CN113073600A - 一种快速的堤防溃口险情抢险装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速的堤防溃口险情抢险装置及方法,涉及堤防溃口险情抢险技术领域，所述装置包括：钢钎、重型直升机、可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂，所述重型直升机上搭载有钢钎发射系统；钢钎发射系统，用于将钢钎射入溃口砂土层，并在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；可组装式浮桥，用于承载可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂；可组装式履带系统，用于传送填料；可伸缩式履带投料手臂链接在可组装式履带系统前端，用于将可组装式履带系统传送的填料填充至钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

Description

一种快速的堤防溃口险情抢险装置及方法

技术领域

本发明涉及堤防溃口险情抢险技术领域，具体涉及一种快速的堤防溃口险情抢险装置及方法。

背景技术

溃口险情是我国堤防最常见的险情之一，一旦致灾，可能淹没良田、重要城镇与基础设施，对我国人民生命和财产造成重大损失。堤防溃口险情是指堤防受洪水或其他因素破坏造成过水口门的险象。目前，我国对堤防溃口险情的抢险方法主要为：机械化立堵战法、钢木土石结合封堵战法、沉船法等，但这些抢险方法只能等到溃口险情的中后期阶段水流速度相对较小时才能实施封堵。在溃口初期，堤内外水位差较大，水流速度快，在溃口河面上缺乏固定的支点，所投物料难以抵抗水流冲击力而被洪水冲走，传统方法均难以进行有效堵口。在溃口中后期，堤防内外水位差较小，溃口已淹没了大部分受灾区域，受灾损失格局已基本形成，堵口抢险对生命和财产的减灾效果有限。另外，传统方法均采用大量重型卡车运送物料，面临道路条件差的困难，特别是低等级堤防，其道路难以满足要求，需在抢险堵口前需要修建符合要求的道路，将耗费较长时间。已有技术表明，在高空采用直升机采用自由落地式投放重力桩，但因受到水流冲击、河床泥沙和水流阻力等作用，重力桩难以植入溃口处水下粘土或砂土层足够的深度，无法提供足够的抗拔力，不能为下一步于堵口抢险提供条件。

综上，现有堤防溃口抢险方法均不能在溃口险情发生初期实施有效的抢险作业，其抢险时效性存在明显不足，急需在溃堤初期实施有效的堵口抢险，提升抢险效率，降低灾害损失。

发明内容

本发明提供的一种快速的堤防溃口险情抢险装置及方法采用水上和空中抢险相结合的方法，充分利用汛期水路畅通的优势，兼顾空中抢险的时效性，实现了堤防溃口快速抢险，可将抢险损失显著降低，抢险效率高。

本发明提供的一种快速的堤防溃口险情抢险装置，包括：钢钎、重型直升机、可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂，所述重型直升机上搭载有钢钎发射系统；

所述钢钎发射系统，用于将所述钢钎射入溃口砂土层，并在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；

所述可组装式浮桥，用于承载可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂；

所述可组装式履带系统，用于传送填料；

所述可伸缩式履带投料手臂链接在所述可组装式履带系统前端，用于将可组装式履带系统传送的填料填充至所述钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

可选地，所述钢钎一端为锥头，在距离锥头第一长度值范围内每隔第一预设距离焊接1对翼片；所述翼片为呈半圆形的钢片，所述翼片的一端通过铰链与钢钎链接，另一端通过弹簧与钢钎链接。

可选地，所述重型直升机的最大有效荷载不小于5000千克，最大飞行速度不小于250千米每小时。

可选地，所述钢钎发射系统上设置有气动发射装置；所述发射装置所形成的垂向加速度不小于10g。

可选地，所述钢钎阵列包括3排弧形钢钎；从堤向河或江面，第一排钢钎处于堤脚处，第二排钢钎距离第一排3-5米，第三排距离第二排3-5米；每一排相邻钢钎的间距为0.5-1.0米；每个钢钎进入砂土地层深度不小于1.5米。

可选地，所述可组装式浮桥包括多个可充气橡胶腔体单元；相邻两个可充气橡胶腔体单元之间通过多个链接锁扣相连；每个链接锁扣的抗拉力不低于 5000千牛，每个可充气橡胶腔体单元左右两侧分别有自动起降锚碇；所述自动起降锚碇用于增强可充气橡胶腔体单元的稳定性，防止可充气橡胶腔体单元波动。

可选地，所述可组装式履带系统包括履带支架和多个可组装式履带单元；所述多个可组装式履带单元组装成运送履带，所述履带支架用于支撑所述运送履带；所述履带支架呈梯型结构位于所述可组装式浮桥上。

可选地，所述可组装式履带系统运送货物能力不低于100立方米每小时，所述可组装式履带系统构筑长度不小于100米。

可选地，所述可伸缩式履带投料手臂通过液压控制系统实现转动与伸缩；所述可伸缩式履带投料手臂伸缩范围为5-20米之间，所述可伸缩式履带投料手臂上下调整角度为5-30度，所述可伸缩式履带投料手臂左右旋转角度为0-30 度。

本发明还提供了一种快速的堤防溃口险情抢险的方法，使用所述快速的堤防溃口险情抢险装置，包括：

启动挂载有钢钎发射系统的重型直升机前往溃口处；

将重型直升机悬停于溃口区域上空第一高度处，使用钢钎发射系统开始发射钢钎，在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；

完成可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂的组装；通过牵引船将可组装式浮桥下移动至溃口区域；

通过可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂将填料持续运送至钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

本发明的有益效果：本发明提供了一种快速的堤防溃口快速抢险装置及方法，利用重型直升机的速度优势，在堤防溃口发生初期，将足量钢钎运送至溃口区域上空，在一定高度利用钢钎发射系统将钢钎依次垂直高速射入溃口区域河面。钢钎在高速的惯性力作用下，克服水和砂土层的摩擦阻力，将植入足够深度的砂土地层。在短时期内，可向溃口区域射射入足量的钢钎，形成具有较强抗拔性能的钢钎阵列，为堵口提供了填料防冲刷条件。同时，利用水路的优势，采用货船将填料运送至堵口处，快速铺设可组装式浮桥，利用可组装式履带系统的长距离传送带，将填料持续投入已构建的钢钎阵列，快速构筑堵口子堤，实现迅速堵口，极大地克服了溃口初期难以抢险的困局，极大地提高了堵口效率与时效性。

附图说明

图1为一种快速的堤防溃口险情抢险装置示意图；

图2为可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂的结构示意图；

图3钢钎结构示意图；

图4为图3中A部分放大图；

图5钢钎阵列结构示意图；

图6相邻快速充气橡胶腔体单元沿宽度方向连接方式示意图；

图7相邻快速充气橡胶腔体单元沿高度方向连接方式示意图；

图8可组装式履带送系统底座结构示意图。

附图标记：1-堤身、2-溃口、3-钢钎、4-堤身地层、5-钢钎发射系统、 6-重型直升机、7-可组装式浮桥、8-可组装式履带送系统、9-填料包、10- 可伸缩式履带投料手臂、11-锚碇、12-钢钎体、13-翼片、14-锥头、15-弹簧、16-充气橡胶腔体单元、17-链接锁扣、18-底座轨道、19-工程板、20- 固定件、21-螺栓、22-堤内、23-堤外

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种快速的堤防溃口险情抢险装置，包括：钢钎、重型直升机、可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂，重型直升机上搭载有钢钎发射系统；

钢钎发射系统，用于将钢钎射入溃口砂土层，并在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；

可组装式浮桥，用于承载可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂；

可组装式履带系统，用于传送填料；

可伸缩式履带投料手臂链接在可组装式履带系统前端，用于将可组装式履带系统传送的填料填充至钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

进一步地，钢钎一端为锥头，在距离锥头第一长度值范围内每隔第一预设距离焊接1对翼片；翼片为呈半圆形的钢片，翼片的一端通过铰链与钢钎链接，另一端通过弹簧与钢钎链接。

优选地，第一长度值为2米，第一预设距离为10厘米。

进一步地，重型直升机的最大有效荷载不小于5000kg，最大飞行速度不小于250km/h。

进一步地，钢钎发射系统上设置有气动发射装置；发射装置所形成的垂向加速度不小于10g。

进一步地，钢钎阵列包括3排弧形钢钎；从堤向河或江面，第一排钢钎处于堤脚处，第二排钢钎距离第一排3-5m，第三排距离第二排3-5m；每一排相邻钢钎的间距为0.5-1.0m；每个钢钎进入砂土地层深度不小于1.5m。

进一步地，可组装式浮桥包括多个可充气橡胶腔体单元；相邻两个可充气橡胶腔体单元之间通过多个链接锁扣相连；每个链接锁扣的抗拉力不低于 5000kN，则每个可充气橡胶腔体单元左右两侧分别有自动起降锚碇；自动起降锚碇用于增强可充气橡胶腔体单元的稳定性，防止可充气橡胶腔体单元波动。

进一步地，可组装式履带系统包括履带支架和多个可组装式履带单元；多个可组装式履带单元组装成运送履带，履带支架用于支撑运送履带；履带支架呈梯型结构位于可组装式浮桥上。

进一步地，可组装式履带系统运送货物能力不低于100m³/h。

进一步地，可伸缩式履带投料手臂通过液压控制系统实现转动与伸缩；可伸缩式履带投料手臂伸缩范围为5-20m之间，可伸缩式履带投料手臂上下调整角度为5-30°，可伸缩式履带投料手臂左右旋转角度为0-30°。

本实施例还提供了一种快速的堤防溃口险情方法，包括：

启动挂载有钢钎发射系统的重型直升机前往溃口处；

将重型直升机悬停于溃口区域上空第一高度处，使用钢钎发射系统开始发射钢钎，在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；

优选地，第一高度处为水面上方50m处。

完成可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂的组装；通过牵引船将可组装式浮桥下移动至溃口区域；

通过可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂将填料持续运送至钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

本发明提供了一种快速的堤防溃口快速抢险装置及方法，利用重型直升机的速度优势，在堤防溃口发生初期，将足量钢钎运送至溃口区域上空，在一定高度利用钢钎发射系统将钢钎依次垂直高速射入溃口区域河面。钢钎在高速的惯性力作用下，克服水和砂土层的摩擦阻力，将植入足够深度的砂土地层。在短时期内，可向溃口区域射射入足量的钢钎，形成具有较强抗拔性能的钢钎阵列，为堵口提供了填料防冲刷条件。同时，利用水路的优势，采用货船将填料运送至堵口处，快速铺设浮桥，利用长距离传送带，将填料持续投入已构建的钢钎阵列，快速构筑堵口子堤，实现迅速堵口。该抢险方法极大地克服了溃口初期难以抢险的困局，极大地提高了堵口效率与时效性。

实施例2

一种快速的堤防溃口险情抢险装置，如图1-图8所示，包括钢钎3、重型直升机6、钢钎发射系统5、钢钎阵列、可组装式浮桥7、可组装式履带系统8 以及可伸缩式履带投料手臂10。

进一步的，如图3-图4所示，钢钎3主要材料为高强度螺纹钢，直径3.0cm，长度5.0m。钢钎一端为锥头14，锥角34°，长度5cm，有利于钢钎3植入砂土地层。锥头14为高强度合金钢材料，保证钢钎3在高速进入砂土过程中如遇到块石等材料能快速破碎且不发生变形或断裂。考虑到钢钎3射入水中阻力越小、拔出时阻力越大的需要，则在距离锥头14一端2.0m范围内每隔10cm焊接1对翼片13，共需焊接10对，提高钢钎3在泥土或砂层中抗拔能力。翼片13为一半圆形钢片，一端通过铰链与钢钎体12链接，另一端通过弹簧15与钢钎体12 链接。在自然情况下，翼片13处于张开状态。在钢钎3进入砂土层时，在受到水和泥沙的挤压作用下，翼片13处于闭合状态，而在钢钎3受力被拔出过程中，翼片13逐渐打开，增加钢钎3的抗拔能力。采用弹性能力较小，但弹簧15完全展开后的抗拉能力强。弹簧15的弹力小，在较小的压力下即可压缩，但弹簧 15钢丝完全张开后其抗拉能力很强，确保钢钎3进入砂土层时，弹簧易关闭，而在受力拔出过程中受摩擦力作用很容易打开，且弹簧15不会断裂，增加钢钎抗拔能力。

进一步的，重型直升机6，其最大有效荷载不小于5000kg，最大飞行速度不小于250km/h，最大续航时间不小于5小时，能抵抗6级风力的条件下进行悬停。

进一步的，钢钎发射系统5为一气动发射装置，通过压缩气体的方式形成强大的推动力，将钢钎瞬间弹射出去。钢钎发射系统5为所形成的垂向加速度不小于10个g，在水面上50m的高空垂直发射，能射入溃口砂土层的有效深度大于1.5m。采用自动加载钢钎的方式，实现钢钎连续发射，发射频率为10根/min。

进一步的，如图5所示，钢钎阵列是利用上述钢钎发射系统5在堤身1的溃口2上游冲深相对较小的区域实施的。堤身1下为堤身地层4。堤内22为堤身1内侧，堤外23为堤身1外侧。钢钎阵列为一弧形的钢钎阵列，由3排弧形钢钎组成。从堤向河或江面，第一排钢钎处于堤脚处，第二排距离第一排3-5m，第三排距离第二排3-5m。每一排相邻钢钎的间距为0.5-1.0m。全部钢钎进入砂土地层深度不小于1.5m。

进一步的，如图6-图7所示，可组装式浮桥7为快速充气橡胶腔体单元16 组装而成。每一个充气橡胶腔体单元16的尺寸为长12m，宽5m，高1.5m。根据溃口2大小与水流情况，确定充气橡胶腔体单元16数量。相邻两个腔体通过快速链接锁扣17相连。在两个腔体接触面的4个方向，每隔50cm设有一个强力快速链接锁扣17，每个快速链接锁扣17的抗拉力不低于5000kN，则每个腔体左右两侧分别有一个自动起降锚碇11，用于固定浮桥防止其波动，确保浮桥具有较好的稳定性。每个锚碇11重量为100kg，抗拔力10000kN。在距离溃口2 相对较远、水流相对平缓的区域快速组装浮桥，然后通过牵引船的作用下缓慢移动至溃口区域。

进一步的，如图2和图8所示，可组装式履带送系统8为用于将船上的填料包9向溃口2区域连续投送的装置。在可组装式浮桥7组装完成且尚未通过牵引船移动至溃口2处前，通过拼接等快速组装方式，在可组装式浮桥7上完成可组装式履带送系统8。可组装式履带送系统8为履带式，履带宽1m，单位长度承重负荷不低于500kg。履带支架距离可组装式浮桥7高度为50cm。为确保可组装式履带送系统8的稳定性，履带支架采用梯型结构，即支架顶面宽1m，底座宽1.5m，高度为50cm。可组装式履带送系统8的底座包括：底座轨道18、 19工程板19、固定件20和螺栓21。底座轨道18通过螺栓21和固定件20固定在工程板19上。可组装式履带送系统8运送货物能力不低于100m³/h，则可组装式履带送系统8构筑长度为100m，宽和高均为6m的子堤，则共需36小时。如采用多台可组装式履带送系统8同时运送填料，如采用3台，则12小时内可完成。

进一步的，可伸缩式履带投料手臂10为一可转动、可伸缩式的履带运送装置。为满足堵口填料的角度与范围要求，该手臂为可伸缩、可转动角度。伸缩范围为5-20m之间，上下调整角度为5-30°，左右旋转角度为0-30°。可伸缩式履带投料手臂10的结构与承载能力均与可组装式浮桥7上的可组装式履带送系统8完全一致。可伸缩式履带投料手臂10与可组装式浮桥7上的可组装式履带送系统8相连，并通过液压控制系统实现转动与伸缩。通过调整可伸缩式履带投料手臂10的角度与长度将堵口填料持续运送至堵口钢钎阵列之中，逐渐堆积形成子堤，实现溃口封堵。

本实施例还提供了一种快速的堤防溃口险情抢险方法，包括：当堤防溃口险情发生时，第一时间报告当地防汛指挥部，同时启动空中和水上堵口抢险作业。启动距离堵口最近的挂载有钢钎发射系统的重型直升机6前往溃口2处，一般30min之内均抵达。将直升机悬停于溃口2区域上空50m距离，开始发射钢钎3，形成钢钎阵列，此过程大概需要耗费1个小时。与此同时，调集附近的载有砂石填料、可组装式浮桥5和可组装式履带送系统8的货船，一般30min 之内能抵达溃口。在重型直升机6发射钢钎3，完成钢钎阵列布置的期间，迅速完成可组装式浮桥5和可组装式履带送系统8组装，估计时间为1个小时。然后，通过可组装式浮桥5、可组装式履带送系统8和可伸缩式履带投料手臂10 运送系统将货船上的填料持续运送至堵口钢钎阵列中，逐渐形成堵口子堤。根据溃口2大小以及堤防等级，可架设多套填料系统持续同时实施投料。一般需要2套填料系统，最多不超过3套。一般经过24小时持续填料，基本可实施溃口堵口。

现有的堤防溃口堵口抢险技术主要采用传统的陆路重型卡车运料封堵，存在道路不畅、备料不足、运料路线长、溃口初期无法封堵等问题，抢险方式单一，效率低，难以显著减少溃口险情致灾损失。实施例提供的一种快速的堤防溃口险情抢险装置及方法，采用水上和空中抢险相结合的方法，充分利用汛期水路畅通的优势，兼顾空中抢险的时效性，实现了堤防溃口快速抢险，可将抢险损失显著降低，抢险效率高。与现有技术相比，具有以下优点：第一，从控制实施堵口钢钎阵列，为抢险堵口填料提供了固定支点，防止投料被水流冲走，解决了溃口初期水流速度较大的难以堵口的问题，提高了溃口抢险的时效性；第二，充分利用汛期江河水路良好的通航能力，采用货船水上运送沙石填料的方式，经可组装式浮桥与可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂直接将堵口填料持续投送到堵口区，实现了快速堵口，替代了采用公路汽车运送填料，克服了道路条件不够导致填料难以运送的难题，解决了填料运送效率低的问题，提高了堵口抢险效率；第三，联合同步采用水路与空中抢险同时进行，充分发挥了空中和水上的优势，显著提高了抢险效率及时效性。在采用重型直升机实施钢钎阵列的同时，启动距离溃口最近的载满沙石等填料以及可组装式浮桥的货船，快速行驶至堵口区域开始进行作业。第四，溃口发生后24小时内能实现溃口封堵，与传统堵口方法相比，可节省5-6倍的时间，同时减少大量的人力消耗，综合抢险效率可提高10倍以上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种快速的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，包括：钢钎、重型直升机、可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂，所述重型直升机上搭载有钢钎发射系统；

所述钢钎发射系统，用于将所述钢钎射入溃口砂土层，并在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；

所述可组装式浮桥，用于承载可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂；

所述可组装式履带系统，用于传送填料；

所述可伸缩式履带投料手臂链接在所述可组装式履带系统前端，用于将可组装式履带系统传送的填料填充至所述钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

2.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述钢钎一端为锥头，在距离锥头第一长度值范围内每隔第一预设距离焊接1对翼片；所述翼片为呈半圆形的钢片，所述翼片的一端通过铰链与钢钎链接，另一端通过弹簧与钢钎链接。

3.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述重型直升机的最大有效荷载不小于5000千克，最大飞行速度不小于250千米每小时。

4.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述钢钎发射系统上设置有气动发射装置；所述发射装置所形成的垂向加速度不小于10g。

5.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述钢钎阵列包括3排弧形钢钎；从堤向河或江面，第一排钢钎处于堤脚处，第二排钢钎距离第一排3-5米，第三排距离第二排3-5米；每一排相邻钢钎的间距为0.5-1.0米；每个钢钎进入砂土地层深度不小于1.5米。

6.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述可组装式浮桥包括多个可充气橡胶腔体单元；相邻两个可充气橡胶腔体单元之间通过多个链接锁扣相连；每个链接锁扣的抗拉力不低于5000千牛，每个可充气橡胶腔体单元左右两侧分别有自动起降锚碇；所述自动起降锚碇用于增强可充气橡胶腔体单元的稳定性，防止可充气橡胶腔体单元波动。

7.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述可组装式履带系统包括履带支架和多个可组装式履带单元；所述多个可组装式履带单元组装成运送履带，所述履带支架用于支撑所述运送履带；所述履带支架呈梯型结构位于所述可组装式浮桥上。

8.根据权利要求7所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述可组装式履带系统运送货物能力不低于100立方米每小时，所述可组装式履带系统构筑长度不小于100米。

9.根据权利要求1所述的堤防溃口险情抢险装置，其特征在于，所述可伸缩式履带投料手臂通过液压控制系统实现转动与伸缩；所述可伸缩式履带投料手臂伸缩范围为5-20米之间，所述可伸缩式履带投料手臂上下调整角度为5-30度，所述可伸缩式履带投料手臂左右旋转角度为0-30度。

10.一种快速的堤防溃口险情抢险方法，其特征在于，使用权利要求1-9项中任意一项所述的堤防溃口险情抢险装置，包括：

启动挂载有钢钎发射系统的重型直升机前往溃口处；

将重型直升机悬停于溃口区域上空第一高度处，使用钢钎发射系统开始发射钢钎，在溃口砂土层中形成弧形的钢钎阵列；

完成可组装式浮桥、可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂的组装；通过牵引船将可组装式浮桥下移动至溃口区域；

通过可组装式履带系统和可伸缩式履带投料手臂将填料持续运送至钢钎阵列中形成子堤，实现溃口封堵。

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