一种应用于隧道内的紧急密封避险装置的制作方法

本发明涉及隧道施工安全领域，尤其是涉及一种应用于隧道内的紧急密封避险装置。

背景技术

目前我国正处在地铁、公路隧道、地下管网隧道高速发展周期，在此期间，发生了多起在施工过程中的较大、重大工程事故，造成了较大的人员和经济损失，社会影响较大。同时，随着已建成的隧道运营时间变长，隧道自身寿命，隧道周围地层的变化，例如水土流失等对隧道的安全造成潜在的威胁。

以上的威胁往往具有较大的突发性和不可预见性，因此如何减少甚至预防隧道工程事故及次生灾害是当前非常迫切的课题。

现有成型隧道中的防护措施主要为同时兼做人防用的应急密封门，由于结构限制，应急密封门只能在隧道总体规划时确定安装位置和接口，安装位置固定，安装间距也较大，需要信号、电器专业配合，其中一个环节发生故障只能采用就地关闭的方式，因此在突发事件，尤其在隧道的施工过程中并不能产生理想的效果。

在目前隧道施工过程中，遇到喷涌和较大漏水时，目前往往还采用沙袋堆墙、混凝土加注等人工措施，在此类抢险过程中也有加工钢结构水闸门进行封堵的措施和采用冷冻的措施，此类措施应对时间较长，在紧急情况下处理不当还会产生次生灾害。

因此，如何在最短响应时间内对突发隧道灾害发生的位置、工作面进行封堵防护，防止次生灾害的发生，同时留出足够的安全通道和安全处理时间是值得探讨的问题，也是本专利需要解决的问题。

技术实现要素：

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应用于隧道内的紧急密封避险装置，防治上述现有隧道施工过程中的风险，已建成的公路、地铁、管网隧道自身结构寿命和受到周围地质灾害情况下的结构破损隐患。在灾害发生时可以对隧道起到及时有效的阻隔封堵、支护作用，防止次生灾害的发生，并留出足够的救援和抢险时间。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种应用于隧道内的紧急密封避险装置，包括弹性皮囊，通过注入管路与弹性皮囊连通的填充材料腔、设置在所述注入管路上的注入设备及控制系统。

优选地，弹性皮囊为弹性材料，例如橡胶等制成的可折叠皮囊，并且还可以带有限位装置，不同规格截面的隧道采用不同的皮囊充盈外形，橡胶皮囊材质具有较高的拉伸强度和弹性，能够适用于各种隧道规格。

优选地，弹性皮囊在非应急状态下，可折叠保存在隧道内壁上，不占用较大的空间，安装形式可采沿隧道内壁周向的敷设，或固定在隧道单侧、双侧采用背包式或其他灵活的固定方式；或者，弹性皮囊可折叠保存在盾构掘进机的工作面或者后配套台车的最后端，不占用较大的空间，保存形式采用沿盾构设备结构采用周向的敷设，或采用背包式固定在最后一节台车的端面的单侧或双侧。

优选地，弹性皮囊设有一个或多个，多个弹性皮囊组合使用时，组合形式包括但不限于：同个截面内多个组合使用对同一截面进行阻断；多个截面内组合使用，使隧道轴线内多个断面上产生阻断作用；隧道内某个位置相邻组合使用，使隧道轴线上单处形成多个紧靠的皮囊，提供更大的阻断效果。

优选地，弹性皮囊上安装有压力传感器。

优选地，注入管路上带有单向阀，防止泄压，并且在应急时能够通过皮囊上的带单向阀管路，利用填充材料腔向弹性皮囊中迅速充满压缩空气、水、或聚氨酯等材质，将风险面隔断，且内压合理抵抗外部负载，不对成型管片造成破坏。

优选地，弹性皮囊充满并建立合理内压，采用至少备用1路的管路设计，具有较高的安全冗余。

优选地，控制系统对注入弹性皮囊中的压缩空气、水或聚氨酯量进行就地和远程控制，有效的控制注入设备如空压机、泵等启动，并将皮囊充满起效，并配合压力传感器反馈信号，具有一定的压力控制和持续保压作用。

优选地，弹性皮囊充满时，除皮囊自身与隧道内壁的摩擦力外，对皮囊沿隧道轴向的位移进行辅助限制。

皮囊可靠安装、安置于隧道内，在发生险情时，可以通过就地的开关或者远程的控制箱来控制，启动加注泵设备，将预存的加注材料(水、空气、聚氨酯、高分子材料，或其混合物等)，通过预设管路将皮囊充满。由于体量较大，存放条件差，不建议采用爆炸式充气。

通过控制加注材料的注入量或者皮囊上的压力传感器来产生合适的内压，充满的皮囊形成贴紧隧道内壁的形态，产生支护和封闭作用，并通过皮囊外壁和管片内壁间的摩擦力和限位装置抵抗隧道内正面水压，不被喷涌和塌陷物带走，起到抵抗隧道内轴向负载作用。在应对较大的隧道截面和有限的安装空间时，可以采用同断面内多个充填皮囊组合体作用来填充隧道截面。同时皮囊根据需要可以在相邻断面安装数个进行联合作用，产生较大的抗力和阻断效果。

使用的弹性皮囊包括便携式、设备装载式、固定式等结构。

1.便携式：将皮囊折叠成规则形状，每件重量控制在15kg以内(符合单人搬运标准)，外留带有单向阀的加注口和压力传感器。在成型隧道中可以储备在隧道中固定位置随时取用；在隧道施工过程中可以储存在盾构设备的后配套台车上，方便随时取用；或直接由外界送入隧道中使用。

2.设备装载式：在在建隧道中，将叠成规则形状的皮囊按安装在盾构、tbm掘进设备尾部，或者后配套台车尾部；在已建隧道中，将皮囊按规则形状安装在运营车辆头尾部。

在掘进设备上配置加注泵设备、管路和加注材料，在危险发生时，可以就地直接使用或在地面发出操控信号，迅速封堵和支撑隧道截面，形成封闭和支撑体系，有效延缓或者阻隔喷涌物，留出逃生空间，并降低隧道损坏造成的工程损失。

3.固定式：将皮囊安装、敷设在成型隧道内，或隧道洞口端面固定位置，按风险评估要求设定安装间距，接好专用管路和压力传感器，在隧道内固定位置或隧道外固定位置存放注入泵和加注材料，成为隧道风险预案其中的一个环节，在隧道遭遇险情时实施就地和远程的加注作业，封闭隧道，降低隧道事故风险，减少隧道事故损失。

与现有技术相比，本发明可应用于种成型隧道内，隧道施工掘进过程中，盾构进出洞过程中，在隧道洞口、隧道中及隧道相关结构处使用，构造简单可靠，不使用时空间占用小、安装或携带方便，较高的伸张性特点可以适应隧道内既有构筑物和设备的情况，实现较好的填充封闭效果。起效时间短，可以实现远程、就地作业，作业风险低，作业人员少，起效时间短、效率高，具有一定的强度，起到临时支护和封闭的作用，且可以累加、组合使用，具有分段实施的效果，安全实用性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在大断面隧道的安装示意图；

图3为本发明在普通隧道断面内的安装示意图；

图4为本发明在普通隧道断面内的安装示意图；

图5为本发明在隧道(横)断面内填充生效的示意图；

图6为本发明单件在隧道(纵)断面内填充生效示意图；

图7为本发明多件组合隧道(纵)断面内填充生效示意图。

图中，1-弹性皮囊，2-就地控制开关，3-压力传感器，4-单向阀，5-主注入泵，6-备用注入泵，7-注入管路，8-填充材料腔，9-综合控制箱，10-隧道，11-限位机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

一种隧道内用的紧急密封装置，其结构如图1所示，包括弹性皮囊1，通过注入管路7与弹性皮囊1连通的填充材料腔8、设置在注入管路7上的主注入泵5、备用注入泵6、单向阀4，以及综合控制箱9作为控制系统。弹性皮囊1上还安装有压力传感器3，综合控制柜9远程控制或者通过就地控制开关2实现就地控制。

弹性皮囊1可靠安装、安置于隧道内，在发生险情时，可以通过就地的开关或者远程的控制箱来控制，启动加注泵设备，将预存的加注材料(水、空气、聚氨酯、高分子材料，或其混合物等)，通过预设管路将皮囊充满。由于体量较大，存放条件差，不建议采用爆炸式充气。

弹性皮囊1按照不同的使用工况，分为便携式，设备装载式，固定式，并采用固定或移动式加注系统、加注泵进行快速填充，填充采用空气、水或高密度聚氨酯类材料等，可以在较短时间内产生较高的抗压强度，并且由于填充在密闭空间，不会被隧道内喷涌物冲走。

1.便携式：将皮囊折叠成规则形状，每件重量控制在15kg以内(符合单人搬运标准)，外留带有单向阀的加注口和压力传感器。在成型隧道中可以储备在隧道中固定位置随时取用；在隧道施工过程中可以储存在盾构设备的后配套台车上，方便随时取用；或直接由外界送入隧道中使用。

2.设备装载式：在在建隧道中，将叠成规则形状的皮囊按安装在盾构、tbm掘进设备尾部，或者后配套台车尾部；在已建隧道中，将皮囊按规则形状安装在运营车辆头尾部。

在掘进设备上配置加注泵设备、管路和加注材料，在危险发生时，可以就地直接使用或在地面发出操控信号，迅速封堵和支撑隧道截面，形成封闭和支撑体系，有效延缓或者阻隔喷涌物，留出逃生空间，并降低隧道损坏造成的工程损失。

3.固定式：将皮囊安装、敷设在成型隧道内，或隧道洞口端面固定位置，按风险评估要求设定安装间距，接好专用管路和压力传感器，在隧道内固定位置或隧道外固定位置存放注入泵和加注材料，成为隧道风险预案其中的一个环节，在隧道遭遇险情时实施就地和远程的加注作业，封闭隧道，降低隧道事故风险，减少隧道事故损失。

通过注入管路7上的单向阀4防止泄压，并且在应急时能够通过皮囊上的带单向阀管路，利用填充材料腔8向弹性皮囊1中迅速充满压缩空气、水、或聚氨酯等材质，将风险面隔断，且内压合理抵抗外部负载，不对成型管片造成破坏。并且在注入管路7上采用至少备用1路的管路设计，具有较高的安全冗余。

控制系统，即本实施例中的综合控制箱9对注入弹性皮囊1中的压缩空气、水或聚氨酯量进行就地和远程控制，有效的控制注入设备如空压机、泵等启动，并将皮囊充满起效，并配合压力传感器3的反馈信号，具有一定的压力控制和持续保压作用。弹性皮囊充满时，除皮囊自身与隧道内壁的摩擦力外，对皮囊沿隧道轴向的位移进行辅助限制，并且还设有限位机构11实现定位。

图2为大型隧道截面，将折叠的弹性皮囊1敷设安装在隧道10顶部，或安装在隧道两侧壁。

图3为普通隧道截面，将折叠的弹性皮囊1安装在隧道10顶部或隧道两侧。

图4为普通隧道截面，将折叠的弹性皮囊1沿隧道10内壁周向敷设。

图5为充盈弹性皮囊1将隧道10截面堵满封住，其中a为中小型隧道截面封堵情况示意，中小型空间比较单一；b为大型隧道截面封堵情况(由于大型隧道截面往往道路面、路面下面的设备和通道空间及隧道顶部烟道均分层设计，如需全面封堵需要在不同隔腔内单独布置皮囊)。

图6为单个充盈弹性皮囊1将隧道10截面堵满封住，并依靠弹性皮囊1与隧道内壁的摩擦力和限位机构11来抵抗隧道轴向的喷涌物压力。限位机构11采用铰链结构，一块铰板锚固在隧道10管片内壁，另一块铰板固定在弹性皮囊1上，在不使用状态倒伏在隧道10管片内壁上，随着弹性皮囊1充满，固定在弹性皮囊1上的铰板立起，起到抵抗反向力作用。

图7为多个充盈弹性皮囊1将隧道10截面堵满封住，并依靠多个弹性皮囊1与隧道内壁的摩擦力和限位机构11来抵抗隧道轴向的喷涌物压力。同时，在隧道截面较大时且安装位置不够的情况下，采用充满多个弹性皮囊1来封堵隧道10截面的方案，其中a为多个同等规格、均能够以一个皮囊将隧道堵满的设置情况，可以组合的效果，适用于固定设置或者临时增加，b为多个不同规格大小，通过组合使用将隧道堵满的设置情况，适用于隧道截面不规整的情况，临时补充增设的情况或者应急增加的情况。

在发现险情时，在确认封堵段内无人员及其他条件允许的情况下，通过就地控制开关2或远程的综合控制柜9启动主注入泵5，在主注入泵5故障的情况下或为了增加流量，提高填充速度，还可以启动预留的备用注入泵6，将填充材料腔8内的填充材料通过注入管路7注入弹性皮囊1内。

在注入管路7接入弹性皮囊1的接口处设置单向阀4，防止弹性皮囊1在注入过程中和注入完成后泄压，压力传感器3可以反馈弹性皮囊1内的压力情况给综合控制柜9，在弹性皮囊1内达到设定压力后关停主注入泵5和备用注入泵6。也可以通过控制填充材料8的注入量来控制弹性皮囊1内的压力。

弹性皮囊1内注入材料可根据实际需要选择容易清理恢复的压缩空气、水，也可以采用具有一定抗压强度的速凝聚氨酯或其他速凝高分子材料，起到有效的支护封堵作用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。