本發(fā)明涉及地下工程施工領(lǐng)域，尤其是涉及一種壓力自平衡防高壓涌水氣囊。

背景技術(shù)：

近年來，暴雨造成了城市頻繁的內(nèi)澇，淹沒了諸多地鐵、公路隧道、豎井，導(dǎo)致設(shè)備損壞，對地下交通系統(tǒng)造成了巨額損失。另外，高水壓富水隧道和跨江、跨海隧道建設(shè)過程中和建成運(yùn)營中，由于外部環(huán)境影響和支護(hù)結(jié)構(gòu)自身缺陷都有可能導(dǎo)致大量高壓水涌入隧道和豎井，造成人員、設(shè)備和車輛的巨大損失和難以估量的社會影響。

目前，在建隧道和豎井通過預(yù)注漿堵水，在建隧道和豎井通過擋水板、密封防水門來防止暴雨涌入，但在高壓水作用下注漿效果很難保證，擋水板高度有限，密封防水門造價高昂，也不能安裝在異形斷面處，而且高壓水一旦沖破防水門，沒有補(bǔ)救措施?？傊?，這些措施對極短時間內(nèi)大量的高壓水涌入防護(hù)效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種壓力自平衡防高壓涌水氣囊。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種壓力自平衡防高壓涌水氣囊，包括：

氣囊主體：其內(nèi)部通過分隔板分割為彈性氣囊和水壓平衡囊兩個獨(dú)立部分，所述的彈性氣囊內(nèi)還設(shè)有泄壓管道，所述泄壓管道的一端穿過分隔板并接通所述水壓平衡囊，另一端伸出彈性氣囊面向高壓涌水的一側(cè)，并采用泄壓堵頭封??；

空氣壓縮泵：通過氣管連接所述彈性氣囊，并對所述彈性氣囊充氣；

氣囊儲藏間：設(shè)置在襯砌上，并用于安裝所述氣囊主體和空氣壓縮泵。

優(yōu)選的，所述的氣囊主體為三層復(fù)合材料，其內(nèi)層為彈性橡膠層，中間層為帶金屬網(wǎng)的保護(hù)纖維層，外層為表面帶微小凸起的編織纖維層。

優(yōu)選的，所述的氣囊儲藏間由安裝在襯砌上的隔墻材料圍成，所述隔墻材料在水壓平衡囊側(cè)設(shè)有通氣口，所述空氣壓縮泵安置在靠近所述通氣口處。

更優(yōu)選的，所述的隔墻材料為高強(qiáng)度鋁合金板。

更優(yōu)選的，所述的隔墻材料還部分加工并形成可開啟的儲藏間活動板。

優(yōu)選的，所述的泄壓堵頭上開設(shè)有多條縱橫交錯并呈網(wǎng)格狀的堵頭凹槽，所述的泄壓堵頭的最大承壓通過泄壓堵頭的厚度，堵頭凹槽的尺寸和密度來控制。

優(yōu)選的，所述的泄壓管道和泄壓堵頭的材料為HDPE塑鋼管。

本發(fā)明的工作原理如下：

當(dāng)高壓水涌入隧道或豎井后，打開儲藏間活動板，高壓空氣壓縮泵啟動通過氣管向彈性氣囊快速充氣，彈性氣囊開始膨脹，并在短時間內(nèi)充滿空氣并封閉整個隧道或豎井?dāng)嗝?，承受隧道或豎井內(nèi)的高水壓。由于氣囊主體的柔性材質(zhì)特點(diǎn)，不會受到截面的不規(guī)則形狀——如鐵軌、管線、電纜接線盒以及其它機(jī)電設(shè)備的影響，基本可以達(dá)到密封的作用。氣囊主體依靠其表面帶微小凸起的編織纖維層與襯砌之間的強(qiáng)大摩擦力，保證其位置不會移動變化。

當(dāng)水壓不大時，氣囊主體依靠與襯砌間的表面摩擦力抵抗涌水壓力，但當(dāng)水壓過高時，為增大摩擦力，需增大氣囊主體內(nèi)高壓空氣壓力，如空氣壓力過高可能會壓壞襯砌或者電纜接線盒以及其它機(jī)電設(shè)備，故而氣囊主體內(nèi)氣壓不能無限增大。因此，當(dāng)涌水壓力超過氣囊主體中心的泄壓堵頭的設(shè)定最大壓力(略小于襯砌或設(shè)備所能承受的最大壓力)時，泄壓堵頭中部的堵頭凹槽區(qū)被壓碎，涌水通過泄壓管道流入水壓平衡囊中，將其充滿后，根據(jù)連通器原理，水壓平衡囊內(nèi)壓力可與涌水壓力自動平衡，使得彈性氣囊與水壓平衡囊共同作用，實(shí)現(xiàn)對超高壓涌水的封堵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)帶二次安全儲備、能自動平衡超高水壓力：通過將氣囊主體分割為起密封的彈性氣囊和起壓力自平衡的水壓平衡囊兩部分，再配合泄壓堵頭的設(shè)計(jì)，可以完美的實(shí)現(xiàn)在低壓時，通過彈性氣囊內(nèi)部的氣壓來產(chǎn)生防涌水所需摩擦力；當(dāng)涌水水壓過大時，則泄壓堵頭自動被壓碎，使得高壓涌水涌入，水壓平衡囊內(nèi)壓力可與涌水壓力自動平衡，這樣，即可以保證彈性膠囊兩側(cè)的壓力平衡，使得彈性氣囊與水壓平衡囊共同作用，即由彈性氣囊、水壓平衡囊和襯砌之間的摩擦力來抵抗高壓涌水的壓力，實(shí)現(xiàn)對超高壓涌水的封堵。

(2)堵水效果不受截面的不規(guī)則形狀的影響：氣囊采用柔性材質(zhì)制成，可以充分保證與襯砌或設(shè)備等的密封接觸，實(shí)現(xiàn)密封堵水。

(3)構(gòu)造簡單、成本低廉。

附圖說明

圖1為隧道中的氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為豎井中的氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為彈性氣囊的展開過程示意圖，展開次序從(a)→(b)→(c)依次展開；

圖4為氣囊主體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為泄壓堵頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-隧道襯砌，2-彈性氣囊，3-泄壓堵頭，4-泄壓管道，5-水壓平衡囊，6-分割板，7-氣管，8-高壓空氣壓縮泵，9-氣囊儲藏間，10-隔墻材料，11-儲藏間活動板，12-通氣口，13-高壓涌水，14-豎井襯砌，15-豎井底板，16-彈性橡膠層，17-保護(hù)纖維層，18-編織纖維層，19-堵頭凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種壓力自平衡隧道或豎井防高壓涌水氣囊，其結(jié)構(gòu)如圖1或2所示，包括：

氣囊主體：其內(nèi)部通過分隔板6分割為彈性氣囊2和水壓平衡囊5兩個獨(dú)立部分，彈性氣囊2內(nèi)還設(shè)有泄壓管道4，泄壓管道4的一端穿過分隔板6并接通水壓平衡囊5，另一端伸出彈性氣囊2面向高壓涌水13的一側(cè)，并采用泄壓堵頭3封住。如圖4所示，氣囊主體為三層復(fù)合材料，其內(nèi)層為彈性橡膠層16，中間層為帶金屬網(wǎng)的保護(hù)纖維層17，外層為表面帶微小凸起的編織纖維層18。如圖5所示，泄壓堵頭3上開設(shè)有多條縱橫交錯并呈網(wǎng)格狀的堵頭凹槽19，泄壓堵頭3的最大承壓通過泄壓堵頭3的厚度，堵頭凹槽19的尺寸和密度來控制。泄壓管道4和泄壓堵頭3的材料為HDPE塑鋼管。

空氣壓縮泵8：通過氣管7連接彈性氣囊2，并對彈性氣囊2快速充氣。

氣囊儲藏間9：設(shè)置在隧道襯砌1或豎井襯砌14上，并用于安裝氣囊主體和空氣壓縮泵8。氣囊儲藏間9由安裝在隧道襯砌1或豎井襯砌14上的隔墻材料10圍成，隔墻材料10在水壓平衡囊5側(cè)設(shè)有通氣口12，空氣壓縮泵8安置在靠近通氣口12處。隔墻材料10為高強(qiáng)度鋁合金板。隔墻材料10還部分加工并形成可開啟的儲藏間活動板11。

本實(shí)施例的工作原理如下：

當(dāng)高壓水涌入隧道或豎井后，打開儲藏間活動板11，高壓空氣壓縮泵8啟動通過氣管7向彈性氣囊2快速充氣，彈性氣囊2開始膨脹，并在短時間內(nèi)充滿空氣并封閉整個隧道或豎井?dāng)嗝?，承受隧道或豎井內(nèi)的高水壓，整個過程演變?nèi)鐖D3所示。由于氣囊主體的柔性材質(zhì)特點(diǎn)，不會受到截面的不規(guī)則形狀——如鐵軌、管線、電纜接線盒以及其它機(jī)電設(shè)備的影響，基本可以達(dá)到密封的作用。氣囊主體依靠其表面帶微小凸起的編織纖維層18與襯砌之間的強(qiáng)大摩擦力，保證其位置不會移動變化。進(jìn)而，可以很好的防止高壓涌水13對施工部位(如豎井底板15處)的損害。

當(dāng)水壓不大時，氣囊主體依靠與襯砌間的表面摩擦力抵抗涌水壓力，但當(dāng)水壓過高時，為增大摩擦力，需增大氣囊主體內(nèi)高壓空氣壓力，如空氣壓力過高可能會壓壞襯砌或者電纜接線盒以及其它機(jī)電設(shè)備，故而氣囊主體內(nèi)氣壓不能無限增大。因此，當(dāng)涌水壓力超過氣囊主體中心的泄壓堵頭3的設(shè)定最大壓力(略小于襯砌或設(shè)備所能承受的最大壓力)時，泄壓堵頭3中部的堵頭凹槽19區(qū)被壓碎，涌水通過泄壓管道4流入水壓平衡囊5中，將其充滿后，根據(jù)連通器原理，水壓平衡囊5內(nèi)壓力可與涌水壓力自動平衡，彈性氣囊2實(shí)現(xiàn)對超高壓涌水13的封堵。

上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。