CN111677535A - 自适应让压支护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应让压支护装置，包括上立柱、下立柱和设置于所述上立柱和下立柱间的让压组件；所述让压组件包括相互套合且可沿上下单自由度滑动的上套管和下套管及设置于所述上套管和下套管间的液压缸；所述上套管设置有支撑件I，所述下套管设置有支撑件II；所述液压缸设置于所述支撑件II上并顶端形成对所述支撑件I的弹性抵住；所述让压组件还包括弹性件；所述弹性件设置于所述支撑件I和液压缸间，用于所述支撑件I与液压缸间的弹性抵住；利于自适应调整其上下伸缩性来缓冲和吸收受到的不同压力，利于提高整体的承载力和稳定性，通过对压力的观察，利于保证大断面隧道施工过程中的安全性和经济性；该支护装置拆装维护方便，且结构简单，便于制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种支护装置，尤其涉及一种自适应让压支护装置。
背景技术
据相关资料显示，随着我国铁路及公路建设的持续快速发展，大断面隧道工程不断涌现。隧道在开挖过程中，为控制围岩变形，防止隧道坍塌，开挖后必须立即进行初期支护的施工，并将其作为承载结构的一部分。
现有技术中，隧道初期支护主要由系统锚杆、喷射混凝土和钢架等组合而成，对于隧道变形的主要技术措施包括预留变形量、增强初期支护或临时支护、提早二次衬砌以控制围岩变形并提高围岩的自承能力等方面。当前，广泛应用在大变形隧道中的支撑装置以钢架为主，多为刚性连接，在大变形发生后会随着变形的持续增大而发生扭曲甚至剪切破坏，极大降低了初期支护的承载能力，围岩的变形不能有效得到抑制，甚至经常出现进一步恶化情况；为了保证隧道结构安全并满足建筑限界，往往只能拆除初期支护重建，造成了极大的安全风险和极高的建设成本。
基于以上问题，本发明提供一种自适应让压支护装置。该自适应让压支护装置利于自适应调整其上下伸缩性来缓冲和吸收受到的不同压力，利于提高支柱装置的整体承载力和稳定性，利于控制隧道围岩的变形，及保证大断面隧道施工过程中的安全性和经济性；该支护装置拆装、维护方便，且结构简单，便于制造。
发明内容
有鉴于此，本发明的自适应让压支护装置利于自适应调整其上下伸缩性来缓冲和吸收受到的不同压力，利于提高支柱装置的整体承载力和稳定性，利于控制隧道围岩的变形，及保证大断面隧道施工过程中的安全性和经济性；该支护装置拆装、维护方便，且结构简单，便于制造。
本发明的自适应让压支护装置，包括上立柱、下立柱和设置于所述上立柱和下立柱间的让压组件；所述上立柱和下立柱可选择为足够支撑力的钢管，属于现有技术，在此不再赘述；利于在减重的同时，提供足够的支撑强度；
所述让压组件包括相互套合且可沿上下单自由度滑动的上套管和下套管及设置于所述上套管和下套管间的液压缸；所述上套管与所述下套管具有不同的管径，所述上套管与所述下套管的管径设计以利于所述上套管与下套管的相互径向限位的同时能够形成上下单自由度的相对滑动为宜；所述上套管设置有支撑件I，所述下套管设置有支撑件II；优选所述支撑件I设置于所述上套管的顶端，所述支撑件II设置于所述下套管的底端，并形成对所述上套管顶端和下套管底端的封住；所述支撑件I与上套管的连接，及所述支撑件II与下套管的连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；所述液压缸设置于所述支撑件II上并顶端形成对所述支撑件I的弹性抵住；所述液压缸具有压力显示表，优选为具有压力显示表的液压千斤顶，通过给予液压千斤顶一定的初始压力并观察一定时间后的压力变化，可评估装置的支撑性；所述液压千斤顶的使用原理为帕斯卡原理，属于现有技术，在此不再赘述；所述液压千斤顶设置于所述上套管与下套管内并位于所述上套管与下套管间，优选所述液压千斤顶置于所述支撑件II上的中心位置附近并顶端形成对所述支撑件I的抵住；通过液压千斤顶调节该支护装置竖向伸缩性，利于提供竖向让压力的同时，利于提高整体的承载力和稳定性，允许隧道拱顶围岩适当的变形及充分发挥围岩的自承能力，并通过对压力变化的观测，避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，利于保证大断面隧道施工过程中的安全性；所述液压千斤顶提供的初始压力可以根据现场实际需求情况进行调节；所述上套管及支撑件I、下套管及支撑件II可选择为钢材质并可采用一体成型，属于现有技术，在此不再赘述；所述上立柱、下立柱、上套管、下套管可以通过工厂预制获得并在现场组装；所述上立柱和上套管、下套管与下立柱间的连接属于现有技术，如通过设置安装部并通过螺栓连接，便于安装与拆卸，利于现场维修及维护；
所述让压组件还包括弹性件；利于受力后能够出现适当的变形，利于柔性支护；所述弹性件设置于所述支撑件I和液压缸间，用于所述支撑件I与液压缸间的弹性抵住；所述支护装置在开始使用时，所述弹性件的最底部与液压缸的最顶部接触，但与液压缸之间没有相互作用力，当上部受到围岩压力时，弹性件首先出现变形，起到自适应让压的作用，并将压力传递给液压缸，进一步调缓冲所受到的不同压力，利于提高整体的承载力和稳定性，并通过对压力变化的观测，避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，利于控制隧道围岩的变形，及保证大断面隧道施工过程中的安全性。
进一步，所述上套管由两个同心套管组成(包括外套管和内套管)；所述下套管的上部套于所述两个同心套管间，用于形成所述上套管与下套管的上下单自由度滑动；所述两个同心套管的半径分别为R1(内套管半径)及R3(外套管半径)，下套管半径为R2，优选R3＝R2+1cm，R1＝R2-1cm；利于所述上套管和下套管的径向限位的同时，利于所述上套管和下套管间的顺畅上下相对滑动；当然，也可采用将所述下套管设置为两个同心套管并将上套管的下部套于至所述下套管的同心套管内，以形成所述上套管和下套管间的上下单自由度的相对滑动，在此不再赘述；
进一步，所述弹性件为板式下凹件并两端均设置有滑块；所述支撑件I下设置有用于所述弹性件的滑块对应滑动的滑槽；优选所述弹性件为弹簧钢板，弹簧钢板的中部位置下凹，如近似于U形下凹，尤其是与液压缸的顶部连接处下凹，形成钢板下凹件，利于所述弹簧钢板在受力变形后，能够通过其两端设置的滑块沿着支撑件I下设置的滑槽向两边进行延展，从而使得所述弹性件在受力后能够出现适当的变形，利于缓冲和吸收所受到压力，提高整体的承载力和稳定性；所述弹性件的两端各设置一个滑块，所述支撑件I下对应设置有用于所述两个滑块滑动的滑槽，所述滑槽可为一体滑槽，用于所述两个滑块的同时滑动，也可为分别设置的在同一直线上的两个，以支撑所述弹性件两端设置的滑块的同时滑动为宜；所述滑槽的槽口大小的设置以利于所述滑块滑动的同时，能够形成对所述滑块的扣住，以形成对所述弹性件的上下方向的限位，从而利于提高连接的稳固性；所述滑槽可为设置于所述支撑件I下的槽口向下的滑槽；所述滑槽也可为固定于支撑件I下的滑槽件，如将所述滑槽件焊接至所述支撑件I的下面；所述滑槽的设置方式根据实际需要及加工便利性进行设置即可；使用时，所述两个滑块在未受到挤压力时置于滑槽内；所述两个滑块在受到最大挤压力时的间距小于或等于所述滑槽能够提供的最大滑动间距；
进一步，所述弹性件包括交叠设置的两组；优选所述交叠设置的两组弹性件为十字交叠设置；所述两组弹性件的两端均设置有滑块；所述支撑件I下设置有与所述两组弹性件的滑块对应滑动的两组滑槽；利于进一步提高所述弹性件在受到挤压力时的变形能力，自适应调整所述支护装置的上下方向的伸缩性来缓冲和吸收其所受到的不同压力，利于提高整体的承载力和稳定性，利于避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，利于保证大断面隧道施工过程中的安全性；
进一步，所述弹性件的两端均设置有安装孔I，用于所述滑块的对应固定安装；对应地，所述滑块设置有用于穿过所述安装孔I的连接杆，所述滑块对应置于滑槽内并将连接杆伸出所述滑槽，并于穿过安装孔I后进行固定；如采用高强度螺栓与滑槽相连，即将该高强度螺栓的螺栓头置于滑槽内并螺纹杆穿过安装孔I，再通过螺帽进行固定，属于现有技术，在此不再赘述；利于所述弹性件在受力变形后的延展及受力解除后的自动恢复，利于提高该支护装置的自适应让压特性；
进一步，所述液压缸的高度大于所述上套管和下套管中任一套管的高度，并小于所述上套管和下套管的高度总和；利于结构布局，及利于所述液压缸和弹性件的让压作用的发挥，提高让压效果，从而提高整体的承载力和稳定性；
进一步，所述上立柱和下立柱为管状结构；优选为空心钢管结构，利于为所述支护装置提供足够支撑力的同时，利于减重及降低材料成本；所述上立柱、下立柱的连接端均沿径向设置有环形翻边I；所述环形翻边I沿圆周方向设置有多个安装孔II；所述上套管和下套管均沿径向设置有环形翻边II；优选所述支撑件I和支撑件II对应设置于所述上套管的顶端和下套管的底端并均径向凸出形成环形翻边II；所述环形翻边II均沿圆周方向设置有多个安装孔III，用于所述上套管与上立柱及下套管与下立柱的对应连接；利于所述上立柱与上套管、下立柱与下套管间螺栓进行固定装配，便于安装与拆卸，利于现场维修及维护；所述上立柱的上方和下立柱的下方还可设置连接管，利于所述支护装置的加高，以利于满足现场的使用需求，在此不再赘述；
进一步，所述上立柱和下立柱均设置有加强板；所述加强板与上立柱和下立柱的对应连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；所述加强板对应设置于所述上立柱和下立柱的连接端；优选所述上立柱和下立柱于连接端对应设置的加强板与对应设置的环形翻边I为一体设计，也可理解为所述加强板设置于所述上立柱和下立柱的连接端并均径向凸出形成环形翻边I，利于对所述上立柱和下立柱加强的同时，利于安装；
进一步，所述上立柱、下立柱、上套管及下套管为同心设置；利于提高支柱装置的结构稳固性，从而更利于提高所述支护装置整体的承载力和稳定性，利于避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，保证大断面隧道施工过程中的安全性。
本发明的有益效果是：本发明的自适应让压支护装置通过所述上支柱和下支柱间让压组件的设置，尤其是弹性件及与弹性件配合的液压缸的设置及上套管和下套管间的相对滑动配合设置，利于自适应调整其上下伸缩性来缓冲和吸收受到的不同压力，利于提高整体的承载力和稳定性，控制隧道围岩的变形，保证大断面隧道施工过程中的安全性和经济性；该支护装置拆装维护方便，且结构简单，便于制造。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的纵向剖视图；
图2为本发明的让压组件纵向剖视图；
图3为本发明的局部结构示意图；
图4为本发明的弹性件配合示意图；
图5为本发明的整体安装示意图。
具体实施方式
图1为本发明的纵向剖视图，图2为本发明的让压组件纵向剖视图，图3 为本发明的局部结构示意图，图4为本发明的弹性件配合示意图，图5为本发明的整体安装示意图，如图所示：本实施例的自适应让压支护装置，包括上立柱1、下立柱2和设置于所述上立柱1和下立柱2间的让压组件；所述上立柱1 和下立柱2可选择为足够支撑强度的钢管，属于现有技术，在此不再赘述；利于在减重的同时，提供足够的支撑强度；
所述让压组件包括相互套合且可沿上下单自由度滑动的上套管3和下套管4及设置于所述上套管3和下套管4间的液压缸5；所述上套管3与所述下套管4具有不同的管径，所述上套管3与所述下套管4的管径设计以利于所述上套管3与下套管4的相互径向限位的同时能够形成顺畅的上下单自由度的相对滑动为宜；所述上套管3设置有支撑件I32，所述下套管4设置有支撑件II42；所述支撑件I32与上套管3的连接，及所述支撑件II42与下套管4的连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；优选所述支撑件I32设置于所述上套管 3的顶端，所述支撑件II42设置于所述下套管4的底端，并形成对所述上套管 3顶端和下套管4底端的封住；所述液压缸5设置于所述支撑件II42上并顶端形成对所述支撑件I32的弹性抵住；所述液压缸5具有压力显示表，优选为具有压力显示表的液压千斤顶，通过给予液压千斤顶一定的初始压力并观察一定时间后的压力变化，可评估装置的支撑性；所述液压千斤顶的原理为帕斯卡原理，属于现有技术，在此不再赘述；所述液压千斤顶5设置于所述上套管3与下套管4内并位于所述上套管3与下套管4间，优选所述液压千斤5顶置于所述支撑件II42上的中心位置附近并顶端形成对所述支撑件I32的抵住；通过液压千斤顶5调节该支护装置的竖向伸缩性，利于提供竖向让压力，利于提高整体的承载力和稳定性，允许隧道拱顶围岩适当的变形及充分发挥围岩的自承能力，并通过对压力变化的观测，利于避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，从而保证大断面隧道施工过程中的安全性；所述液压千斤顶5提供的初始压力可以根据现场的实际需要进行调节；所述上套管3及支撑件I32、下套管4及支撑件II42可选择为钢材质并可采用一体成型，属于现有技术，在此不再赘述；所述上立柱1、下立柱2、上套管3、下套管4可以通过工厂预制获得并在现场组装；所述上立柱1和上套管3、下套管4与下立柱2间的连接属于现有技术，如通过设置安装部并通过螺栓连接，便于安装与拆卸，利于现场维修及维护；
所述让压组件还包括弹性件6；利于受力后能够出现适当的变形，利于柔性支护；所述弹性件6设置于所述支撑件I32和液压缸5间，用于所述支撑件 I32与液压缸5间的弹性抵住；所述支护装置在开始使用时，所述弹性件6的最底部与液压缸5的最顶部接触，但与液压缸5之间没有相互作用力，当上部受到围岩压力时，弹性件6首先出现变形，起到自适应让压的作用，并将压力传递给液压缸5，进一步缓冲所受到的不同压力，利于提高整体的承载力和稳定性，并通过对压力变化的观测，避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，利于控制隧道围岩的变形，及保证大断面隧道施工过程中的安全性。
本实施例中，所述上套管3由两个同心套管(包括外套管33和内套管34) 组成；所述下套管4的上部套于所述两个同心套管间(即套于外套管33和内套管34间)，用于形成所述上套管3与下套管4的上下单自由度滑动；所述两个同心套管(包括外套管33和内套管34)的半径分别为R3及R1，下套管4半径为R2，优选R3＝R2+1cm，R1＝R2-1cm；利于所述上套管3和下套管4的径向限位的同时，利于所述上套管3和下套管4间的顺畅上下相对滑动；当然，也可采用将所述下套管4设置为两个同心套管并将上套管3的下部套于至所述下套管 4的同心套管内，以形成所述上套管3和下套管4间的上下单自由度的相对滑动，在此不再赘述。
本实施例中，所述弹性件6为板式下凹件并两端均设置有滑块；所述滑块未画出；所述支撑件I32下设置有用于所述弹性件6的滑块对应滑动的滑槽7；优选所述弹性件6为弹簧钢板，弹簧钢板的中部位置下凹，如近似于U形下凹，尤其是与液压缸5的顶部连接处下凹，形成钢板下凹件，利于所述弹簧钢板在受力变形后，能够通过其两端设置的滑块沿着支撑件I32下设置的滑槽7向两边进行延展，从而使得所述弹性件6在受力后能够出现适当的变形，利于缓冲和吸收所受到压力，提高整体的承载力和稳定性；所述弹性件6的两端各设置一个滑块，所述支撑件I32下对应设置有用于所述两个滑块滑动的滑槽7，所述滑槽7可为一体滑槽，用于所述两个滑块的同时滑动；所述滑槽也可为分别设置的在同一直线上的两个，以支撑所述弹性件6两端设置的滑块的同时滑动为宜；优选所述滑槽7的槽口大小的设置以利于所述滑块滑动的同时，能够形成对所述滑块的扣住，以形成对所述弹性件6的上下方向的限位，从而利于提高连接的稳固性；所述滑槽7可为设置于所述支撑件I32下的槽口向下的滑槽，也可为固定于支撑件I32下的滑槽件，如将所述滑槽件焊接至所述支撑件I32的下面，根据实际需要及加工便利性进行设置即可；安装时所述两个滑块在未受到挤压力时置于滑槽7内；所述两个滑块在受到最大挤压力时的间距小于或等于所述滑槽7能够提供的最大滑动间距。
本实施例中，所述弹性件6包括交叠设置的两组；优选所述交叠设置的两组弹性件6为十字交叠设置；所述两组弹性件6的两端均设置有滑块；所述支撑件I32下设置有与所述两组弹性件6的滑块对应滑动的两组滑槽7；利于进一步提高所述弹性件6在受到挤压力时的变形能力，自适应调整所述支护装置的上下方向的伸缩性来缓冲和吸收其所受到的不同压力，利于提高整体的承载力和稳定性，利于避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，利于保证大断面隧道施工过程中的安全性。
本实施例中，所述弹性件6的两端均设置有安装孔I，用于所述滑块的对应固定安装；所述安装孔I为标出；对应地，所述滑块设置有用于穿过所述安装孔I的连接杆，所述滑块对应置于滑槽7内并将连接杆伸出所述滑槽7，并于穿过安装孔I后进行固定；如采用高强度螺栓与滑槽7相连，即将该高强度螺栓的螺栓头置于滑槽7内并螺纹杆穿过安装孔I，再通过螺帽进行固定，属于现有技术，在此不再赘述；利于所述弹性件6在受力变形后的延展及受力解除后的自动恢复，利于提高该支护装置的自适应让压特性。
本实施例中，所述液压缸5的高度大于所述上套管3和下套管4中任一套管的高度，并小于所述上套管3和下套管4的高度总和；利于结构布局，及利于所述液压缸5和弹性件6的让压作用的发挥，提高让压效果，从而提高整体的承载力和稳定性。
本实施例中，所述上立柱1和下立柱2为管状结构；优选为空心钢管结构，利于为所述支护装置提供足够支撑力的同时，利于减重及降低材料成本；所述上立柱1、下立柱2的连接端均沿径向设置有环形翻边I(包括上立柱的环形翻边I11和下立柱的环形翻边I21)；所述环形翻边I(包括上立柱的环形翻边I11 和下立柱的环形翻边I21)沿圆周方向设置有多个安装孔II；所述多个安装孔 II未在图中标出；所述上套管3和下套管4均沿径向设置有环形翻边II(包括上套管的环形翻边II31和下套管的环形翻边II41)；优选所述支撑件I32和支撑件II42对应设置于所述上套管3的顶端和下套管4的底端并均径向凸出形成环形翻边II(包括上套管的环形翻边II31和下套管的环形翻边II41)；所述环形翻边II(包括上套管的环形翻边II31和下套管的环形翻边II41)均沿圆周方向设置有多个安装孔III，用于所述上套管与上立柱及下套管与下立柱的对应连接；所述多个安装孔III未在图中标出；利于所述上立柱1与上套管3、下立柱2与下套管4间螺栓进行固定装配，便于安装与拆卸，利于现场维修及维护；所述上立柱1的上方和下立柱2的下方还可设置连接管，如本实施例的下立柱下方设置有连接管8，利于所述支护装置的加高，以利于满足现场的使用需求，在此不再赘述。
本实施例中，所述上立柱1和下立柱2均设置有加强板(包括上立柱的加强板12和下立柱的加强板22)；所述加强板(包括上立柱的加强板12和下立柱的加强板22)与上立柱1和下立柱2的对应连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；所述加强板(包括上立柱的加强板12和下立柱的加强板22) 对应设置于所述上立柱1和下立柱2的连接端；优选所述上立柱1和下立柱2 于连接端设置的加强板(包括上立柱的加强板12和下立柱的加强板22)与环形翻边I(包括上立柱的环形翻边I11和下立柱的环形翻边I21)为一体设计，也可理解为所述上立柱1和下立柱2的连接端设置的加强板均径向凸出形成环形翻边I(包括上立柱的环形翻边I11和下立柱的环形翻边I21)，利于对所述上立柱1和下立柱2加强的同时，利于安装。
本实施例中，所述上立柱1、下立柱2、上套管3及下套管4为同心设置；利于提高支柱装置的结构稳固性，从而更利于提高所述支护装置整体的承载力和稳定性，利于避免由于压力过大造成竖向支撑失稳，保证大断面隧道施工过程中的安全性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种自适应让压支护装置，其特征在于：包括上立柱、下立柱和设置于所述上立柱和下立柱间的让压组件；
所述让压组件包括相互套合且可沿上下单自由度滑动的上套管和下套管及设置于所述上套管和下套管间的液压缸；所述上套管设置有支撑件I，所述下套管设置有支撑件II；所述液压缸设置于所述支撑件II上并顶端形成对所述支撑件I的弹性抵住；
所述让压组件还包括弹性件；所述弹性件设置于所述支撑件I和液压缸间，用于所述支撑件I与液压缸间的弹性抵住。
2.根据权利要求1所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述上套管由两个同心套管组成；所述下套管的上部套于所述两个同心套管间，用于形成所述上套管与下套管的上下单自由度滑动。
3.根据权利要求1所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述弹性件为板式下凹件并两端均设置有滑块；所述支撑件I下设置有用于所述弹性件的滑块对应滑动的滑槽。
4.根据权利要求3所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述弹性件包括交叠设置的两组；所述两组弹性件的两端均设置有滑块；所述支撑件I下设置有与所述两组弹性件的滑块对应滑动的两组滑槽。
5.根据权利要求4所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述弹性件的两端均设置有安装孔I，用于所述滑块的对应固定安装。
6.根据权利要求1所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述液压缸的高度大于所述上套管和下套管中任一套管的高度，并小于所述上套管和下套管的高度总和。
7.根据权利要求1所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述上立柱和下立柱为管状结构；所述上立柱、下立柱的连接端均沿径向设置有环形翻边I；所述环形翻边I沿圆周方向设置有多个安装孔II；所述上套管和下套管均沿径向设置有环形翻边II；所述环形翻边II均沿圆周方向设置有多个安装孔III，用于所述上套管与上立柱及下套管与下立柱的对应连接。
8.根据权利要求1所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述上立柱和下立柱均设置有加强板；所述加强板对应设置于所述上立柱和下立柱的连接端。
9.根据权利要求1所述的自适应让压支护装置，其特征在于：所述上立柱、下立柱、上套管及下套管为同心设置。
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