一种水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备

1.本实用新型涉及水利工程枢纽安全除险加固技术领域，更具体地说是一种水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备。


背景技术：

2.对于水利工程枢纽的安全问题一直是国家、社会和人民极为关注的问题，其能否安全稳定运行，是对发电、防洪及灌溉等功能的良好发挥的重要保障，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确指出，要实施防洪提升工程，解决防汛薄弱环节，加强水利枢纽工程的除险加固工作及研究，提高水利工程的防洪减灾功能。
3.水利工程的泄洪消能建筑物主要包括溢流坝(道)、水垫塘、泄流洞、水工闸门等，这些建筑物在水电站运行泄洪时，承受了巨大的高速水流冲击力，其混凝土底板非常容易发生冲刷、空蚀、磨蚀、振动损伤、底板劈裂和断裂等破坏。在底板遭到破坏之后，巨大的水流冲击会不断的淘刷建筑物基础，严重的会直接破坏坝基。据统计，国内外有近40％水利工程的泄洪消能建筑物发生过不同程度的破坏，如美国的libby、俄罗斯的sayano-shushenskaya，我国的五强溪、鱼塘、寺坪等水电站的消能防护设施都曾被破坏。并且在工程实践中，泄流结构一旦发生破坏，对整个水利工程的安全运行是一个巨大的隐患，随着基础的不断淘刷，极易引发溃坝等重大安全事故，也将严重威胁下游城市和人民的生命与财产安全。
4.在已有的研究与工程实践中，对于遭受破坏的消力池底板的修复方式，多采用两种修复方式：干地作业修复、直接水下修复。但这两种修复方式的均存在较大缺点。干地作业修复需要将消力池内的水全部抽排出去，耗时长且成本巨大；直接水下修复需水下处理破坏面，技术难度大，成本高，且处理效果欠佳。因此本研究团队提出水下混凝土破损干地修复装备，该装备可创造局部的干地环境，很好的解决了上述两种现有技术的不足问题。
5.然而，创造局部干地环境需要做好修复装备与水下混凝土之间的密封，如何做好止水是技术难题。在现有的技术应用中，多采用橡胶止水或橡胶气垫止水，这种技术在水工闸门上被大量采用，也获得了较好的止水效果。但由于水工闸门的工作环境与修复装备的工作环境不同，单纯采用橡胶止水会存在无法完全密封的问题，会有部分水透过橡胶止水进入修复装备内，造成创造干地施工条件的困难。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，克服现有技术中存在的单纯采用橡胶与混凝土接触的止水方法，会存在无法完全密封的问题，会有部分水透过橡胶止水进入修复装备内，造成创造干地施工条件的困难的问题。
7.本实用新型技术方案为：水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，所述止水装
备依附于水下混凝土破损干地修复装备本体，止水装备与水下混凝土破损干地修复装备本体之间采用螺栓和焊接方式连接构造；其主要包括一级p型止水，一级抽水舱，二级ω型止水，二级抽水舱，三级ω型止水，三级抽水舱，四级i 型止水，智能监测操控中心，集水头，外排水泵管，外排水泵，抽水舱进水孔，防水型电磁阀门；其中，一级p型止水、二级ω型止水、三级ω型止水、四级i 型止水通过止水压板、紧固螺栓依次固定于水下混凝土破损干地修复装备本体裙板下方；抽水舱进水孔依次设置于各级止水之间，均匀排列；防水型电磁阀门设置于抽水舱进水孔之上；一级抽水舱、二级抽水舱、三级抽水舱通过螺栓紧固或焊接方式依次连接于水下混凝土破损干地修复装备本体裙板上方；智能监测操控中心、集水头设置于每级抽水舱内部；外排水泵管连接于集水头、外排水泵相连接；外排水泵设置于每级抽水舱外部，亦可设置于每级抽水舱内部。
8.所述一级p型止水，二级ω型止水，三级ω型止水，四级i型止水依次与一级抽水舱，二级抽水舱，三级抽水舱协同工作，发挥止水作用，构筑成多道橡胶止水屏障、抽水止水屏障。
9.所述的智能监测操控中心，由微型计算机，水位监测传感器，水下摄像头，水下信号传输器，调控水泵，以及卫星定位系统组成；智能监测操控中心可通过水下信号传输器与外界远程监测、遥控及可视化终端进行信息交互。
10.所述的智能监测操控中心，其操控核心为微型计算机，具体工作流程为：微型计算机可预处理，以及通过水下信号传输器发送水下摄像头、水位监测传感器获取的相关信息，并且也可通过水下信号传输器接收远程监测、遥控及可视化终端的信息反馈或相关指令，控制防水型电磁阀、外排水泵及调节水泵完成相应的操作。
11.与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
12.1、本实用新型基于反向思考，允许橡胶止水做不到完全密封，采用逐级止水、逐级抽水的理念，通过逐级抽取掉止水后渗漏的水，大幅度削减橡胶止水后的水压力，很大程度上减少了进入水下混凝土破损干地修复装备本体内的水，弥补了单纯采用橡胶止水与混凝土接触无法完全密封止水的问题，可为水下混凝土破损干地修复装备实现干地作业保驾护航，助力水工建筑物除险加固，保障水利枢纽工程的长期安全运行。
13.2、本实用新型充分结合了智能化与可视化的理念，使得整个过程更加精准可控，可很好的实现技术装备与工程人员之间的的信息交互，工程人员可根据具体的实际情况，对装备发送指令，实现远程监测与控制。
附图说明
14.图1为水下混凝土破损干室舱修复装备整体正视图；
15.图2为水下混凝土破损干室舱修复装备整体俯视图；
16.图3为水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备内部示意图；
17.图4为水下混凝土破损干室舱修复装备整体a-a剖面图；
18.图5为图3水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备局部放大图；
19.图6为智能化操控技术流程图；
20.图中标号：1水下混凝土破损干室舱修复装备本体，2水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，3外排水泵管孔，4一级p型止水，5一级抽水舱，6防水型电磁阀门，7智能监测
操控中心，8二级抽水舱，9三级抽水舱，10外排水泵，11外排水泵管，12集水头，13抽水舱进水孔，14二级ω型止水，15三级ω型止水，16四级i型止水，17水位监测传感器，18紧固螺栓，19止水压板，20微型计算机，21水下摄像头，22水下信号传输器，23调控水泵，24卫星定位系统。
具体实施方式
21.如图1、2所示，水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备依附于水下混凝土破损干地修复装备本体，止水装备与水下混凝土破损干地修复装备本体之间采用螺栓和焊接等方式连接构造。
22.如图3、4所示，下混凝土破损干室舱修复智能止水装备主要包括一级p型止水4，一级抽水舱5，二级ω型止水14，二级抽水舱8，三级ω型止水15，三级抽水舱9，四级i型止水16，智能监测操控中心7，集水头12，外排水泵管11，外排水泵10，抽水舱进水孔13，防水型电磁阀门6。
23.如图5所示，一级p型止水4，二级ω型止水14，三级ω型止水15，四级i 型止水16分别使用止水压板19，通过紧固螺栓18固定于修复装备1的裙板上，并与一级抽水舱9，二级抽水舱8，三级抽水舱5协同工作，发挥止水作用，共形成多道橡胶止水屏障、抽水止水屏障。并且，智能监测操控中心7，由微型计算机20，水位监测传感器17，水下摄像头21，水下信号传输器22，调控水泵 23，以及卫星定位系统24组成。智能监测操控中心7可通过水下信号传输器22 与外界远程监测、遥控及可视化终端进行信息交互。可使得现场工程人员实时的了解抽水舱及整个止水装置的运营情况，便于做出相应指令反馈给智能监测操控中心。
24.如图6所示，智能监测操控中心7，其操控核心为微型计算机20，具体工作流程为：微型计算机20可通过水下信号传输器22发送水下摄像头21、水位监测传感器17等获取的相关信息，并且也可通过水下信号传输器22接收远程监测、遥控及可视化终端的信息反馈或相关指令，控制防水型电磁阀6、外排水泵10 及调节水泵23完成相应的操作。在整个装置运行过程中，水下摄像头21可以实时拍摄记录抽水舱内的情况，并将视频信息反馈给智能监测操控中心7，智能监测操控中心7又可通过水下信号传输器22将视频信息实时传输给远程监测、遥控及可视化终端，实现实时的信息交互。可使得现场工程人员实时了解抽水舱内部及整个止水装置的具体运行情况，便于快速做出相应指令反馈给智能监测操控中心。如发生紧急情况，远程监测、遥控及可视化终端也可直接操控外排水泵 10，以解决突发状况。
25.本实用新型的止水技术方法总体步骤为：
26.(1)水下混凝土破损干地修复装备整体下沉，橡胶止水初步止水
27.①
将水下混凝土破损干地修复装备运输至修复现场，并吊运至修复地点，之后将装置缓慢沉入水下。在这一过程中，智能监测操控中心7控制防水型电磁阀 6基本处于关闭状态，使得水无法进入一级抽水舱5、二级抽水舱8、三级抽水舱9，整个抽水舱处于放空状态，可产生一定的上浮力，有效减轻吊运设备的负载力。但如果在沉放过程中，水下混凝土破损干地修复装备出现不平衡现象，智能监测操控中心7可通过启闭调节水泵23，使抽水舱内不同程度的充水，以实现调节平衡的作用。
28.②
在沉放过程中，通过卫星定位系统24进行实时的精准定位，将水下混凝土破损干地修复装备精准沉放至预定位置。之后，再通过智能监测操控中心7 控制防水型电磁阀6
打开，使部分水流进入一级抽水舱5、二级抽水舱8、三级抽水舱9。此时，橡胶止水(一级p型止水4，二级ω型止水14，三级ω型止水 15，四级i型止水16)受水下混凝土破损干地修复装备自重及水压力作用而被压缩，待橡胶止水被压缩至预定压缩量后，进行第(2)步的准备工作。
29.(2)水下混凝土破损干地修复装备本体1内抽水，橡胶止水、抽水舱协同止水
30.①
完成了第(1)步操作之后，橡胶止水被压缩至了预定压缩量，且整个水下混凝土破损干地修复装备也已处于稳定状态。抽取水下混凝土破损干地修复装备本体1内的水，随着水下混凝土破损干地修复装备本体1内的水不断减少，逐步形成内外水压差，而受外在水压力的胁迫作用，橡胶止水(一级p型止水4，二级ω型止水14，三级ω型止水15，四级i型止水16)会进一步压缩变形，同时，也可能会有部分水通过橡胶止水与混凝土接触面之间的缝隙渗过橡胶止水。
31.②
此时，智能监测操控中心7启动水位监测传感器17，并通过水位监测传感器17的反馈信息，启动外排水泵10，将透过抽水舱进水孔13进入抽水舱(一级抽水舱5，二级抽水舱8，三级抽水舱9)的水抽出，待抽水舱内的水被基本抽干，水位下降至零点时，水位监测传感器17向智能监测操控中心7反馈信息，智能监测操控中心7关闭外排水泵10，停止抽水。水位监测传感器17持续工作，实时监控舱体内的水位变化，待水位再次达到外排水泵10的抽水预定水位时，重复上述操作，将抽水舱体内的水实时抽走。
32.③
由于一级p型止水4、二级ω型止水14、三级ω型止水15的作用，进入一级抽水舱5、二级抽水舱8、三级抽水舱9的水是逐级减少的，再加上实时抽取抽水舱内水，以及四级i型止水16的共同作用，橡胶止水后的水压被大幅度削减，进而很大程度上减少了进入水下混凝土破损干地修复装备本体1内的水，从而为水下混凝土破损干地修复装备本体1内创建干燥施工环境条件提供了良好的保证条件和充足时间。
33.(3)智能监测，实现整个过程的精准调控
34.在整个装置运行过程中，水下摄像头21可以实时拍摄记录抽水舱内的情况，并将视频信息反馈给智能监测操控中心7，智能监测操控中心7又可通过水下信号传输器22将视频信息实时传输给远程监测、遥控及可视化终端，实现实时的信息交互。
35.通过这一系列的操作，可使得现场工程人员实时了解抽水舱内部及整个止水装置的具体运行情况，便于快速做出相应指令反馈给智能监测操控中心。如发生紧急情况，远程监测、遥控及可视化终端也可直接操控外排水泵10，以解决突发状况。
36.上述各类装置中所用的方法或布置形式，不仅局限于某种方法或形式，其他任何可应用本实用新型原理或在本实用新型的基础上，更改其中各类装置中所用方法或布置形式的技术，均属本系统技术范畴，均在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，其特征在于：所述止水装备依附于水下混凝土破损干地修复装备本体，止水装备与水下混凝土破损干地修复装备本体之间采用螺栓和焊接方式连接构造；其主要包括一级p型止水，一级抽水舱，二级ω型止水，二级抽水舱，三级ω型止水，三级抽水舱，四级i型止水，智能监测操控中心，集水头，外排水泵管，外排水泵，抽水舱进水孔，防水型电磁阀门；其中，一级p型止水、二级ω型止水、三级ω型止水、四级i型止水通过止水压板、紧固螺栓依次固定于水下混凝土破损干地修复装备本体裙板下方；抽水舱进水孔依次设置于各级止水之间，均匀排列；防水型电磁阀门设置于抽水舱进水孔之上；一级抽水舱、二级抽水舱、三级抽水舱通过螺栓紧固或焊接方式依次连接于水下混凝土破损干地修复装备本体裙板上方；智能监测操控中心、集水头设置于每级抽水舱内部；外排水泵管与集水头、外排水泵相连接；外排水泵设置于每级抽水舱外部，亦可设置于每级抽水舱内部。2.根据权利要求1所述的水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，其特征在于：一级p型止水，二级ω型止水，三级ω型止水，四级i型止水依次与一级抽水舱，二级抽水舱，三级抽水舱协同工作，发挥止水作用，构筑成多道橡胶止水屏障、抽水止水屏障。3.根据权利要求1所述的水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，其特征在于：所述的智能监测操控中心，由微型计算机，水位监测传感器，水下摄像头，水下信号传输器，调控水泵，以及卫星定位系统组成；智能监测操控中心可通过水下信号传输器与外界远程监测、遥控及可视化终端进行信息交互。4.根据权利要求3所述的水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，其特征在于：所述的智能监测操控中心，其操控核心为微型计算机，具体工作流程为：微型计算机可预处理，以及通过水下信号传输器发送水下摄像头、水位监测传感器获取的相关信息，并且也可通过水下信号传输器接收远程监测、遥控及可视化终端的信息反馈或相关指令，控制防水型电磁阀、外排水泵及调节水泵完成相应的操作。

技术总结
本实用新型公开了一种水下混凝土破损干室舱修复智能止水装备，主要包括一级P型止水，一级抽水舱，二级Ω型止水，二级抽水舱，三级Ω型止水，三级抽水舱，四级I型止水，智能监测操控中心，集水头，抽水泵管，外排水泵，抽水舱进水孔，防水型电磁阀门等。止水装备与水下混凝土破损干地修复装备本体之间采用螺栓和焊接等方式连接构造。应用本装备可以很好的解决橡胶止水应用到水下混凝土破损干地修复装备上止水效果不好的技术难题，弥补了橡胶止水与混凝土接触无法完全密封的技术缺点，为水下混凝土破损干地修复装备本体内创造干燥施工环境条件提供了良好的保证条件和充足时间。本止水装备中结合了智能化与可视化的理念，使得整个过程更加精准可控。过程更加精准可控。过程更加精准可控。


技术研发人员：练继建 王兆庚 梁超 邵楠 姚烨
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.09.23
技术公布日：2022/3/8