CN113430990B - 一种堤坝管涌事故应急救援管件及救援方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堤坝管涌事故应急救援管件及救援方法，属于堤坝管涌应急处理技术领域。一种堤坝管涌事故应急救援管件，包括开设有排放槽的钢管以及固定连接在钢管顶部的法兰盘，还包括：转动连接在钢管内部的中心柱，用于启闭排放槽，滑动连接在所述中心柱底部的储存筒，用于存放封堵管涌的填充物，其中，所述储存筒底部转动连接有切口环，用于根据管涌横向水流速度自动环向切割储存筒底壁释放填充物；本发明通过静压力置入钢管，从根本上封堵管涌口并增强细沙层和砂砾石层后期的强度，防止管涌在同区域反复出现，确保地基土壤骨架的强度和完整性。

Description

一种堤坝管涌事故应急救援管件及救援方法
技术领域
本发明涉及堤坝管涌应急处理技术领域，尤其涉及一种堤坝管涌事故应急救援管件及救援方法。
背景技术
在渗流作用下土体细颗粒沿骨架颗粒形成的孔隙，水在土孔隙中的流速增大引起土的细颗粒被冲刷带走的现象叫做管涌。管涌发生时，水面出现翻花,随着上游水位升高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。
其形成的原因大多为堤坝、水闸地基土壤级配缺少某些中间粒径的非粘性土壤，在上游水位升高，出逸点渗透坡降大于土壤允许值时，地基土体中较细土粒被渗流推动带走形成管涌；基础土层中含有强透水层，上面覆盖的土层压重不够；工程防渗或排水设施效能低或损坏失效。
一般管涌的应急抢护方式为反滤围井以及养水盆形式用的比较多，但目前反滤围井用的材料为垒土袋、垫沙石或柴草滤料，这种方法没有专业的处理设备，工作效率低浪费很多人力物力也不一定能够产生好的止水效果，并且现有的处理管涌的方法多为后期发现防止且多在出水口进行封堵，工作难度大且封堵效果较差，治标不治本，无法从源头制止和预防管涌的发生。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中直接在涌道封堵出水口难度大且效果差的缺陷，而提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件及救援方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种堤坝管涌事故应急救援管件，包括开设有排放槽的钢管以及固定连接在钢管顶部的法兰盘，还包括：转动连接在钢管内部的中心柱，用于启闭排放槽，滑动连接在所述中心柱底部的储存筒，用于存放封堵管涌的填充物，其中，所述储存筒底部转动连接有切口环，用于根据管涌横向水流速度自动环向切割储存筒底壁释放填充物。
为了防止钢管置入时，泥沙从排放口进入钢管内导致封堵，优选的，所述中心柱的底部均布有多组弧形挡板，所述弧形挡板与排放槽相配合。
为了准确感知地基土壤是否发生管涌，且对管涌及时进行封堵，进一步的，所述储存筒底部固定连接有连接柱，所述切口环转动连接在连接柱上，所述切口环内壁设有螺纹，所述连接柱上开设有用于限制切口环升降的导向螺槽。
为了快速封堵，更进一步的，所述切口环侧壁固定连接有涡轮片，用于将涌道内水流动力转换为切口环的转动力，所述切口环顶部固定连接有第一切刀，用于切割储存筒的底壁。
为了促使填充物可以更快的被管涌水流携带走，从而更快的填充涌道，优选的，所述连接柱远离储存筒的一端固定连接有锥形体，用于根据涌流速度调节储存筒的悬浮高度。
为了确保储存筒(4)能够直线升降，使第一切刀快速切口排放填充物，进一步的，所述弧形挡板内壁开设有导向槽，所述锥形体上固定连接有导向块，所述导向块滑动连接在导向槽内。
为了可以对管涌严重区域进行快速封堵，优选的，所述钢管内开设有定位腔，所述中心柱转动连接在定位腔内，所述中心柱内设有变压腔，所述弧形挡板侧壁开设有与变压腔相连通的导流槽，所述导流槽内滑动连接有切槽环，用于根据水深纵向切割储存筒的外壁。
为了使储存筒侧壁可以快速排放填充物，进一步的，所述切槽环两端均固定连接有导向柱，所述导向柱滑动连接在导流槽内，所述切槽环上固定连接有第二切刀，所述第二切刀用于纵向切割储存筒的侧壁。
更进一步的，所述变压腔内部滑动连接有密封柱，用于密闭变压腔的同时根据水压实时改变变压腔的体积，且所述变压腔顶部可拆卸连接有密封塞。
一种救援方法，包括如下步骤：
S1：建造水库防洪坝，并在防洪坝上安装牵引环，在防洪坝底部人工增设基层，基层由上至下依次包括：
e、粉砂间有黏土夹层；
f、细沙层；
g、砂砾石层；
h、卵石层；
S2：当在水库外侧发现管涌出水口时，通过船只携带钢管至水库防洪坝内侧，对应外部管涌出水口在水库内侧以扇形夹角30°-120°范围内埋设钢管，通过在法兰盘上施加静压力将钢管压入基层内，确保排放槽在细沙层b和砂砾石层c之间；
S3：钢管的置入和布局为三角布置，并通过铰链连接，靠近防洪坝一侧的钢管通过铰链与牵引环相连。
与现有技术相比，本发明提供了一种堤坝管涌事故应急救援管件及救援方法，具备以下有益效果：
1、该堤坝管涌事故应急救援管件，通过从根本上封堵管涌口并增强细沙层和砂砾石层后期的强度，防止管涌在同区域反复出现，确保地基土壤骨架的强度和完整性。
2、该堤坝管涌事故应急救援管件，通过设置锥形体，可以有效引导水流从下放流过并托起储存筒，进一步降低第一切刀切口处的压力，促使填充物可以更快的被管涌水流携带走，从而更快的填充涌道，对于发生大的管涌现象时，应急封堵效果更佳。
3、该堤坝管涌事故应急救援管件，在水库水位严重超限，且管涌迅猛时，在水库水压的作用下，密封柱被迅速挤压并压缩变压腔内部的气体，压力会推动第二切刀顺着切槽口向下切割，将储存筒的侧壁切割，进而使内部的填充物迅速被排放出去将涌道封堵，防止发生溃堤。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明并且我们可以在变压腔内增加有色气体，当密封柱滑动至变压腔底部使其内部的气体通过导流槽排放出去，气体会经过土壤层的渗透向水体上方排出，当工作人员观察到有色气体的排放速度和浓度时，即可大致判断水库底部涌道的严重性，从而判断后续是否需要增加钢管或直接向土壤层填注填充物。
附图说明
图1为本发明安装位置的结构示意图；
图2为本发明安装布局的结构示意图；
图3为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件的结构示意图一；
图4为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件的结构示意图二；
图5为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件的结构示意图三；
图6为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件中心柱的结构示意图一；
图7为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件中心柱的结构示意图二；
图8为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件切槽环的结构示意图；
图9为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件储存筒的结构示意图一；
图10为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件储存筒的结构示意图二；
图11为本发明提出的一种堤坝管涌事故应急救援管件切口环的结构示意图。
图中：1、钢管；101、排放槽；102、定位腔；103、连接槽；104、法兰盘；2、中心柱；201、驱动槽；202、弧形挡板；2021、导流槽；203、密封塞；204、密封柱；205、变压腔；206、导向槽；3、切槽环；301、导向柱；302、第二切刀；4、储存筒；401、锥形体；402、连接柱；403、切槽口；404、导向块；5、切口环；501、涡轮片；502、螺纹；503、第一切刀；6、防洪坝；601、牵引环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
实施例1：
参照图3-5，当防洪坝6外侧的管涌出水严重时，我们从外部封堵涌道口难度较大且效果欠佳，多为治标不治本，更甚者会导致溃堤，为此我们提出一种堤坝管涌事故应急救援管件，可以从水库内部直接封堵管涌口，尤其是在可以直接确定水库内部管涌位置的情况，包括开设有排放槽101的钢管1以及固定连接在钢管1顶部的法兰盘104，还包括：转动连接在钢管1内部的中心柱2，用于启闭排放槽101，滑动连接在中心柱2底部的储存筒4，用于存放封堵管涌的填充物，其中，储存筒4底部转动连接有切口环5，用于根据管涌横向水流速度自动环向切割储存筒4底壁释放填充物，填充物包括但不限于可以与细沙层和砂砾石层粘合的高效粘合剂和可以与水反应扩散并扩充体积填充土壤层缝隙的高吸水性树脂，从而从根本上封堵管涌口并增强细沙层和砂砾石层后期的强度，防止管涌在同区域反复出现，确保地基土壤骨架的强度和完整性。
参照图3-7，中心柱2的底部均布有多组弧形挡板202，弧形挡板202与排放槽101相配合，在压入钢管1且弧形挡板202未开启排放槽101的过程中，可以防止泥沙直接进入定位腔102内，影响排放槽101导流效果，在将钢管1压入土壤层后，可以通过驱动槽201转动中心柱2，在此处，中心柱2在定位腔102内具有一定的过盈量，从而确保中心柱2转动后位置的稳定性，防止水流冲击导致中心柱2偏转影响排放槽101的开合量，从而使弧形挡板202转动到排放槽101的侧边，使管涌的水流可以直接通过排放槽101并从另一侧排出，确保填充物的排放对管涌的封堵。
参照图6-7和图9-11，储存筒4底部固定连接有连接柱402，切口环5转动连接在连接柱402上，切口环5内壁设有螺纹502，连接柱402上开设有用于限制切口环5升降的导向螺槽，切口环5侧壁固定连接有涡轮片501，用于将涌道内水流动力转换为切口环5的转动力，切口环5顶部固定连接有第一切刀503，用于切割储存筒4的底壁，连接柱402远离储存筒4的一端固定连接有锥形体401，用于根据涌流速度调节储存筒4的悬浮高度，弧形挡板202内壁开设有导向槽206，锥形体401上固定连接有导向块404，导向块404滑动连接在导向槽206内。
切口环5的厚度小于连接柱402高度的二分之一，当涌道水流冲击涡轮片501时，会带动切口环5在连接柱402的导向螺槽上螺旋上升，进而使第一切刀503环形切割储存筒4的底壁，从而将储存筒4内部的填充物跟随涌道水流快速释放，在储存筒4排放填充物的前后过程中，由于排放槽101的开启，涌道水流直接冲击储存筒4，储存筒4下方的锥形体401引导水流经过的同时向上缓慢移动，在此处，锥形体401的剖切面夹角度数：0°＜θ＜180°，优选为泥沙少时45°和泥沙多时120°，可以有效引导水流从下放流过并托起储存筒4，进一步降低第一切刀503切口处的压力，促使填充物可以更快的被管涌水流携带走，从而更快的填充涌道，对于发生大的管涌现象时，应急封堵效果更佳。
参照图2-8，钢管1内开设有定位腔102，中心柱2转动连接在定位腔102内，中心柱2内设有变压腔205，弧形挡板202侧壁开设有与变压腔205相连通的导流槽2021，导流槽2021内滑动连接有切槽环3，用于根据水深纵向切割储存筒4的外壁，切槽环3两端均固定连接有导向柱301，导向柱301滑动连接在导流槽2021内，切槽环3上固定连接有第二切刀302，第二切刀302用于纵向切割储存筒4的侧壁，变压腔205内部滑动连接有密封柱204，用于密闭变压腔205的同时根据水压实时改变变压腔205的体积，且变压腔205顶部可拆卸连接有密封塞203。
在水库水位严重超限，且管涌迅猛时，在水库内部压入钢管1并固定完毕后，直接取下中心柱2顶部的密封塞203，在水库水压的作用下，密封柱204被迅速挤压并压缩变压腔205内部的气体，随着变压腔205的压力增大，压力会推动导向柱301在导流槽2021内向下滑动，从而使第二切刀302顺着切槽口403向下切割，将储存筒4的侧壁切割，进而使内部的填充物迅速被排放出去将涌道封堵，防止发生溃堤，并且我们可以在变压腔205内增加有色气体，当密封柱204滑动至变压腔205底部使其内部的气体通过导流槽2021排放出去，气体会经过土壤层的渗透向水体上方排出，当工作人员观察到有色气体的排放速度和浓度时，即可大致判断水库底部涌道的严重性，从而判断后续是否需要增加钢管1或直接向土壤层填注填充物。
实施例2：
参照图3-11，与实施例1基本相同，在基层完备但工程防渗或排水设施效能低或损坏时，我们需要在汛期时提前预防，置入堤坝管涌事故应急救援管件，包括开设有排放槽101的钢管1以及固定连接在钢管1顶部的法兰盘104，还包括：转动连接在钢管1内部的中心柱2，用于启闭排放槽101，滑动连接在中心柱2底部的储存筒4，用于存放封堵管涌的填充物，其中，储存筒4底部转动连接有切口环5，用于根据管涌横向水流速度自动环向切割储存筒4底壁释放填充物，填充物包括但不限于可以与细沙层和砂砾石层粘合的高效粘合剂和可以与水反应扩散并扩充体积填充土壤层缝隙的高吸水性树脂，从而从根本上封堵管涌口并增强细沙层和砂砾石层后期的强度，防止管涌在同区域反复出现。
参照图1-2和图7，中心柱2的底部均布有多组弧形挡板202，弧形挡板202与排放槽101相配合，在压入钢管1且弧形挡板202未开启排放槽101的过程中，可以防止泥沙直接进入定位腔102内，影响排放槽101导流效果，在将钢管1压入土壤层后，可以通过驱动槽201转动中心柱2，从而使弧形挡板202转动到排放槽101的侧边，使管涌的水流可以直接通过排放槽101并从另一侧排出，确保填充物的排放对管涌的封堵。
参照图6-7和图9-11，储存筒4底部固定连接有连接柱402，切口环5转动连接在连接柱402上，切口环5内壁设有螺纹502，连接柱402上开设有用于限制切口环5升降的导向螺槽，切口环5侧壁固定连接有涡轮片501，用于将涌道内水流动力转换为切口环5的转动力，切口环5顶部固定连接有第一切刀503，用于切割储存筒4的底壁，连接柱402远离储存筒4的一端固定连接有锥形体401，用于根据涌流速度调节储存筒4的悬浮高度，弧形挡板202内壁开设有导向槽206，锥形体401上固定连接有导向块404，导向块404滑动连接在导向槽206内。
切口环5的厚度小于连接柱402高度的二分之一，当涌道水流冲击涡轮片501时，会带动切口环5在连接柱402的导向螺槽上螺旋上升，进而使第一切刀503环形切割储存筒4的底壁，从而将储存筒4内部的填充物跟随涌道水流快速释放，在储存筒4排放填充物的前后过程中，由于排放槽101的开启，涌道水流直接冲击储存筒4，储存筒4下方的锥形体401引导水流经过的同时向上缓慢移动，在此处，锥形体401的剖切面夹角度数：0°＜θ＜180°，优选为泥沙少时45°和泥沙多时120°，可以有效引导水流从下放流过并托起储存筒4，进一步降低第一切刀503切口处的压力，促使填充物可以更快的被管涌水流携带走，从而更快的填充涌道，对于排水设置失效发生管涌时，应急封堵效果更佳。
参照图2-8，钢管1内开设有定位腔102，中心柱2转动连接在定位腔102内，中心柱2内设有变压腔205，弧形挡板202侧壁开设有与变压腔205相连通的导流槽2021，导流槽2021内滑动连接有切槽环3，用于根据水深纵向切割储存筒4的外壁，切槽环3两端均固定连接有导向柱301，导向柱301滑动连接在导流槽2021内，切槽环3上固定连接有第二切刀302，第二切刀302用于纵向切割储存筒4的侧壁，变压腔205内部滑动连接有密封柱204，用于密闭变压腔205的同时根据水压实时改变变压腔205的体积，且变压腔205顶部可拆卸连接有密封塞203。
在水库内部压入钢管1并固定完毕后，直接取下中心柱2顶部的密封塞203，随着汛期到来水库水位上升，在排水设施过载时，管涌未发生但可能会出现管涌时，随着水库水位的持续上升，密封柱204被挤压并压缩变压腔205内部的气体，随着变压腔205的压力增大，压力会推动导向柱301在导流槽2021内向下滑动，从而使第二切刀302顺着切槽口403向下切割，将储存筒4的侧壁切割，进而使内部的填充物迅速被排放出去增加细沙层和砂砾石层中中间粒径的非粘性土壤，提升土壤渗水的允许值，防止发生管涌，并且我们可以在变压腔205内增加有色气体，当密封柱204滑动至变压腔205底部使其内部的气体通过导流槽2021排放出去，气体会经过土壤层的渗透向水体上方排出，当工作人员观察到有色气体时，即可大致判断水库底部可能繁盛涌道的位置，提前疏散下游群众并进行进一步的预防措施，达到提前预防和定点准确补救的目的。
实施例3：
参照图1-2，为了防止管涌的发生和提升管涌发生时的应急措施，我们提出一种救援方法，包括如下步骤：
S1：在修建水库，建设防洪坝6之前，在防洪坝6上安装牵引环601，并在防洪坝6底部人工增设基层，基层由上至下依次包括：
i、粉砂间有黏土夹层；
j、细沙层；
k、砂砾石层；
l、卵石层；
通过增加水库堤坝或水闸下方的土壤基层级配中的中间粒径的非黏性土壤，使土壤渗水允许值大于出逸点渗透坡降，提升土壤基层的细砂粒流动阻力；
S2：当在水库外侧发现管涌出水口时，通过船只携带钢管1至水库防洪坝6内侧，对应外部管涌出水口在水库内侧以扇形夹角30°-120°范围内埋设钢管1，通过在法兰盘104上施加静压力将钢管1压入基层内，确保排放槽101在细沙层b和砂砾石层c之间；
S3：当管涌现象不严重时，钢管1的置入和布局可以为直线一排即可，当管涌现象严重时，钢管1的置入和布局为两排且呈三角布置，填补单排布局的中间间隙，并通过铰链串接开设有连接槽103的法兰盘104，靠近防洪坝6一侧的钢管1通过铰链与牵引环601相连，防止钢管1在长时间使用中下沉，导致排放槽101偏移位置。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种堤坝管涌事故应急救援管件，包括开设有排放槽(101)的钢管(1)以及固定连接在钢管(1)顶部的法兰盘(104)，其特征在于，还包括：
转动连接在钢管(1)内部的中心柱(2)，用于启闭排放槽(101)，
滑动连接在所述中心柱(2)底部的储存筒(4)，用于存放封堵管涌的填充物，
其中，所述储存筒(4)底部转动连接有切口环(5)，用于根据管涌横向水流速度自动环向切割储存筒(4)底壁释放填充物；
所述中心柱(2)的底部均布有多组弧形挡板(202)，所述弧形挡板(202)与排放槽(101)相配合；
所述储存筒(4)底部固定连接有连接柱(402)，所述切口环(5)转动连接在连接柱(402)上，所述切口环(5)内壁设有螺纹(502)，所述连接柱(402)上开设有用于限制切口环(5)升降的导向螺槽。
2.根据权利要求1所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，所述切口环(5)侧壁固定连接有涡轮片(501)，用于将涌道内水流动力转换为切口环(5)的转动力，所述切口环(5)顶部固定连接有第一切刀(503)，用于切割储存筒(4)的底壁。
3.根据权利要求1或2所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，所述连接柱(402)远离储存筒(4)的一端固定连接有锥形体(401)，用于根据涌流速度调节储存筒(4)的悬浮高度。
4.根据权利要求3所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，所述弧形挡板(202)内壁开设有导向槽(206)，所述锥形体(401)上固定连接有导向块(404)，所述导向块(404)滑动连接在导向槽(206)内。
5.根据权利要求1所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，所述钢管(1)内开设有定位腔(102)，所述中心柱(2)转动连接在定位腔(102)内，所述中心柱(2)内设有变压腔(205)，所述弧形挡板(202)侧壁开设有与变压腔(205)相连通的导流槽(2021)，所述导流槽(2021)内滑动连接有切槽环(3)，用于根据水深纵向切割储存筒(4)的外壁。
6.根据权利要求5所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，所述切槽环(3)两端均固定连接有导向柱(301)，所述导向柱(301)滑动连接在导流槽(2021)内，所述切槽环(3)上固定连接有第二切刀(302)，所述第二切刀(302)用于纵向切割储存筒(4)的侧壁。
7.根据权利要求5或6所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，所述变压腔(205)内部滑动连接有密封柱(204)，用于密闭变压腔(205)的同时根据水压实时改变变压腔(205)的体积，且所述变压腔(205)顶部可拆卸连接有密封塞(203)。
8.一种救援方法，包括权利要求1所述的堤坝管涌事故应急救援管件，其特征在于，包括如下步骤：
S1：建造水库防洪坝(6)，并在防洪坝(6)上安装牵引环(601)，在防洪坝(6)底部人工增设基层，基层由上至下依次包括：
a、粉砂间有黏土夹层；
b、细沙层；
c、砂砾石层；
d、卵石层；
S2：当在水库外侧发现管涌出水口时，通过船只携带钢管(1)至水库防洪坝(6)内侧，对应外部管涌出水口在水库内侧以扇形夹角30°-120°范围内埋设钢管(1)，通过在法兰盘(104)上施加静压力将钢管(1)压入基层内，确保排放槽(101)在细沙层b和砂砾石层c之间；
S3：钢管(1)的置入和布局为三角布置，并通过铰链连接，靠近防洪坝(6)一侧的钢管(1)通过铰链与牵引环(601)相连。
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