不同直径匹配度封堵气囊的工作机理和试验验证

为研究气囊作为临时性封堵装置在隧道工程中的应用情况,建立其受力分析模型,得到了气囊内压和形状随外压增长的变化规律,得到了两种失效模式和正常工作时需要满足的3个控制条件,特别是外压不能大于内压这一独特的控制条件.由于气囊直径与隧道匹配度的大小直接影响封堵效果,因此确定直径允许误差范围在工程设计中至关重要.分别采用直径大于、等于、小于隧道直径的3种气囊进行堵气和堵水的模型试验,得到不同直径匹配度的气囊在气压和水压作用下的变形规律、内外压关系及失效极限状态的控制条件.试验结果表明:直径适中的气囊匹配性最好,气囊的变形和失效模式完全符合理论公式;直径略偏大的气囊若不出现初始贯通的褶皱,其封堵效果和失效模式与直径适中的气囊类似;直径偏小的气囊,由于一部分内压用于抵消使其膨胀至贴紧隧道壁所产生的材料拉力,容易导致其摩阻力不足而在外压作用下产生整体滑动.据此提出了气囊制作误差允许范围上下限的标准,为气囊制作过程中的误差控制提供依据.