或(huò)矩形)”量(liàng)水圍堰配電感傳感器(qì)
　　電感(gǎn)傳感(gǎn)器[6]主(zhǔ)要利(lì)用電磁感應原(yuán)理(lǐ)将(jiāng)被測(cè)非電量如(rú)位移(yí)、壓力(lì)、流(liú)量、振動(dòng)等轉換成(chéng)線圈(quān)自感(gǎn)量l或互感量m的(de)變化(huà)，再由(yóu)測量電路轉換(huàn)爲(wèi)電(diàn)壓或電流(liú)的變化(huà)量輸出
　　在傳統(tǒng)“三(sān)角(或(huò)矩形)”量水圍堰(yàn)[7]内安(ān)裝(zhuāng)電感傳(chuán)感器(qì)，電(diàn)感傳感(gǎn)器将(jiāng)其四(sì)周水位産(chǎn)生的壓力(lì)及流速(sù)轉化爲(wèi)電流或電壓，通(tōng)過電纜(lǎn)數(shù)據線傳輸至控制箱，再通過信(xìn)号發射裝(zhuāng)置發送至(zhì)信号收集裝置(zhì)，最終可(kě)直接讀(dú)取排水瞬時流量和累計(jì)流量(liàng)。“矩形(xíng)”量(liàng)水圍堰(yàn)測量原(yuán)理見圖(tú)1，流量計(jì)算(suàn)公式(shì)如下:
 
　　式中:b一堰(yàn)闆總寬(水槽内側寬(kuān)度)，m，b一堰闆(pǎn)缺口寬度(dù),m,p-堰高(gāo),m,h-堰上(shàng)水頭高度(dù),m。.
根據現(xiàn)場實踐(jiàn)該流量計(jì)優缺點如下:
1)優點。①結(jié)構簡單(dān)、工作可(kě)靠;②測量精(jīng)度高(gāo)、零點(diǎn)穩定;③輸出(chū)功率較(jiào)大;④可采(cǎi)用太陽(yáng)能(néng)闆提(tí)供電源，清潔、環(huán)保。
2)缺點。如果隧(suì)洞排水内石粉(fěn)、水泥殘漿(jiāng)等易(yì)附着性物(wù)質較(jiào)多，傳感(gǎn)器容易(yì)損壞、更換(huàn)頻率(lǜ)極高(gāo)，維(wéi)護(hù)成本(běn)較高。
2.4巴(bā)歇(xiē)爾槽(cáo)配明(míng)渠流量計(jì)
　　巴歇爾槽[8]配明渠(qú)流量(liàng)計自動(dòng)監測系統由巴(bā)歇爾槽、數采儀(yí)、阿裏雲軟件組成，主要設備包(bāo)括:巴歇(xiē)爾(ěr)槽、數采儀(由明渠流(liú)量計、電纜(lǎn)線、數(shù)據線、控(kòng)制箱、信(xìn)号發(fā)射(shè)裝置、天(tiān)線(xiàn))、數(shù)據(jù)接(jiē)收裝(zhuāng)置、阿裏雲(yún)數據儲存(cún)系統(tǒng)、電腦(用戶通過(網址(zhǐ)、ip地址)調(diào)看數據(jù))，其中巴歇爾槽(cáo)由上(shàng)遊(yóu)收(shōu)縮段(duàn)、短直(zhí)喉道(dào)和下(xià)遊擴(kuò)散(sàn)段3部分組成(chéng)，分大型、标(biāo)準型和小型，大(dà)型有(yǒu)8種、标準型12種、小型5種,根據(jù)排水流量選擇(zé)合适(shì)的型号。
　　明(míng)渠(qú)流量計 安裝(zhuāng)于巴歇爾槽上(shàng)遊收縮段，巴歇爾槽(cáo)把流量轉(zhuǎn)成液(yè)位，通過測(cè)量明(míng)渠流量計(jì)下方巴歇(xiē)爾槽收縮(suō)段内水流(liú)的液位，再根據(jù)相應(yīng)巴歇爾槽(cáo)的(de)水(shuǐ)位與(yǔ)流量(liàng)的關(guān)系，通過計(jì)算公式轉(zhuǎn)換爲(wèi)排水流量(liàng)。巴歇(xiē)爾槽測量(liàng)原理見圖(tú)2，流量計算(suàn)公式如下:
 
　　式中(zhōng):q-流量(liàng)，l/s;c和n-常數(通過巴歇爾槽的(de)選項(xiàng)，查詢對應的系數);ha--水深液(yè)位，1m。
　　根(gēn)據現(xiàn)場實(shí)踐該流量(liàng)計優(yōu)缺點如下:
1)優點(diǎn)。①結構簡(jiǎn)單(dān)、工作可靠,使用壽命(mìng)長;②采用不(bú)鏽鋼或玻(bō)璃(lí)鋼兩種(zhǒng)材質(zhì)可(kě)适應不(bú)同介(jiè)質的需要;③巴歇爾槽形成(chéng)平穩雍水面，其測量的水(shuǐ)位精度高;④記(jì)錄1次數(shù)據的間(jiān)隔時間(jiān)可設置任意時(shí)長，該工程設置(zhì)的時長爲(wèi)lmin采集(jí)1次數據，更進一(yī)步提(tí)高(gāo)量測數(shù)據的精度(dù);⑤采用(yòng)阿裏雲(yún)系統存(cún)儲數據，安(ān)全可(kě)靠，可以登錄網(wǎng)址随時随地查看數(shù)據;⑥後期維(wéi)修成(chéng)本低(dī)，自投入使用1+a以(yǐ)來，尚(shàng)未進行任何維(wéi)修，現場一直連續采集數據且(qiě)滿足(zú)施工(gōng)需求。
2)缺點(diǎn)。①巴歇(xiē)爾槽施工(gōng)較(jiào)爲複雜(zá)，附屬設備(bèi)多，安裝費用相對較(jiào)高;②爲保證(zhèng)設施的正(zhèng)常運行，确(què)保其(qí)測(cè)量精度(dù)，需對(duì)槽體(tǐ)進行(háng)定(dìng)期(qī)除鏽、清淤(yū)、設備檢查等日(rì)常巡(xún)查(chá)，特别在(zài)泥沙含量較多的渠道中(zhōng)，清淤(yū)較爲(wèi)頻繁;③巴歇(xiē)爾槽的中(zhōng)心線(xiàn)要與溝渠(qú)的中(zhōng)心線重合，使水流進人槽内不(bú)出現偏流(liú)，現場安裝精(jīng)度要求(qiú)較高;④巴歇爾槽.上遊(yóu)應(yīng)有大于10倍槽(cáo)寬的平直段，使水流(liú)平穩(wěn)進入巴歇爾槽，現場占地面積較大;⑤數據(jù)在量測和(hé)傳輸(shū)過程中易受磁場幹(gàn)擾，需(xū)安裝在電(diàn)磁幹(gàn)擾較(jiào)小的地方。
3結語
　　通過以上(shàng)4種(zhǒng)水(shuǐ)量計(jì)量(liàng)設施對比,各(gè)有優缺點,根據(jù)具體(tǐ)需求選擇(zé)适用(yòng)的流量計(jì)。通過(guò)該标段多(duō)條隧洞排(pái)水流(liú)量計使用情況(kuàng)，巴歇爾槽(cáo)憑借(jiè)其計(jì)量精(jīng)度高(gāo)、數據(jù)采集(jí)連續性強、後續維修(xiū)較低等優勢，已成功(gōng)運行1+a,量測(cè)結果(guǒ)獲得(dé)參建(jiàn)各方(fāng)一緻認可(kě)，同時巴(bā)歇爾槽(cáo)配流量計量(liàng)測(cè)隧洞排水(shuǐ)已在滇中引(yǐn)水工程(chéng)多個(gè)标段(duàn)推廣(guǎng)應用。同時巴歇(xiē)爾槽在(zài)農(nóng)業(yè)灌(guàn)溉、河流水量檢測、污水排放監控等領(lǐng)域得到(dào)廣(guǎng)泛應用。在提(tí)高水量的計量(liàng)精度和加(jiā)強水(shuǐ)量計量(liàng)監測管理中(zhōng)，有着(zhe)重要的作(zuò)用。

本(běn)文來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán)聯(lián)系(xì)即删除！