决口快速封堵方法研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 21 日 作者简介：张广潭（1984.10-），男，汉，河北衡水人，高级工程师，本科，研究方向:特种设备研发 PAGE2。-171-决口快速封堵方法研究 张广潭 秦皇岛优益创联特种车辆制造有限公司，河北 秦皇岛 066000 摘要：摘要：堤坝决口抢险技术上难度大，尤其是在决口封堵最后阶段，随着决口宽度变小，水流冲击力加大，决口单侧封堵时，尤其很难对对侧裹头实施加固，往往是一边堵一边垮塌，抢险本身是一个危险性极高的工作，需要很强的技术性、政策性，针对不同的险情应有不同的抢险办法，一般情况下采用巨石抛投，甚至将重型卡车直接投入决口内，但巨石在决口堤防处搬运难度大，而卡车或其他重型设备投入决口中，不仅损失较大且后期需将抛投物挖出，重新加固堤坝，而采用专业化决口封堵设备，将封堵物快速、精准抛投到决口处，可以快速对决口进行有封堵，尽的降低因决口造成的损失。关键词：关键词：堤坝决口；决口快速封堵；精准抛投 GIS 中图分类号：中图分类号：TU74 0 引言 我国幅员辽阔，地形、地质条件复杂，基本水情一直是夏汛冬枯，北缺南丰，水资源时空分布极不均匀，人离不开水，但水患又是人类的心腹之患，从 98年特大洪水、到 2010 年唱凯大堤决口1-2、再到 2020年鄱阳湖决口、2021 年河南浚县卫河河堤决口等等，据统计，水旱灾害直接经济损失约占各类自然灾害直接经济总损失的 70%，排在各类自然灾害之首。而在各类水灾中，堤坝决口又是最危险，造成损失最大并且最难以救援的灾害，因此有效快速封堵决口的方法或设备，能够大大较少经济损失保证人民群众的生命和财产安全3。1 常规决口封堵方法 1.1 土石封堵法 土石封堵法通过将土石混合物料运至决口堤坝裹头处，再利用专用机械如推土机、挖掘机将土石向决口处推进，逐渐将决口宽度缩窄直至弯曲封堵。这种方法具有简单、实用的优点，但也存在一些明显的缺点。土石封堵法需要大量的土石混合物料。这些物料通常需要从其他地方运输过来，增加了施工的成本和难度。此外，由于土石混合物料的重量较大，运输过程中也需要采取相应的安全措施，以避免发生意外事故。因此，在使用土石封堵法时，需要充分考虑到这些因素，并采取相应的措施来减少浪费和成本。随着决口宽度逐渐缩短，水流速度也会逐渐加快。如果水流速过快，堆起的物流就会被冲溃，导致封堵失败。此外，在施工过程中还会遇到其他不可预见的情况，如地质条件不稳定、机械设备故障等，都会增加施工的风险。因此，在使用土石封堵法时，必须采取严格的安全措施，确保施工人员的安全。除了水流速度之外，还有其他因素如水位变化、地形地貌等都会影响封堵效果。如果这些因素没有得到充分的考虑和控制，就会导致封堵失败或者效果不佳。因此，在使用土石封堵法时，需要充分了解各种因素并进行科学规划和设计4。同时，还需要加强技术研发和管理创新，不断提高土石封堵法的性能和适应性，以满足不同情况下的决口封堵需求。如江西抚河唱凯堤决口封堵案例如图 1。图 1 土石封堵法 1.2 卡车运送石料封堵法 卡车运送石料封堵法是一种常见的决口封堵方式，它通过将装满石料的重型卡车推入决口中，利用卡车的重量和石料的阻挡作用来减缓水流速度并实现封堵5-6。这种方法具有简单、快速的优点，但也存在一些明显的缺点。一辆重型卡车的成本较高，而且在使用过程中还需要消耗大量的燃料和维护费用。如果中国科技期刊数据库 工业 A-172-将卡车直接投入水中进行封堵，不仅会浪费车辆本身的价值，还会增加后期处理的难度和成本。因此，在使用卡车运送石料封堵法时，需要充分考虑到这些因素，并采取相应的措施来减少浪费和成本。在将卡车推入决口的过程中，司机需要掌握好跳车的时机，否则会出现卡车无法到达指定位置或者连人带车一起下水的情况。此外，由于水流湍急、水位变化等因素的存在，卡车在水中行驶时也存在一定的风险。因此，在使用卡车运送石料封堵法时，必须采取严格的安全措施，确保施工人员的安全。第三，卡车运送石料封堵法的后期处理较为繁琐。虽然该方法能够及时将决口封堵住，但水退之后需要将堤坝重新挖开，取出堵决口的卡车后再重新筑堤。这个过程需要耗费大量的人力、物力和时间，并且会对周边环境和生态造成不良影响。因此，在使用卡车运送石料封堵法时，需要充分考虑到后期处理的问题，并采取相应的措施来减少影响和成本如图 2。为了确保施工的安全性和有效性，我们需要充分了解各种因素并进行科学规划和设计。同时，还需要加强技术研发和管理创新，不断提高卡车运送石料封堵法的性能和适应性，以满足不同情况下的决口封堵需求。图 2 卡车封堵法 1.3 动力舟桥封堵法 动力舟桥封堵法是一种先进的决口封堵技术7，它通过将大型机械设备和装满巨石的铁笼运输到决口处并锚固，然后利用机械设备将装满巨石的铁笼投入决口的水中，以减缓水流速，最后再用土石添堵决口实现封堵。这种方法具有快速、有效的优点，但也存在一些明显的缺点。第一，动力舟桥在水中行驶必须保证一定的吃水深度，否则舟桥会搁浅无法到达决口位置。这是因为动力舟桥的设计和制造都需要考虑到在水中的稳定性和安全性。如果吃水深度不够，舟桥就会受到水流的影响而无法稳定行驶，甚至会发生倾覆事故。因此，在使用动力舟桥进行决口封堵时，必须确保其吃水深度符合要求，以保证施工的安全性和有效性。第二，动力舟桥在水中行驶时，如水流速度过快，舟桥的姿态很难稳定，上面的机械设备工作时就会有一定倾翻的风险。这是因为水流速度过快会导致舟桥受到较大的冲击力，从而影响其稳定性。此外，如果舟桥上的机械设备在工作时受到水流的冲击，也会导致设备损坏或人员伤亡等严重后果。因此，在使用动力舟桥进行决口封堵时，必须根据水流情况合理选择施工时间和地点，并采取相应的安全措施来保障施工人员的安全。第三，对于宽度较窄或水域条件比较复杂的河道，也会限制体积过于庞大的动力舟桥行驶，使其无法快速到达决口处。这是因为动力舟桥的体积较大，需要占用较多的水域空间才能顺利行驶。如果河道宽度较窄或者存在障碍物等复杂情况，就会导致动力舟桥无法顺利通过或者需要绕行很远的距离才能到达决口处。这样一来，不仅会增加施工的难度和时间成本，还会对周边环境和生态造成不良影响。如图 3。图 3 动力舟桥封堵法 2 决口封堵的要点 决口封堵的要点主要有一下几个步骤，首先要对决口两侧的裹头进行加固，防止溃塌加剧出现边堵边溃的情况出现，第二要在决口中投入较大物料以减缓水流速度，并防止投入物料被湍急的水流冲走，第三则是投入密实的防水物料将决口彻底封堵；其中最为关键的就是如何有效的加固裹头和精准的投入较大的物料减缓流速两个问题3。经过溃塌的裹头一般情况下都是处于溃塌的临界点，如果不对裹头进行加固，强行投入石块或大型物料，就会因为决口跨度变小，是水流速度提高，将岌岌可危的裹头冲垮，反而会扩大决口宽度，使封堵难度进一步加大。而投入决口中的物料如果是松散的土石或质量较中国科技期刊数据库 工业 A-173-小的砂袋，无法在湍急的水流中稳定，一般会因水流速过快而被冲中，达不到减缓水流速度的目的，而大型物料如装满石块的铁笼由于质量较大，在没有大型机械设备的辅助下很难投放到决口中；如投入满载石块的卡车虽然能够自行驶冲入决口中，但无法精准控制其投放位置，如位置投放不理想，不仅白白浪费价值几十万的卡车，甚至还会给决口封堵造成一定的障碍。综上所述，能够有效加固裹头和精准投放大型物料才是决口封堵的关键。3 决口快速封堵设备 决口快速封堵设备作为一中专门应堤坝决口封堵的特种设备，可以快速、精准将大质量封堵物料快速投放至决口中，并可通过其大悬臂将封堵物料投放到决口封堵对侧，加固对侧裹头防止继续垮塌，为封堵决口提高效率，争取宝贵时间。该设备采用可伸缩悬臂系统配以主动输送装置，将悬臂伸直决口上方甚至对侧裹头处，利用输送装置将放置其上的大质量封堵物料输送至决口处并精准投放到决口中；悬臂系统下方配备履带式底盘，可在决口堤坝上自行行走，具有一定的机动灵活性；悬臂系统尾部配备辅助吊装设备，可将大质量封堵物料吊运到输送装置上，无需其他起重设备辅助。决口封堵快速封堵设备结构组成如图 4。5 1 2 5 3 4 1 伸缩悬臂系统及输送装置 2 封堵物料 3 履带式底盘 4 辅助吊装设备 5 堤坝裹头 图 4 决口封堵快速封堵设备结构 决口封堵步骤，首先将悬臂端头伸至堤坝裹头处，将准备好的封堵物料如装满巨石的铁笼，通过辅助吊装设备放到伸缩悬臂的输送装置上，利用输送装置将封堵物料连续不断的输送至裹头处抛投，对裹头进行加固，避免水流直接冲击裹头松软的泥土；然后再缩短悬臂系统，将封堵物料精准的投放到决口中，此时的封堵物料之间可以用钢丝进行连接，避免水流将封堵物料冲走，通过连续不断投放封堵物料，逐渐减缓决口处水流速度；最后再将泥土、碎石投入决口中，封堵大型物料之间的间隙完成决口的封堵，决口快速封堵设备主要技术参数如表 1。表 1 主要技术参数 性能指标 技术参数 外形尺寸（运输尺寸）9000mm2200mm2700mm 最大工作尺寸 28600mm3240mm4800mm 接地比压 80KPa 最大悬臂长度 20m 行驶速度 0-15m/min 最大爬坡角度 30 适应横坡 7 主臂伸缩长度 0-19.8m 主臂俯仰角度 0-10 主臂回转角度 15 牵引绞盘拉力 5 吨 辅助吊机载荷 2t 整机自重 30t+8t（活动配重）发动机功率 60KW 主臂伸缩速度 10m/min 最大物料投放效率 60t/h 决口快速封堵设备具有以下特点：1）可采用常规运输车转运，能够快速达到应急现场，通过运输侧尾部斜梯自行上、下车，无需其他设备辅助；2）自带动力系统，形成独立工作体系，可自行移动、工作，无需外部动力；3）履带式底盘对地面承载力要求不高，可适应恶劣的抢险环境，并配备液压绞盘，特殊情况下可自行脱困；4）设备具有横向摆动功能，在地面有横坡的情况时，可横向调整保证上部输送系统横向水平；5）伸缩悬臂可自由伸缩，最大悬臂长度可达 20m，并可在任意位置锁定，可水平回转15，俯仰角度可达 10，保证封堵物料精准投放；6）伸缩悬臂尾部配有固定配重及可拆卸活动配重，在不同工况下通过调整配重量，满足不同工况下设备使用。7）、伸缩悬臂后部配有可折叠的辅助吊机，保证物料快速上料，并可辅助拆装配重。决口快速封堵设备伸缩悬臂采用高强度钢材制作，满足最大悬臂 20 米长度的前提下，最大程度降低设备自重，保证结构强度及稳定性；为保证大悬臂封堵物料抛投时设备的稳定性，悬臂尾部装配配重，配重可利用辅助吊装设备自行安装，最大配重质量 30t，中国科技期刊数据库 工业 A-174-不同配重量时抛投封堵物料载荷与悬臂长度性能参数如图 5。无配重 全配重 图 5 封堵物料载荷与悬臂长度性能参数 该设备所有执行动作均通过一套遥控器遥控操作，操作人员可远离设备，保证人身安全；设备液压系统分为闭式系统和开式系统，由发动机直联一组串式泵，由一个变量闭式泵及一个开式柱塞泵组成，闭式泵连接行走马达、伸缩臂伸缩马达及输送链驱动马达，通过液压阀组控制各马达动作，开式系统主要由开式泵连接液压油箱及液压油缸，通过电磁换向阀控制各油缸动作；设备尾部辅助吊装设备为一套单独液电控制系统，与主系统分开单独操作，仅需从发动机输出 24V 直流电源至辅助吊机即可，辅助吊装设备由一个独立于主系统外的单独遥控器控制，不与主系统发生冲突；整套操作系统安全可靠、技术成熟。4 结论 常规决口封堵方法各有利弊，虽在一定环境下能够完成决口封堵，但缺点也比较明显。决口快速封堵设备作为专用设备，可以有效避免传统决口封堵时的缺点，能够快速对决口进行有效封堵。决口是造成经济损失最大的水患之一，利用专用设备针对决口封堵，可以最大程度的降低损。参考文献 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