隧道中橡胶气囊阻漏受力分析模型及试验验证

随着地下空间的开发利用,在修建地铁及隧道的过程中,经常遭遇易渗漏或者涌水突泥的地下环境,地下水涌入隧道会对施工及周围环境造成恶劣影响,为减少此类损失,需要尽快将涌水区隔离.本文提出将橡胶气囊置于隧道中作为临时性挡水结构,利用气囊充气膨胀后与隧道壁之间产生的摩阻力来抵抗压力,使水体被阻隔在气囊一端,起到有效隔离的作用.气囊是薄膜结构,受隧道壁的环向约束,其在外压作用下的变形特性以及保持稳定、不滑动、不损坏的控制条件是研究的重点和核心.本文建立了弹性气囊的受力分析模型,考虑材料的拉伸特性,结合气囊在隧道中的边界条件和受力条件,对气囊一端在外压作用下的变形特性进行研究,从而得到气囊自开始变形至极限状态的过程中的变形规律和内压增长的计算公式,确定气囊保持稳定时所能够抵挡的最大外压.同时,得到了气囊能够有效工作的3个控制条件,即外压不能大于变形后的内压、外力不能大于最大静摩阻力和材料张力不能大于抗拉强度.采用伸缩性较大、变形明显的橡胶材料进行模型试验验证,试验结果与理论分析得到的规律有很好的一致性.