智能雙液注漿泵關鍵技術研究及應用

楊 釗, 鄒新祥, 李杰華, *, 孫 恒, 徐 剛

(1. 中交第二航務工程局有限公司, 湖北 武漢 430040; 2. 長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室, 湖北 武漢 430040; 3. 交通運輸行業交通基礎設施智能制造技術研發中心, 湖北 武漢 430040; 4. 鎮江典程機電有限公司, 江蘇 鎮江 212100)

0 引言

雙液注漿法通常指的是水玻璃和水泥漿的混合漿液注漿,因其凝結速度快,且具有一定的強度,常常用于隧道工程和基坑工程的防水堵漏、空洞填充中,其工藝中的難點在于雙液漿配比的精確控制和注漿壓力穩定控制2個方面。雙液漿的初凝時間、流動度、結石強度等受漿液配比的影響很大,因此漿液配比對雙液漿的注漿效果影響很大。雙液漿初凝時強度不高,注漿壓力過高容易擊穿已經形成的止水環或隔水層;注漿壓力過低,則縫隙填充不飽滿,不能起到密封作用。因此,注漿壓力需穩定可控。

張平格等[1]通過液壓系統設計,利用調節缸的行程位置調節,實現了2種漿液比例的無極調節,但其需要手動調節螺母改變漿缸位置,調節繁瑣。田公明[2]在傳統注漿泵普通調速閥的基礎上,使用一種電液比例閥,通過PLC輸出到電液比例閥的電流大小,來調節雙液注漿泵的流量,實現注漿流量的電控調速。雖然利用閥組改變通徑大小可以調節流量,但流量大小與閥組通徑的關系會隨油壓的高低而變化,無法實現注漿配比的精準控制,究其原因是未解決動力源排油穩定性的問題。趙玉敏等[3]、王俊勇[4]提出利用PWM(脈沖寬度調制技術)信號控制電磁換向閥的通斷時間比例,進而控制進入液壓缸中液壓油的流速,實現對液壓缸活塞往返速度的控制,即通過調節占空比來控制流量的方法,并通過AMEsim軟件,驗證了PWM控制流量的理論可行性,但其未實際應用,且未有整體化成熟產品。

以上主要是從液壓回路控制調節元件方面進行的研究。本文認為從動力源頭改善流量穩定性也是一種思路。因此,針對現有雙液注漿泵不能滿足高精度注漿配比、注漿壓力穩定可控的問題,本文提出了注漿壓力和注漿配比雙控機制,通過雙聯齒輪泵組設計,保證油壓穩定和無極調節。通過程序設定,保證雙液漿配比快速達到指定配比; 通過梯次注漿程序設計,保證不超壓及注漿填充飽滿。

1 智能注漿泵設計

1.1 結構特點

1.1.1 整機結構原理

智能注漿泵ZYB100/4T為集成式一體化設備,由電機、油泵、液壓閥組、智能控制箱、油缸總成、吸排漿總成、風冷卻器、底座、壓力傳感和流量傳感等組成。其實物圖如圖1所示。

圖1 ZYB100/4T注漿泵實物圖Fig. 1 Photograph of ZYB100/4T grouting pump

該泵為雙缸、雙作用活塞泵,其工作原理為:電機通過聯軸器帶動油泵高速旋轉,油泵產生高壓油,經液壓油管路、控制閥組等進入油缸,并推動油缸內的活塞做往復運動。由于油缸活塞桿和漿缸活塞桿之間是剛性連接,因此,油缸活塞能帶動漿缸活塞做往復運動,配合吸排漿閥組,完成吸排漿工作。ZYB100/4T注漿泵動力原理示意如圖2所示。注漿泵性能參數如表1所示。

1—液壓油箱; 2—過濾器; 3—齒輪泵組; 4—齒輪泵組電磁換向閥; 5—單向閥; 6—渦輪流量計; 7—壓力傳感器; 8—抗震壓力表; 9—直動式溢流閥; 10—電磁換向閥; 11—驅動油缸。圖2 ZYB100/4T注漿泵動力原理示意圖Fig. 2 Sketch of principle of ZYB100/4T grouting pumps

表1 注漿泵性能參數Table 1 Performance parameters of grouting pump

該注漿泵有2套獨立的動力系統,分別控制A液和B液注漿動力,通過PLC控制電機啟停和頻率,以調節A、B液注漿順序以及注漿流量和壓力,使A液和B液按指定的配比在孔口混合。

1.1.2 泵頭結構

其中一套動力系統的泵頭結構如圖3所示。

1—液壓油缸; 2—油缸活塞桿; 3—平膜式壓力傳感器; 4—排漿管路; 5—鋼球; 6—漿缸; 7—吸漿管路。圖3 ZYB100/4T注漿泵泵頭結構圖Fig. 3 Structure diagram of ZYB100/4T grouting pump head

泵頭吸排室的閥門采用鋼球自由啟閉結構,鋼球的球面形狀使砂石不易卡塞閥口,鋼球的自由轉動會使鋼球磨損均勻,使之能長時間保持使用性能。 這種結構的制造工藝較油缸驅動、強制啟閉錐閥的結構簡單,鋼閥門檢修也方便,當鋼球磨小不能密封時,可以更換1個鋼球,鋼球在閥門內自由放置,比安裝螺栓等方法拆裝簡便;同時,閥門的啟閉利用漿液自身壓力的變化而變化,不消耗額外動力。

吸排漿工作原理為: 注漿缸活塞桿與液壓缸活塞桿一端連接,當活塞桿向左運動時,鋼球1和3打開,鋼球2和4閉合,漿液從吸漿口進入吸漿腔,由于排漿腔容積減小所以從排漿口排漿;當活塞桿向右運動時,鋼球2和4打開,鋼球1和3閉合,漿液從吸漿口進入吸漿腔,由于排漿腔容積減小所以從排漿口排漿,活塞桿運動與吸排漿同時進行,避免了漿液反串。

1.1.3 控制部分設計

該設備由PLC主控制本機控制柜,在控制柜中預留有通訊接口,可以實現遠程控制,同時也可以將該系統接入其他主系統。整個系統主要包括邏輯控制器、液壓系統和數據監測裝置。液壓系統有2套,每套由變頻電機、雙聯齒輪泵、2個三位四通換向閥和液壓缸組成。數據監測裝置包括HMI人機界面(見圖4)、流量傳感器和壓力傳感器等。HMI人機界面與PLC相連進行通訊。ZYB100/4T注漿泵控制器系統結構如圖5所示。

圖4 ZYB100/4T注漿泵HMI人機界面Fig. 4 HMI interface of ZYB100/4T grouting pump

圖5 ZYB100/4T注漿泵控制器系統結構圖Fig. 5 System structure of ZYB100/4T grouting pump controller

PLC通過控制變頻電機的頻率改變其轉速,從而控制液壓泵排量,改變液壓油的流速,進而控制活塞桿的泵送速度,調節流量。

1.1.4 注漿泵整機

注漿泵在介質輸出管路中設置有流量傳感器和壓力傳感器,可以通過傳感器信號的實時反饋將注漿壓力和流量在控制界面顯示出來,便于操作者了解注漿參數。

根據形態可將該注漿泵分解為注漿泵頭(見圖3,A、B液系統各1個)、注漿泵動力單元(見圖6)、本機控制柜(見圖7)和注漿泵檢測管路(見圖8)4個部分。

圖6 ZYB100/4T注漿泵動力單元Fig. 6 Power unit of ZYB100/4T grouting pump

圖7 ZYB100/4T注漿泵本機控制柜Fig. 7 Control panel of ZYB100/4T grouting pump

圖8 ZYB100/4T注漿泵檢測管路Fig. 8 Grouting inspection pipe of ZYB100/4T grouting pump

注漿泵檢測管路主要作用為校核程序中理論推算數值的準確性。具體可以根據安裝空間來確定該部分的取舍。

1.2 工作原理

1.2.1 注漿泵動力單元設計

采用外嚙合齒輪泵作為注漿泵動力單元的動力原件,外嚙合齒輪泵負載壓力對平均流量影響不大,轉速對脈動率有影響,轉速越高,總體脈動率越低[5]。在壓力和溫度不變的情況下,增加外嚙合齒輪泵轉速,齒輪泵間隙泄漏的液壓油基本保持不變,從而容積效率上升[6]。故為了泵排量的穩定和高效,采用雙聯齒輪泵(如圖6所示),通過電磁閥和PLC控制2個齒輪泵的工作時機,根據流量大小來選擇不同的齒輪泵工作,使其工作一直保持在高轉速區,以保證液壓泵的高效和穩定。

1.2.2 流量控制原理

如圖2所示,當設定流量信號發出時,根據PLC程序判別設定相應的齒輪泵,判別標準見2.1節。變頻電機按照對應的電機頻率啟動,通過液壓回路中的渦輪式流量計監測液壓油流速,將流量數據反饋給PLC。當流量過大時,降低電機頻率;當流量過小時,增大電機頻率。液壓油的流量決定了柱塞桿運動的速度,也反映了泵頭吸、排漿液的流量。

泵頭吸、排漿流量的大小和變頻電機的轉速呈正比例關系,電機頻率和其轉速呈正比例關系。當電機頻率無極調節時,齒輪泵的液壓油排量也無極變化,使驅動油缸帶動活塞桿運動的速度也無極增減,從而使泵頭吸、排漿液的流量也可無極調節。

注漿初期,為達到較高的施工效率,采用較高的注漿速率,當漿液注入一段時間后,注漿壓力逐漸達到設計注漿壓力,此時便逐級降低注漿速率,減小注漿阻力,使注漿壓力不超過設計注漿壓力,從而達到較大的注漿量,保證注漿效果[7]。注漿流量控制的理念是采用注漿速率梯次設計原則,通過PLC控制完成起初大流量的注入,達到設定壓力后,流量自動減小到一定百分比; 隨后繼續注入,此時壓力減小,當壓力再次達到設計壓力后,流量再次減小,梯次減小3次后,注漿停止。

1.2.3 注漿壓力的控制原理

在注漿施工過程中,注漿壓力大小受地層阻力影響,地層阻力越大,泵注入壓力就越大,反之越小。雙液注漿對注漿壓力有著嚴格的要求[8]。注漿壓力控制方式有2種:

1)在注漿泵的液壓系統中設置了1個安全閥(即直動式溢流閥),在2套液壓系統的液壓回路中均安裝有壓力傳感器以監測液壓系統壓力,通過PLC控制其安全壓力,超過一定數值后自動切斷電源,注漿泵停止工作。同時,直動式溢流閥也可以實現高壓保護,當液壓系統壓力增高到設定壓力時,完成自動卸荷。該控制方式具有保護注漿安全和液壓系統安全的雙重作用。

2)在注漿管路中設置有無腔平膜式壓力傳感器(見圖9)監測注漿管路壓力,反饋調節泵送速率,以控制注漿管中的壓力。無腔平膜式壓力傳感器選用德國進口擴散硅芯體,采用平面膜直接感受壓力,傳感器平膜片解決了結垢及黏稠液體堵塞等問題,降低了泥漿堵塞的風險。

圖9 無腔平膜式壓力傳感器Fig. 9 Flat film pressure sensor

通過在PLC的控制程序中編制邏輯語言,能使注漿過程中在注漿壓力的控制下限壓注漿,并自動停止注漿。

1.2.4 注漿模式設計

該注漿泵設計有3種模式: 普通注漿、限壓注漿、定量注漿。

1.2.4.1 普通注漿

普通注漿為單液漿注入時采用,為常規注漿模式,輸入注漿流量,即可注漿,始終以設定流量進行注漿。

1.2.4.2 限壓注漿

在注漿操作室里的觸控屏上輸入A液注漿速度、雙液漿配比、預設注漿壓力、A液注漿量等參數,選擇“自動”運行。注漿過程中,接近預設壓力值時,系統會自動降低注漿速度,控制壓力上升速度;到達預設壓力值時,自動停止注漿。在注漿過程中,如果A液注漿量到達預設值,也會自動停止注漿,并報警顯示“限壓注漿已完成”。該注漿方式可確保限壓注實,避免常規注漿引起的壓力虛高和安全隱患。

隧道壁后注漿擴散方式考慮為滲透注漿,將雙液漿考慮為牛頓流體,漿液在地層里擴散可以近似看作在單個圓形毛細管內流動,則其流動速率可以用伯塑尼(Poissuine)方程[9]表示:

(1)

式中:q′為單位時間流量;R為毛細管半徑(孔隙半徑); Δp為有效注漿壓力;r為漿液在毛細管內流動的距離;μ為動力黏度或黏度系數。

從式(1)中可以看出,流量q′和注漿壓力Δp呈正比。故限壓注漿是通過控制注漿流量,使壓力恒定在設定值以內。

1.2.4.3 定量注漿

定量注漿為在觸控屏上輸入A液注漿速度、雙液漿配比、A液注漿量等參數,選擇“自動”運行。設備自動注漿并計量注漿量,達到預設值后,自動停止,并報警顯示“定量注漿已完成”。該模式不受注漿壓力的影響。

1.3 參數設計與計算

1.3.1 變頻驅動齒輪泵設計

齒輪泵為恒排量動力源,其排量與轉速有關。齒輪泵排量公式為:

Q1=η1×q×n。

(2)

式中:Q1為泵排量,mL/min;η1為齒輪泵容積效率(一般取95%);q為泵的單圈排量,mL/r;n為轉速,r/min。

將單次注漿行程所需的液壓油量和泥漿排量近似為常數,用V1和V2表示,結合式(2),推導出泥漿排量:

(3)

式中η2為柱塞泵容積效率。

本次設計中選用電機為YVF2-132M-4,電機轉速為1 440 r/min,柱塞泵容積效率為90%[10](材料為水灰比等于1∶1的泥水漿時)。根據泵頭尺寸參數,推算出單次注漿所需液壓油為0.48 L,排出1.42 L泥漿,隧道雙液注漿最大注漿速度控制在60 L/min左右,由式(3)可得:

(4)

根據1.2.1節的表述,這里采用雙聯齒輪泵,單圈排量為8 mL/r和12 mL/r,使其能達到最大排量要求的同時滿足注漿高效性。

1.3.2 注漿泵壓力輸出

盾構注漿的壓力是根據盾構注漿點的靜止水壓和靜止土壓決定的,與盾構埋深直接相關。目前,隧道埋深一般不超過100 m,注漿壓力不超過2 MPa。考慮到施工的特殊性和其他壓力損失,本注漿泵額定壓力設置為4 MPa,滿足盾構隧道注漿施工工況要求。

1.3.3 注漿泵注漿流量設計

本系統液壓回路中安裝有渦輪流量計,監測回路液壓油流量為v1,注漿缸中瞬時流量為v2。液壓油和水泥漿同為液體,在一般條件下,溫度和壓力引起的液體密度變化很小。故可近似認為兩者的密度是固定不變的,主要的體積差在于容積效率的影響,則注漿流量可設定為:

v2=v1η1η2。

(5)

2 注漿泵技術性能

2.1 注漿流量智能調節

ZYB100/4T注漿泵注漿流量通過變頻電機、無極調節齒輪泵轉速實現流量的無極調節,同時根據設定的流量數值,對應啟動相應數值的電機頻率,使流量迅速達到設定流量附近(程序邏輯參考圖5),再通過檢測到的流量信號數據進行微調使其接近于設定數值。

變頻調速的原理是利用變頻器將固定頻率轉換為可調頻率,其轉速和頻率滿足公式[4]:

(6)

式中:n為同步轉速,r/min;p為電機極對數;f1為電機頻率,Hz。

由式(6)可知,若電機頻率改變,則電機轉速n改變。選用電機為YVF2-132M-4,極對數p為2,常用交流電頻率f1為50 Hz,由式(6)得出n=1 500 r/min。作為負載電機,需要工作在發電機狀態,因此,感應電機供電頻率f應低于f1[11]。

(7)

式中s為感應電機的轉差率,s=0.04。

根據式(3)推導出泥漿排量與頻率的關系[12]:

(8)

單次注漿行程所需的液壓油量以及注漿缸排出的泥漿量近似為常數,選用電機為YVF2-132M-4,極對數p為2,雙聯齒輪泵單圈排量為8 mL/r和12 mL/r。通過式(8)得出泥漿排量Q2為0.58f和0.88f。

ZYB100/4T注漿泵單泵流量輸出系統程序設定曲線如圖10所示。圖中q1為排量8 mL/r單泵頭的工作流量曲線,q2為排量12 mL/r單泵頭的工作流量曲線,q3為雙泵頭工作流量曲線。變頻電機頻率范圍為25～50 Hz,具有更好的減速、加速、起動性能等[11]。故根據分階段供油原理編制PLC程序控制,即當流量小時采用小齒輪,流量稍大時采用大齒輪,達到額定流量或超頻時采用雙齒輪。程序設定中根據對應的流量設定值,自動匹配相應的電機頻率,使注漿流量最快穩定到設定流量。

圖10 ZYB100/4T注漿泵單泵流量輸出系統程序設定曲線Fig. 10 Program setting curves of unilateral flow output system of ZYB100/4T grouting pump

2.2 注漿壓力智能調節

注漿壓力采用壓力控制梯次設計原則,注漿主控壓力設定為1～2倍地下水壓力[7],壓力自主設定后,注漿壓力由小到大,注漿量由大到小,最終達到或接近設計的注漿終壓[13]。根據注漿壓力分多段進行調節:

1)當注漿壓力接近于設計終壓的70%時,將注漿流量調整至初始注漿流量的80%,持續注入,壓力逐漸上升。

2)當注漿壓力上升至設計終壓的80%時,將注漿流量調整至初始注漿流量的60%,持續注入,壓力逐漸上升。

3)當注漿壓力上升至設計終壓的90%時,將注漿流量調整至初始注漿流量的40%,持續注入,壓力逐漸上升。

4)當注漿壓力上升至設計終壓時,注漿泵停止工作,注漿完成。

注漿梯次設計可以根據實際情況選擇梯次次數。通過以上注漿壓力控制原理編制PLC控制邏輯關系,使注漿填充飽滿,保證注漿質量。

2.3 雙液漿注入智能調節

雙液漿中水玻璃的摻量會影響雙液漿的初凝時間,隨著水玻璃摻量的增加,雙液漿的膠凝時間增長,漿液流動性變好,漿液凝結強度先增加后減小[14]。故雙液注漿配比的精準度直接影響漿液的性能。

該智能雙液注漿泵最大的特點在于雙液注漿配比可以任意調節,設定注漿終止壓力、流量及雙液漿配比后,系統根據本文所述流量調節方式啟動A液系統注漿,迅速達到設定流量; 同時,B液系統采用跟隨注漿,即對A液注漿流量信號采集后處理,按照所設定的配比注漿,且數值隨著A液流量的改變而改變,始終保持設定配比注入,從啟動到所指定的配比時間一般為10～25 s,能保證雙液注漿質量。

2.4 其他技術性能

1)注漿程序編程可以本機控制,也可以遠程控制。

2)注漿流量、壓力、注漿量等參數及泵的運行情況,可以通過遠程移動設備app顯示和監控。

3)對設備運行狀態實時監測,數據出現偏差時及時報警并提供解決方案,縮短設備維護時間。注漿過程中出現泄漏、堵管、超壓注漿等現象時,能自動發出警報,提供解決方案。

3 試驗測試及效果

3.1 試驗平臺搭建

根據試驗要求搭建了試驗平臺,如圖11所示。

圖11 ZYB100/4T注漿泵檢測試驗平臺Fig. 11 Detection test platform of ZYB100/4T grouting pump

注漿試驗的目的是測試流量精準度、穩定性及程序功能等。

通過外置注漿泵檢測管路中的電磁流量計,校核其流量顯示的精準度和流量穩定性; 通過混合器外連接加壓裝置,驗證負載下流量的穩定性和速率梯次程序設計的可行性。

加壓裝置(如圖12所示)為錐閥,結構與直動式溢流閥相似,通過螺紋來調節閘門開度,改變管路中的壓力,模擬地層中注漿間隙變小的過程,同時伴隨著壓力升高,達到加壓的目的。

圖12 加壓裝置Fig. 12 Pressurizing device

外置注漿泵檢測管路中的電磁流量計(見圖13)直接監測注漿管中漿液的流量,并與系統中顯示的流量對比,以驗證顯示數據的準確性。

圖13 電磁流量計Fig. 13 Flow monitoring device

泵出口位置接2根DN25 mm高壓軟管,連接在流量監測裝置上,再通過2根相同管線連接在混合器(如圖14所示)上,混合器前方管線連接加壓裝置。

3.2 注漿泵性能檢測試驗

3.2.1 試驗方法

根據盾構隧道管片注漿常用的A液注漿終止壓力1 MPa,設置A、B液配比(即流量比)為2∶1,設定完成后進行注漿測試。

注漿測試介質采用42.5普通硅酸鹽水泥,按照水灰比1∶1調制,水玻璃波美度為36 °Bé。

啟動電源后選定注漿模式為“自動”,然后選擇限壓注漿模式,點擊注漿開始測試。

進行3種檢驗性試驗: 注漿流量穩定性和雙液配比精準度試驗、顯示流量與實際流量誤差對比試驗、梯次注漿程序功能性試驗。

1)注漿流量穩定性和雙液配比精準度試驗,將A液注漿流量設置為60 L/min,按照上述參數調制好注漿材料后開始注漿,然后通過調節加壓裝置將注漿壓力穩定在0.5 MPa,持續注漿8 min后停止,監測其參數穩定性和配比精準度。

2)顯示流量與實際流量誤差對比試驗,將A液注漿流量設置為45 L/min,持續注漿15 min后停止,采集相關流量數據,通過液壓油流量推算出排漿量(即顯示流量),并與電磁流量計直接監測到的數據對比。

3)梯次注漿程序功能性試驗,按照試驗1)中的參數調制好注漿材料后開始注漿,持續通過加壓裝置提升注漿壓力,檢測能否實現梯次注漿。

3.2.2 注漿試驗結果分析

注漿流量穩定性試驗結果如圖15所示。從圖中可以看出: A液注漿流量在25 s左右穩定在60 L/min,B液注漿流量在10 s左右穩定在30 L/min,其雙液配比始終保持為2∶1; 隨后A、B液注漿流量波動大致相同,配比誤差控制在10%以內,且加壓后對其注漿流量基本無影響,能實現穩定配比注漿。

圖15 注漿流量穩定性試驗結果Fig. 15 Grouting stability test data

ZYB100/4T注漿泵界面顯示數據是通過液壓系統流量計監測數據理論推算得到的注漿流量,根據1.3.3節可知,其誤差主要在于系統容積效率,故本次試驗得出的理論值與實際值基本一致(如圖16所示),說明計算中容積效率取值有效,設備數據采集真實有效,同時根據顯示數據去執行相關程序能達到實際的效果。

圖16 注漿流量準確性試驗數據Fig. 16 Curve of grouting flow accuracy test data

梯次注漿程序功能性試驗結果如圖17所示。從圖中可以看出: 注漿壓力達到程序設定壓力后,流量自動降低,壓力也隨之降低;再次加壓,達到設定壓力后流量自動降低,依次成梯次實現其功能。根據2.2節可知梯次注漿程序可以實現梯次注漿。

圖17 梯次注漿程序功能性試驗結果Fig. 17 Functional test data curve of stepped grouting program

通過試驗可以得出ZYB100/4T智能雙液注漿泵能實現流量的無極調節、配比精準注入,且能實現梯次注漿和限壓注漿。

4 現場應用及效果

ZYB100/4T智能雙液注漿泵從2022年3月試制成功后,分別于2022年7月和9月在福州地鐵濱海快線3標2工區2臺盾構更換盾尾刷時,盾尾刷后部止水環施工中得到應用。止水環施工采用雙液漿作為主要材料。

本次更換盾尾刷所在地層為〈2-4-5〉(含泥)粉細砂、〈2-4-2〉粉質黏土層,地層富水,止水環施工難度大。

左右線隧道更換盾尾刷時,均需對增設注漿孔的4環管片進行注漿封堵,每環19個注漿孔,采用材料相同,注漿工藝相同。右線采用ZBSB-148礦用雙液注漿泵,左線采用ZYB100/4T智能雙液注漿泵。

根據左右線注漿前后錯臺和破損統計可知,左線注漿區域管片錯臺和破損明顯減少。說明采用智能雙液注漿泵的限壓注漿控制,能有效減少注漿過程中管片結構的損壞。

注漿效果檢查為所有注漿孔采用1.2 m鉆桿(超過同步注漿層0.5 m)進行鉆孔檢測,觀察滲漏水情況,若有滲漏,需繼續注漿止水。右線共進行了3次注漿,環號為116—119;左線均在一次注漿完成后檢測合格,環號為201—204。由此可以看出,采用傳統注漿泵在富水砂層中注漿易出現重復注漿的現象;而采用智能雙液注漿泵一次注漿完成,提高了止水環施作的效率。

對左、右線注漿材料消耗量進行統計,結果如表2所示。左線材料消耗量明顯小于右線材料消耗量,說明智能雙液注漿泵精確控制了雙液注漿材料配比,提高了材料的利用率。

表2 左、右線注漿材料消耗量Table 2 Left and right line grouting material consumption

采用智能雙液注漿泵后注漿效率、注漿質量、材料利用率均得到了改善,注漿壓力限定在0.8 MPa左右,流量控制在40 L/min以內。開孔檢查注漿效果,滿足富水砂層更換盾尾刷的要求。

5 結論與討論

1)ZYB100/4T智能雙液注漿泵采用PLC控制電磁換向閥,對雙聯齒輪泵選擇性使用,可以實現對驅動油缸速度的穩定控制。通過推導出電機頻率和注漿流量的關系,設置程序快速達到指定流量值附近; 然后通過液壓系統中渦輪流量計反饋的信號微調電機頻率,使其達到指定流量和配比,實現雙液注漿配比精確控制,同時縮短達到指定配比的時間。

2)ZYB100/4T智能雙液注漿泵通過平膜式壓力傳感器和電磁式流量傳感器精準監測注漿參數,保證注漿參數的準確性,同時通過PLC實現自動梯次注漿,簡化注漿工藝。

3)ZYB100/4T智能雙液注漿泵具備注漿數據采集和存儲功能,可形成注漿數據庫,為后續不同地層、不同深度注漿參數的設定提供參考。

4)ZYB100/4T智能雙液注漿泵參數設定完成后,后續注漿只需“一鍵”完成自動啟停,自動進行梯次注漿,保證雙液注漿質量。

5)若雙液注漿流量數據采集來源于漿液管路中的流量計則會更加真實準確,但設備調節穩定性會變差,調節周期會變長,該問題需后續進行研究解決。