摘要(yào):某标段施(shī)工多條隧(suì)洞，且要求(qiú)每條隧洞(dòng)排水單🌈獨(du)量💰測，前⭕期(qī)采用“接管(guǎn)式”智能電(dian)磁流量計(jì) 、 “外夾式”超(chao)聲波流量(liàng)計 、傳統“三(sān)角”量水圍(wéi)堰監控量(liàng)測隧洞排(pai)水量，均未(wei)滿足✏️相關(guān)要求，對排(pái)水計量造(zào)成較大影(yǐng)響。後通過(guo)對👣傳統“三(san)角(或矩形(xing))”量水圍堰(yàn)配電感傳(chuán)感器及巴(ba)歇爾槽配(pèi)明渠流量(liang)計方案的(de)比選，最終(zhong)選用後者(zhe)，目🐕前已成(chéng)功運行1ta,量(liang)測結果獲(huò)得🐇參建各(ge)方🔴一緻認(ren)可，同時巴(bā)歇爾.槽配(pèi)流量計量(liàng)測隧洞排(pái)水已在滇(diān)中⛹🏻‍♀️引水工(gōng)程多個标(biāo)段推廣應(ying)用。
1概述
1.1工(gōng)程概況
　　滇(diān)中引水工(gōng)程麗江段(duan)施工2标香(xiāng)爐山隧洞(dòng)排水量估(gū)算值爲138m'/h至(zhi)919m/h,最開始采(cǎi)用“外夾式(shì)”超聲波流(liu)量計進行(háng)隧洞排水(shuǐ)量💋測[1]，由于(yu)隧洞排水(shui)内石粉、水(shui)泥漿、泥沙(shā)等含量較(jiao)高，且含量(liàng)不均勻，緻(zhì)使量測數(shù)據出現☀️不(bu)規律性跳(tiào)躍,精度無(wu)法保障。後(hòu)采用“接管(guǎn)式”智能電(dian)磁流量計(jì)量測隧洞(dòng)排水，使用(yong)約1個月左(zuo)右，石粉、水(shuǐ)泥漿等附(fù)着于電磁(ci)流量計内(nei)壁，緻使電(dian)磁🔅流量計(ji)不能再讀(du)取數據，需(xu)頻繁更換(huàn)，且更換期(qi)間無法🈲量(liang)測隧洞排(pai)水。最終在(zai)滇中引水(shui)工程所✔️有(yǒu)标段中，該(gai)标段最先(xiān)引進巴歇(xie)爾槽[2]配超(chao)聲波明渠(qu)流量計31量(liang)測隧洞排(pái)水，量測數(shu)據正确、穩(wěn)定，獲取數(shu)據方便、時(shí)效性高，目(mu)前已在滇(dian)中引水工(gōng)程多個标(biāo)段推廣應(ying)用。
1.2基本地(dì)質條件.
　　該(gāi)标段隧洞(dòng)區岩石風(feng)化主要爲(wei)碳酸鹽岩(yan)溶蝕性風(fēng)化🌐及非碳(tan)酸鹽岩均(jun1)勻性風化(huà)兩大類型(xíng)。碳酸鹽岩(yán)其溶蝕風(fēng)化程度🤞在(zài)平面上和(hé)垂向上差(cha)異均較大(da)，三疊㊙️系上(shang)統🐇中窩組(zu)(T;z)溶蝕風化(hua)程度較弱(ruo)，中統北🐆衙(ya)組(T2b2)灰岩溶(rong)蝕風化程(cheng)度最強，其(qí)強溶蝕風(feng)化帶厚度(dù)--般200~400m。斷裂帶(dai)部位因其(qi)岩⛹🏻‍♀️體破碎(sui),地下水活(huó)動強烈,風(feng)化程度明(míng)顯增強。标(biao)段總體深(shēn)埋，隧洞主(zhǔ)要位于微(wēi)新岩帶，但(dan)沿斷裂帶(dai)有風化加(jiā)劇❓現象。隧(suì)洞區中等(deng)~強透水岩(yán)層主要🏃🏻‍♂️集(ji)中在Tb2、T2z、T,b1-2灰岩(yan)、白雲質灰(hui)岩、泥質灰(huī)岩段和松(song)桂組(Tsn)砂岩(yan)段，随着埋(mai)深的增加(jia)(岩體風化(huà)減弱)岩層(ceng)滲透系數(shu)有減小的(de)趨勢。标段(duan)斷裂主要(yào)爲壓扭性(xing)斷裂，其順(shun)斷🔴層方向(xiàng)一般屬中(zhōng)等~強透水(shuǐ)，垂直斷層(céng)方向一般(bān)爲屬弱透(tou)水。
1.3地下水(shui)特征
　　紅麥(mài)盆地以北(běi)，隧洞僅少(shǎo)量洞段涉(she)及拉什海(hai)岩溶水系(xì)統，位于吾(wú)竹比向斜(xié)核部，緊鄰(lín)F10-3斷裂帶，地(dì)下水埋深(shen)較大，存在(zài)深部❤️循環(huán)，隧洞穿越(yuè)存在遭遇(yù)岩溶管道(dào)産生湧突(tu)水的風險(xian)。紅麥盆地(dì)以南，線路(lù)平面🏃‍♂️上涉(she)及清水江(jiang)一-劍川V-1岩(yán)溶水子系(xi)統。
隧洞施(shi)工可能對(duì)地表水體(tǐ)産生影響(xiǎng)的有汝南(nan)河和清🐅水(shuǐ)江，以及沿(yan)線居民用(yong)山頂小泉(quán)，此外對清(qīng)水江、鶴慶(qìng)盆地、劍川(chuan)盆地的部(bù)分岩溶大(da)泉有一定(ding)的影響。估(gū)算隧洞排(pai)水量🔞爲138m3/h至(zhì)919m3/h。
2流量計方(fang)案比選
2.1‘接(jiē)管式”智能(neng)電磁流量(liang)計
　　 電磁流(liú)量計 是基(jī)于法拉第(dì)電磁感應(ying)定律制造(zào)而成的一(yī)種流量測(ce)量儀表，通(tōng)電後産生(sheng)磁場，隧洞(dòng)排水通過(guò)磁場⛷️時産(chǎn)生感應電(diàn)動勢，傳感(gǎn)器電極采(cai)集感應電(diàn)動勢後傳(chuan)輸至轉換(huan)器，轉換🈚器(qì)将信号放(fang)大、濾波、整(zhěng)形、修正等(děng)，按照流量(liang)公式換算(suan)出相應的(de)流量數據(ju)，最終☁️傳輸(shū)至MCU形成瞬(shun)時流量、累(lei)💋計流量并(bìng)控制輸出(chū)。流量公式(shi)如下:
E=KBVD(1)
　　式中(zhong):E-感應電壓(ya)，V;K-儀表常數(shu);B--磁感應強(qiang)度，T;V-測量管(guǎn)面内💃平均(jun1)流速，m/s;D-流量(liàng)計的通徑(jing)，1mm。
　　現場一般(bān)将電磁流(liú)量計安裝(zhuāng)于排水管(guǎn)出口附近(jin)，兩端及排(pái)水管管口(kou)焊接上法(fǎ)蘭盤後采(cai)用螺栓與(yǔ)排水管連(lián)接，電磁流(liu)量計安裝(zhuāng)在水平管(guǎn)道較低處(chù)或者管道(dao)上升處，确(que)保測量精(jing)💋度不受現(xian)場客觀因(yin)素影響,電(dian)磁流量計(ji)的主要精(jing)度等級有(yǒu)0.3級、和0.5級。
根(gen)據現場實(shí)踐該流量(liàng)計優缺點(diǎn)如下:
1)優點(diǎn)。①具有雙向(xiàng)測量系統(tong);②傳感器安(an)裝所需的(de)直管段大(dà)于5倍的管(guǎn)道直徑即(ji)可;③壓力損(sun)失小;④無阻(zǔ)礙流動部(bù)件，無壓損(sun)🈚。
2)缺點。①測量(liang)介質電導(dao)率-般需大(da)于5us/cm，測量始(shi)動流速一(yī)般需大于(yú)0.5m/s;②測量介質(zhi)的溫度受(shou)限于襯裏(li)材質，對于(yú)高溫介質(zhì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的測量效(xiao)果不佳;③無(wú)法測量氣(qi)體、蒸氣等(deng)介質;④測🌐量(liang)電極長時(shí)間🌈工作，可(ke)能會出現(xiàn)結垢情況(kuang)，需清潔後(hòu)才可測量(liang);⑤用電消耗(hào)較大，不宜(yi)使用電池(chi)供電;⑥由于(yú)工程隧洞(dong)滲水較大(dà)，施工過程(cheng)中灌漿較(jiào)爲頻繁，隧(suì)洞排水内(nei)石粉、水泥(ni)殘漿等雜(zá)質較多，流(liú)量計内壁(bì)很容易㊙️被(bei)損壞，嚴重(zhòng)影響流量(liàng)計測量精(jīng)度及使用(yong)壽命，平均(jun)💯兩個月需(xu)更換1次。
2.2外(wài)夾式”超聲(sheng)波流量計(ji)
　　 超聲波流(liú)量計 是根(gēn)據聲波在(zai)被測介質(zhi)中的傳播(bo)速度制造(zao)而成的一(yi)種流量測(ce)量儀表，在(zài)被測介質(zhi)中的傳播(bō)速度爲被(bèi)測介質的(de)平均流速(sù)與聲波本(ben)身速度的(de)幾何✊和，使(shi)用時局限(xiàn)性較強。流(liú)量計算公(gong)式如下:
 
　　式(shì)中:c一靜止(zhi)流體中的(de)聲速，m/s;ʋ一-流(liu)體流速,m/s;θ一(yī)流體靜止(zhi)⛹🏻‍♀️時超聲軌(gui)迹與管道(dào)軸線之間(jiān)的夾角，°;D-管(guǎn)道直徑，1mm;r←超(chāo)聲波在管(guan)壁内和⛹🏻‍♀️電(dian)脈沖信号(hào)在電路中(zhong)傳輸所産(chǎn)生的☂️滞後(hòu)時🔞間的總(zong)和，s。
 
　　根據現(xiàn)場實踐該(gai)流量計優(you)缺點如下(xia):
1)優點。超聲(shēng)波流量計(ji)現場無需(xu)破管、現場(chang)便于安裝(zhuang)。
2)缺點。①超聲(sheng)波流量計(jì)測量範圍(wéi)和精度不(bu)高、抗幹擾(rǎo)能力🔴差☀️;②使(shi)用㊙️壽命短(duǎn)(一般精度(dù)隻能保證(zhèng)1a);③儀表計算(suàn)時采用的(de)流體🎯密度(du)是人爲設(she)定密度,流(liú)體溫度發(fā)生變化後(hou)密度随之(zhi)改變,導緻(zhi)測量的㊙️流(liú)量值與實(shi)際值存在(zai)差異，從而(ér)影響測量(liàng)💜精度。
2.3傳統(tong)“三角(或矩(ju)形)”量水圍(wei)堰配電感(gan)傳感器
　　電(diàn)感傳感器(qì)[6]主要利用(yong)電磁感應(yīng)原理将被(bèi)測非電✏️量(liang)🌂如位移、壓(yā)👄力、流量、振(zhen)動等轉換(huàn)成線圈自(zì)感量L或互(hù)感量M的變(biàn)化，再由🔆測(cè)量電路轉(zhuǎn)換爲電壓(yā)或電流的(de)變化量輸(shū)出
　　在傳統(tong)“三角(或矩(jǔ)形)”量水圍(wei)堰[7]内安裝(zhuāng)電感傳感(gan)器，電感傳(chuán)感器将其(qi)四周水位(wèi)産生的壓(ya)力及流速(su)轉化爲電(diàn)流或電壓(yā)，通過電纜(lan)數據線傳(chuan)輸至控制(zhì)箱，再通過(guo)信号發射(she)裝置發送(song)至信号收(shōu)集裝置，最(zui)終可直接(jiē)讀取排水(shui)瞬時流量(liàng)和🏃🏻‍♂️累計流(liu)量🔞。“矩形”量(liàng)水🍓圍堰測(cè)量原理見(jian)圖1，流量計(jì)算公式如(ru)下:
 
　　式中:B一(yī)堰闆總寬(kuan)(水槽内側(ce)寬度)，m，b一堰(yàn)闆缺口寬(kuan)度🔞,m,p-堰高,m,h-堰(yàn)上水頭高(gao)度,m。.
根據現(xiàn)場實踐該(gāi)流量計優(yōu)缺點如下(xia):
1)優點。①結構(gou)簡單、工作(zuo)可靠;②測量(liang)精度高、零(líng)點穩定;③輸(shu)出🌈功率較(jiao)大;④可采用(yòng)太陽能闆(pan)提供電源(yuan)，清潔、環保(bǎo)。
2)缺點。如果(guǒ)隧洞排水(shui)内石粉、水(shuǐ)泥殘漿等(deng)易附着性(xìng)物質較多(duō)，傳感器容(rong)易損壞、更(gèng)換頻率極(jí)高，維護成(cheng)❤️本較高。
2.4巴(bā)歇爾槽配(pei)明渠流量(liàng)計
　　巴歇爾(ěr)槽[8]配明渠(qu)流量計自(zì)動監測系(xì)統由巴歇(xiē)爾♌槽、數采(cǎi)儀、阿裏雲(yun)軟件組成(chéng)，主要設備(bèi)包括:巴歇(xiē)爾🈚槽、數🍓采(cai)儀(由明渠(qú)流量計、電(dian)纜線、數據(jù)線、控制箱(xiang)、信🌈号發射(she)✉️裝置、天線(xiàn))、數據接收(shōu)裝置、阿裏(lǐ)雲數據儲(chu)存系統、電(dian)腦🌈(用戶通(tong)過❓(網址、IP地(di)址♌)調看數(shù)據)，其中巴(ba)歇爾槽由(yóu)上遊收縮(suo)段、短直喉(hóu)道和下遊(you)擴散段3部(bu)分📐組成，分(fèn)大型🏃、标準(zhǔn)型和小型(xing)，大🏃‍♀️型有8種(zhong)、标準型12種(zhong)、小📐型5種,根(gen)據排水流(liu)量選擇合(hé)适的型号(hào)。
　　明渠流量(liàng)計 安裝于(yú)巴歇爾槽(cáo)上遊收縮(suo)段，巴歇爾(er)槽把流量(liang)轉成液位(wèi)，通過測量(liang)明渠流量(liàng)計下方巴(bā)歇爾槽收(shōu)縮段内水(shui)流的液位(wèi)，再根據相(xiàng)應巴歇爾(ěr)槽的水位(wèi)與流量的(de)關系，通😍過(guò)計算公式(shì)轉換爲排(pai)❄️水流量。巴(ba)歇爾槽測(ce)量🏃‍♀️原理見(jiàn)圖2，流量計(ji)算公式如(ru)下:
 
　　式中:Q-流(liú)量，L/s;C和n-常數(shu)(通過巴歇(xiē)爾槽的選(xuan)項，查詢對(duì)應的系數(shu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼);Ha--水深液位(wèi)，1m。
　　根據現場(chang)實踐該流(liú)量計優缺(quē)點如下:
1)優(yōu)點。①結構簡(jiǎn)單、工作可(kě)靠,使用壽(shou)命長;②采用(yòng)不鏽鋼或(huò)玻璃鋼兩(liǎng)種材質可(kě)适應不同(tong)介質的需(xu)要;③巴歇爾(er)槽形成平(ping)穩雍水面(miàn)，其測量的(de)水位精度(dù)高;④記錄1次(ci)數據的間(jian)隔時間可(ke)設置任意(yi)時長，該工(gōng)程設置的(de)時長爲lmin采(cǎi)集1次數據(ju)，更進一步(bu)提高量測(cè)數據的精(jīng)度;⑤采用阿(a)裏雲系統(tong)存儲數據(jù)，安全可靠(kao)，可以登錄(lù)網址随時(shí)随地查看(kan)數據;⑥後期(qi)維修成本(ben)低，自投入(ru)使用1+a以來(lái)，尚未進行(hang)任何維修(xiu)，現場一直(zhí)連續采集(jí)數據且滿(man)足施工需(xū)求。
2)缺點。①巴(bā)歇爾槽施(shī)工較爲複(fú)雜，附屬設(she)備多，安裝(zhuāng)費🏃用相對(duì)較高;②爲保(bao)證設施的(de)正常運行(hang)，确保其測(cè)量精度㊙️，需(xū)對槽體進(jin)行㊙️定期除(chu)鏽、清淤、設(shè)備檢查等(deng)日常巡查(chá)，特别在泥(ní)沙含量較(jiao)多的渠道(dao)中，清淤較(jiao)爲頻繁;③巴(ba)歇❤️爾槽的(de)中🤟心線要(yào)與溝渠的(de)中心線重(zhong)合，使水流(liú)進人槽内(nèi)不出現🌈偏(pian)流，現場安(an)🐉裝精度要(yao)求🐇較高;④巴(ba)歇爾槽.上(shàng)遊應有大(dà)于10倍槽寬(kuān)的平直段(duan)，使💃🏻水流平(píng)穩進入巴(bā)歇爾槽，現(xian)場占地🛀面(mian)積較大;⑤數(shù)據在量測(cè)和傳輸過(guo)程🌈中易受(shòu)磁場幹擾(rǎo)，需安裝在(zài)電磁幹擾(rao)較🏒小的地(di)方。
3結語
　　通(tong)過以上4種(zhong)水量計量(liang)設施對比(bi),各有優缺(que)點,根據具(jù)體需求選(xuǎn)擇适用的(de)流量計。通(tōng)過該标段(duan)多條隧洞(dong)排水流🈲量(liàng)計🐆使用情(qing)況，巴歇爾(er)槽憑借其(qí)計量精度(dù)高、數🏃‍♀️據采(cǎi)集連續性(xing)強、後續🔞維(wei)修較🚩低等(děng)優勢，已成(cheng)功運行1+a,量(liang)測結果獲(huo)得參建各(ge)方一緻認(rèn)可，同時巴(bā)歇爾槽配(pei)流量計量(liang)測隧洞排(pai)水已🐅在滇(dian)中引水💰工(gong)程多個标(biāo)段推廣應(ying)用。同時🌍巴(ba)歇爾槽在(zài)農業灌♻️溉(gài)、河流水量(liang)檢測、污水(shuǐ)排放監控(kong)等✔️領域得(de)到廣泛應(yīng)用。在提高(gao)水量的計(ji)量精度和(he)加強🤩水量(liang)計量監測(ce)管理中🐕，有(you)着重要的(de)作用。

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