CN114991871B - 一种隧道防火防爆验算结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道防火防爆验算结构及方法。该结构包括用于试验的管节接头、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、光电式液位传感器、微处理器和显示单元，所述管节接头包括第一管节和第二管节，所述第一温度传感器和压力传感器设置在第一管节的侧面端部，所述侧面端部与第二管节上固定的第一橡胶止水带之间为接触式密封结构，所述第二温度传感器设置在固定连接第一管节和第二管节的第二橡胶止水带上，第二橡胶止水带上设置光电式液位传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、光电式液位传感器连接微处理器，所述微处理器连接显示单元。本发明的验算方法及结构简单实用，能有效验证隧道管节接头的防火性能。
Description
技术领域
本发明涉及防火防爆技术领域，特别是一种隧道防火防爆验算结构及方法。
背景技术
在隧道设计中，通常是多个管节依次连接而组成整个隧道，相邻的管节之间通过管节接头实现连接。管节接头是整个隧道的薄弱环节，一般管节接头有由橡胶做成的两层橡胶止水带，用于防止水通过隧道接头渗漏到隧道里面。
由于工程设计均需考虑公共安全，隧道设计也需要考虑隧道防火防爆问题。一般隧道需要采用多层防火板，在管节接头的防火结构更加重要。在隧道设计完成阶段以及隧道建成阶段，如果能验算得到基于管节接头段隧道防火防爆性能，能更好的帮助隧道的设计和维护。因此，如何有效验证隧道管节接头的防火性能成为隧道设计亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决隧道管节接头的防火防爆性能的有效验算问题，本发明提出了一种隧道防火防爆验算结构及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种隧道防火防爆验算结构，包括用于试验的管节接头、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、光电式液位传感器、微处理器、显示单元、防火防爆机构，所述管节接头包括第一管节和第二管节，所述第一温度传感器和压力传感器设置在第一管节端面，所述第一管节端面与第二管节上固定的第一橡胶止水带之间为接触式密封结构，所述第二温度传感器设置在固定连接第一管节和第二管节的第二橡胶止水带上，第二橡胶止水带上设置光电式液位传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、光电式液位传感器连接微处理器，所述微处理器连接显示单元；所述防火防爆机构包括设于第一管节端面的环形防火防爆板A、以及设于第二管节端面的环形防火防爆板B，环形防火防爆板A与环形防火防爆板B间隔分布，环形防火防爆板A和环形防火防爆板B之间设有若干个环形波纹板。
进一步的，还包括密封套装于管节接头上的环形密封水套，环形密封水套、第一管节、第二管节和第一橡胶止水带相互围成密封腔室，环形密封水套上连接有分别与密封腔室相连通的注水管和液压加压管，液压加压管与外界液压系统相连接。
进一步的，环形密封水套上设有与第一管节相密封的第一环形气囊和与第二管节相密封的第二环形气囊；注水管上设有第一电磁阀，液压加压管上设有第二电磁阀。
进一步的，所述第一温度传感器和压力传感器呈阵列式分布在第一管节端面，所述第一橡胶止水带与第一管节的接触面位于阵列式分布区域上，阵列式分布的每一个点阵上均分布一个第一温度传感器和一个压力传感器。
进一步的，所述微处理器包括与第一温度传感器、第二温度传感器连接的第一模数转换器，与压力传感器连接的第二模数转换器、与光电式液位传感器连接的第三模数转换器、存储器、数据处理单元、计时器、时间输出单元、温度输出单元和压力输出单元，所述第一模数转换器、第二模数转换器和第三模数转换器均与存储器连接，所述存储器与数据处理单元连接，所述数据处理单元分别连接计时器、温度输出单元和压力输出单元，所述计时器连接时间输出单元，所述温度输出单元、压力输出单元和时间输出单元和显示单元连接。
进一步的，还包括位移传感器，所述位移传感器设置在第一管节端面，用于检测第一管节和第二管节的相对位移；还包括报警单元，所述报警单元和数据处理单元连接。
本发明公开了与结构对应的一种隧道防火防爆验算方法，包括：
获取与隧道实际结构相同的用于试验的管节接头；
在管节接头的第一管节端面设置第一温度传感器和压力传感器，用于获取火灾场景下第一橡胶止水带的温度和压力；
在第二橡胶止水带上设置第二温度传感器，用于获取火灾场景下第二橡胶止水带的温度；
在第二橡胶止水带上设置光电式液位传感器，用于获取火灾场景下第二橡胶止水带是否积水；
通过获取的第一橡胶止水带的温度和第二橡胶止水带的温度分别判断第一橡胶止水带的温度和第二橡胶止水带是否达到破坏温度，如果达到破坏温度则采集达到破坏温度的时间以及火灾场景参数；通过判断第二橡胶止水带是否积水，当出现积水时获取第一橡胶止水带的压力；
如果第一橡胶止水带的温度和第二橡胶止水带两者任一达到破坏温度则需给隧道管节接头进一步加装防火结构；如果第二橡胶止水带出现积水则进一步加装防火结构。
进一步的，在管节接头的第一管节端面还设置位移传感器，用于检测第一管节和第二管节的相对位移。
进一步的，所述第一温度传感器和压力传感器呈阵列式分布在第一管节端面，所述第一橡胶止水带与第一管节的接触面位于阵列式分布区域上，阵列式分布的每一个点阵上均分布一个第一温度传感器和一个压力传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的技术方案通过获取与实际结构相同的试验用的管节接头结构，在模拟的火灾场景下在管节接头的特定位置设置温度传感器、压力传感器、液位传感器，基于温度传感器模拟测得橡胶止水带达到破坏温度时经历的时长，可以模拟测得橡胶止水带被破坏前的安全时长，基于液位传感器监测橡胶止水带被破坏后出现漏水的情况，以及基于压力传感器获取此时被破坏时的压力，有效测量火灾对隧道管节接头的损坏。本发明的验算结构及方法简单实用，能有效验证隧道管节接头的防火性能。
附图说明
图1为本发明隧道防火防爆验算结构示意图。
图2为本发明微处理器的框架结构示意图。
图3为本发明环形防火防爆板A或环形防火防爆板B剖面图。
图4为本发明第一环形钢板剖面图。
图5为本发明环形蛭石防火板剖面图。
图6为本发明第二环形钢板剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种隧道防火防爆验算结构，包括用于试验的管节接头、第一温度传感器、第二温度传感器1、压力传感器、光电式液位传感器2、微处理器、显示单元和防火防爆机构，所述管节接头包括第一管节3和第二管节4，第一管节3和第二管节4之间设置了第一橡胶止水带5和第二橡胶止水带6，第一橡胶止水带5的一端和第二管节4固定，第一橡胶止水带5的另一端与第一管节3端面固定，第一管节3和第二管节4给第一橡胶止水带5施加有足够的压力使第一橡胶止水带5和第一管节3端面密封接触而起防水的作用，第二橡胶止水带6的两端分别和第一管节3、第二管节4固定连接，第二橡胶止水带6为底部向隧道内部（火源9）方向突出的弧形结构；所述第一温度传感器和压力传感器设置在第一管节3端面，第一温度传感器用于测量第一橡胶止水带5的温度，压力传感器用于测量第一橡胶止水带5上来至第一管节3和第二管节4的压力，所述第二温度传感器设置在固定连接第一管节3和第二管节4的第二橡胶止水带6上用于测量第二橡胶止水带6的温度，第二橡胶止水带6上设置光电式液位传感器2用于测量第二橡胶止水带6是否有积水，如果第一管节3和第二管节4发生错位或者第一橡胶止水带5损坏漏水则会导致第二橡胶止水带6上出现积水，所述第一温度传感器、第二温度传感器1、压力传感器、光电式液位传感器2连接微处理器，所述微处理器连接显示单元，显示单元显示采集获取的管节接头温度数据、压力数据以及液位数据；所述防火防爆机构11包括设于第一管节3端面的环形防火防爆板A1101、以及设于第二管节4端面的环形防火防爆板B1102，环形防火防爆板A1101与环形防火防爆板B1102间隔分布，环形防火防爆板A1101和环形防火防爆板B1102之间设有若干个环形波纹板1103。
第一管节3端面设有第一环形安装座31，环形防火防爆板A1101与第一环形安装座31固定相连。第二管节4端面设有第二环形安装座41，环形防火防爆板B1102与第二环形安装座41固定相连。环形防火防爆板A1101和环形防火防爆板B1102长度均大于第一管节3和第二管节4连接空腔长度的四分之三。
本发明在管节连接处空腔内设间隔分布的环形防火防爆板A1101和环形防火防爆板B1102，当海底隧道内部发生火灾或者是爆炸时，可对管节间的第一橡胶止水带5和第二橡胶止水带6形成双层保护，避免第一橡胶止水带5和第二橡胶止水带6受到海底隧道内部险情影响，保证海底隧道内部不会因险情产生海水倒灌的二次险情。环形防火防爆板A1101与环形防火防爆板B1102间隔分布，当管节间受到冲击产生相对位移时，可有效避免环形防火防爆板A1101与环形防火防爆板B1102之间产生刚性接触，避免两者在管节间产生相对位移时相互碰撞损坏。
本发明环形防火防爆板A1101和环形防火防爆板B1102之间设有若干个环形波纹板1103，环形波纹板1103外环与环形防火防爆板A1101内壁密封相连，环形波纹板1103内环与环形防火防爆板B1102外壁密封相连。环形波纹板1103的数量优选两个，在环形防火防爆板A1101和环形防火防爆板B1102的端部各设一个，如此可有效提高密封性能。
如图3-6所示，本发明环形防火防爆板A1101和环形防火防爆板B1102结构相同，均包括第一环形钢板1104、设于第一环形钢板1104上的环形蛭石防火板1105、以及设于环形蛭石防火板1105上的第二环形钢板1106，第一环形钢板1104和第二环形钢板1106均采用304不锈钢制成。所述不锈钢结构防爆性好，防火性好，轻质高强；隧道内发生爆破时，第一环形钢板1104和第二环形钢板1106能够承受爆炸的巨大冲击呀，不会开裂，降低了第一橡胶止水带5和第二橡胶止水带6的冲击伤害。而环形蛭石防火板1105为蛭石防火板，是高性能蒸压加气混凝土ALC的一种，以粉煤灰或硅砂、水泥、石灰等为主原料，经过高压蒸汽养护而成的多气孔混凝土成型板材内含经过处理的钢筋增强，具有很好的耐火性能，耐火极限超过3小时，环形蛭石防火板3550-100厚板。环形蛭石防火板1105外周包覆有一层起防水作用的土工膜1107，土工膜1107厚度为0.5-0.8mm。
本发明第一环形钢板1104顶面开设有与环形蛭石防火板1105相适配的环形槽11041，环形蛭石防火板1105嵌装于环形槽11041内；第二环形钢板1106盖设于环形蛭石防火板1105上并通过螺栓将第二环形钢板1106、环形蛭石防火板1105和第一环形钢板1104紧固相连，第二环形钢板1106与环形槽11041连接处设有一圈密封圈1108。
将用于试验的管节接头在设定参数的火灾场景下试验，基于最不利原则设定火源9位置在防火防爆机构11下方，检测橡胶止水带的温度、压力，以及是否有漏水，可以得到隧道管节接头的防火性能，通过检测橡胶止水带达到破坏温度的时间获取此时的火灾场景参数和对应燃烧时间，可以获取橡胶止水在该火灾场景下的安全时间；当第二橡胶止水6带达到破坏温度以及第二橡胶止水带6出现积水，可以获取隧道管节接头在火灾场景下即将出现漏水的承载时间。
优选地，本实施例的隧道防火防爆验算结构还包括密封套装于管节接头上的环形密封水套12，环形密封水套12、第一管节3、第二管节4和第一橡胶止水带5相互围成密封腔室13，环形密封水套12上连接有分别与密封腔室13相连通的注水管14和液压加压管15，液压加压管15与外界液压系统相连接。通过注水管14给密封腔室13注入水后，通过液压加压管15给密封腔室13中的水施加压力，施加的压力作用在第一橡胶止水带5，可以更好的模拟工作情况中关节接头所需承受的海水压力。本发明采用外界液压系统对密封腔室13内的水进行加压，水压可控，全隧道管节接头的验算都可以在这个注水腔体中模拟完成。
优选地，本实施例中，环形密封水套12上设有与第一管节3相密封的第一环形气囊16和与第二管节4相密封的第二环形气囊17；第一环形气囊16和第二环形气囊17可以实现环形密封水套12和管节接头之间的密封，保证密封腔室13中的水不会渗漏，维持密封腔室13内部水压稳定。注水管14上设有第一电磁阀18，第一电磁阀18用于启停主水管14的注水工作，液压加压管15上设有第二电磁阀19，第二电磁阀19用于启停液压加压管15的加压工作。
优选地，所述微处理器采用STM32F1型芯片。
优选地，所述第一温度传感器和压力传感器呈阵列式分布在第一管节3端面，所述第一橡胶止水带5与第一管节3的接触面位于阵列式分布区域上，阵列式分布的每一个点阵8上均分布一个第一温度传感器和一个压力传感器。因为近火端和远离火端的温度是有差别的，以及当第一管节3和第二管节4相对发生位移时可能导致两者的侧面不再平行，因此给第一橡胶止水带5的截面施加的压力也不均匀；本实施例采用阵列式分布可以更加全面、精确地测量压力和温度参数。优选地，在第一橡胶止水带5的顶部和底部分别设置第三温度传感器10，这样能更加全面的检测第一橡胶止水带5的温度，因为第一橡胶止水带5的底部离火源9更近，所以温度相对较高更容易损坏。
另外，多个第二温度传感器1均匀分布在第二橡胶止水带6的下底面（下底面为离火源更近的面。这样可以更加均匀检测第二橡胶止水带6的实时温度。
优选地，如图2所示，所述微处理器包括与第一温度传感器、第二温度传感器1连接的第一模数转换器，与压力传感器连接的第二模数转换器、与光电式液位传感器2连接的第三模数转换器、存储器、数据处理单元、计时器、时间输出单元、温度输出单元和压力输出单元，所述第一模数转换器、第二模数转换器和第三模数转换器均与存储器连接，所述存储器与数据处理单元连接，所述数据处理单元分别连接计时器、温度输出单元和压力输出单元，所述计时器连接时间输出单元，所述温度输出单元、压力输出单元和时间输出单元和显示单元连接。其中，存储器采用SRAM6116型存储器。
优选地，本实施例的隧道防火防爆验算结构还包括位移传感器，所述位移传感器7设置在第一管节3端面，用于检测第一管节3和第二管节4的相对位移。当隧道管节接头在火灾情况下被破坏，第一管节3和第二管节4可能出现位移，本实施例可以检测第一管节3和第二管节4的相对位移，获取管节接头在火灾场景下的破坏程度。本实施例的隧道防火防爆验算结构还包括报警单元，所述报警单元和数据处理单元连接。报警单元在第二橡胶止水带6达到破坏温度以及第二橡胶止水带6出现积水时产生报警，此时积水即将穿过两层橡胶止水带而出现漏水。
本发明还公开了对应隧道防火防爆验算方法，包括：
获取与隧道实际结构相同的用于试验的管节接头，该管节接头为本发明隧道防火防爆验算结构中任一实施例中的管节接头；在管节接头的第一管节3端面设置第一温度传感器和压力传感器，用于获取火灾场景下第一橡胶止水带5的温度和压力；在第二橡胶止水带6上设置第二温度传感器1，用于获取火灾场景下第二橡胶止水带6的温度；在第二橡胶止水带6上设置光电式液位传感器2，用于获取火灾场景下第二橡胶止水带6是否积水；通过获取的第一橡胶止水带5的温度和第二橡胶止水带6的温度分别判断第一橡胶止水带5的温度和第二橡胶止水带6是否达到破坏温度，如果达到破坏温度则采集达到破坏温度的时间以及火灾场景参数，这样可以获取橡胶止水在该火灾场景下的安全时间；通过判断第二橡胶止水带6是否积水，当出现积水时获取第一橡胶止水带5的压力，可以检测出第一橡胶止水带5的接触式密封结构被破坏时所承受的压力值；如果第一橡胶止水带5的温度和第二橡胶止水带6两者任一达到破坏温度则需给隧道管节接头进一步加装防火结构；如果第二橡胶止水带6出现积水则进一步加装防火结构；这里可以通过加装防火结构减小对管节接头的破坏力度以及减慢管节接头被火灾破坏所需时间。
优选地，所述管节接头试验结构的模型尺寸和隧道顶部的实际局部结构一致。这样更能保证验算的准确性。
优选地，在管节接头的第一管节3端面还设置位移传感器7，用于检测第一管节3和第二管节4的相对位移。当隧道管节接头在火灾情况下被破坏，第一管节3和第二管节4可能出现位移，本实施例可以检测第一管节3和第二管节4的相对位移，获取管节接头在火灾场景下的破坏程度。
优选地，所述第一温度传感器和压力传感器呈阵列式分布在第一管节3端面，所述第一橡胶止水带5与第一管节3的接触面位于阵列式分布区域上，阵列式分布的每一个点阵7上均分布一个第一温度传感器和一个压力传感器。因为近火端和远离火端的温度是有差别的，以及当第一管节3和第二管节4相对发生位移时可能导致两者的侧面不再平行，因此给第一橡胶止水带5的截面施加的压力也不均匀；本实施例采用阵列式分布可以更加全面、精确地测量压力和温度参数。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种隧道防火防爆验算结构，其特征在于：包括用于试验的管节接头、第一温度传感器、第二温度传感器（1）、压力传感器、光电式液位传感器（2）、微处理器、显示单元和防火防爆机构（11），所述管节接头包括第一管节（3）和第二管节（4），所述第一温度传感器和压力传感器设置在第一管节（3）端面，第一管节（3）端面与第二管节（4）上固定的第一橡胶止水带（5）之间为接触式密封结构，所述第二温度传感器（1）设置在固定连接第一管节（3）和第二管节（4）的第二橡胶止水带（6）上，第二橡胶止水带（6）上设置光电式液位传感器（2），所述第一温度传感器、第二温度传感器（1）、压力传感器、光电式液位传感器（2）连接微处理器，所述微处理器连接显示单元；所述防火防爆机构（11）包括设于第一管节（3）端面的环形防火防爆板A（1101）、以及设于第二管节（4）端面的环形防火防爆板B（1102），环形防火防爆板A（1101）与环形防火防爆板B（1102）间隔分布，环形防火防爆板A（1101）和环形防火防爆板B（1102）之间设有若干个环形波纹板（1103）；
还包括密封套装于管节接头上的环形密封水套（12），环形密封水套（12）、第一管节（3）、第二管节（4）和第一橡胶止水带（5）相互围成密封腔室（13），环形密封水套（12）上连接有分别与密封腔室（13）相连通的注水管（14）和液压加压管（15），液压加压管（15）与外界液压系统相连接；
所述第一温度传感器和压力传感器呈阵列式分布在第一管节（3）端面，第一橡胶止水带（5）与第一管节（3）的接触面位于阵列式分布区域上，阵列式分布的每一个点阵（8）上均分布一个第一温度传感器和一个压力传感器。
2.如权利要求1所述的隧道防火防爆验算结构，其特征在于：环形密封水套（12）上设有与第一管节（3）相密封的第一环形气囊（16）和与第二管节（4）相密封的第二环形气囊（17）；注水管（14）上设有第一电磁阀（18），液压加压管（15）上设有第二电磁阀（19）。
3.如权利要求1所述的隧道防火防爆验算结构，其特征在于：所述微处理器包括与第一温度传感器、第二温度传感器（1）连接的第一模数转换器，与压力传感器连接的第二模数转换器、与光电式液位传感器（2）连接的第三模数转换器、存储器、数据处理单元、计时器、时间输出单元、温度输出单元和压力输出单元，所述第一模数转换器、第二模数转换器和第三模数转换器均与存储器连接，所述存储器与数据处理单元连接，所述数据处理单元分别连接计时器、温度输出单元和压力输出单元，所述计时器连接时间输出单元，所述温度输出单元、压力输出单元和时间输出单元和显示单元连接。
4.如权利要求3所述的隧道防火防爆验算结构，其特征在于：还包括位移传感器（7），所述位移传感器设置在第一管节（3）端面，用于检测第一管节（3）和第二管节（4）的相对位移；还包括报警单元，所述报警单元和数据处理单元连接。
5.一种隧道防火防爆验算方法，其特征在于：包括：
获取与隧道实际结构相同的用于试验的管节接头；
在管节接头的第一管节（3）端面设置第一温度传感器和压力传感器，用于获取火灾场景下第一橡胶止水带（5）的温度和压力；
在第二橡胶止水带（6）上设置第二温度传感器（1），用于获取火灾场景下第二橡胶止水带（6）的温度；
在第二橡胶止水带（6）上设置光电式液位传感器（2），用于获取火灾场景下第二橡胶止水带（6）是否积水；
通过获取的第一橡胶止水带（5）的温度和第二橡胶止水带（6）的温度分别判断第一橡胶止水带（5）的温度和第二橡胶止水带（6）是否达到破坏温度，如果达到破坏温度则采集达到破坏温度的时间以及火灾场景参数；通过判断第二橡胶止水带（6）是否积水，当出现积水时获取第一橡胶止水带（5）的压力；
如果第一橡胶止水带（5）的温度和第二橡胶止水带（6）两者任一达到破坏温度则需给隧道管节接头进一步加装防火结构；如果第二橡胶止水带（6）出现积水则进一步加装防火结构。
6.如权利要求5所述的隧道防火防爆验算方法，其特征在于：在管节接头的第一管节（3）端面还设置位移传感器（7），用于检测第一管节（3）和第二管节（4）的相对位移。
7.如权利要求5所述的隧道防火防爆验算方法，其特征在于：所述第一温度传感器和压力传感器呈阵列式分布在第一管节（3）端面，所述第一橡胶止水带（5）与第一管节（3）的接触面位于阵列式分布区域上，阵列式分布的每一个点阵（8）上均分布一个第一温度传感器和一个压力传感器。
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