一种快速处理隧道涌水的环式隔腔气囊结构的制作方法

本发明属于岩土工程和隧道工程中挡水装置，尤其涉及一种快速处理隧道涌水的环式隔腔气囊结构。

背景技术：

1、随着交通运输不断发展，地下空间得以充分开发利用，地下隧道、城市管线通道等不断建设施工。地下铁路隧道、城市管线经过的区域中难免包含水层或岩层裂隙发育地带，因此在施工期间存在渗漏、涌水突泥等风险，甚至会造成隧道坍塌、地面塌陷等事故，给人们的财产和生命安全带来严重隐患。

2、现有技术中，例如申请公布号为cn106476341a公开了一种快速处理隧道涌水突泥问题的橡胶囊生产工艺，包括橡胶囊内胆，内胆包括直筒段及与直筒段直径相同的挡水半球和注气半球，直筒段与挡水半球、直筒段与注气半球采用热合方式连接，在注气半球的中心安装注气口。

3、但是，现有技术中，若隧道发生涌水情况，需要先向气囊的橡胶内胆中充气，使气囊膨胀塞满整个隧道断面起到初步挡水作用，为了保证气囊能够抵御较强的涌水压力，还需要在气囊中持续填充气体，从而增加气囊橡胶内胆的压力。此种情况下，气囊是整个的单元腔，其突出问题在于：为了抵挡比较大的外压，气囊的长度也较长，在使用时需耗费一段时间才能将其完全充满、抵挡在隧道壁上，进而起到封堵水压的作用，但是对于抢险项目，时间就是生命，期望在最短的时间内使气囊充满至隧道壁上，起到挡水的作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速处理隧道涌水的环式隔腔气囊结构，以解决现有技术中气囊封堵隧道断面用时较长，涌水突泥封堵不及时带来安全隐患的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种快速处理隧道涌水的环式隔腔气囊结构，包括：

4、第一囊体：包括第一外囊体和第一内囊体，第一内囊体设置在第一外囊体内侧，且第一内囊体与第一外囊体相对固定设置，在第一内囊体填充气体后，第一内囊体紧贴第一外囊体设置；

5、第一内囊体包括圆柱段、与圆柱段一体设置的半球状迎荷侧、与圆柱段一体设置的半球状背荷侧；

6、环状气囊：相对固定在第一内囊体的圆柱段中，环状气囊在圆柱段轴向间隔设置有若干个，环状气囊包括与第一内囊体圆柱段同轴设置的环形外侧面、与第一内囊体圆柱段同轴设置的环形内侧面、连接环形外侧面与环形内侧面的第一连接面、连接环形外侧面与环形内侧面的第二连接面，环形外侧面、环形内侧面、第一连接面、第二连接面形成高压环腔；

7、所述环形外侧面与第一内囊体密封固定连接；

8、所述环状气囊通过充气管连通设置；

9、第一充气口：设置在第一内囊体的背荷侧，第一充气口相对第一内囊体密封设置，第一充气口与第一充气设备连通设置；

10、第二充气口：设置在第一内囊体的背荷侧，第二充气口与充气管连通设置，第二充气口相对第一内囊体密封设置，第二充气口与第二充气设备连通设置。

11、有益效果：本发明中，当需要气囊快速充气进行挡水时，第一充气设备通过第一充气口向第一内囊体中充气，由于环状气囊设置在第一内囊体中，且环状气囊与第一内囊体相对独立，这样，环状气囊的存在减小了第一内囊体的体积，在向第一内囊体中填充气体时，相较于在第一内囊体中不设置环状气囊结构，能够减少气体的充入量，也即，能够将第一内囊体快速填充完全，此时，第一内囊体的圆柱段上且在相邻环状气囊之间的囊体与隧道壁顶压接触，从而使第一囊体与隧道壁之间形成摩擦力，从而使第一囊体的半球状迎荷侧能够抵抗初期涌水压力；当涌水压力随着时间逐渐增大时，第二充气设备通过第二充气口向环状囊填充高压气体，从而使环状气囊对隧道壁形成较强挤压，通过环状气囊增加气囊结构与隧道壁之间的摩擦力，从而进一步增加迎荷侧的阻挡涌水的能力；本发明中气囊结构不仅能够快速填充气体使气囊能够阻挡初期水压较小的涌水，若涌水压力较大，能够向环状气囊中快速填充高压气体，增加气囊与隧道壁之间的摩擦力，从而使气囊能够抵抗较强的涌水压力；也即本发明的气囊实现了压力分级，节约了填充气囊的时间，又能够根据涌水压力实现压力分级控制，并且还节约了材料。

12、因此在气囊中分腔，先将部分腔体充满，起到封闭隧道断面的作用，然后根据需要对其他分腔进行充灌，逐步增大与隧道壁的接触强度，提高抵抗外压的作用。这种方法可以实现压力的分腔控制，减少对整体气囊材料强度的要求，最大程度节约时间。

13、进一步的，相邻环状气囊之间的距离不大于环状气囊在圆柱段轴向的宽度。

14、有益效果：在向环状气囊填充高压气体后，能够进一步增加环状气囊与隧道壁之间的压力。

15、所述环状气囊的环形内侧面固定有若干条第一束带，第一束带沿环形内侧面周向均匀布设，且第一束带长度为环形内侧面直径，各第一束带在环形内侧面的圆心处重叠。

16、有益效果：第一束带的设置能够在向第一内囊体中填充气体时，第一束带能够在第一内囊体圆柱段半径方向对环状气囊形成牵拉，避免气体对环状气囊造成挤压；同时第一束带还能够在第一内囊体内部形成支撑，气体填充在第一内囊体内部，从而使第一束带绷紧，增加第一内囊体内部的结构强度。

17、所述环状气囊的第一连接面与相邻环状气囊的第二连接面之间固定连接有若干条第二束带，第二束带延伸方向与第一内囊体的圆柱段轴向延伸方向相同。

18、有益效果：第二束带的设置能够在向第一内囊体中填充气体时，第一束带能够在第一内囊体圆柱段轴向方向对环状气囊形成牵拉，避免气体对环状气囊造成挤压；同时第二束带还能够在第一内囊体内部形成支撑，气体填充在第一内囊体内部，从而使第二束带绷紧，增加第一内囊体内部的结构强度。

19、所述第一充气口设置在第一内囊体的圆柱段轴线与半球状背荷侧相交处，所述第二充气口设置在半球状背荷侧且位于第一充气口上方。

20、有益效果：方便第一充气口的设置。

21、进一步的，所述第一充气口与第二充气口的结构相同，所述第一内囊体在第一充气口与第二充气口处分别开设有第一避让孔和第二避让孔，充气口包括热合固定在第一避让孔孔口处的环形挡板、设置在环形挡板内外两侧的防水垫片、设置在防水垫片的背离环形挡板一侧的连接板，环形挡板、防水垫片、连接板的中心处分别设置有供充气管穿过的穿孔，所述连接板沿周向均布开设有若干连接孔，所述防水垫片、环形挡板上分别开设有与连接孔对应的过孔，连接件穿过连接板的连接孔、防水垫片的过孔、环形挡板的过孔以实现连接板、防水垫片、环形挡板的固定连接。

22、有益效果：环形挡板与避让孔热合处理，增加了避让孔孔口处的结构强度，方便避让孔与防水垫片、连接板之间的连接。

23、进一步的，所述环形挡板的过孔所在轴线至充气管轴线的距离小于避让孔孔壁至充气管轴线的距离。

24、有益效果：避免环形挡板的过孔开设在第一内囊体上，最大程度保护第一内囊体的完整性。

25、进一步的，所述防水垫片与充气管管壁之间密封配合，所述防水垫片与连接件之间密封配合，所述连接板的穿孔孔壁开设有环形凹槽，环形凹槽中设置有环形密封圈，以通过环形密封圈实现与充气管管壁的密封配合。

26、有益效果：在方便充气口设置的同时，还能够保证充气口处的密封性，避免在充气口处发生漏气现象。

27、所述环状气囊的材质为纤维复合材料。

28、有益效果：将环状气囊采用纤维复合材料能够增强环状气囊的结构强度，从而在向环状气囊中填充高压气体时，增加环状气囊的承压能力。

29、所述第一外囊体包括沿第一内囊体圆柱段外周面均布的若干横向加筋带，横向加筋带在半球状迎合侧逐渐收拢在距离圆柱段最远的球面上，横向加筋带在半球状背荷侧逐渐收拢在距离圆柱段最远的球面上，与圆柱段对应的横向加筋带之间热合固定有纵向连接带段，在圆柱段圆周面的周向上，纵向连接带段交错布设，从而与横向加筋带形成网状结构；与半球状迎荷侧和半球状背荷侧对应的横向加筋带上固定有环状连接带，环状连接带与横向加筋带形成半球网状结构。

30、有益效果：第一外囊体具有较强的连接强度并且能够对第一内囊体进行保护。