橡膠壩工程在葉爾羌河中游渠首的運行及維護管理淺析

于素甫·買合木提

(新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

葉爾羌河位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣。流域控制灌溉面積43.43萬hm2，是新疆第一大灌區(qū)。葉爾羌河中游渠首為葉爾羌河流域第四級引水渠首，屬大(2)型水利工程，葉爾羌河中游渠首橡膠壩控制系統(tǒng)是葉爾羌河流域水利信息化建設(shè)工程的重要組成部分。因此橡膠壩的正常運行以及日常維護是保證葉爾羌河中游渠首水利樞紐安全高效運行的保障。

1 橡膠壩結(jié)構(gòu)組成及其優(yōu)點

1.1 結(jié)構(gòu)組成

橡膠壩工程作為一種新穎的水工結(jié)構(gòu)，主要由四部分組成：(1)橡膠布壩體。(2)混凝土基礎(chǔ)。(3)控制室，包括風機、水泵等機械、電氣設(shè)備，自動充氣放氣機構(gòu)。(4)進/出管道系統(tǒng)。壩體通過單線或雙線錨固系統(tǒng)固定于混凝土基礎(chǔ)和橋臺上方，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 葉爾羌河中游渠首橡膠壩結(jié)構(gòu)組成

1.2 橡膠壩結(jié)構(gòu)優(yōu)點

葉爾羌河中游渠首橡膠壩是一種相對較新的閘式壩型，可節(jié)省基建費用和維護費用。它由多層橡膠膜組成，充滿空氣或水，并用一個或兩個錨固桿固定在堰體上。與鋼閘門相比，充氣壩有許多優(yōu)點：(1)設(shè)計簡單，不包括任何活動部件(鉸鏈、軸承)，不存在因腐蝕或密封而產(chǎn)生的問題，也不使用可能對環(huán)境有害的潤滑劑。(2)驅(qū)動機構(gòu)不需要大量的維護。 (3)充氣壩可以安全運行，并且可以隨時放氣以防止堵塞，橡膠膜可以在幾周內(nèi)安裝或更換，大大減少施工時間和檢查、翻新周期。

2 橡膠壩的運行及管理

2.1 橡膠壩運行機制

2.1.1 充氣

控制室內(nèi)設(shè)有充氣裝置，包括風機、水泵和輔助裝置(如閥門)，用于橡膠壩的充氣或充水。充氣主要步驟包括：(1)檢查大壩上游，確保上游水位升高不會對人員和財產(chǎn)造成不利影響。(2)清除橡膠壩附近的雜物(特別是尖銳的物體)。(3)關(guān)閉排氣閥。(4)打開供氣閥。(5)啟動空氣壓縮機。(6)大壩充氣時監(jiān)測氣壓表，根據(jù)水源水位調(diào)整氣壓，如果水源水位低于大壩高度的1/2，空氣壓力約為設(shè)計壓力的60%。氣壓應(yīng)與上游水位成比例增加，當水源水位達到設(shè)計水位后，將氣壓提高到設(shè)計水位，然后關(guān)閉空氣壓縮機并關(guān)閉供氣閥。

2.1.2 放氣

橡膠壩放氣主要包括三種方式，斗式、浮子式和電動式。當主放氣機構(gòu)發(fā)生故障或內(nèi)部空氣壓力超過最大設(shè)計壓力時，將從壩體釋放空氣。對于蓄水大壩，虹吸管可達到保護橡膠壩安全的目的。當主放氣機構(gòu)失效或內(nèi)部水壓上升到最大操作壓力以上時，開始自動運行。放氣的主要步驟包括：(1)檢查下游側(cè)，確保提高下游水位不會對人員和財產(chǎn)造成不利影響。(2)確保壩基下游沒有尖銳物體和其他障礙物，可能在泄洪期間損壞壩體。(3)打開排水管排出冷凝水。(4)打開排氣閥放氣。

2.1.3 充放氣時間

充放氣時間包括三個主要因素的函數(shù)：壩體的內(nèi)部體積、作用在壩體上的外部壓力以及空氣壓縮機或水泵容量。以小埠東橡膠壩為例，使用了1.9～15.0 kW的壓縮機。1.9 kW空氣壓縮機以3.0 m3/s的速率生產(chǎn)空氣可以在3 min內(nèi)充氣0.8 m高、10.0 m長的堤壩，兩臺15 kW壓縮機可以在65 min內(nèi)充氣2.6 m高、60.0 m長的堤壩。放氣時間由外部壓力、堤壩自身體積和排氣管數(shù)量決定，當有一個水頭作用在壩身上時，大壩泄氣速度加快。

2.1.4 橡膠壩內(nèi)壓監(jiān)測

橡膠壩內(nèi)部壓力主要由壓力傳感器進行檢測，如圖2所示。

圖2 橡膠壩壓力傳感器

當內(nèi)部壓力達到預(yù)定水平時，自動切斷進入壩體的空氣/水入口，這樣可以防止由于壓力過大而損壞壩體。即使大壩安裝在多變的外部環(huán)境中，充氣大壩的內(nèi)部壓力也可以保持在恒定值。同時，也可在壩體內(nèi)部安裝激光測高裝置，在充放氣時連續(xù)測量其高度。

2.2 橡膠壩維護管理

2.2.1 預(yù)防性維護

橡膠壩工程的壽命和性能取決于許多外部因素。對橡膠壩造成負面影響甚至破壞的因素眾多，其中最容易受到兩種類型的破壞，分別為①故意破壞；②洪水攜帶的碎片，特別是尖銳的物體。根據(jù)上述兩種橡膠壩的破壞模式，對其進行預(yù)防性維護，可以大大提高橡膠壩的安全性能[1]。

2.2.2 定期檢查和日常維護

在做好預(yù)防性維護的同時還要進行定期的人工檢查和維護。這些措施主要包括：(1)檢查壩體和周圍環(huán)境，以確定是否存在潛在損害，如穿孔和切割。(2)清除大壩上游和下游的淤泥和碎屑。(3)保持傳感器相關(guān)管道系統(tǒng)的腔室清潔，從而確保電氣和機械控制設(shè)備接收到真實信息。以小埠東橡膠壩維護為例，每次檢查的平均維護時間約為3 h，相比其他類型大壩，橡膠壩的維護需求較小。

2.2.3 糾正性維護

雖然已經(jīng)采取了各種預(yù)防措施以減少橡膠壩的損害發(fā)生率和損壞程度，但這些措施是無法完全避免的。因此還需要進行糾正性維護，以便在最短時間內(nèi)將故障設(shè)備恢復(fù)到令人滿意的安全狀態(tài)[2]。

壩體損傷可分為四種類型：小穿孔(如彈孔)、表面損傷、小面積損傷與大面積損傷，如圖3所示。

圖3 橡膠壩損傷類型及修復(fù)技術(shù)

小傷口/穿孔的修復(fù)通常需要0.5～1.0 d的時間。但對于大面積損壞，可能需要更長的維修期。

因此對于不同類型的橡膠壩損傷可分別采取不同的補救措施，具體如下：

(1)小穿孔(彈孔)。氣壓記錄可以用來分析大壩是否漏水。在壩體上發(fā)現(xiàn)一個疑似洞有兩種方法：浸沒部分可檢查是否有氣泡從壩體冒出，而水上部分可涂上肥皂水，檢查是否有氣泡泄漏。通過插入塞子修理汽車輪胎的簡單方法可用于修理橡膠壩上的小穿孔(如彈孔)。這種技術(shù)的一個優(yōu)點是它不要求受損區(qū)域干燥。因此，大壩運行在修復(fù)期間不會中斷。在修補小穿孔時采用以下步驟：①清除導(dǎo)致壩體穿孔的物體，最好保持受損區(qū)域的清潔和干燥。②將一根涂有水泥的針插入穿刺孔數(shù)次，使水泥填滿這個孔。③將密封塞插入鉆孔。④將肥皂水涂在修理過的地方，測試是否漏氣，如果沒有氣泡出現(xiàn)，則修復(fù)成功。⑤切斷密封塞的末端[3-4]。

(2)表面損傷。為了修復(fù)表面損壞，采用以下簡單步驟：①切斷損壞區(qū)域的外表面。②清洗干燥后，將自硫化橡膠填充到受損區(qū)域。③去除突出的橡膠材料使外表面光滑。

(3)小面積損傷。對于小面積損壞，可按照以下步驟進行修復(fù)：①在受損區(qū)域周圍切斷外層橡膠約45°。②打磨切割表面，然后清潔并干燥。③在切割表面涂兩次水泥，第一層干燥后再涂第二層。④在填充橡膠上涂上水泥，然后在水泥干燥后將填充橡膠修補到切割表面上。⑤將水泥涂在增強織物上，待水泥干燥后將其修補到填充橡膠上。⑥用研磨機將所用的增強織物磨平。⑦重復(fù)步驟④—⑥，直到最后一塊鋼筋網(wǎng)覆蓋壩體外表面。⑧用加固織物修補受損區(qū)域的外表面。⑨執(zhí)行漏氣測試。

(4)大面積損傷。大面積損傷修復(fù)技術(shù)類似于小面積損傷修復(fù)技術(shù)，可在第⑧步后增加以下步驟：用增強織物修補損壞區(qū)域的內(nèi)側(cè)。

3 結(jié) 論

本文針對葉爾羌河中游渠首橡膠壩的優(yōu)點、運行機制、維護管理等問題進行了探討。得出橡膠壩具有結(jié)構(gòu)簡單、可充氣、可放氣、可靠等優(yōu)點，與傳統(tǒng)的鋼閘門相比，橡膠壩隨著跨徑的增大而變得更加經(jīng)濟有效。橡膠壩結(jié)構(gòu)簡單，加之創(chuàng)新的充放氣機制，運行方便，維護費用較低。使其在灌溉、供水、發(fā)電、防洪、環(huán)保、娛樂等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。針對橡膠壩的維護治理問題，應(yīng)采取預(yù)防性和糾正性維修措施，使橡膠壩盡可能長時間處于有效運行狀態(tài)。