征文稿件
灌浆数据采集与处理系统开发及应用
中国水电基础局有限公司 缪志荣 韩伟
关键词：
GMS2006，灌浆数据采集，数据统计，灌浆自动记录仪
摘要：
GMS2006由基础局飞科新技术公司研制、开发，是目前国内最新型最智能的灌浆自动记录仪，分为一体式和分体式两种类型。操作人员从每一个GMS2006客户端监视器上可直接监视8个灌浆过程，智能监控每一个灌浆过程，并可按规范要求自动生成灌浆施工报表及所有的统计报表和成果图。
1 前言
GMS2006灌浆数据采集及处理系统(以下简称GMS2006)，是在小浪底灌浆工程中应用的G2000-G2003系列灌浆自动监测系统的基础上，采用最新的IT技术，对软硬件进行升级改造，以适应WinNT结构计算机操作系统并具备强大的远程网络支持功能的智能灌浆处理设备。其在性能和功能上比前一代G系列系统有着质的飞跃，系统性能更优越、更可靠，便于集中控制和远程监测，是理想的灌浆监控及数据处理分析设备。
GMS2006由基础局飞科新技术公司研制、开发，是目前国内最新型最智能的灌浆自动记录仪，分为一体式和分体式两种类型。操作人员从每一个GMS2006客户端监视器上可直接监视8个灌浆过程，智能监控每一个灌浆过程，并可按规范要求自动生成灌浆施工报表及所有的统计报表和成果图。
2 GMS2006系统适用范围
GMS2006系统主要围绕帷幕灌浆、固结灌浆、钻孔勘探、抬动变形四大部分进行设计和构架的，回填灌浆和化学灌浆也考虑在内，所以GMS2006几乎适合各种类型的钻探与灌浆工程。
3 GMS2006系统组成
GMS2006系统分为主控机、变送器、三路显示器三大部分。各部分主要功能为：
3.1变送器 即压力、流量、密度、抬动变形值（或浆液温度）等变送器，它们直接串联在灌浆管路中，将灌浆压力和流量等灌浆参数转变为电信号送入转换机。
3.2多路显示器 现场实时显示灌浆过程中的压力、流量、密度、抬动变形值（或浆液温度）等，便于现场操作人员监视和控制灌浆过程中的压力和流量。
3.3主控机 将变送器的电信号经过I/V、A/D转换后，在计算机的控制下完成数据采集、数字滤波、故障诊断、数据处理、通过监视器实时显示压力、流量、水灰比及地层的可灌性，可随时通过打印机打印出平均压力、最大压力、平均流量、累计注入浆量、累计每米注入浆量及灰量、GIN值等，可窄行打印输出出六种可灌性曲线，也可外接标准型打印机打印各种宽行报表。
4 GMS2006硬件系统特点
4.1 仪器采用国外军工技术将工控机、转换机、显示器、打印机抗干扰电源有机地结合成一体，系统部件均为适应灌浆工程施工的特殊要求，应用高新技术专门开发研制的，因而，硬件高度集成，外观结构简单、轻便小巧，能够适应水利水电和其他行业野外及洞内环境下的灌浆施工作业；
4.2监测系统具有多种显示和记录功能，液晶显示屏实时显示灌浆过程中每一时刻的灌浆压力、注入率以及累积注入灰量、注浆体积；还可显示出灌浆压力和时间、注入率和时间、单位注入量和时间、可灌性和注入水泥量、灌浆压力和注入灰量等多种曲线，并且可通过打印机输出这些数据和曲线。数据准确、图象清晰，便于阅读、分析和储存。适合于施工现场质控、内业资料整理等；
4.3记录时间间隔从1min开始任意调节，以满足不同需求；
4.4计算机采样频率高，每50ms采样一次，不会遗漏极值(最大和最小压力、注入率)
4.5经过国家认证的专门计量机构鉴定，计量精度高，在注入率小于0.4L/min时仍具有良好的分辨率；
4.6监测机主机适应于流量传感器和压力传感器在灌浆管路中的多种接法，可用于各种灌浆方法及各种复杂地层。
4.7自行研制的高精度数据采集、转换机，数据误差率≤1%，并配有抗干扰精密电源，具有省电和适应于电压波动大、电磁干扰强的施工场地；
4.8具有良好的防潮、防湿、去潮、除湿抗震动功能，适应于长途运输等工况；
4.9该系统具备远程数据传输功能，灌浆即时数据可以传送到现场监理办公室，大大减轻了现场监理工程师的工作强度。
5 GMS2006软件系统特点
5.1完善的用户及权限管理体系
GMS2006由系统管理员创建操作用户，并给操作用户根据各自的职责分配相应的系统操作权限，操作权限遍及系统的138个子菜单。这样，可以最大化保障系统和数据安全。
5.2丰富多变的视图及仿真的图形界面
GMS2006程序主界面采用高度仿真仪器操作界面，同时预置常用快捷按钮，实时仿真模拟压力、流量表的指针变化情况。操作界面简洁明快，系统同时内置8套美观的界面方案，界面颜色也可随意调节，操作员可任意更改操作界面。
5.3强大的网络管理功能
GMS2006系统数据采用MicroSoft的服务器数据库SQL Server 2000，其具备稳定、快速的特点。系统数据库可以单机使用，也可作为网络数据库使用(C/S结构)，一台服务器可以同时
采集多个GMS2006客户终端数据，便于统筹监控整个工程各个工作面灌浆施工过程的数据，并节省系统成本。如施工现场具备网络硬件条件，也可以在局域网和Internet网上监控灌浆施工数据。见图1所示。
图1 GMS2006网络结构布置图
5.4稳定、快速、安全的数据管理功能
GMS2006系统工程数据采用类似于财务账套的管理模式，整个工程的灌浆数据存储在一个工程账套文件中。账套之间相互独立，使得一个GMS2006系统可以管理多个工程账套而互不影响。GMS2006数据库稳定、快速、安全，即使在突然断电等意外条件下，也能保障数据安全。
5.5功能强大、完全自动化、完全自由设计的报表体系
5.5.1 GMS2006报表体系将采集的数据自动生成灌浆规范中各类标准报表，并可以生成AutoCAD固结灌浆和帷幕灌浆综合平、剖面图，岩芯柱状图，透水率和注灰率频率曲线图。
5.5.2 赏心悦目的预览功能，方便自由的报表自定义功能，使你可以制作出个性化的报表文件，使灌浆内业人员从繁重的报表统计工作中解脱出来。报表统计数据语句全部采用国际化标准SQL语句、存储过程和最新数据库引擎进行编写，使得报表能够快速生成。
5.5.3 报表文件可以做为历史报表进行保存，也可以转化成WORD、EXCEL、HTML、JPG等多种格式文档，便于GMS2006系统报表文件通过多种途径和方法进行交流。支持最终用户设计、修改报表。
5.6完善的数据监控和报警机制
GMS2006系统可以实时显示压水、灌浆、抬动变形施工曲线，每个GMS2006客户端可以同时监控8个通道灌浆施工的压力、流量、浆液密度、浆液温度、抬动变形值等各个关键施工参数。
如果某个通道的施工过程发生故障或灌浆和压水达到设计结束标准时，会同时以文字、声音、报警信号灯等三种信号向操作员报警，以便操作员及时通知机组检查故障或结束灌压操作。
5.7无级浆液变换功能
GMS2006系统可以管理多种浆液配方。在每段灌浆时，只需选取合适的浆液配方，便可以自动计算出灌浆所耗干料中各成份（如水泥、粉煤灰等）的重量。
5.8多种辅助工具有机结合
5.8.1数据备份和恢复工具配套使用更加保护了工程数据的安全。
5.8.2工程账套压缩和日志文件清除功能可以定时清扫工程数据文件的垃圾，减小数据文件大小，加快了数据存取和程序运行速度。
5.8.3导入数据库功能，可以将多个非本机工程数据导入到本机工程数据之中，极大方便了异地工程数据互导及前方施工和后方数据统计之间数据共享。
5.9数据自动采集与人工输入统计数据相结合
在GMS2006系统硬件出现故障时，可以启动另一套人工输入方案，将灌浆分段统计数据输入到GMS2006中，以保证整个工程数据的完整性。当然也可以将本系统做为统计灌浆数据的专用工具。
5.10专为客户着想的帮助体系
GMS2006内含完善的帮助系统，有软件操作指南、灌浆规范、工程技术要求等，体现了专为客户着想的设计理念。
6 GMS2006报表及成果图清单
6.1 帷幕和固结灌浆部分：
（1）钻孔冲洗及压水试验记录表（A4与窄行）
（2）压水试验曲线
（3）灌浆记录表（A4与窄行）
（4）灌浆压水曲线（普通灌浆与GIN灌浆）
（5）灌浆成果一览表
（6）灌浆孔分序统计表
（7）各次序孔灌浆成果表
（8）单元工程质量检验评定表
（9）工程质量评定汇总表
（10）钻孔工效分析表
（11）灌浆工效分析表
（12）钻孔测斜计算成果表
（13）钻孔测斜成果汇总表
（14）各次序孔透水率频率及频率累计曲线图
（15）各次序孔注灰率频率及频率累计曲线图
（16）帷幕和固结灌浆综合剖面图
（17）帷幕和固结灌浆工程完成情况表
6.2钻孔勘探与检查孔部分
（1）勘探[检查]孔压水试验记录表
（2）勘探[检查]孔压水试验成果汇总表
（3）勘探(检查)孔压水曲线
（4）钻孔工效分效表
（5）钻孔测斜计算成果表
（6）钻孔测斜成果汇总表
（7）岩芯柱状图
6.3抬动观测部分
（1）地面抬动观测记录表
（2）抬动变形观测汇总表
（3）抬动孔监测曲线
6.4其它工程报表部分
（1）设计工程参数表
（2）单元工程划分报告表
（3）灌浆工程镶管记录表
(4)灌浆耗材汇总表
7 GMS2006系统主要技术性能和指标
7.1压力变送器,适应范围∶0～9.99MPa（理论值可为任意）,计量精度∶0.5%。
7.2 流量变送器，适应范围∶0～99.9L/min（理论值可为任意），适应压力∶不小于6MPa，计量精度∶0～20L/min为0.2L/min，20～99.9L/min时为1%。
7.3密度变送器：0～3 g/cm3 随意调整，精度：1%。
7.4抬动观测变送器：0～20.00mm 随意调整，精度：0.05%。
7.5主机精度∶1% 工业型PⅣ2.0G ，内存256M 硬盘7200转速80GB 液晶显示14.1″。
7.6数据采集频率∶20次/sec。
7.7记录时间间隔∶从1min开始无级任意调节。
7.8打印纸宽∶57mm，外挂打印机纸型为标准A4纸。
7.9记录存储容量∶大于26GB(相当于150万张A4纸的记录)。
7.10适用水灰比∶各种水灰比(包括膏体浆液)。
7.11适用环境温度∶0～50℃。
7.12环境湿度∶95%。
7.13工作电源∶AC 50HZ 220V ±30%。
7.14消耗功率∶150W。
7.15与管路接口，压力传感器∶M20×1.5，流量传感器∶Φ25、Φ40法兰。
7.16电缆∶主机∶2×2.5mm2，数据传输线为4×1.5 mm2电缆。
7.17主机预留有：远程端口、以太网卡输出口、串口、并口、USB口各一个。
7.18根据用户要求，上述的结构和技术指标可以调整。
8 使用GMS2006的主要工程项目
8.1 小浪底水利枢纽大坝防渗工程；
8.3 苏丹麦洛维大坝基础处理工程；
8.4 云南小湾水电站上下游围堰堰基防渗工程；
8.5 贵州索风营电站灌浆试验工程；
8.6 贵州绿茵湖水库除险加固工程；
8.7 贵州索风营电站783、837平硐灌浆工程(统计资料)；
8.8 云南蒿枝坝水库大坝基础处理工程；
