GYZ－1000型灌漿自動記錄儀的研制與應用

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)

1 概述

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。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，形成結石，從而起到固結、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，施工質量也難以直觀判斷;(2)水泥灌漿工程設計難以用數學方法或數學公式準確地計算;(3)灌漿施工中所遇到的情況難以預測。

傳統的水泥灌漿施工其施工過程的灌漿數據主要靠人工進行讀取并記錄，灌漿過程中出現的異常情況主要憑借操作人員的經驗來進行判斷操作。由于人的主觀性因素導致對灌漿過程參數的讀取因人而異，會出現與灌漿實際施工不同的結果。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人員來完成，另一方面資料整理時間長，易出現統計錯誤，使得灌漿統計結果與實際記錄出現偏差，出現灌漿施工質量的評價不客觀和帶來灌漿施工計量不準確的結果。

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，并能自動對灌漿過程中出現的異常情況進行報警及通過自動控制機構自動排除灌漿中出現的異常情況，大大減少了發生灌漿事故的機率。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據自動上傳到遠程灌漿工程數據庫，使灌漿數據的采集和儲存在不同的設備上，確保灌漿數據的安全。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，我公司還開發研制了“GYZ－1000灌漿資料自動整理軟件系統”。

2 GYZ－1000型灌漿自動記錄儀的研制

2.1 硬件系統構建

2.1.1 計算機

采用臺式機或筆記本電腦進行灌漿自動監測，能完成灌漿數據實時顯示、記錄、儲存、控制、打印等功能。

2.1.2 灌漿監測采集儀

灌漿過程中數據采集或數據顯示的重要部件，灌漿監測數據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場采集的數據直接傳輸到遠程服務器上，進行保存。保證數據的準確性，并不易丟失，并方便查詢。

2.1.8 壓力自動控制裝置

利用數模轉換、繼電器、伺服電機(60 r/min)、高壓閥門機構實現對灌漿壓力的自動調節控制。

2.2 軟件系統結構

2.2.1 操作系統

本儀器采用Win2000/XP操作系統。

2.2.2 應用程序

GYZ－1000型灌漿自動記錄儀監測程序能實現灌漿數據的現場采集，并將現場采集到的數據直接進行存盤或將數據發送到遠程服務器。

2.3 性能特點

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型監測記錄儀

(1)該機可實現數據監控與數據采集儀器空間分離，即灌漿監測計算機與灌漿數據采集儀器可分布于不同的地點，最遠可達2 km。特別適合惡劣環境的灌漿工程，如在長隧道灌漿，計算機監測布置在洞外，采集儀器布置在洞內，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，可實現四參數、三參數、兩參數灌漿。

(3)實時顯示，儀器可將現場采集的數據實時顯示在儀器屏幕上，可供現場操作人員參考。

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，如可實現一拖二、四參數，一拖二、三參數，一拖四、二參數灌漿。

(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，監控軟件能及時識別，并對軟件加以鎖定。

(5)灌漿數據按二進制方式進行儲存，對原始數據進行有效加密。

2.4 技術參數

(1)計算機:CPU586以上，內存 ＞64 M，15 in及以上彩顯。

(2)系統精度:1%。

(3)數據采樣周期:240次/min。

(4)數據存盤間隔: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)儀器質量:＜3 kg。

(8)適用環境溫度:0～60℃。

(9)環境濕度:＞90%。

(10)工作電源:AC 145 ～265 V，50 Hz。

2.5 技術特點

(1)儀器擴展性強:針對不同的灌漿要求，通過更換監測控制軟件，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，適應不同的灌漿規模需求。

(2)采樣精度高:儀器采用12位高精度AD轉換芯片，采樣精度達1/4096。

(3)采用光耦隔離技術:數據傳輸采用光耦隔離技術，避免信號在傳輸過程中受到干擾，確保采樣質量。

(4)設計新穎:針對灌漿施工現場環境特點，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，并能根據要求，靈活配置。該儀器可以單臺使用，也可以根據灌漿機組數量的增加，將多臺儀器(最多可達16臺)聯合一起使用，同時共用1臺計算機，實現數據分散采集，監控集中進行，能大大減少人員及儀器投入數量。

(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，大大節省資料整理人員。

(9)灌漿數據實現了遠程傳輸，在灌漿過程中能將灌漿實時監測數據通過無線傳輸模塊傳輸到遠程服務器，實現現場數據監測與灌漿數據保存在不同地方，保證了灌漿數據的安全。

(10)能對灌漿過程出現的超壓、欠壓、地層抬動變形超限給出報警，并能通過壓力自動調節裝置對灌漿回漿管路上的高壓閥門進行操作，以實現對回漿流量的控制實現對灌漿壓力的控制。

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測完成，生成特定的數據庫格式。依據《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T 5148－2001)，灌漿資料整理程序將灌漿自動記錄儀監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范格式，然后通過《灌漿成果一覽表》自動完成后續成果資料的整理。

3.2 軟件開發環境

(1)計算機系統: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，在GYZ－1000灌漿成果資料整理系統中直接調用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，在GYZ－1000灌漿成果資料整理系統中直接調用Office Excel 2003，進行各種報表操作。

3.3 VBA技術訪問Microsoft Excel 2003方法

Sub DetectExcel()'自定義函數，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，并可象操作數據表一樣在Vb中操作Excel，實現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，能實現灌漿孔成果一覽表、灌漿分序統計表、灌漿綜合統計表、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據庫)到自動生成《灌漿成果統計表》的工作。

(2)自動生成《灌漿分序統計表》(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《灌漿成果統計表》到《灌漿分序統計表》的工作。

圖5 自動生成《灌漿成果統計表》

圖6 自動生成《灌漿分序統計表》

(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。

4 工程應用

圖7 自動繪制《灌漿綜合剖面圖》

GYZ－1000型灌漿監測系統自投入使用以來，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十個工程中得到廣泛應用，取得了良好的社會經濟效益。

［1］張景秀.壩基防滲與灌漿技術［M］.北京:水利水電出版社，2002.

［2］佟士懋，邢芳芳，夏齊霄.AutoCAD ActiveX/VBA二次開發技術基礎及應用實例［M］.北京:國防工業出版社，2006.

［3］Excel Home.Excel VBA實戰技巧精粹［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［4］成都山江巖土科技有限責任公司.GYZ－1000灌漿自動監測系統企業標準［R］.四川省技術質量監督局，2007.

［5］DLT 5148－2001，水工建筑物水泥灌漿施工技術規范［S］.