一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置论文和设计-崔皓东

全文摘要

本实用新型提供一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，包括潜水泵、水压传感器、水泵进水管、水泵出水管、密封塞、控制器、监控终端，潜水泵设于围堰内水面以下，水泵进水管和水泵出水管与潜水泵连接，渠道衬砌板底部设有排水孔，水泵进水管与水压传感器经密封塞包裹与渠道衬砌板底部的排水孔连接并形成密封，潜水泵通过第一线缆与控制器连接，水压传感器通过第二线缆与控制器连接，控制器通过第三线缆与监控终端连接。本实用新型体积小可移动，安装简便，在挖方衬砌下有承压水渠道检修时布置于围堰内，可实现衬砌板下水压力精细调控，以保证检修期衬砌板的安全稳定。

主设计要求

1.一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，其特征在于：包括潜水泵(2)、水压传感器(3)、水泵进水管(4)、水泵出水管(6)、密封塞(5)、控制器(11)、监控终端(12)，潜水泵(2)设于围堰(7)内水面以下，水泵进水管(4)和水泵出水管(6)与潜水泵(2)连接，渠道衬砌板(1)底部设有排水孔，水泵进水管(4)与水压传感器(3)经密封塞(5)包裹与渠道衬砌板(1)底部的排水孔连接并形成密封，潜水泵(2)通过第一线缆(8)与控制器(11)连接，水压传感器(3)通过第二线缆(9)与控制器(11)连接，控制器(11)通过第三线缆(10)与监控终端(12)连接。

设计方案

2.如权利要求1所述的挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，其特征在于：所述潜水泵(2)由与控制器(11)相连接的第一线缆(8)供电，控制器(11)根据水压传感器(3)监测的水压信号与预设水压阈值控制潜水泵(2)的启停。

3.如权利要求1所述的挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，其特征在于：所述密封塞(5)采用直径比渠道衬砌板(1)底部的排水孔稍大的硅胶套管，完全压缩时可与排水孔完全嵌合。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及南水北调中线工程等挖方渠段检修领域，具体是一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置。

背景技术

承压水渗流控制是南水北调中线等挖方渠段衬砌板稳定安全的重要保障，是挖方渠段施工、运行及检修期渠道衬砌板和渠坡稳定安全关键工程措施之一。通常情况下有地下承压水的挖方渠段，在渠道衬砌板下砂垫层内铺设纵横向透水塑料管网，并在边坡坡脚或渠底板中间管网交叉部位设置逆止阀，通过逆止阀实现地下承压水自动排水减压，从而保证衬砌板不发生抗浮稳定问题；工程运行中，如果发生渠基承压水压力突然增加而逆止阀不能及时有效排水减压，将发生衬砌板抗浮失稳破坏，目前南水北调中线工程所发现的破坏现象绝大部分属于这种问题。

目前输水渠道维修通常利用围堰或节制闸抽干渠水形成大范围干地维修环境，这需要渠道中断输水。随着南水北调中线工程运行，渠道的检修维修需求日益增加；而南水北调中线工程已是沿线及北京等城市的重要水源，不能断水维修，这也是南水北调中线运维特殊要求。南水北调中线渠道水深通常在5m～8m，针对渠坡和渠底损坏的衬砌板维修目前只能采用水下维修，此方法不足之处在于，水下维修施工难度大，成本高。另外，也有采用围堰挡水但不抽干围堰内的水，形成静水围堰然后再进行水下维修，该方式不足之处在于，只能用于局部较浅的渠坡衬砌板维修，无法在渠道底部水位较深处维修。如果采用渠道不断水条件下形成局部干地围堰维修渠坡和渠底衬砌板，在挖方渠段且可能存在承压水的渠段必然会面临衬砌抗浮稳定问题。在可能存在承压水的挖方渠段，现有的渗控技术就是采用逆止阀自动排水减压，或在渠道外侧每隔一段布置深水井，维修期间，可以通过深水井抽水降低挖方段衬砌板下水压力。该方式的不足之处在于，在需要维修的渠段逆止阀通常是失效的，并且围堰抽水会造成衬砌板上下水压力差过大而失稳。另外，如通过渠道外侧深水井抽水减压的方式，维修开始前及过程中需要长时间大量抽水，并且需要采取可靠的监测手段监测衬砌板下水压力变化，这在实际难以实现。综上所述，目前已有的承压水渗流控制装置存在的问题主要有：

1、常规逆止阀在需要维修的渠段通常是失效的，围堰抽水过程中会造成衬砌板失稳。

2、常规渠道外侧深水井抽水降压，耗时且难以监测衬砌板下水压力变化。

3、当采用围堰内水下维修衬砌板时，施工难度大，成本高，且目前无法实现渠底施工。

实用新型内容

本实用新型提供一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，解决了目前南水北调挖方渠段不中断输水条件下围堰干地维修施工过程中可能出现的衬砌板抗浮失稳问题；实现根据衬砌板下承压水安全阈值控制水泵启停，水压传感器可实现水压力1mm级精度控制，能实现自动实时动态排水减压，保证衬砌板为维修期间的安全稳定；本实用新型也是为解决南水北调中线不能断水维修的特殊运维环境首次提出的，填补了国内外空白。

一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，包括潜水泵、水压传感器、水泵进水管、水泵出水管、密封塞、控制器、监控终端，潜水泵设于围堰内水面以下，水泵进水管和水泵出水管与潜水泵连接，渠道衬砌板底部设有排水孔，水泵进水管与水压传感器经密封塞包裹与渠道衬砌板底部的排水孔连接并形成密封，潜水泵通过第一线缆与控制器连接，水压传感器通过第二线缆与控制器连接，控制器通过第三线缆与监控终端连接。

进一步的，所述潜水泵由与控制器相连接的第一线缆供电，控制器根据水压传感器监测的水压信号与预设水压阈值控制潜水泵的启停。

进一步的，所述密封塞采用直径比渠道衬砌板底部的排水孔稍大的硅胶套管，完全压缩时可与排水孔完全嵌合。

本实用新型装置体积小，安装简便，使得围堰内外一定范围内衬砌板下水压力得到有效调控，保证衬砌板安全稳定，使不中断输水条件下围堰干地维修渠底衬砌板成为现实，并大大提高挖方渠段不断水维修的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置的结构示意图。

图中：1－渠道衬砌板；2－潜水泵；3－水压传感器；4－水泵进水管；5－密封塞；6－水泵出水管；7－围堰；8－第一线缆；9－第二线缆；10－第三线缆；11－控制器；12－监控终端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1，本实用新型实施例提供一种挖方渠道衬砌板下承压水精细调控装置，包括潜水泵2、水压传感器3、水泵进水管4、水泵出水管6、密封塞5、控制器11、监控终端12，潜水泵2设于围堰7内水面以下，水泵进水管4和水泵出水管6与潜水泵2连接，渠道衬砌板1底部设有排水孔，水泵进水管4与水压传感器3经密封塞5包裹与渠道衬砌板1底部的排水孔连接并形成密封，潜水泵2通过第一线缆8与控制器11连接，水压传感器3通过第二线缆9与控制器11连接，控制器11通过第三线缆10与监控终端12连接。所述密封塞3采用直径比渠道衬砌板1底部的排水孔稍大的硅胶套管，完全压缩时可与排水孔完全嵌合，在渠道衬砌板1以下为水泵进水口和水压传感器3。

所述潜水泵2由与控制器11相连接的第一线缆8供电，控制器11根据水压传感器3监测的水压信号与预设水压阈值控制潜水泵2的启停，潜水泵2的运行数据(运行时间、电流和电压)经第一根电缆8传送给控制器11，水压传感器4实时监测的水压信号可经第二根电缆9传送给控制器11，然后控制器11通过第三线缆10将水泵和传感器信号传送至监控终端12；监控终端12可以实时监测并记录潜水泵2的运行状态和渠道衬砌板1底部水压力值，实现承压水精细自动智能调控。

在其中一个实施例中，潜水泵2的直径为3.5cm，高为10cm，泵底部为进水管口，顶部出水管口直径2cm，额定流量0.3L\/s，潜水泵2是承压水精细调控的主要部件。

所述水压传感器3感应水压力精度为1mm级，密封塞5将渠道衬砌板1上下水的联通隔离，渠道衬砌板1下的水压传感器3实施监测渠道底板水压力，当水压力增大到控制器11设定的水压上限阈值时，潜水泵2自动开启抽水直至水压感应器3水压降低至控制器11设定的水压下限阈值时自动关停。

所述控制器11可由RTU及其他控制集成电路组成，接收由水压传感器3发送的水压信号，根据预设的水压阈值由RTU控制潜水泵2的电源实现其自动启停，监控终端12全程实时监控水压传感器3和潜水泵2的运行状态，并可远程设置控制器11的水压阈值，实现衬砌板下承压水高精度自动智能调控。

本实用新型工作原理为：渠道衬砌板1下水压力增大或围堰衬砌板维修过程中，水压传感器3侦测到水压力大于预设水压阈值，控制器11发布潜水泵2开启命令，潜水泵2开始抽水，随着抽水过程中渠道衬砌板1下水压力下降，水压传感器3继续侦测直至水压低于预设水压阈值时，控制器11发布潜水泵2关停命令。待渠道衬砌板1下水压力增大至上限阈值时，重复上述过程，如此往复，实现潜水泵2自动启停，也是承压水精细调控过程。在衬砌板下水压力自动精细调控过程中，监控终端12始终监测并记录潜水泵2和水压传感器3的工作状态。

本实用新型充分利用了渗流控制原理，可提供的水头压力精确至1mm级的精细调控装置。通过设置不同阈值实现水压力在一定变化范围内精细地调控，可以更换不同功率水泵实现不同渠段渠基承压水的调控。与现有技术相比，具有明显的优势，由于装置体积小，安装简便，使得围堰内外一定范围内衬砌板下水压力得到有效调控，保证衬砌板安全稳定，使不中断输水条件下围堰干地维修渠底衬砌板成为现实，并大大提高了挖方渠段不断水维修的工作效率；承压水精细调控装置采用直流低压供电，可采用蓄电池连接太阳能电池板供电，节能环保并不受停电的影响。本实用新型可解决类似地下水压力精细调控问题，全时段监测地下水压力变化，并实现地下水压力精细调控，应用前景广阔。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

设计图

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