轨道滑行式渠道围堰的制作方法

本发明涉及水利工程渠道边坡修护设备技术领域，具体涉及一种轨道滑行式渠道围堰。

背景技术

近年来，随着城市规模的逐步扩大，城市景观用水、生活用水也日益增多。为满足城市所需求的用水量，城市内部、城市与城市之间修建了许多人工渠道，大到南水北调小到各种景观渠道等。随着时间推移，所修渠道边坡难免会有局部冲刷、开裂等损毁现象。这些隐患不仅影响着渠道的过水能力，长时间的水流作用还会使得裂缝缺口处不断扩大，甚至威胁整个渠道的安全与渠道两岸居民的生活安全，给广大人民群众带来经济财产损失。渠道的局部破损修补刻不容缓，但人工渠道大多很长，水量较为稳定，长时间保持在正常运行水位，且控制闸门跨度很大。基于以上因素，既不用关闭闸门切断供水，又能及时有效的对渠道破损处进行维修，围堰势必是最好的选择，但传统围堰工程量大，不易拆除和移动。

技术实现要素：

针对当前的移动围堰存在的缺陷和问题，本发明提供一种轨道滑行式渠道围堰。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：

本发明的有益效果：本发明的轨道滑行式渠道围堰，在传统围堰的基础上，加以改进，简化了原来的的围堰结构，通过在围堰主框架上设置加水箱，加水箱能够提供围堰所需要的重力，同时不需要额外拆卸只需要通过排水即可减重，并且在主框架下端增加万向轨道轮，渠道的岸坡上设置有双轨道，既方便组装又便于移动，不污染拥堵渠道，不仅可以节省大量人力、财力，还可节约时间提高工作效率，可广泛应用于人工渠道的局部维修等领域。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明的使用状态示意图；

图6为万向轨道轮、双轨道的结构示意图；

图7为双轨道的俯视图；

图8为图7中a处的放大结构示意图；

图9为万向轨道轮转弯状态的结构示意图一；

图10为万向轨道轮转弯状态的结构示意图二；

图11为计算简图一；

图12为计算简图二；

图中：1-主框架，101-边框架，2-隔水板，201-竖直隔水板，202-斜面隔水板，3-隔水作业空腔，4-裙摆式止水橡胶垫，5-加水箱，6-水箱阀门，7-万向轨道轮，701-轮轴，702-滚轮，703-轮架，704-竖直转轴，8-横轨，9-竖轨，10-限位凸块，11-可控伸缩推杆，12-转动臂，1301-横牵引环，1302-竖牵引环，14-钢索，15-绞车，16-马道，17-岸坡，18-河道，19-圆形转盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种轨道滑行式渠道围堰，如图1-12所示，包括与外部牵引机构连接的主框架1，本实施例中，牵引机构为设置于马道16上的绞车15或电葫芦，在主框架1上螺栓安装有隔水板2，隔水板2为铝合金面板，隔水板相互连接围成上、下贯通的隔水作业空腔3，在竖直方向上，隔水作业空腔3的横截面积由上至下逐渐增大，保证工人进入隔水作业空间3之后，有较大的有效作业面积，便于施工；位于主框架的左、右两侧设置有边框架101，主框架、边框架组合后的整体框架的后侧壁、左侧壁、右侧壁上安装的隔水板均为斜面隔水板202，主框架、边框架组合后的整体框架的前侧壁上安装的隔水板为竖直隔水板201，竖直隔水板竖直设置，斜面隔水板与地面形成45°夹角，能够利用斜面隔水板202上端面的水压将隔水板下方紧压于岸坡17上，更加牢固；位于主框架1、边框架101外围的隔水板的下沿安装有裙摆式止水橡胶垫4，裙摆式止水橡胶垫4贴紧岸坡17达到密封的作用；边框架101中安装有加水箱5，加水箱分别位于隔水作业空腔3的左、右两侧，加水箱5的下部安装有水箱阀门6，当加水箱5没入河道水面以下时，河道中的水会从水箱阀门6进入至加水箱5内，从而提高加水箱5的整体重量，紧贴岸坡17；位于边框架两侧的隔水板上设置有横牵引环，位于主框架前侧的隔水板上安装有竖牵引环，横牵引环1301、竖牵引环1302分别通过钢索与马道16上的绞车15或电葫芦连接，控制整个围堰的移动，当横向移动时钢索与横牵引环1301连接，当竖向移动时，钢索与竖牵引环1302连接；在主框架下端安装有万向轨道轮7和可控伸缩推杆11，渠道的岸坡17上设置有双轨道，万向轨道轮7能够在双轨道上滑行，双轨道包括横轨8和竖轨9，横轨8和竖轨9相互垂直，横轨和竖轨均设置于岸坡面以下，保证万向轨道轮7安装于横轨、竖轨中之后，隔水板的下沿能够贴紧岸坡实现止水密封；横轨、竖轨中均设置有限位凸块10，万向轨道轮7的中部卡在限位凸块10上，万向轨道轮7的两侧卡在横轨8和竖轨9的内轨面上，万向轨道轮7沿竖轨9滑动，实现围堰在岸坡的上下滑动，万向轨道轮7沿横轨8滑动，实现围堰在岸坡17的左右滑动，限位凸块10在横轨、竖轨垂直相交处中断并设置有圆形转盘19，万向轨道轮可沿圆形转盘进行自转，保证能够实现万向轨道轮7的直角转向；万向轨道轮7包括轮轴701、滚轮702、轮架703和竖直转轴704，滚轮702安装于轮轴701上，轮轴701两端安装于轮架703下部，竖直转轴701活动安装于轮架703上部，在轮架外侧安装有转动臂12，转动臂12为l形转动臂，转动臂12的下端的横臂与轮架703连接，转动臂12上端的竖臂与可控伸缩推杆11连接，可控伸缩推杆11为电动伸缩推杆或液压伸缩推杆或气缸伸缩推杆等，可控伸缩推杆11铰接于主框架1上，并且可控伸缩推杆11通过预先调试好的伸缩长度，来推动转动臂12带动轮架进行90度的转动，在竖轨上端设置有定位槽20，主框架上设置有定位块，当人目测定位块与定位槽位置一致时，即表明滚轮卡在圆形转盘上，此时可进行转动；

实施例2：本实施例的整体式移动围堰以与实施例1中的不同点位中心进行说明；

本实施例中，加水箱5内设置有水泵，水泵的出水管与水泵阀门连通，当完工之后，通过水泵将加水箱内的水向外抽出，同时沿岸坡向上拉动围堰至马道上，节省时间效率高。

稳定分析及具体尺寸的确定如下：

围堰尺寸的计算主要根据渠道内水的浮托力与围堰自重和水压力作用下在地基摩擦阻力平衡条件得出，而把钢筋固定防浪墙的力作为预留阻力以保证安全；

相关力学理论计算如下：(相关数据参数见图11、图12)

水压力计算公式推导：

v压＝v总-v排

f压＝ρgv压

滑动力计算公式推导：

a1＝(b+mh0)h0

将上面a1，a2，hj带入下式：

得v2

根据动量公式：

f滑＝ρq(β2v2-β1v1)

得

式中：

根据抗滑摩擦公式：

根据相关资料查得水泥路面摩擦系数取μ＝0.6，取h＝2m，x为操作空间宽度，重力加速度取ɡ＝9.8m/s²，水的密度ρ＝1000㎏/m³，渠道内最高水深取h0＝3m，过水断面流量q＝42m3,渠道底宽b＝7m,适用渠道边坡坡度1：1.5、1：2.0：1：2.5、1：3.0、1：3.5等五种工况。计算最不利工况为渠道边坡m＝1.5。

单位断面上的抗滑稳定分析计算：

作业空间宽度取4m，

钢筋自重：

g＝ρgv'＝5×0.0037×7.85×9.8＝1.43kn

函数关系式：

f压＝17.15x+175.42

f压＝244.02kn

经计算，渠道正常过水断面面积为a1＝34.5m³，断面平均流速v1＝1.22m/s，收缩断面面积a2＝28.6m³，断面收缩处按最不利角度90°计算，则局部水头损失系数：

局部水头损失：

对收缩处前后断面列伯努利能量方程，即可得：

式中：

收缩断面流速：

v2＝1.17m/s

选取收缩断面前后水体为控制体，以顺水流方向为正方向，列动量方程：

rx＝ρq(β2v2-β1v1)

rx＝-2.1kn

式中：f1、f2---控制体上、下游断面动水压力，f1＝f2＝0kn；

β1、β2---动量修正系数，常采用1.0；

作用于围堰上的水流推力为2.1kn。

抗滑稳定计算：

0.6×244.02＝146.412kn≥2.1kn

等式恒成立，依靠自重可以达到稳定要求，为提高安全性，可适当增加配重。

单位断面上的抗弯强度计算：

以工字钢20a作为骨架结构，钢材密度ρ钢材＝7.85×10³kg/m³，断面面积a＝3555mm²。

单位作业空间横梁自重：

g＝ρgv横梁＝0.0037×7.85×9.8＝0.29kn

其均布荷载

q＝f+g＝17.15kn/m+0.29kn/m＝17.44kn/m

钢材截面模量wx＝236900mm³，最大弯矩

最大应力计算：

解得l≤5.1m。

通过计算得出工作区域一夸梁长度最大值为5.1m。整体式围堰设计工作区域计算宽度为4m，符合要求。

本研究通过采用理论计算及水工模型试验的方法，对组合式移动围堰的稳定性进行分析，确定其在渠道边坡及其水中的稳定安全系数；采用围堰整体模型试验，确定结构受力关键部位和薄弱环节；结合模型试验结果，对组合式移动围堰的关键部件进行力学性能试验及止水防渗性能试验；根据组合式移动围堰力学性能、整体仿真影响因素，以不同挡水面板材质、配重水箱大小、钢筋型号、钢筋尺寸、间距作为设计变量，考虑批量成产、仓储运输、快速安装等因素，为组合式移动围堰的推广应用提供理论基础。

具体施工：

安装具体操作：

1、将移动式围堰运至施工场地，通过螺栓将隔水板2固定在主框架1和边框架101上，安装时要注意压紧防渗橡胶。

2、组装完成后，将加水箱5安放在隔水作业空腔3左右两侧的三角形配重区域内。

3、最后将裙摆式止水橡胶垫4安装在隔水板2与岸坡17接触的边沿。

4、组装完成后，在需要施工的区域铺设横轨和竖轨，将钢索与竖向牵引环连接，开启电葫芦，围堰沿着轨道移动，将围堰移动至需要维修的岸坡处，使裙摆式止水橡胶垫4充分展开并贴紧岸坡17。

5、放置完成后，关停电葫芦，主框架1下端支撑在岸坡17上，用抽水设备将隔水作业空腔3内积水抽出，随着隔水作业空腔3内积水的减少，外部水压会逐渐增大，压紧裙摆式止水橡胶垫4起到防渗效果。

6、同时利用水泵向加水箱5内充水，以增强抗滑稳定。等隔水作业空腔3内部内部积水抽干，且加水箱5内充满水后，即可在隔水作业空腔3内施工。

拆除具体操作：

1、施工完毕，将加水箱5的水箱阀门6打开，加水箱内的水会流出或者利用水泵抽出。

2、将开启电葫芦，电葫芦牵引钢索将围堰沿岸坡拉至马道上。

3、依次拆掉裙摆式止水橡胶垫4、隔水板2、加水箱5，运至下一个施工地点。