一种河床围堰龙口截流装置及截流方法与流程

1.本技术属于水利工程设施技术领域，具体涉及一种河床围堰龙口截流装置及截流方法。


背景技术：

2.河床围堰龙口截流受限于河道地形、水流流速、落差、截流时段的影响，所采用的辅助截流方式也不一样。
3.目前，针对具有高落差、高流速以及窄河床特点的河床围堰龙口，大多是向龙口处抛投石块、小型预制件或大体积预制块进行截流，但这些方式至少存在如下不足：
4.1)为便于抛投操作，作为抛填物的石块和小型预制件的重量和体积一般不会太大，从而导致抛填物在容易被高速水流迅速冲走，从而影响截流效率，甚至无法形成有效、稳定的截流；
5.2)目前的小型预制件多采用例如三棱锥框架、立方体框架等结构，其内部空腔可以根据需要预装石块，但由于该小型预制件的各个面均为封闭结构，因此当抛投到龙口处时，小型预制件无法对前方水流中夹杂的石块(其中包含抛投的石块)起到阻碍收集作用，削弱了抛投石块的作用，同时还会因为受到前方高速水流以及水流中石块冲击力作用而发生翻滚移动或滑动，从而影响截流效率，甚至无法形成有效、稳定的截流；
6.3)目前的一些小型预制件为了提高抗冲击(抓地或防翻滚)能力，将其设置成一些特殊形状或结构，例如将三棱锥框架的截面设置成顶角角度非常小的三角形，或者将三棱锥框架外围一周设置多个凸起的刺，这样的结构固然能够提高小型预制件的抗冲击能力，但其不仅无法对前方水流中夹杂的石块(其中包含抛投的石块)起到阻碍收集作用，相反可能加快石块的流失速度；并且，小型预制件的抗冲击能力也并非越强越好，众所周知，在截流过程中，需要抛投的小型预制件的数量非常多，且抛投是一个持续的过程，虽然小型预制件可以通过例如钢丝绳进行与龙口两侧的围堰连接，但如果小型预制件(特别是后抛投的)能够在水流作用下有一定的活动量，相反有利于在水流冲击作用下自动调整各个小型预制件相互之间的位置和间距，从而提高小型预制件的抛投效率以及空间有效利用率，而上述小型预制件由于提高抗冲击强，反而难以起到这样的作用，并且其特殊的外形结构也导致它们之间的空间利用率难达到最高(或需要更多的人为干涉和操作才能实现)；
7.4)大体积预制块存在预制时间长、运输吊装难、抛投难度大、成本高等问题，影响后续围堰合拢、闭气等水利施工工序的施工进度。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本技术提供了一种河床围堰龙口截流装置及截流方法。
9.第一方面，本技术公开了一种河床围堰龙口截流装置，包括：
10.内主体框架，所述内主体框架包括多根主体梁，多根所述主体梁的轴向一端端部
固定相交于一顶部连接点，且所有的所述主体梁在以所述顶部连接点为球心的球体空间内呈发射状分布，从而使得所述内主体框架能够作为一正多面体的内框架，其中，所述顶部连接点作为所述正多面体的中心点，全部所述主体梁的远离所述顶部连接点的一端端点，正好分布在所述正多面体的各顶点处，从而构成与正多面体的面数相适配的且共享同一顶点的多个正锥状框体，所述正多面体的面数配置为当其中任何一面触及河床时都可作为支撑面，且其余一个或多个面朝上或朝向水流上游以便于截流杂物或进一步容纳辅助填充物；以及
11.在任意相邻两根所述主体梁之间均固定连接有多根支撑杆，且多根所述支撑杆之间呈间隔排布或交错排布。
12.根据本技术的至少一个实施方式，连接在任意相邻两根所述主体梁之间的所述支撑杆，与该两根所述主体梁的远离所述顶部连接点的一端端点的连线平行，且多根所述支撑杆之间均匀排布。
13.根据本技术的至少一个实施方式，连接在任意相邻两根所述主体梁之间的多根所述支撑杆中，相邻两根支撑杆的间距为0.2m～0.3m或0.22～0.28m。
14.根据本技术的至少一个实施方式，所述的河床围堰龙口截流装置还包括：
15.至少一根用于将任意相邻两根所述主体梁之间的多根支撑杆进行固定连接的辅助支撑杆，至少一根所述辅助支撑杆与多根所述支撑杆构成网状结构，且所述辅助支撑杆的延长线穿过所述顶部连接点。
16.根据本技术的至少一个实施方式，当任意相邻两根所述主体梁之间的所述辅助支撑杆的数量至少两根时，至少两根所述辅助支撑杆在该任意相邻两根所述主体梁之间均匀分布。
17.根据本技术的至少一个实施方式，构成所述内主体框架的主体梁的数量为四根，以使得所述内主体框架能够作为一正四面体的内框架；使得当其中一面触及河床作为支撑面时，其中至少另外一个正锥状框体的开口朝向水流的上游截流水中杂物或容纳抛投的辅助填充物；或
18.构成所述内主体框架的主体梁的数量为六根，以使得所述内主体框架能够作为正八面体的内框架，使得当其中一面触及河床作为支撑面时，其中总有至少一个正锥状框体的开口朝向水流的上游用于截流水中杂物或容纳抛投的辅助填充物；或
19.构成所述内主体框架的主体梁的数量为八根，以使得所述内主体框架能够作为正方体的内框架，使得当其中一面触及河床作为支撑面时，其中总有至少一个正锥状框体的开口朝上，用于容纳抛投的辅助填充物。。
20.根据本技术的至少一个实施方式，在每个所述正锥状框体的内侧靠近其顶点位置处，固定设置有与该正锥状框体的底面形状相同且平行于该底面的加固板。
21.根据本技术的至少一个实施方式，所述主体梁、支撑杆以及加固板均采用钢材料制成，其中，所述主体梁为工型钢，所述支撑杆为截面呈圆形的直杆。
22.根据本技术的至少一个实施方式，所述主体梁的长度为1.0、1.5、2米、或1m～2m；所述支撑杆的直径不小于35mm或40mm。
23.第二方面，本技术还公开了一种河床围堰龙口截流方法，包括如下步骤：
24.步骤一、预制多个如上述第一方面中任一项所述的河床围堰龙口截流装置；
25.步骤二、在每个所述河床围堰龙口截流装置上固定至少一根钢丝绳；
26.步骤三、通过锚杆将固定在所述河床围堰龙口截流装置上的钢丝绳与龙口侧面的围堰进行固定连接；
27.步骤四、分批次将所述步骤三中准备好的所述河床围堰龙口截流装置往龙口处进行抛投，直到稳定截流，以及
28.在任意相邻两批次河床围堰龙口截流装置抛投的间隔期中，还向已抛投的所述河床围堰龙口截流装置的顶部位置和上游位置抛投辅助填充物，其中，所述辅助填充物为石块和/或小型预制件，其尺寸小于所述正锥状框体的开口尺寸。
29.本技术至少存在以下有益技术效果：
30.1)本技术的河床围堰龙口截流装置及截流方法中，构成内主体框架的多根主体梁的一端相交于一顶部连接点，且所有主体梁在以顶部连接点为球心呈发射状分布，再加上多根支撑杆的设置，最终截流装置内部可形成多个由多根主体梁的相互组合而成的正锥状框体，且正锥状框体的底面呈开口状，这样的结构，一方面是尽可能确保截流装置中的至少一个底面与河床接触，以提高摩擦力；另一方面，在龙口处高速水流冲击作用的影响，无论截流装置是处于不停移动或转动状态，或是以任何姿势固定不动后，都能保证一部分底面开口正对或斜对水流来流方向，以及正对或斜对顶部抛投方向，从而使得河水中自带的滚石或抛投的辅助填充物(石块或更小型的截流装置)能够进入正锥状框体内腔，起到有效拦截作用；再一方面，截流装置的整体重量和稳定性会随其内腔中填充物数量增多而逐渐升高，从而实现稳定截流；
31.2)本技术的河床围堰龙口截流装置及截流方法中，优选构成内主体框架的主体梁的数量为六根，以使得内主体框架能够作为一正八面体的内框架，这是从材料数量、预制成本、预制效率、移动或滚动难易程度、任意正锥状框体底面开口朝向范围、正锥状框体内腔容积、内腔限制能力、多截流装置之间空间自动调节能力等方面综合考虑得出的最优结构，能够更进一步提升截流施工操作效率，最终有助于节省工程投资以及保障后续围堰合拢、闭气等水利施工工序的施工进度。
附图说明
32.图1是在主体梁的数量为6根的实施例中，河床围堰龙口截流装置的结构示意图；
33.图2是图1实施例中另一视角的结构示意图；
34.图3是图1实施例中的其中一个正锥状框体的结构示意图；
35.图4是在主体梁的数量为8根的实施例中，河床围堰龙口截流装置的结构简图(支撑杆仅示意出一部分，且加固板未示出)。
具体实施方式
36.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
37.需要理解的是，在本技术的描述中可能涉及到的技术术语，例如“竖直”、“水平”、“上下”、“左右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
38.下面结合附图1-图4对本技术的河床围堰龙口截流装置及截流方法做进一步详细说明。
39.第一方面，本技术公开了一种河床围堰龙口截流装置，可以包括内主体框架1、构成内主体框架1的主体梁11及设置在内主体框架1上的支撑杆2。
40.具体的，多根主体梁11的轴向一端端部固定相交于一顶部连接点，且所有的主体梁11在以该顶部连接点12为球心的球体空间内呈发射状分布，从而构成内主体框架1；可以理解的是，在这样形成的内主体框架1基础上，当把各主体梁11远离顶部连接点12(即正多面体的顶点)的一端端点采用直线段进行顺次连接时，可使得整个结构外形呈正多面体(各底面开口)形状，也即是可以将上述内主体框架1能够作为一正多面体的内框架；另外，此时的顶部连接点12则作为正多面体的中心点，全部主体梁11的远离顶部连接点12的一端端点，正好分布在正多面体的各顶点处，从而构成与正多面体的面数相适配的且共享同一顶点的多个正锥状框体；正多面体的面数配置为当其中任何一面触及河床时都可作为支撑面，且其余一个或多个面朝上或朝向水流上游以便于截流杂物或进一步容纳辅助填充物。
41.需要说明的是，主体梁11的数量可以根据能构成的正多面体的面数而定，由于正多面体的一共是五种类型，即正四面体、正六面体(参见如图4所示)、正八面体、正十二面体以及正二十面体，因此主体梁11的数量可以根据正多面体顶点数量选择为例如4根、6根、8根等。
42.进一步的，在任意相邻两根主体梁1之间均固定连接有多根支撑杆2，且多根支撑杆2之间呈间隔排布或交错排布。
43.综上，由于截流装置的外轮廓是呈正多面体形状，因此其在龙口处受到水流冲击时，其各个面与河床接触概率是等同的，因此能够尽可能确保至少一个底面与河床接触，以提高摩擦力；另一方面，在龙口处高速水流冲击作用的影响，无论截流装置是处于不停移动或转动状态，或是以任何姿势固定不动后，都能保证至少有一部分底面开口正对或斜对水流来流方向，以及正对或斜对顶部抛投方向(及河流顶面)，从而使得河水中自带的滚石或人为抛投的辅助填充物能够进入对应的正锥状框体内腔中，起到有效拦截作用；再一方面，截流装置的整体重量和稳定性会随其对应内腔中填充物数量增多而逐渐升高，从而实现稳定截流。
44.还需要强调的是，在现有技术中，虽然有存在类似整体外形呈多面体的结构框架，但是该结构框架内部整个是一完整空腔，空腔内通常填充有石块，且各个面是采用网状面板(网状支架)进行固定的，整个结构框架的目的是为了将多块石块笼络在一起形成一个重量和体积更大的抛投物，因此其各个面必须要设置网状面板以防止内部的石块被冲刷出来；也即是说，对于本领域技术人员而已，本技术设计的这种可以将各个面完全开口，且本身能够作为抛投物，又能够起到拦截河流中抛投物作用的结构框架，一方面是从现有技术的结构框架无法直接得到的，再有，这种设计实际上是克服了现有技术中框架内部必须填充物体且各个面必须封闭的技术偏见的。
45.进一步的，连接在任意相邻两根主体梁11之间的多根支撑杆2除了布置方式可以间隔排布或交错排布，其数量、相互之间间距也可以根据需要进行适合的选择；本实施例在，首先优选支撑杆2的数量为四根，四根支撑杆2相互平行且均匀排布，进一步是与对应的两根主体梁11的远端端点(即作为正多面体顶点的端点)的连线平行(参见图1-图3中所示)；并且，优选相邻两根支撑杆2的间距为0.2m～0.3m或0.22～0.28m。
46.进一步的，本技术的河床围堰龙口截流装置还可以包括多根辅助支撑杆3，以提高支撑杆2所在面的抗冲击能力；具体的，当上述四根支撑杆2采用平行间隔排布时，优选采用两根辅助支撑杆3将上述四根支撑杆2进行固定连接，两根辅助支撑杆3与四根支撑杆2构成网状结构(参见图1-图3中所示)，且两根辅助支撑杆3在对应两根主体梁11之间均匀分布；进一步，还优选每根辅助支撑杆3的延长线穿过上述顶部连接点12。
47.由上可知，内主体框架1的形状是可以根据能构成的正多面体的面数而定，本实施例中，优选内主体框架1的主体梁11的数量为四根或六根(参见图1所示)或八根(参见图4所示)，以使得内主体框架1能够作为一正四面体或正八面体或正六面体的内框架。
48.在进一步优选实施例中，本技术选择主体梁11的数量为六根，具体是从材料数量、预制成本、预制效率、移动或滚动难易程度、任意正锥状框体底面开口朝向范围、正锥状框体内腔容积、内腔限制能力、多截流装置之间空间自动调节能力等方面综合考虑得出的最优结构，从而能够更进一步提升截流施工操作效率，最终有助于节省工程投资以及保障后续围堰合拢、闭气等水利施工工序的施工进度。
49.下面将对一部分因素进行举例说明：
50.1)材料数量因素：
51.例如对应正六面体时，相反需要使用八根主体梁11，而本实施例的对应正八面体结构时，仅需要六根主体梁11；
52.2)移动或滚动难易程度因素：
53.例如对应正十二或二十面体时，会使得截流装置滚动太容易，从而降低了摩擦力，而采用对应正四或正六面体时，又会导致摩擦力过大，难以实现多截流装置之间空间自动调节；而本技术的对应正八面体的结构在满足摩擦力要求的同时，更有利于实现多截流装置之间空间的自动调节；
54.3)任意正锥状框体底面开口朝向范围因素：
55.例如对应正四面体或正六面体时，其底面开口大且数量少，比如当其处于一个稳定状态时(一个底面与河床接触)，首先是光这个接触面就占据了很大一部分空间，另外，其他面也由于结构关系，使得朝向来流方向的有效面积也非常有限；而本技术的对应正八面体的结构可以在在满足摩擦力要求的同时，尽可能增加朝向来流方向的有效面积；
56.4)正锥状框体内腔容积大小以及内腔限制能力因素：
57.例如对应正四面体或正六面体时，虽然每个内腔容积大，但是相应的其开口会比较宽阔，物体容易进入其内腔，同样也容易被冲刷出来；而如果对应正十二或二十面体，又会使得内腔容积和开口都过小，难以实现有效拦截；
58.5)多截流装置之间空间自动调节能力(类似于上述移动或滚动难易程度因素)
59.例如对应正四面体或正六面体时，虽然摩擦力更强，稳定性更好，但是当多个截流装置位于同一层面或者位于上下层面时，很容易在它们之间形成较大空隙，这样的空隙较
难被填补，相反会导致该位置水流速度加快，影响截流；而本技术的对应正八面体的结构则无论在水平方向还是竖直方向，均可以将多个截流装置相互之间空间利用率做到最大化，使得水流速度均匀。
60.进一步的，本技术的河床围堰龙口截流装置中，还可以包括加固板4，以起到结构加强作用。具体的，在上述多根主体梁11构成的内主体框架1中，可以通过内主体框架1上预定位置的多根主体梁11相互组合，构成多个与正多面体的面数相适配(例如正四面体和正八面体对应的是正三棱锥，正六面体对应的是正四棱锥)的正锥状框体，而加固板4是固定设置在每个正锥状框体的内侧靠近其顶点位置处，其外轮廓形状与每个正锥状框体底面形状相同且平行于该底面。
61.进一步的，本技术的河床围堰龙口截流装置中，主体梁11、支撑杆2以及加固板4均可以根据需要采用多种适合的材料制成，本实施例中，优选采用钢材料制成，其中，主体梁11为工型钢，加固板4为钢板，支撑杆2为截面呈圆形的直杆(即钢筋)。
62.同样，主体梁11的长度以及支撑杆2的直径可以根据需要进行设置，本实施例中，优选主体梁11的长度为1.0、1.5、2米，或是1m～2m；支撑杆2的直径不小于32mm，进一步优选不小于35mm或40mm。
63.第二方面，本技术还公开了一种河床围堰龙口截流方法，包括如下步骤：
64.步骤一、预制多个如上述第一方面中任一项所述的河床围堰龙口截流装置。
65.步骤二、在每个河床围堰龙口截流装置上预定位置处固定至少一根钢丝绳；其中，钢丝绳的数量可根据需要而定。
66.步骤三、通过锚杆将固定在河床围堰龙口截流装置上的钢丝绳与龙口侧面(一侧或两侧)的围堰进行固定连接(此时河床围堰龙口截流装置并非完全固定，仍然会在水流冲击作用下摆动或转动)，以辅助河床围堰龙口截流装置保持固定。
67.步骤四、分批次将上述步骤三中准备好的河床围堰龙口截流装置往龙口处进行抛投，直到稳定截流，其中，每批次抛投河床围堰龙口截流装置的数量是尽量确保在同一层面铺满河床围堰龙口截流装置；
68.另外，在任意相邻两批次河床围堰龙口截流装置抛投的间隔期中，还向已抛投的河床围堰龙口截流装置(同一层面)的顶部位置和上游位置抛投辅助填充物，其中，辅助填充物为石块和/或小型预制件，其尺寸正锥状框体的开口尺寸。
69.同样的，本技术的河床围堰龙口截流方法，能够更进一步提升截流施工操作效率，最终有助于节省工程投资以及保障后续围堰合拢、闭气等水利施工工序的施工进度。
70.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。