空氣提升水下清淤施工工法
【專利摘要】本發(fā)明公開了空氣提升水下清淤施工工法，包括如下步驟：（a）淤積物勘測分類；（b）清淤系統(tǒng)設計；（c）清淤系統(tǒng)加工；（d）施工準備；（e）清淤主管安裝；（f）供氣系統(tǒng)組裝；（g）潛水設備組裝；（h）高壓水系統(tǒng)布置；(i)清淤系統(tǒng)試運行；（j）淤積物抽排；（k）淤積物處理；（l）測量控制；（m）清淤基面測量驗收。本發(fā)明空氣提升水下清淤系統(tǒng)需要的設備少，設備體積小，系統(tǒng)的配置和布置相對比較簡單，適合于水庫、電站、水工構建物等特定區(qū)域的清淤工作，搬運方便，適用范圍廣；同時能夠較快投入使用，具有即裝即用的特點，不受水面構建物的干擾。
【專利說明】空氣提升水下清淤施工工法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下清淤的施工工法，特別是空氣提升水下清淤施工工法。
【背景技術】
[0002]我國幅員遼闊，河道、水庫、電站等眾多，它們都為我們生活的血脈擔負著飲用、泄洪、排澇、旅游、航運、發(fā)電等不同功能。但是泥沙隨水流匯集到河道、水庫中常形成淤積物，淤積物容易造成河道堵塞，嚴重影響河道的使用功能。為減緩淤積，延長水庫壽命，傳統(tǒng)的清淤方法通常采用機械開挖，機械開挖需要配備大型的開挖設備。實際使用過程中，機械開挖在特定區(qū)域包括水庫、電站、水工構建物內，無法展開工作，大型開挖設備無法進入；同時水深較大處，開挖設備清淤效率較低，常出現清淤不徹底，費時費力。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明目的在于提供空氣提升水下清淤施工工法，主要是利用壓縮空氣在水下密閉管道內上升減壓過程中形成負壓，將清淤系統(tǒng)底部的淤積物隨水流提升至管口排出，達到對淤積物的搬移清除之目的的一個系統(tǒng)，正常情況下，它需要根據清淤對象的顆粒狀態(tài)和清理對象不同，選擇隨機高壓水槍或潛水員配合擾動水底淤積物以提高清淤的工作效率。本施工工法在深水處，由于水壓增大，壓縮空氣釋放減壓過程中產生的負壓將更加有利于水下清淤，因此能夠實現在深水處有效清淤施工。同時本施工工法能夠有效將需要清理的雜物、淤積物按照預定的要求搬移、清理掉，因此，整個系統(tǒng)還有在很多特殊場合使用的特殊作用和意義。
[0004]為了解決上述技術問題，采用如下技術方案:
[0005]空氣提升水下清淤施工工法:其特征在于包括如下步驟:
[0006](a)淤積物勘測分類:
[0007]對清淤區(qū)域內的淤積物進行勘測，首先采用潛水員人工潛水方法勘測，對區(qū)域內的淤積物進行分類并記錄，記錄內容包括有:淤積物量，淤積物種類，淤積物粒徑范圍等，得到淤積物勘測記錄表；然后將Y-射線密度儀及相關的儀器設備搬運至勘測船上，將相關儀器設備與Y-射線密度相連接；連接完成后，深入水中，逐點向下測量，勘測最大清淤深度，水底各點的壓力等并記錄；
[0008](b)清淤系統(tǒng)設計:
[0009]首先確定清淤設備，包括有:沉船、集渣船、空氣提升清淤主管、壓縮空氣輸送管路、壓縮空氣控制分配閥、壓縮空氣儲氣罐、空壓機、潛水供氣空壓機、多級高壓水泵、高壓水槍、壓縮空氣混流箱、起重設備；然后結合淤積物勘測記錄表，確定清淤設備的型號、口徑等，并設計清淤設備安裝圖紙，得到初步清淤系統(tǒng)；
[0010](C)清淤系統(tǒng)加工:
[0011]組織工程監(jiān)理、相關負責人等針對初步清淤系統(tǒng)進行討論加工，對不當之處進行調整得到完善的清淤系統(tǒng)；[0012](d)施工準備:
[0013]施工人員熟悉圖紙及施工要求；相關負責人根據施工組織設計中的施工人員、施工機械設備及物資材料等進行組織調遣；組織清淤設備保養(yǎng)、維修、租憑等工作，為工程順利實施做好充分的物質準備；將施工設備運送至沉船上并在沉船上搭建施工平臺；根據淤積物勘查記錄表，對集渣船進行改裝布置，做到集渣船結構滿足儲存及運輸淤積物的要求；
[0014](e)清淤主管安裝:
[0015]根據工程設計要求，選擇合適的清淤主管，清淤主管上端為排放口，下端為吸淤口，清淤主管采用法蘭連接；清淤主管的長度根據最大工作水深和排放口位置確定，清淤主管口徑根據淤積物的最大粒徑確定；然后對清淤主管管壁進行開孔作業(yè)，該孔為排氣孔，開孔位置設在清淤主管的吸淤口端，排氣孔孔徑和數量根據清淤主管的口徑和空壓機的排量而定，排氣孔沿管壁四周均勻布置；待管壁開孔結束后，將混流箱通過固定連接件焊接到主管開孔部位的外側，因此混流箱與管壁之間形成混流室；同時根據工程設計要求，在混流箱上布置相應數量的接口，接口用于接通供氣管路，安裝完成后存放于施工平臺上；
[0016](f)供氣系統(tǒng)組裝:
[0017]供氣系統(tǒng)包括有:壓縮空氣輸送管路、壓縮空氣控制分配閥、壓縮空氣儲氣罐及空壓機，將供氣系統(tǒng)存放于施工平臺上；采用空壓機生成壓縮空氣，空壓機的排氣量根據清淤主管的口徑而定，空壓機的供氣壓力根據水深而定:口徑在200?250_的清淤主管，配套空壓機的排氣量在6?10M3/min ； 口徑在250?300mm的清淤主管配套空壓機的排氣量在12?20M3/min ； 口徑在300?500_的清淤主管配套空壓機的排氣量在60?100M3/min ；空壓機的供氣壓力在0.7?1.5Mpa ；
[0018]空壓機經壓縮空氣輸送管路連接壓縮空氣儲氣罐，壓縮空氣儲氣罐上出口處同樣連接壓縮空氣輸送管路，該空氣輸送管路為供氣管路，并在該供氣管路上安裝分配閥，分配閥控制壓縮空氣的排入量；該供氣管路的末端連接在混流箱的接口處，供氣管路的數量與混流箱的接口數量一致；連接完成后，先借助沉船將供氣系統(tǒng)與清淤主管運送至清淤位置，再依靠起重設備將清淤主管架至水底，吸淤口朝下對準淤積物，排放口對準集渣船并保持；
[0019](g)潛水設備組裝:
[0020]潛水設備包括潛水供氣空壓機和通氣管，潛水供氣空壓機安裝于施工平臺上，并檢查安裝是否安裝穩(wěn)固，通氣管與供氣空壓機相通，通氣管為潛水員提供空氣；
[0021](h)高壓水系統(tǒng)布置:
[0022]高壓水系統(tǒng)包括高壓水槍和多級高壓水泵，多級高壓水泵安裝于施工平臺上，并且靠近潛水供氣空壓機，然后檢查是否安裝穩(wěn)固；高壓水槍連接于多級高壓水泵上；
[0023](i)清淤系統(tǒng)試運行:
[0024]首先開啟空壓機生成壓縮空氣，壓縮空氣儲存至壓縮空氣儲存罐內，同時潛水人員穿上潛水服，潛水服連接通氣管并架起高壓水槍，潛水員進入水底至清淤位置并開啟潛水供氣空壓機；然后開啟控制分配閥，清淤主管開始抽取淤積物，潛水員根據實際清淤情況，示意施工人員開啟高壓水泵，采用高壓水槍對淤積物進行水下沖擾，根據實際沖擾情況合理調整沖擾位置，輔助清淤工作；試運行期間每隔5min調節(jié)分配閥，改變供氣量，潛水員將實際清淤情況反饋給施工人員，同時施工人員檢查各設備的工作情況；試運行期間施工人員記錄所有過程，若試運行期間各設備運行狀況良好，清淤穩(wěn)定，則進行下一道工序，否則檢查問題所在并解決，解決后，方能進行下一道工序；
[0025](j)淤積物抽排:
[0026]首先開啟空壓機生成壓縮空氣，壓縮空氣儲存至壓縮空氣儲存罐內，同時潛水人員穿上潛水服，潛水服連接通氣管并架起高壓水槍，潛水員進入水底至清淤位置并開啟潛水供氣空壓機；然后開啟控制分配閥，分配閥調節(jié)至最理想的位置，此時壓縮空氣經供氣管路進入混流室；壓縮空氣在混流室內擠壓后經排氣孔進入清淤主管內，由于壓縮空氣壓強大于大氣壓,清淤主管內的壓縮空氣逐漸上升；上升過程中，清淤主管內形成負壓,清淤系統(tǒng)底部的淤積物隨水流進入吸淤口并逐漸提升至排放口，最后到達集渣船內，同時根據潛水員反饋的信息，借助起重設備合理調整清淤主管位置；潛水員根據實際清淤情況，示意施工人員開啟高壓水泵，采用高壓水槍對淤積物進行水下沖擾，根據實際沖擾情況合理調整沖擾位置，輔助清淤工作；清淤過程中，如果出現堵塞，采取閉氣重開的方法消除堵塞；區(qū)域內清淤完成后，關閉各設備，借助起重設備及沉船將清淤系統(tǒng)移至未清淤區(qū)域，然后重復上述清淤過程直至完成工程范圍內的清淤工作；
[0027](k)淤積物處理:
[0028]在清淤工作工程中，集渣船上的淤積物逐漸增多，當淤積物的重量達到集渣船的額定承受重量時，首先停止清淤作業(yè)，再將集渣船運送至指定的淤積物處理點進行傾倒，然后回到清淤處繼續(xù)工作；如此循環(huán)往復直至完成工程范圍內的清淤工作；
[0029](I)測量控制:
[0030]①建立測量控制網:根據設計道路總平面圖及施工現場地理環(huán)境等因素綜合考慮，合理布設測量控制樁；控制樁布好后再依據建設單位提供的坐標、高程控制點，將布設的導線控制點的坐標、高程測量出來，經復核無誤后就形成完整的能直接指導測量施工的坐標、高程控制網體系，并形成文字記錄；
[0031]②控制點測設:首先項目部對測量控制點進行復核，再根據設計部門提供的水準點進行施工用臨時水準點的加密，臨時水準點設置于使用范圍外并檢查臨時水準點是否堅固穩(wěn)定，施工期間每隔三個月對其進行復核；現場、使用的平面控制點及高程控制點在施工過程中每三個月復測一次；
[0032](m)清淤基面測量驗收:
[0033]采用竹竿取樣的驗收方式，首先將竹竿深至水底，竹竿底端有淤積物進入，然后現場打開該竹竿，若不流動的淤積物不超過300_，則視為驗收合格；否則對該取樣位置進行加密檢測，不合格的位置進行二次清淤直至驗收合格；現場取樣按每IOm—個斷面進行，每個斷面3個點；并將驗收結果上報監(jiān)理工程師，完成本工程驗收。
[0034]由于采用上述技術方案，具有以下有益效果:
[0035]本施工工法采用空氣提升水下清淤的方法，避免機械開挖在特定區(qū)域包括水庫、電站、水工構建物內，無法展開工作，在水深較大處，開挖設備清淤效率較低，出現清淤不徹底，費時費力的問題?？諝馓嵘虑逵傧到y(tǒng)需要的設備少，設備體積小，系統(tǒng)的配置和布置相對比較簡單，適合于水庫、電站、水工構建物等特定區(qū)域的清淤工作，搬運方便，適用范圍廣；同時能夠較快投入使用，具有即裝即用的特點，不受水面構建物的干擾。在水深處清淤時，由于水壓的增大，壓縮空氣釋放減壓過程中產生的負壓將更加有利于水下清淤，能夠在深水處實現徹底有效的清淤工作。空氣提升水下清淤系統(tǒng)中的主管體由于是直通結構的，沒有任何結構件阻擋，淤積物通過能力較強，在水工構筑物施工水域內雜物較多、淤積物顆粒較大的情況下，都能夠有效將需要清理的雜物、淤積物按照預定的要求抽出，因此，整個系統(tǒng)還有在很多特殊場合使用的特殊作用和意義。針對不同的清淤對象，清淤主管可以按需選擇，而且更換方便有利于提升清淤效果。同時本施工工法具有環(huán)保節(jié)能，投入成本低，使用方便的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0037]圖1為空氣提升水下清淤系統(tǒng)的工藝圖；
[0038]圖2為混流箱與清淤主管相連接的結構示意圖；
[0039]圖3為清淤主管的結構示意圖；
[0040]圖4為法蘭的結構示意圖；
[0041]圖5為圖3的I處的連接示意圖。
[0042]其中:1為清淤主管、2為空氣輸送管路、3為控制分配閥、4為儲氣罐、5為空壓機、6為供氣空壓機、61為通氣管、7為多級高壓水泵、71為高壓水槍、8為施工平臺、9為潛水員、10為混流箱、11為淤積物、12為起重設備、101為接口、102為固定連接件、13為排放口、14為吸淤口、15為法蘭。
【具體實施方式】
[0043]本發(fā)明空氣提升水下清淤施工工法，利用壓縮空氣在水下密閉管道內上升減壓過程中形成負壓，將清淤系統(tǒng)底部的淤積物11隨水流提升至管口排出，達到對淤積物11的搬移清除之目的的一個系統(tǒng)，正常情況下，它需要根據清淤對象的顆粒狀態(tài)和清理對象不同，選擇隨機高壓水槍71或潛水員9配合擾動水底淤積物11以提高清淤的工作效率。同時，針對不同的清淤對象，選擇清淤管道的口徑大小可以是變化的，最大直徑可以做到800_。根據水下清淤工作的經驗，采用空氣提升水下清淤系統(tǒng)，最大可提升重量達到數百公斤的塊石或卵石，但同時對供氣量和供氣壓力及水、氣管道的口徑和數量也有相對的要求。在運行過程中，如果出現堵塞，也可以采取閉氣重開的方法消除堵塞。
[0044]本施工工法需要準備如下材料:
[0045]1、潛水服、對講機、若干壓縮空氣輸送管路2、300mm 口徑清淤主管l、450mm 口徑清淤主管1、800_ 口徑清淤主管1、控制分配閥3、儲氣罐4、混流箱10、打孔材料、若干探頭、水文絞車、數顯液位深壓力傳感器測深儀、竹竿、法蘭15。
[0046]2、各種安全救生設備，以為本施工工法為水上及水下作業(yè)，防臺防汛任務較重，救生衣、救生圈、氧氣供應裝置等必須配備。
[0047]3、機具設備:
[0048]3.K6mVmin排氣量的空壓機5、60m3/min排氣量的空壓機5、100m3/min排氣量的空壓機5。
[0049]3.2、沉船、集渣船、勘測船、供氣空壓機6、多級高壓水泵7、高壓水槍71、起重設備12、Y-射線密度儀。
[0050]本施工工法的人員組織調配如下表:
[0051]
【權利要求】
1.空氣提升水下清淤施工工法:其特征在于包括如下步驟: Ca)淤積物勘測分類: 對清淤區(qū)域內的淤積物進行勘測，首先采用潛水員人工潛水方法勘測，對區(qū)域內的淤積物進行分類并記錄，記錄內容包括有:淤積物量，淤積物種類，淤積物粒徑范圍等，得到淤積物勘測記錄表；然后將Y-射線密度儀及相關的儀器設備搬運至勘測船上，將相關儀器設備與Y-射線密度相連接；連接完成后，深入水中，逐點向下測量，勘測最大清淤深度，水底各點的壓力等并記錄； (b)清淤系統(tǒng)設計: 首先確定清淤設備，包括有:沉船、集渣船、空氣提升清淤主管、壓縮空氣輸送管路、壓縮空氣控制分配閥、壓縮空氣儲氣罐、空壓機、潛水供氣空壓機、多級高壓水泵、高壓水槍、壓縮空氣混流箱、起重設備；然后結合淤積物勘測記錄表，確定清淤設備的型號、口徑等，并設計清淤設備安裝圖紙，得到初步清淤系統(tǒng)； (C)清淤系統(tǒng)加工: 組織工程監(jiān)理、相關負責人等針對初步清淤系統(tǒng)進行討論加工，對不當之處進行調整得到完善的清淤系統(tǒng)； Cd)施工準備: 施工人員熟悉圖紙及施工要求；相關負責人根據施工組織設計中的施工人員、施工機械設備及物資材料等進行 組織調遣；組織清淤設備保養(yǎng)、維修、租憑等工作，為工程順利實施做好充分的物質準備；將施工設備運送至沉船上并在沉船上搭建施工平臺；根據淤積物勘查記錄表，對集渣船進行改裝布置，做到集渣船結構滿足儲存及運輸淤積物的要求； (e)清游主管安裝: 根據工程設計要求，選擇合適的清淤主管，清淤主管上端為排放口，下端為吸淤口 ；清淤主管的長度根據最大清淤水深和排放口位置確定，清淤主管口徑根據淤積物的最大粒徑確定；然后對清淤主管管壁進行開孔作業(yè)，該孔為排氣孔，開孔位置設在清淤主管的吸淤口端，排氣孔孔徑和數量根據清淤主管的口徑和空壓機的排量而定，排氣孔沿管壁四周均勻布置；待管壁開孔結束后，將混流箱通過固定連接件焊接到主管開孔部位的外側，因此混流箱與管壁之間形成混流室；同時根據工程設計要求，在混流箱上布置相應數量的接口，接口用于接通供氣管路，安裝完成后存放于施工平臺上； (f)供氣系統(tǒng)組裝: 供氣系統(tǒng)包括有:壓縮空氣輸送管路、壓縮空氣控制分配閥、壓縮空氣儲氣罐及空壓機，將供氣系統(tǒng)存放于施工平臺上；采用空壓機生成壓縮空氣，空壓機的排氣量根據清淤主管的口徑而定，空壓機的供氣壓力根據水深而定:口徑在200~250mm的清淤管，配套空壓機的排氣量在6~10M3/min ； 口徑在250~300mm的清淤主管配套空壓機的排氣量在12~20M3/min ； 口徑在300~500mm的清淤主管配套空壓機的排氣量在60~100M3/min ;空壓機的供氣壓力在0.7~1.5Mpa ； 空壓機經壓縮空氣輸送管路連接壓縮空氣儲氣罐，壓縮空氣儲氣罐上出口處同樣連接壓縮空氣輸送管路，該空氣輸送管路為供氣管路，并在該供氣管路上安裝分配閥，分配閥控制壓縮空氣的排入量；該供氣管路的末端連接在混流箱的接口處，供氣管路的數量與混流箱的接口數量一致；連接完成后，先借助沉船將供氣系統(tǒng)與清淤主管運送至清淤位置，再依靠起重設備將清淤主管架至水底，吸淤口朝下對準淤積物，排放口對準集渣船并保持； (g)潛水設備組裝: 潛水設備包括潛水供氣空壓機和通氣管，潛水供氣空壓機安裝于施工平臺上，并檢查安裝是否安裝穩(wěn)固，通氣管與供氣空壓機相通，通氣管為潛水員提供空氣； (h)高壓水系統(tǒng)布置: 高壓水系統(tǒng)包括高壓水槍和多級高壓水泵，多級高壓水泵安裝于施工平臺上，并且靠近潛水供氣空壓機，然后檢查是否安裝穩(wěn)固；高壓水槍連接于多級高壓水泵上； (i)清淤系統(tǒng)試運行: 首先開啟空壓機生成壓縮空氣，壓縮空氣儲存至壓縮空氣儲存罐內，同時潛水人員穿上潛水服，潛水服連接通氣管并架起高壓水槍，潛水員進入水底至清淤位置并開啟潛水供氣空壓機；然后開啟控制分配閥，清淤主管開始抽取淤積物，潛水員根據實際清淤情況，示意施工人員開啟高壓水泵，采用高壓水槍對淤積物進行水下沖擾，根據實際沖擾情況合理調整沖擾位置，輔助清淤工作；試運行期間每隔5min調節(jié)分配閥，改變供氣量，潛水員將實際清淤情況反饋給施工人員，同時施工人員檢查各設備的工作情況；試運行期間施工人員記錄所有過程，若試運行期間各設備運行狀況良好，清淤穩(wěn)定，則進行下一道工序，否則檢查問題所在并解決，解決后，方能進行下一道工序； (j)淤積物抽排: 首先開啟空壓機生成壓縮空氣，壓縮空氣儲存至壓縮空氣儲存罐內，同時潛水人員穿上潛水服，潛水服連接通氣管并架起高壓水槍，潛水員進入水底至清淤位置并開啟潛水供氣空壓機；然后開啟控制分配閥，分配閥調節(jié)至最理想的位置，此時壓縮空氣經供氣管路進入混流室；壓縮空氣在混流室內擠壓后經排氣孔進入清淤主管內，由于壓縮空氣壓強大于大氣壓,清淤主管內的壓縮空 氣逐漸上升；上升過程中，清淤主管內形成負壓,清淤系統(tǒng)底部的淤積物隨水流進入吸淤口并逐漸提升至排放口，最后到達集渣船內，同時根據潛水員反饋的信息，借助起重設備合理調整清淤主管位置；潛水員根據實際清淤情況，示意施工人員開啟高壓水泵，采用高壓水槍對淤積物進行水下沖擾，根據實際沖擾情況合理調整沖擾位置，輔助清淤工作；清淤過程中，如果出現堵塞，采取閉氣重開的方法消除堵塞；區(qū)域內清淤完成后，關閉各設備，借助起重設備及沉船將清淤系統(tǒng)移至未清淤區(qū)域，然后重復上述清淤過程直至完成工程范圍內的清淤工作； (k)淤積物處理: 在清淤工作工程中，集渣船上的淤積物逐漸增多，當淤積物的重量達到集渣船的額定承受重量時，首先停止清淤作業(yè)，再將集渣船運送至指定的淤積物處理點進行傾倒，然后回到清淤處繼續(xù)工作；如此循環(huán)往復直至完成工程范圍內的清淤工作； (I)測量控制: ①建立測量控制網:根據設計道路總平面圖及施工現場地理環(huán)境等因素綜合考慮，合理布設測量控制樁；控制樁布好后再依據建設單位提供的坐標、高程控制點，將布設的導線控制點的坐標、高程測量出來，經復核無誤后就形成完整的能直接指導測量施工的坐標、高程控制網體系，并形成文字記錄； ②控制點測設:首先項目部對測量控制點進行復核，再根據設計部門提供的水準點進行施工用臨時水準點的加密，臨時水準點設置于使用范圍外并檢查臨時水準點是否堅固穩(wěn)定，施工期間每隔三個月對其進行復核；現場、使用的平面控制點及高程控制點在施工過程中每三個月復測一次； （m)清淤基面測量驗收: 采用竹竿取樣的驗收方式，首先將竹竿深至水底，竹竿底端有淤積物進入，然后現場打開該竹竿，若不流動的淤積物不超過300_，則視為驗收合格；否則對該取樣位置進行加密檢測，不合格的位置進行二次清淤直至驗收合格；現場取樣按每IOm —個斷面進行，每個斷面3個點；并將驗收結果上報監(jiān)理工程師，完成本工程驗收。
【文檔編號】E02F5/28GK103806484SQ201410038912
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權日:2014年1月27日
【發(fā)明者】姜駿駿, 蔡偉, 胡洋, 劉旭, 劉學應 申請人:杭州華能大壩安全工程技術有限公司