摘要:某标(biao)段施工多條隧(sui)洞，且要求每條(tiáo)隧洞排水👨‍❤️‍👨單獨(dú)量測，前期采用(yong)“接管式”智能電(dian)磁流量計 、 “外夾(jiá)式”超聲波流量(liàng)計 、傳統“三角”量(liàng)水圍堰監控量(liàng)測隧洞排水量(liàng)，均未滿足⚽相🏃🏻‍♂️關(guān)㊙️要求，對排水計(ji)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(yòng)後者，目前已成(chéng)功運行1ta,量測結(jie)果獲得參建各(gè)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(dian)中引水工程多(duō)個♈标段推廣應(ying)用。
1概述
1.1工程概(gai)況
　　滇中引水工(gōng)程麗江段施工(gōng)2标香爐山隧洞(dong)排水量估算值(zhi)爲138m'/h至919m/h,最開始采(cǎi)用“外夾式”超聲(shēng)波流量計進行(hang)隧洞排水量測(ce)[1]，由于隧洞排水(shuǐ)内石粉、水泥漿(jiāng)、泥沙等含量較(jiao)高，且含量⛱️不均(jun1)勻💘，緻使量測數(shu)據出現不規律(lü)性💰跳躍,精度無(wú)法保障。後采用(yòng)“接管式”智能✌️電(diàn)磁流量計量測(cè)隧洞排水，使用(yòng)約1個㊙️月左右，石(shí)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(néng)再讀取數據，需(xū)頻繁更換，且更(gèng)換期間無法量(liang)測隧洞排水。最(zuì)終在滇中引水(shuǐ)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(qu)流量計31量測隧(sui)洞排水，量測數(shù)據正确、穩定，獲(huo)取數據方便、時(shí)效性高，目前已(yǐ)在滇中引水工(gong)程多個标段推(tuī)廣👣應用🔞。
1.2基本地(dì)質條件.
　　該标段(duan)隧洞區岩石風(fēng)化主要爲碳酸(suān)鹽岩溶蝕性風(fēng)♋化🐅及非碳酸鹽(yan)岩均勻性風化(huà)兩大類型。碳酸(suan)鹽岩其溶蝕🚩風(fēng)化程度在平面(mian)上和垂向上差(chà)異均較大，三疊(die)系上統中窩組(zu)(T;z)溶蝕風化程度(dù)較弱，中統北衙(ya)組(T2b2)灰岩溶蝕風(feng)化程度最強🔅，其(qí)強溶蝕風化帶(dài)厚度--般200~400m。斷裂帶(dai)👌部位因其岩㊙️體(ti)破碎,地下水活(huo)動強烈,風化程(cheng)度明顯增強。标(biāo)段總體🌏深埋，隧(suì)洞主要🐇位于😍微(wei)新岩帶，但沿斷(duàn)🤞裂帶有🛀🏻風化加(jia)劇現象。隧洞區(qū)中等~強透水岩(yán)層主要集中在(zai)Tb2、T2z、T,b1-2灰岩、白雲質✉️灰(huī)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(tòu)🥵系數有減小的(de)趨勢。标☔段斷裂(liè)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(dì)下水特征
　　紅麥(mai)盆地以北，隧洞(dong)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(di)下水埋深較大(dà)❌，存在深部循環(huan)，隧洞穿越存在(zài)遭遇岩溶🧡管道(dào)産✏️生湧突⚽水的(de)風險。紅麥盆地(di)以南，線路平面(mian)上涉及清水江(jiang)一-劍🈲川V-1岩溶水(shui)📐子系統。
隧洞施(shi)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(dǐng)小泉，此外對清(qīng)水江、鶴慶盆地(dì)、劍川盆地的部(bù)分岩溶大泉有(yǒu)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(liàng)計
　　 電磁流量計(jì) 是基于法拉第(di)電磁感應定律(lǜ)制造而成的一(yi)種流量測量儀(yí)表，通電後産生(sheng)磁場，隧洞排水(shuǐ)通過磁場時産(chǎn)生感應電動勢(shì)，傳感器電極采(cǎi)集感應電動勢(shì)後傳輸至轉換(huan)器，轉換器将信(xin)号放大㊙️、濾波、整(zhěng)形、修正等，按照(zhào)😄流量公式換算(suàn)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(bing)控制輸出。流量(liàng)公式如下:
E=KBVD(1)
　　式中(zhōng):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(liàng)計的通徑，1mm。
　　現場(chǎng)一般将電磁流(liú)量計安裝于排(pái)水管出口附近(jìn)，兩✌️端及排水管(guan)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(guan)道較低處或者(zhe)管道上升📐處，确(què)保測量精🈲度不(bú)受🧑🏽‍🤝‍🧑🏻現場客觀因(yin)素影響,電💋磁流(liu)量計的主要精(jīng)🏃度等級有0.3級、和(he)0.5級。
根據現場實(shí)踐該流量計優(you)缺點如下:
1)優點(dian)。①具有雙向測量(liang)系統;②傳感器安(ān)裝所需的直管(guǎn)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(wu)壓損。
2)缺點。①測量(liàng)介質電導率-般(bān)需大于5us/cm，測量始(shǐ)動流速一般需(xu)大于0.5m/s;②測♉量介質(zhi)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(wú)法測量氣體、蒸(zhēng)氣等👉介質;④測量(liàng)電極長時間工(gōng)作，可♈能會出現(xiàn)結垢情況，需清(qīng)潔後才可測量(liang);⑤用電消耗較大(da)，不宜使用電池(chí)供電;⑥由于工程(cheng)隧洞滲水較大(da)，施工過程中灌(guan)漿較✌️爲頻繁，隧(suì)洞♍排水内石粉(fen)、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(mìng)，平均兩個月需(xū)更換1次。
2.2外夾式(shi)”超聲波流量計(jì)
　　 超聲波流量計(ji) 是根據聲波在(zai)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(zai)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(hé)和，使用時局限(xiàn)♍性較強。流量計(jì)算公式如下:
 
　　式(shì)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(gui)💃迹與管道軸線(xiàn)之間的夾角，°;D-管(guan)道直徑，1mm;r←超聲💰波(bō)在管壁内和電(dian)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(xian)場實踐該流量(liàng)計優缺點如下(xià):
1)優點。超聲波流(liú)量計現場無需(xu)破管、現場便于(yú)安裝。
2)缺點。①超聲(shēng)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(néng)保證1a);③儀表計算(suan)時采用的流體(ti)密度是人爲設(shè)定密度,流體溫(wēn)度發生變化後(hou)密度随之改變(biàn),導緻測量的🔞流(liú)量值與實際值(zhi)存在📞差異，從而(er)影響測量精度(du)。
2.3傳統“三角(或矩(ju)形)”量水圍堰配(pèi)電感傳感器
　　電(dian)感傳感器[6]主要(yao)利用電磁感應(yīng)原理将被測非(fēi)電量如位移、壓(yā)力、流量、振動等(deng)轉換成線圈自(zì)感量L或互感量(liàng)M的📞變化，再由測(cè)量電路轉換爲(wei)電壓或電流的(de)變化量輸出
　　在(zai)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(wei)産生的壓力及(jí)流速轉化爲電(dian)流🏃🏻‍♂️或電壓，通過(guò)電纜數據線傳(chuán)輸至控制箱，再(zài)通過信号發🛀🏻射(shè)裝置㊙️發送至信(xin)号收集裝置，最(zuì)終👄可直接讀取(qǔ)排水瞬時流量(liàng)和累計流量。“矩(jǔ)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(yàn)上水頭高度,m。.
根(gēn)據現場實踐該(gai)流量計優缺點(dian)如下:
1)優點。①結構(gòu)簡單、工作可靠(kao);②測量精度高、零(líng)點穩定;③輸出功(gong)率較大;④可采用(yòng)太陽能闆提供(gòng)電源，清潔、環保(bao)。
2)缺點。如果隧洞(dòng)排水内石粉、水(shuǐ)泥殘漿等易附(fu)着性物質較多(duō)，傳感器容易損(sun)壞、更換頻率極(jí)高，維護成本較(jiào)高。
2.4巴歇爾槽配(pei)明渠流量計
　　巴(ba)歇爾槽[8]配明渠(qu)流量計自動監(jian)測系統由巴歇(xie)爾🏃‍♀️槽、數采🈲儀、阿(a)裏雲軟件組成(chéng)，主要設備包括(kuo):巴歇爾✉️槽、數采(cai)儀(由明🥵渠流👈量(liang)計、電纜線、數據(ju)線、控制箱、信号(hao)發射裝置、天線(xian))、數據接收裝♌置(zhi)、阿裏雲數據儲(chu)存系統、電腦(用(yong)戶通過(網址、IP地(dì)址)調看數據)，其(qí)中巴歇爾槽由(yóu)上遊💋收縮段、短(duǎn)直喉道和下遊(you)擴散段3部分組(zu)成，分大型、标準(zhun)型和小型，大型(xíng)有8種、标準型⛷️12種(zhong)、小型5種,根據排(pái)水流量選擇合(he)适的型号。
　　明渠(qú)流量計 安裝于(yu)巴歇爾槽上遊(you)收縮段，巴歇爾(ěr)槽把流量轉成(cheng)液位，通過測量(liàng)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(jian)圖2，流量計算🌈公(gōng)式如下🔱:
 
　　式中:Q-流(liú)量，L/s;C和n-常數(通過(guò)巴歇爾槽的選(xuan)項，查詢對應的(de)系🌐數);Ha--水深液位(wèi)，1m。
　　根據現場實踐(jiàn)該流量計優缺(quē)點如下:
1)優點。①結(jie)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(cai)質可适應不同(tóng)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(dù)高;④記錄1次數據(jù)的間隔時間可(kě)設置任意時長(zhang)，該工程設置的(de)時長爲lmin采集1次(ci)數據，更進一步(bù)提高量測數據(jù)的精度;⑤采用阿(a)裏雲系統存儲(chǔ)數據，安全可靠(kao)，可以登錄網址(zhi)随時随地查看(kàn)數據;⑥後期維修(xiū)成本低，自投入(rù)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(man)足施工需求。
2)缺(quē)點。①巴歇爾槽施(shi)工較爲複雜，附(fu)屬設備多，安裝(zhuang)費用⭐相對較高(gao);②爲保證設施的(de)正常運行，确保(bǎo)其測量精度，需(xu)對槽體👉進行定(ding)期🌐除鏽、清淤、設(shè)備檢查等日常(cháng)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(xīn)線重合❤️，使水流(liú)進人槽内不出(chu)現偏流，現場安(an)裝精度要求較(jiào)高;④巴歇爾槽.上(shàng)遊應有大于10倍(bei)槽寬的平直段(duàn)，使水流平穩進(jin)入巴歇爾槽，現(xiàn)場占地面積較(jiao)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(ci)幹擾較小的地(dì)方。
3結語
　　通過以(yi)上4種水量計量(liàng)設施對比,各有(you)優缺點,根據具(jù)體🈲需求選擇适(shi)用的流量計。通(tong)過該标段多條(tiáo)隧洞排水流量(liang)計使用情況，巴(bā)歇爾槽憑借其(qi)計量精度高、數(shu)據采集🈚連續性(xing)強、後續維修較(jiào)低等優勢，已成(chéng)功運行1+a,量測結(jié)果獲得參建各(gè)方一緻認可，同(tóng)時🈲巴歇爾槽配(pei)流量計量測隧(sui)洞排水已在滇(dian)中引水工程多(duō)個标段推廣應(yīng)用。同時巴歇爾(er)槽在農業灌溉(gai)、河流水量檢測(ce)、污水排放監控(kòng)等💛領域得到廣(guang)泛應用。在提高(gāo)水量的計量精(jing)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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