用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站及其使用方法技术

本发明专利技术公开一种用于大型明渠不停水修复施工用的吸附式水下空间站及其使用方法，包括穹拱，穹拱的两侧面底部分别安装有侧翼，侧翼上安装有真空吸盘阵，真空吸盘阵连接有真空泵，所述穹拱上表面安装有气囊，穹拱内部设置有抽水泵组件；所述穹拱底面边缘固设有密封止水组件。相对于现有技术，本发明专利技术优点为：1.采用轻型穹拱结构，满足单元结构的抗压强度，通过真空吸盘阵的巨大真空吸附力有效增强水下空间站的抗浮稳定性；2.通过设置气囊，结合通过控制真空吸盘阵的真空度来进行空间站的整体水下快速沉降与移动；3.本发明专利技术能形成三种类型空间站；4.真空吸盘阵设置在穹拱侧边的侧翼上，将整个结构的受力均匀分散在护翼上，减少对明渠衬砌板结构的损坏。

【技术实现步骤摘要】
用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站及其使用方法
本专利技术属于深水明渠维修
，具体涉及一种用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站及其使用方法。
技术介绍
大型长距离输水明渠在使用中遇到极端气象或地质灾害，会出现渠道边坡衬砌的破坏、断裂、塌陷等问题；但在输水期一般又不允许停水修复。深水明渠边坡在不停水修复时采用常规围堰施工在技术上十分困难，迎水侧巨大的水压力要求围堰结构强度牢固，围堰体型大则影响过流不能使用，采用钢围堰又无法解决侧向支撑与修复施工区相互影响的矛盾，遍查国内外技术资料，均没有合适的施工方法，因此开发一种高效便捷的施工环境保障技术迫在眉睫。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站及其使用方法，利用真空吸附力解决轻型穹拱结构与空间站抗浮稳定矛盾以及底部密封止水需求，既方便空间站安装，又保证空间站水下密封、稳定，能实现安装高效、快速、安全、节能的明渠水下维修空间站。本专利技术的目的是以下述方式实现的：用于大型明渠不停水修复施工用的吸附式水下空间站，包括穹拱，穹拱的两侧面底部分别安装有侧翼，侧翼上安装有真空吸盘阵，真空吸盘阵连接有真空泵，所述穹拱上表面安装有气囊，穹拱内部设置有抽水泵组件；所述穹拱底面边缘固设有密封止水组件。所述穹拱无底面且其上端面开口，穹拱的下端面封闭，下端面外侧底部安装有底翼，底翼上安装真空吸盘阵。所述穹拱内侧面底部设置有二次防渗组件。所述二次防渗组件包括靠近穹拱内侧壁的防渗墙，防渗墙与穹拱内侧之间形成防渗沟，防渗沟内设置有排水管。所述防渗墙顶部安装有竖直柔性连接件，竖直柔性连接件顶部连接在穹拱上，防渗墙侧面顶部与穹拱之间连接有支撑连杆，防渗墙侧面连接有水平柔性连接件，水平柔性连接件另一端连接在穹拱上。所述密封止水组件包括连接在穹拱底部的穹拱底座，穹拱底座下方连接有防水橡胶垫。所述穹拱底座下表面中部开设有上凹槽，防水橡胶垫上表面中部开设有上下开口的下凹槽，上凹槽和下凹槽位置相对应且连通形成密封腔体，密封腔体内设置有充气橡胶，充气橡胶内设有空腔，空腔内设置有用于充气的充气管路，充气管路依次穿过充气橡胶、穹拱底座从空腔内向外伸出，充气管路伸出端连接有气源和充气泵。所述侧翼的外侧壁上安装有便于吸附式水下空间站移动的伸缩导向轮，伸缩导向轮包括导向轮，导向轮顶部连接有活塞杆朝下的气缸，气缸顶部固接在侧翼上。所述穹拱内安装有照明灯组件和施工用水龙头组件。所述穹拱是由穹拱段Ⅰ、穹拱段Ⅱ、穹拱段Ⅲ和下端面穹拱组装而成。所述穹拱的拱形下端侧面两侧靠近其下端面分别安装有防水轴承，防水轴承内安装有驱动轴，驱动轴的一端位于穹拱外且连接有伸入明渠水中的叶轮，驱动轴另一端连接有内排风扇；所述穹拱的拱形上端侧面内两侧靠近其外端分别安装有外排风扇。所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站的使用方法，包括如下步骤：a)对明渠边坡上需修复区域的边缘，进行清污处理，便于吸盘工作；b)将穹拱装车运输至指定修复区域最近的道路上，通过吊车调运至渠道岸边，顺流组装，并对气囊充气；然后将岸上卷扬机的缆绳连接在穹拱的四周，卷扬机缆绳拉动空间站进行转移至指定修复区域，并对气囊放气，使空间站在修复区定位下沉；c)利用真空泵对真空吸盘阵各吸盘抽气达到预计真空度，检查吸附力以确保空间站抗浮稳定设计要求；d)利用抽水泵组件将空间站内部积水全部排入渠道；e)接着施工人员与施工机械进场，开始边坡修复施工；f)修复完成后，施工人员与施工机械撤出，通过向真空吸盘阵的吸盘内充气，利用气体反冲力形成气体垫层至空间站恢复至移动状态，并对气囊充气，配合空间站上的伸缩导向轮及连接的缆绳，顺流移动至下一维修工作区域，接着对气囊放气，且缩回伸缩导向轮；然后重复步骤a)，c)~e)的工作；g)在修复工作全部完成后，调节真空吸盘阵的吸盘真空度以去除吸附力，利用气囊充气与连接的缆绳，调整空间站姿态为顺流靠岸状态，然后对气囊进行放气，再对穹拱各部分进行拆解，由起重机分块吊运装车，拉回存储仓库。相对于现有技术，本专利技术的优点如下：1.首先采用轻型穹拱结构，满足单元结构的抗压强度，同时通过在分别位于穹拱底部、外侧的底翼和侧翼上设置真空吸盘阵，基于真空吸附原理，通过真空吸盘阵的巨大真空吸附力有效增强水下空间站的抗浮稳定性；2.通过设置气囊，结合通过控制真空吸盘阵的真空度来进行空间站的整体水下快速沉降与移动；3.本专利技术能形成三种水下满足边坡维修施工空间基本要求的无水作业空间单元，分别为边坡维修A型，半渠道维修B型，全渠道维修C型；4.真空吸盘阵设置在穹拱侧边的侧翼上，将整个结构的受力均匀分散在护翼上，减少对明渠衬砌板结构的损坏；5.与传统深水明渠维修相比，本专利技术可节约经费25%～50%，吸附式水下空间站的技术具有广阔的应用前景和巨大的社会经济效益。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的三种使用状态图。图3是本专利技术的横截面图。图4是本专利技术的纵向骨架图。图5是本专利技术防渗沟部分的结构示意图。图6是空间站数值模拟的俯视图。图7是空间站数值模拟的立体图。图8是空间站骨架数值模拟的俯视图。图9是真空吸盘阵的布置示意图。图10是对穹拱最危险工况模拟后对空间站结构施加荷载及约束后的效果图。图11是空间站数值模拟后施加第三主应力示意图。图12是空间站模拟的梁绕中心轴的弯矩值图。图13是空间站模拟的结构变形挠度验算结果。图14是采用三维水动力数值模拟获取的水下A型空间站流场。图15是A型空间站所在流场的表面流态及水深分布。其中，1、穹拱，2、侧翼，3、底翼，4、真空吸盘阵，5、排风扇组件，6、气囊，7、伸缩导向轮，8、水龙头组件，9、二次防渗组件，10、照明灯组件，11、抽水泵组件，12、明渠边坡；101、穹拱段Ⅰ，102、穹拱段Ⅱ，103、穹拱段Ⅲ，104、上弦杆，105、下弦杆，106、腹杆，107、下端面穹拱，108、支撑连杆，109、穹拱底座，110、防水橡胶垫，111、充气橡胶，112、充气管路；401、连接管,701、气缸，901、防渗墙，902、排水管，903、水平柔性连接件，904、外裹橡胶，905、竖直柔性连接件。具体实施方式本专利技术以空间站放置在明渠边坡上时的较高处为上，较低处为下。如图1所示，一种用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，包括穹拱1，穹拱1可以两端面均开口，如图2所示的C型空间站，也可以为仅上端面开口，如图2所示的A型或B型空间站，穹拱1的两侧面底部分别安装有侧翼2，侧翼2上安装有真空吸盘阵4，真空吸盘阵4连接有真空泵（图中未画出），此真空泵为水气分离泵，用于将吸盘内的水抽走形成真空吸附，所述穹拱1上表面安装有气囊6，穹拱1内部设置有抽水泵组件11；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：包括穹拱（1），穹拱（1）的两侧面底部分别安装有侧翼（2），侧翼（2）上安装有真空吸盘阵（4），真空吸盘阵（4）连接有真空泵，所述穹拱（1）上表面安装有气囊（6），穹拱（1）内部设置有抽水泵组件（11）；所述穹拱（1）底面边缘固设有密封止水组件。/n

【技术特征摘要】
1.用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：包括穹拱（1），穹拱（1）的两侧面底部分别安装有侧翼（2），侧翼（2）上安装有真空吸盘阵（4），真空吸盘阵（4）连接有真空泵，所述穹拱（1）上表面安装有气囊（6），穹拱（1）内部设置有抽水泵组件（11）；所述穹拱（1）底面边缘固设有密封止水组件。


2.如权利要求1所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述穹拱（1）无底面且其上端面开口，穹拱（1）的下端面封闭，下端面外侧底部安装有底翼（3），底翼（3）上安装真空吸盘阵（4）。


3.如权利要求1所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述穹拱（1）内侧面底部设置有二次防渗组件（9）。


4.如权利要求2所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述二次防渗组件（9）包括靠近穹拱（1）内侧壁的防渗墙（901），防渗墙（901）与穹拱（1）内侧之间形成防渗沟，防渗沟内设置有排水管（902）。


5.如权利要求3所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述防渗墙（901）顶部安装有竖直柔性连接件（905），竖直柔性连接件（905）顶部连接在穹拱（1）上，防渗墙（901）侧面顶部与穹拱（1）之间连接有支撑连杆（108），防渗墙（901）侧面连接有水平柔性连接件（903），水平柔性连接件（903）另一端连接在穹拱（1）上。


6.如权利要求1所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述密封止水组件包括连接在穹拱（1）底部的穹拱底座（109），穹拱底座（109）下方连接有防水橡胶垫（110）。


7.如权利要求6所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述穹拱底座（109）下表面中部开设有上凹槽，防水橡胶垫（110）上表面中部开设有上下开口的下凹槽，上凹槽和下凹槽位置相对应且连通形成密封腔体，密封腔体内设置有充气橡胶（111），充气橡胶（111）内设有空腔，空腔内设置有用于充气的充气管路（112），充气管路（112）依次穿过充气橡胶（111）、穹拱底座（109）从空腔内向外伸出，充气管路（112）伸出端连接有气源和充气泵。


8.如权利要求1所述的用于大型明渠不停水修复的吸附式水下空间站，其特征在于：所述侧翼（2）的外侧壁上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明潇，孙羽，李晓晨，张杰，杜庆军，孙东坡，刘科，武娟娟，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41