一种深水隧道紧急救援装备及方法与流程

1.本发明涉及深水隧道交通基础装备技术领域，尤其涉及一种深水隧道紧急救援装备及方法。


背景技术：

2.目前我国沿海地区的交通基础设施逐渐由近海向更深水的海湾、深水海峡和岛屿等延伸，不同于陆地桥隧工程，深水跨海桥隧通道的控制性工程（如海底沉管隧道、悬浮隧道等深水隧道）一般建设在深水区，面临更加复杂多变的海洋环境问题。在深水隧道的设计、建造、安全运营等阶段，除要考虑材料耐久性及结构安全性问题外，还应从风险控制角度，充分考虑在极端破坏性因素下（如台风、地震、爆炸、恐袭、碰撞、泄露、内部火灾等）人员快速撤离和紧急救援等问题，而配备一定数量的紧急救援装备是解决该类问题最直接有效的途径。
3.目前现有技术中对于深水隧道救援（逃生）系统的设计，如申请号为202010063360.1的中国发明专利中公开了一种水下悬浮隧道的逃生系统，包括自动报警系统、逃生时间延长系统和逃生路径。自动报警系统包括视频监控装置、水位监测装置、温度测控装置、有毒气体探测装置和集控中心；逃生时间延长系统包括浮重比调节系统、联络通道密封门和隧道口紧急封门；逃生路径包括隧道内逃生路径和隧道顶部逃生路径；隧道内逃生路径包括通向接岸结构的隧道路面逃生通道和隧道上层逃生通道，以及双管隧道的联络通道；隧道路面逃生通道设在隧道中层；隧道上层逃生通道通过开设在上隔板上的多个人孔进入；隧道顶部逃生路径包括若干个设在隧道顶部的备用应急逃生出口和救援潜航艇。再如申请号为201210017122.2的中国发明专利中公开了一种悬浮隧道可分离的逃生系统，包括紧急安全门、逃生装置、连接机构和密封防水带。紧急安全门包括紧急安全内门、紧急安全内门以及内外之间的安全通道；紧急安全内门设置在内外管体之间，紧急安全外门设置在内外管体外侧壁上。逃生装置包括吸附侧壁、防水密封门、透明可视窗和外围壁。吸附侧壁吸附在连接结构上，连接结构固定设置在内外管体外侧壁上，吸附侧壁上开有防水密封门，防水密封门正中间开有透明可视窗；密封防水带包裹在连接结构整个外围。
4.然而上述中的现有技术方案主要存在以下缺陷：潜航艇或逃生装置通过简易的连接装置悬挂于深水隧道管体的顶部或者侧壁上，在长期的波浪、海流的冲击作用下，潜航艇或逃生装置存在脱落和隧道漏水的重大安全风险隐患。
5.对此，本技术特提出一种深水隧道紧急救援装备及方法以解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种深水隧道紧急救援装备及方法，本发明所提供的一种深水隧道紧急救援装备，包括母舱和救援舱，母舱在施工过程中直接浇筑在深水隧道中，救援舱布置在母舱中，彻底避免了波浪、海流长期直接冲击作用，杜绝了传统潜航器或救援装置悬挂在隧道外壳而发生脱落和隧道漏水的重大安全问题，大大提高了救援装备的安全性。
7.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种深水隧道紧急救援装备，包括母舱、救援舱、蓄水舱与逃生通道，母舱、蓄水舱与逃生通道均浇筑在深水隧道中，救援舱设置在母舱的内部，蓄水舱连接在母舱的下端，所述母舱与所述蓄水舱之间设置有透水板，透水板与所述母舱的内壁相互固定连接， 所述母舱的顶部为开口结构，在母舱顶部的开口处连接有顶封门，所述逃生通道设置在所述母舱的一侧，所述逃生通道与母舱之间相互连通，在逃生通道与母舱之间设置有逃生门；所述救援舱包括主舱体与调节舱，调节舱设置在主舱体的下端，在主舱体的下部一侧连接有进舱门，在主舱体的上部一侧连接有出舱门，在出舱门的下端设置有固定式爬梯，固定式爬梯与所述主舱体的内壁相互固定连接，在固定式爬梯的一侧设置有空气压缩机，空气压缩机用于向调节舱内部注入空气，所述调节舱的内部设置有第一水泵，用于改变调节舱内部水体的体积从而调节救援舱的自重；所述救援舱的外部对称设置有平衡鳍，平衡鳍与所述救援舱之间通过活动螺栓相互连接，在平衡鳍的下端连接有调整缸，调整缸通过伸缩运动从而调整平衡鳍的开度。
8.进一步，所述顶封门的四周设置有水封装置和顶封门锁，所述顶封门与所述母舱之间通过顶封门锁相互连接锁紧，顶封门锁为l型结构，可绕其旋转轴旋转，并在顶封门关闭后将其锁死。
9.进一步，所述顶封门的上端设置有伸缩缸，伸缩缸与顶封门的门栓相互连接，伸缩缸用于控制顶封门的启闭。
10.进一步，所述母舱的内部设置有通气管，通气管的一端与所述逃生通道相互连通，通气管的另一端设置在母舱的内部，在通气管上连接有气阀，用于控制通气管内空气的流通。
11.进一步，所述出舱门处设置有活动式滑梯，活动式滑梯为充气结构，用于人员从主舱体中撤离出舱。
12.进一步，所述主舱体的顶部与主舱体的前侧、后侧均设置有透明视窗，用于保持舱内的光照度。
13.进一步，所述透水板为一种多孔板状结构，用于承受救援舱的自重压力，并可使水在母舱与蓄水舱之间流通。
14.进一步，所述蓄水舱为空腔结构，在蓄水舱的内部安装有第二水泵，第二水泵用于将蓄水舱内部的水抽至深水隧道之外。
15.一种深水隧道紧急救援装备的救援方法，包括以下步骤：步骤1：首先关闭进舱门、出舱门、信号灯，收起活动式滑梯，开启顶封门，定位水下的母舱及水上的救援舱，使得救援舱的底部朝下平放在与母舱对应的竖直线交汇的水面；步骤2：开启第一水泵与空气压缩机，将水抽入调节舱中，使得救援舱的自重逐渐增大，使救援舱的自重大于救援舱整体淹没时所受浮力，在其浮重力的作用下，救援舱下潜落入母舱与蓄水舱之间的透水板上，然后关闭顶封门；步骤3：打开气阀，开启第一水泵与空气压缩机，将调节舱内的水排出，同时开启第二水泵，将蓄水舱内部的水排至深水隧道之外，直至母舱内的水位降至透水板以下，关闭第二水泵和气阀，完成救援舱的准备；步骤4：当深水隧道内部发生突发状况时，隧道内部人员可立即撤离隧道路面，依
次进入逃生通道装置中，依次开启逃生门和进舱门，受困人员进入主舱体内部，然后关闭进舱门和逃生门；步骤5：开启气阀和蓄水舱内部的第二水泵，向蓄水舱内加水，随着水位上升，水穿过透水板逐渐进入母舱内，直至水位上升至顶封门的下沿，关闭气阀；步骤6：当顶封门上、下沿的水压力相等时，开启顶封门锁及伸缩缸，在浮力的作用下，救援舱上升并顶开顶封门，从而脱离母舱，上升至水面，平衡鳍自动展开，使得救援舱浮在水面上，同时打开信号灯等待救援；步骤7：待救援队伍准备就绪后，打开救援舱的出舱门，并推出活动式滑梯，舱内人员通过固定式爬梯爬出，并通过活动式滑梯完成撤离。
16.进一步，当调节舱内的水全部排空后，救援舱可以自动上浮，且当救援舱的顶部接触顶封门时，救援舱的净浮力大于顶封门的浮重力，救援舱的净浮力对顶封门门栓所产生的力矩大于顶封门浮重力对其门栓所产生的力矩。
17.本发明的优点在于：本发明提供了一种深水隧道紧急救援装备及方法，具有以下优点：1.本发明所提供的一种深水隧道紧急救援装备，包括母舱和救援舱，母舱在施工过程中直接浇筑在深水隧道中，救援舱布置在母舱中，彻底避免了波浪、海流长期直接冲击作用，杜绝了传统潜航器或救援装置悬挂在隧道外壳而发生脱落和隧道漏水的重大安全问题，大大提高了救援装备的安全性。
18.2.本发明中的救援舱设置在母舱中，救援舱底部设置调节舱，可根据需要调节自重，从而可在无外加动力驱动下，仅依靠自身的浮力和重力实现设备的进舱和出舱，大幅降低了设备的复杂度，提高了灵活度。
19.3.本发明中的救援舱内部设置有平衡鳍，外部设置有调节舱，可有效维持救援舱浮在水面后的稳定性；可以通过调整平衡鳍不同的开度从而改变救援舱上升的方向和速度，提高救援的准确度、安全性和出舱效率。
20.4.本发明所提供的一种深水隧道紧急救援方法与传统的水下隧道逃生方法比，本方案中逃生通道底板与隧道路面齐平，紧急情况下，受困人员能很快进入逃生装置，无需攀爬楼梯，大大缩短了逃生路线，大幅提高了紧急状况下救援效率、人员的生还率，大幅降低了灾害损失。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明深水隧道紧急救援装备的结构示意图；图2为本发明深水隧道紧急救援装备在深水隧道中第一种典型结构布置图；图3为本发明深水隧道紧急救援装备在深水隧道中第二种典型结构布置图；图4为本发明中救援舱的内部结构示意图；图5为本发明中救援舱的立体结构示意图；
图6为本发明深水隧道紧急救援装备与深水隧道的连接结构示意图；其中：1、母舱；100、深水隧道；2、救援舱；21、主舱体；22、调节舱；23、第一水泵；24、进舱门；25、出舱门；26、固定式爬梯；27、透明视窗；28、活动式滑梯；29、平衡鳍；290、调整缸；200、信号灯；201、空气压缩机；3、蓄水舱；31、第二水泵；4、逃生通道；5、透水板；6、顶封门；61、水封装置；62、顶封门锁；63、伸缩缸；7、逃生门；8、通气管；9、气阀。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例1：图1为本发明深水隧道紧急救援装备的结构示意图，图2为本发明深水隧道紧急救援装备在深水隧道中第一种典型结构布置图，图3为本发明深水隧道紧急救援装备在深水隧道中第二种典型结构布置图，如图1，图2与图3所示的一种深水隧道紧急救援装备，包括母舱1、救援舱2、蓄水舱3、逃生通道4与透水板5，其中母舱1以及蓄水舱3、逃生通道4、透水板5在深水隧道100施工阶段直接浇筑在深水隧道100本体中，如图2和图3所示，救援舱2设置在母舱1的内部，蓄水舱3设置在母舱1的下端，透水板5设置在母舱1和蓄水舱3的中间；母舱1的顶部开口，并在开口的顶部设置顶封门6；在母舱1的侧面开口，逃生通道4设置在母舱1的一侧，逃生通道4与母舱1之间贯通，在逃生通道4与母舱1之间设置逃生门7，逃生门7利用门栓连接在逃生通道4的侧壁上，逃生门7的四周靠近救援舱2的一侧设置密封圈，外侧设置锁紧装置，以保证逃生门7关闭后能有效防止水倒灌进入深水隧道100内部；在母舱1的内部设置通气管8，通气管8可以将母舱1与救援舱2之间的空隙空间及逃生通道4连通，在通气管8上设置气阀9，以控制通气管8内空气的流通。
26.图4为本发明中救援舱2的内部结构示意图，图5为本发明中救援舱2的立体结构示
意图，如图4和图5所示，救援舱2为本发明的主体结构，可通过减少自身重量的情况下自动浮上水面，主要功能是将受困人员从深水隧道100中快速运送至水面，救援舱2包括主舱体21、调节舱22、第一水泵23、进舱门24、出舱门25、固定式爬梯26、透明视窗27、活动式滑梯28、平衡鳍29与信号灯200，其中主舱体21为空腔结构，底部为平面结构，其底面面积可以满足多人站立和平躺，高需至少为2倍的成年人平均身高；本发明在主舱体21的下部一侧连接有进舱门24，以保证人员的顺利进入，进舱门24通过门栓与主舱体21的外壳连接，在主舱体21的上部一侧连接有出舱门25，出舱门25具有良好的抗高压防水功能，在救援舱2完全浮于水面后，出舱门25底高程高于水面，防止水倒灌入救援舱2内；本发明在出舱门25的下端设置有固定式爬梯26，固定式爬梯26与所述主舱体21的内壁相互固定连接，方便人员攀爬至出舱门25，在出舱门25处设置活动式滑梯28，活动式滑梯28为充气结构，平时放气收至主舱体21内部，在紧急情况下充气，可迅速搭接在水面，以便人员从主舱体21中撤离出舱，在主舱体21的顶部与主舱体21的前侧、后侧均设置有透明视窗27，可保持舱内良好的光照，以及便于舱内、外人员的观察。
27.本发明中的调节舱22设置在主舱体21的下端，用于调节救援舱2的自重，调节舱22为空腔结构，在其内部存有水，在调节舱22内部装有第一水泵23，在主舱体21内部同时装有空气压缩机201，当空气压缩机201向调节舱22内部注入空气时，同时开启第一水泵23，可将调节舱22内部的水排至舱外；反向操作可将舱外的水抽至调节舱22内部，可以通过改变调节舱22内部的水体的体积从而调节救援舱2的自重；本发明在救援舱2的外部对称设置有平衡鳍29，平衡鳍29成偶数个设置，每一对的位置关于救援舱2的竖直中心线呈对称分布，平衡鳍29的一端通过活动螺栓连接在救援舱2的左右两侧；在平衡鳍29的下端连接有调整缸290，调整缸290通过伸缩运动从而调整平衡鳍29的开度，平衡鳍29平时处于收紧状态，紧紧靠在救援舱2的外壁上，当救援舱2上浮至水面过程中，平衡鳍29可伸展开，通过调整不同的开度从而改变救援舱2上升的方向和速度；当平衡鳍29伸展至90度状态时，其结构的水动力阻尼作用达到最大，能最大可能使救援舱2在浮于水面后维持稳定。
28.本发明在救援舱2的顶部设置多个信号灯200，信号灯200具有良好的防水性能和充足的电量，能在夜间发出光信号，以便于救援队伍能及时发现救援舱2和受困人员。
29.优选地，救援舱2整体可设计成流线型，平面上可设计成圆形或类椭圆形状，立面上需呈轴对称，并使其重心处于浮心之下，以确保在上浮过程中的稳定性。
30.图6为本发明深水隧道紧急救援装备与深水隧道的连接结构示意图，如图6所示，本发明中的顶封门6设置在母舱1的顶部，顶封门6为单扇或双扇式门体结构，其通过门栓与母舱1顶部连接，在顶封门6四周设置水封装置61和顶封门锁62，以保证顶封门6关闭后具有良好的抗高压防水功能，顶封门锁62为l型，可绕其旋转轴旋转，并在顶封门6关闭后将其锁死，在顶封门6的上端设置有伸缩缸63，以控制顶封门6的启闭。
31.优选地，本发明中救援舱2上配备的调节舱22具有一定的调节水量空间，即当调节舱22内的水全部排空后，救援舱2可以自动上浮，且当救援舱2的顶部接触顶封门6时，救援舱2的净浮力（自身浮力减去自重）大于顶封门6的浮重力（自重减去自身浮力），救援舱2的净浮力对顶封门6门栓所产生的力矩大于顶封门6的浮重力对其门栓所产生的力矩，从而可
保证救援舱2在上浮过程中能自动顶开顶封门6并顺利撤离母舱1。
32.本发明中的逃生通道4一端通向深水隧道100内部路面，另一端通向救援舱2的进舱门24，逃生通道4内具有横截面空间，以保证受困人员的快速通行；优选地，逃生通道4的底高程与深水隧道100的路面高程相同，通道长度较短，以尽可能缩短逃生路径，提高逃生效率。
33.本发明提供了一种深水隧道紧急救援装备的救援方法，具有以下步骤：第一步：紧急救援装备的预制按照设计图纸，采用干式施工法在陆地上进行深水隧道100内母舱1、蓄水舱3、逃生通道4、透水板5的预制，然后安装好顶封门6、逃生门7、通气管8、气阀9，以及顶封门锁62、伸缩缸63等附属构件。之后关闭顶封门6和逃生门7，并随着深水隧道100的安装施工，将所有与母舱1相连的构件施工就位。同时，按照设计图纸加工制造救援舱2。
34.第二步：救援舱2的安装及准备关闭进舱门24、出舱门25、信号灯200，收起活动式滑梯，开启顶封门6，利用水下和水上定位系统，准确定位水下的母舱1及水上的救援舱2，使得救援舱2的底部朝下平放在与母舱1对应的竖直线交汇的水面，开启第一水泵23、空气压缩机201，将舱外水抽入调节舱22中，使得救援舱2的自重逐渐增大，以致大于救援舱2整体淹没时所受浮力，在其浮重力（重力减去浮力）的作用下，救援舱2慢慢下潜，直至刚好落入母舱1与蓄水舱3之间的透水板5上，然后关闭顶封门6。最后，打开气阀9，开启第一水泵23、空气压缩机201，将调节舱22内的水排出，同时开启第二水泵31，将蓄水舱3内部的水排至深水隧道100之外，直至母舱1内的水位降至透水板5以下，关闭第二水泵31和气阀9，即完成救援舱2的准备，随时待命。
35.第三步：受困人员的紧急撤离（1）进舱如说明书附图6所示，当深水隧道100内部发生火灾、爆炸、恐袭等突发状况时，隧道内部人员可立即撤离隧道路面，依次进入逃生通道4装置中，依次开启逃生门7和进舱门24，受困人员依次按序进入主舱体21内部，然后关闭进舱门24和逃生门7；开启气阀9和蓄水舱3内部的第二水泵31，向蓄水舱3内加水，随着水位上升，水穿过透水板5逐渐进入母舱1内，直至水位上升至顶封门6的下沿，关闭气阀9。
36.（2）脱舱当顶封门6上、下沿的水压力相等时，开启顶封门锁62及伸缩缸63，在浮力的作用下，救援舱2将缓缓上升，并顶开顶封门6，从而脱离母舱1,上升至水面，系统自动展开平衡鳍29，使得救援舱2稳定地浮在水面上，同时打开信号灯200，随时等待水面救援部队的救援。
37.（3）出舱待水面救援队伍准备就绪后，打开救援舱2的出舱门25，并推出活动式滑梯，在确保外部安全后，舱内人员依次按序通过固定式爬梯26爬出舱，并通过活动式滑梯完成撤离。
38.重复第二步和第三步，即可进行下一次的紧急救援行动。
39.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行
等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。