一種可處理深水條件下壩體滲漏的裝置設(shè)計(jì)

張力元 高航舵 尹昭 吳文秀

摘 要：水庫(kù)大壩是興水利除水害的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是保障下游生命財(cái)產(chǎn)安全的重要屏障，為突破大壩深水安全保障技術(shù)壁壘，攻克非常規(guī)條件下大壩潰決早期預(yù)警與應(yīng)急處置技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)一種水下構(gòu)筑物裂縫快速修補(bǔ)裝置十分必要。本裝置主要利用利用螺旋槳將設(shè)備貼于構(gòu)筑物表面，自動(dòng)靈活的施加預(yù)應(yīng)力，同時(shí)巧妙的借助壓力差實(shí)現(xiàn)設(shè)備在構(gòu)筑物表面的固定，最后利用現(xiàn)有的注漿技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)筑物表面裂縫的修補(bǔ)，可以較好的解決這一問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水下構(gòu)筑物、深水滲漏、快速修補(bǔ)、自動(dòng)機(jī)械化

一、研究背景

水庫(kù)大壩滲漏是水利工程較為常見(jiàn)的問(wèn)題，類型眾多，情況多樣，成因復(fù)雜，后果嚴(yán)重。水庫(kù)大壩投資大，工期長(zhǎng)，施工難度大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，失事后果嚴(yán)重。由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必然存在水流滲透壩身移動(dòng)滲漏的現(xiàn)象，所以大壩修補(bǔ)是一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，能提高經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和水庫(kù)建設(shè)質(zhì)量。目前工程中對(duì)于淺水環(huán)境下壩體滲漏的處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是由于在深水環(huán)境下水壓大，探測(cè)較為困難，工程技術(shù)人員難以靠近滲透部位直接進(jìn)行作業(yè)，這也是工程中的一重大技術(shù)難題。所以設(shè)計(jì)一套一種可處理深水條件下壩體滲漏的裝置修補(bǔ)裂縫意義重大，該裝置主要利用現(xiàn)有的探測(cè)技術(shù)定位裂縫位置后，通過(guò)懸吊系統(tǒng)、位置固定系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，達(dá)到自動(dòng)機(jī)械化的解決問(wèn)題的效果。

二、設(shè)計(jì)內(nèi)容

裝置主要包括懸吊系統(tǒng)、位置固定系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)三部分。其中懸吊系統(tǒng)主要由鉸鏈和升降機(jī)構(gòu)成，負(fù)責(zé)把位置固定系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)送至工作面，位置固定系統(tǒng)利用螺旋槳和壓力差將裝置固定到工作面，注漿系統(tǒng)利用注射器將修補(bǔ)材料注入裂縫。

○1—外罩，○2—螺旋槳外罩，○3—縱軸，○4—抽水口，○5—橫軸，○6—存放線路的電機(jī)裝配體，○7—噴頭，○8—螺旋槳，○9—固定支架，○10—舵機(jī)1，○11—舵機(jī)2，○12—舵機(jī)3，○13—圓形齒輪，○14—補(bǔ)漏材料容器

基于目前國(guó)內(nèi)外成熟的探測(cè)技術(shù)，能成功定位并處理水下裂縫圖像，在確定裂縫位置后，第一步，在工作船上下放裝置，通過(guò)裝置上的螺旋槳調(diào)整裝置的位置和方向，使其準(zhǔn)確抵達(dá)滲漏處。

第二步，固定裝置。通過(guò)螺旋槳施加的預(yù)壓力使裝置緊貼于構(gòu)筑物表面，此時(shí)利用水泵將水抽出，使裝置內(nèi)外形成壓力差，進(jìn)一步將裝置固定。外罩與大壩接觸位置鋪設(shè)一層硅膠，使裝置擁有良好的密閉性和隔水性，形成密閉的注漿環(huán)境。

第三步，注漿堵漏。注漿噴頭通過(guò)橫軸，縱軸以及固定支架的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在裝置內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)原理與3D打印機(jī)原理類似。噴頭工作方式為旋鈕式推進(jìn)，通過(guò)遙控器可控制噴頭的空間移動(dòng)和灌注漿液。裝置的線路的連接部分放置于電機(jī)裝配體中，使得裝置看起來(lái)更加簡(jiǎn)潔和美觀并進(jìn)一步確保裝置的良好防水。

第四步，回收裝置，直接通過(guò)懸吊系統(tǒng)回收裝置，清洗裝置，可多次使用該裝置。

三、現(xiàn)實(shí)意義

水庫(kù)大壩起到防洪抗汛的作用，合理分配水資源的同時(shí)保證下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。在長(zhǎng)年運(yùn)行過(guò)程中，水流的滲流、沖刷、凍融破壞作用，容易造成水庫(kù)大壩的滲漏。對(duì)壩體進(jìn)行修補(bǔ)是一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，該裝置是結(jié)合目前比較成熟探測(cè)和注漿技術(shù)，運(yùn)用相應(yīng)的機(jī)械化操作解決深水條件下處理混凝土壩壩體滲漏的工程難題，并能夠更加快速的對(duì)出現(xiàn)滲漏情況的壩體進(jìn)行封堵?？紤]到深水條件下壓強(qiáng)大，淺水區(qū)的人工注漿方法不再適用，裝置采用高強(qiáng)抗壓材料利用水壓固定裝置，有效解決水壓?jiǎn)栴} 。另外采用多軸聯(lián)動(dòng)的方式達(dá)到注漿頭上下左右移動(dòng)，能全方位覆蓋滲漏區(qū)。其中，注漿系統(tǒng)也是依據(jù)現(xiàn)有的一種注漿技術(shù)，分A和B注漿管注入滲漏處，A、B漿液結(jié)合后迅速反應(yīng)凝固，由于在水下作業(yè)，采用注漿材料是綠色環(huán)保無(wú)污染。且造價(jià)低，施工安全，用途廣泛，對(duì)環(huán)境污染小，是一種比較理想的工程設(shè)備。

四、存在的問(wèn)題

裝置在水下作業(yè)的穩(wěn)定性難以保證，例如，如遇壩面粘附很多污物而導(dǎo)致裂縫表面不平整的壩體，則需要有專門(mén)的清除污物裝置；在作業(yè)過(guò)程中如何保證裝置與壩面完全貼緊不滲水；注漿時(shí)，若直接利用注漿噴頭涂抹裂縫表面，是否能夠保證漿液凝固后穩(wěn)定。這些也是需要我們進(jìn)一步深入研究的問(wèn)題。

五、前景展望

水庫(kù)大壩在長(zhǎng)年運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)滲漏、壩體裂縫等病害，不僅影響工程正常運(yùn)行，有時(shí)甚至對(duì)工程安全造成威脅。基于此現(xiàn)狀，提出“以物代人”的補(bǔ)漏思想，實(shí)現(xiàn)了大壩補(bǔ)漏工程由半人工半機(jī)械向全機(jī)械方向的轉(zhuǎn)變；解決人工無(wú)法作業(yè)的問(wèn)題，改變了傳統(tǒng)補(bǔ)漏方式中人工作業(yè)的方式。利用大氣壓和深水環(huán)境下的水壓力之間的壓力差實(shí)現(xiàn)裝置在壩面的固定，解決了深水條件下設(shè)備固定的問(wèn)題，巧妙的將不利條件轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣麠l件。很關(guān)鍵的一點(diǎn)是本裝置自動(dòng)化作業(yè)，僅需要少量的工人在地面上進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可完成補(bǔ)漏工作，節(jié)省人力物力，高效快捷，并降低了工程所需的成本。

本裝置可以解決深水條件下處理混凝土壩壩體滲漏的工程難題；能夠更加快速的對(duì)出現(xiàn)滲漏情況的壩體進(jìn)行封堵，在節(jié)約了水資源的同時(shí)為大壩和下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全提供了技術(shù)保障。本作品制作所需的現(xiàn)有技術(shù)成熟，且造價(jià)低，施工安全，用途廣泛，對(duì)環(huán)境污染小，是一種比較理想的工程設(shè)備。

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