张力元 高航舵 尹昭 吴文秀

摘 要：水库大坝是兴水利除水害的重要基础设施，是保障下游生命财产安全的重要屏障，为突破大坝深水安全保障技术壁垒，攻克非常规条件下大坝溃决早期预警与应急处置技术瓶颈，设计一种水下构筑物裂缝快速修补装置十分必要。本装置主要利用利用螺旋桨将设备贴于构筑物表面，自动灵活的施加预应力，同时巧妙的借助压力差实现设备在构筑物表面的固定，最后利用现有的注浆技术实现对构筑物表面裂缝的修补，可以较好的解决这一问题。

关键词：水下构筑物、深水渗漏、快速修补、自动机械化

一、研究背景

水库大坝渗漏是水利工程较为常见的问题，类型众多，情况多样，成因复杂，后果严重。水库大坝投资大，工期长，施工难度大，运行时间长，失事后果严重。由于长时间运行，必然存在水流渗透坝身移动渗漏的现象，所以大坝修补是一种经济有效的措施，能提高经济社会效益和水库建设质量。目前工程中对于浅水环境下坝体渗漏的处理技术已经比较成熟，但是由于在深水环境下水压大，探测较为困难，工程技术人员难以靠近渗透部位直接进行作业，这也是工程中的一重大技术难题。所以设计一套一种可处理深水条件下坝体渗漏的装置修补裂缝意义重大，该装置主要利用现有的探测技术定位裂缝位置后，通过悬吊系统、位置固定系统、注浆系统对裂缝进行修补，达到自动机械化的解决问题的效果。

二、设计内容

装置主要包括悬吊系统、位置固定系统、注浆系统三部分。其中悬吊系统主要由铰链和升降机构成，负责把位置固定系统和注浆系统送至工作面，位置固定系统利用螺旋桨和压力差将装置固定到工作面，注浆系统利用注射器将修补材料注入裂缝。

○1—外罩，○2—螺旋桨外罩，○3—纵轴，○4—抽水口，○5—横轴，○6—存放线路的电机装配体，○7—喷头，○8—螺旋桨，○9—固定支架，○10—舵机1，○11—舵机2，○12—舵机3，○13—圆形齿轮，○14—补漏材料容器

基于目前国内外成熟的探测技术，能成功定位并处理水下裂缝图像，在确定裂缝位置后，第一步，在工作船上下放装置，通过装置上的螺旋桨调整装置的位置和方向，使其准确抵达渗漏处。

第二步，固定装置。通过螺旋桨施加的预压力使装置紧贴于构筑物表面，此时利用水泵将水抽出，使装置内外形成压力差，进一步将装置固定。外罩与大坝接触位置铺设一层硅胶，使装置拥有良好的密闭性和隔水性，形成密闭的注浆环境。

第三步，注浆堵漏。注浆喷头通过横轴，纵轴以及固定支架的联动实现在装置内部的运动，其运动原理与3D打印机原理类似。喷头工作方式为旋钮式推进，通过遥控器可控制喷头的空间移动和灌注浆液。装置的线路的连接部分放置于电机装配体中，使得装置看起来更加简洁和美观并进一步确保装置的良好防水。

第四步，回收装置，直接通过悬吊系统回收装置，清洗装置，可多次使用该装置。

三、现实意义

水库大坝起到防洪抗汛的作用，合理分配水资源的同时保证下游人民生命财产的安全。在长年运行过程中，水流的渗流、冲刷、冻融破坏作用，容易造成水库大坝的渗漏。对坝体进行修补是一种经济有效的措施，该装置是结合目前比较成熟探测和注浆技术，运用相应的机械化操作解决深水条件下处理混凝土坝坝体渗漏的工程难题，并能够更加快速的对出现渗漏情况的坝体进行封堵。考虑到深水条件下压强大，浅水区的人工注浆方法不再适用，装置采用高强抗压材料利用水压固定装置，有效解决水压问题 。另外采用多轴联动的方式达到注浆头上下左右移动，能全方位覆盖渗漏区。其中，注浆系统也是依据现有的一种注浆技术，分A和B注浆管注入渗漏处，A、B浆液结合后迅速反应凝固，由于在水下作业，采用注浆材料是绿色环保无污染。且造价低，施工安全，用途广泛，对环境污染小，是一种比较理想的工程设备。

四、存在的问题

装置在水下作业的稳定性难以保证，例如，如遇坝面粘附很多污物而导致裂缝表面不平整的坝体，则需要有专门的清除污物装置；在作业过程中如何保证装置与坝面完全贴紧不渗水；注浆时，若直接利用注浆喷头涂抹裂缝表面，是否能够保证浆液凝固后稳定。这些也是需要我们进一步深入研究的问题。

五、前景展望

水库大坝在长年运行过程中容易出现渗漏、坝体裂缝等病害，不仅影响工程正常运行，有时甚至对工程安全造成威脅。基于此现状，提出“以物代人”的补漏思想，实现了大坝补漏工程由半人工半机械向全机械方向的转变；解决人工无法作业的问题，改变了传统补漏方式中人工作业的方式。利用大气压和深水环境下的水压力之间的压力差实现装置在坝面的固定，解决了深水条件下设备固定的问题，巧妙的将不利条件转变为有利条件。很关键的一点是本装置自动化作业，仅需要少量的工人在地面上进行简单的操作即可完成补漏工作，节省人力物力，高效快捷，并降低了工程所需的成本。

本装置可以解决深水条件下处理混凝土坝坝体渗漏的工程难题；能够更加快速的对出现渗漏情况的坝体进行封堵，在节约了水资源的同时为大坝和下游人民生命财产的安全提供了技术保障。本作品制作所需的现有技术成熟，且造价低，施工安全，用途广泛，对环境污染小，是一种比较理想的工程设备。

参考文献：

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