一种矿山法水下隧道充气式挡水墙的制作方法

本发明涉及隧道中的施工安全装置技术领域，尤其涉及一种矿山法水下隧道充气式挡水墙。

背景技术：

穿江越海隧道往往是现代都市交通系统中的重要节点，目前水下隧道最常采用的工法主要有：矿山法、盾构法、沉管法等，其中矿山法隧道在水深较深且地质条件复杂的场区环境应用广泛，具有代表性的工程有厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底隧道等。

与盾构隧道不同，矿山法水下隧道的开挖面为开放式，在穿越富水软弱地层或裂隙发育的岩石地层时，开挖面易发生涌水事故，轻则影响施工进度，重则威胁洞内人员、设备的安全。在遭遇这种地层条件时，一般采用注浆加固堵水，并辅以机械抽排的方法进行预处理。但是由于地下工程环境的不确定性，注浆加固的效果因地因时而异，翔安海底隧道与胶州湾海底隧道在注浆后开挖过程中均出现过不同程度的开挖面涌水状况，因此矿山法水下隧道一般均在开挖面后方布置至少一道施工临时挡水装置以应对这种状况。

目前惯用的施工临时挡水装置形式为：在开挖面后方，围岩完整段浇筑一道混凝土墙，并通过径向锚索(管)与周边围岩连接，墙上预留门洞并安装单开或双开钢结构门扇，该门仅能朝开挖面方向单向开启，门扇与门框周边安装可压缩密封橡胶条。在隧道正常施工时，门扇呈打开状态；工作面发生涌水事故时，关闭门扇，阻挡来水。这种挡水装置存在以下几个局限性：

1)门枋侵入隧道净空，形成运输行车的瓶颈；

2)为达到密封要求，混凝土门枋须设置门槛，并斜搭钢板桥等才能行车，若关闭门扇须先移开钢板桥等沉重的障碍物，这无疑会影响抢险效率；

3)要求设置在围岩完整且强度较高的区段，位置选择不自由；

4)作为施工临时构筑物后期拆除困难；

5)混凝土门枋浇筑及钢结构门扇焊接制作过程复杂，造价高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于矿山法水下隧道、能够在隧道发生涌水时可以迅速投入使用的矿山法水下隧道充气式挡水墙。

为实现上述目的，本发明的一种矿山法水下隧道充气式挡水墙的具体技术方案为：

一种矿山法水下隧道充气式挡水墙，包括：钢筋混凝土底座；可膨胀的气囊，底部固定在钢筋混凝土底座上，两侧固定在隧道支护结构侧墙上；盖状钢板，设置在气囊的外部，位于钢筋混凝土底座上，盖状钢板的顶面与施工道路平齐，通过气囊的膨胀与压缩以带动盖状钢板向上移动或落下。

进一步，盖状钢板呈矩形，垂直于隧道轴线处设置有可承力支座。

进一步，盖状钢板靠近迎水侧的一边通过铰接支座固定在钢筋混凝土底座，靠近背水侧的一边通过活动支座与钢筋混凝土底座活动连接，盖状钢板绕铰接支座自由转动。

进一步，气囊通过充气管与充气泵相连，气囊上设置有用于充气的充气嘴，充气泵通过充气管与气囊上的充气嘴相连，以向气囊内充气。

进一步，充气管上设置有用于显示、控制供气量的压力表。

进一步，盖状钢板上靠近充气嘴处预留有形孔洞，以便充气。

进一步，气囊包括受力骨架，受力骨架为高强度合成纤维织物。

进一步，气囊的内表面与外表面均设置有橡胶层，通过橡胶层的弹性以实现气囊的膨胀。

进一步，钢筋混凝土底座靠近背水侧处设置有单向坡，通过单向坡与隧道底板之间形成有呈v型的集水槽，集水槽内设置有潜水泵和预埋排水管。

本发明的一种矿山法水下隧道充气式挡水墙的优点在于：

1)适用于矿山法水下隧道施工过程中的充气式挡水墙，该装置在隧道发生涌水时可以迅速投入使用，阻挡来水，为抢险提供缓冲时间；在非工作状态可收纳，不占用隧道内部空间；在隧道贯通后拆除方便；

2)在未发生涌水事故时，气囊可以收纳在盖状钢板的下方，不侵占隧道净空，方便施工行车；

3)在发生涌水事故时，仅需通过充气泵向气囊充气，通过鼓起的气囊推动盖状钢板即可形成挡水墙，操作方便快捷；

4)不受围岩条件限制，设置挡水墙的位置更加自由；

5)隧道贯通后仅需拆除气囊，并浇筑底板即可，拆除方便快捷；

6)工法工艺简单，成本相对更低。

附图说明

图1为本发明的充气式挡水墙的俯视图；

图2为本发明的充气式挡水墙在收纳状态时的侧视图；

图3为本发明的充气式挡水墙在工作状态时的侧视图；

图4为本发明的充气式挡水墙在收纳状态时的隧道轴向视图；

图5为本发明的充气式挡水墙在工作状态时的隧道轴向视图。

图中：1、钢筋混凝土底座；2、气囊；3、盖状钢板；4、预埋排水管；5、集水坑；6、充气泵；7、压力表；8、充气嘴；9、隧道支护结构侧墙；10、楔块；11、集水槽；12、矿山法水下隧道工作面；13、铰接支座。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种矿山法水下隧道充气式挡水墙做进一步详细的描述。

如图1至图5所示，其示为本发明的一种矿山法水下隧道充气式挡水墙，包括钢筋混凝土底座1、气囊2、盖状钢板3。如图3和图5所示的气囊2工作状态，气囊2充气膨胀后堵塞隧道下部断面；如图2和图4所示的气囊2收纳状态，气囊2放气后收纳在盖状钢板3下方。

进一步，盖状钢板3设置在气囊2的外部，盖状钢板3呈矩形，垂直于隧道轴线2处设置有可承力支座，通过气囊2的膨胀与压缩以带动盖状钢板3向上移动或落下。气囊2在矿山法水下隧道正常施工时处于放气的收纳状态，并上覆上盖状钢板3，盖状钢板3的顶面与施工道路平齐，可供施工车辆通行。

进一步，盖状钢板3靠近迎水侧的一边通过多个铰接支座13固定在钢筋混凝土底座1，靠近背水侧的一边通过活动支座与钢筋混凝土底座1活动连接，盖状钢板3能够绕迎水侧一边的铰接支座13自由转动。

进一步，气囊2的底部通过楔块10锚固在钢筋混凝土底座1上，两侧通过冷粘合固定在隧道支护结构侧墙9上，以上锚固及粘合方式也可用螺栓压板等方式代替，所有锚固面及贴合面均采用防水密封胶进行防水处理。

进一步，气囊2通过充气管与充气泵6相连，气囊2上设置有用于充气的充气嘴8，充气泵6通过充气管与气囊2上的充气嘴8相连，以向气囊2内充气。此外，充气管上设置有用于显示、控制供气量的压力表7。

此外，如图1所示，盖状钢板3上靠近充气嘴8处预留有形孔洞，以方便充气。

进一步，气囊2包括受力骨架，受力骨架为高强度合成纤维织物。此外，气囊2的内表面与外表面均设置有橡胶层(优选三元乙丙橡胶层)，通过橡胶层的弹性以实现气囊2的膨胀。

进一步，钢筋混凝土底座1横断面为两个支脚形，支脚嵌入隧道底板以下围岩，钢筋混凝土底座1的顶面低于隧道路面高度，并在钢筋混凝土底座1的背水侧设置有单向坡，通过单向坡与隧道底板之间形成呈v型的集水槽11。集水槽11内设置有潜水泵和预埋排水管4。待事故抢险完成后，将气囊2缓慢放气，积水翻过挡水墙流入v型的集水槽11内，并通过预埋排水管4汇入集水坑5，再通过潜水泵抽至临近废水泵房。同时，盖状钢板3沿铰接支座13转动落下闭合恢复原位。

下面结合附图对本发明的一种矿山法水下隧道充气式挡水墙的工作过程进行描述：

如图2所示，在矿山法水下隧道正常施工时处于放气状态，气囊2收纳在盖状钢板3的下方，盖状钢板3的顶面与施工道路平齐，可供施工车辆行驶。

如图3所示，当矿山法水下隧道工作面12发生涌水事故时，将充气泵6通过充气管与气囊2上的充气嘴8相连，以向气囊2内充气，并通过充气管上的压力表7控制供气量。气囊2膨胀后将盖状钢板3顶起，盖状钢板3斜搭在气囊2上，两者共同形成挡水墙。

待事故抢险完成后，将橡胶气囊2缓慢放气，积水翻过挡水墙流入v型的集水槽11内，并通过预埋排水管4汇入集水坑5，再通过潜水泵抽至临近废水泵房。同时，盖状钢板3沿铰接支座13转动落下闭合恢复原位。

本发明一种矿山法水下隧道充气式挡水墙，适用于矿山法水下隧道施工过程中的充气式挡水墙，该装置在隧道发生涌水时可以迅速投入使用，阻挡来水，为抢险提供缓冲时间；在非工作状态可收纳，不占用隧道内部空间；在隧道贯通后拆除方便；在未发生涌水事故时，气囊可以收纳在盖状钢板的下方，不侵占隧道净空，方便施工行车；在发生涌水事故时，仅需通过充气泵向气囊充气，通过鼓起的气囊推动盖状钢板即可形成挡水墙，操作方便快捷；不受围岩条件限制，设置挡水墙的位置更加自由；隧道贯通后仅需拆除气囊，并浇筑底板即可，拆除方便快捷；工法工艺简单，成本相对更低。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。