CN114991084B - 一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统及方法，其实现边坡水泥砌板在横向(水流方向)和纵向(垂直水流方向)的自动切割，实现对边坡水泥砌板的切割分离，分块，便于搬运，同时修整破损边界，便于后期安装标准砌板。

Description

一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统及方法

技术领域

本发明涉及渠道维护技术领域，特别是涉及一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统及方法。

背景技术

在长期输水运行过程中，受环境和外力影响，渠道边坡局部衬砌板会出现损坏：坍塌或破损(水上和水下都存在)，给工程安全运行带来隐患，对工程供水能力造成影响。为保证中线工程正常输水和供水，需及时对损坏衬砌板拆除更换。由于中线工程长年不间断输水，水下损坏衬砌板的修复只能在输水工况下进行。

目前对长边坡、大宽度、大深度的人工渠道边坡的修复方法，大型重载机械一方面进入施工场地受限和路基承载受限，二是大宽度和大深度无法远距离作业；三是易产生二次污染。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统及方法，实现边坡水泥砌板在横向(水流方向)和纵向(垂直水流方向) 的自动切割，实现对边坡水泥砌板的切割分离，分块，便于搬运，同时修整破损边界，便于后期安装标准砌板。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统，包括自行走履带式大车以及生态修复中心装置；

其中，所述自行走履带式大车包括岸基绞车，所述岸基绞车设在路面上，所述路面的一侧连接有位于边坡上的渠道硬质层，所述渠道硬质层上设有大车本体，所述大车本体包括大车车架，所述大车车架的两侧设有大车履带轮，所述大车车架上设有生态修复中心装置，大车履带轮上设有驱动大车本体沿路面至渠道硬质层方向行走的大车行走驱动，所述岸基绞车通过钢丝绳与大车本体连接；

所述生态修复中心装置，包括位于大车车架上的横向轨道，所述横向轨道上滑动安装有横向小车，所述横向小车下方滑动安装有纵向小车，所述横向小车上方安装有抓握机构，所述纵向小车底部安装有切割机构，所述切割机构包括固定安装在纵向小车上的转向机构，所述转向机构连接有安装架，所述安装架上安装有切割机，所述切割机通过升降机构与安装架连接；

所述横向小车包括横向小车车架，所述横向小车车架的两端安装有横向小车车轮，所述大车车架的内侧设置有横向小车轨道，所述横向小车车轮滑动安装在大车车架的横向轨道内。

所述抓握机构包括物料吸盘、物料抽吸管道和送料系统以及物料存储箱；

其中，所述物料吸盘安装在机械臂的尾部，并垂直于边坡斜面；所述物料抽吸管道和送料系统用于将切割后废料以及施工区域的淤泥和砂石废料通过射吸原理送到抽吸管道处；所述物料存储箱放在大车车架的两侧。

优选的，作为一种可实施方案；所述横向小车车架的下端设置有纵向小车轨道，所述纵向小车轨道上滑动安装有下垂式滑块，所述下垂式滑块的另一端固定安装在纵向小车的顶部。

本发明提供了一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，利用上述干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统，包括如下操作步骤：

步骤S101,自行走履带式大车自走至边坡坍塌附近，调整至目标位置；

步骤S102,生态修复中心装置上的横向小车和纵向小车调节至坍塌处，启动切割机构对坍塌处衬砌板进行切割，切割后的衬砌板的最大尺寸不大于300mm；

步骤S103,启动所述横向小车上的机械臂至坍塌处，启动抽吸管道和物料输送系统，利用机械臂前端的物料吸盘将切割处的废料抽吸和运送至物料存储箱；

步骤S104,然后再由抽吸管道和物料输送系统将填充物抽吸并运送至填充处实现对目标位置的坍塌处进行填充作业。

优选的，作为一种可实施方案；在进行目标位置的坍塌处进行填充作业之后，还包括对目标位置的坍塌处进行衬砌板的巩固作业。

优选的，作为一种可实施方案；所述对目标位置的坍塌处进行衬砌板的巩固作业，具体包括如下操作步骤：

步骤S105,由机械臂将已经预制好的子母扣预制板抓放至目标位置的坍塌处与原有衬砌板进行搭接；

步骤S106,对目标位置的坍塌处进行水泥灌浆处理作业，对放置好的子母扣预制板与原有衬砌板进行结合处密封处理，完成一处衬砌板的搭接操作。

优选的，作为一种可实施方案；在进行目标位置的衬砌板的搭接操作之后，还包括对目标废料的维护处理。

优选的，作为一种可实施方案；对所述目标废料进行维护处理，包括如下操作步骤：

步骤S107,利用物料存储箱收集的目标废料达到额定标准时，运至岸边废料收集处。

优选的，作为一种可实施方案；利用PLC控制器分别与所述自行走履带式大车以及所述生态修复中心装置通信连接；所述PLC控制器控制所述自行走履带式大车以及所述生态修复中心装置执行动作。

与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：

本发明采用大型履带式大车水下运行和承载大长度、大宽度和大深度硬质渠道边坡坍塌维护集成系统，实现自动运行、多向切割、固液颗粒抽吸和运送、物料远距离充填、机械臂抓抛和定位填充、水泥灌浆缝合等工艺，解决了中线干渠边坡坍塌维护，实现了中线干渠长年不间断输水工况下，水下损坏衬砌板的拆除和更换修复工作，且水质不造成二次污染。回收的废料可以用来充当建筑物材料或者就地铺设渠道无水一侧。

干渠渠道边坡水下坍塌生态生态修复中心装置对拆除和更换衬砌板具有很好的功能，修复过程环保，符合生态修复边坡的要求，对保证干渠的输水安全和水体水质保障具有重大意义。

附图说明

图1为本发明提供的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统中具有自行走履带式大车的一局部结构示意图；

图2为本发明提供的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统中具有自行走履带式大车的另一局部结构示意图；

图3为本发明提供的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统中具有生态修复中心装置的一局部结构示意图；

图4为本发明提供的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统中具有生态修复中心装置的另一局部结构示意图；

图5为本发明提供的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统的整体简易示意图；

图6为本发明提供的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工的流程示意图。

其中：1-路面；2-岸基绞车；3-钢丝绳；4-导向轮；5-大车本体；6-渠道硬质层；7-大车车架；8-生态修复中心装置；9-大车履带轮；10-物料存储箱；11- 大车行走驱动；12-横向小车轨道；13-横向小车；14-纵向小车；131-横向小车车架；141-纵向小车轨道；15-抓握机构；16-切割机构；161-转向机构；162-安装架；163-切割机；164-升降机构；18-下垂式滑块；19-物料存储箱；20-机械臂；21-物料抽吸管道和送料系统；22-物料吸盘。

实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例

参见图1-图5，本发明实施例一提供了一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统，包括自行走履带式大车以及生态修复中心装置；

其中，自行走履带式大车包括岸基绞车2，岸基绞车2设在路面1上，路面 1的一侧连接有位于边坡上的渠道硬质层6(即衬砌板)，渠道硬质层6上设有大车本体5，大车本体5包括大车车架7，大车车架7的两侧距离远大于大车车架7 的前后距离，大车车架7的两侧设有大车履带轮9，大车车架7上设有生态修复中心装置8，大车履带轮9上设有驱动大车本体5沿路面1至渠道硬质层6方向行走的大车行走驱动11，岸基绞车2通过钢丝绳3与大车本体5连接；上述路面 1上设有导向轮4，钢丝绳3通过导向轮4与大车本体5连接，岸基绞车2有两组并对称设置；通过设置两组岸基绞车2，增加驱动大车本体5行走的稳定性。

其中，生态修复中心装置，包括位于大车车架7上的横向小车轨道，横向小车轨道上滑动安装有横向小车13，横向小车13下方滑动安装有纵向小车14，横向小车13上方安装有抓握机构15，纵向小车14底部安装有切割机构16，切割机构16包括固定安装在纵向小车14上的转向机构161，转向机构161连接有安装架162，安装架162上安装有切割机163，切割机163 通过升降机构164与安装架162连接，升降机构164为气缸、液压缸中的一种；

需要说明的是，在设计生态生态修复中心装置时，通过在大车车架上设置横向小车轨道，并横向滑动安装横向小车，在横向小车的下方纵向滑动安装纵向小车，并在纵向小车的底部安装切割机构，通过转向机构、升降机构实现切割机的转向和切割操作，同时通过横向小车横向移动，纵向小车纵向移动，实现沿着干渠边坡横向和纵向的运动，相互结合实现整个平台空间内的自由移动，从而完成边坡水泥砌板在横向(水流方向)和纵向(垂直水流方向)的自动切割，实现对边坡水泥砌板的切割分离，分块，便于搬运，同时修整破损边界，便于后期安装标准砌板。

其中，物料吸盘22安装在机械臂20的尾部，垂直于边坡斜面，在物料吸盘专用电机的驱动下实现不同各方向运动。配合机械臂20的运动，实现空间的点位控制。尾部的物料吸盘实现对切割后物料的吸附、提升，及搬运至物料箱存放。物料抽吸管道和送料系统21是和物料吸盘协同完成废料的吸附、运送工作，同时作业区域可以实现二次伸长和升高。

其中，物料抽吸管道和送料系统21的主要作用有三个，一是在硬质物料切割后，施工区域的淤泥和砂石废料通过射吸原理送到抽吸管道，并用专用的泥浆泵送至岸边集中回收处理。二是，当基坑清理完毕，岸边的砂石等填充物料可以通过该管道直接送至目标位置，实现远距离物料填充。三是，在进行水泥灌浆处理作业时，也可以做灌浆管道使用。

其中，岸基绞车2是干渠渠道边坡水下坍塌生态生态修复中心装置在边坡上运动的重要机构，通过双绞车的控制，配合自行走履带式大车的运动实现对边坡上平台的位置和姿态调整。

其中，物料存储箱19放在大车两侧纵向车架的上面，主要用来存放水下作业时，吸盘或抓手抓取带上来的硬质物料。底部有多个漏水孔，当平台离开水面时，可只将物料带离岸边，集中回收处理。

本发明实施例采用电控控制系统是基于PLC和5G技术，实现对干渠渠道边坡水下坍塌生态生态修复中心装置水下切割、物料搬运、衬砌板的放置和密封等远程控制，实现了无人化水下作业，干渠正常输水运行状态。通过监控摄像头和各类监控传感器的配合，利用平台系统的工控机和触摸屏等人机交互界面，在作业区实现整台设备的自动或半自动运行，有效降低作业难度，提升施工安全性。

本发明具有如下创新点：其一，其具有整体性解决方案，一个生态修复中心装置完成边坡修复中的切割、抽吸、搬运、密封等系列化工作，完成维护所有作业需求；轻量化结构设计，总重控制在10吨之内，降低转场运输压力。其二、平台实现自行走可自由上下拖车，减少吊装作业，作业面减少，设备主体位于边坡上，减少对岸边马道的占用，施工作业期间基本不影响通行；其三，基于电气化技术和智能技术，在5G技术支持下，实现平台的远程控制和智能控制，实现不停水状态下自动化作业，显著降低了工人作业风险和劳动强度。

在本申请实施例的具体技术方案中，上述横向小车13包括横向小车车架131，横向小车车架131的两端安装有横向小车车轮，大车车架7的内侧设置有横向小车轨道31，横向小车车轮滑动安装在横向小车轨道17内；通过设置横向小车车轮与横向小车车架的滑动连接，降低横向移动摩擦力，增加横向移动时的稳定性。

在本申请实施例的具体技术方案中，横向小车车架131的下端设置有纵向小车轨道141，纵向小车轨道141上滑动安装有下垂式滑块18，下垂式滑块18的另一端固定安装在纵向小车14的顶部；通过下垂式滑块18连接，实现纵向小车 14在横向小车13底部的纵向移动。

实施例

参见图6，本发明实施例二提供了一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，包括如下操作步骤：

步骤S101,自行走履带式大车自走至边坡坍塌附近，调整至目标位置；参见图2，本发明实施例涉及的自行走履带式大车，包括岸基绞车2，岸基绞车2 设在路面1上，路面1的一侧连接有位于边坡上的渠道硬质层6，渠道硬质层6 上设有大车本体5，大车本体5包括大车车架7，大车车架7的两侧距离远大于大车车架7的前后距离，大车车架7的两侧设有大车履带轮9，大车车架7上设有生态修复中心装置8，大车履带轮9上设有驱动大车本体5沿路面1至渠道硬质层6方向行走的大车行走驱动11，岸基绞车2通过钢丝绳3与大车本体5连接；上述路面1上设有导向轮4，钢丝绳3通过导向轮4与大车本体5连接，岸基绞车2有两组并对称设置；通过设置两组岸基绞车2，增加驱动大车本体5行走的稳定性。

在上述执行过程中，通过岸边设置两台岸基绞车2牵引大车本体5，并在大车本体5上设置大车行走驱动11，通过岸基绞车2的移动和大车行走驱动11的相互配合实现大车本体5在高低不平的水渠斜坡上自由上下和前后运动，可以实现生态修复中心装置8沿着干渠或河流方向运动，把生态修复中心装置8运送到需要作业区域，实现不间断作业，同时可以通过生态修复中心装置8在大车车架 7上的移动完成物料的出水运输和转移，减少生态修复中心装置8对渠道硬质层 6压力，避免破坏现有边坡的结构，保证了现有边坡的完好；

步骤S102,生态修复中心装置上的横向小车和纵向小车调节至坍塌处，启动切割机构5对坍塌处衬砌板进行切割，切割后的衬砌板的最大尺寸不大于300mm；需要说明的是，在设计生态生态修复中心装置时，通过在大车车架上设置横向小车轨道，并横向滑动安装横向小车，在横向小车的下方纵向滑动安装纵向小车，并在纵向小车的底部安装切割机构，通过转向机构、升降机构实现切割机的转向和切割操作，同时通过横向小车横向移动，纵向小车纵向移动，实现沿着干渠边坡横向和纵向的运动，相互结合实现整个平台空间内的自由移动，从而完成边坡水泥砌板在横向(水流方向)和纵向(垂直水流方向)的自动切割，实现对边坡水泥砌板的切割分离，分块，便于搬运，同时修整破损边界，便于后期安装标准砌板。

步骤S103,启动所述横向小车上的机械臂至坍塌处，启动抽吸管道和物料输送系统，利用机械臂前端的物料吸盘将切割处的废料抽吸和运送至物料存储箱；

步骤S104,然后再由抽吸管道和物料输送系统将填充物抽吸并运送至填充处实现对目标位置的坍塌处进行填充作业。

优选的，作为一种可实施方案；在进行目标位置的坍塌处进行填充作业之后，还包括对目标位置的坍塌处进行衬砌板的巩固作业。

优选的，作为一种可实施方案；所述对目标位置的坍塌处进行衬砌板的巩固作业，具体包括如下操作步骤：

步骤S105,由机械臂将已经预制好的子母扣预制板抓放至目标位置的坍塌处与原有衬砌板进行搭接；

步骤S106,对目标位置的坍塌处进行水泥灌浆处理作业，对放置好的子母扣预制板与原有衬砌板进行结合处密封处理，完成一处衬砌板的搭接操作。

优选的，作为一种可实施方案；在进行目标位置的衬砌板的搭接操作之后，还包括对目标废料的维护处理。

优选的，作为一种可实施方案；对所述目标废料进行维护处理，包括如下操作步骤：

步骤S107,利用物料存储箱收集的目标废料达到额定标准时，运至岸边废料收集处。

分析上述技术方案可知，本申请实施例采用的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其实现自动运行、多向切割、固液颗粒抽吸和运送、物料远距离充填、机械臂抓抛和定位填充、水泥灌浆缝合等工艺，解决了中线干渠边坡坍塌维护，实现了中线干渠长年不间断输水工况下，水下损坏衬砌板的拆除和更换修复工作，且水质不造成二次污染。回收的废料可以用来充当建筑物材料或者就地铺设渠道无水一侧。

干渠渠道边坡水下坍塌生态生态修复中心装置对拆除和更换衬砌板具有很好的功能，修复过程环保，符合生态修复边坡的要求，对保证干渠的输水安全和水体水质保障具有重大意义。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统，其特征在于：包括自行走履带式大车以及生态修复中心装置；

其中，所述自行走履带式大车包括岸基绞车，所述岸基绞车设在路面上，所述路面的一侧连接有位于边坡上的渠道硬质层，所述渠道硬质层上设有大车本体，所述大车本体包括大车车架，所述大车车架的两侧设有大车履带轮，所述大车车架上设有生态修复中心装置，大车履带轮上设有驱动大车本体沿路面至渠道硬质层方向行走的大车行走驱动，所述岸基绞车通过钢丝绳与大车本体连接；

所述生态修复中心装置，包括位于大车车架上的横向轨道，所述横向轨道上滑动安装有横向小车，所述横向小车下方滑动安装有纵向小车，所述横向小车上方安装有抓握机构，所述纵向小车底部安装有切割机构，所述切割机构包括固定安装在纵向小车上的转向机构，所述转向机构连接有安装架，所述安装架上安装有切割机，所述切割机通过升降机构与安装架连接；

所述横向小车包括横向小车车架，所述横向小车车架的两端安装有横向小车车轮，所述大车车架的内侧设置有横向小车轨道，所述横向小车车轮滑动安装在大车车架的横向轨道内；

所述抓握机构包括物料吸盘、物料抽吸管道和送料系统以及物料存储箱；

其中，所述物料吸盘安装在机械臂的尾部，并垂直于边坡斜面；所述物料抽吸管道和送料系统用于将切割后废料以及施工区域的淤泥和砂石废料通过射吸原理送到抽吸管道处；所述物料存储箱放在大车车架的两侧。

2.根据权利要求1所述的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统，其特征在于：所述横向小车车架的下端设置有纵向小车轨道，所述纵向小车轨道上滑动安装有下垂式滑块，所述下垂式滑块的另一端固定安装在纵向小车的顶部。

3.一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其特征在于：采用如权利要求1-2任一项所述的干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工系统，包括如下操作步骤：

自行走履带式大车自走至边坡坍塌附近，调整至目标位置；

生态修复中心装置上的横向小车和纵向小车调节至坍塌处，启动切割机构对坍塌处衬砌板进行切割，切割后的衬砌板的最大尺寸不大于300mm；

启动所述横向小车上的机械臂至坍塌处，启动抽吸管道和物料输送系统，利用机械臂前端的物料吸盘将切割处的废料抽吸和运送至物料存储箱；

然后再由抽吸管道和物料输送系统将填充物抽吸并运送至填充处实现对目标位置的坍塌处进行填充作业。

4.根据权利要求3所述的一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其特征在于：在进行目标位置的坍塌处进行填充作业之后，还包括对目标位置的坍塌处进行衬砌板的巩固作业。

5.根据权利要求4所述的一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其特征在于：所述对目标位置的坍塌处进行衬砌板的巩固作业，具体包括如下操作步骤：

由机械臂将已经预制好的子母扣预制板抓放至目标位置的坍塌处与原有衬砌板进行搭接；

对目标位置的坍塌处进行水泥灌浆处理作业，对放置好的子母扣预制板与原有衬砌板进行结合处密封处理，完成一处衬砌板的搭接操作。

6.根据权利要求5所述的一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其特征在于：在进行目标位置的衬砌板的搭接操作之后，还包括对目标废料的维护处理。

7.根据权利要求6所述的一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其特征在于：对所述目标废料进行维护处理，包括如下操作步骤：

利用物料存储箱收集的目标废料达到额定标准时，运至岸边废料收集处。

8.根据权利要求4所述的一种干渠渠道边坡水下坍塌生态修复施工方法，其特征在于：利用PLC控制器分别与所述自行走履带式大车以及所述生态修复中心装置通信连接；所述PLC控制器控制所述自行走履带式大车以及所述生态修复中心装置执行动作。