侯 錦,劉 義,陳軍龍
(四川準達巖土工程有限責任公司,四川 成都610072)
水泥灌漿施工作為邊坡支護、地基與基礎處理的一種主要手段,廣泛運用于公路、鐵路、水電等行業(yè)。水泥灌漿施工主要是將水泥漿充填在地層的孔隙、空隙、孔洞和裂縫之中,形成結(jié)石,從而起到固結(jié)、粘合、防滲,提高地層承載能力,以增大地層的抗變形及傳遞應力等作用。水泥灌漿施工存在以下幾個問題:(1)灌入的漿液在地層中的充填情況無法直觀評定,施工質(zhì)量也難以直觀判斷;(2)水泥灌漿工程設計難以用數(shù)學方法或數(shù)學公式準確地計算;(3)灌漿施工中所遇到的情況難以預測。
傳統(tǒng)的水泥灌漿施工其施工過程的灌漿數(shù)據(jù)主要靠人工進行讀取并記錄,灌漿過程中出現(xiàn)的異常情況主要憑借操作人員的經(jīng)驗來進行判斷操作。由于人的主觀性因素導致對灌漿過程參數(shù)的讀取因人而異,會出現(xiàn)與灌漿實際施工不同的結(jié)果。灌漿施工完成后灌漿成果資料的整理主要也靠人工來進行,一方面灌漿資料成果的整理需要大量專業(yè)人員來完成,另一方面資料整理時間長,易出現(xiàn)統(tǒng)計錯誤,使得灌漿統(tǒng)計結(jié)果與實際記錄出現(xiàn)偏差,出現(xiàn)灌漿施工質(zhì)量的評價不客觀和帶來灌漿施工計量不準確的結(jié)果。
我公司自行研制的GYZ-1000型灌漿自動記錄儀能自動記錄灌漿過程中的流量、壓力、漿液密度等參數(shù),并能自動對灌漿過程中出現(xiàn)的異常情況進行報警及通過自動控制機構(gòu)自動排除灌漿中出現(xiàn)的異常情況,大大減少了發(fā)生灌漿事故的機率。通過GYZ-1000型灌漿自動記錄儀可大大提高灌漿工作效率,確保灌漿計量準確,使灌漿施工質(zhì)量得到更好的保證。
灌漿施工成果資料收集、整理、分析是灌漿施工中的一項重要內(nèi)容,它是人們對灌漿工程的評價、分析的基礎。通過GYZ-1000型灌漿自動記錄儀能將水泥灌漿施工中采集到的灌漿數(shù)據(jù)自動上傳到遠程灌漿工程數(shù)據(jù)庫,使灌漿數(shù)據(jù)的采集和儲存在不同的設備上,確保灌漿數(shù)據(jù)的安全。同時為了快速、準確、及時完成灌漿成果整理、減少因人工整理資料而帶來的誤差,我公司還開發(fā)研制了“GYZ-1000灌漿資料自動整理軟件系統(tǒng)”。
2.1.1 計算機
采用臺式機或筆記本電腦進行灌漿自動監(jiān)測,能完成灌漿數(shù)據(jù)實時顯示、記錄、儲存、控制、打印等功能。
2.1.2 灌漿監(jiān)測采集儀
灌漿過程中數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)顯示的重要部件,灌漿監(jiān)測數(shù)據(jù)采集儀采用單片機進行研制,具有采樣準確、性能可靠的特點。
2.1.3 流量傳感器
壓水試驗、灌漿過程中流量信號采集、轉(zhuǎn)換的部件,包括進、回漿流量傳感器。
2.1.4 壓力傳感器
壓水試驗、灌漿過程中壓力信號采集、轉(zhuǎn)換的部件。
2.1.5 密度傳感器
灌漿過程中漿液密度信號采集、轉(zhuǎn)換的部件。
2.1.6 打印機
采用與計算機直接連接的打印機(噴墨或激光)將灌漿自動監(jiān)測報表進行打印。
2.1.7 無線傳輸模塊
通過無線傳輸模塊將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)竭h程服務器上,進行保存。保證數(shù)據(jù)的準確性,并不易丟失,并方便查詢。
2.1.8 壓力自動控制裝置
利用數(shù)模轉(zhuǎn)換、繼電器、伺服電機(60 r/min)、高壓閥門機構(gòu)實現(xiàn)對灌漿壓力的自動調(diào)節(jié)控制。
2.2.1 操作系統(tǒng)
本儀器采用Win2000/XP操作系統(tǒng)。
2.2.2 應用程序
GYZ-1000型灌漿自動記錄儀監(jiān)測程序能實現(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集,并將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)直接進行存盤或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到遠程服務器。
GYZ-1000型灌漿自動記錄儀分GYZ-1000-Ⅰ型和GYZ-1000-Ⅱ型2種型號。
2.3.1 GYZ-1000-Ⅰ型灌漿自動記錄儀(圖1)
圖1 GYZ-1000-Ⅰ型監(jiān)測記錄儀
(1)該機可實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集儀器空間分離,即灌漿監(jiān)測計算機與灌漿數(shù)據(jù)采集儀器可分布于不同的地點,最遠可達2 km。特別適合惡劣環(huán)境的灌漿工程,如在長隧道灌漿,計算機監(jiān)測布置在洞外,采集儀器布置在洞內(nèi),可有效提高計算機使用壽命及使用安全。
(2)適應性強,該儀器能滿足不同灌漿需要,可實現(xiàn)四參數(shù)、三參數(shù)、兩參數(shù)灌漿。
(3)實時顯示,儀器可將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)實時顯示在儀器屏幕上,可供現(xiàn)場操作人員參考。
2.3.2 GYZ-1000-Ⅱ型灌漿自動記錄儀(圖2)
圖2 GYZ-1000-Ⅱ型監(jiān)測記錄儀
(1)適應性強,該儀器能滿足不同灌漿需要,如可實現(xiàn)一拖二、四參數(shù),一拖二、三參數(shù),一拖四、二參數(shù)灌漿。
(2)具有傳感器連接指示燈。
(3)具有2路電源擴展接口。
(4)具有傳感器拔出鎖定功能,即在傳感器接頭從儀器拔出來后,監(jiān)控軟件能及時識別,并對軟件加以鎖定。
(5)灌漿數(shù)據(jù)按二進制方式進行儲存,對原始數(shù)據(jù)進行有效加密。
(1)計算機:CPU586以上,內(nèi)存 >64 M,15 in及以上彩顯。
(2)系統(tǒng)精度:1%。
(3)數(shù)據(jù)采樣周期:240次/min。
(4)數(shù)據(jù)存盤間隔:1次/min。
(5)壓力傳感器:0~10(20)MPa。
(6)流量傳感器:0~150 L/min(9 m3/h)或0~200 L/min(12 m3/h)。
(7)儀器質(zhì)量:<3 kg。
(8)適用環(huán)境溫度:0~60℃。
(9)環(huán)境濕度:>90%。
(10)工作電源:AC 145 ~265 V,50 Hz。
(1)儀器擴展性強:針對不同的灌漿要求,通過更換監(jiān)測控制軟件,能滿足多種不同的灌漿要求。儀器既可單臺使用,也可與多臺儀器一起使用,適應不同的灌漿規(guī)模需求。
(2)采樣精度高:儀器采用12位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片,采樣精度達1/4096。
(3)采用光耦隔離技術(shù):數(shù)據(jù)傳輸采用光耦隔離技術(shù),避免信號在傳輸過程中受到干擾,確保采樣質(zhì)量。
(4)設計新穎:針對灌漿施工現(xiàn)場環(huán)境特點,除傳感器以外的所有配件及常用工具均裝在同一機箱中,確保配件齊全。機箱輕巧,攜帶方便,具備防水、防塵功能。
(5)適用性廣泛:儀器在灌漿施工、錨索施工中注漿及其它需要注漿的工作都能使用,并能根據(jù)要求,靈活配置。該儀器可以單臺使用,也可以根據(jù)灌漿機組數(shù)量的增加,將多臺儀器(最多可達16臺)聯(lián)合一起使用,同時共用1臺計算機,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分散采集,監(jiān)控集中進行,能大大減少人員及儀器投入數(shù)量。
(6)資料輸出方式靈活:灌漿報表(洗孔、壓水試驗、灌漿等)即可以表格形式輸出,也可以圖形格式輸出。
(7)操作簡單:軟件界面設計人性化,初學人員經(jīng)過簡單培訓即可獨立開展工作。
(8)成果報表格式豐富:通過與本儀器配套的資料整理軟件可快速、準確完成灌漿成果資料的整理,大大節(jié)省資料整理人員。
(9)灌漿數(shù)據(jù)實現(xiàn)了遠程傳輸,在灌漿過程中能將灌漿實時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊傳輸?shù)竭h程服務器,實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測與灌漿數(shù)據(jù)保存在不同地方,保證了灌漿數(shù)據(jù)的安全。
(10)能對灌漿過程出現(xiàn)的超壓、欠壓、地層抬動變形超限給出報警,并能通過壓力自動調(diào)節(jié)裝置對灌漿回漿管路上的高壓閥門進行操作,以實現(xiàn)對回漿流量的控制實現(xiàn)對灌漿壓力的控制。
本流程圖中的壓水記錄表、灌漿記錄表、洗孔記錄表可由灌漿自動記錄儀自動監(jiān)測完成,生成特定的數(shù)據(jù)庫格式。依據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5148-2001),灌漿資料整理程序?qū)⒐酀{自動記錄儀監(jiān)測的原始報表自動生成《灌漿成果一覽表》。也可以通過人工將灌漿成果整理成規(guī)范格式,然后通過《灌漿成果一覽表》自動完成后續(xù)成果資料的整理。
(1)計算機系統(tǒng):WinXP、Win7。
圖3 灌漿資料整理流程
(2)AutoCAD 2004:用于自動繪制灌漿剖面圖及曲線圖的軟件,采用AutoCAD ActiveX VBA技術(shù),在GYZ-1000灌漿成果資料整理系統(tǒng)中直接調(diào)用AutoCAD2004,進行各種繪圖操作。
(3)Microsoft Excel 2003:用于自動生成各種報表的軟件,采用Excel VBA技術(shù),在GYZ-1000灌漿成果資料整理系統(tǒng)中直接調(diào)用Office Excel 2003,進行各種報表操作。
Sub DetectExcel()'自定義函數(shù),檢測并登記正在運行的Excel
通過以上過程在Vb中能自動打開Excel,并可象操作數(shù)據(jù)表一樣在Vb中操作Excel,實現(xiàn)對灌漿成果資料的自動讀取與寫入,完成所有灌漿資料成果表的整理。
3.5.1 灌漿資料成果整理主界面(圖4)
圖4 灌漿成果資料整理主界面
軟件采用可視化操作界面,能實現(xiàn)灌漿孔成果一覽表、灌漿分序統(tǒng)計表、灌漿綜合統(tǒng)計表、灌漿工程完成情況表、灌漿孔平面布置圖和灌漿綜合剖面圖、各次序孔透水率頻率曲線圖、各次序孔單位注入量頻率曲線圖、灌漿孔測斜成果匯總表和孔斜平面投影圖等的自動繪制。
3.5.2 主要模塊介紹
(1)自動生成《灌漿成果一覽表》(圖5)
在此界面下只需要輸入單元名稱“W01”,依次點擊第一步、第二步就能完成從灌漿報表(灌漿自動記錄儀自動記錄的數(shù)據(jù)庫)到自動生成《灌漿成果統(tǒng)計表》的工作。
(2)自動生成《灌漿分序統(tǒng)計表》(圖6)
在此界面下只需要輸入單元名稱“W01”,點擊“確定”按紐,就能自動完成從《灌漿成果統(tǒng)計表》到《灌漿分序統(tǒng)計表》的工作。
圖5 自動生成《灌漿成果統(tǒng)計表》
圖6 自動生成《灌漿分序統(tǒng)計表》
(3)自動生成灌漿綜合剖面圖(圖7)
在此界面下只需要輸入單元名稱“W01”,依次點擊“打開模板文件”、“剖面圖”按鈕,就能自動完成《灌漿綜合剖面圖》的繪制工作。
圖7 自動繪制《灌漿綜合剖面圖》
GYZ-1000型灌漿監(jiān)測系統(tǒng)自投入使用以來,先后在四川省都江堰岷江紫坪鋪水利樞紐工程、福堂水電站、四川寶興磽磧水電站、四川寶興小關(guān)子水電站、金沙江溪洛渡水電站、雅礱江錦屏一級水電站、大渡河瀑布溝水電站、烏江彭水水電站、云南小灣水電站、大渡河黃金坪電站、大渡河長河壩電站、獅子坪水電站、綿陽通口電站、水牛家水電站、云南龍開口、瀾滄江景洪水電站、功果橋水電站、西藏藏木水電站等數(shù)十個工程中得到廣泛應用,取得了良好的社會經(jīng)濟效益。
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