Многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин Российский патент 2024 года по МПК E02B7/00 

Изобретение относится к гидротехническому строительству. В частности к системам для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин.

Известно устройство для диагностики и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем (патент РФ №2364681), включающее секцию, антенные блоки и датчик движения, кроме того, устройство оснащено обрабатывающим модулем, а рама копирует форму лоткового оросительного канала и снабжена опорными роликами, причем антенные блоки расположены по периметру секции.

Недостатком данного устройства является то, что рама копирует форму лоткового оросительного канала, представляющего из себя полукруг, и отсутствует движитель для свободного перемещения.

Известно устройство для проведения эксплуатационного мониторинга низконапорных земляных плотин (патент РФ №2531209, кл. Е02В 7/06, G01N 21/88, 2014 г. - прототип), включающее раму, состоящую из двух частей соединенных с помощью шарниров, обрабатывающий модуль, датчик движения, антенные блоки, расположенные по периметру рамы, средства движения с приводом.

Однако, не смотря на достоинства, известного технического решения, оно не достаточно достоверно прогнозирует техническое состояние низконапорных земляных плотин подверженных оползневым процессам и первичному разрушению геометрии плотины, а также отсутствует возможность ликвидации обнаруженных пустот и разуплотнении в теле плотины.

Выявленные недостатки прототипа обусловлены тем, что его конструкция не позволяет достаточно точно копировать геометрическую формуповерхности низконапорной земляной плотины и отсутствует возможность перемещения по гребню низконапорной земляной плотины с целью проведения обследования по всему ее поперечному профилю на наличие дефектов, повреждений, разуплотнении и просадку грунта под сооружением неразрушающими методами контроля. Кроме того, отсутствует возможность одновременно с диагностикой устранять дефекты самой плотины.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением является повышение точности выявления дефектов, повреждений, разуплотнении и просадки на ранней стадии их образования, как в железобетонной облицовке низконапорной земляной плотины, так и расположенного под ней в грунтовом основании и обеспечение возможности мобильного ремонта плотины в реальном времени.

Технический результат достигается тем, что многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин, включающее шарнирно-соединенные секции, содержащие антенные блоки, расположенные по их периметру, вспомогательное оборудование, состоящее из средств перемещения, батареи, блока управления и датчика движения, согласно изобретению имеет не менее трех шарнирно-соединенные посредством сервопривода секций. Одна из которых, центральная, а другие боковые секции, состоящие из предназначенных для размещения вспомогательного оборудования платформ, которые установлены симметрично в ряды и шарнирно соединены между собой для обеспечения геометрической изменяемости всей конструкции секций конгруэнтно рельефу поверхности земляной плотины, в качестве антенных блоков использованы георадарные системы, в каждой секции средства перемещения выполнены в виде вращающихся поворотных колес с приводом, в количестве, обеспечивающем устойчивое положение секций и сообщены с блоком управления, при этом для заполнения пустот и разуплотнений в теле низконапорной земляной плотины, обнаруженных с помощью антенных блоков, на секцияхустановлены буры с нагнетателями, сообщенные через шланги с баками для рабочего раствора, расположенные на центральной секции.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что по сравнению с известными техническими решениями за счет конструктивных особенностей повышается качество оценки технического состояния низконапорных земляных плотин и обеспечивается возможность мобильного ремонта плотины в реальном времени.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная заявляемой совокупность признаков, позволяющая получить технический результат, который ранее не достигался известными средствами, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.

Предлагаемое многофункциональное устройство работоспособно и может быть использовано для проведения диагностики технического состояния железобетонной облицовки и грунтового основания низконапорной земляной плотины путем выявления опасных дефектов и повреждений, с целью определения степени пригодности плотины к эксплуатации, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 представлен общий вид многофункционального устройства для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин; на фиг. 2 представлен фрагмент скриншота радарограммы георадарного сканирования антенных блоков прилегающего к нему объемом грунта; на фиг. 3 - фото с изображением трехмерной модели низконапорной земляной плотины.

На графических материалах для большей ясности представлены только те элементы, которые необходимы для понимания сущности изобретения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.

Многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин, включает шарнирно-соединенные секции, содержащие антенные блоки 1, расположенные по их периметру. Также устройство содержит вспомогательное оборудование, состоящее из средств перемещения 2, батареи 3, блока управления 4 и датчика движения 5. Согласно изобретению устройство имеет не менее трех шарнирно-соединенные посредством сервопривода секции, одна из которых центральная - 6, а другие боковые - 7. Секций может быть больше, как центральных, так и боковых в зависимости от размеров плотины. Для размещения вспомогательного оборудования секции состоят из платформ 8, которые установлены симметрично в ряды и шарнирно соединены между собой для обеспечения геометрической изменяемости всей конструкции секций конгруэнтно рельефу поверхности земляной плотины. В качестве антенных блоков 1 использованы георадарные системы, выполненные по патенту на полезную модель №97217, 2010 г., поскольку она разборная и может сканировать различные поверхности: плоские, угловые, выпуклые и вогнутые. Такая система позволяет получать непрерывный разрез исследуемой среды и записывать его в файл для дальнейшей обработки, анализа и документирования. В каждой секции средства перемещения 2 выполнены в виде вращающихся поворотных колес с приводом. Для обеспечения устойчивого положения секций, количество колес может быть разным. Заявляемое устройство имеет 3 колеса, которые расположены по траектории треугольника. Устройство может иметь 2 колеса (см. прототип) или 4 колеса в зависимости от размеров секций. Колеса сообщены с блоком управления 4, связанного с оператором, обслуживающего компьютер (на рисунке не показано). Сообщение между вспомогательным оборудованием и блоком управления 4 может быть, как проводным, так и беспроводным.

Для заполнения пустот и разуплотнений в теле низконапорной земляной плотины, обнаруженных с помощью антенных блоков 1, на боковых секциях 7 установлены буры с нагнетателями 9 и 10, сообщенные через шланги (на рисунке не показаны) с баками 11 и 12 для рабочего раствора, расположенные на центральной секции 6.

Многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин работает следующим образом.

На откос низконапорной земляной плотины, помещается многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин. На блок управления 4 от батареи 3 подается питание, подтверждается готовность всех блоков на секциях к работе. При помощи колес 2 устройство перемещается по сооружению в режиме поступательного движения вдоль низконапорной земляной плотины, повторяя всю ее геометрическую поверхность. Данные с датчика движения 5 и антенных блоков 1 поступают в блок управления 4, который сообщен с оператором. Посредством проведения георадарного сканирования с помощью антенных блоков 1 выявляются пустоты и разуплотнения в теле плотины и по полученным данным формируется трехмерная модель низконапорной земляной плотины с прилегающим к ней объемом грунтового основания.

Все данные с антенных блоков 1 поступают в блок управления 4, где с помощью программного обеспечения сбора и хранения информации выполняется моделирование низконапорной земляной плотины с прилегающим к ней объемом грунтового основания, позиционируется обнаруженные дефекты и повреждения, а именно их место нахождения с помощью ГЛОНАСС, как железобетонной облицовки, так и грунтового основания, и геометрические размеры неисправностей каждого конструктивного элемента сооружения георадиолокационными способами неразрушающего приборного контроля (фиг. 2). С помощью блока управления 4 формируется трехмерная модель низконапорной земляной плотины (фиг. 3).

По трехмерной модели низконапорной земляной плотины с прилегающей к ней грунтовым основанием классифицируют наличие просадок, пустот, дефектов, оползней, разуплотнения и посторонних включений, а именно их геометрические размеры и положение. Например, образование оползней, что может привести к разрушению плотины и последующему ее прорыву.

Поскольку низконапорные земляные плотины имеют напор до 10 метров, для измерения необходимо использовать высокочастотные антенные блоки АБ-150 с частотой 150 МГц, имеющие максимальную глубину зондирования, до 12 метров. После определения наличия просадок, пустот, дефектов, оползней, разуплотнения и посторонних включений и их геометрические размеры, а также их расположения, начинают с помощью блока управления 4 перемещать платформы 8 с бурами с нагнетателями 9 и 10, так чтобы буры располагались в месте расположения дефектов в теле плотины и по сигналу, поступаемому от блока управления 4 из баков 11 и 12 в буры с нагнетателями начинает поступать рабочий раствор для заполнения пустот и разуплотнений.

Для подтверждения эффективности заявляемого устройства проводились производственные исследования на Афипской оросительной системе Управления “Кубанымелиоводхоз:” Срок эксплуатации данного сооружения более 40 лет. В качестве экспериментального участка был выбран фрагмент низконапорной земляной плотины, составляющей инженерную защиту Нижней Кубани. Для упрощения управления, сначала многофункциональное устройство поместили на плотину и произвели исследование 4,5 км по длине сооружения Полученные данные в результате сканирования поступали на блок управления, обрабатывались и визуализировались на экране монитора.

Применение многофункционального устройства для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин позволяет быстро выявить дефект и сразу же на месте произвести бурение с последующим закачиванием рабочего раствора под высоким давлением для закрепления тела плотины путем размыва частиц грунта и перемешивания высоконапорной струей рабочего раствора.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к системам для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин. Технический результат изобретения - повышение точности выявления дефектов, повреждений на ранней стадии их образования и обеспечение возможности мобильного ремонта плотины в реальном времени. Многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин, включающее шарнирно-соединенные секции, содержащие антенные блоки, расположенные по их периметру, вспомогательное оборудование, состоящее из средств перемещения, батареи, блока управления и датчика движения, имеет не менее трех шарнирно-соединенных секций, одна из которых центральная, другие боковые секции, состоящие из платформ для размещения вспомогательного оборудования, которые установлены симметрично в ряды и шарнирно соединены между собой для обеспечения геометрической изменяемости всей конструкции секций конгруэнтно рельефу поверхности земляной плотины. В качестве антенных блоков использованы георадарные системы, в каждой секции средства перемещения выполнены в виде вращающихся поворотных колес с приводом, в количестве, обеспечивающем устойчивое положение секций, и сообщены с блоком управления. Для заполнения пустот и разуплотнений в теле низконапорной земляной плотины, обнаруженных с помощью антенных блоков, на секциях установлены буры с нагнетателями, сообщенные через шланги с баками для рабочего раствора, расположенные на центральной секции. 3 ил.

Многофункциональное устройство для поддержания технического состояния низконапорных земляных плотин, включающее шарнирно-соединенные секции, содержащие антенные блоки, расположенные по их периметру, вспомогательное оборудование, состоящее из средств перемещения, батареи, блока управления и датчика движения, отличающееся тем, что устройство имеет не менее трех шарнирно-соединенных посредством сервопривода секций, одна из которых центральная, а другие боковые секции, состоящие из предназначенных для размещения вспомогательного оборудования платформ, которые установлены симметрично в ряды и шарнирно соединены между собой для обеспечения геометрической изменяемости всей конструкции секций конгруэнтно рельефу поверхности земляной плотины, в качестве антенных блоков использованы георадарные системы, в каждой секции средства перемещения выполнены в виде вращающихся поворотных колес с приводом в количестве, обеспечивающем устойчивое положение секций, и сообщены с блоком управления, при этом для заполнения пустот и разуплотнений в теле низконапорной земляной плотины, обнаруженных с помощью антенных блоков, на боковых секциях установлены буры с нагнетателями, сообщенные через шланги с баком для рабочего раствора, расположенного на центральной секции.