[发明专利]一种压力自平衡防高压涌水气囊

说明书

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；