CN101776106A - 基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一套能有效控制深基坑施工变形并确保运行地铁隧道安全的深基坑施工钢支撑轴力自适应实时补偿与监控系统，其中钢支撑轴力补偿用执行机构设计了经济安全可靠的可自锁式增压油缸。本发明用于对临近运营地铁的建筑工程深基坑工程施工钢支撑轴力补偿用，设计体积小、重量轻、经济性好、安全性好、可靠性高、使用方便实用的新型油缸执行机构装置，解决钢支撑轴力补偿安全可靠支撑难题，为工程施工服务。

Description

基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置
技术领域
本发明是关于一种液压油缸装置，且特别是关于一种基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置。
背景技术
伴随着城市轨道交通的大发展，加之土地资源的极度紧缺，近邻地铁的深基坑工程日益增多。
以上海为例，大上海会德丰广场工程3层地下室(局部4层)，开挖面积达9800m2，开挖深度近21m(局部最深达26m)。基坑北侧平行邻近地铁2号线区间运营隧道，净间距仅5.4m，隧道与基坑平行长度90m。上海太平洋广场二期工程距地铁一号线隧道外边线仅3.8m。南京西路1788号地块基坑工程紧邻地铁二号线，净间距约10～11米，且平行长度达百米。我们不得不面临一个问题，地铁的安全问题。
目前基坑开挖已趋于大规模化及大深度化，且施工多以明挖顺作法为主，众所周知，深基坑明挖施工往往伴随着极强的环境效应，若不对深基坑施工进行严格的变形控制，邻近的地铁会因为较大变形而影响其正常使用，严重时甚至引发事故，所造成的经济损失和社会影响是不可估量的。
因此，超深基坑施工对邻近地铁的安全影响控制已逐渐演化为现代基坑工程研究的主要方向之一。
目前，在上海等软土地区城市深基坑的开挖支护常用钢筋砼支撑和Φ609×δ16的钢管支撑，特别是钢管支撑，一般刚支撑时，均按设计要求施加预应力，但在施工时，随着时间的推移，钢支撑上所加的预应力会降低，有时会降低很多，甚至降低量达50％以上，而且此时又很难去施加支撑轴力，故引起墙体位移，位移过大时，将直接影响基坑旁边运营中地铁的安全。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一套能有效控制深基坑施工变形并确保运行地铁隧道安全的深基坑施工钢支撑轴力自适应实时补偿与监控系统，其中钢支撑轴力补偿用执行机构设计了经济安全可靠的可自锁式增压油缸。
本发明提出的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置包括：缸体，其中第一导向套设置于所述缸体内；第一活塞杆穿过所述第一导向套设置于所述缸体内，所述第一活塞杆内具有一端开口的轴向腔体，其中第二导向套设置于所述轴向腔体；第二活塞杆设于所述第一活塞杆内的轴向腔体，活塞设置于所述第二活塞杆的自由端；第一活塞杆、第二活塞杆、第二导向套与缸体形成第一进油腔；第一活塞杆、活塞与第二活塞杆形成第二进油腔；第一活塞杆、第一导向套与缸体形成第一回油腔；第一活塞杆、第二活塞杆、活塞与第二导向套形成第二回油腔；进油口经第一管路与第一进油腔相通；所述进油口经第二管路与第二进油腔相通；回油口经第三管路与第一回油腔相通；所述回油口经第四管路与第二回油腔相通。
本发明还包括，螺杆的一端与所述第一活塞杆在轴向固定连接。
本发明还包括，锁紧螺母轴向旋套于所述螺杆外。
本发明还包括，连接过渡套轴向套置于所述螺杆外，并介于所述锁紧螺母和所述缸体之间。
本发明还包括，顶块连接于所述螺杆的另一端。
本发明还包括，所述顶块与所述螺杆为铰接，且所述顶块可相对于所述螺杆在±15°倾角范围内活动连接。
本发明还包括，回程限压安全阀设置于所述进油口与回油口处，以限定回程中的油压。
本发明还包括，所述第一导向套与所述缸体之间为螺纹连接。
本发明还包括，所述活塞与所述第二活塞杆之间为螺纹连接。
本发明还包括，机械安全阀设置于所述活塞内，其中所述第二导向套触发所述机械安全阀时，所述机械安全阀导通第二进油腔与第二回油腔。
本发明还包括，所述第一管路、第三管路内置于所述缸体壁内的长孔中，所述第二管路、第四管路内置于所述缸体壁与所述第二活塞杆内的长孔中。
本发明还包括，所述进油口与出油口近于所述缸体一端。
本发明用于对临近运营地铁的建筑工程深基坑工程施工钢支撑轴力补偿用，设计体积小、重量轻、经济性好、安全性好、可靠性高、使用方便实用的新型油缸执行机构装置，解决钢支撑轴力补偿安全可靠支撑难题，为工程施工服务。
(1)为了尽可能的减少油缸装置的体积、重量，以降低成本同时便于安装，利用液压系统增压的原理，改变常规油缸活塞杆的单腔结构，设计了双腔进油的新颖结构，即活塞的大腔和活塞杆内的小腔能同时供油，提高活塞运动的总面积，从而增加了推力，因此可以缩小油缸的体积，减轻重量，降低成本。
(2)将螺旋式机械锁装置与油缸巧妙的结合起来，确保在深基坑钢支撑轴力补偿施工时的安全性。
(3)在油缸内部和外部都设计了过载保护装置，即在油缸内部设计了机械保护装置，在油缸外部设计了液压保护装置，确保油缸的使用可靠性。
(4)在油缸装置的顶部(将来与顶推面接触的部位)设计了自动调平的机械装置，进一步确保油缸装置的使用可靠性。
(5)油缸设计采用了双作用结构，而非靠弹簧复位的单作用油缸，提高了系统运行的精度和可靠性。
(6)采用先进的筒壁制作细长孔的技术使油缸的进出油口都靠一端(本发明设计在油缸无杆腔一端)，而非用外置钢管(或软管)的办法，这样进一步提高了油缸的整体性和安全可靠性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明提出的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
图1所示为本发明提出的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置结构示意图。如图1所示，第一导向套5设置于缸体7内；第一活塞杆9穿过第一导向套5设置于缸体7内，第一活塞杆9内具有一端开口的轴向腔体，其中第二导向套11设置于所述轴向腔体；第二活塞杆10设于所述第一活塞杆9内的轴向腔体，活塞8设置于第二活塞杆10的自由端；第一活塞杆9、第二活塞杆10、第二导向套11与缸体7形成第一进油腔A1；第一活塞杆9、活塞8与第二活塞杆10形成第二进油腔A2；第一活塞杆9、第一导向套5与缸体7形成第一回油腔B1；第一活塞杆9、第二活塞杆10、活塞8与第二导向套11形成第二回油腔B2；进油口A经第一管路G1与第一进油腔A1相通；进油口A经第二管路G2与第二进油腔A2相通；回油口B经第三管路G4与第一回油腔B1相通；回油口B经第四管路G3与第二回油腔B2相通；螺杆4的一端与第一活塞杆9在轴向固定连接；锁紧螺母2轴向旋套于螺杆4外；连接过渡套3轴向套置于螺杆4外，并介于锁紧螺母2和缸体7之间；顶块1连接于螺杆4的另一端，其中顶块1与螺杆4为铰接，且顶块1可相对于螺杆4在±15°倾角范围内活动连接；进油口A与回油口B近于所述缸体一端，回程限压安全阀12设置于进油口A与回油口B处，以限定回程中的油压；第一导向套5与缸体7之间以螺纹L1连接；活塞8与第二活塞杆10之间以螺纹L3连接；机械安全阀6设置于活塞8内，其中第二导向套11触发机械安全阀6时，机械安全阀6导通第二进油腔A2与第二回油腔B2；第一管路G1、第三管路G4内置于缸体7壁内的长孔中，第二管路G2、第四管路G3内置于缸体7壁内与第二活塞杆10内的长孔中。
当油缸需要“伸”工作时，油缸进油口A进油，液压油经第一管路G 1进入第一进油腔A1，推动第一活塞杆9前进，同时液压油经第二管路G2进入第二进油腔A2，也推动第一活塞杆9前进，由于进油口A能同时在第一进油腔A1和第二进油腔A2进油，所以实现了油缸的增压功能。此时，第一活塞杆9在前进的同时，将第一回油腔B1的油压回经第三管路G4回回油口B，同时第二回油腔B2的油经第四管路G3也回回油口B，完成油缸在推进过程中液压油的循环流动，油缸正常工作。当第一活塞杆9前进快到底，即快碰到活塞8时，第二导向套11左端面将置于活塞8内的机械安全阀6打开，使第二进油腔A2(进油)与第二回油腔B2(回油)导通，即进油口A于回油口B导通，限制过大的顶推力使缸体7与第一导向套5之间的螺纹L1、活塞8与第二活塞杆10之间的螺纹L3的破坏，即卸荷起到安全保护作用。
当油缸需要“缩”工作时，油缸回油口B进油，液压油经第三管路G4进入第一回油腔B1，将第一活塞杆9缩回，同时液压油经第四管路G3进入第二回油腔B2，也将第一活塞杆9缩回。此时，第一活塞杆9在缩回的同时，将第一进油腔A1的油压回经第一管路G1回进油口A，同时第二进油腔A2的油经第二管路G2、第一管路G1也回进油口A，完成油缸在缩回过程中液压油的循环流动，油缸正常工作。由于油缸在缩缸过程中，如果没有限压系统，由于锁紧装置(锁紧螺母2、螺杆4等)的作用，过大的回缩压力有可能使高强连接螺钉L2损坏，另外从功能上分析，本油缸装置在回缩时不需要太大的力，因此，特别设计了外置式的回程限压安全阀12，以确保油缸装置的安全可靠性。
通过部件试验及模拟实体试验，基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置的各项功能和技术指标均满足设计要求：
  序号   项目   单位   参数
  1   最大顶力   t   320
  2   工作行程   mm   150
  3   最低高度   mm   795
  4   油缸内径   mm   300
  5   活塞杆直径   mm   280
  6   油缸外径   mm   395
  7   最大工作压力   MPa   35
(1)功能上：①推进时，在0～35Mpa能实现机械无级锁定功能，效果良好；②当油缸活塞推到头时，能快速灵敏的实现自动卸荷保护；③外置式的回程限压安全阀工作可靠；④油缸装置顶部(将来与顶推面接触的部位)的自动调平机械装置动作可靠。
(2)技术指标上：①推进时，能实现0～35Mpa的推力及稳定保压，无内泄露；②缩回时，在＜5Mpa时就能正常缩回，保压无内泄露；③外置式的回程限压安全阀压力限定10Mpa，稳定可靠；④油缸装置顶部(将来与顶推面接触的部位)的自动调平机械装置能在±15°范围内自动调平。
基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置研制是成功的，必将在今后的实际工程中，比如上海南京西路1788号地块基坑工程钢支撑轴力自适应补偿系统工程、上海淮海中路3号地块基坑工程钢支撑轴力自适应补偿系统工程中应用获得成功，并必将取得十分明显的经济效益和社会效益。基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置的成功研制将推动建筑物边特别是运营中地铁边建深基坑运用现代钢支撑轴力自适应补偿系统的优势，确保地铁等建筑物的安全。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，包括：
缸体，其中第一导向套设置于所述缸体内；
第一活塞杆穿过所述第一导向套设置于所述缸体内，所述第一活塞杆内具有一端开口的轴向腔体，其中第二导向套设置于所述轴向腔体；
第二活塞杆设于所述第一活塞杆内的轴向腔体，活塞设置于所述第二活塞杆的自由端；
所述第一活塞杆、第二活塞杆、第二导向套与缸体形成第一进油腔；
所述第一活塞杆、活塞与第二活塞杆形成第二进油腔；
所述第一活塞杆、第一导向套与缸体形成第一回油腔；
所述第一活塞杆、第二活塞杆、活塞与第二导向套形成第二回油腔；
进油口经第一管路与所述第一进油腔相通；
所述进油口经第二管路与所述第二进油腔相通；
回油口经第三管路与所述第一回油腔相通；
所述回油口经第四管路与所述第二回油腔相通。
2.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，螺杆的一端与所述第一活塞杆在轴向固定连接。
3.根据权利要求2所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，锁紧螺母轴向旋套于所述螺杆外。
4.根据权利要求3所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，连接过渡套轴向套置于所述螺杆外，并介于所述锁紧螺母和所述缸体之间。
5.根据权利要求4所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，顶块连接于所述螺杆的另一端。
6.根据权利要求5所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，所述顶块与所述螺杆为铰接，且所述顶块可相对于所述螺杆在±15°倾角范围内活动连接。
7.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，回程限压安全阀设置于所述进油口与回油口处，以限定回程中的油压。
8.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，所述第一导向套与所述缸体之间为螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，所述活塞与所述第二活塞杆之间为螺纹连接。
10.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，机械安全阀设置于所述活塞内，其中所述第二导向套触发所述机械安全阀时，所述机械安全阀导通所述第二进油腔与所述第二回油腔。
11.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，所述第一管路、第三管路内置于所述缸体壁内的长孔中，所述第二管路、第四管路内置于所述缸体壁与所述第二活塞杆内的长孔中。
12.根据权利要求1所述的基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，其特征在于，所述进油口与出油口近于所述缸体一端。
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