CN106761924A - 一种压力自平衡防高压涌水气囊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力自平衡防高压涌水气囊，包括：气囊主体：其内部通过分隔板分割为弹性气囊和水压平衡囊两个独立部分，所述的弹性气囊内还设有泄压管道，所述泄压管道的一端穿过分隔板并接通所述水压平衡囊，另一端伸出弹性气囊面向高压涌水的一侧，并采用泄压堵头封住；空气压缩泵：通过气管连接所述弹性气囊，并对所述弹性气囊充气；气囊储藏间：设置在衬砌上，并用于安装所述气囊主体和空气压缩泵。与现有技术相比，本发明构造简单、成本低廉，堵水效果不受截面的不规则形状的影响，此外，还具有二次安全储备、能自动平衡超高水压力的功能等。

Description

一种压力自平衡防高压涌水气囊
技术领域
本发明涉及地下工程施工领域，尤其是涉及一种压力自平衡防高压涌水气囊。
背景技术
近年来，暴雨造成了城市频繁的内涝，淹没了诸多地铁、公路隧道、竖井，导致设备损坏，对地下交通系统造成了巨额损失。另外，高水压富水隧道和跨江、跨海隧道建设过程中和建成运营中，由于外部环境影响和支护结构自身缺陷都有可能导致大量高压水涌入隧道和竖井，造成人员、设备和车辆的巨大损失和难以估量的社会影响。
目前，在建隧道和竖井通过预注浆堵水，在建隧道和竖井通过挡水板、密封防水门来防止暴雨涌入，但在高压水作用下注浆效果很难保证，挡水板高度有限，密封防水门造价高昂，也不能安装在异形断面处，而且高压水一旦冲破防水门，没有补救措施。总之，这些措施对极短时间内大量的高压水涌入防护效果较差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种压力自平衡防高压涌水气囊。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种压力自平衡防高压涌水气囊，包括：
气囊主体：其内部通过分隔板分割为弹性气囊和水压平衡囊两个独立部分，所述的弹性气囊内还设有泄压管道，所述泄压管道的一端穿过分隔板并接通所述水压平衡囊，另一端伸出弹性气囊面向高压涌水的一侧，并采用泄压堵头封住；
空气压缩泵：通过气管连接所述弹性气囊，并对所述弹性气囊充气；
气囊储藏间：设置在衬砌上，并用于安装所述气囊主体和空气压缩泵。
优选的，所述的气囊主体为三层复合材料，其内层为弹性橡胶层，中间层为带金属网的保护纤维层，外层为表面带微小凸起的编织纤维层。
优选的，所述的气囊储藏间由安装在衬砌上的隔墙材料围成，所述隔墙材料在水压平衡囊侧设有通气口，所述空气压缩泵安置在靠近所述通气口处。
更优选的，所述的隔墙材料为高强度铝合金板。
更优选的，所述的隔墙材料还部分加工并形成可开启的储藏间活动板。
优选的，所述的泄压堵头上开设有多条纵横交错并呈网格状的堵头凹槽，所述的泄压堵头的最大承压通过泄压堵头的厚度，堵头凹槽的尺寸和密度来控制。
优选的，所述的泄压管道和泄压堵头的材料为HDPE塑钢管。
本发明的工作原理如下：
当高压水涌入隧道或竖井后，打开储藏间活动板，高压空气压缩泵启动通过气管向弹性气囊快速充气，弹性气囊开始膨胀，并在短时间内充满空气并封闭整个隧道或竖井断面，承受隧道或竖井内的高水压。由于气囊主体的柔性材质特点，不会受到截面的不规则形状——如铁轨、管线、电缆接线盒以及其它机电设备的影响，基本可以达到密封的作用。气囊主体依靠其表面带微小凸起的编织纤维层与衬砌之间的强大摩擦力，保证其位置不会移动变化。
当水压不大时，气囊主体依靠与衬砌间的表面摩擦力抵抗涌水压力，但当水压过高时，为增大摩擦力，需增大气囊主体内高压空气压力，如空气压力过高可能会压坏衬砌或者电缆接线盒以及其它机电设备，故而气囊主体内气压不能无限增大。因此，当涌水压力超过气囊主体中心的泄压堵头的设定最大压力(略小于衬砌或设备所能承受的最大压力)时，泄压堵头中部的堵头凹槽区被压碎，涌水通过泄压管道流入水压平衡囊中，将其充满后，根据连通器原理，水压平衡囊内压力可与涌水压力自动平衡，使得弹性气囊与水压平衡囊共同作用，实现对超高压涌水的封堵。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)带二次安全储备、能自动平衡超高水压力：通过将气囊主体分割为起密封的弹性气囊和起压力自平衡的水压平衡囊两部分，再配合泄压堵头的设计，可以完美的实现在低压时，通过弹性气囊内部的气压来产生防涌水所需摩擦力；当涌水水压过大时，则泄压堵头自动被压碎，使得高压涌水涌入，水压平衡囊内压力可与涌水压力自动平衡，这样，即可以保证弹性胶囊两侧的压力平衡，使得弹性气囊与水压平衡囊共同作用，即由弹性气囊、水压平衡囊和衬砌之间的摩擦力来抵抗高压涌水的压力，实现对超高压涌水的封堵。
(2)堵水效果不受截面的不规则形状的影响：气囊采用柔性材质制成，可以充分保证与衬砌或设备等的密封接触，实现密封堵水。
(3)构造简单、成本低廉。
附图说明
图1为隧道中的气囊的结构示意图；
图2为竖井中的气囊的结构示意图；
图3为弹性气囊的展开过程示意图，展开次序从(a)→(b)→(c)依次展开；
图4为气囊主体的结构示意图；
图5为泄压堵头的结构示意图；
图中，1-隧道衬砌，2-弹性气囊，3-泄压堵头，4-泄压管道，5-水压平衡囊，6-分割板，7-气管，8-高压空气压缩泵，9-气囊储藏间，10-隔墙材料，11-储藏间活动板，12-通气口，13-高压涌水，14-竖井衬砌，15-竖井底板，16-弹性橡胶层，17-保护纤维层，18-编织纤维层，19-堵头凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种压力自平衡隧道或竖井防高压涌水气囊，其结构如图1或2所示，包括：
气囊主体：其内部通过分隔板6分割为弹性气囊2和水压平衡囊5两个独立部分，弹性气囊2内还设有泄压管道4，泄压管道4的一端穿过分隔板6并接通水压平衡囊5，另一端伸出弹性气囊2面向高压涌水13的一侧，并采用泄压堵头3封住。如图4所示，气囊主体为三层复合材料，其内层为弹性橡胶层16，中间层为带金属网的保护纤维层17，外层为表面带微小凸起的编织纤维层18。如图5所示，泄压堵头3上开设有多条纵横交错并呈网格状的堵头凹槽19，泄压堵头3的最大承压通过泄压堵头3的厚度，堵头凹槽19的尺寸和密度来控制。泄压管道4和泄压堵头3的材料为HDPE塑钢管。
空气压缩泵8：通过气管7连接弹性气囊2，并对弹性气囊2快速充气。
气囊储藏间9：设置在隧道衬砌1或竖井衬砌14上，并用于安装气囊主体和空气压缩泵8。气囊储藏间9由安装在隧道衬砌1或竖井衬砌14上的隔墙材料10围成，隔墙材料10在水压平衡囊5侧设有通气口12，空气压缩泵8安置在靠近通气口12处。隔墙材料10为高强度铝合金板。隔墙材料10还部分加工并形成可开启的储藏间活动板11。
本实施例的工作原理如下：
当高压水涌入隧道或竖井后，打开储藏间活动板11，高压空气压缩泵8启动通过气管7向弹性气囊2快速充气，弹性气囊2开始膨胀，并在短时间内充满空气并封闭整个隧道或竖井断面，承受隧道或竖井内的高水压，整个过程演变如图3所示。由于气囊主体的柔性材质特点，不会受到截面的不规则形状——如铁轨、管线、电缆接线盒以及其它机电设备的影响，基本可以达到密封的作用。气囊主体依靠其表面带微小凸起的编织纤维层18与衬砌之间的强大摩擦力，保证其位置不会移动变化。进而，可以很好的防止高压涌水13对施工部位(如竖井底板15处)的损害。
当水压不大时，气囊主体依靠与衬砌间的表面摩擦力抵抗涌水压力，但当水压过高时，为增大摩擦力，需增大气囊主体内高压空气压力，如空气压力过高可能会压坏衬砌或者电缆接线盒以及其它机电设备，故而气囊主体内气压不能无限增大。因此，当涌水压力超过气囊主体中心的泄压堵头3的设定最大压力(略小于衬砌或设备所能承受的最大压力)时，泄压堵头3中部的堵头凹槽19区被压碎，涌水通过泄压管道4流入水压平衡囊5中，将其充满后，根据连通器原理，水压平衡囊5内压力可与涌水压力自动平衡，弹性气囊2实现对超高压涌水13的封堵。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，包括：
气囊主体：其内部通过分隔板(6)分割为弹性气囊(2)和水压平衡囊(5)两个独立部分，所述的弹性气囊(2)内还设有泄压管道(4)，所述泄压管道(4)的一端穿过分隔板(6)并接通所述水压平衡囊(5)，另一端伸出弹性气囊(2)面向高压涌水的一侧，并采用泄压堵头(3)封住；
空气压缩泵(8)：通过气管(7)连接所述弹性气囊(2)，并对所述弹性气囊(2)充气；
气囊储藏间(9)：设置在衬砌上，并用于安装所述气囊主体和空气压缩泵(8)。
2.根据权利要求1所述的一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，所述的气囊主体为三层复合材料，其内层为弹性橡胶层(16)，中间层为带金属网的保护纤维层(17)，外层为表面带微小凸起的编织纤维层(18)。
3.根据权利要求1所述的一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，所述的气囊储藏间(9)由安装在衬砌上的隔墙材料(10)围成，所述隔墙材料(10)在水压平衡囊(5)侧设有通气口(12)，所述空气压缩泵(8)安置在靠近所述通气口(12)处。
4.根据权利要求3所述的一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，所述的隔墙材料(10)为高强度铝合金板。
5.根据权利要求3所述的一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，所述的隔墙材料(10)还部分加工并形成可开启的储藏间活动板(11)。
6.根据权利要求1所述的一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，所述的泄压堵头(3)上开设有多条纵横交错并呈网格状的堵头凹槽(19)，所述的泄压堵头(3)的最大承压通过泄压堵头(3)的厚度，堵头凹槽(19)的尺寸和密度来控制。
7.根据权利要求1所述的一种压力自平衡防高压涌水气囊，其特征在于，所述的泄压管道(4)和泄压堵头(3)的材料为HDPE塑钢管。
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