摘要:某标(biāo)段施工多條隧(sui)洞，且要求每條(tiáo)隧洞排水單獨(du)✉️量測，前期采用(yong)“接管式”智能電(diàn)磁流量計 、 “外夾(jia)式”超聲波流量(liang)計 、傳統“三角”量(liang)水圍堰監控量(liàng)測隧洞排水量(liang)，均未滿足相關(guan)要求，對排水計(jì)量造成較大影(ying)響。後通過對傳(chuan)統“三角(或矩形(xing))”量水圍🐉堰配電(diàn)感傳感器及巴(bā)歇🏃🏻‍♂️爾槽配明渠(qú)流量計方案的(de)比選，最終選用(yong)後者，目前已成(cheng)功運行1ta,量測❌結(jié)果獲得參建各(ge)方一緻認可，同(tong)時巴歇爾.槽配(pèi)流量計量測隧(suì)洞排⛹🏻‍♀️水已在滇(diān)中引水工程多(duō)個🚶标段推廣應(yīng)用。
1概述
1.1工程概(gài)況
　　滇中引水工(gōng)程麗江段施工(gōng)2标香爐山隧洞(dòng)排水量估🙇‍♀️算值(zhi)爲138m'/h至919m/h,最開始采(cai)用“外夾式”超聲(sheng)波流量計進💃行(hang)隧洞排水量測(cè)[1]，由❤️于隧洞排水(shuǐ)内石粉、水泥漿(jiang)、泥沙等含♍量較(jiào)高，且含量不均(jun1)勻，緻使量㊙️測數(shù)據出現不規律(lü)性跳躍,精度無(wu)法保障。後采用(yong)“接管式”智能電(dian)磁流量計量測(cè)隧洞排水，使用(yong)約1個月左右，石(shi)粉⭐、水泥漿等附(fù)着于電磁流量(liàng)計内壁，緻使電(diàn)磁流量計不能(neng)再讀取數據，需(xū)頻繁更換，且⁉️更(gèng)換期間無法量(liàng)🐪測隧洞排水。最(zuì)終👄在滇中引水(shui)工程所有标段(duàn)中，該标段最先(xian)引進巴歇爾槽(cáo)[2]配超聲波明渠(qú)流量計🏃31量測隧(suì)洞排水，量測數(shù)據正确、穩定，獲(huo)取數據方便、時(shi)效性高，目前已(yǐ)在滇中引水工(gōng)程多個标段推(tui)廣應用。
1.2基本地(dì)質條件.
　　該标段(duan)隧洞區岩石風(feng)化主要爲碳酸(suan)鹽岩溶蝕性風(feng)化及非碳酸鹽(yan)岩均勻性風化(hua)兩大類型。碳酸(suān)鹽岩其溶蝕風(fēng)化程度在平面(mian)上和垂向上差(cha)異均較大，三疊(dié)🈚系上統中窩組(zu)(T;z)溶蝕風化程度(du)較弱，中統北衙(yá)組(T2b2)灰岩溶蝕風(fēng)化⁉️程度最強，其(qi)強溶蝕風化帶(dai)厚💞度--般200~400m。斷裂帶(dai)部位因其岩🌈體(ti)破碎,地下🈚水活(huó)動強烈👌,風化程(chéng)度明顯增強。标(biao)段總體深埋，隧(sui)洞主要位于微(wēi)新岩帶，但沿斷(duan)裂帶有風化加(jiā)劇現象。隧洞區(qu)中🈲等~強透水岩(yán)層主要集中在(zài)Tb2、T2z、T,b1-2灰岩、白雲質灰(hui)岩、泥質灰岩段(duan)和松桂組(Tsn)砂岩(yán)段，随着埋深的(de)增加(岩體風化(huà)減弱)岩層滲透(tou)🍓系數有減小的(de)趨勢。标段斷裂(lie)主要爲壓扭性(xing)斷裂，其順斷🏃‍♂️層(ceng)方向一般屬中(zhōng)等~強透水，垂🚩直(zhi)斷層方向一般(ban)爲㊙️屬弱透水。
1.3地(di)下水特征
　　紅麥(mai)盆地以北，隧洞(dòng)僅少量洞段涉(she)及拉什海岩溶(róng)水系統❄️，位于吾(wu)竹比向斜核部(bù)，緊鄰F10-3斷裂帶，地(dì)下水埋深較大(da)，存在深部循環(huán)，隧洞穿越存在(zai)遭遇岩溶管道(dao)産生湧突水的(de)風🔴險。紅麥盆地(di)以南，線路平面(miàn)上涉及清水江(jiāng)一-劍🍓川V-1岩溶水(shuǐ)子系統。
隧洞施(shī)工可能對地表(biǎo)水體産生影響(xiang)的有汝南河和(hé)清水江，以🍉及沿(yán)線居民用山頂(ding)小泉，此外對清(qīng)水✊江、鶴㊙️慶盆地(di)、劍川盆地的部(bu)分岩溶大泉有(you)一定的影響。估(gū)算隧洞排水量(liang)爲138m3/h至919m3/h。
2流量計方(fāng)案比選
2.1‘接管式(shi)”智能電磁流量(liang)計
　　 電磁流量計(jì) 是基于法拉第(dì)電磁感應定律(lü)制造而成的一(yī)種流🛀🏻量測量儀(yí)表，通電後産生(shēng)磁場，隧洞排水(shui)通過磁場時産(chan)生感應電動勢(shì)，傳感器電極采(cǎi)集感應電動勢(shi)📞後傳輸🌈至轉換(huan)器，轉換🐇器将信(xin)号放大、濾波、整(zheng)形、修正等，按照(zhào)流量公式換算(suan)出相應的流量(liang)數據，最終傳輸(shu)至MCU形成⭕瞬時流(liú)量、累㊙️計流量并(bìng)控制輸出。流量(liang)公式如下:
E=KBVD(1)
　　式中(zhong):E-感應電壓，V;K-儀表(biǎo)常數;B--磁感應強(qiang)度，T;V-測量管面内(nei)平均流🏃‍♂️速，m/s;D-流量(liang)計的通徑，1mm。
　　現場(chǎng)一般将電磁流(liu)量計安裝于排(pái)水管出口附近(jìn)，兩🌐端及排水管(guǎn)管口焊接上法(fǎ)蘭盤後采用螺(luó)栓與排水管連(lian)接，電磁流量計(jì)安裝在水平管(guǎn)道較低處🔅或者(zhe)管道上升處，确(què)保測量精度不(bu)受現場客觀因(yīn)素影響,電磁流(liu)量計的主要精(jing)度等級有0.3級、和(hé)0.5級。
根據現場實(shi)踐該流量計優(yōu)缺點如下:
1)優點(diǎn)。①具有雙向測量(liàng)系統;②傳感器安(an)裝所需的直管(guan)📞段🎯大于🌂5倍的管(guǎn)道直徑即可;③壓(ya)力損失小;④無阻(zǔ)礙流㊙️動部件，無(wú)壓損。
2)缺點。①測量(liang)介質電導率-般(bān)需大于5us/cm，測量始(shǐ)動流速一般需(xū)大于⭐0.5m/s;②測🏃🏻‍♂️量介質(zhì)的溫度受限于(yú)襯裏材質，對于(yú)高溫🛀介質的測(ce)量效果不佳;③無(wu)法測量氣體、蒸(zhēng)氣等🌂介質;④測量(liang)電極長時間工(gong)作，可💔能會出現(xian)結垢情況🔞，需清(qīng)潔後才可測量(liàng);⑤用電消耗較大(dà)，不宜使用電池(chi)供電;⑥由于工程(chéng)隧洞滲水❌較大(dà)，施工過程中灌(guàn)漿較㊙️爲頻繁，隧(sui)洞排水内石粉(fěn)、水泥殘漿等雜(zá)質較多，流🌈量計(ji)内壁很容易被(bei)損壞，嚴重影響(xiang)♻️流量計測量精(jīng)🌍度及使用壽命(ming)，平均兩個月需(xu)更換1次。
2.2外夾式(shi)”超聲波流量計(jì)
　　 超聲波流量計(jì) 是根據聲波在(zài)被測介質中的(de)傳播速度制造(zào)而成的一⛹🏻‍♀️種流(liu)量🐇測量儀表，在(zài)被測介質中的(de)傳播速度爲被(bei)測介質的平均(jun)流速與聲波本(běn)身速度的幾何(he)和，使用時局限(xiàn)🈲性較強。流量計(jì)算公式如下:
 
　　式(shi)中:c一靜止流體(tǐ)中的聲速，m/s;ʋ一-流(liu)體流速,m/s;θ一流體(tǐ)靜止時超聲❌軌(guǐ)迹與管道軸線(xian)之間的夾角，°;D-管(guǎn)道直徑，1mm;r←超聲波(bō)在管壁⭐内和電(diàn)脈沖信号在電(diàn)路中傳輸所産(chan)生的😍滞後時間(jiān)的總和，s。
 
　　根據現(xiàn)場實踐該流量(liang)計優缺點如下(xià):
1)優點。超聲波流(liu)量計現場無需(xu)破管、現場便于(yu)安裝。
2)缺點。①超聲(sheng)波流量計測量(liang)範圍和精度不(bú)高、抗幹擾能力(li)差✨;②使用壽命短(duan)(一般精度隻能(neng)保證1a);③儀表計算(suàn)時采用的流體(tǐ)密度是人爲設(shè)定密度,流體溫(wēn)度發生變化後(hòu)密度随之改變(biàn),導緻測量的⭐流(liu)量值與實✨際值(zhi)存在差異，從而(er)影響測量精度(dù)。
2.3傳統“三角(或矩(jǔ)形)”量水圍堰配(pei)電感傳感器
　　電(dian)感傳感器[6]主要(yào)利用電磁感應(ying)原理将被測非(fei)電量如位移、壓(ya)🌈力、流量、振動等(deng)轉換成線圈自(zì)感量L或🙇🏻互感🐆量(liang)M的變化，再由測(ce)量電路轉換爲(wèi)電壓或電流👉的(de)變化量輸出
　　在(zài)傳統“三角(或矩(jǔ)形)”量水圍堰[7]内(nei)安裝電感傳感(gǎn)器，電感傳感器(qi)将其四周水位(wèi)産生的壓力及(ji)流速轉化爲❗電(diàn)流或電壓，通過(guo)電纜數據線傳(chuán)輸至控制箱，再(zai)通過✨信号發射(she)裝置發送至信(xìn)号收集裝置，最(zuì)終可直接讀取(qu)排水瞬時流量(liang)和累計流量。“矩(ju)形”量水😘圍堰測(ce)量原理見圖1，流(liú)量計算公式如(rú)下:
 
　　式中:B一堰闆(pan)總寬(水槽内側(ce)寬度)，m，b一堰闆缺(que)口寬度,m,p-堰高,m,h-堰(yan)上水頭高度,m。.
根(gēn)據現場實踐該(gāi)流量計優缺點(diǎn)如下:
1)優點。①結構(gòu)簡單、工作可靠(kào);②測量精度高、零(ling)點穩定;③輸❤️出功(gong)率較大;④可采用(yong)太陽能闆提供(gòng)電源，清潔、環保(bǎo)✔️。
2)缺點。如果隧洞(dòng)排水内石粉、水(shuǐ)泥殘漿等易附(fù)着性物質㊙️較多(duō)，傳感器容易損(sǔn)壞、更換頻率極(ji)高，維護成本較(jiào)高。
2.4巴歇爾槽配(pei)明渠流量計
　　巴(bā)歇爾槽[8]配明渠(qu)流量計自動監(jiān)測系統由巴歇(xie)爾♋槽🏃‍♀️、數🙇🏻采儀🆚、阿(a)裏雲軟件組成(cheng)，主要設備包括(kuo):巴歇爾槽、數采(cǎi)儀🏃(由明渠流量(liang)計、電纜線、數據(jù)線、控制箱、信号(hào)發射裝置、天線(xiàn))、數據👈接收裝👅置(zhi)、阿裏雲數據儲(chǔ)存系統、電腦(用(yòng)戶通過(網址、IP地(di)址)調看數據)，其(qí)中巴歇☂️爾槽由(you)上遊收縮段、短(duan)直喉道和下遊(yóu)擴散段3部分組(zu)成，分大型、标準(zhun)型和小型，大型(xing)有8種、标準型12種(zhǒng)、小型5種,根據排(pái)水流量選擇合(hé)适的型号。
　　明渠(qu)流量計 安裝于(yú)巴歇爾槽上遊(yóu)收縮段，巴歇爾(ěr)槽把流量轉成(chéng)液⭐位，通過測量(liang)明渠流量計下(xia)方巴歇爾槽收(shou)縮段内水流的(de)液位，再根據相(xiang)應巴歇爾槽的(de)水位與流量的(de)關系，通過計算(suan)公式轉換爲排(pái)水流量。巴歇爾(ěr)槽測量原理見(jiàn)圖2，流量計算☀️公(gōng)式如下:
 
　　式中:Q-流(liu)量，L/s;C和n-常數(通過(guo)巴歇爾槽的選(xuan)項，查詢對應的(de)系數);Ha--水🥵深液位(wei)，1m。
　　根據現場實踐(jiàn)該流量計優缺(quē)點如下:
1)優點。①結(jié)構簡單、工作可(kě)靠,使用壽命長(zhǎng);②采用不鏽鋼或(huò)玻璃鋼兩種材(cái)質可适應不同(tong)介質的需要;③巴(ba)歇爾槽形成平(píng)穩雍水面，其測(ce)量的水位精度(du)高;④記錄1次數據(ju)的間隔時間可(ke)設置任意時長(zhǎng)，該工程設置的(de)時長爲lmin采集1次(cì)數據，更進一步(bù)提高量測數據(ju)的精度;⑤采用阿(ā)裏雲系統存儲(chǔ)數據，安全可靠(kao)，可以登錄網址(zhǐ)随時随地查看(kan)數據;⑥後期維修(xiu)成本低，自投入(ru)使用1+a以來，尚未(wèi)進行任何維修(xiu)，現場一直連續(xu)采集數據且滿(mǎn)足施工需求。
2)缺(que)點。①巴歇爾槽施(shī)工較爲複雜，附(fù)屬設備多，安裝(zhuang)費用相對較高(gāo);②爲保證設施的(de)正常運行，确保(bǎo)其測量精度，需(xū)對槽體進行定(ding)期除鏽、清淤、設(shè)備檢查等日⁉️常(chang)巡查，特别在泥(ni)沙含🧡量較多的(de)渠道🐉中，清淤較(jiao)爲頻繁;③巴歇爾(er)槽的中心線要(yao)與溝渠的中心(xin)線重合，使水流(liú)進人槽内不出(chu)現♌偏流，現場安(ān)🔆裝精度要求較(jiao)高;④巴歇爾槽⛱️.上(shàng)遊應有大于🎯10倍(bèi)槽寬的平直段(duan)，使水流平穩進(jin)入巴歇爾槽💔，現(xiàn)場占地面積較(jiào)大;⑤數據在🐅量測(cè)和傳輸過程中(zhōng)易受磁場幹擾(rǎo)🈲，需👉安裝在電磁(cí)幹擾較小的地(di)方。
3結語
　　通過以(yǐ)上4種水量計量(liang)設施對比,各有(yǒu)優缺點,根據具(jù)體🐆需求選擇适(shì)用的流量計。通(tong)過該标段多條(tiao)隧洞排🐇水流量(liang)計❗使用情況，巴(ba)歇爾槽憑借其(qi)計量精🐅度高、數(shù)據采集連續性(xìng)強、後續維修較(jiao)🌈低等優勢，已成(chéng)功運行1+a,量測結(jié)果獲得參建各(ge)方一緻認可，同(tong)時巴歇爾槽配(pei)流量計量測隧(suì)洞排水已在滇(dian)中引水工程多(duo)個标段📱推廣應(ying)用。同時巴歇爾(er)槽在農業灌溉(gai)、河流水量檢測(cè)🧡、污水排放監控(kòng)等💘領域得到廣(guǎng)泛應用。在提高(gao)水量的計量精(jīng)度和加強⭐水量(liàng)計量監測管理(lǐ)中，有着重要的(de)作用。

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