GYZ－1000型灌漿自動記錄儀的研制與應(yīng)用

侯 錦，劉 義，陳軍龍

(四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程有限責(zé)任公司，四川 成都610072)

1 概述

水泥灌漿施工作為邊坡支護(hù)、地基與基礎(chǔ)處理的一種主要手段，廣泛運(yùn)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(yīng)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(shè)計(jì)難以用數(shù)學(xué)方法或數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地計(jì)算;(3)灌漿施工中所遇到的情況難以預(yù)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(jìn)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(yàn)來進(jìn)行判斷操作。由于人的主觀性因素導(dǎo)致對灌漿過程參數(shù)的讀取因人而異，會出現(xiàn)與灌漿實(shí)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(jìn)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(jì)錯誤，使得灌漿統(tǒng)計(jì)結(jié)果與實(shí)際記錄出現(xiàn)偏差，出現(xiàn)灌漿施工質(zhì)量的評價(jià)不客觀和帶來灌漿施工計(jì)量不準(zhǔn)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(jìn)行報(bào)警及通過自動控制機(jī)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(jī)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(jì)量準(zhǔn)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(xiàng)重要內(nèi)容，它是人們對灌漿工程的評價(jià)、分析的基礎(chǔ)。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(yuǎn)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(shè)備上，確保灌漿數(shù)據(jù)的安全。同時為了快速、準(zhǔn)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 GYZ－1000型灌漿自動記錄儀的研制

2.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)建

2.1.1 計(jì)算機(jī)

采用臺式機(jī)或筆記本電腦進(jìn)行灌漿自動監(jiān)測，能完成灌漿數(shù)據(jù)實(shí)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(jī)進(jìn)行研制，具有采樣準(zhǔn)確、性能可靠的特點(diǎn)。

2.1.3 流量傳感器

壓水試驗(yàn)、灌漿過程中流量信號采集、轉(zhuǎn)換的部件，包括進(jìn)、回漿流量傳感器。

2.1.4 壓力傳感器

壓水試驗(yàn)、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(jī)

采用與計(jì)算機(jī)直接連接的打印機(jī)(噴墨或激光)將灌漿自動監(jiān)測報(bào)表進(jìn)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(yuǎn)程服務(wù)器上，進(jìn)行保存。保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jī)(60 r/min)、高壓閥門機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對灌漿壓力的自動調(diào)節(jié)控制。

2.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1 操作系統(tǒng)

本儀器采用Win2000/XP操作系統(tǒng)。

2.2.2 應(yīng)用程序

GYZ－1000型灌漿自動記錄儀監(jiān)測程序能實(shí)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(jìn)行存盤或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

2.3 性能特點(diǎn)

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(jī)可實(shí)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(jì)算機(jī)與灌漿數(shù)據(jù)采集儀器可分布于不同的地點(diǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)2 km。特別適合惡劣環(huán)境的灌漿工程，如在長隧道灌漿，計(jì)算機(jī)監(jiān)測布置在洞外，采集儀器布置在洞內(nèi)，可有效提高計(jì)算機(jī)使用壽命及使用安全。

(2)適應(yīng)性強(qiáng)，該儀器能滿足不同灌漿需要，可實(shí)現(xiàn)四參數(shù)、三參數(shù)、兩參數(shù)灌漿。

(3)實(shí)時顯示，儀器可將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)實(shí)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(yīng)性強(qiáng)，該儀器能滿足不同灌漿需要，如可實(shí)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(kuò)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(jìn)制方式進(jìn)行儲存，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效加密。

2.4 技術(shù)參數(shù)

(1)計(jì)算機(jī):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。

2.5 技術(shù)特點(diǎn)

(1)儀器擴(kuò)展性強(qiáng):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(yīng)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(dá)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(shè)計(jì)新穎:針對灌漿施工現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)，除傳感器以外的所有配件及常用工具均裝在同一機(jī)箱中，確保配件齊全。機(jī)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(jī)組數(shù)量的增加，將多臺儀器(最多可達(dá)16臺)聯(lián)合一起使用，同時共用1臺計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分散采集，監(jiān)控集中進(jìn)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(bào)表(洗孔、壓水試驗(yàn)、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(shè)計(jì)人性化，初學(xué)人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可獨(dú)立開展工作。

(8)成果報(bào)表格式豐富:通過與本儀器配套的資料整理軟件可快速、準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程傳輸，在灌漿過程中能將灌漿實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，實(shí)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(bào)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(jìn)行操作，以實(shí)現(xiàn)對回漿流量的控制實(shí)現(xiàn)對灌漿壓力的控制。

3 灌漿資料自動整理軟件研制

3.1 資料整理流程(圖3)

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(bào)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。

3.2 軟件開發(fā)環(huán)境

(1)計(jì)算機(jī)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(jìn)行各種繪圖操作。

(3)Microsoft Excel 2003:用于自動生成各種報(bào)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(jìn)行各種報(bào)表操作。

3.3 VBA技術(shù)訪問Microsoft Excel 2003方法

Sub DetectExcel()'自定義函數(shù)，檢測并登記正在運(yùn)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(shí)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。

3.4 VBA技術(shù)訪問AutoCAD 2004方法

3.5 灌漿資料整理軟件功能及主要模塊介紹

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(shí)現(xiàn)灌漿孔成果一覽表、灌漿分序統(tǒng)計(jì)表、灌漿綜合統(tǒng)計(jì)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(diǎn)擊第一步、第二步就能完成從灌漿報(bào)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(jì)表》的工作。

(2)自動生成《灌漿分序統(tǒng)計(jì)表》(圖6)

在此界面下只需要輸入單元名稱“W01”，點(diǎn)擊“確定”按紐，就能自動完成從《灌漿成果統(tǒng)計(jì)表》到《灌漿分序統(tǒng)計(jì)表》的工作。

圖5 自動生成《灌漿成果統(tǒng)計(jì)表》

圖6 自動生成《灌漿分序統(tǒng)計(jì)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(diǎn)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。

4 工程應(yīng)用

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(yīng)用，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

［1］張景秀.壩基防滲與灌漿技術(shù)［M］.北京:水利水電出版社，2002.

［2］佟士懋，邢芳芳，夏齊霄.AutoCAD ActiveX/VBA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2006.

［3］Excel Home.Excel VBA實(shí)戰(zhàn)技巧精粹［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［4］成都山江巖土科技有限責(zé)任公司.GYZ－1000灌漿自動監(jiān)測系統(tǒng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［R］.四川省技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局，2007.

［5］DLT 5148－2001，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］.