适于大型输水渠道不停水修复的水下施工方法与流程

本发明涉及输水渠道不停水修复方法，尤其是涉及适于大型输水渠道不停水修复的水下施工方法。

背景技术：

目前，对于输水渠道的水上工程损害部分可以采用直接维修的方式，而对于水下工程损害修复一般采用停水修复的方法，停水方式可采用渠道全段停水或围堰局部停水两种方式，停水后可实现干地施工，施工速度快，效率高，施工质量容易得到保证。但是，渠道全段停水维修耗时比较长，严重影响渠道输水能力，致使输水渠道的效益不能充分发挥，对于局部水源单一地区，全段停水社会影响极大。

通过设置大型围堰形成局部静水区，实现局部停水进行水下修复，但目前存在的不足是：1、传统的围堰结构复杂，投资高实施难度较大。2、水下开挖精度难以控制，为保证开挖精度，需潜水员待水下开挖停止且水质澄清后再进行潜水查看，确认开挖情况，开挖效率低。3、水下开挖时，对于水下板结硬化的土体开挖，需结合高压水枪、铰吸式吸泥泵进行；对于铰吸式吸泥泵无法搅拌的固结粘土，还要采用35mpa高压水将粘土冲散后再使用吸泥泵进行清理，施工难度大；且对于卵砾石粒径较大的卵石土体开挖，铰吸式吸泥泵不适用，只有采用长臂反铲挖掘设备进行水下开挖；但是，长臂反铲挖掘设备需要在陆基上设置平台，但长臂反铲的有效开挖距离和自重较大的特点，制约者了其适用的范围。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种适于大型输水渠道不停水修复的水下施工方法，实现提高水下土体的开挖边界精度和开挖深度精度，提高开挖效率。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述适于大型输水渠道不停水修复的水下施工方法，按照下述步骤进行：

第一步、设置水下钢围挡将修复区域围封形成静水区，使所述钢围挡内、外水压平衡，水流静止；

第二步、水下土体开挖：在钢围挡围封的所述静水区内，使用水下开挖装置沿渠坡自下而上分层开挖所述修复区域；当一处的修复工位开挖完毕后，移动所述水下开挖装置至另一修复工位进行开挖，直至修复区域全部开挖完毕；

第三步、在开挖完毕的所述修复区域内，通过水下模袋混凝土或/和水下不分散混凝土浇筑完成水下修复。

所述钢围挡由多个结构相同的单元围挡通过螺栓连接构成；所述单元围挡包括底座，所述底座由三根纵撑和间隔焊接在所述三根纵撑上的多根横撑构成，每根所述的纵撑和横撑下表面均安装有橡胶缓冲垫；每根横撑与位于中间位置处的纵撑交叉处均向上固定连接有插槽，槽口相对设置的两个所述插槽之间均插装有挡流板；在每个插槽的两侧分别设置有斜撑，所述斜撑的上端与对应插槽的上部相连接，斜撑的下端与位于中间位置处纵撑两侧对应的横撑相连接。

所述水下开挖机械装置包括门式钢桁架，所述门式钢桁架由沿渠道轴向间隔设置的两个立桁架、固接在两个所述立桁架之间的顶桁架组成；位于两个立桁架上分别对称设置有与渠坡相平行的轨道，位于两个立桁架之间设置有桁架梁，所述桁架梁的两端分别通过滚轮与对应的一个所述轨道滚动配合；位于两个立桁架的两端下部分别垂直设置有多组支撑液压缸，每组所述支撑液压缸的活塞杆下端均设置有万向行走轮；桁架梁下方设置有至少一组开挖组件，每组所述开挖组件均通过链条或钢丝绳与设置在渠岸上由动力驱动的链轮或卷筒连接；开挖组件由滚筒式开挖刀具和集料斗组成，所述滚筒式开挖刀具和所述集料斗通过一组液压缸与桁架梁相铰接。

所述顶桁架由水平段和沿渠坡向下倾斜的斜坡段构成，在所述斜坡段顶桁架上设置有浮箱。

位于两个所述立桁架的两端外侧均设置有辅助支撑桁架。

本发明与现有技术相比，其优点体现在以下方面

1、采用不停水水中修复渠道，基本不影响渠道的输水能力，使输水渠道的效益得到充分发挥。

2、采用装配式钢围挡形成静水区，在降低水下施工难度的同时，避免了水下施工对渠道水质的污染。

3、采用水下开挖机械装置，大大提高了水下土体开挖的效率和精度，降低了水下土体开挖难度。

4、采用钢围挡、水下开挖机械装置，大部分组合工作可在岸上进行，安装效率高，可重复利用，经济效益较高。

附图说明

图1是本发明所述输水渠道修复断面的结构示意图。

图2是本发明所述单元围挡的结构示意图。

图3是本发明所述水下开挖机械装置的结构示意图（图中：虚线为液压管路，双点划线为链条）。

图4是图3的i-i部放大结构示意图。

图5是图3的a-a向断面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-5所示，本发明所述适于大型输水渠道不停水修复的水下施工方法，按照下述步骤进行：

第一步、设置水下钢围挡将修复区域围封形成静水区，使钢围挡内、外水压平衡，水流静止；钢围挡由多个结构相同的单元围挡通过螺栓连接构成；单元围挡包括底座，底座由三根纵撑1.1、1.2、1.3和间隔焊接在三根纵撑1.1、1.2、1.3上的四根横撑2.1、2.2、2.3、2.4构成，每根的纵撑和横撑下表面均安装有橡胶缓冲垫；每根横撑与位于中间位置处的纵撑1.2交叉处均向上固定连接有插槽3，槽口相对设置的两个插槽3之间均插装有挡流板4；每个插槽3的两侧分别设置有斜撑5.1、5.2，斜撑5.1、5.2的上端与对应插槽3的上部相连接，斜撑5.1、5.2的下端与位于中间位置处纵撑1.2两侧对应的横撑相连接。相邻插槽3之间通过螺栓连接有联系杆6.1、6.2，以提高单元围挡的强度，联系杆6.1、6.2选择角钢更利于快速安装和拆卸。

单元围挡在陆上完成拼装后，由起吊机具逐个将单元围挡调运至修复区域，相邻单元围挡之间通过螺栓连接为一体固定；修复区域单元围挡安装完成后，由起吊机具沿插槽3分块吊装挡流板4至插槽3内，完成挡流板4安装；然后采用碎石袋水下码放至底座上，码放三层，完成对修复区域的围挡。

第二步、水下土体开挖：在钢围挡围封的静水区内，使用水下开挖装置沿渠坡自下而上分层开挖修复区域。

水下开挖机械装置包括布置在修复区域内的门式钢桁架，门式钢桁架由沿渠道轴向间隔设置的两个立桁架7.1、7.2、固接在两个立桁架7.1、7.2之间的顶桁架组成。位于两个立桁架7.1、7.2的两端外侧均设置有辅助支撑桁架8.1、8.2，顶桁架由水平段9.1和沿渠坡10向下倾斜的斜坡段9.2构成，在斜坡段9.2顶桁架上设置浮箱11。两个立桁架7.1、7.2的一端位于渠底12，另一端位于渠岸上13。

位于两个立桁架7.1、7.2上分别对称设置有与渠坡相平行的轨道14、15，在两个立桁架7.1、7.2之间设置有桁架梁16，桁架梁16的两端分别通过滚轮17与对应的一个轨道滚动配合；位于两个立桁架7.1、7.2的两端下部分别垂直设置有多组支撑液压缸18.1、18.2，每组支撑液压缸18.1、18.2的活塞杆下端均设置有万向行走轮19；桁架梁16下方设置有二组开挖组件，每组开挖组件均通过链条20与设置在渠岸13上由动力驱动的链轮21连接；开挖组件由滚筒式开挖刀具22和集料斗23组成，滚筒式开挖刀具22和集料斗23通过一组液压缸24、25与桁架梁16相铰接。两组液压缸24、25由设置在渠岸13上的第三液压泵站26.3控制；滚筒式开挖刀具22的刀头27可以选择铲式刀头、铰刀式刀头或研磨式刀头。

水下开挖机械装置安装就位后，第三液压泵站26.3通过液压缸24控制滚筒式开挖刀具22的开挖位置和开挖深度，同时通过液压缸25控制集料斗23的高度；卷扬设备通过链轮21链条20带动开挖组件和桁架梁16沿轨道14、15移动分层开挖。

当门式钢桁架范围内的渠坡（修复工位）开挖完毕后，通过第一液压泵站26.1、第二液压泵站26.2控制多组支撑液压缸18.1、18.2的活塞杆伸出，通过万向行走轮19将门式钢桁架移动至下一个工作面（修复工位）进行开挖，直至修复区域全部开挖完毕。

第三步、在开挖完毕的修复区域内，通过水下模袋混凝土28或/和水下不分散混凝土29浇筑完成水下修复，如图1所示。

至此，输水渠道不停水修复的水下施工结束。