用于渠道修复的钢围堰的制作方法

本实用新型涉及一种围堰，具体是一种用于渠道修复的钢围堰。

背景技术：

由于水资源分布不均，为了缓解缺水地区的用水紧张状况，大型输调水工程应运而生。其中南水北调工程是解决我国水资源分布与社会生产力布局不相适应的矛盾、促进地区经济繁荣和社会发展与保护生态环境、支撑缺水地区可持续发展的重要基础设施。南水北调中线干线工程全长1432km，包括总干渠和天津干渠两部分。总干渠自陶岔渠首至北拒马河中支南岸为明渠段，渠线全长1197km(其中渠道长1103km)，主要由全挖、全填和半挖半填土质渠道组成，少部分为石方渠道和土岩结合渠道。

中线总干渠渠道采用梯形断面，全断面现浇混凝土衬砌板。渠道断面底宽约29～7m，边坡系数约2.0～3.5，设计水深8m～3.8m。渠坡混凝土衬砌板厚10cm，渠底混凝土衬砌板厚8cm，渠坡分缝为每12m一条通缝，12m之间每4m一条半缝；衬砌混凝土强度等级为C20，主要起到保护下部土工防渗膜，减小糙率的作用。衬砌板下部的复合土工膜是整个渠道的防渗层，土工膜下部为基层，部分渠段下部为保温板。

南水北调渠道在输水运行过程中混凝土衬砌板受渠道水位变化、排水体系运行状况、冻融、施工质量等多种因素的影响，可能会出现开裂、塌陷、抗浮失稳等形式的损坏，当衬砌板发生破坏时，会在一定程度上导致局部水头损失增加、防渗体系破坏、严重时导致坡体土软化导致边坡失稳， 影响到渠道的安全运行。由于中线总干渠投入运行后，担负着向北京、天津等大中型城市居民生活及工业生产的供水任务，一旦供水中断，影响面广、造成的社会影响大。目前不断水的渠道修复方式主要有两种，一种是水下修复，但是水下修复方法其恢复能力有限，而且修复费用高，修复效果不明显；另外一种是局部围堰修复，虽然局部围堰方案相对而言基本可按设计要求进行修复，但现有的局部围堰在修复期间对渠道输水将造成一定的影响，且由于围堰体积大，在安装和拆除都比较麻烦，拆除后渠道清理难度大。

技术实现要素：

本实用新型根据现有技术的不足提供一种用于渠道修复的钢围堰，该围堰可适应于不同体型的渠道，对渠道内不同部位快速移动、安装、拆除、检修作用，并可循环使用，便于维护保养和运输存放，能在不中断渠道通水的情况下创造出干的维修条件。

本实用新型提供的技术方案：所述一种用于渠道修复的钢围堰，其特征在于：所述钢围堰是由与水流方向相同的纵向围堰和置于纵向围堰两侧并与水流方向垂直的横向围堰围合而成的三面挡水围堰，所述纵向围堰是由两个纵向接头围堰和一个或多个纵向中间段围堰拼接而成；每个横向围堰是由横向接头段围堰、一个或多个横向中间段围堰、横向尾段围堰拼接而成；所述纵向接头围堰、纵向中间段围堰、横向接头段围堰、横向中间段围堰和横向尾段围堰均由浮箱式底板和垂直于浮箱式底板的密封挡水板组成，在每个浮箱式底板上设有与相邻浮箱式底板拼接的连接构件，在每个纵向接头围堰的浮箱式底板上设有与横向围堰连接的凹槽，在横向接头 段围堰与纵向接头围堰连接端设有连接插块，两侧的横向围堰分别通过其横向接头段围堰上的连接插块插入对应侧纵向接头围堰上的凹槽内，并与纵向围堰密封连接。

本实用新型进一步的技术方案:所述纵向围堰和横向围堰的每段围堰的挡水板与浮箱式底板通过转动机构连接，所述转动机构包括转轴、液压油缸和液压控制系统，所述转轴有两个，分别设置在挡水板底部两侧，液压油缸的缸体端固定在浮箱式底板上，活塞端固定在挡水板上，所述液压控制系统置于挡水板顶端，在液压控制系统的控制下液压油缸伸缩带动挡水板沿着转轴转动至平行或垂直于浮箱式底板。

本实用新型较优的技术方案：所述连接构件是由能相互匹配卡紧的定位齿和锁紧油缸组成；所述纵向围堰每段围堰中浮箱式底板宽度相等，在每个纵向中间段围堰的浮箱式底板两侧分别设有定位齿，在每个纵向接头围堰的浮箱式底板与纵向中间段围堰的浮箱式底板连接侧设有定位齿，两相邻浮箱式底板上的定位齿相互匹配卡接，并通过锁紧油缸锁紧；所述横向接头段围堰、横向中间段围堰和横向尾段围堰的浮箱式底板宽度依次减小，在横向接头段围堰和横向尾段围堰与横向中间段围堰的连接端分别设有定位齿，在横向中间段围堰的两侧均设有定位齿，设置横向中间段围堰靠近横向接头段围堰侧的定位齿宽度大于靠近横向尾段围堰侧的定位齿的宽度，且两相邻横向围堰上的定位齿相互匹配卡接，并通过锁紧油缸锁紧。

本实用新型较优的技术方案：在所述纵向围堰和横向围堰每段围堰的上设有充放水液控阀门和空气压缩阀门。

本实用新型较优的技术方案：在每个纵向接头围堰的浮箱式底板与横向 围堰连接侧设有凸出连接块，凸出连接块的底面为倾斜面，所述凹槽开设在凸出连接块上，在凸出连接块的底面设有第一密封橡胶垫；所述横向接头段围堰为倒置L型箱体，其横向凸出部分形成连接插块，并与凹槽的大小相同，倒置L型箱体的横向接头段围堰通过其横向凸出部分嵌入凹槽内，并在两者的连接面设有第二密封橡胶垫。

本实用新型较优的技术方案：所述纵向围堰和横向围堰的每段围堰的浮箱式底板与挡水板连接的一侧设有连接侧板，且连接侧板与挡水板的连接面为内高外低的倾斜面，并在挡水板与连接侧板之间设有第三密封橡胶垫。

本实用新型较优的技术方案：所述横向围堰的横向接头段围堰、一个或多个横向中间段围堰、横向尾段围堰拼接后其挡水板组成一个角端朝向尾段围堰的三角形挡板，且两个横向围堰的横向接头段围堰的挡水板与对应侧的纵向接头围堰的挡水板之间密封触接，并在接触面设有第四密封橡胶垫。

本实用新型较优的技术方案：所述纵向围堰和横向围堰的挡水板是由正面挡水板、两侧挡水板和顶板组成，所述液压控制系统置于顶板上，两侧挡水板分别通过转轴与浮箱式底板连接，液压油缸的一端固定浮箱式底板的中央位置，另一端连接在正面挡水板的中央位置。

本实用新型较优的技术方案：所述纵向围堰和横向围堰中两相邻浮箱式底板之间设有第五密封橡胶垫；在每个浮箱式底板的底面设有第六密封橡胶垫。

本实用新型较优的技术方案：所述浮箱式底板内通过隔板分隔成多个 腔体，且多个腔体的上部相互连通，所述充放水液控阀门设置在浮箱式底板与挡水板相反的一侧腔体上。

本实用新型的每个浮箱结构尺寸不大于以下尺寸：长度大于14米(含14米)小于20米；宽度大于3.5米(含3.5米)小于4.5米；高度大于3米(含3米)小于3.8米；重量大于20吨(含20吨)小于100吨。浮箱结构运输尺寸不大于上述尺寸。

所述纵向围堰为浮箱结构最大运输状态外廓尺寸：长9米，宽5米，高3.0米，运输重量45吨。浮箱的挡水板可挡水水头7.2米。运输时，挡水闸门平卧在浮箱箱体上。挡水时，液压缸操作挡水闸门垂直挡水，浮箱内设充放水液控阀门，和空气压缩阀门。横向围堰的浮箱结构最大的运输状态外廓尺寸控制：长9米，宽5米，高3.0米，运输重量45吨。浮箱斜卧在围堰斜坡上，上表面的挡水板为异形挡水板，接头段挡水水头7.2米。挡水时，液压缸操作挡水闸门垂直挡水，浮箱内设充放水液控阀门和空气压缩阀门。

本实用新型横向围堰与纵向围堰联接的端部结构为异形箱型结构，按照最大斜坡坡度1：2设计上翘角度，其可适应如1：2～3.5等不同渠道斜坡坡度；横向围堰靠近渠道斜坡上端采用三角形平面闸门，挡水状态下，三角形平面闸门下端止水橡皮紧贴斜坡上。纵向围堰与横向围堰联接的端部结构为可活动的箱形结构，液压缸操作，下端箱形结构用于与横向围堰止水兼做承受横向围堰的水压力，上端箱形结构用于与横向围堰止水，并将水压力通过液压缸传递给横向围堰。为防止液压油对渠道水质的污染，采用水作液压介质。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型可以在不中断渠道通水的情况下，创造干的检修条件，可适应于不同体型渠道，可适应于不同体型渠道，对渠道内不同部位进行快速移动、安装、拆除、检修作业，并满足方便运输和存放；

(2)本实用新型所述的钢围堰可以在水面上拼装，拼装完成之后再沉入水中，避免可对渠道水质的污染，减少对渠道输水的影响，不会对渠道衬砌板块的破坏；

(3)本实用新型采用金属结构浮箱液压操作临时挡水措施，并且在同一区域，不同坝段可快速转移拼装，不影响水流。

(4)本实用新型的围堰可应适应渠道边坡系数2.0～3.5m，围堰安全、快捷、可循环使用，并便于维护保养。

本实用新型对渠道输水能力影响相对较小，并可重复多次使用，对环境及水体影响小，其构建体积小，便于安装、运输、存放与维护保养，作业区域大小可根据需要确定，布置较为灵活，能适应多种边坡形状，且挡水运行稳定性较好。此方案存在与衬砌板渠底及边坡接触面之间的止水等技术问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是纵向围堰的挡水板呈垂直状态时本实用新型的侧视图；

图4是纵向围堰的挡水板折叠时本实用新型的侧视图；

图5是本实用新型横向围堰的俯视图；

图6是本实用新型横向围堰的侧视图；

图7是本实用新型中浮箱的连接示意图；

图8是本实用新型中浮箱的结构示意图；

图9是本实用新型中纵向中间段围堰的结构示意图；

图10是本实用新型中纵向接头段围堰的结构示意图；

图11是本实用新型中横向中间段围堰的结构示意图；

图12是本实用新型中横向接头段围堰俯视图；

图13是本实用新型中横向接头段围堰正视图；

图14是本实用新型中横向接头段围堰侧视图；

图15是本实用新型中横向尾段围堰侧视图；

图16是本实用新型中横向尾段围堰正视图；

图17是本实用新型中横向尾段围堰俯视图；

图18是本实用新型中横向围堰与纵向围堰连接处的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1、图2所示的一种用于渠道修复的钢围堰，其特征在于：所述钢围堰是由与水流方向相同的纵向围堰1和置于纵向围堰两侧并与水流方向垂直的横向围堰2围合而成的三面挡水围堰，所述纵向围堰1是由两个纵向接头围堰1-1和一个或多个纵向中间段围堰1-2拼接而成，纵向中间段围堰1-2的个数根据需要维修渠道的长度确定，确保将所有待维修的渠道都围起来；如图5和图6所示每个 横向围堰2是由横向接头段围堰2-1、一个或多个横向中间段围堰2-2、横向尾段围堰2-3拼接而成，横向中间段围堰2-2的个数根据渠道坡面的长度确定。所述纵向围堰1和横向围堰2的每段围堰的浮箱式底板3与挡水板4连接的一侧设有连接侧板3-1，且连接侧板3-1与挡水板4的连接面为内高外低的倾斜面，并在挡水板4与连接侧板3-1之间设有第三密封橡胶垫12-2，可以使挡水板4与连接侧板3-1打开状态下密封连接，并且在外侧水压的作用下越压越紧，避免水漏围堰围合的区域内。所述纵向围堰1和横向围堰2中两相邻浮箱式底板3之间设有第五密封橡胶垫12-4，可以使两相邻围堰连接的更加紧密；在每个浮箱式底板3的底面设有第六密封橡胶垫12-5，可以在水压的作用下，使围堰底面与水渠底面密封贴合。

如图9、图10、图11、图14和图15所示，所述纵向接头围堰1-1、纵向中间段围堰1-2、横向接头段围堰2-1、横向中间段围堰2-2和横向尾段围堰2-3均由浮箱式底板3和垂直于浮箱式底板3的密封挡水板4组成，在每个浮箱式底板3上设有与相邻浮箱式底板拼接的连接构件6。所述纵向围堰1和横向围堰2的每段围堰的挡水板4与浮箱式底板3通过转动机构连接，所述转动机构包括转轴5、液压油缸9和液压控制系统10，所述转轴5有两个，分别设置在挡水板4底部两侧，液压油缸9的缸体端固定在浮箱式底板3上，活塞端固定在挡水板4上，所述液压控制系统10置于挡水板4顶端，在液压控制系统10的控制下液压油缸9伸缩带动挡水板4沿着转轴5转动至平行或垂直于浮箱式底板3。所述纵向围堰1和横向围堰2的挡水板4是由正面挡水板4-1、两侧挡水板4-2和顶板4-3组成，所述液压控制系统10置于顶板4-3上，两侧挡水板4-2分别通过转轴5与浮箱式 底板3连接，液压油缸9的一端固定浮箱式底板3的中央位置，另一端连接在正面挡水板4-1的中央位置。

如图8所示，在所述纵向围堰1和横向围堰2每段围堰的浮箱式底板3上设有充放水液控阀门13和空气压缩阀门14，可以用来充水，使其下沉，或者充气使其浮起来。所述浮箱式底板3内通过隔板分隔成多个腔体，且多个腔体的上部相互连通，所述充放水液控阀门13设置在浮箱式底板3与挡水板4相反的一侧腔体上，可以确保在充水时，先将浮箱外侧注满，保持整个围堰的平衡。

如图10所示，在每个纵向接头围堰1-1的浮箱式底板3与横向围堰2连接侧设有凸出连接块11，凸出连接块11的底面为倾斜面，在凸出连接块11上开设有与横向围堰1连接的凹槽7，在凸出连接块11的底面设有第一密封橡胶垫12；如图5和图12所示，所述横向接头段围堰2-1为倒置L型箱体，其横向凸出部分形成与纵向接头围堰1-1连接端设有连接插块8，该连接插块与凹槽7的大小相同。如18所示，倒置L型箱体的横向接头段围堰2-1通过其横向凸出部分嵌入凹槽7内，并在两者的连接面设有第二密封橡胶垫12-1。

如图7所示，所述连接构件6是由能相互匹配卡紧的定位齿6-1和锁紧油缸6-2组成；所述纵向围堰1每段围堰中浮箱式底板3宽度相等，在每个纵向中间段围堰1-2的浮箱式底板3两侧分别设有定位齿6-1，在每个纵向接头围堰1-1的浮箱式底板3与纵向中间段围堰1-2的浮箱式底板3连接侧设有定位齿6-1，两相邻浮箱式底板3上的定位齿6-1相互匹配卡接，并通过锁紧油缸6-2锁紧；如图5所示，所述横向接头段围堰2-1、横向中间段 围堰2-2和横向尾段围堰2-3的浮箱式底板宽度依次减小，在横向接头段围堰2-1和横向尾段围堰2-3与横向中间段围堰2-2的连接端分别设有定位齿6-1，在横向中间段围堰2-2的两侧均设有定位齿6-1，设置横向中间段围堰2-2靠近横向接头段围堰2-1侧的定位齿6-1宽度大于靠近横向尾段围堰2-3侧的定位齿6-1的宽度，且两相邻横向围堰上的定位齿6-1相互匹配卡接，并通过锁紧油缸6-2锁紧。

如图6所示，所述横向围堰1的横向接头段围堰2-1、一个或多个横向中间段围堰2-2、横向尾段围堰2-3拼接后其挡水板4组成一个角端朝向尾段围堰的三角形挡板，如图3和图4所示，两个横向围堰的横向接头段围堰2-1的挡水板4与对应侧的纵向接头围堰1-1的挡水板4之间密封触接，并在接触面设有第四密封橡胶垫12-3，在水压的作用下，横向围堰与纵向围堰连接更加紧密。

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，实施例中的围堰浮箱长5米，底部宽9米，重量45吨，折合每米重9.0吨。按7m水深考虑

每延米水重：9×7＝63吨

浮箱自重：45.0吨，每延米9.0吨

每延米横向水压力：(7×7)/2＝24.5吨

(1)箱底与渠道衬砌板之间抗滑稳定

箱底与渠道衬砌板之间的摩擦系数取0.45；抗滑稳定安全系数为：

K＝(63+9)×0.45/24.5＝1.322；

(2)抗倾覆稳定

稳定力矩：72×4.5＝324吨米

倾覆力矩：24.5×2.4＝58.8吨米

稳定安全系数：324/58.5＝5.51

(3)基底应力计算

水平向水压力引起的附加应力：

б＝58.8×6/81＝4.35t/m²

基底最大应力＝7.5+4.35＝11.85t/m²＝118.5kPa；

基底最小应力＝7.5-4.35＝3.15t/m²＝31.5kPa；

衬砌板地基承载力按150kPa考虑即可满足要求。

本实用新型在安装前，需要对检修渠段及两端一定范围的局部渠段渠底的淤泥和杂物进行清理，清理工作可采用高压水枪水面作业于水下潜水检查配合进行，清理范围为围堰基坑向两端各延伸50m。取出围堰安装外边界向外的第2(排水孔间距大于等于5m)或3(排水孔间距小于等于4m)排安装在纵向透水软管上的逆止阀，并在孔内设置专用球形阻塞器，阻塞透水软管的水流通道(参见示意图中红色圆圈)，安装专用微型潜水泵。

本实用新型中的钢围堰安装步骤：

1)将钢围堰运到施工现场后，然后组装起来，首先分别组装纵向围堰1和横向围堰2，并通过连接构件6连接，围堰的挡水板4均呈水平状态；

2)采用平板车及起重吊将组装好的横向围堰2和纵向围堰1直接吊入有水渠12中，并使其在水面上漂浮、固定；

2)利用辅助工作船或围堰动力装置将钢围堰浮运至正确位置；

3)撑开纵向围堰1的每段围堰浮箱式底板3的挡水板4，并将纵向围堰浮箱与挡水板之间用液压缸快速连接；

4)移动横向围堰2浮箱使横向围堰2的横向接头段靠在纵向围1堰浮箱的端部，并将横向接头段围堰2-1上连接插块8与纵向围堰两端的纵向接头段围堰1-1上凹槽7插接，然后撑开横向围堰2浮箱上的挡水板4，并使纵向接头段围堰1-1与横向接头段围堰2-1密封联接，并通过放水液控阀门13向浮箱式底板内充水，沉入渠道底部；

5)浮箱和挡水板的底部及其两侧分别布置密封橡胶垫(止水橡皮)，挡水时，如图3所示，液压缸操作挡水板3垂直挡水；

6)待围堰形成后，使用大流量泵抽排钢围堰工作区内积水，暴露检修渠道面。随着围堰内水位下降，使用止水带对围堰局部漏水部位进行嵌堵止水，直至围堰内水排除干净；

7)钢围堰内形成无水的工作环境后，进行围堰的修复作业，待衬砌板修复验收合格后，拆除钢围堰。

钢围堰拆除时，首先在围堰内注满水，然后利用空压机从钢围堰顶端的空气压缩阀门14对钢围堰箱壁内缓慢充气，使钢围堰浮箱浮起，以进行下道工序的施工。