CN111119998A - 一种水下隧道快速防涌水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下隧道快速防涌水装置，包括：可膨胀的气囊，固定设置在隧道衬砌的侧壁上；充气泵，设置在隧道外，用于向气囊中充气；以及多个约束带，设置在气囊的外部，用于约束压缩状态的气囊。本发明一种水下隧道快速防涌水装置，适用于各种断面形状的隧道，解决了以往隧道挡水装置占用隧道净空影响施工运输、受围岩条件限制、修建及拆除困难等问题；在隧道发生涌水事故时，能够在地面开启气泵即可形成挡水墙，通过地面控制快速建立起一道堵塞墙，操作方便快捷，迅速投入使用，阻挡水势蔓延，为抢险提供缓冲时间，保证工作边后方人员设备的安全。

Description

一种水下隧道快速防涌水装置

技术领域

本发明涉及隧道自身安全装置技术领域，尤其涉及一种水下隧道快速防涌水装置。

背景技术

穿江越海隧道往往是现代都市交通系统中的重要节点，目前水下隧道最常采用的工法主要有：矿山法、盾构法、沉管法等，其中矿山法隧道在水深较深且地质条件复杂的场区环境应用广泛，具有代表性的工程有厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底隧道等。

与盾构隧道不同，矿山法水下隧道的开挖面为开放式，在穿越富水软弱地层或裂隙发育的岩石地层时，开挖面易发生涌水事故，轻则影响施工进度，重则威胁洞内人员、设备的安全。在遭遇这种地层条件时，一般采用注浆加固堵水，并辅以机械抽排的方法进行预处理。但是由于地下工程环境的不确定性，注浆加固的效果因地因时而异，翔安海底隧道与胶州湾海底隧道在注浆后开挖过程中均出现过不同程度的开挖面涌水状况，因此矿山法水下隧道一般均在开挖面后方布置至少一道施工临时挡水装置以应对这种状况。

目前惯用的施工临时挡水装置形式为：在开挖面后方，围岩完整段浇筑一道混凝土墙，并通过径向锚索(管)与周边围岩连接，墙上预留门洞并安装单开或双开钢结构门扇，该门仅能朝开挖面方向单向开启，门扇与门框周边安装可压缩密封橡胶条。在隧道正常施工时，门扇呈打开状态；工作面发生涌水事故时，关闭门扇，阻挡来水。这种挡水装置存在以下几个局限性：

1)门枋侵入隧道净空，形成运输行车的瓶颈；

2)为达到密封要求，混凝土门枋须设置门槛，并斜搭钢板桥等才能行车，若关闭门扇须先移开钢板桥等沉重的障碍物，这无疑会影响抢险效率；

3)要求设置在围岩完整且强度较高的区段，位置选择不自由；

4)作为施工临时构筑物后期拆除困难；

5)混凝土门枋浇筑及钢结构门扇焊接制作过程复杂，造价高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速膨胀通过充满隧道实现阻挡水势蔓延的水下隧道快速防涌水装置。

为实现上述目的，本发明的一种水下隧道快速防涌水装置的具体技术方案为：

一种水下隧道快速防涌水装置，包括：可膨胀的气囊，固定设置在隧道衬砌的侧壁上；充气泵，设置在隧道外，用于向气囊中充气；以及多个约束带，设置在气囊的外部，用于约束压缩状态的气囊。

进一步，还包括充气管，沿隧道纵向设置，一端与充气泵相连通，另一端与待充气的气囊相连通，充气泵通过充气管向气囊内充气，以使气囊膨胀。

进一步，气囊包括受力骨架，受力骨架为高强度合成纤维织物。

进一步，气囊的内表面与外表面均设置有橡胶层，通过橡胶层的弹性以实现气囊的膨胀。

进一步，气囊的开口端过螺栓和压板固定在隧道衬砌的侧壁上。

进一步，约束带平行于隧道轴线设置，两端通过螺栓固定在隧道衬砌的侧壁上的压板上。

进一步，约束带上均匀设置有至少一列机械孔，机械孔沿着约束带的带宽方向设置。

本发明的一种水下隧道快速防涌水装置的优点在于：

1)适用于各种断面形状的隧道，解决了以往隧道挡水装置占用隧道净空影响施工运输、受围岩条件限制、修建及拆除困难等问题；

2)在隧道发生涌水事故时，能够在地面开启气泵即可形成挡水墙，通过地面控制快速建立起一道堵塞墙，操作方便快捷，迅速投入使用，阻挡水势蔓延，为抢险提供缓冲时间，保证工作边后方人员设备的安全；

3)气囊能够折叠收纳在隧道侧壁，不占用隧道净空，不影响施工运输车辆通行；在非工作状态可收纳，不占用隧道内部空间；

4)在隧道贯通后拆除方便，气囊的拆除相对于混凝土和钢结构更加简单省力；

5)工法工艺简单，成本相对更低。

附图说明

图1为本发明的防涌水装置在收纳状态时的侧视图；

图2为本发明的防涌水装置在收纳状态时的隧道轴向视图；

图3为本发明的防涌水装置在工作状态时的侧视图；

图4为本发明的防涌水装置在工作状态时的隧道轴向视图；

图5为本发明中的约束带大样图；

图6为本发明中的螺栓和金属压板固定气囊边缘的大样图。

图中：1、隧道衬砌；2、气囊；3、充气管；4、充气泵；5、约束带；6、螺栓；7、压板；8、机械孔。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种水下隧道快速防涌水装置做进一步详细的描述。

如图1至图6所示，其示为本发明的一种水下隧道快速防涌水装置，由隧道侧壁预留空间，包括充气泵4、约束带5和可膨胀的气囊2。气囊2的开口端通过压板7和螺栓6固定在隧道衬砌1的侧壁上；充气泵4设置在隧道外的地面上，用于向气囊2中充气；充气管3沿隧道纵向设置，一端与地面上的充气泵4相连通，另一端与待充气的气囊2相连通，充气泵4通过充气管3向气囊2内充气；约束带5设置在气囊2的外部，且平行于隧道轴线设置，用于约束压缩状态的气囊2。

本发明中的气囊2具有两种状态：第一，压缩状态，如图1和图2所示，当隧道未发生涌水事故时，气囊2放气后折叠，利用约束带5将其贴合收纳在侧壁预留空间里，如图1和图2所示；第二，膨胀状态，如图3所示，当隧道发生涌水事故时，开启地面的充气泵4，压缩空气通过充气管3进入气囊2中使其膨胀，以将隧道净空填充。

进一步，气囊2包括受力骨架，受力骨架为高强度合成纤维织物。此外，气囊2的内表面与外表面均设置有橡胶层(优选三元乙丙橡胶层)，通过橡胶层的弹性以实现气囊2的膨胀，如图4所示，气囊2充满气后的形状与隧道的轮廓一致，并与隧道衬砌密贴，如图4所示。

进一步，气囊2的开口端的边缘平铺在隧道衬砌1的侧壁上，通过压板7密实压紧，压板7的厚度为0.8～1.2cm，宽度为2.8cm～3.2cm(优选1cm厚×3cm宽的金属板)，压板7通过螺栓6(M22膨胀螺栓)固定在隧道衬砌1的侧壁上，并且，环压缝周边涂抹聚氨酯密封胶进行二次密封。

进一步，气囊2的外部设置有多个约束带5(优选为玻璃纤维的约束带)，约束带5平行于隧道轴线设置，两端通过螺栓6固定在压板7上。当气囊2在放气状态下，折叠后通过至少三根平行于隧道轴线的玻璃纤维约束带5固定在侧壁预留空间。

进一步，约束带5上均匀设置有至少一列机械孔8，机械孔8沿着约束带5的带宽方向设置，当气囊2膨胀时，约束带5随之受到拉扯，并最终沿着机械孔的排布方向断裂，结束约束。

下面结合附图对本发明的一种水下隧道快速防涌水装置的工作过程进行描述：

当隧道正常使用状态下，气囊2放气后折叠呈压缩状态，并通过约束带5固定在隧道侧壁预留空间。

当隧道发生涌水事故时，充气泵4通过充气管3向气囊2内充气，气囊2膨胀后约束带5受拉断裂，气囊2填充满隧道净空

本发明一种水下隧道快速防涌水装置，适用于各种断面形状的隧道，解决了以往隧道挡水装置占用隧道净空影响施工运输、受围岩条件限制、修建及拆除困难等问题；在隧道发生涌水事故时，能够在地面开启气泵即可形成挡水墙，通过地面控制快速建立起一道堵塞墙，操作方便快捷，迅速投入使用，阻挡水势蔓延，为抢险提供缓冲时间，保证工作边后方人员设备的安全；气囊能够折叠收纳在隧道侧壁，不占用隧道净空，不影响施工运输车辆通行；在非工作状态可收纳，不占用隧道内部空间；在隧道贯通后拆除方便，气囊的拆除相对于混凝土和钢结构更加简单省力；工法工艺简单，成本相对更低。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.一种水下隧道快速防涌水装置，其特征在于，包括：

可膨胀的气囊(2)，固定设置在隧道衬砌(1)的侧壁上；

充气泵(4)，设置在隧道外，用于向气囊(2)中充气；以及

多个约束带(5)，设置在气囊(2)的外部，用于约束压缩状态的气囊(2)。

2.根据权利要求1所述的防涌水装置，其特征在于，还包括充气管(3)，沿隧道纵向设置，一端与充气泵(4)相连通，另一端与待充气的气囊(2)相连通，充气泵(4)通过充气管(3)向气囊(2)内充气，以使气囊膨胀。

3.根据权利要求1所述的防涌水装置，其特征在于，气囊(2)包括受力骨架，受力骨架为高强度合成纤维织物。

4.根据权利要求1或3所述的防涌水装置，其特征在于，气囊(2)的内表面与外表面均设置有橡胶层，通过橡胶层的弹性以实现气囊(2)的膨胀。

5.根据权利要求1所述的防涌水装置，其特征在于，气囊(2)的开口端过螺栓(6)和压板(7)固定在隧道衬砌(1)的侧壁上。

6.根据权利要求1所述的防涌水装置，其特征在于，约束带(5)平行于隧道轴线设置，两端通过螺栓(6)固定在隧道衬砌(1)的侧壁上的压板(7)上。

7.根据权利要求1或6所述的防涌水装置，其特征在于，约束带(5)上均匀设置有至少一列机械孔(8)，机械孔(8)沿着约束带(5)的带宽方向设置。

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