CN116201174A - 一种海底隧道用空气包、海底隧道及冲撞检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于隧道防护领域，提供了一种海底隧道用空气包、海底隧道及冲撞检测方法，其中一种海底隧道用空气包，包括外层气包、内层气包、检测装置、双向阀门、单向阀门和底层；外层气包和内层气包均固接于底层上，内层气包设置在外层气包内部，外层气包的顶部和内层气包的顶部固接，外层气包和底层形成第一空腔，内层气包和底层形成第二空腔，检测装置布设在第二空腔内部，双向阀门设置在内层气包上；一种海底隧道，包括隧道、输气管，和若干上述海底隧道用空气包，海底隧道用空气包组成矩阵，并布设在隧道顶部，各空气包之间相互独立；以及一种冲撞检测方法，使用上述的海底隧道。本发明解决碎石等异物冲撞隧道而未能及时检测的问题。

Description

一种海底隧道用空气包、海底隧道及冲撞检测方法

技术领域

本发明属于涉及隧道防护领域，尤其涉及一种海底隧道用空气包、海底隧道及冲撞检测方法。

背景技术

海底隧道作为一种全天候的交通方式，是穿越海峡最好的选择之一，在众多海峡通道方案中得到广泛应用。在海峡、海湾和河口等处的海底之下建造沟通陆地间交通运输的交通管道技术工程。沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。

海底隧道在使用时可能会有碎石或异物撞击隧道，严重的撞击会造成隧道破损，海水泄露造成危险。现有的隧道没有检测装置，在撞击后继续使用隧道，没有及时维修，可能会诱发系列问题。同时，海水也会对海底隧道有一定程度的腐蚀。

发明内容

本发明提供一种海底隧道用空气包、海底隧道及冲撞检测方法，旨在解决碎石等异物冲撞隧道而未能及时检测的问题。

一种海底隧道用空气包，其特征在于：包括外层气包、内层气包、检测装置、双向阀门、单向阀门和底层；

所述外层气包和内层气包均固接于底层上，所述内层气包设置在外层气包内部，所述外层气包的顶部和内层气包的顶部固接，所述外层气包和底层形成第一空腔，所述内层气包和底层形成第二空腔，所述检测装置布设在第二空腔内部，所述双向阀门设置在内层气包上，控制气体在第一空腔和第二空腔之间流动，所述单向阀门设置在外层气包上，控制气体由第一空腔流向外部；

所述检测装置包括受力板、升降杆、侧摆臂、固定底座、动子、磁道、滑轨和竖杆；所述升降杆内设有使升降杆按压后回弹的弹簧，所述受力板固接于升降杆上端，所述升降杆与竖杆滑动连接，所述竖杆向下延伸固接于固定底座上，所述侧摆臂一端和升降杆连接，另一端与动子铰接，所述磁道和固定底座均固接于底层上，所述滑轨安装在磁道上，所述动子与滑轨滑动连接。

上述技术方案基础上，所述动子包括中心轴、钢架、线圈板和滚轮；所述中心轴固接于钢架中心，所述线圈板固接于钢架上，所述钢架下设有滚轮，所述滚轮与滑轨滑动连接。

一种海底隧道，包括隧道、输气管，和若干个上述海底隧道用空气包，所述海底隧道用空气包组成矩阵，布设在隧道顶部，各空气包之间相互独立，所述输气管穿过各空气包用于为空气包补气，所述输气管固接于隧道顶部。

一种冲撞检测方法，使用上述海底隧道，具体包括以下步骤；

S1、通过输气管给空气包充气；

S2、当有异物撞击空气包时，线圈板产生电流；

所述受力板在撞击力的作用下按压升降杆下降，升降杆下降的同时带动侧摆臂向下位移，动子在侧摆臂下降的作用力推动下在磁道内位移，动子的线圈板切割磁道上形成的磁感线，形成电流，此时气体从内层气包流向外层气包，外层气包压强达到阈值后，多余气体排入海水中；

S3、线圈板接入电流检测仪，检测出电信号；

S4、撞击结束后，监测装置恢复原状；

S5、通过输气管定期补充空气包内气体。

发明效果

与现有技术相比，本发明效果是：一方面，通过检测装置能实时监测受撞击的严重程度和撞击位置，在异物撞击后能及时维修；一方面，空气包采用分块的矩阵排列安装在隧道顶部，不会因某块损坏而影响整个装置，也便于后期维护修理；再一方面，空气包也起到了隔绝海水的作用，防止海水对隧道的侵蚀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本发明所述海底隧道用空气包的结构示意图；

图2：本发明所述检测装置的结构示意图；

图3：本发明所述动子的结构示意图；

图4：本发明所述海底隧道的结构示意图；

图5：本发明异物撞击过程示意图；

图6：本发明异物二次撞击过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种海底隧道用空气包：包括外层气包1、内层气包2、检测装置3、双向阀门4、单向阀门5和底层7；

所述外层气包1和内层气包2均固接于底层7上，所述内层气包2设置在外层气包1内部，所述外层气包1的顶部和内层气包2的顶部固接，所述外层气包1和底层7形成第一空腔11，所述内层气包2和底层7形成第二空腔21，所述检测装置3布设在第二空腔21内部，所述双向阀门4设置在内层气包2上，控制气体在第一空腔11和第二空腔21之间流动，所述单向阀门5设置在外层气包1上，控制气体由第一空腔11流向外部；

所述检测装置3包括受力板31、升降杆32、侧摆臂33、固定底座34、动子35、磁道36、滑轨37和竖杆38；所述升降杆32内设有使升降杆32按压后回弹的弹簧，所述受力板31固接于升降杆32上端，所述升降杆32与竖杆38滑动连接，所述竖杆38向下延伸固接于固定底座34上，所述侧摆臂33一端和升降杆32连接，另一端与动子35铰接，所述磁道36和固定底座34均固接于底层7上，所述滑轨37安装在磁道36上，所述动子35与滑轨37滑动连接。

所述动子35包括中心轴351、钢架352、线圈板353和滚轮354；

所述中心轴351固接于钢架352中心，所述线圈板353固接于钢架352上，所述钢架352下设有滚轮354，所述滚轮354与滑轨37滑动连接。

所述受力板31为橡胶材质，若是硬质材料，在受到撞击时，异物6可能划破空气包，影响检测。

如图4所示，一种海底隧道，包括隧道9、输气管8，和若干个上述海底隧道用空气包，所述海底隧道用空气包组成矩阵，布设在隧道9顶部，各空气包之间相互独立，所述输气管8穿过各空气包用于为空气包补气，所述输气管8固接于隧道9顶部。

一种冲撞检测方法，使用上述的海底隧道，包括以下步骤：

S1、通过输气管8给空气包充气；

S2、当有异物撞击空气包时，线圈板353产生电流；

S3、线圈板353接入电流检测仪，检测出电信号；

S4、撞击结束后，监测装置3恢复原状；

S5、通过输气管8定期补充空气包内气体。

使用时，隧道9预制后，在隧道9顶部均匀布置输气管8形成矩形阵列，每个矩形框中布置空气包。

矩形阵列的空气包能在异物撞击时检测到单个空气包的情况，以此判断撞击位置和撞击强度，进一步保护隧道，还能避免海水对隧道的腐蚀。

气体通过输气管8流入内层气包2，当气体充满内层气包2后通过布置在内层气包2上的双向阀门4流入外层气包1，当外层气包1充满气体后气体通过单向阀门5排入海中。当空气包中的气体充满后停止充气。此时装置处于初始状态。

初始状态时，当有异物撞击空气包时，如图5所示过程，异物6撞击到外层气包1和内层气包2顶部。

内层气包2在异物6撞击的作用下受力，内部的气体受压后通过双向阀门4流入到外层气包1中，外层气包1受到内层气包2流入的气体，内部压强增大，达到一定压力后通过单向阀门5流入海中。

在空气包受撞击的同时，内层气包2内设置的监测装置3工作：受力板31在撞击力的作用下带动升降杆32下降，升降杆32下降的同时带动侧摆臂33顶端向下位移，侧摆臂33的另一端连接动子35，动子35在侧摆臂33下降的作用力推动下在磁道36内位移。

所述磁道36两端分别设置S极与N极，在磁道36横向形成磁感线，所述线圈板353垂直于磁感线。

动子35位移带动线圈板353位移，线圈板353在磁道36上运动切割磁感线形成电动势产生电流。

线圈板353接入电流检测仪，通过监测电流流量推断升降杆32的位移量，将撞击力度转化为电信号，从而反推出受异物撞击的严重程度。

撞击结束后，监测装置3中升降杆32在弹簧作用下推动受力板31向上移动，内层气包2在受力板31作用下向上移动同时产生压强差，气体从外部空气包通过双向阀门4流入内层气包2，直至监测装置3恢复原状。

同一位置在第二次受到异物撞击时如图6所示，此时外层气包1的空气含量不同于初始状态，撞击导致的内层气包2受压的空气只会流入外层气包1，只有撞击强度大于上一次撞击时才会有多余气体排出。此时形成空气内循环，异物6撞击后，空气从内层气包2留向外层气包1。

同时，如上所述，监测装置工作产生电信号实现实时监测的作用。撞击结束后重复上述恢复过程。

空气包充气可依据实际情况控制输入气体频率，如固定一天输入一次或受到严重撞击后对受撞击的空气包指定输入。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种海底隧道用空气包，其特征在于：包括外层气包（1）、内层气包（2）、检测装置（3）、双向阀门（4）、单向阀门（5）和底层（7）；

所述外层气包（1）和内层气包（2）均固接于底层（7）上，所述内层气包（2）设置在外层气包（1）内部，所述外层气包（1）的顶部和内层气包（2）的顶部固接，所述外层气包（1）和底层（7）形成第一空腔（11），所述内层气包（2）和底层（7）形成第二空腔（21），所述检测装置（3）布设在第二空腔（21）内部，所述双向阀门（4）设置在内层气包（2）上，控制气体在第一空腔（11）和第二空腔（21）之间流动，所述单向阀门（5）设置在外层气包（1）上，控制气体由第一空腔（11）流向外部；

所述检测装置（3）包括受力板（31）、升降杆（32）、侧摆臂（33）、固定底座（34）、动子（35）、磁道（36）、滑轨（37）和竖杆（38）；所述升降杆（32）内设有使升降杆（32）按压后回弹的弹簧，所述受力板（31）固接于升降杆（32）上端，所述升降杆（32）与竖杆（38）滑动连接，所述竖杆（38）向下延伸固接于固定底座（34）上，所述侧摆臂（33）一端和升降杆（32）连接，另一端与动子（35）铰接；所述磁道（36）和固定底座（34）均固接于底层（7）上，所述滑轨（37）安装在磁道（36）上，所述动子（35）与滑轨（37）滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种海底隧道用空气包，其特征在于：所述动子（35）包括中心轴（351）、钢架（352）、线圈板（353）和滚轮（354）；

所述中心轴（351）固接于钢架（352）中心，所述线圈板（353）固接于钢架（352）上，所述钢架（352）下设有滚轮（354），所述滚轮（354）与滑轨（37）滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种海底隧道用空气包，其特征在于：所述受力板（31）为橡胶材质。

4.根据权利要求2所述的一种海底隧道用空气包，其特征在于：所述线圈板（353）接入一电流检测仪。

5.根据权利要求2所述的一种海底隧道用空气包，其特征在于：所述磁道（36）两端分别设置S极与N极，在磁道（36）横向形成磁感线，所述线圈板（353）垂直于磁感线。

6.一种海底隧道，其特征在于：包括隧道（9）、输气管（8），和若干个如权利要求1至5任意一项所述的海底隧道用空气包，所述空气包组成矩阵，布设在隧道（9）顶部，各空气包之间相互独立，所述输气管（8）穿过各空气包用于为空气包补气，所述输气管（8）固接于隧道（9）顶部。

7.一种冲撞检测方法，其特征在于：使用如权利要求6所述的一种海底隧道，具体包括以下步骤：

S1、通过输气管（8）给空气包充气；

气体通过输气管（8）流入内层气包（2），当气体充满内层气包（2）后通过双向阀门（4）流入外层气包（1）直至外层气包（1）充满气体；

S2、当有异物撞击空气包时，线圈板（353）产生电流；

所述受力板（31）在撞击力的作用下按压升降杆（32）下降，升降杆（32）下降的同时带动侧摆臂（33）向下位移，动子（35）在侧摆臂（33）下降的作用力推动下在磁道（36）内位移，动子（35）的线圈板（353）切割磁道（36）上形成的磁感线，形成电流，此时气体从内层气包（2）流向外层气包（1），外层气包（1）压强达到阈值后，多余气体排入海水中；

S3、线圈板（353）接入电流检测仪，检测出电信号；

S4、撞击结束后，监测装置（3）恢复原状；

升降杆（32）在弹簧作用下推动受力板（31）向上移动，内层气包（2）在受力板（31）作用下向上移动同时产生压强差，气体从外部空气包通过双向阀门（4）流入内层气包（2），直至监测装置（3）恢复原状；

S5、通过输气管（8）定期补充空气包内气体。

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