橡膠壩工程在葉爾羌河中游渠首的運(yùn)行及維護(hù)管理淺析

于素甫·買(mǎi)合木提

(新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車(chē) 844700)

葉爾羌河位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣。流域控制灌溉面積43.43萬(wàn)hm2，是新疆第一大灌區(qū)。葉爾羌河中游渠首為葉爾羌河流域第四級(jí)引水渠首，屬大(2)型水利工程，葉爾羌河中游渠首橡膠壩控制系統(tǒng)是葉爾羌河流域水利信息化建設(shè)工程的重要組成部分。因此橡膠壩的正常運(yùn)行以及日常維護(hù)是保證葉爾羌河中游渠首水利樞紐安全高效運(yùn)行的保障。

1 橡膠壩結(jié)構(gòu)組成及其優(yōu)點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

橡膠壩工程作為一種新穎的水工結(jié)構(gòu)，主要由四部分組成：(1)橡膠布?jí)误w。(2)混凝土基礎(chǔ)。(3)控制室，包括風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械、電氣設(shè)備，自動(dòng)充氣放氣機(jī)構(gòu)。(4)進(jìn)/出管道系統(tǒng)。壩體通過(guò)單線或雙線錨固系統(tǒng)固定于混凝土基礎(chǔ)和橋臺(tái)上方，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 葉爾羌河中游渠首橡膠壩結(jié)構(gòu)組成

1.2 橡膠壩結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

葉爾羌河中游渠首橡膠壩是一種相對(duì)較新的閘式壩型，可節(jié)省基建費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。它由多層橡膠膜組成，充滿空氣或水，并用一個(gè)或兩個(gè)錨固桿固定在堰體上。與鋼閘門(mén)相比，充氣壩有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不包括任何活動(dòng)部件(鉸鏈、軸承)，不存在因腐蝕或密封而產(chǎn)生的問(wèn)題，也不使用可能對(duì)環(huán)境有害的潤(rùn)滑劑。(2)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不需要大量的維護(hù)。 (3)充氣壩可以安全運(yùn)行，并且可以隨時(shí)放氣以防止堵塞，橡膠膜可以在幾周內(nèi)安裝或更換，大大減少施工時(shí)間和檢查、翻新周期。

2 橡膠壩的運(yùn)行及管理

2.1 橡膠壩運(yùn)行機(jī)制

2.1.1 充氣

控制室內(nèi)設(shè)有充氣裝置，包括風(fēng)機(jī)、水泵和輔助裝置(如閥門(mén))，用于橡膠壩的充氣或充水。充氣主要步驟包括：(1)檢查大壩上游，確保上游水位升高不會(huì)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成不利影響。(2)清除橡膠壩附近的雜物(特別是尖銳的物體)。(3)關(guān)閉排氣閥。(4)打開(kāi)供氣閥。(5)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)。(6)大壩充氣時(shí)監(jiān)測(cè)氣壓表，根據(jù)水源水位調(diào)整氣壓，如果水源水位低于大壩高度的1/2，空氣壓力約為設(shè)計(jì)壓力的60%。氣壓應(yīng)與上游水位成比例增加，當(dāng)水源水位達(dá)到設(shè)計(jì)水位后，將氣壓提高到設(shè)計(jì)水位，然后關(guān)閉空氣壓縮機(jī)并關(guān)閉供氣閥。

2.1.2 放氣

橡膠壩放氣主要包括三種方式，斗式、浮子式和電動(dòng)式。當(dāng)主放氣機(jī)構(gòu)發(fā)生故障或內(nèi)部空氣壓力超過(guò)最大設(shè)計(jì)壓力時(shí)，將從壩體釋放空氣。對(duì)于蓄水大壩，虹吸管可達(dá)到保護(hù)橡膠壩安全的目的。當(dāng)主放氣機(jī)構(gòu)失效或內(nèi)部水壓上升到最大操作壓力以上時(shí)，開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行。放氣的主要步驟包括：(1)檢查下游側(cè)，確保提高下游水位不會(huì)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成不利影響。(2)確保壩基下游沒(méi)有尖銳物體和其他障礙物，可能在泄洪期間損壞壩體。(3)打開(kāi)排水管排出冷凝水。(4)打開(kāi)排氣閥放氣。

2.1.3 充放氣時(shí)間

充放氣時(shí)間包括三個(gè)主要因素的函數(shù)：壩體的內(nèi)部體積、作用在壩體上的外部壓力以及空氣壓縮機(jī)或水泵容量。以小埠東橡膠壩為例，使用了1.9～15.0 kW的壓縮機(jī)。1.9 kW空氣壓縮機(jī)以3.0 m3/s的速率生產(chǎn)空氣可以在3 min內(nèi)充氣0.8 m高、10.0 m長(zhǎng)的堤壩，兩臺(tái)15 kW壓縮機(jī)可以在65 min內(nèi)充氣2.6 m高、60.0 m長(zhǎng)的堤壩。放氣時(shí)間由外部壓力、堤壩自身體積和排氣管數(shù)量決定，當(dāng)有一個(gè)水頭作用在壩身上時(shí)，大壩泄氣速度加快。

2.1.4 橡膠壩內(nèi)壓監(jiān)測(cè)

橡膠壩內(nèi)部壓力主要由壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)，如圖2所示。

圖2 橡膠壩壓力傳感器

當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，自動(dòng)切斷進(jìn)入壩體的空氣/水入口，這樣可以防止由于壓力過(guò)大而損壞壩體。即使大壩安裝在多變的外部環(huán)境中，充氣大壩的內(nèi)部壓力也可以保持在恒定值。同時(shí)，也可在壩體內(nèi)部安裝激光測(cè)高裝置，在充放氣時(shí)連續(xù)測(cè)量其高度。

2.2 橡膠壩維護(hù)管理

2.2.1 預(yù)防性維護(hù)

橡膠壩工程的壽命和性能取決于許多外部因素。對(duì)橡膠壩造成負(fù)面影響甚至破壞的因素眾多，其中最容易受到兩種類(lèi)型的破壞，分別為①故意破壞；②洪水?dāng)y帶的碎片，特別是尖銳的物體。根據(jù)上述兩種橡膠壩的破壞模式，對(duì)其進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，可以大大提高橡膠壩的安全性能[1]。

2.2.2 定期檢查和日常維護(hù)

在做好預(yù)防性維護(hù)的同時(shí)還要進(jìn)行定期的人工檢查和維護(hù)。這些措施主要包括：(1)檢查壩體和周?chē)h(huán)境，以確定是否存在潛在損害，如穿孔和切割。(2)清除大壩上游和下游的淤泥和碎屑。(3)保持傳感器相關(guān)管道系統(tǒng)的腔室清潔，從而確保電氣和機(jī)械控制設(shè)備接收到真實(shí)信息。以小埠東橡膠壩維護(hù)為例，每次檢查的平均維護(hù)時(shí)間約為3 h，相比其他類(lèi)型大壩，橡膠壩的維護(hù)需求較小。

2.2.3 糾正性維護(hù)

雖然已經(jīng)采取了各種預(yù)防措施以減少橡膠壩的損害發(fā)生率和損壞程度，但這些措施是無(wú)法完全避免的。因此還需要進(jìn)行糾正性維護(hù)，以便在最短時(shí)間內(nèi)將故障設(shè)備恢復(fù)到令人滿意的安全狀態(tài)[2]。

壩體損傷可分為四種類(lèi)型：小穿孔(如彈孔)、表面損傷、小面積損傷與大面積損傷，如圖3所示。

圖3 橡膠壩損傷類(lèi)型及修復(fù)技術(shù)

小傷口/穿孔的修復(fù)通常需要0.5～1.0 d的時(shí)間。但對(duì)于大面積損壞，可能需要更長(zhǎng)的維修期。

因此對(duì)于不同類(lèi)型的橡膠壩損傷可分別采取不同的補(bǔ)救措施，具體如下：

(1)小穿孔(彈孔)。氣壓記錄可以用來(lái)分析大壩是否漏水。在壩體上發(fā)現(xiàn)一個(gè)疑似洞有兩種方法：浸沒(méi)部分可檢查是否有氣泡從壩體冒出，而水上部分可涂上肥皂水，檢查是否有氣泡泄漏。通過(guò)插入塞子修理汽車(chē)輪胎的簡(jiǎn)單方法可用于修理橡膠壩上的小穿孔(如彈孔)。這種技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不要求受損區(qū)域干燥。因此，大壩運(yùn)行在修復(fù)期間不會(huì)中斷。在修補(bǔ)小穿孔時(shí)采用以下步驟：①清除導(dǎo)致壩體穿孔的物體，最好保持受損區(qū)域的清潔和干燥。②將一根涂有水泥的針插入穿刺孔數(shù)次，使水泥填滿這個(gè)孔。③將密封塞插入鉆孔。④將肥皂水涂在修理過(guò)的地方，測(cè)試是否漏氣，如果沒(méi)有氣泡出現(xiàn)，則修復(fù)成功。⑤切斷密封塞的末端[3-4]。

(2)表面損傷。為了修復(fù)表面損壞，采用以下簡(jiǎn)單步驟：①切斷損壞區(qū)域的外表面。②清洗干燥后，將自硫化橡膠填充到受損區(qū)域。③去除突出的橡膠材料使外表面光滑。

(3)小面積損傷。對(duì)于小面積損壞，可按照以下步驟進(jìn)行修復(fù)：①在受損區(qū)域周?chē)袛嗤鈱酉鹉z約45°。②打磨切割表面，然后清潔并干燥。③在切割表面涂?jī)纱嗡啵谝粚痈稍锖笤偻康诙?。④在填充橡膠上涂上水泥，然后在水泥干燥后將填充橡膠修補(bǔ)到切割表面上。⑤將水泥涂在增強(qiáng)織物上，待水泥干燥后將其修補(bǔ)到填充橡膠上。⑥用研磨機(jī)將所用的增強(qiáng)織物磨平。⑦重復(fù)步驟④—⑥，直到最后一塊鋼筋網(wǎng)覆蓋壩體外表面。⑧用加固織物修補(bǔ)受損區(qū)域的外表面。⑨執(zhí)行漏氣測(cè)試。

(4)大面積損傷。大面積損傷修復(fù)技術(shù)類(lèi)似于小面積損傷修復(fù)技術(shù)，可在第⑧步后增加以下步驟：用增強(qiáng)織物修補(bǔ)損壞區(qū)域的內(nèi)側(cè)。

3 結(jié) 論

本文針對(duì)葉爾羌河中游渠首橡膠壩的優(yōu)點(diǎn)、運(yùn)行機(jī)制、維護(hù)管理等問(wèn)題進(jìn)行了探討。得出橡膠壩具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可充氣、可放氣、可靠等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的鋼閘門(mén)相比，橡膠壩隨著跨徑的增大而變得更加經(jīng)濟(jì)有效。橡膠壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加之創(chuàng)新的充放氣機(jī)制，運(yùn)行方便，維護(hù)費(fèi)用較低。使其在灌溉、供水、發(fā)電、防洪、環(huán)保、娛樂(lè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)橡膠壩的維護(hù)治理問(wèn)題，應(yīng)采取預(yù)防性和糾正性維修措施，使橡膠壩盡可能長(zhǎng)時(shí)間處于有效運(yùn)行狀態(tài)。