一种隧道内可伸缩式轻质救生舱的制作方法

本发明涉及一种隧道内可伸缩式轻质救生舱，属于隧道施工救援技术领域。

背景技术

施工坍塌是隧道施工过程中常见的工程事故，隧道内的施工坍塌事故具有极大的破坏性，很容易导致施工人员的伤亡。为了减少施工坍塌事故对施工人员的伤害，目前国家、地方已经提出强制性要求，要求施工单位在隧道内提供救生舱等防护救生设备。目前国内隧道领域使用的救生舱大都采用钢材制成，钢制救生舱虽然具有强度大、可靠性高的优点，但同时也具有自重大、体积大等缺点，由于隧道内施工空间狭窄，钢制救生舱给隧道施工制造了巨大的不便，很多施工单位平常都将救生舱放在隧道外面，只有等到相关部门来检查时才将救生舱运至施工掌子面附近以应付检查，因此未能发挥救生应急的作用。现有隧道施工救生舱普遍具有占用空间大、运输困难，对隧道施工干扰大的弊端，因此迫切需要开发一种轻质、高强、占据空间少的新型救生舱设备。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种隧道内可伸缩式轻质救生舱，目的在于克服现有救援舱设备存在的占用空间大、自重大、对隧道施工干扰大等缺点。在正常施工状态时该救生舱处于压缩状态，占据空间很小，对施工干扰很小；在危险状态时救生舱处于伸展状态，为施工人员提供避险空间和逃生通道；具有显著的经济价值和推广前景。

本发明技术方案是：一种隧道内可伸缩式轻质救生舱，包括若干节救生舱，若干节舱体首尾相连形成一个救生舱整体；

每一节救生舱包括救生舱钢骨架1、救生舱体2；救生舱体2固定在救生舱钢骨架1上，救生舱钢骨架1为可伸缩式的钢骨架，救生舱体2的外壳气囊内设置有气体发生器14，使用时，气体发生器14产生气体，气体充气导致救生舱体2的外壳气囊扩张，从而使得气囊桶状救生舱从压缩状态转变为拉伸状态，同时也带动救生舱钢骨架1从压缩状态转换为伸展状态。

相邻两个救生舱之间采用高强扣条13进行连接，由20-50节独立救生舱连接组成一个整体的救生舱。

所述救生舱钢骨架1包括第一滚珠轴承环状结构3、第二滚珠轴承环状结构3、钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23、钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25、钢筋ⅶ26、钢筋ⅷ27；

所述钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23的一端通过一个能自由转动的第一铰接头15连接在一起呈x形，钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第一滚珠轴承环状结构3的外环18和内环16上；钢筋ⅳ23的另一端、钢筋ⅲ22的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第二滚珠轴承环状结构3的外环18和内环16上；钢筋ⅳ23是与钢筋ⅰ20相对着的一侧上的钢筋，钢筋ⅲ22是与钢筋ⅱ21相对着的一侧上的钢筋；

所述钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25、钢筋ⅶ26、钢筋ⅷ27的一端通过一个能自由转动的第二铰接头15连接在一起呈x形；钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第一滚珠轴承环状结构3的内环16和外环18上；钢筋ⅷ27的另一端、钢筋ⅶ26的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第二滚珠轴承环状结构3的内环16和外环18上；钢筋ⅷ27是与钢筋ⅴ24相对着的一侧上的钢筋，钢筋ⅶ26是与钢筋ⅵ25相对着的一侧上的钢筋；

且所述钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅵ25、钢筋ⅴ24的另一端以此顺序环状的连接第一滚珠轴承环状结构3的外环18、内环16、外环18、内环16；

且所述钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23、钢筋ⅷ27、钢筋ⅶ26的另一端以此顺序环状的连接第二滚珠轴承环状结构3的内环16、外环18、内环16、外环18。

所述滚珠轴承环状结构3包括内环16、外环18、滚珠17、滚珠保持器19；滚珠17用环高铬钢制成，滚珠保持器19用于固定滚珠17以免脱落，内环16与外环18通过滚珠17连接用于减少摩擦力，形成一个容易扭动的装置，用于方便救生舱钢骨架1从压缩状态转化为伸展状态。

所述救生舱体2通过压条5和钢扣ⅱ6固定在救生舱钢骨架1上。

所述救生舱体2的舱体外壳为独立密封双层气囊舱体外壳；密封双层气囊舱体外壳是一个桶状气囊结构，气囊采用双层材料制作，外层为高分子帆布材料，内层为橡胶密封材料，在每一个独立的双层密封救生舱的气囊内部均安放了一个气体发生器14。气体发生器14在被触发后瞬间产生大量气体，气体充填气囊使得救生舱体从压缩状态转化为伸展状态，同时带动救生舱钢骨架从压缩状态转化为伸展状态，为施工人员提供避险空间和逃生通道；救生舱钢骨架部分采用高强钢筋制成，主要为救生舱提供径向支撑力，抵抗坍塌的土体压力，维持舱体的内部空间。

单节独立救生舱舱体的伸展长度为0.3m-0.45m，压缩长度为0.1m-0.15m；整个救生舱由20-50节独立救生舱串联而成，总的伸展长度为6m-23m，压缩长度为2m-7.5m；伸展状态的救生舱能容纳8-20人；单节救生舱的重量为2kg-3kg，整个救生舱的重量为40kg-150kg之间，所述救生舱体2的内部直径为0.8-1.2m。

每个独立的救生舱的舱体上均设有排气口。在排除险情之后可以将舱体内的气体放出以便后期施工循环利用。

所述气体发生器14采用遥控式的气体发生器，遥控式的气体发生器包括电控单元ecu、点火剂、产气剂三个部分，遥控器向电控单元ecu发出指令，电控单元ecu引爆点火剂，点火剂点燃产气剂，在瞬间产生大量气体；所述气体发生器14中的产气药剂采用硝酸铵nh4no3、硝酸锶srno32、硝基呱为主料的产气药剂。

在靠近洞口的救生舱内设置了供氧给水管道10，供氧给水管道10采用橡胶软管，一端连接至隧道洞口，另一端安放在救生舱底部，同时还在救生舱靠近隧道洞口一端放置了应急物资储备9。

当隧道施工中出现塌方时，可以通过遥控器启动气体发生器14，气体发生器14在瞬间产生大量气体使得双层密封舱体外壳内部充气，双层密封舱充气后向两侧伸展，带动可伸缩式钢骨架伸展至最长状态，多个独立相连的救生舱充气后伸展形成一个大的救生舱，施工人员可以进入救生舱内部暂避，也可以将救生舱作为逃生通道转移至安全地带，从而达到救生的目的。在隧道工程施工过程中，可以将救生舱从模板台车沿隧道纵向铺设至施工掌子面，并且随着施工进度向前推移，救生舱放置在隧道边墙脚位置，达到时刻为施工人员提供躲避空间或逃生通道之目的。

本发明的有益效果是：使用本发明提供的救生舱能够替代传统的钢制救生舱，同时还具有自重轻、便于搬运、可伸缩、占据空间小等优点，解决了传统钢制救生舱占据大量施工空间、难以搬运等缺点；此外该救生舱不仅可以为施工人员提供避险空间，还可以作为施工人员的逃生通道；因此该发明显著的经济价值和推广前景。

附图说明

图1为救生舱摆放位置图(隧道横断面)；

图2为救生舱拉伸状态骨架示意图；

图3为救生舱压缩状态骨架示意图；

图4为救生舱骨架铰接点细部示意图；

图5为救生舱伸展状态分段连接示意图；

图6为救生舱压缩状态分段连接示意图；

图7为救生舱压缩状态整体示意图；

图8为救生舱伸展整体示意图；

图9为救生舱伸展状态整体纵剖面图一；

图10为救生舱伸展状态纵剖面图二；

图11为救生舱压缩状态整体纵剖面图一；

图12为救生舱压缩状态整纵剖面图二。

图1-12中各标号：1-救生舱钢骨架，2-救生舱体，3-滚珠轴承环状结构，4-钢扣ⅰ，5-压条，6-钢扣ⅱ，9-应急物资储备，10-供氧给水管道，13-扣条，14-气体发生器，15-铰接头，16-内环，17-滚珠，18-外环，19-滚珠保持器，20-钢筋ⅰ，21-钢筋ⅱ，22-钢筋ⅲ，23-钢筋ⅳ，24-钢筋ⅴ，25-钢筋ⅵ，26-钢筋ⅶ，27-钢筋ⅷ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-12所示，一种隧道内可伸缩式轻质救生舱，包括若干节救生舱，若干节舱体首尾相连形成一个救生舱整体；

每一节救生舱包括救生舱钢骨架1、救生舱体2；救生舱体2固定在救生舱钢骨架1上，救生舱钢骨架1为可伸缩式的钢骨架，救生舱体2的外壳气囊内设置有气体发生器14，使用时，气体发生器14产生气体，气体充气导致救生舱体2的外壳气囊扩张，从而使得气囊桶状救生舱从压缩状态转变为拉伸状态，同时也带动救生舱钢骨架1从压缩状态转换为伸展状态。

进一步的，相邻两个救生舱之间采用高强扣条13进行连接，由20-50节独立救生舱连接组成一个整体的救生舱。

进一步的，所述救生舱钢骨架1包括第一滚珠轴承环状结构3、第二滚珠轴承环状结构3、钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23、钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25、钢筋ⅶ26、钢筋ⅷ27；

所述钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23的一端通过一个能自由转动的第一铰接头15连接在一起呈x形，钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第一滚珠轴承环状结构3的外环18和内环16上；钢筋ⅳ23的另一端、钢筋ⅲ22的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第二滚珠轴承环状结构3的外环18和内环16上；钢筋ⅳ23是与钢筋ⅰ20相对着的一侧上的钢筋，钢筋ⅲ22是与钢筋ⅱ21相对着的一侧上的钢筋；

所述钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25、钢筋ⅶ26、钢筋ⅷ27的一端通过一个能自由转动的第二铰接头15连接在一起呈x形；钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第一滚珠轴承环状结构3的内环16和外环18上；钢筋ⅷ27的另一端、钢筋ⅶ26的另一端均分别通过钢扣ⅰ4连接在第二滚珠轴承环状结构3的内环16和外环18上；钢筋ⅷ27是与钢筋ⅴ24相对着的一侧上的钢筋，钢筋ⅶ26是与钢筋ⅵ25相对着的一侧上的钢筋；

且所述钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅵ25、钢筋ⅴ24的另一端以此顺序环状的连接第一滚珠轴承环状结构3的外环18、内环16、外环18、内环16；

且所述钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23、钢筋ⅷ27、钢筋ⅶ26的另一端以此顺序环状的连接第二滚珠轴承环状结构3的内环16、外环18、内环16、外环18。

进一步的，所述滚珠轴承环状结构3包括内环16、外环18、滚珠17、滚珠保持器19；滚珠17用环高铬钢制成，滚珠保持器19用于固定滚珠17以免脱落，内环16与外环18通过滚珠17连接用于减少摩擦力，形成一个容易扭动的装置，用于方便救生舱钢骨架1从压缩状态转化为伸展状态。

进一步的，所述救生舱体2通过压条5和钢扣ⅱ6固定在救生舱钢骨架1上。

进一步的，所述救生舱体2的舱体外壳为独立密封双层气囊舱体外壳；密封双层气囊舱体外壳是一个桶状气囊结构，气囊采用双层材料制作，外层为高分子帆布材料，内层为橡胶密封材料，在每一个独立的双层密封救生舱的气囊内部均安放了一个气体发生器14。气体发生器14在被触发后瞬间产生大量气体，气体充填气囊使得救生舱体从压缩状态转化为伸展状态，同时带动救生舱钢骨架从压缩状态转化为伸展状态，为施工人员提供避险空间和逃生通道；救生舱钢骨架部分采用高强钢筋制成，主要为救生舱提供径向支撑力，抵抗坍塌的土体压力，维持舱体的内部空间。

进一步的，单节独立救生舱舱体的伸展长度为0.3m-0.45m，压缩长度为0.1m-0.15m；整个救生舱由20-50节独立救生舱串联而成，总的伸展长度为6m-23m，压缩长度为2m-7.5m；伸展状态的救生舱能容纳8-20人；单节救生舱的重量为2kg-3kg，整个救生舱的重量为40kg-150kg之间，所述救生舱体2的内部直径为0.8m。

进一步的，每个独立的救生舱的舱体上均设有排气口。在排除险情之后可以将舱体内的气体放出以便后期施工循环利用。

进一步的，所述气体发生器14采用遥控式的气体发生器，遥控式的气体发生器包括电控单元ecu、点火剂、产气剂三个部分，遥控器向电控单元ecu发出指令，电控单元ecu引爆点火剂，点火剂点燃产气剂，在瞬间产生大量气体；所述气体发生器14中的产气药剂采用硝酸铵nh4no3、硝酸锶srno32、硝基呱为主料的产气药剂。

进一步的，在靠近洞口的救生舱内设置了供氧给水管道10，供氧给水管道10采用橡胶软管，一端连接至隧道洞口，另一端安放在救生舱底部，同时还在救生舱靠近隧道洞口一端放置了应急物资储备9。

本发明的工作原理是：

正常施工时救生舱处于压缩状态，钢骨架收缩，密封舱体处于松弛状态；当隧道施工中出现塌方等紧急情况时，通过遥控器启动气体发生器在密封双层舱体的两层帆布间产生大量气体，气体将密封双层舱体外壳撑开，带动钢骨架从收缩状态伸展至极限；从而形成一个救生空间和逃生通道；救生舱里设置供氧、给水等物资输送管道以及急救箱和气体应急物资等。

救生舱是由多个独立密封的舱体串联而成；当单个舱体出现破损漏气时，其他舱体不受影响，能够继续发挥避险和逃生功能。

钢骨架采用可伸缩式设计，隧道内正常施工时，钢骨架处于收缩状态，整个救生舱也处于收缩状态，因此占据的空间很小。独立救生舱的伸展主要由气体膨胀激发，因为气体发生器可以采用遥控式的气体发生器，当遇到紧急情况时，通过遥控器控制气体发生器在瞬间产生大量气体，气体膨胀将处于收缩状态的密封救生舱撑开，救生舱带动钢骨架由收缩状态转化为伸展状态，从而形成一个完整的避险空间和逃生通道。

气体发生器设置在双层密封救生舱两层密封帆布中间，气体发生器根据遥控器信号指示产生点火动作，点燃燃料(硝酸铵nh4no3、硝酸锶sr(no3)2、硝基呱为主料的产气药剂)并产生气体向双层密封救生舱充气，使密封舱迅速膨胀。

可伸缩的钢骨架采用高强圆钢筋制成，钢骨架和独立救生舱的内径采用0.8m，既满足人爬行通过的需要，又不至于因内径过大导致钢骨架的强度损失。

救生舱密封舱体外壳采用多层结构，外表面层为高分子帆布材料，内层为橡胶密封材料，外层材料用以抵抗坍落岩块，发挥承压防刺破功能，内层材料发挥密封防漏气功能。

单节救生舱平常处于收缩状态，在气囊内部安放有遥控气体发生器，处于收缩状态的救生舱长度约为0.1m-0.15m，当发生紧急状况时，工人可以通过遥控器激发气体发生器，在瞬间(0.1秒)产生大量气体，气体充气导致气囊扩张，从而使得气囊桶状救生舱在很短的时间内从压缩状态转变为拉伸状态，同时也带动救生舱钢骨架从压缩状态转换为伸展状态，单节救生舱的伸展长度为0.3m-0.45m，为压缩状态长度的3倍；所述救生舱自重轻，仅为钢制救生舱重量的1/6-1/10，更易于拆装和搬运。

整个救生舱由多个单节的救生舱连接而成，单个救生舱之间采用高强钢扣进行连接，一般由20-50节独立救生舱连接组成一个整体的救生舱，当救生舱仅作为避险空间时，长度可以控制在10m以内，为5-8个工人提供救生空间，当救生舱同时作为逃生通道是，可根据施工掌子面至衬砌台车的距离设置救生舱阶段和总长度，单个救生舱的维护结构均处于独立密封状态，当某个独立的救生舱体被掉落的石块刺破后并不会影响其他舱体的功能，可提高舱体的整体使用可靠性；

在隧道施工时，救生舱应随隧道掌子面前移不断向前移动，救生舱伸展后入口位置应保持距离掌子面3-4m左右。

每一个单个救生舱体的外部维护结构均为桶状气囊结构，气囊采用双层复合材料结构，外层为高分子帆布材料，用于抵扣掉落石块的冲击，防止气囊被刺破，内层采用橡胶密封材料，防止气囊漏气，每一个气囊内部均安放一个遥控气体发生器，遥控气体发生器的产气剂在被激发后在0.1秒内产生大量的氮气，为确保救生舱的强度，气囊内部充填氮气以后的气压保持在0.2-0.25mpa之间，与家用小轿车的轮胎压力相当；

在救生舱内部预留了供水供氧管道10以及应急物资9，已被避险工人等待救援之用。

当救生舱钢骨架1处于压缩状态时，钢筋ⅴ24、钢筋ⅷ27、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22构成一个类似于第一滚珠轴承环状结构3、第二滚珠轴承环状结构3的内环16的圆；

钢筋ⅶ26、钢筋ⅵ25、钢筋ⅳ23、钢筋ⅰ20构成一个类似于第一滚珠轴承环状结构3、第二滚珠轴承环状结构3的外环18的圆；

当救生舱钢骨架1从压缩状态变到拉伸状态时，第一滚珠轴承环状结构3、第二滚珠轴承环状结构3的内环16静止，第一滚珠轴承环状结构3、第二滚珠轴承环状结构3的外环18相对旋转90度，相邻两条钢筋分离至最远状态，钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23、钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25、钢筋ⅶ26、钢筋ⅷ27形成救生舱的支撑骨架。

所述钢筋ⅰ20、钢筋ⅱ21、钢筋ⅲ22、钢筋ⅳ23的一端均与第一铰接头15连接且连接处能在第一铰接头15上自由转动，所述钢筋ⅴ24、钢筋ⅵ25、钢筋ⅶ26、钢筋ⅷ27的一端均与第二铰接头15连接且连接处能在第二铰接头15上自由转动。

如图1，本发明能放在隧道的边墙处，本发明利用可伸缩钢骨架与充气式气囊形成一个自重轻、可升缩的救生舱空间，替代传统的钢制管状救生舱，本发明提出的救生舱具有自重轻、占用空间小、可根据需要随意加长或缩短的优点，能够较好地解决传统钢制管状救生舱自重大、搬移困难、体积大、严重影响施工等缺点；此外本发明提出的救生舱能够随意加长，因此还可以作为逃生通道使用，在造价上和使用性能上均具有显著的优势，因此具有突出的经济价值和推广前景。

实施例2：如图1-12所示，一种隧道内可伸缩式轻质救生舱，本实施例与实施例1相同，其中：所述救生舱体2的内部直径为1.2m。

实施例3：如图1-12所示，一种隧道内可伸缩式轻质救生舱，本实施例与实施例1相同，其中：所述救生舱体2的内部直径为1m。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。