CN107676128A - 一种用于防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置 - Google Patents
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F11/00—Rescue devices or other safety devices, e.g. safety chambers or escape ways
Abstract
本发明涉及一种用于防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置，包括：气囊(1)、用于容纳处于折叠状态的气囊的气囊盒(6)、充气装置和控制系统，气囊盒(6)通过伺服电机驱动的滚轮置于导轨中，导轨(7)固定在隧道内壁上，用以引导气囊(1)的沿隧道纵向方向移动；气囊(1)的注气口(4)、气囊盒(6)的注气口(13)相连并与充气装置相连通，所述的充气装置包括加压装置(14)；在气囊盒(6)的前端设置位移传感器(16)，用于测量气囊盒与开挖面位置的距离以及感知物体的移动，测得的距离信息传送给控制系统；在气囊盒注气口(13)处设置有气压传感器(10)，其气压测量信号传送给控制系统。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程领域，涉及一种用于防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置。
背景技术
近年来，为了解决城市交通拥堵问题，我国城市地下交通线路的建设日益增加。不同于地上交通工程建设，隧道建设周期长，工程地质条件复杂，由于开挖过程地应力释放，容易出现突发地质问题，大部分隧道坍塌事故都是发生在隧道的施工阶段。
隧道坍塌事故的特点是具有突发性，破坏程度高，不仅会延误工期、提高工程造价，甚至会造成人员伤亡。
传统的隧道坍塌事故处理是在隧道坍塌后进行的，相比于初期坍塌，连续坍塌造成的损失及危害成倍增加，后期处理工作也更加复杂。隧道开挖过程中，会遇到各种原因引起的隧道坍塌，比如2008年杭州地铁湘湖站工地塌陷事故，导致11辆行驶中的汽车坠入塌陷处，造成21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元。对于浅埋或者超浅埋盾构隧道，填土层底与拱顶的距离较小，存在很大安全隐患，如果措施不当极易造成隧道坍塌。隧道开挖过程中遇到断层破碎带等不良地质情况，由于开挖过程对地层产生扰动，容易产生落石,引起隧道连续坍塌。
目前在隧道建设工程领域对于隧道开挖过程中的连续性坍塌问题，现有技术应对突发性的隧道坍塌问题反应速度慢，处理时间长，安全性低，造成的经济损失大。
发明内容
本发明提出一种能快速激发充气的隧道充气气囊装置，以解决隧道建设过程中隧道的连续坍塌以及处理坍塌事故反应时间过长的问题。可以自动检测并快速处理隧道建设过程中突发性隧道坍塌问题，并进行临时性支撑，通过向其内部充气使之快速膨胀变大，具有较强的支撑能力，可以防止隧道连续坍塌，方便进行后续应急处理，减少人员伤亡及财产损失。本发明采用的技术方案是：
一种用于防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置，包括：气囊1、用于容纳处于折叠状态的气囊的气囊盒6、充气装置和控制系统，其特征在于，
气囊盒6通过伺服电机驱动的滚轮置于导轨中，导轨7固定在隧道内壁上，用以引导气囊1的沿隧道纵向方向移动；
气囊1的注气口4、气囊盒6的注气口13相连并与充气装置相连通，所述的充气装置包括加压装置14；
在气囊盒6的前端设置位移传感器16，用于测量气囊盒与开挖面位置的距离以及感知物体的移动，测得的距离信息传送给控制系统；在气囊盒注气口13处设置有气压传感器10，其气压测量信号传送给控制系统；
控制系统根据位移传感器16测得的距离信息控制气囊盒6的移动并判断是否存在落物，如果存在落物，控制充气装置启动；根据气囊盒注气口13处的气压传感器10的气压测量信号控制充气装置是否可以停止充气。
优选地，所述的充气装置还包括气体发生装置，通过三通连接器12将气囊1以及气囊盒6内气体发生装置11和加压装置14互相连接。
附图说明
图1为本发明的实施例所提供一种用于防止施工期隧道连续坍塌的气囊装置结构剖面示意图。
图2为本发明的实施例所提供一种用于防止施工期隧道连续坍塌的气囊装置结构及隧道整体示意图
图3为图1中导轨及隧道气囊充气装置结构正视图
图4为图1中导轨及隧道气囊充气装置结构俯视图
图5为图1中导轨及隧道气囊充气装置结构侧视图
图6为图1中隧道气囊结构正视图
图7为图1中隧道气囊结构侧视图
图8为图1中隧道气囊结构整体示意图
图中：1-气囊、2-内囊、3-外囊、4-气囊注气口、5-气囊凹槽、6-气囊盒、7-导轨、8-隧道衬砌结构、9-滚轮及内置伺服电机、10-气压传感器、11-气体发生装置、12-三通连接器、 13-气囊盒注气口、14-鼓风机加压装置、15-控制系统及电源、16-位移传感器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种用于防止施工期盾构隧道连续坍塌的气囊装置做出详细说明：
如图1所示，本发明的用于防止施工期盾构隧道连续坍塌的气囊装置，包括：气囊1，用于容纳气囊的气囊盒6，用以引导气囊盒6以及气囊1移动方向的导轨7，气囊1与气囊盒6通过气囊1注气口4以及气囊盒注气口13连接，三通连接器12将气囊1以及气囊盒 6内气体发生装置11和加压装置14互相连接，三通连接器12在气囊盒注气口13一端有气压传感器10，注气口13气压达到一定值时，气压传感器10发出警报信号，控制系统15控制充气装置停止充气。
如图6所示，气囊1充气完成后，为了防止气囊1充气外凸对气囊盒6产生较大的压力破坏气囊盒6以及滚轮9与导轨7的连接，致使充气气囊装置固定在隧道衬砌结构8上，采用该种方式不会对隧道产生损伤，并且安装拆卸过程都比较方便。
本发明的气囊盒6前端位移传感器16，能够感知落物，并转化成电讯号传至控制系统。激发气体发生装置开始工作，与此同时发出警报，提醒工作人员快速撤离，有力地保障工作人员的生命健康。
本发明的气体发生装置11以及鼓风机加压装置14通过三通连接器12与气囊注气口4相连接。三通连接器12具有在连接的本模块工作完成后自动关闭阀门的功能，在气体发生装置11功能启动后，气囊1开始快速充气，注气完成后，气体发生装置11停止工作，三通连接器12的第一连接阀门关闭，第二连接阀门打开，加压装置14伺服电机开始工作，向气囊1内注气加压，该工作完成后，加压装置14伺服电机停止工作，第二连接阀门关闭。
综上所述，本发明所实施例提供的隧道气囊充气装置以及气囊1充气方法以及整个装置导轨7的固定方式以及装置移动方式，关注于解决隧道施工期隧道连续坍塌的问题，在隧道开挖建设过程中，位移传感器16测量与开挖面之间的距离，距离大于输入的标准距离时，气囊盒6向前移动，保持标准距离，在隧道施工过程中遇到突发情况，前端位移传感器16会迅速将信号传至控制系统15，控制系统15发出指令，气体发生装置11产生气体，产生的气体经三通连接器12的第一阀门快速进入气囊1中，处于折叠状态的气囊1快速膨胀，从气囊盒6内快速延展到整个隧道内部，且与此同时，警报器发出警报，作业人员快速撤离，注气完成后第一阀门关闭，第二阀门打开，然后加压装置14伺服电机开始运转，向气囊1 注气加压,待气压稳定气囊1对隧道产生支撑作用后，第二阀门关闭，加压装置14伺服电机停止工作。本发明的气囊装置与已有的隧道气囊装置相比具有操作简单，自动化程度高，应急反应速度快的特点，能够有效解决隧道连续坍塌的问题。
气囊材料与目前采用的袜套橡胶材料不同，采用的是以棉纶线作为骨架材料、橡胶作为基体材料的充气式高压橡胶气囊，充气式高压橡胶气囊具有安装操作简单、承载能力高、密封效果好等优点。气囊与充气管接口连接处的又一改进在于在注气口处设置了气体气压传感器，在气囊气压达到设定水平后，气压传感器测得的压强信号传递到控制系统，控制系统发出指令，注气口阀门关闭，气囊停止充气，气囊维持恒定气压，对隧道提供支撑作用，阻断隧道的连续坍塌。并且对已经产生的坍落物以及某些情况下的涌水具有阻挡作用。充气气囊装置通过伺服电机控制轮子转动在导轨上移动，导轨通过螺栓安装在隧道顶部，具有快速安装拆卸、可重复利用的特点。导轨通过螺栓与隧道预留的小螺栓孔连接或者通过胶粘剂(如热固性合成树脂胶粘剂-环氧树脂胶粘剂)与隧道拱顶内侧粘接，安装速度快，且对隧道管片的承载力没有影响。
本发明防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置，气囊在未充气时呈折叠状态，气囊顶部充气接口与气囊箱充气接口始终连接，气囊呈折叠状态放置于气囊箱里，占用空间较小，且折叠状态的气囊可以随气囊箱一起移动。
本发明防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置的又一改进是气囊的自动激发机制。位于气囊盒前端的位移传感器检测到隧道开挖方向隧道塌落时向控制系统传递信息，控制系统发出指令，充气装置(可以是鼓风机，也可以是内含化学原料叠氮化钠的气体发生装置)被激发，并且警报发出警告，气囊开始快速充气，现场人员快速撤离，气囊充满气气压达到设定值，充气接口出气压传感器测得气压信号反馈给控制系统，控制系统发出指令，关闭充气阀门，气囊停止充气，并对隧道产生支撑作用，防止隧道连续坍塌，并且可以阻断涌水。
Claims (2)
1.一种用于防止施工期隧道连续坍塌的充气气囊装置，包括：气囊(1)、用于容纳处于折叠状态的气囊的气囊盒(6)、充气装置和控制系统，其特征在于，
气囊盒(6)通过伺服电机驱动的滚轮置于导轨中，导轨(7)固定在隧道内壁上，用以引导气囊(1)的沿隧道纵向方向移动；
气囊(1)的注气口(4)、气囊盒(6)的注气口(13)相连并与充气装置相连通，所述的充气装置包括加压装置(14)；
在气囊盒(6)的前端设置位移传感器(16)，用于测量气囊盒与开挖面位置的距离以及感知物体的移动，测得的距离信息传送给控制系统；在气囊盒注气口(13)处设置有气压传感器(10)，其气压测量信号传送给控制系统。
控制系统根据位移传感器(16)测得的距离信息控制气囊盒(6)的移动并判断是否存在落物，如果存在落物，控制充气装置启动；根据气囊盒注气口(13)处的气压传感器(10)的气压测量信号控制充气装置是否可以停止充气。
2.根据权利要求1所述的充气气囊装置，其特征在于，所述的充气装置还包括气体发生装置，通过三通连接器(12)将气囊(1)以及气囊盒(6)内气体发生装置(11)和加压装置(14)互相连接。
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