全封闭式柔性深水围隔.pdf

一种能够有效分隔开敞水体的全封闭式柔性深水围隔。主体由柔性棒状浮体、上纲绳、墙布、下纲绳、石龙组成，石龙埋入淤泥层密封封闭下端，柔性棒状浮体浮于水面形成隔离，以缆绳将下纲绳固定在两侧水底木桩上，预留纵向和水平方向松弛度。由水底锚定缆绳、下纲绳、墙布纵向加强筋、上纲绳构成围隔的网络状力学结构。柔性棒状浮体以渔网包裹柔性闭孔泡沫塑料条束，外以可更换包被保护经久耐用。围隔分段以“拉链式”拼接缝连接，便于加工、运输、安装、拆卸、维修和再次使用。可用于开敞水体局部水域的临时性隔离，比如水面工程区的边界控制、污染水团的隔离与导流等，适应深水(10m以上)、风浪、水流、水位涨落等自然条件，使用寿命5-10年。

1.  全封闭式柔性深水围隔，主体由柔性棒状浮体3、上纲绳4、墙布5、下纲绳6、石龙7组成，石龙7埋入淤泥层1密封，下纲绳6以锚定缆绳9固定在水底木桩8上，围隔分若干段落以“拉链式”拼接缝连接；可以适应开敞水体的深水(10m以上)、风浪、水流、位涨落等自然条件，有效分隔(全封闭)水体，使用寿命5-10年。

2.  根据权利要求1所属的全封闭式柔性深水围隔，其特征之一是整体全柔性结构，包括：
柔性棒状浮体、围隔高度＝1.2(H+D+L/2)的垂直松弛度设计、安装时预留水平松弛度和底端固定。

3.  根据权利要求1所属的全封闭式柔性深水围隔，其特征之二是网络状力学结构，由水底锚定缆绳9、下纲绳6、墙布纵向加强筋10、上纲绳4构成，将风浪和水流对棒状浮体3、墙布5的冲击力直接传递给墙布纵向加强筋10和湖底锚定缆绳9，有效保护围隔墙布5。

4.  根据权利要求1所属的全封闭式柔性深水围隔，其特征之三是易维护棒状浮体防护包被的使用，通过对防护包被水面以上部分的简单、低成本替换有效提高了整个围隔的使用寿命(5-10年)。

5.  根据权利要求1所属的全封闭式柔性深水围隔，其特征之四是“拉链式”纵向拼接技术，将深水围隔设计成适当长度的段落，在两端缝制接头，以尼龙粘口18的粘接和4重密封翼膜19的交错叠合达到连接与密封，以双重的加强翼膜20穿绳缝合增加连接强度，确保接头的密封性和牢固性；“拉链式”纵向拼接技术实现了深水条件下大规模(长度)围隔的加工、运输、安装、维护、拆除和重复使用。

全封闭式柔性深水围隔
所属技术领域：
水体环境工程、水上工程之辅助(环保)工程。本发明涉及一种全封闭式柔性深水围隔，适用于内陆低流速水体(湖泊、水库、平原河流)的临时性分隔，如局部性污染水域的隔离、水上施工区的边界控制、水面水质净化工程的边界控制等。
背景技术：
目前，公知的内陆低流速水体临时性分隔工程技术有以下几种：(1)临时性圩堤，用沙土袋垒砌或用土工袋吹填而成，适用于浅水(一般小于3m)，建设及拆除成本随着水深增加呈指数增高，需要搬运大量沙土，现场施工时间较长；(2)刚体骨架支撑膜质隔水材料的浅水围隔，适用于水深2m以内的小型静态水体；(3)表水层漂浮围隔(非封闭式)，主要用于控制漂浮性污染物(石油、蓝藻等)的扩散迁移，隔离性能较差，2000-2004年在滇池用于隔离蓝藻效果很差；(4)全封闭式柔性浅水围隔，在浅水湖泊或沿岸带浅水区广泛适用，一般限于3m水深以内，遇强风浪时易损坏，分段的刚性浮体(硬质泡沫塑料圆柱)容易磨破包被，接头处隔离性较差，总体使用寿命不超过3年，2002-2005年在太湖水源区用于边界防护，遭到风浪的严重损毁。至今尚缺乏适用于开敞水面(风浪波高大于1m)深水区(5m以上)有效使用寿命在5年以上的全封闭式柔性围隔。
发明内容：
本发明的目标在于：研发全封闭式柔性深水围隔，能够适应湖面风浪、水流、水位自然涨落、深水(10m以上)等自然条件，能够有效分隔水体，规模不限，寿命5-10年，易于维护管理。为此，必须解决以下技术问题。
◆适应深水条件，适用水深达到10m以上。
◆适应风浪和水流冲击。
◆全封闭式有效隔离(但不承受显著的水位差)
◆水面以上易老化部分的易维护性。
◆使用寿命达到5-10年。
为解决以上技术问题并达到研发目标，采取了以下技术方案。
(1)整体柔性结构
全封闭式柔性深水围隔整体采用柔性结构，以适应风浪、水流的冲击并延长使用寿命。围隔由石龙、墙布、棒状浮体三部分缝合而成(附图1)：石龙7用有结聚乙烯渔网包裹鹅卵石而成，可以随意弯曲而不会损伤；墙布5采用高密度耐水化纤织物，纵向、横向抗拉力强，斜向变形适应能力较强；棒状浮体3采用有结聚乙烯渔网包裹细条状闭孔泡沫塑料束而成，闭孔泡沫塑料条错落排列成束(直径根据需要设计)，形成具有一定强度的柔性连续棒状浮体；石龙7与墙布5下端缝合，接缝处附加下纲绳6(聚乙烯绳)；棒状浮体3与墙布5上端缝合，接缝处附加上纲绳4(聚乙烯绳)。
在高度设计时，同时考虑到水体2深度H、松软淤泥深度D、风浪(波长L)引起的表层水团运动等因素，并预留1.2以上的松弛度，围隔高度＝1.2(H+D+L/2)；在布设时，预留1.2以上的横向松弛度。
安装时将围隔下端的石龙7埋入湖底淤泥1中，并在两侧湖底打木桩8(埋头桩)，自下纲绳6向两侧木桩8设锚定缆绳9拉紧，达到固定和密封的目的。围隔墙布5和上端的棒状浮体3在水体2中可以随风浪和水流自由摆动。
全柔性结构、纵向和横向松弛度、加上底端固定，可以保证围隔在水体中完全处于“松弛”状态，留有适应风浪和水流的充足空间。
(2)网络状力学结构
围隔的网状力学结构(附图2)由水底锚定缆绳9、下纲绳6、墙布纵向加强筋10、上纲绳4构成，使得围隔强韧而具备很好的适应变形特性。墙布纵向加强筋10为高强度尼龙带，纵向缝制固定在墙布5上，两端分别与上纲绳4和下纲绳6牢固铆接。湖底锚定缆绳9一端绑扎固定在墙布纵向加强筋10与下纲绳6连接处，锚定力直接传递给墙布纵向加强筋10，并顺次传递给上纲绳4。当风浪和水流作用于浮体3及墙布5时，墙布纵向加强筋10和湖底锚定缆绳9承受了所有的力量。
(3)易维护的棒状浮体防护包被
围隔的水下部分经久耐用，但暴露在水面以上的浮体长期受阳光照射易老化破损。为解决这一问题，设计了易于更换的棒状浮体防护包被(附图3)。防护包被用PVC革制作，由两个翼状膜片14和一个覆盖膜片16组成。两个翼状膜片14的下端以缝线15缝制固定在墙布5上端两侧，自由端各打一排孔；覆盖膜片16覆盖在棒状浮体3上，两侧边缘各打一排孔，以细绳与翼状膜片14自由边的排孔穿绳缝合17，形成防护包被。翼状膜片14的宽度要保证其在水面以下并便于绑扎作业。
当防护包被的覆盖膜片16出现老化损坏时，解开两侧的缝合绳17，更换新的覆盖膜片。如此简单维护，可以有效保护棒状浮体3，延长整个围隔的使用寿命。
(4)“拉链式”纵向拼接
深水围隔墙布面积很大，并考虑到维护问题，必须采取现场拼接，且接缝处易于拆开。采取了密封性较好的拉链式纵向拼接方案(附图4)，两块墙布5的接头处采用尼龙粘口18搭接，在墙布5两面搭接缝两侧缝制密封翼膜19和加强翼膜20(材质、方向与墙布相同)，两侧的密封翼膜19相互交错覆盖尼龙粘口搭接缝，两侧的加强翼膜20通过穿孔21穿绳缝合以承受拉力，两面保护形成很好的隔离效果和力学强度。
本发明主要有以下优点：
(1)整体柔性结构和网络状力学结构使得围隔具备足够的强度和柔韧性，能以适应开敞水体的深水、风浪、水流、水位涨落等自然条件；
(2)柔性棒状浮体及易维护更换的防护包被解决了水面以上部分老化破损问题，延长了围隔的整体使用寿命；
(3)“拉链式”纵向拼接使得围隔由若干单元拼接而成，即使在深度条件下(宽度大)其长度可以根据需要任意设计，并且发生意外破损时可以分段拆解修复，还可以回收和重复使用；
(4)本发明的适用水深超过了10m，有效使用寿命达到了5-10年。
应用举例：
本发明2004年在云南省玉溪市星云湖“隔河泄水蓝藻去除应急工程”中得以规模化应用(附图5)。该工程利用星云湖隔河口20公顷水面建设蓝藻去除工程，全封闭式柔性深水围隔被用于控制工程区边界(边界防护围隔26)，隔绝河口工程区与湖面的水流交换，并抑制来自湖面的风浪对工程区的冲击。该边界防护围隔总长度1300m，最大水深11m，共分为26段，在陆上完成缝制后直接在湖面上安装(借助于面积90m²的浮动平台)。安装施工期15天，2004年4月建成，一直安全运行到现在，仍完好无损。该工程2005年已通过验收，2007年通过技术成果鉴定，并被玉溪市授予科技进步一等奖。该边界防护围隔是“隔河泄水蓝藻去除应急工程”在星云湖水面得以顺利实施的根本保障。
本发明还在“滇池沿岸带生态修复技术示范工程”得以应用，在风浪冲刷强烈的东北沿岸带用于保护760长的生态修复区边界，防止漂浮性蓝藻及污水对修复区的影响，成功运行了2周平，保障了该示范工程的顺利建设。
附图说明：
图1--全封闭式柔性深水围隔整体结构图
(a)柔性深水围隔横断面图
(b)柔性深水围隔侧面图
图2--网络状力学结构图
图3--柔性棒状浮体及防护包被结构图
(a)棒状浮体横断面图
(b)防护包被结构及其与墙布的连接
图4--“拉链式”纵向拼接图
(a)纵向拼接缝完成图
(b)单侧拼接口结构
(c)两侧拼接口拼接方式
图5--全封闭式柔性深水围隔在星云湖隔河口蓝藻污染控制工程中的应用
图中：1.水下松软淤泥层，2.水体，3.柔性棒状浮体，4.上纲绳，5.墙布，6.下纲绳，7.石龙，8.木桩，9.锚定缆绳，10.尼龙带加强筋，11.柔性闭孔泡沫塑料条，12.聚乙烯网包被，13.浮体小纲绳，14.翼状膜片，15.翼状膜片与墙布固定缝线，16.覆盖膜片，17.翼状膜片与覆盖膜片打孔穿绳缝合线，18.尼龙粘口，19.密封翼膜，20.加强翼膜，21.加强翼膜穿绳缝合孔，22.密封翼膜和加强翼膜在墙布上的固定缝线，23.两侧加强翼膜间的穿绳缝合线，24.星云湖岸线，25.隔河入口，26.边界防护围隔(全封闭式柔性深水围隔)，27.水质净化设施。
具体实施方式：
本发明按照以下步骤进行工程性应用：
1.主要部件的制作
(1)墙布缝制。按照设计尺寸和材质要求，分段缝制墙布，每段的长度视宽度和材质而定，重量不宜超过200kg。墙布尽可能用较宽的商业布料沿长度方向平缝拼接；在每段墙布的两端缝制“拉链式”拼接头(附图4)；将尼龙加强筋附着平缝在设计部位上，两头各预留300mm用于在上、下纲绳上固定；在墙布的上边缘预先缝制柔性棒状浮体防护包被的翼膜。
(2)柔性棒状浮体制作。将厚度50mm的柔性闭孔泡沫塑料板切割成宽度50mm的长条，按照设计直径拼扎成束，外以聚乙烯有结渔网缝制包被，包被顺棒状浮体长度方向缝接，接缝两侧各穿聚乙烯绳以便与其它部件连接。
(3)石龙制作。按照设计直径，以石龙聚乙烯有结渔网包裹鹅卵石缝制成石龙，包被顺棒石龙长度方向缝接，接缝两侧各穿聚乙烯绳以便与其它部件连接。
2.安装布设
(1)组装。将制作好的主要部件和其它材料运至停泊在安装地点的浮动工作平台上，展开第一段墙布，将其上边缘与上纲绳和棒状浮体上的聚乙烯绳缝结固定，将其下边缘与下纲绳和石龙上的聚乙烯绳缝结固定(墙布相对于下纲绳和石龙预留1.2以上的松弛度)，将尼龙加强筋两端分别固定在上、下纲绳上，并在下纲绳与每个尼龙加强筋的结点处安装锚定缆绳(围隔两侧各一根)，缆绳预留足够的长度(大于水深)，并在端部结以浮子。将第二段墙布与第一段墙布进行“拉链式”拼接，按照同样方式完成与其它部件的缝结固定。如此重复，完成整条围隔的组装。
(2)布设。将组装好的围隔起始端放置在设计位置，在围隔端位打木桩，将下纲绳头固定在木桩基部，上纲绳头固定在木桩最高水位高度，将墙布端部打孔穿绳固定在木桩上。将围隔下纲绳两侧的锚定缆绳系在木桩上，以水下打桩机将木桩打入水底淤泥中(木桩顶低于水底)，保持锚定缆绳张紧。按照组装进程，顺次布设围隔并完成水底固定。围隔末端的固定与起始端相同。
(3)两端与水体岸堤之间的密封处理。围隔两端一般与水体岸堤衔接，此处水较浅，且因风浪冲刷底质比较坚硬，宜采用以下方式密封处理：倚岸堤用沙袋垒一土墩，将围隔端部夹埋在土墩中，土墩周围密打木桩保护。
3.拆除
拆除的程序与基本上与安装程序相反，只是需要起吊设备和潜水人员配合，拔除水底固定木桩，顺次起吊锚定缆绳，将围隔整体拉上浮动平台，再行拆解。