一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法

专利名称：一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210263384.0

专利申请（专利权）人：天津大学
权利人地址：天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区

专利发明（设计）人：练继建,王兆庚,梁超,姚烨,邵楠

专利摘要：本发明公开了一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，首先将常规橡胶止水和柔性膜袋止水相组合，橡胶止水综合了多种形式——P型、Ω型、I型止水，用于阻挡较多水压力及渗流，而柔性膜袋止水更加具有可塑性，可与混凝土接触面产生更大的接触面和更好的贴合度，进而产生更好的密封性，该组合用于本装备的初期止水，相较单纯的橡胶止水密封效果更好。其次在组合式止水的基础上，加入了填充浆料与之协同作用，进而发挥最终的止水效果，可以较好的弥补单一橡胶止水、柔性膜袋止水与非光滑的混凝土接触面无法完全密封的问题，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，可为水下干室舱修复装备实现干地作业提供技术条件。

主权利要求：
1.一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，其特征在于：
步骤(1)：水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体下沉，橡胶止水初步止水；所述智能化止水装备与修复装备本体之间采用螺栓和焊接方式连接构造；智能化止水装备主要包括液压站，远程智能控制终端，第一级液压油缸，第二级液压油缸，第三级液压油缸，粗颗粒凝胶填充浆料，中颗粒凝胶填充浆料，细颗粒凝胶填充浆料，P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水，第一级防水型电磁阀门，第二级防水型电磁阀门，第三级防水型电磁阀门；液压站、远程智能控制终端布设于智能化止水装备上部的控制舱内；第一级液压油缸、第二级液压油缸、第三级液压油缸、粗颗粒凝胶填充浆料、中颗粒凝胶填充浆料及细颗粒凝胶填充浆料依次布设于智能化止水装备下部的各操作舱内；P型止水、 Ω型止水、柔性膜袋止水及I型止水依次布设于水下干室舱修复装备本体的裙板上；第一级防水型电磁阀门、第二级防水型电磁阀门及第三级防水型电磁阀门依次布设于各操作舱下部；
步骤(2)：水下干室舱修复装备本体内抽水，所述P型止水， Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水、粗颗粒凝胶填充浆料，中颗粒凝胶填充浆料，细颗粒凝胶填充浆料协同封堵水流；
所述步骤(1)具体包括：
1.1将水下干室舱修复装备与智能化止水装备运输至修复现场，将二者组装成一个整体；之后通过吊运或浮运方式运至修复地点，然后，将装置缓慢沉入水下，在这一过程中，第一级防水型电磁阀门，第二级防水型电磁阀门，第三级防水型电磁阀门均处于初始关闭状态；
1.2在沉放过程中，通过远程智能控制终端中的卫星定位系统进行精准定位，将水下干室舱修复装备精准沉放至预定位置；此时，P型止水， Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水受水下干室舱修复装备自重及水压力作用而被压缩，待止水被压缩至预定压缩量后，进行第(2)步的准备工作；
所述步骤(2)具体包括：
步骤2.1：完成了步骤(1)操作之后，止水已被压缩至了预定压缩量，且此时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内的水，随着水下干室舱修复装备本体内的水不断减少，逐步形成内外水压差，而受外在水压力的胁迫作用，P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水会进一步压缩变形，同时，会有部分水通过止水与混凝土接触面之间的通道、缝隙渗流至修复装备本体内部；
步骤2.2：待修复装备本体内的水抽取殆尽时，外界远程操控中心向远程智能控制终端发送指令，启动液压站，并打开第一级防水型电磁阀门，之后，液压站促使第一级液压油缸推出粗颗粒凝胶填充浆料，受水流的作用，粗颗粒凝胶填充浆料会被冲积在Ω型止水之前，形成初步封水骨架；完成上一步之后，远程智能控制终端打开第二级防水型电磁阀门，液压站促使第二级液压油缸推出中颗粒凝胶填充浆料，同样受水流作用，中颗粒凝胶填充浆料被冲积在粗颗粒凝胶填充浆料形成的初步封水骨架之前，进一步覆盖渗水通道；然后，远程智能控制终端打开第三级防水型电磁阀门，液压站促使第三级液压油缸推出细颗粒凝胶填充浆料，同样受水流作用，细颗粒凝胶填充浆料被冲积在粗颗粒凝胶填充浆料和中颗粒凝胶填充浆料形成的封水材料之前，近乎全面的封堵了渗水通道；
步骤2.3：柔性膜袋止水前同样包含粗、中、细三种颗粒凝胶填充浆料，以及第一、二、三级防水型电磁阀和第一、二、三级液压油缸，具体步骤与步骤2.2相同，但不同的是其工作开始时间是在步骤2.2操作完成后；
步骤2.4：I型止水前仅包含中、细两种颗粒凝胶填充浆料，以及第二级、第三级防水型电磁阀和第二级、第三级液压油缸，具体步骤与步骤2.2相同，但不同的是其工作开始时间是在步骤2.3操作完成后。
2.根据权利要求1所述的一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，其特征在于：所述的液压站受远程智能控制终端的控制指令控制，其分别为第一级液压油缸，第二级液压油缸，第三级液压油缸提供动力支持。
3.根据权利要求1所述的一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，其特征在于：所述的远程智能控制终端内包含有微型计算机、远程摄像头、水下信号传输器，以及卫星定位系统这些部件，远程智能控制终端通过水下信号传输器与外界远程操控中心进行信息交互，进而根据外界远程操控中心的具体指令，完成启用液压站推进液压油缸，启闭第一级防水型电磁阀门、第二级防水型电磁阀门、第三级防水型电磁阀门的操作。
4.根据权利要求1所述的一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，其特征在于：所述的P型止水， Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水，通过紧固螺栓固定于修复装备本体的裙板上，在止水形式上是常用橡胶止水和柔性膜袋止水的组合；P型止水、Ω型止水和I型止水为橡胶止水，柔性膜袋止水为柔性材料，柔性及可塑性强，内部装填有止水材料；止水效果的发挥是上述止水形式与粗颗粒凝胶填充浆料，中颗粒凝胶填充浆料，细颗粒凝胶填充浆料协同作用的结果。 说明书 : 一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法技术领域[0001] 本发明涉及水利工程枢纽安全除险加固技术领域，更具体地说是一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法。背景技术[0002] 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，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。[0003] 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。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。[0004] 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。[0005] 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，水工闸门的止水接触面是光滑的钢板面，而水下修复装备的接触面是非光滑的混凝土面，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，造成创造干燥施工条件的困难。发明内容[0006] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，解决现有技术中单纯采用橡胶止水会存在无法完全密封的问题。[0007] 一种适用于水下干室舱修复装备的智能化止水方法，[0008] (1)水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体下沉，橡胶止水初步止水；所述智能化止水装备与修复装备本体之间采用螺栓和焊接方式连接构造；主要包括液压站，远程智能控制终端，第一级液压油缸，第二级液压油缸，第三级液压油缸，粗颗粒凝胶填充浆料，中颗粒凝胶填充浆料，细颗粒凝胶填充浆料，P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水，第一级防水型电磁阀门，第二级防水型电磁阀门，第三级防水型电磁阀门；液压站、远程智能控制终端布设于智能化止水装备上部的控制舱内；第一级液压油缸、第二级液压油缸、第三级液压油缸、粗颗粒凝胶填充浆料、中颗粒凝胶填充浆料及细颗粒凝胶填充浆料依次布设于智能化止水装备下部的各操作舱内；P型止水、Ω型止水、柔性膜袋止水及I型止水依次布设于水下干室舱修复装备本体的裙板上；第一级防水型电磁阀门、第二级防水型电磁阀门及第三级防水型电磁阀门依次布设于各操作舱下部；[0009] (2)水下干室舱修复装备本体内抽水，所述P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水、粗颗粒凝胶填充浆料，中颗粒凝胶填充浆料，细颗粒凝胶填充浆料协同封堵水流。[0010] 所述的液压油站受远程智能控制终端的控制指令控制，其可分别为第一级液压油缸，第二级液压油缸，第三级液压油缸提供动力支持。[0011] 所述的远程智能控制终端内包含有微型计算机、远程摄像头、水下信号传输器，以及卫星定位系统这些部件，远程智能控制终端可通过水下信号传输器与外界远程操控中心进行信息交互，进而根据外界远程操控中心的具体指令，完成启用液压站推进液压油缸，启闭第一级防水型电磁阀门、第二级防水型电磁阀门、第三级防水型电磁阀门的操作。[0012] 所述的P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水，通过紧固螺栓固定于修复装备本体的裙板上，在止水形式上是常用橡胶止水和柔性膜袋止水的组合；P型止水、Ω型止水和I型止水为橡胶止水，柔性膜袋止水为柔性材料，柔性及可塑性强，内部装填有止水材料；止水效果的发挥是上述止水形式与粗颗粒凝胶填充浆料，中颗粒凝胶填充浆料，细颗粒凝胶填充浆料协同作用的结果。[0013] 粗颗粒凝胶填充浆料是由较粗颗粒、水下凝胶混合而成具有流动性的浆料；中颗粒凝胶填充浆料是由中等颗粒、水下凝胶混合而成具有流动性的浆料；细颗粒凝胶填充浆料是由细颗粒、水下凝胶混合而成具有流动性的浆料。[0014] 所述较粗颗粒包括但不限于较大砾石、卵石；中等颗粒包括但不限于中等砾石、卵石、砂料；细颗粒包括但不限于细砂、沙土。[0015] 所述步骤(1)具体包括：[0016] ①将水下干室舱修复装备与智能化止水装备运输至修复现场，将二者组装成一个整体；之后通过吊运或浮运方式运至修复地点，然后，将装置缓慢沉入水下，在这一过程中，第一级防水型电磁阀门，第二级防水型电磁阀门，第三级防水型电磁阀门均处于初始关闭状态；[0017] ②在沉放过程中，通过远程智能控制终端中的卫星定位系统进行精准定位，将水下干室舱修复装备精准沉放至预定位置；此时，P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水受水下干室舱修复装备自重及水压力作用而被压缩，待止水被压缩至预定压缩量后，进行第(2)步的准备工作。[0018] 所述步骤(2)具体包括：[0019] ①完成了第(1)步操作之后，止水已被压缩至了预定压缩量，且此时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内的水，随着水下干室舱修复装备本体内的水不断减少，逐步形成内外水压差，而受外在水压力的胁迫作用，P型止水，Ω型止水，柔性膜袋止水，I型止水会进一步压缩变形，同时，也可能会有部分水通过止水与混凝土接触面之间的通道、缝隙渗流至修复装备本体内部；[0020] ②待修复装备本体内的水抽取殆尽时，外界远程操控中心向远程智能控制终端发送指令，启动液压站，并打开第一级防水型电磁阀门，之后，液压站促使第一级液压油缸推出粗颗粒凝胶填充浆料，受水流的作用，粗颗粒凝胶填充浆料会被冲积在Ω型止水之前，形成初步封水骨架；完成上一步之后，远程智能控制终端打开第二级防水型电磁阀门，液压站促使第二级液压油缸推出中颗粒凝胶填充浆料，同样受水流作用，中颗粒凝胶填充浆料被冲积在粗颗粒凝胶填充浆料形成的初步封水骨架之前，进一步覆盖渗水通道；然后，远程智能控制终端打开第三级防水型电磁阀门，液压站促使第三级液压油缸推出细颗粒凝胶填充浆料，同样受水流作用，细颗粒凝胶填充浆料被冲积在粗颗粒凝胶填充浆料和中颗粒凝胶填充浆料形成的封水材料之前，近乎全面的封堵了渗水通道；[0021] ③柔性膜袋止水前同样包含上述粗、中、细三种颗粒凝胶填充浆料，以及第一、二、三级防水型电磁阀和第一、二、三级液压油缸，具体步骤与上述步骤②相同，但不同的是其工作开始时间是在上述②操作完成后；[0022] ④I型止水前仅包含上述中、细两种颗粒凝胶填充浆料，以及第二级、第三级防水型电磁阀和第二级、第三级液压油缸，具体步骤与上述步骤②相同，但不同的是其工作开始时间是在上述③操作完成后。[0023] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：[0024] 1、发明在止水形式上将常规橡胶止水和柔性膜袋止水相组合，橡胶止水综合了多种形式(P型、Ω型、I型止水)，用于阻挡较多水压力及渗流，而柔性膜袋止水更加具有可塑性，可与混凝土接触面产生更大的接触面和更好的贴合度，进而产生更好的密封性，该组合用于本装备的初期止水，相较单纯的橡胶止水密封效果更好。[0025] 2、本发明在组合式止水的基础上，加入了填充浆料与之协同作用，进而发挥最终的止水效果，可以较好的弥补单一橡胶止水、柔性膜袋止水与非光滑的混凝土接触面无法完全密封的问题，能够阻塞止水与混凝土间的渗漏通道，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，可为水下干室舱修复装备实现干地作业提供技术条件。[0026] 本发明方法在止水形式上将常规橡胶止水和柔性膜袋止水相组合，用于本方法及装备的初期止水，并且橡胶止水综合了多种形式(P型、Ω型、I型止水)，用于阻挡较多水压力及渗流，此外，使用更加具有可塑性的柔性膜袋止水，可与混凝土接触面产生更大的接触面和更好的贴合度，进而产生更好的密封性，该组合相较单纯的橡胶止水密封效果更好。更为重要的，该方法在组合式止水的基础上，增加不同粒径级的填充浆料与组合式止水协同配合，分级分步阻塞渗漏通道，进而发挥最终的止水效果。该方法可以较好的弥补单一橡胶止水、柔性膜袋止水与非光滑的混凝土接触面无法完全密封的问题，能够阻塞止水与混凝土间的渗漏通道，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，此外，本止水方法及装备中结合了智能化操控的理念，使得整个过程精准可控，可实现技术装备与工程人员之间的信息交互，为水下干室舱修复装备实现干地作业提供技术条件。附图说明[0027] 图1为智能化止水装备正剖视图；[0028] 图2为水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体正视图；[0029] 图3为水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体A‑A剖面图；[0030] 图4为水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体B‑B剖面图；[0031] 图5为水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体C‑C剖面图；[0032] 图中标号：1水下干室舱修复装备本体，2智能化止水装备，3液压站，4远程智能控制终端，5第一级液压油缸，6第二级液压油缸，7第三级液压油缸，8粗颗粒凝胶填充浆料，9中颗粒凝胶填充浆料，10细颗粒凝胶填充浆料，11P型止水，12Ω型止水，13柔性膜袋止水，14I型止水，15第一级防水型电磁阀门，16第二级防水型电磁阀门，17第三级防水型电磁阀门，18控制舱，19操作舱。具体实施方式[0033] 如图1所示，智能化止水装备2主要包括液压站3，远程智能控制终端4，第一级液压油缸5，第二级液压油缸6，第三级液压油缸7，粗颗粒凝胶填充浆料8，中颗粒凝胶填充浆料9，细颗粒凝胶填充浆料10，P型止水11，Ω型止水12，柔性膜袋止水13，I型止水14，第一级防水型电磁阀门15，第二级防水型电磁阀门16，第三级防水型电磁阀门17。[0034] 如图2所示，智能化止水装备2依附于水下干室舱修复装备本体1，二者可采用螺栓和焊接等方式连接构造为整体，水下干室舱修复装备本体1构造包括但不局限于一种形式。[0035] 如图3所示，在智能化止水装备2内分区块配备液压站3和远程智能控制终端4，液压油站3受远程智能控制终端4的控制指令控制，可分别为第一级液压油缸5，第二级液压油缸6，第三级液压油缸7提供动力支持；远程智能控制终端4内包含有微型计算机、远程摄像头、水下信号传输器，以及卫星定位系统等智能化部件，远程智能控制终端4可通过水下信号传输器与外界远程操控中心进行信息交互，根据外界远程操控中心发出的具体指令，驱使液压站、液压油缸及防水型电磁阀门等部件完成相应操作。[0036] 如图4所示，在智能化止水装备2内分区块设置了第一级液压油缸5，第二级液压油缸6，第三级液压油缸7，每级液压油缸均可独立工作。[0037] 如图5所示，在智能化止水装备2内分区、分舱设置了粗颗粒凝胶填充浆料8、中颗粒凝胶填充浆料9和细颗粒凝胶填充浆料10，填充浆料由不同粒径的颗粒与水下凝胶混合而成，成流态状，具一定的有流动性，可由液压油缸从舱内推送出。[0038] 本发明的止水技术方法总体步骤为：[0039] (1)水下干室舱修复装备与智能化止水装备整体下沉，橡胶止水初步止水。[0040] ①将水下干室舱修复装备与智能化止水装备运输至修复现场，将二者组装成一个整体。之后通过吊运或浮运等方式运至修复地点，然后，将装置缓慢沉入水下，在这一过程中，第一级防水型电磁阀门15，第二级防水型电磁阀门16，第三级防水型电磁阀门17均处于初始关闭状态。[0041] ②在沉放过程中，通过远程智能控制终端4中的卫星定位系统进行精准定位，将水下干室舱修复装备精准沉放至预定位置。此时，止水(P型止水11，Ω型止水12，柔性膜袋止水13，I型止水14)受水下干室舱修复装备自重及水压力作用而被压缩，待止水被压缩至预定压缩量后，进行第(2)步的准备工作。[0042] (2)水下干室舱修复装备本体1内抽水，止水、填充浆料协同封堵水流。[0043] ①完成了第(1)步操作之后，止水已被压缩至了预定压缩量，且此时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，随着水下干室舱修复装备本体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，止水(P型止水11，Ω型止水12，柔性膜袋止水13，I型止水14)会进一步压缩变形，同时，也可能会有部分水通过止水与混凝土接触面之间的通道、缝隙等渗流至修复装备本体内部。[0044] ②待修复装备本体1内的水抽取殆尽时，外界远程操控中心向远程智能控制终端4发送指令，启动液压站3，并打开第一级防水型电磁阀门15，之后，液压站3促使第一级液压油缸5推出粗颗粒凝胶填充浆料8，受水流的作用，粗颗粒凝胶填充浆料8会被冲积在Ω型止水12之前，形成初步封水骨架；完成上一步之后，远程智能控制终端4打开第二级防水型电磁阀门16，液压站3促使第二级液压油缸6推出中颗粒凝胶填充浆料9，同样受水流作用，中颗粒凝胶填充浆料9被冲积在粗颗粒凝胶填充浆料8形成的初步封水骨架之前，进一步覆盖渗水通道；然后，远程智能控制终端4打开第三级防水型电磁阀门17，液压站3促使第三级液压油缸7推出细颗粒凝胶填充浆料10，同样受水流作用，细颗粒凝胶填充浆料10被冲积在粗颗粒凝胶填充浆料8和中颗粒凝胶填充浆料9形成的封水材料之前，近乎全面的封堵了渗水通道。[0045] ③柔性膜袋止水13前同样包含上述粗、中、细三种颗粒凝胶填充浆料，以及三级防水型电磁阀(第一、二、三级防水型电磁阀)和三级液压油缸(第一、二、三级液压油缸)，具体步骤与上述步骤相同，但不同的是其工作开始时间是在上述②操作完成后。[0046] ④I型止水14前仅包含上述中、细三种颗粒凝胶填充浆料，以及第二级、三级防水型电磁阀和第二级、三级液压油缸，具体步骤与上述步骤相同，但不同的是其工作开始时间是在上述③操作完成后。[0047] ⑤由于止水与填充浆料的共同作用，止水与混凝土间的通道、缝隙被全部封堵，水流无法渗入修复装备本体1内，为在水下干室舱修复装备本体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。[0048] 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，其他任何可应用本发明或发明原理或在本发明的基础上，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，均在本发明的保护范围之内。

专利地区：天津

专利申请日期：2022-03-17

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN114657948B