不停水施工围堰结构及不停水安装拆除围堰的施工方法与流程

本发明涉及水池、输水渠道不停水修复（开口）围堰，具体涉及圆弧钢板围堰及不停水安装拆除施工方法。

背景技术：

在泵站、水厂、渠道等蓄水建筑物的运行过程中，根据后期工程的设计要求，需要在不停水的条件下，在混凝土池壁、渠道混凝土直墙等蓄水构筑物墙壁开孔安装分水口（闸门、管道等）或堵漏修复等工作。

我国目前市场上承压混凝土池壁开孔安装分水口的方法主要是首先分段停水，平板钢围堰防护，然后进行混凝土开口、堵漏，最后是拆除围堰，恢复供水。

水厂水池、供水渠道涉及到人民群众的供水安全问题，因施工而临时停水会造成非常大的经济损失和社会影响；目前的平板挡水围堰，不但加工、安装及拆除成本高，而且施工周期长，增加临时停水时间。

申请人在组织设计不停水施工围堰结构时，首先考虑了依靠自重与蓄水构筑物侧壁实现密封的结构，这种结构的缺陷一是重量大，否则不足以在围堰结构与蓄水构筑物侧壁之间形成密封；缺陷二是只适用于倾斜的蓄水构筑物侧壁，对于竖直或接近竖直的蓄水构筑物侧壁，无论多重的围堰也不能依靠自重压紧蓄水构筑物侧壁，也就无法形成密封。其中，缺陷一进一步导致了材料成本较高、不便于制造、运输、安装和拆卸，安装和拆卸效率较低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单轻便、成本较低、安装和拆卸效率较高、同时适用于竖直和倾斜的蓄水构筑物侧壁的不停水施工围堰结构。

为实现上述目的，本发明的不停水施工围堰结构包括上端敞口的围堰结构，围堰结构包括用于与待施工的蓄水构筑物侧壁相贴的施工侧壁、与施工侧壁同高的围护侧壁以及底板，施工侧壁、围护侧壁以及底板相互连接形成围堰结构；

施工侧壁包括在同一平面内由上至下依次焊接的上半壁、连接框架和下半壁，连接框架围成用于施工的工作开口，围护侧壁、上半壁、下半壁以及工作开口的宽度相同；上半壁顶端与围护侧壁顶端齐平，下半壁高500±200毫米；连接框架面向蓄水构筑物侧壁的表面沿周向设有止水条，止水条用于压紧蓄水构筑物侧壁并密封工作开口；

施工侧壁左右两侧的连接框架分别连接有液压压紧机构；

液压压紧机构包括液压缸，液压缸的伸出杆固定连接有同轴线设置的延长杆，延长杆上端与连接框架相铰接；

液压缸的缸体下端铰接有防滑钢靴，防滑钢靴用于支撑在蓄水构筑物底壁上；液压缸的伸出杆的轴线与铅垂线的夹角为15±5度。

围堰结构的施工侧壁、围护侧壁以及底板均为钢制，施工侧壁、围护侧壁以及底板焊接在一起；延长杆为钢管，延长杆与液压缸的伸出杆相焊接。

防滑钢靴包括水平钢板，水平钢板向上连接有铰接轴套，铰接轴套与液压缸的缸体下端相铰接；水平钢板向下连接有金属制成的防滑齿，防滑齿用于支撑在蓄水构筑物底壁上；围堰结构的水平截面呈半圆弓形。

止水条采用p型止水条，p型止水条内设有空腔，p型止水条的空腔连接有通气管，通气管连接有空气压缩机；通气管上设有气阀；两套液压压紧机构均与液压控制系统相连接，液压控制系统用于控制两套液压压紧机构同步动作。

围护侧壁的内表面设有加强筋。

本发明还提供了使用上述不停水施工围堰结构进行的不停水安装拆除围堰的施工方法，按以下步骤进行：

第一步骤是加工；

第一步骤包括不分先后顺序进行的止水条加工、防滑钢靴加工、液压缸加工、围堰结构的施工侧壁加工、围堰结构的围护侧壁加工以及围堰结构的底板加工；

止水条加工是截取与连接框架的周向长度相等的p型止水条；

第二步骤是拼装；

将围堰结构的施工侧壁、围堰结构的围护侧壁和围堰结构的底板焊接形成上端敞口的围堰结构；

围绕施工侧壁的连接框架，使用压板贴在p型止水条上，使用螺栓穿过压板和p型止水条并与连接框架螺纹连接，拧紧螺栓从而将p型止水条压在连接框架上；p型止水条内的空腔部分位于压板以外并用于与蓄水构筑物侧壁密封配合；压板上每隔300毫米设置一个所述螺栓；

将液压缸的缸体底端通过防滑钢靴的铰接轴套与防滑钢靴相铰接，将延长杆的端部与连接框架相铰接；

在防滑钢靴与施工侧壁的顶部或者围护侧壁的顶部之间连接缆绳，通过缆绳使液压缸的伸出杆的轴线与铅垂线的夹角落在15±5度的范围内；优选在施工侧壁的顶部或者围护侧壁的顶部焊接连接环，在连接环与防滑钢靴之间连接缆绳。

第三步骤是围堰下水就位；

在需开口或维修的蓄水构筑物侧壁上划线定位，标注围堰结构入水深度和入水位置，在预定的围堰结构的施工侧壁的上部位置处的蓄水构筑物侧壁上打孔，并放入膨胀螺栓的膨胀管；

使用吊车将围堰结构整体起吊后下放入水，在防滑钢靴触底后继续下放，直到连接框架处的p型止水条紧贴蓄水构筑物侧壁且围堰结构不再在重力的作用下下落时停止下放动作，使吊车放开围堰结构；

第四步骤是加固；

使用膨胀螺栓穿过围堰结构的施工侧壁并伸入膨胀管中，拧紧膨胀螺栓将围堰结构的上部固定在蓄水构筑物侧壁上；

通过液压控制系统启动两套液压压紧机构的液压缸，使两个液压缸的延长杆同步伸出，将围堰结构的施工侧壁及p型止水条紧压在蓄水构筑物侧壁上，在工作开口的周边形成密封；

第五步骤是抽水；

使用潜水泵抽排围堰结构中的水，使围堰结构中的水位低于工作开口的下端，此时工作人员即可以围堰内对蓄水构筑物侧壁进行开口或维护的施工工作，实现不停水施工。

围堰结构的围护侧壁加工是：使成品钢管或采用卷板机将钢板加工成圆筒，将成品钢管或圆筒沿轴线分割为两半形成两个围堰结构的围护侧壁，每个围堰结构的围护侧壁的截面呈半圆弓形；

围堰结构的施工侧壁加工是：在同一平面内将上半壁、连接框架和下半壁由上至下依次焊接形成施工侧壁；

围堰结构的底板加工是将一张平面钢板裁剪成与围堰结构的围护侧壁相匹配的半圆弓形；

液压缸加工是在液压缸的伸出杆上同轴焊接由钢管制成的延长杆；

防滑钢靴加工是先制作正方形钢板，然后在正方形钢板上表面焊接铰接轴套，在正方形钢板下表面焊接3－5个防滑钢齿；正方形钢板的尺寸优选为200毫米×200毫米×10毫米。

还包括有第六步骤，第六步骤是围堰拆除；

蓄水构筑物侧壁处的施工完成后，通过液压控制系统启动两套液压压紧机构的液压缸，使两个液压缸的延长杆同步收回，p型止水条不再紧压蓄水构筑物侧壁从而失去密封作用；拆除围堰结构上部的膨胀螺栓，待工作开口处向围堰结构内注水至围堰结构内外的水面相平齐后，用吊车整体吊起围堰结构，完成围堰拆除工作。

第五步骤中，当工作人员观察到工作开口处漏水严重、在施工需要的时间内水位可能上升至工作开口处时，工作人员打开气阀，开启空气压缩机向p型止水条的空腔内充气，使p型止水条膨胀从而提高开作开口处的密封程度；p型止水条膨胀后，关闭气阀和空气压缩机。

第五步骤中，如果p型止水条的空腔内充气后，工作人员仍然观察到工作开口处漏水严重、在施工需要的时间内水位可能上升至工作开口处时，工作人员在围堰结构内设置小流量潜水泵并开启小流量启水泵持续将围堰结构内的积水排出，直到施工完毕；小流量潜水泵的排水速度与工作开口处的漏水速度相匹配。

本发明具有如下的优点：

如果在水下采用液压缸（千斤顶），使液压缸一端（如缸体）顶在平行或近似平行于待施工的蓄水构筑物侧壁的水下靠背结构上，使液压缸另一端（如伸出杆）顶在围堰结构上，则可以给围堰结构施加压紧蓄水构筑物侧壁的水平力，从而在围堰结构和蓄水构筑物侧壁之间形成密封，此时就能够抽出围堰结构中的水，在围堰中对蓄水构筑物侧壁进行施工。但水下很难恰好在蓄水构筑物侧壁邻近处具有平行或近似平行于待施工的蓄水构筑物侧壁的水下靠背结构。

采用本发明的结构，在无须水下靠背结构的前提下，能够通过液压缸方便地将围堰结构紧压在蓄水构筑物侧壁上形成密封，因而摆脱了对水下靠背结构的依赖，适用于任何蓄水构筑物侧壁的施工。

液压缸通过延长杆施给连接框架的力形成了沿蓄水构筑物侧壁向上的竖向分力和垂直于蓄水构筑物侧壁的水平分力。在蓄水构筑物侧壁竖直或接近竖直时，由于液压缸的伸出杆的轴线与铅垂线的夹角为15±5度，能够保证竖向分力远远大于水平分力，因而保证了防滑钢靴与蓄水构筑物底壁之间的摩擦力大于水平分力，从而防止在水平分力的反作用力的作用下，防滑钢靴向远离蓄水构筑物侧壁的方向移动，进而保证水平分力不会过小甚至消失，利用足够的水平分力来产生较好的密封效果。

总之，液压缸的伸出杆的轴线与铅垂线的夹角为15±5度，能够防止防滑钢靴打滑，确保足够的压紧力（水平分力）来保持工作开口处的密封。

本发明能够通过向p型止水条的空腔内充气而使p型止水条膨胀，提高工作开口处的密封性。

本发明的不停水安装拆除围堰的施工方法步骤简便，围堰结构便于制作和、安装和拆卸，围堰结构便于在不同的蓄水构筑物的施工中反复使用，降低了施工成本。

小流量潜水泵的排水速度与工作开口处的漏水速度相匹配，实现了边抽水边施工，进一步降低了工程中的精确性，即便p型止水条没有发挥良好的密封性能，也能够实现不停水施工。

本发明不仅适用于倾斜的蓄水构筑物侧壁，也适用于竖直的蓄水构筑物侧壁，相比依靠自重与蓄水构筑物侧壁实现密封的结构（不适用于竖直的蓄水构筑物侧壁）具有更广泛的适应性，并且成本低、易于安装拆卸。

附图说明

图1是本发明的不停水施工围堰结构的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中b处的放大图；

图4是图1中a处的放大图；

图5是图1中施工侧壁的右视结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的不停水施工围堰结构包括上端敞口的围堰结构，围堰结构包括用于与待施工的蓄水构筑物侧壁5相贴的施工侧壁1、与施工侧壁1同高的围护侧壁2以及底板3，施工侧壁1、围护侧壁2以及底板3相互连接形成围堰结构；

施工侧壁1包括在同一平面内由上至下依次焊接的上半壁101、连接框架4和下半壁102，连接框架4围成用于施工的工作开口6，围护侧壁2、上半壁101、下半壁102以及工作开口6的宽度相同；上半壁101顶端与围护侧壁2顶端齐平，下半壁102高500±200毫米（下半壁102高度即积水和抽水工作的最大深度）；连接框架4面向蓄水构筑物侧壁5的表面沿周向设有止水条，止水条用于压紧蓄水构筑物侧壁并密封工作开口6；

连接框架4优选采用方形框架，也可以采用其他形状（如圆形或椭圆形）的框架，可以采用槽钢或角钢制成。工作开口6在图1中位于正对蓄水构筑物侧壁的开口8的位置。图1中标号9所示为设计水位。

施工侧壁1左右两侧的连接框架4分别连接有液压压紧机构；

液压压紧机构包括液压缸10（千斤顶是液压缸10的一种，优选采用5吨千斤顶），液压缸10的伸出杆固定连接有同轴线设置的延长杆11，延长杆11上端与连接框架4相铰接；具体的，连接框架4优选采用槽钢结构，延长杆11上端通过铰接轴与所述槽钢结构相铰接。

液压缸10的缸体下端铰接有防滑钢靴，防滑钢靴用于支撑在蓄水构筑物底壁（如水池的池底）上；液压缸10的伸出杆的轴线与铅垂线的夹角为15±5度（包括10度和20度）。

本发明中，液压系统优选采用纯净水代替液压油，这样能够避免水质污染。

具体地，围堰结构的施工侧壁1、围护侧壁2以及底板3均为钢制并均厚5－10毫米，施工侧壁1、围护侧壁2以及底板焊接在一起；延长杆11为钢管（优选采用直径110毫米的钢管），延长杆11与液压缸10的伸出杆相焊接。

防滑钢靴包括水平钢板12，水平钢板12向上连接有铰接轴套13，铰接轴套13与液压缸10的缸体下端相铰接；水平钢板12向下连接有金属制成的防滑齿14，防滑齿14用于支撑在蓄水构筑物底壁上；围堰结构的水平截面呈半圆弓形。

止水条7采用p型止水条，p型止水条内设有空腔15，p型止水条的空腔15连接有通气管，通气管连接有空气压缩机；通气管上设有气阀；两套液压压紧机构均与液压控制系统相连接，液压控制系统用于控制两套液压压紧机构同步动作。

围护侧壁2的内表面设有角钢制成的加强筋。加强筋、通气管和空气压缩机均为常规部件，图未示。

本发明还公开了使用上述不停水施工围堰结构进行的不停水安装拆除围堰的施工方法，按以下步骤进行：

第一步骤是加工；

第一步骤包括不分先后顺序进行的止水条7加工、防滑钢靴加工、液压缸10加工、围堰结构的施工侧壁1加工、围堰结构的围护侧壁2加工以及围堰结构的底板3加工；

止水条7加工是截取与连接框架4的周向长度相等的p型止水条；

第二步骤是拼装；

将围堰结构的施工侧壁1（包括上半壁101、槽钢制成的连接框架4和下半壁102）、围堰结构的围护侧壁2以及围堰结构的底板焊接形成上端敞口的围堰结构；

围绕施工侧壁1的连接框架4，使用压板17贴在p型止水条上，使用螺栓16穿过压板17和p型止水条并与连接框架4螺纹连接，拧紧螺栓16从而将p型止水条压在连接框架4上；p型止水条内的空腔15部分位于压板17以外并用于与蓄水构筑物侧壁5密封配合；压板17上每隔300毫米设置一个所述螺栓16；

将液压缸10的缸体底端通过防滑钢靴的铰接轴套13与防滑钢靴相铰接，将延长杆11的端部与连接框架4通过铰接轴相铰接；

在防滑钢靴与施工侧壁1的顶部或者围护侧壁2的顶部之间连接缆绳19，通过缆绳19使液压缸10的伸出杆的轴线与铅垂线的夹角落在15±5度的范围内；优选在施工侧壁1的顶部或者围护侧壁2的顶部焊接连接环18，在连接环18与防滑钢靴之间连接缆绳19。

第三步骤是围堰下水就位；

在需开口或维修的蓄水构筑物侧壁5上划线定位，标注围堰结构入水深度和入水位置，在预定的围堰结构的施工侧壁1的上部位置处的蓄水构筑物侧壁5上打孔，并放入膨胀螺栓的膨胀管；

使用吊车将围堰结构整体起吊后下放入水，在防滑钢靴触底（角度指落在蓄水构筑物底壁上）后继续下放，直到连接框架处的p型止水条紧贴蓄水构筑物侧壁5且围堰结构不再在重力的作用下下落时停止下放动作，使吊车放开围堰结构；

第四步骤是加固；

使用膨胀螺栓穿过围堰结构的施工侧壁1并伸入膨胀管中，拧紧膨胀螺栓将围堰结构的上部固定在蓄水构筑物侧壁5上；

通过液压控制系统启动两套液压压紧机构的液压缸10，使两个液压缸10的延长杆11同步伸出，将围堰结构的施工侧壁1及p型止水条紧压在蓄水构筑物侧壁5上，在工作开口6的周边形成密封；

第五步骤是抽水；

使用大流量潜水泵抽排围堰结构中的水，使围堰结构中的水位低于工作开口6的下端，此时工作人员即可以围堰内对蓄水构筑物侧壁5进行开口或维护的施工工作，实现不停水施工。

围堰结构的围护侧壁2加工是：使用预定尺寸的成品钢管或采用卷板机将预定尺寸的钢板加工成圆筒，将成品钢管或圆筒沿轴线分割为两半形成两个围堰结构的围护侧壁2，每个围堰结构的围护侧壁2的截面呈半圆弓形；

围堰结构的施工侧壁1加工是：在同一平面内将上半壁101、连接框架4和下半壁102由上至下依次焊接形成施工侧壁1；

围堰结构的底板加工是将一张平面钢板裁剪成与围堰结构的围护侧壁2相匹配的半圆弓形；

液压缸10加工是在液压缸10（具体是5吨千斤顶）的伸出杆上同轴焊接由（直径110毫米的）钢管制成的延长杆11；

防滑钢靴加工（制作两套防滑钢靴）是先制作正方形钢板，然后在正方形钢板上表面焊接铰接轴套13，在正方形钢板下表面焊接3－5（包括两端值）个防滑钢齿；正方形钢板的尺寸优选为200毫米×200毫米×10毫米。

还包括有第六步骤，第六步骤是围堰拆除；

蓄水构筑物侧壁5处的施工（开口或检修维护）完成后，通过液压控制系统启动两套液压压紧机构的液压缸10，使两个液压缸10的延长杆11同步收回，p型止水条不再紧压蓄水构筑物侧壁5从而失去密封作用；拆除围堰结构上部的膨胀螺栓，待工作开口6处向围堰结构内注水至围堰结构内外的水面相平齐后，用吊车整体吊起围堰结构，完成围堰拆除工作。

第五步骤中，当工作人员观察到工作开口6处漏水严重、在施工需要的时间内水位可能上升至工作开口6处时，工作人员打开气阀，开启空气压缩机向p型止水条的空腔15内充气，使p型止水条膨胀从而提高开作开口处的密封程度；p型止水条膨胀后，关闭气阀和空气压缩机。空气压缩机的排气压力为2兆帕。

第五步骤中，如果p型止水条的空腔15内充气后，工作人员仍然观察到工作开口6处漏水严重、在施工需要的时间内水位可能上升至工作开口6处时，工作人员在围堰结构内设置小流量潜水泵（相对于第一次抽水时的流量较大的潜水泵）并开启小流量启水泵持续将围堰结构内的积水排出，直到施工完毕；小流量潜水泵的排水速度与工作开口6处的漏水速度相匹配。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。