CN112377220A - 一种超大断面隧道变形控制装置及使用方法 - Google Patents
一种超大断面隧道变形控制装置及使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超大断面隧道变形控制装置及使用方法，属于隧道领域，本发明公开的一种超大断面隧道变形控制装置，包括拱顶架、两个中间连接架以及底面反拱架；两个所述中间连接架分别位于两侧，且与分别与所述拱顶架一端和所述底面反拱架的一端固定连接，以形成与隧道截面相适配的闭环；每个所述中间连接架的两侧均设置有应力调节杆，所述应力调节杆的一端穿过所述中间连接架与所述拱顶架固定连接，所述应力调节杆的另一端穿过所述中间连接架与所述底面反拱架固定连接，所述应力调节杆一端连接位置可调。可以方便调节应力调节杆的连接长短，从而控制作用力的方向；使得中间连接架可以对隧道形成较好的支撑。
Description
技术领域
本发明涉及隧道领域，尤其涉及一种超大断面隧道变形控制装置及使用方法。
背景技术
随着我国铁路建设的不断发展，尤其是高速铁路的大规模建设，使得铁路隧道的应用数量越来越多，隧道的长度也越来越长，随之而来的便是高速铁路隧道及隧道内轨道结构的安全设计问题，特别是高速铁路隧道穿越特殊环境区段时的安全设计问题。当隧道穿越软弱破碎带，特别是活动断裂带区域时，由于围岩的地质条件差异，发生地震作用时，隧道结构的地震响应很大，尤其是穿越土、岩(软、硬)交界的区段，是工程结构抗震的危险部位，这些结构断面往往会产生很大的变形与内力。因此，为防止隧道本身及其内部结构的破坏，在设计穿越活动断层或软弱破碎带的隧道时，往往需要特殊设计隧道或轨道的结构，或者设置额外的辅助结构。目前，为保证高速铁路隧道穿越地震大变形区段时的结构稳定性和安全性，常用的处理方法有如下两种：一种方法是在土、岩交界部位设置大变形环，变形环属于柔性接头结构，该柔性结构允许其两端连接的衬砌在一定范围内发生拉伸、压缩和剪切作用引起的位移，以此来降低隧道其余区段结构的地震响应；另一种方法是进行断面扩挖，通过在软弱破碎带或软、硬突变区段进行断面扩挖，直接增大扩挖段衬砌结构与其他区段结构的预留空间，该方法允许扩挖段衬砌结构在地震作用时充分位移，从而极大减小扩挖段衬砌结构的地震响应，但该方法仅适用于断层带跨度较小的情况，如果穿越大型活动断裂带，扩挖隧道断面就会产生巨大的开挖量，并造成工程造价的显著增加。
在隧道易产生应力形变的位置可以增加加强框，隧道加强框架在安装之后由于各处变形情况不一，使得按照原始设计安装后的加强框产生压应力或者拉应力，而现有的框架不能很好的调节应力情况，使得加强框不能很好的发挥作用。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种超大断面隧道变形控制装置，可以根据应力的情况调节拉力或者张力，从而使得达到相对的力平衡。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种超大断面隧道变形控制装置，包括拱顶架、两个中间连接架以及底面反拱架；两个所述中间连接架分别位于两侧，且与分别与所述拱顶架一端和所述底面反拱架的一端固定连接，以形成与隧道截面相适配的闭环；每个所述中间连接架的两侧均设置有应力调节杆，所述应力调节杆的一端穿过所述中间连接架与所述拱顶架固定连接，所述应力调节杆的另一端穿过所述中间连接架与所述底面反拱架固定连接，所述应力调节杆一端连接位置可调。
本发明优选地技术方案在于，所述拱顶架、两个所述中间连接架以及所述底面反拱架端部均设置有连接端板，在安装时，所述中间连接架的两端的连接端板分别与所述拱顶架的连接端板和所述底面反拱架的连接端板贴合。
本发明优选地技术方案在于，所述应力调节杆设置有第一杆部、第二杆部、第三杆部；所述第一杆部垂直于所述中间连接架与所述拱顶架连接的连接端板，所述第三杆部垂直于所述中间连接架与所述底面反拱架连接的连接端板，所述第二杆部斜向连接所述第一杆部与所述第三杆部。
本发明优选地技术方案在于，所述第一杆部上设置有限位台，所述第一杆部同时穿过所述中间连接架和所述拱顶架的连接端板，所述第一杆部上设置有锁定螺母，所述中间连接架和所述拱顶架的连接端板均位于所述锁定螺母与所述限位台之间。
本发明优选地技术方案在于，所述第三杆部上设置有两个调节螺母，所述第三杆部穿过所述中间连接架和所述底面反拱架的连接端板，所述中间连接架和所述底面反拱架的连接端板均位于两个所述调节螺母之间。
本发明优选地技术方案在于，所述第三杆部上设置有辅助凸台，所述辅助凸台位于所述靠近所述第二杆部的一端，两个所述调节螺母位于所述第三杆部远离所述第二杆部的一端。
本发明优选地技术方案在于，所述应力调节杆上套设有连接滑套，所述连接滑套与所述应力调节杆滑动连接，所述连接滑套位于所述第二杆部上；所述连接滑套的侧壁设置有调节螺纹套，所述调节螺纹套中设置有调节螺杆，所述调节螺纹套与所述调节螺杆的连接长度可调，所述调节螺杆的另一端穿过所述中间连接架侧壁，所述调节螺杆端部设置有与所述中间连接架侧壁相抵的调节柄。
本发明优选地技术方案在于，所述连接端板上均设置有若干个连接螺钉。
一种超大断面隧道变形控制装置的使用方法，包括以下步骤：步骤S00：将拱顶架、两个中间连接架以及底面反拱架先初步安装在隧道易变形位置，形成闭环并初步固定；步骤S10：调整拱顶架、两个中间连接架以及底面反拱架的位置使得连接端板连接紧密，并将其锁定，安装时采用设备检测应力情况；步骤S20：将应力调节杆的一端插入连接端板，另一端固定连接，使得限位台与连接端板紧密贴合；步骤S30：根据应力情况判断应力调节杆需要提供拉力还是推力，然后通过液压钳控制辅助凸台和连接端板的距离，然后通过调节螺母将应力调节杆锁定；步骤S40：进一步检测应力分布情况，然后调节调节螺杆来控制连接滑套对应力调节杆中部的作用力。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种超大断面隧道变形控制装置，包括拱顶架、两个中间连接架以及底面反拱架；两个所述中间连接架分别位于两侧，且与分别与所述拱顶架一端和所述底面反拱架的一端固定连接，以形成与隧道截面相适配的闭环；每个所述中间连接架的两侧均设置有应力调节杆，所述应力调节杆的一端穿过所述中间连接架与所述拱顶架固定连接，所述应力调节杆的另一端穿过所述中间连接架与所述底面反拱架固定连接，所述应力调节杆一端连接位置可调。可以方便调节应力调节杆的连接长短，从而控制作用力的方向；使得中间连接架可以对隧道形成较好的支撑。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的超大断面隧道变形控制装置整体结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的图1中A部分放大结构示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的图1中B部分放大结构示意图；
图4是本发明具体实施方式中提供的图1中C部分放大结构示意图；
图中：
1、拱顶架；2、中间连接架；3、底面反拱架；4、应力调节杆；5、连接端板；6、连接螺钉；7、连接滑套；41、第一杆部；42、限位台；43、第二杆部；44、第三杆部；45、辅助凸台；46、调节螺母；47、锁定螺母；71、调节螺纹套；72、调节螺杆；73、调节柄。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-4所示，本实施例提供一种超大断面隧道变形控制装置，包括拱顶架1、两个中间连接架2以及底面反拱架3；两个所述中间连接架2分别位于两侧，且与分别与所述拱顶架1一端和所述底面反拱架3的一端固定连接，以形成与隧道截面相适配的闭环；每个所述中间连接架2的两侧均设置有应力调节杆4，所述应力调节杆4的一端穿过所述中间连接架2与所述拱顶架1固定连接，所述应力调节杆4的另一端穿过所述中间连接架2与所述底面反拱架3固定连接，所述应力调节杆4一端连接位置可调。拱顶架1、两个中间连接架2以及底面反拱架3三者形成的闭环可对隧道起到较好的支撑作用，在安装之后由于隧道形变会对拱顶架1、两个中间连接架2以及底面反拱架3产生相应的作用力，中间连接架2的受力状态改变可以影响整个隔框的受力。通过应力调节杆4连接中间连接架2的两端，并同时与拱顶架1和底面反拱架3相连接，从而通过调节应力调节杆4的连接长度来控制其提供的作用力的方向。
为了使得安装之后与隧道形状更加适配，所述拱顶架1、两个所述中间连接架2以及所述底面反拱架3端部均设置有连接端板5，在安装时，所述中间连接架2的两端的连接端板5分别与所述拱顶架1的连接端板5和所述底面反拱架3的连接端板5贴合。连接端板5的设置使得拱顶架1、两个中间连接架2以及底面反拱架3连接方便，且能保证其连接之后与隧道截面相适配，同时还可以方便作用力的传递。优选的，所述连接端板5上均设置有若干个连接螺钉6。
优选的，所述应力调节杆4设置有第一杆部41、第二杆部43、第三杆部44；所述第一杆部41垂直于所述中间连接架2与所述拱顶架1连接的连接端板5，所述第三杆部44垂直于所述中间连接架2与所述底面反拱架3连接的连接端板5，所述第二杆部43斜向连接所述第一杆部41与所述第三杆部44。应力调节杆4弯折为三段，从而提高其变形空间，使得可以更方便的调节其作用力。应力调节杆4优选的采用弹簧钢材质，使得具有较好的弹性力。应力调节杆4弯折为三段使得无论是拉长还是收缩都具有一定的形变空间，再配合其本身的连接长度的调节，使得应力调节范围大。
优选的，所述第一杆部41上设置有限位台42，所述第一杆部41同时穿过所述中间连接架2和所述拱顶架1的连接端板5，所述第一杆部41上设置有锁定螺母47，所述中间连接架2和所述拱顶架1的连接端板5均位于所述锁定螺母47与所述限位台42之间。限位台42与锁定螺母47的配合，使得应力调节杆4的一端连接位置是固定的，只需要调节另一端就可以精确的调节应力。
优选的，所述第三杆部44上设置有两个调节螺母46，所述第三杆部44穿过所述中间连接架2和所述底面反拱架3的连接端板5，所述中间连接架2和所述底面反拱架3的连接端板5均位于两个所述调节螺母46之间。通过两个调节螺母46可以控制应力调节杆4该端的连接位置。进一步地，所述第三杆部44上设置有辅助凸台45，所述辅助凸台45位于所述靠近所述第二杆部43的一端，两个所述调节螺母46位于所述第三杆部44远离所述第二杆部43的一端。通过液压钳作用于辅助凸台45以及连接端板5上，从而拉紧或者挤压应力调节杆4，使得应力调节杆4可以提供拉力或推力。
优选的，所述应力调节杆4上套设有连接滑套7，所述连接滑套7与所述应力调节杆4滑动连接，所述连接滑套7位于所述第二杆部43上；制作时，先将连接滑套7套接在第二杆部43，然后再弯折第一杆部41和第三杆部44。所述连接滑套7的侧壁设置有调节螺纹套71，所述调节螺纹套71中设置有调节螺杆72，所述调节螺纹套71与所述调节螺杆72的连接长度可调，所述调节螺杆72的另一端穿过所述中间连接架2侧壁，所述调节螺杆72端部设置有与所述中间连接架2侧壁相抵的调节柄73。在安装完成之后，有一个应力平衡的过程，可以通过传统的压力传感器检测压力的变化情况，或者采用应力检测仪来检测，从而可以获得应力调节杆4两端都连接好之后的应力情况。通过连接滑套7作用于应力调节杆4的中间位置，作用位置可以根据情况调节。然后通过调节螺杆72与调节螺纹套71的配合调节对于应力调节杆4中部的作用力。
一种超大断面隧道变形控制装置的使用方法，包括以下步骤：步骤S00：将拱顶架1、两个中间连接架2以及底面反拱架3先初步安装在隧道易变形位置，形成闭环并初步固定；步骤S10：调整拱顶架1、两个中间连接架2以及底面反拱架3的位置使得连接端板5连接紧密，并将其锁定，安装时采用设备检测应力情况；步骤S20：将应力调节杆4的一端插入连接端板5，另一端固定连接，使得限位台42与连接端板5紧密贴合；步骤S30：根据应力情况判断应力调节杆4需要提供拉力还是推力，然后通过液压钳控制辅助凸台45和连接端板5的距离，然后通过调节螺母46将应力调节杆4锁定；步骤S40：进一步检测应力分布情况，然后调节调节螺杆72来控制连接滑套7对应力调节杆4中部的作用力。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
包括拱顶架(1)、两个中间连接架(2)以及底面反拱架(3)；两个所述中间连接架(2)分别位于两侧，且与分别与所述拱顶架(1)一端和所述底面反拱架(3)的一端固定连接，以形成与隧道截面相适配的闭环；
每个所述中间连接架(2)的两侧均设置有应力调节杆(4)，所述应力调节杆(4)的一端穿过所述中间连接架(2)与所述拱顶架(1)固定连接，所述应力调节杆(4)的另一端穿过所述中间连接架(2)与所述底面反拱架(3)固定连接，所述应力调节杆(4)一端连接位置可调。
2.根据权利要求1所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述拱顶架(1)、两个所述中间连接架(2)以及所述底面反拱架(3)端部均设置有连接端板(5)，在安装时，所述中间连接架(2)的两端的连接端板(5)分别与所述拱顶架(1)的连接端板(5)和所述底面反拱架(3)的连接端板(5)贴合。
3.根据权利要求2所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述应力调节杆(4)设置有第一杆部(41)、第二杆部(43)、第三杆部(44)；所述第一杆部(41)垂直于所述中间连接架(2)与所述拱顶架(1)连接的连接端板(5)，所述第三杆部(44)垂直于所述中间连接架(2)与所述底面反拱架(3)连接的连接端板(5)，所述第二杆部(43)斜向连接所述第一杆部(41)与所述第三杆部(44)。
4.根据权利要求3所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述第一杆部(41)上设置有限位台(42)，所述第一杆部(41)同时穿过所述中间连接架(2)和所述拱顶架(1)的连接端板(5)，所述第一杆部(41)上设置有锁定螺母(47)，所述中间连接架(2)和所述拱顶架(1)的连接端板(5)均位于所述锁定螺母(47)与所述限位台(42)之间。
5.根据权利要求3所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述第三杆部(44)上设置有两个调节螺母(46)，所述第三杆部(44)穿过所述中间连接架(2)和所述底面反拱架(3)的连接端板(5)，所述中间连接架(2)和所述底面反拱架(3)的连接端板(5)均位于两个所述调节螺母(46)之间。
6.根据权利要求5所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述第三杆部(44)上设置有辅助凸台(45)，所述辅助凸台(45)位于所述靠近所述第二杆部(43)的一端，两个所述调节螺母(46)位于所述第三杆部(44)远离所述第二杆部(43)的一端。
7.根据权利要求3所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述应力调节杆(4)上套设有连接滑套(7)，所述连接滑套(7)与所述应力调节杆(4)滑动连接，所述连接滑套(7)位于所述第二杆部(43)上；
所述连接滑套(7)的侧壁设置有调节螺纹套(71)，所述调节螺纹套(71)中设置有调节螺杆(72)，所述调节螺纹套(71)与所述调节螺杆(72)的连接长度可调，所述调节螺杆(72)的另一端穿过所述中间连接架(2)侧壁，所述调节螺杆(72)端部设置有与所述中间连接架(2)侧壁相抵的调节柄(73)。
8.根据权利要求2所述的超大断面隧道变形控制装置，其特征在于：
所述连接端板(5)上均设置有若干个连接螺钉(6)。
9.一种超大断面隧道变形控制装置的使用方法，其特征在于：
包括以下步骤：步骤S00：将拱顶架(1)、两个中间连接架(2)以及底面反拱架(3)先初步安装在隧道易变形位置，形成闭环并初步固定；
步骤S10：调整拱顶架(1)、两个中间连接架(2)以及底面反拱架(3)的位置使得连接端板(5)连接紧密，并将其锁定，安装时采用设备检测应力情况；
步骤S20：将应力调节杆(4)的一端插入连接端板(5)，另一端固定连接，使得限位台(42)与连接端板(5)紧密贴合；
步骤S30：根据应力情况判断应力调节杆(4)需要提供拉力还是推力，然后通过液压钳控制辅助凸台(45)和连接端板(5)的距离，然后通过调节螺母(46)将应力调节杆(4)锁定；
步骤S40：进一步检测应力分布情况，然后调节调节螺杆(72)来控制连接滑套(7)对应力调节杆(4)中部的作用力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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