CN106192901A - 一种堤坝上游管涌口快速封堵装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堤坝上游管涌口快速封堵装置及方法，堤坝上游管涌口快速封堵装置包括束状变截面干燥吸水树脂、牵引伞、塑料密封袋与土工布袋、气球等；先利用快速封堵装置寻找、探测管涌入口；牵引伞吸入管涌通道后，逐渐把束状变截面干燥吸水树脂拉入管涌通道中，并最终卡在管涌入口处；截断塑料密封袋与土工布袋，水被引入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口。本发明快速封堵装置制作简单，材料廉价，轻巧方便携带，具有经济性与实用性；抢险封堵速度快，吸水树脂吸水后体积迅速膨胀并固化，能快速封堵管涌口；施工方法简单方便，无需大型设备，适应堤坝应急抢险的特征与需要。

Description

一种堤坝上游管涌口快速封堵装置及方法

技术领域：

本发明涉及堤坝防汛抢险加固技术，尤其涉及一种堤坝上游管涌口快速封堵装置及方法。

背景技术：

管涌是指在渗流力作用下，无粘性土中的细小颗粒通过粗大颗粒构成的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。管涌是江河大堤在汛期常见险情之一。及时发现管涌现象并尽快封堵管涌口，是堤坝防汛抢险的关键内容之一。

吸水树脂是一种新型的高分子材料，它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物吸收水分，且所吸水分不会被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。吸水树脂已逐渐被应用至水利工程中，主要用于汛期大坝洞的堵漏、地下室、隧道、地铁预制缝的堵水等。

中国专利授权公告号CN101403457B公开了一种高吸水树脂管涌探测堵漏器、制备方法及应用，包括多个体积递增并用绳子串联的吸水堵漏袋，堵漏袋内装有高吸水树脂，当管涌水流把小堵漏袋吸入管涌通道后，会把其它几个较大的堵漏袋拖入水中，堵漏袋中的高吸水树脂快速吸水膨胀，从而将管涌堵上。该专利未交待堵漏袋是否具有隔水功能，若无隔水功能，堵漏袋一旦接触水，还未等堵漏袋吸入管涌通道内，堵漏袋内部的高吸水树脂已经吸水膨胀，体积胀大几十倍甚至上百倍，已难以再被吸入管涌通道内，达不到封堵管涌口的目的；若堵漏袋具有隔水功能，小体积的堵漏袋成功吸入管涌通道后，如何方便操作使堵漏袋破损并吸入水分进而使高吸水树脂吸水膨胀达到堵漏效果，有待深入探讨。可见，基于吸水树脂(高聚物材料)封堵管涌通道的技术，还有待发展简单、实用的施工方法。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种堤坝上游管涌口快速封堵装置及方法，结构设计简单、操作方便，为管涌抢险提供了一种可靠的封堵技术。

本发明的技术方案如下：

堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，包括束状变截面干燥吸水树脂，束状变截面干燥吸水树脂前端系有牵引伞，束状变截面干燥吸水树脂末端延伸有塑料密封袋与土工布袋，塑料密封袋与土工布袋尾部系有气球。

所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的束状变截面干燥吸水树脂包括吸水树脂，吸水树脂外包覆有塑料密封袋，塑料密封袋外包覆有土工布袋。

所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的束状变截面干燥吸水树脂靠近牵引伞一端的吸水树脂截面最小，靠近气球一端的吸水树脂截面最大，中间均匀过渡，整体呈截头圆锥体变截面形状。

所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的牵引伞由高弹性材料制成伞状，牵引伞外壁为圆弧面，牵引伞内部设有系缚部并带有供细绳穿越用绑扎。

所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的塑料密封袋由2~4层厚度不同的塑料膜组成，塑料密封袋的强度小于吸水树脂的最大膨胀力。

所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置的快速封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：先利用快速封堵装置寻找、探测管涌入口；牵引伞吸入管涌通道后，逐渐把束状变截面干燥吸水树脂拉入管涌通道中，并最终卡在管涌入口处；截断连接束状变截面干燥吸水树脂的塑料密封袋与土工布袋，水被引入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口。

堤坝上游管涌口快速封堵装置的快速封堵方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

1）、探测上游管涌口：

在快速封堵装置上的塑料密封袋与土工布袋的末端系上控制绳后抛入水中，待其自沉成铅直线后，缓慢拖拽控制绳使牵引伞在坡面滑动，若牵引伞正好在管涌口附近时，其将被水流吸入管涌通道内，通过控制绳拖拽力量的变化判断牵引伞是否进入管涌通道内；

2）、释放控制绳使束状变截面干燥吸水树脂进入管涌通道：

确定牵引伞进入管涌口后，通过续接、释放更长的控制绳，使牵引伞牵引、拖拽束状变截面干燥吸水树脂进入管涌通道；束状变截面干燥吸水树脂的小截面一端率先进入管涌通道内，随着进入长度的增加，截面面积逐渐增大，最终束状变截面干燥吸水树脂某处的截面积与管涌通道的截面积基本相同时，束状变截面干燥吸水树脂被管涌通道的洞口卡住无法再进入；

3）、截断塑料密封袋与土工布袋：

通过控制绳牵引判断束状变截面干燥吸水树脂不再进入管涌通道后，在系缚气球的位置截断塑料密封袋与土工布袋，水被引入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口。

本发明的有益效果是：

1）、本发明所提的快速封堵装置制作简单，材料价格低廉，装置轻巧容易携带，具有经济性与实用性；

2）、本发明抢险封堵速度快，吸水树脂吸水后体积迅速膨胀并固化，十多分钟便可达到90%以上的强度；

3）、本发明所提施工方法简单方便，无需大型设备，适应堤坝应急抢险的特征与需要。

附图说明：

图1为本发明快速封堵装置的结构示意图。

图2为本发明快速封堵装置的使用示意图。

图3为本发明的牵引伞吸入管涌通道示意图。

图4为本发明的大部分束状变截面干燥吸水树脂进入管涌通道示意图。

图5为本发明截断塑料袋后吸水树脂吸水膨胀示意图。

附图标记说明：1、牵引伞；2、细绳；3、束状变截面干燥吸水树脂；4、塑料密封袋与土工布袋；5、气球；6、控制绳；7、管涌通道；8、堤坝；9、遇水膨胀后的吸水树脂；A、上游水位；B、下游水位。

具体实施方式：

参见附图：

快速封堵装置的主体为束状变截面干燥吸水树脂3，束状变截面干燥吸水树脂3前端用细绳2系有牵引伞1，束状变截面干燥吸水树脂3后端延长的塑料密封袋与土工布袋4上用细绳2系有气球5。

如图1所示的快速封堵装置，其被抛入水中后，在自重作用下能呈铅直线状，部分气球5能露出水面，如图2所示；连接快速封堵装置各部分的细绳长度，应根据现场堤坝的坡度及水位综合确定或调节，以能方便快捷探测管涌洞口为主要目标。

牵引伞1由高弹性材料制成伞状，牵引伞1外壁为圆弧面，牵引伞1内部有系缚部并带有供细绳2穿越用绑扎。

气球5选用鲜艳的颜色，如红色或黄色，方便在光线昏暗的情况下探测辨别；气球5应具有较大的厚度，在恶劣环境中不容易破坏；如有需要，可同时绑扎多个气球。总体上，气球的费用低廉，现场可多备一些气球选用。

气球5的作用一方面是在水中给快速封堵装置提供浮力，使快速封堵装置在水中呈铅直线状，另一方面起判断快速封堵装置状态的作用，若原先露出水面的气球被拖入水中，可判断牵引伞1已进入管涌通道内。

束状变截面干燥吸水树脂3其最外围是土工布袋、中间是塑料密封袋、内部是干燥的吸水树脂；束状变截面干燥吸水树脂3在进入管涌通道时所受的拖拽力、摩擦力，均由土工布袋承担，故土工布袋材料须具有一定的弹性与韧性；土工布袋的厚度较小、体积较大，其压缩、褶皱成束状，包裹在干燥吸水树脂的外围；土工布袋的纹理应足够密，使吸水树脂颗粒无法外漏、挤出；水能够透过土工布袋。干燥吸水树脂吸水后把土工布袋的撑开、胀大；土工布袋的体积应足够大，其不约束、影响干燥吸水树脂吸水后的体积膨胀。

束状变截面干燥吸水树脂3中间的塑料密封袋，由2~4层厚度不同的塑料膜组成，起密封内部吸水树脂的作用，其具有一定的弹性与韧性，能承受拖拽、摩擦力而不损坏。特别地，吸水树脂吸水膨胀后，其能把包裹的塑料密封袋胀开、撑破，即塑料密封袋的强度或密封口处的强度小于吸水树脂的最大膨胀力，塑料密封袋不约束、影响干燥吸水树脂吸水后的体积膨胀。

束状变截面干燥吸水树脂3中的吸水树脂由塑料密封袋包裹，采用真空包装，其结构紧凑且具有较大弹性，能够在外力作用下发生相应变形，从而容易被吸入不规则的孔洞中。

束状变截面干燥吸水树脂3靠近牵引伞1一端的吸水树脂截面最小，靠近气球5一端的吸水树脂截面最大，中间均匀过渡，整体呈截头圆锥体变截面条带状。

束状变截面干燥吸水树脂3应事先生产、加工好，呈条带状卷成捆状备用；使用过程中，一般不对束状干燥吸水树脂进行续接、临时加长，因为若续接口处包裹不严发生渗水，将导致干燥吸水树脂尚未使用就已吸水膨胀而失效；故每捆束状变截面干燥吸水树脂3的总长度应足够长，满足单次抢险中穿越管涌通道的需要；包裹于吸水树脂外围的塑料密封袋具有一定的强度与韧性，使其在搬运、拖动过程中不会破损；否则，塑料密封袋破损后使内部的吸水树脂吸水后体积膨胀，导致该材料尚未使用就面临报废、丧失使用功能。

塑料密封袋与土工布袋4在束状变截面干燥吸水树脂3靠近截面最大的一端继续延伸，即塑料密封袋与土工布袋4的长度大大超过吸水树脂的长度。延伸塑料密封袋与土工布袋4的长度，使束状变截面干燥吸水树脂3被吸入管涌通道后，塑料密封袋与土工布袋4的末端离水面较近，施工人员在水面附近较方便的截断塑料密封袋，把水引入干燥吸水树脂内。

之所以使塑料密封袋与土工布袋4的总长度大大超出束状变截面干燥吸水树脂3的长度，是为了使施工人员在较浅的位置便能接触并截断塑料密封袋使水进入其中，而不需深潜到管涌口进行操作，大大方便现场施工。

优选的，牵引伞1的直径在1cm~10cm之间；可生产不同直径的系列牵引伞1供现场选用；下游管涌口出水量大的选择直径较大的牵引伞1，游管涌口出水量小的选择直径较小的牵引伞1。

优选的，束状变截面干燥吸水树脂3截面最小端的直径在1 cm ~5 cm之间，截面最大端的直径在10 cm ~30 cm之间，束状变截面干燥吸水树脂3的长度在2.0 m ~4.0 m之间；可生产不同规格的系列束状变截面干燥吸水树脂3，供现场灵活选用。

优选的，塑料密封袋与土工布袋4的总长度为束状变截面干燥吸水树脂3长度的2~4倍。

优选的，干燥吸水树脂吸水后体积膨胀在300倍以上，优先选用高性能的吸水树脂。

一种堤坝上游管涌口快速封堵装置的快速封堵方法，包括如下步骤：先利用快速封堵装置寻找、探测管涌入口；牵引伞1吸入管涌通道后，逐渐把束状变截面干燥吸水树脂3拉入管涌通道中，并最终卡在管涌入口处；截断连接束状变截面干燥吸水树脂3的塑料密封袋与土工布袋4，水被引入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂3吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口。

一种堤坝上游管涌口快速封堵装置的快速封堵方法，具体实施步骤详细描述如下：

1）、探测上游管涌口：

在快速封堵装置上的塑料密封袋与土工布袋4的末端系上控制绳6后抛入水中，待其自沉成铅直线后（如图2所示），缓慢拖拽控制绳6使牵引伞1在坡面滑动，若牵引伞1正好在管涌口附近时，其将被水流吸入管涌通道7内，通过控制绳6拖拽力量的变化判断牵引伞1是否进入管涌通道7内。

一般地，可根据下游管涌冒水口的位置，判断上游管涌口的大致范围；可派多人同时牵拉快速封堵装置在上游管涌口可能的范围内进行反复探测，提高探测上游管涌口的效率。

派人员缓慢拖拽控制绳6使牵引伞1在堤坝坡面滑动，若把快速封堵装置全部拖出水面还未发现管涌口，可再次把快速封堵装置远抛入水中，反复探测；若发现拖拽力量突然变大，此时牵引伞1可能被吸入管涌口中，可拉-放-拉-放的反复动作中，适当释放制绳6，使牵引伞1逐渐进入管涌通道，如图3所示。通过拖拽试探确定探测球进入管涌通道后，继续释放制绳(不够长可多次续接)6。

2）、释放控制绳使束状变截面干燥吸水树脂进入管涌通道：

确定牵引伞1进入管涌口后，通过续接、释放更长的控制绳6，使牵引伞1牵引、拖拽束状变截面干燥吸水树脂3进入管涌通道7；束状变截面干燥吸水树脂3的小截面一端率先进入管涌通道7内，随着进入长度的增加，截面面积逐渐增大，最终束状变截面干燥吸水树脂3某处的截面积与管涌通道7的截面积基本相同时，束状变截面干燥吸水树脂3被管涌通道7的洞口卡住无法再进入，如图4所示。

当控制绳6不再往下拖拽而停止运动时，可判断束状变截面干燥吸水树脂3已被管涌通道7的洞口卡住，

3）、截断塑料密封袋与网状土工袋4：

通过控制绳6牵引判断束状变截面干燥吸水树脂3不再进入管涌通道7后，基于控制绳6把塑料密封袋与土工布袋4拉到坝顶的位置，使施工人员离塑料密封袋与土工布袋4最近；施工人员在水中摸到塑料密封袋与土工布袋4后，截断或破损塑料密封袋与土工布袋4，使水进入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂3吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口，如图5所示。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：所提的快速封堵装置制作简单，材料廉价，装置轻巧方便携带，具有经济性与实用性；抢险封堵速度快，吸水树脂吸水后体积迅速膨胀并固化，能快速封堵管涌口；施工方法简单方便，无需大型设备，适应堤坝应急抢险的特征与需要。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，包括束状变截面干燥吸水树脂，束状变截面干燥吸水树脂前端系有牵引伞，束状变截面干燥吸水树脂末端延伸有塑料密封袋与土工布袋，塑料密封袋与土工布袋尾部系有气球。

2.根据权利要求1所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的束状变截面干燥吸水树脂包括吸水树脂，吸水树脂外包覆有塑料密封袋，塑料密封袋外包覆有土工布袋。

3.根据权利要求1所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的束状变截面干燥吸水树脂靠近牵引伞一端的吸水树脂截面最小，靠近气球一端的吸水树脂截面最大，中间均匀过渡，整体呈截头圆锥体变截面形状。

4.根据权利要求1所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的牵引伞由高弹性材料制成伞状，牵引伞外壁为圆弧面，牵引伞内部设有系缚部并带有供细绳穿越用绑扎。

5.根据权利要求1所述的堤坝上游管涌口快速封堵装置，其特征在于，所述的塑料密封袋由2~4层厚度不同的塑料膜组成，塑料密封袋的强度小于吸水树脂的最大膨胀力。

6.一种应用权利要求1所述装置的快速封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：先利用快速封堵装置寻找、探测管涌入口；牵引伞吸入管涌通道后，逐渐把束状变截面干燥吸水树脂拉入管涌通道中，并最终卡在管涌入口处；截断连接束状变截面干燥吸水树脂的塑料密封袋与土工布袋，水被引入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口。

7.根据权利要求6所述装置的快速封堵方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

1）、探测上游管涌口：

在快速封堵装置上的塑料密封袋与土工布袋的末端系上控制绳后抛入水中，待其自沉成铅直线后，缓慢拖拽控制绳使牵引伞在坡面滑动，若牵引伞正好在管涌口附近时，其将被水流吸入管涌通道内，通过控制绳拖拽力量的变化判断牵引伞是否进入管涌通道内；

2）、释放控制绳使束状变截面干燥吸水树脂进入管涌通道：

确定牵引伞进入管涌口后，通过续接、释放更长的控制绳，使牵引伞牵引、拖拽束状变截面干燥吸水树脂进入管涌通道；束状变截面干燥吸水树脂的小截面一端率先进入管涌通道内，随着进入长度的增加，截面面积逐渐增大，最终束状变截面干燥吸水树脂某处的截面积与管涌通道的截面积基本相同时，束状变截面干燥吸水树脂被管涌通道的洞口卡住无法再进入；

3）、截断塑料密封袋与土工布袋：

通过控制绳牵引判断束状变截面干燥吸水树脂不再进入管涌通道后，在系缚气球的位置截断塑料密封袋与土工布袋，水被引入塑料密封袋内部，进而使束状变截面干燥吸水树脂吸水膨胀，从而封堵堤坝上游管涌口。