09灌漿施工自動(dòng)化

1、第九節(jié) 灌漿施工自動(dòng)化1 鉆孔自動(dòng)記錄系統(tǒng)鉆孔工序在灌漿工程中是首先進(jìn)行的，鉆孔過(guò)程中所獲得的信息是指導(dǎo)隨后進(jìn)行灌漿的重要資料和依據(jù)；鉆孔工序所消耗的工時(shí)在灌漿工程中占有很大的比重。因此國(guó)內(nèi)外一直都致力于鉆孔機(jī)具和鉆孔方法的持續(xù)改進(jìn)，努力提高鉆孔施工效率。近一二十年，歐美國(guó)家將計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)引入鉆孔設(shè)備中，開(kāi)發(fā)了鉆孔自動(dòng)記錄系統(tǒng)，并已經(jīng)投入了實(shí)用。法國(guó)和意大利工程師設(shè)計(jì)和研制的鉆孔參數(shù)記錄儀，是將各種傳感器安裝到鉆孔機(jī)械上，計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器傳回的信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，然后輸出各種技術(shù)數(shù)據(jù)，包括：回轉(zhuǎn)速度、鉆進(jìn)壓力、扭矩、鉆進(jìn)速率，循環(huán)液漏失情況等。有的系統(tǒng)的還可對(duì)獲得的技術(shù)數(shù)據(jù)與已有的勘探和灌

2、漿資料進(jìn)行比較，加工處理得出地層的巖性、風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育狀況和滲漏程度等，甚至對(duì)應(yīng)當(dāng)采取的灌漿措施、灌漿參數(shù)提出建議，從而大大提高了灌漿施工的預(yù)見(jiàn)性、科學(xué)性。我國(guó)的灌漿施工中尚未見(jiàn)使用這樣的技術(shù)。2 灌漿自動(dòng)記錄灌漿施工記錄是記載灌漿過(guò)程參數(shù)的憑證，是評(píng)價(jià)判斷灌漿質(zhì)量的重要依據(jù)之一，同時(shí)又是計(jì)量灌漿工程量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)結(jié)算的依據(jù)。而這些參數(shù)的測(cè)量和記錄又極易受到人為因素的影響。運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)對(duì)灌漿過(guò)程中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集和記錄，以及按設(shè)定程序?qū)酀{過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)，上世紀(jì)七八十年代在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用。我國(guó)從 1985 年開(kāi)始將灌漿自動(dòng)記錄儀和灌漿自動(dòng)控制技術(shù)列入國(guó)家 “六五” 、 “

3、七五”科技攻關(guān)任務(wù)，1987 年 2 月由中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局科研所和天津大學(xué)電力及自動(dòng)化工程系合作研制的我國(guó)第一臺(tái)灌漿自動(dòng)記錄儀通過(guò)科技成果鑒定。我國(guó)研制和使用灌漿自動(dòng)記錄儀雖然起步較晚，但起點(diǎn)較高，進(jìn)步很快，目前我國(guó)已有幾家單位能夠生產(chǎn)滿 足施工要求的灌漿自動(dòng)記錄儀，相反國(guó)外的多種記錄儀雖然性能很好，但都不太適用我 國(guó)習(xí)用的循環(huán)式灌漿的特點(diǎn)，價(jià)格也很昂貴。1994年頒布的水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范SL62-1994首次規(guī)定“灌漿工程宜使用測(cè)記灌漿壓力、注入率等施工參數(shù)的自動(dòng)記錄儀”。2001年水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范DL/T5148-2001規(guī)定“重要工程的帷幕灌漿和高壓固結(jié)灌

4、漿，應(yīng)使用灌漿自動(dòng)記錄儀”。2.1 灌漿自動(dòng)記錄儀的類型在灌漿工序中對(duì)最終灌漿質(zhì)量有影響的施工參數(shù)很多，但影響最大和最直接的是灌 漿時(shí)間、灌漿壓力、注入率、漿液密度、地面抬動(dòng)等，它們各自對(duì)灌漿質(zhì)量的影響和管 理的難度見(jiàn)表2-9-1 。表2-9-1影響灌漿質(zhì)量的主要施工參數(shù)參數(shù)名稱物理意義對(duì)灌漿質(zhì)量的影響及影響程度人工記錄發(fā)生差錯(cuò)的可能性自動(dòng)記錄的復(fù)雜性時(shí)間灌漿過(guò)程延續(xù)的時(shí)間純灌時(shí)間、達(dá)到結(jié)束條件的持續(xù)時(shí)間 的長(zhǎng)短反映灌漿過(guò)程是否符合規(guī)程要求。 時(shí)間過(guò)短可能導(dǎo)致灌漿不足。時(shí)間有時(shí)（如 壓水試驗(yàn)）也是結(jié)算的依據(jù)。對(duì)灌漿質(zhì)量 影響很大。時(shí)間（時(shí)刻）也是其它參變數(shù)的位置 坐標(biāo)可能縮短實(shí)際灌漿時(shí)間簡(jiǎn)單壓

5、力灌漿能量的來(lái)源壓力過(guò)低使得注入量減少，灌漿不足。壓力過(guò)高引起地層及建筑物破壞。壓力的大小也決定或影響注入率的大小和灌漿時(shí)可由操作者的調(diào) 節(jié)隨時(shí)改變，發(fā) 生差錯(cuò)的可能性較簡(jiǎn)單間的長(zhǎng)短。對(duì)灌漿質(zhì)量影響很大最大注入率灌漿材料消耗的反映注入率大小應(yīng)與灌漿壓力協(xié)調(diào)控制， 當(dāng)大則大，當(dāng)小則小。注入率決定注入量， 注入量是進(jìn)行工程結(jié)算的依據(jù)。對(duì)灌漿質(zhì) 量影響很大可能加大或縮小注入率較復(fù)雜漿液密度施工中漿液質(zhì)量的體現(xiàn)水灰比的大小應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求或與注 入率相適應(yīng)，不適當(dāng)?shù)刈冃∷冶葘⒋偈?提前結(jié)束灌漿，從而導(dǎo)致灌漿不足。對(duì)灌 漿質(zhì)量影響大配制漿液密度與 實(shí)際灌注漿液密 度有一定誤差復(fù)雜巖體抬動(dòng)灌漿引起地 層或

6、建筑物 的位移在敏感部位可能導(dǎo)致地層或建筑物的破壞。在有的情況下影響很大難以做到連續(xù)觀測(cè)和記錄較復(fù)雜對(duì)應(yīng)于表2-9-1所列施工技術(shù)參數(shù)，國(guó)內(nèi)科研或施工單位開(kāi)發(fā)了能夠記錄1個(gè)至4個(gè)參數(shù)（時(shí)間參數(shù)在外，以下同）的記錄儀（表 2-9-1和圖2-9-2 ）。從技術(shù)上講，記錄這些參數(shù)都并非難事，但從工程必要性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性兩方面考慮，目前使用最多的還是能記錄壓力和流量的兩參數(shù)自動(dòng)記錄儀。上世紀(jì)九十年代，日本壩工中心利用放射性同位素技術(shù)，研制了一種三元灌漿計(jì)（ Three element grouting gauge ）,可以連續(xù)測(cè)量灌漿壓力、注入率和漿液濃度，并在多個(gè)大壩灌漿工程中應(yīng)用。鑒于同位素技術(shù)過(guò)于

7、昂貴，各國(guó)都在尋求用比較經(jīng)濟(jì)可靠的方法檢測(cè)漿液密度，如重力法、浮力法和壓強(qiáng)法等，我國(guó)目前對(duì)各種方法（包括同位素法）都有研究和應(yīng)用。表2-9-2灌漿自動(dòng)記錄儀的種類記錄儀種類記錄內(nèi)容基本原理價(jià)格使用普及 程度灌漿壓力計(jì)灌漿時(shí)間、壓力以彈簧發(fā)條控制時(shí)間、壓力指針描畫(huà)壓力曲線低漸少灌漿自動(dòng)記錄儀灌漿時(shí)間、壓力、注入以壓力變送器、流量變送器檢測(cè)壓力、流量，計(jì)算機(jī)對(duì)壓力流量信號(hào)進(jìn)較貴多率行處理、顯小和記錄三元灌漿記錄儀灌漿時(shí)間、壓力、注入 率、漿液密 度同上，但增加了密度傳感器及密度信 號(hào)處理。密度檢測(cè)的原理有放射性同 位素法、超聲波法、重力（浮力）法、 壓強(qiáng)法等貴或很貴少四參數(shù)灌漿 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)灌漿時(shí)間、

8、 壓力、注入 率、漿液密 度、地面抬動(dòng)以壓力變送器、流量變送器、密度傳 感器和位移傳感器分別檢測(cè)灌漿壓 力、流量、漿液密度和地面抬動(dòng)，計(jì) 算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、顯示和記錄貴或很貴很少圖2-9-1為我國(guó)制造的單孔灌漿自動(dòng)記錄儀（ a）和可同時(shí)記錄8個(gè)孔段的灌漿參數(shù) 記錄儀（b）。值得指出的是，雖然灌漿自動(dòng)記錄儀可以提高灌漿數(shù)據(jù)的可信度和工程的精確度， 可以減輕技術(shù)人員和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率，但是自動(dòng)記錄儀不能代替質(zhì)量管 理，使用自動(dòng)記錄儀不能自動(dòng)地提高灌漿工程質(zhì)量。圖2-9-1幾種灌漿自動(dòng)記錄儀a-單孔灌漿自動(dòng)記錄儀；b-8路灌漿記錄系統(tǒng)2.2 自動(dòng)記錄儀的構(gòu)造和基本要求2.2.1 記錄儀

9、的組成與技術(shù)原理主機(jī)和打印存儲(chǔ)等三大部分。一臺(tái)灌漿自動(dòng)記錄儀或自動(dòng)記錄系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括傳感器、主機(jī)硬件部分主要由六塊模板組成，包括主機(jī)板、鍵盤(pán)版、A/D轉(zhuǎn)換板、I/V轉(zhuǎn)換及打印板和顯示器板，國(guó)外和我國(guó)早期的記錄儀還有長(zhǎng)圖儀控制板(圖 2-9-2 ),六部分電 路通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接。流量傳感器和壓力傳感器采集的灌漿過(guò)程中的壓力、注入率等物理量的模擬信號(hào)輸入I/V轉(zhuǎn)換及長(zhǎng)圖儀控制板，壓力和注入率的模擬值一路輸至長(zhǎng)圖儀，一路進(jìn)入A/D板,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸至主機(jī)板運(yùn)算處理，主機(jī)板再分送至顯示器板由液晶數(shù)字顯示壓力、注 入率的實(shí)際值，分送至打印機(jī)板控制打印機(jī)打印出時(shí)間和各項(xiàng)數(shù)據(jù)。鍵盤(pán)與主機(jī)板相連， 實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話

10、。穩(wěn)壓電源主機(jī)1聞轉(zhuǎn)換建盤(pán) A/D轉(zhuǎn)換 打印機(jī) 顯示圖2-9-2自動(dòng)記錄儀硬件原理框圖2.2.2 對(duì)記錄儀的基本要求根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，灌漿自動(dòng)記錄儀應(yīng)當(dāng)具備如下基本功能：(1)應(yīng)能滿足連續(xù)記錄灌漿壓力、注入率等基本參數(shù)的要求。(2)打印記錄參數(shù)的時(shí)間間隔不宜大于5min,各項(xiàng)參數(shù)以記錄間隔時(shí)段內(nèi)的平均值為宜，灌漿壓力最好能同時(shí)記錄平均值和最大值。(3)應(yīng)能適用純壓式和循環(huán)式兩種灌漿方法。(4)記錄參數(shù)的精度應(yīng)高于常規(guī)計(jì)量的方法或滿足灌漿規(guī)范的要求。常規(guī)采用壓力表計(jì)量壓力的精度等級(jí)通常為 2.5級(jí)，規(guī)范要求制漿材料的計(jì)量誤差應(yīng)小于5%(5)灌漿現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境較差，因此記錄儀應(yīng)具有較強(qiáng)的抗潮濕、抗

11、電磁干擾性能， 工作穩(wěn)定性好。應(yīng)具有斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，防止資料的損失。（ 6）操作維護(hù)簡(jiǎn)單，適于一線作業(yè)人員使用。（ 7）較低的價(jià)格。2.3 記錄儀在灌漿管路中的連接形式由于灌漿的管路連接方式不同，因此自動(dòng)記錄儀在灌漿管路中也有多種連接方式。2.3.1 純壓式灌漿國(guó)外灌漿以純壓式為主，因此國(guó)外的自動(dòng)記錄儀都是適用這種方式，如圖2-9-3 。2.3.2 循環(huán)式灌漿我國(guó)的灌漿較多采用循環(huán)式，記錄儀在循環(huán)式管路系統(tǒng)中有多種連接方法。比較實(shí)用有效的連接方法有如下兩種：（ 1）使用一個(gè)流量傳感器這種連接法如圖2-9-4a ，它的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約一個(gè)流量傳感器，較多地降低了記錄儀的價(jià)格，記錄

12、質(zhì)量基本可滿足要求。缺點(diǎn)是儲(chǔ)漿攪拌機(jī)至灌漿泵間的管路內(nèi)漿液有時(shí)會(huì)沉淀，有時(shí)又通過(guò)流量計(jì)回流，使計(jì)量失準(zhǔn)；同時(shí)回漿桶敞開(kāi)，易人為改變流量數(shù)據(jù)；每隔一定時(shí)段，要進(jìn)行漿液大循環(huán)（即回漿不進(jìn)入回漿桶，直接進(jìn)入儲(chǔ)漿攪拌機(jī)），操作較復(fù)雜。（ 2）使用兩個(gè)流量變送器接法如圖2-9-4b ，它可以避免上述的多項(xiàng)缺點(diǎn)，不足之處是需用兩個(gè)流量傳感器，提高了記錄儀的價(jià)格，同時(shí)對(duì)兩個(gè)流量傳感器性能的一致性要求較高。2.4 使用自動(dòng)記錄儀的其他注意事項(xiàng)2.4.1 使用記錄儀的灌漿結(jié)束條件水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定了各種灌漿的結(jié)束條件（見(jiàn)第六節(jié)3.8等） ，但這些條件基本上是在長(zhǎng)期的以手工進(jìn)行記錄的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基

13、礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的，因而在使用記錄儀進(jìn)行記錄和施工時(shí)，現(xiàn)有的灌漿結(jié)束條件并不完全適應(yīng)。（ 1） 現(xiàn)有結(jié)束條件中的注入率標(biāo)準(zhǔn)為不大于1L/min ， 但一般記錄儀的流量傳感器的精度在流量減小到1L/min 以下時(shí)會(huì)顯著降低，流量越小，精度降低越嚴(yán)重。（ 2）對(duì)于孔口封閉法灌漿來(lái)說(shuō)，結(jié)束條件中的“持續(xù)時(shí)間”原來(lái)是考慮了有一些時(shí)間要用于活動(dòng)鉆桿（灌漿管）的，在活動(dòng)鉆桿時(shí)通常要降低或解除灌漿壓力。手工記錄時(shí)這一個(gè)細(xì)節(jié)并不予以反映。使用記錄儀后灌漿結(jié)束階段長(zhǎng)時(shí)間的高壓濃漿灌注，使得操作十分困難，甚至屢屢發(fā)生“鑄管”事故。對(duì)此，雖然已經(jīng)發(fā)明了一些辦法，但也僅是可部分地解決這一問(wèn)題，而且畢竟使施工復(fù)雜化，工耗和

14、能耗增加。我國(guó)目前尚沒(méi)有妥善解決上述問(wèn)題的規(guī)范性規(guī)定。有的工程采取了適當(dāng)縮短“持續(xù)時(shí)間”，或允許在持續(xù)時(shí)間內(nèi)有20%-30%勺壓力和注入率小于規(guī)定值。還有一些記錄儀通過(guò)在軟件系統(tǒng)中設(shè)置某種程序，來(lái)“修改”實(shí)際情況，以滿足規(guī)程要求，這是不可取的。2.4.2 記錄儀的維護(hù)保管灌漿自動(dòng)記錄儀屬于貴重儀器，它的價(jià)值在鉆孔灌漿設(shè)備中占有較大的比重，因此應(yīng)當(dāng)注意愛(ài)惜，正確使用。（ 1）應(yīng)當(dāng)仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，搞清安裝要求，操作方法步驟。不要盲目使用。（ 2）記錄儀畢竟是電子儀器，各家產(chǎn)品雖然都有防潮、防水、防震、防電磁干擾等措施，但使用時(shí)仍應(yīng)盡量避免潮濕、水淋、強(qiáng)烈震動(dòng)和強(qiáng)電磁環(huán)境。（ 3）最好能安排專人

15、操作，專人維修。（ 4）當(dāng)采用循環(huán)式灌漿時(shí)，記錄儀最好使用雙流量計(jì)，采用圖2-9-4b 工作方式。使用一個(gè)流量計(jì)時(shí)，應(yīng)注意經(jīng)常進(jìn)行大小循環(huán)轉(zhuǎn)換。（ 5）灌漿結(jié)束后及時(shí)將灌漿管路沖洗干凈，特別是傳感器的電極或其它敏感部位要防止水泥顆粒的沉淀凝結(jié)。19a）(b)圖 2-9-3 純壓式灌漿管路中自動(dòng)記錄儀的連接a- 國(guó)產(chǎn)兩參數(shù)記錄儀在管路中：1- 儲(chǔ)漿攪拌機(jī)；2- 灌漿泵；3- 記錄儀主機(jī)；4- 壓力表和壓力傳感器；5- 灌漿孔；6- 閥門(mén)； 7- 管路； 8- 流量傳感器；10-信號(hào)電纜b- 日本三元灌漿計(jì)系統(tǒng)：1-長(zhǎng)圖儀；2-記錄儀主機(jī)；3-信號(hào)電纜；4- 壓力流量檢測(cè)器；5- 密度檢測(cè)器；6-

16、 儲(chǔ)漿攪拌器；7- 灌漿泵；8- 灌漿孔；9- 自動(dòng)閥（6）對(duì)記錄儀的測(cè)量精度應(yīng)定期地（或經(jīng)過(guò)搬遷后）進(jìn)行校驗(yàn)或檢定。目前水電工程所在地大多不具備對(duì)灌漿自動(dòng)記錄儀進(jìn)行計(jì)量檢定的能力，可由施工單位在現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)過(guò)檢定的壓力表、水表，對(duì)記錄儀進(jìn)行通水校驗(yàn)。校驗(yàn)工作可在監(jiān)理人員參加下進(jìn)行。（ 7） 嚴(yán)禁使用人員隨意修改記錄儀的程序。因故需要對(duì)記錄儀原有程序進(jìn)行修改時(shí)，應(yīng)通過(guò)原制造單位進(jìn)行，以免損壞儀器。（a）（b）圖 2-9-4 自動(dòng)記錄儀在循環(huán)式灌漿管路中的連接a- 使用一個(gè)流量傳感器的連接方式；b- 使用兩個(gè)流量傳感器的連接方式1-儲(chǔ)漿攪拌機(jī)；2-灌漿泵；3-記錄儀主機(jī)；4-壓力表和壓力傳感器；5

17、-灌漿孔；6-閥門(mén)； 7- 管路； 8-流量傳感器；9-三通閥門(mén)；10-信號(hào)電纜；11-回漿桶及濾網(wǎng)3 灌漿施工自動(dòng)化3.1 日本的全自動(dòng)灌漿工廠日本是世界上較早推行灌漿施工自動(dòng)化的國(guó)家，較大的工程都設(shè)有中央控制室，全面控制管理灌漿工藝流程。大內(nèi)壩是一座堆石壩，壩基巖石為凝灰?guī)r，灌漿工程分為鋪蓋灌漿和帷幕灌漿，在壩軸線處設(shè)有基礎(chǔ)灌漿廊道，灌漿工程量10 萬(wàn)余米。施工前經(jīng)對(duì)各種灌漿施工方法進(jìn)行研究比較，為提高灌漿質(zhì)量管理水平和節(jié)省勞動(dòng)力，決定采用全自動(dòng)化的灌漿工廠，如圖 2-9-5 。它分為中央工廠、二次工廠和灌漿機(jī)組三部分。圖 2-9-5 日本大內(nèi)壩全自動(dòng)灌漿工廠示意圖中央灌漿工廠包括制漿系統(tǒng)

18、、輸漿系統(tǒng)和控制室。制漿系統(tǒng)的作用是自動(dòng)計(jì)量水、水泥和膨潤(rùn)土的重量，拌制濃度為1： 1 的原漿。輸漿系統(tǒng)的作用一是儲(chǔ)存原漿，二是根據(jù)控制系統(tǒng)的指令加水調(diào)制出規(guī)定濃度的漿液，用壓縮空氣壓送到二次工廠。在二次工廠里裝有攪拌桶和灌漿泵，攪拌桶出現(xiàn)漿液不夠的情況時(shí)，就會(huì)發(fā)出信號(hào)給控制系統(tǒng)。灌漿泵為流量調(diào)節(jié)型的，由灌漿機(jī)組的電動(dòng)閥門(mén)調(diào)節(jié)流量。注入流量和壓力在灌漿機(jī)組用檢測(cè)器檢測(cè)，電動(dòng)閥門(mén)也由檢測(cè)器控制，在控制室調(diào)節(jié)流量和壓力使其不超過(guò)規(guī)定的限度。檢測(cè)器檢測(cè)到的流量和壓力值在控制室被記錄下來(lái)。在控制室內(nèi)裝有制漿控制系統(tǒng)、輸漿控制系統(tǒng)、灌漿自動(dòng)記錄裝置和地基變位監(jiān)測(cè)裝置。根據(jù)預(yù)先編制好的程序，輸漿系統(tǒng)可以在

19、需要變漿的時(shí)候，自動(dòng)變換漿液的濃度。自動(dòng)記錄存儲(chǔ)于磁帶中，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?？刂剖夷茈S時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)全部情況，監(jiān)視灌漿作業(yè)和發(fā)出指令。大內(nèi)壩自動(dòng)灌漿工廠有4 套制漿系統(tǒng)和7 套輸漿系統(tǒng)，可以同時(shí)供給21 臺(tái)灌漿泵工作。3.2 我國(guó)的單機(jī)自動(dòng)灌漿裝置我國(guó)的灌漿習(xí)慣和技術(shù)條件與國(guó)外不同，一般要求采用循環(huán)式灌漿，灌漿泵多采用定量泵（在通常條件下輸出流量不可改變），因而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的技術(shù)更復(fù)雜一些，代價(jià)更高一些。從目前的必要性和實(shí)用性而言，尚未提到緊迫的日程上。上世紀(jì)九十年代的國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目高壩地基處理技術(shù)中安排了單機(jī)自動(dòng)灌漿裝置的研究，由中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局和天津大學(xué)自動(dòng)化工程系聯(lián)合攻關(guān)，

20、取得了可喜的成果，為我國(guó)的灌漿施工全面自動(dòng)化進(jìn)行了技術(shù)準(zhǔn)備。3.2.1 單機(jī)自動(dòng)灌漿系統(tǒng)設(shè)備配置這套單機(jī)自動(dòng)灌漿裝置是針對(duì)一臺(tái)灌漿泵灌注一個(gè)孔段進(jìn)行控制的。它的主要設(shè)備配置如圖2-9-6 。圖 2-9-6 單機(jī)自動(dòng)灌漿系統(tǒng)設(shè)備配置1-儲(chǔ)漿攪拌機(jī)；2-灌漿泵；3-流量傳感器；4-灌漿孔段；5-壓力傳感器；6-電動(dòng)控制閥門(mén)；7-電動(dòng)機(jī)；8- 變頻器；9-灌漿自動(dòng)控制裝置；10-灌漿管路；11-信號(hào)采集線；12-控制線(1)灌漿方法和灌漿機(jī)具采用我國(guó)常用孔口封閉灌漿法和柱塞式灌漿泵。(2)傳感器 該裝置主要調(diào)節(jié)控制注入率和壓力兩個(gè)參數(shù)，采用電磁式流量傳感器和單晶硅壓力傳感器。兩個(gè)流量傳感器分設(shè)于進(jìn)漿

21、和回漿管路上，二者作減法運(yùn)算之差 為孔段注入率。(3)控制計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制微機(jī)。(4)記錄和顯示采用了長(zhǎng)圖儀記錄注入率、壓力過(guò)程曲線，以數(shù)字形式實(shí)時(shí)顯示注入率、壓力的數(shù)值，打印機(jī)執(zhí)行打印輸出，存儲(chǔ)器保存過(guò)程參數(shù)。(5)執(zhí)行控制器該系統(tǒng)以灌漿泵的排漿量為主調(diào)節(jié)變量，以回漿閥的開(kāi)度為輔調(diào)節(jié)變量。泵的排量的調(diào)節(jié)通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速又由可控硅變頻器調(diào) 節(jié)，其輸出頻率為 。50Hz連續(xù)可調(diào)?；貪{閥由本身的伺服電機(jī)調(diào)節(jié)開(kāi)度。3.2.2 自動(dòng)灌漿系統(tǒng)硬件布局系統(tǒng)的硬件布局如圖 2-9-7所示。圖2-9-7自動(dòng)灌漿系統(tǒng)的硬件布局3.2.3 自動(dòng)灌漿系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)概要一個(gè)完整的灌漿過(guò)程包括：試

22、通水一裂隙沖洗一壓水試驗(yàn)一灌漿一結(jié)束，灌漿階段 又包括壓力控制、漿液變換等。每一道工序就是一個(gè)子過(guò)程，每一個(gè)子過(guò)程都有各自的 工藝要求和結(jié)束轉(zhuǎn)換條件。實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿過(guò)程的自動(dòng)控制，就要對(duì)過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析判斷，根據(jù)其結(jié) 果再對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行調(diào)整改變，以達(dá)到預(yù)期的目的。因此系統(tǒng)程序要具備決策、協(xié)調(diào)、 和控制執(zhí)行三個(gè)層次的功能，是一個(gè)包括下列多個(gè)子系統(tǒng)的“自主智能控制系統(tǒng)”過(guò)程狀態(tài)參數(shù)采集與記錄系統(tǒng)；過(guò)程轉(zhuǎn)換決策系統(tǒng)；漿液濃度變換決策系統(tǒng)；壓力控制的雙變量協(xié)調(diào)系統(tǒng)；智能PID壓力控制系統(tǒng)；故障檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)層次式智能系統(tǒng)流程（圖2-9-8 ）工作。B用1 J 短員-T- 卜I11

23、-人-F_t_卻識(shí)原_| !件j r匚-廣 -事實(shí)岸L t-'Lt1rn P ri1 ri p,T. F 廣一一一一一"ir I!推用機(jī)5廣一T !接整在 1過(guò)程我行器上一T卜上一f-F11 l一，jz_*_一福榮過(guò)程 I|! f. P ；I決域系統(tǒng)IP I協(xié)翹系淺卜-位力臣幫需i-H14Qij；1s 1j圖2-9-8層次式智能系統(tǒng)工作流程過(guò)程參數(shù)P一灌漿壓力；Q注入率；T時(shí)間；p 漿液密度；f變頻器頻率；a一閥門(mén)開(kāi)度整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)了計(jì)算機(jī)仿真研究和室內(nèi)試驗(yàn)，并于1990年1月至3月在新安江水電站壩基防滲帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿中試用。運(yùn)行時(shí)除了漿液需要由外界按照其指令加入系統(tǒng)的儲(chǔ) 漿桶以

24、外（此過(guò)程設(shè)計(jì)中暫未考慮），其余不需人工幫助，完全“自主”地按照事先設(shè)定 的程序，從安裝好管路試通水開(kāi)始，逐一完成各道工序，直至結(jié)束，效果令人滿意。3.3灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在灌漿參數(shù)自動(dòng)記錄的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一項(xiàng)適應(yīng)我國(guó)目 前生產(chǎn)力發(fā)展水平的灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)和半自動(dòng)控制技術(shù)。如圖2-9-9所示，該系統(tǒng)由1臺(tái)微機(jī)通過(guò)電纜實(shí)現(xiàn)1000m范圍內(nèi)同時(shí)管理 816臺(tái)灌漿泵工作。圖2-9-9灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖1-儲(chǔ)漿攪拌機(jī)；2-灌漿泵；3-孔口進(jìn)回漿管；4-灌漿孔；5-壓力傳感器；6-流量傳感器;7-信號(hào)采集線；8-工控機(jī)；9-監(jiān)視器；10-打印機(jī)；11-電話；12-傳感器接口；13-

25、控制室；14-高壓閥門(mén)；15-回漿桶系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)有灌漿壓力、注入率，根據(jù)需要也可以增加漿液密度、地面抬動(dòng)值。系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)有平均灌漿壓力、最大灌漿壓力、注入率、累計(jì)注入漿量、累計(jì)注入灰量、灌漿強(qiáng)度值（GIN）等，輸出的曲線有灌漿壓力一時(shí)間曲線、注入率一時(shí)間曲線、累計(jì)注灰量一時(shí)間曲線、GIN曲線等6種關(guān)系曲線，輸出的表格有灌漿記錄表、 壓水試驗(yàn)記錄表。各個(gè)孔段的灌漿壓力、注入率、累計(jì)注灰量和GIN值實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)的顯示屏上，反映各孔段灌漿全過(guò)程的記錄表格和曲線可根據(jù)指令隨時(shí)予以調(diào)閱或打印。根據(jù)所獲得的信息，施工技術(shù)人員、監(jiān)理人員可以對(duì)一個(gè)孔段的灌漿過(guò)程進(jìn)行檢查、分析、判斷決策，并通過(guò)專用電話

26、對(duì)施工機(jī)組的操作進(jìn)行指揮，從而大大地加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)灌漿操作的直接控制力，有效地保證了灌漿工程的質(zhì)量。這套系統(tǒng)的另一個(gè)功能是與“灌漿數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”配套使用，由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可自動(dòng)地轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，直接生成滿足規(guī)范要求的全套成果 表、單位注灰量和透水率頻率曲線、綜合剖面圖等。灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)小浪底工程中首先采用，灌漿在隧洞中進(jìn)行，控制室設(shè)在洞外，技術(shù)人員在控制室內(nèi)通過(guò)顯示屏和電話對(duì)灌漿機(jī)組的全部作業(yè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和指 揮，使用情況表明系統(tǒng)運(yùn)行效果很好?，F(xiàn)在該技術(shù)已推廣到李家峽、水布婭、索風(fēng)營(yíng)等 等多項(xiàng)工程的灌漿施工中。圖 2-9-10為該系統(tǒng)在小浪底施工現(xiàn)場(chǎng)控制室

27、。圖2-9-10灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在小浪底工程現(xiàn)場(chǎng)4集中制漿站水泥漿的拌制與輸送是灌漿自動(dòng)化的重要組成部分。目前除國(guó)外有些工程的制漿工 廠實(shí)現(xiàn)了較高程度的自動(dòng)化以外，半自動(dòng)化或機(jī)械化的集中制漿站使用也較普遍。我國(guó)最早使用大型集中制漿站的是烏江渡水電站灌漿工程，以后在許多大的水電站 工地推廣應(yīng)用。4.1 烏江渡工程集中制漿站烏江渡水電站帷幕灌漿工程量近20萬(wàn)米，平均單位注灰量294.7kg/m,日耗灰100150t,工作面分散在多條隧洞里面，運(yùn)距遠(yuǎn)，通風(fēng)差，如果采用分散制漿是非常困難的。為此在兩岸設(shè)置了集中制漿站，制漿站的設(shè)備配置如圖2-9-11和表2-9-3。烏江渡集中制漿站采用了單階式結(jié)構(gòu)，水泥從水泥罐放出后直接落入攪拌機(jī)中，不需用螺旋輸送機(jī)提升。水泥的稱量使用葉輪給料器，通過(guò)給料器葉輪間的