摘要:某标段施工多条隧洞，且要求每条隧洞排水单独量测，前期采用“接管式”智能电磁流量计、“外夹式”超声波流量计、传统“三角”量水围堰监控量测隧洞排水量，均未满足相关要求，对排水计量造成较大影响。后通过对传统“三角(或矩形)”量水围堰配电感传感器及巴歇尔槽配明渠流量计方案的比选，最终选用后者，目前已成功运行1ta,量测结果获得参建各方一致认可，同时巴歇尔.槽配流量计量测隧洞排水已在滇中引水工程多个标段推广应用。
1概述
1.1工程概况
　　滇中引水工程丽江段施工2标香炉山隧洞排水量估算值为138m'/h至919m/h,最开始采用“外夹式”超声波流量计进行隧洞排水量测[1]，由于隧洞排水内石粉、水泥浆、泥沙等含量较高，且含量不均匀，致使量测数据出现不规律性跳跃,精度无法保障。后采用“接管式”智能电磁流量计量测隧洞排水，使用约1个月左右，石粉、水泥浆等附着于电磁流量计内壁，致使电磁流量计不能再读取数据，需频繁更换，且更换期间无法量测隧洞排水。最终在滇中引水工程所有标段中，该标段最先引进巴歇尔槽[2]配超声波明渠流量计31量测隧洞排水，量测数据正确、稳定，获取数据方便、时效性高，目前已在滇中引水工程多个标段推广应用。
1.2基本地质条件.
　　该标段隧洞区岩石风化主要为碳酸盐岩溶蚀性风化及非碳酸盐岩均匀性风化两大类型。碳酸盐岩其溶蚀风化程度在平面上和垂向上差异均较大，三叠系上统中窝组(T;z)溶蚀风化程度较弱，中统北衙组(T2b2)灰岩溶蚀风化程度最强，其强溶蚀风化带厚度--般200~400m。断裂带部位因其岩体破碎,地下水活动强烈,风化程度明显增强。标段总体深埋，隧洞主要位于微新岩带，但沿断裂带有风化加剧现象。隧洞区中等~强透水岩层主要集中在Tb2、T2z、T,b1-2灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩段和松桂组(Tsn)砂岩段，随着埋深的增加(岩体风化减弱)岩层渗透系数有减小的趋势。标段断裂主要为压扭性断裂，其顺断层方向一般属中等~强透水，垂直断层方向一般为属弱透水。
1.3地下水特征
　　红麦盆地以北，隧洞仅少量洞段涉及拉什海岩溶水系统，位于吾竹比向斜核部，紧邻F10-3断裂带，地下水埋深较大，存在深部循环，隧洞穿越存在遭遇岩溶管道产生涌突水的风险。红麦盆地以南，线路平面上涉及清水江一-剑川V-1岩溶水子系统。
隧洞施工可能对地表水体产生影响的有汝南河和清水江，以及沿线居民用山顶小泉，此外对清水江、鹤庆盆地、剑川盆地的部分岩溶大泉有一定的影响。估算隧洞排水量为138m3/h至919m3/h。
2流量计方案比选
2.1‘接管式”智能电磁流量计
　　电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律制造而成的一种流量测量仪表，通电后产生磁场，隧洞排水通过磁场时产生感应电动势，传感器电极采集感应电动势后传输至转换器，转换器将信号放大、滤波、整形、修正等，按照流量公式换算出相应的流量数据，最终传输至MCU形成瞬时流量、累计流量并控制输出。流量公式如下:
E=KBVD(1)
　　式中:E-感应电压，V;K-仪表常数;B--磁感应强度，T;V-测量管面内平均流速，m/s;D-流量计的通径，1mm。
　　现场一般将电磁流量计安装于排水管出口附近，两端及排水管管口焊接上法兰盘后采用螺栓与排水管连接，电磁流量计安装在水平管道较低处或者管道上升处，确保测量精度不受现场客观因素影响,电磁流量计的主要精度等级有0.3级、和0.5级。
根据现场实践该流量计优缺点如下:
1)优点。①具有双向测量系统;②传感器安装所需的直管段大于5倍的管道直径即可;③压力损失小;④无阻碍流动部件，无压损。
2)缺点。①测量介质电导率-般需大于5us/cm，测量始动流速一般需大于0.5m/s;②测量介质的温度受限于衬里材质，对于高温介质的测量效果不佳;③无法测量气体、蒸气等介质;④测量电极长时间工作，可能会出现结垢情况，需清洁后才可测量;⑤用电消耗较大，不宜使用电池供电;⑥由于工程隧洞渗水较大，施工过程中灌浆较为频繁，隧洞排水内石粉、水泥残浆等杂质较多，流量计内壁很容易被损坏，严重影响流量计测量精度及使用寿命，平均两个月需更换1次。
2.2外夹式”超声波流量计
　　超声波流量计是根据声波在被测介质中的传播速度制造而成的一种流量测量仪表，在被测介质中的传播速度为被测介质的平均流速与声波本身速度的几何和，使用时局限性较强。流量计算公式如下:
 
　　式中:c一静止流体中的声速，m/s;ʋ一-流体流速,m/s;θ一流体静止时超声轨迹与管道轴线之间的夹角，°;D-管道直径，1mm;r←超声波在管壁内和电脉冲信号在电路中传输所产生的滞后时间的总和，s。
 
　　根据现场实践该流量计优缺点如下:
1)优点。超声波流量计现场无需破管、现场便于安装。
2)缺点。①超声波流量计测量范围和精度不高、抗干扰能力差;②使用寿命短(一般精度只能保证1a);③仪表计算时采用的流体密度是人为设定密度,流体温度发生变化后密度随之改变,导致测量的流量值与实际值存在差异，从而影响测量精度。
2.3传统“三角(或矩形)”量水围堰配电感传感器
　　电感传感器[6]主要利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出
　　在传统“三角(或矩形)”量水围堰[7]内安装电感传感器，电感传感器将其四周水位产生的压力及流速转化为电流或电压，通过电缆数据线传输至控制箱，再通过信号发射装置发送至信号收集装置，最终可直接读取排水瞬时流量和累计流量。“矩形”量水围堰测量原理见图1，流量计算公式如下:
 
　　式中:B一堰板总宽(水槽内侧宽度)，m，b一堰板缺口宽度,m,p-堰高,m,h-堰上水头高度,m。.
根据现场实践该流量计优缺点如下:
1)优点。①结构简单、工作可靠;②测量精度高、零点稳定;③输出功率较大;④可采用太阳能板提供电源，清洁、环保。
2)缺点。如果隧洞排水内石粉、水泥残浆等易附着性物质较多，传感器容易损坏、更换频率极高，维护成本较高。
2.4巴歇尔槽配明渠流量计
　　巴歇尔槽[8]配明渠流量计自动监测系统由巴歇尔槽、数采仪、阿里云软件组成，主要设备包括:巴歇尔槽、数采仪(由明渠流量计、电缆线、数据线、控制箱、信号发射装置、天线)、数据接收装置、阿里云数据储存系统、电脑(用户通过(网址、IP地址)调看数据)，其中巴歇尔槽由上游收缩段、短直喉道和下游扩散段3部分组成，分大型、标准型和小型，大型有8种、标准型12种、小型5种,根据排水流量选择合适的型号。
　　明渠流量计安装于巴歇尔槽上游收缩段，巴歇尔槽把流量转成液位，通过测量明渠流量计下方巴歇尔槽收缩段内水流的液位，再根据相应巴歇尔槽的水位与流量的关系，通过计算公式转换为排水流量。巴歇尔槽测量原理见图2，流量计算公式如下:
 
　　式中:Q-流量，L/s;C和n-常数(通过巴歇尔槽的选项，查询对应的系数);Ha--水深液位，1m。
　　根据现场实践该流量计优缺点如下:
1)优点。①结构简单、工作可靠,使用寿命长;②采用不锈钢或玻璃钢两种材质可适应不同介质的需要;③巴歇尔槽形成平稳雍水面，其测量的水位精度高;④记录1次数据的间隔时间可设置任意时长，该工程设置的时长为lmin采集1次数据，更进一步提高量测数据的精度;⑤采用阿里云系统存储数据，安全可靠，可以登录网址随时随地查看数据;⑥后期维修成本低，自投入使用1+a以来，尚未进行任何维修，现场一直连续采集数据且满足施工需求。
2)缺点。①巴歇尔槽施工较为复杂，附属设备多，安装费用相对较高;②为保证设施的正常运行，确保其测量精度，需对槽体进行定期除锈、清淤、设备检查等日常巡查，特别在泥沙含量较多的渠道中，清淤较为频繁;③巴歇尔槽的中心线要与沟渠的中心线重合，使水流进人槽内不出现偏流，现场安装精度要求较高;④巴歇尔槽.上游应有大于10倍槽宽的平直段，使水流平稳进入巴歇尔槽，现场占地面积较大;⑤数据在量测和传输过程中易受磁场干扰，需安装在电磁干扰较小的地方。
3结语
　　通过以上4种水量计量设施对比,各有优缺点,根据具体需求选择适用的流量计。通过该标段多条隧洞排水流量计使用情况，巴歇尔槽凭借其计量精度高、数据采集连续性强、后续维修较低等优势，已成功运行1+a,量测结果获得参建各方一致认可，同时巴歇尔槽配流量计量测隧洞排水已在滇中引水工程多个标段推广应用。同时巴歇尔槽在农业灌溉、河流水量检测、污水排放监控等领域得到广泛应用。在提高水量的计量精度和加强水量计量监测管理中，有着重要的作用。

本文来源于网络,如有侵权联系即删除！