CN115404846A - 一种针对隧道变形的纠偏装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道施工技术领域，公开了一种针对隧道变形的纠偏装置及方法。针对隧道变形的纠偏装置包括充砂主体、注砂装置以及顶推装置。充砂主体设置有中空腔，侧壁上设置有与中空腔连通的出砂口，充砂主体能够钻入土体，位于隧道的变形位置的同一侧，出砂口与变形位置相向设置；注砂装置能够将砂注入中空腔内，且能够根据需要调节注砂量；顶推装置能够将中空腔内的砂通过出砂口顶出，顶推装置通过将砂顶出并压实以挤压土体，以对变形位置纠偏。该针对隧道变形的纠偏装置能够对隧道的变形位置进行主动纠偏，且注砂装置能够根据实际变形量的动态变化调节注砂量，顶推装置将砂顶出并压实来对隧道变形进行逐步纠偏，满足了多元的变形控制需求。

Description

一种针对隧道变形的纠偏装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种针对隧道变形的纠偏装置及方法。

背景技术

随着我国经济高速发展，城市空间容量需求增加、交通压力加大，合理开发城市地下空间显得尤为重要。而建设地下结构物比地上结构物要复杂，需考虑的因素多，且有很多不可预见性。例如在进行基坑开挖的过程中，周围土体的卸荷作用会导致基坑产生一定的变形，从而对临近建筑物(如隧道)等随着土体一同产生相应的位移变形，从而危及临近建筑物的安全。因此，为了降低地下结构施工对周围建筑物的影响，保护地下结构的整体稳定和安全，在新项目建设期间对基坑外隧道的变形进行严格控制就显得尤为重要。

目前采用控制基坑外隧道的变形的方法有被动控制方法和主动控制方法，但囿于技术水平以及经济条件的限制，控制效果往往并不高效、经济，主要表现在以下几个方面：第一，被动控制主要是通过注浆来增加土体的强度，减小地下结构的变形，而这种方法因为浆液不可控，常常因为缺乏目的性注浆导致过大的浪费，控制效果也不理想；第二，传统的主动控制方法是通过囊式注浆来进行控制，但目前这种注浆方法不能实时控制注浆囊袋的体积和形状，满足不了多元的变形控制需求；第三，传统的主动控制方法，囊体的扩张是基于注浆，浆液凝固时间通常很短，导致浆液一旦凝固，浆液的体积和形状将不可改变；第四，传统主动控制方法不能根据变形量的实时变化进行动态调节。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种针对隧道变形的纠偏装置，能够对隧道的变形位置进行主动纠偏，且注砂装置能够根据实际变形量的变化调节注砂量，顶推装置将砂顶出并压实来对隧道变形进行逐步纠偏，满足了多元的变形控制需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种针对隧道变形的纠偏装置，用于对隧道的变形位置进行纠偏，所述针对隧道变形的纠偏装置包括：

充砂主体，所述充砂主体设置有中空腔，侧壁上设置有与所述中空腔连通的出砂口，所述充砂主体能够钻入土体内，并位于所述隧道的变形位置的同一侧，所述出砂口与所述隧道的变形位置相向设置；

注砂装置，所述注砂装置被配置为向所述中空腔内注入砂；

顶推装置，所述顶推装置能够将所述中空腔内的所述砂通过所述出砂口顶出。

作为一种可选方案，所述顶推装置包括控制柜、机械臂以及液压千斤顶，所述机械臂一端固定连接于所述控制柜上，另一端与所述液压千斤顶连接，所述液压千斤顶位于所述中空腔内且能够将所述砂顶出；所述机械臂和所述液压千斤顶均与所述控制柜通讯连接。

作为一种可选方案，所述顶推装置还包括具有弹性的包裹膜，所述液压千斤顶包裹于所述包裹膜内。

作为一种可选方案，所述液压千斤顶的输出端设置有顶板。

作为一种可选方案，所述注砂装置包括填砂器以及注砂管，所述注砂管的一端与所述填砂器连通，另一端能够伸入所述中空腔内，所述填砂器通过所述注砂管将所述砂注入所述中空腔内。

作为一种可选方案，所述注砂装置还包括流量监测计，所述流量监测计设置于所述注砂管上用于监测流过所述砂的流量。

作为一种可选方案，所述充砂主体朝向所述土体的底端设置有钻头，所述钻头转动设置于所述充砂主体上。

作为一种可选方案，所述出砂口距离所述充砂主体的底端具有设定距离。

本发明的另一个目的在于提供一种针对隧道变形的纠偏方法，采用上述任一方案中的针对隧道变形的纠偏装置，所述针对隧道变形的纠偏方法包括如下步骤：

S1：根据隧道的变形位置的变形量确定地面钻孔位置以及钻孔深度；

S2：通过充砂主体在所述钻孔位置处进行钻孔施工，并达到所述钻孔深度，所述充砂主体位于所述隧道的变形位置的同一侧，所述充砂主体的出砂口与所述隧道的变形位置相向设置；

S3：安装注砂装置和顶推装置；

S4：根据所述变形量的实时变化，所述注砂装置向所述充砂主体的中空腔内注砂并实时调节注砂量，所述顶推装置将所述砂顶出所述出砂口。

作为一种可选方案，所述隧道内设置有监测所述变形量的监测装置，所述注砂装置能够根据所述监测装置监测所述变形量的实时变化来调整注砂量。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种针对隧道变形的纠偏装置，用于对隧道的变形位置进行主动纠偏。该针对隧道变形的纠偏装置包括充砂主体、注砂装置以及顶推装置。其中，充砂主体设置有中空腔，侧壁上设置有与中空腔连通的出砂口，充砂主体能够钻入地面内的土体中，位于隧道的变形位置的同一侧，出砂口与变形位置相向设置；注砂装置能够将砂注入中空腔内，且能够根据需要调节注砂量；顶推装置能够将中空腔内的砂通过出砂口顶出，顶推装置通过将砂顶出并压实以挤压土体，以对变形位置进行纠偏。当隧道一侧位置发生变形后，变形如一侧部分土体坍塌，此时，将充砂主体钻入地面内且使出砂口正对坍塌位置的一侧，注砂装置在中空腔内注入砂，且到达出砂口后，顶推装置将砂逐步顶出并压实挤压土体，以使坍塌一侧的土体朝向隧道移动，以纠偏隧道。该针对隧道变形的纠偏装置能够对隧道的变形位置进行主动纠偏，且注砂装置能够根据实际变形量的变化调节注砂量，顶推装置将砂顶出并压实(即顶砂压密的方式)来对隧道变形进行逐步纠偏，满足了多元的变形控制需求，提高了隧道的稳定性和安全性。

本发明还提供一种针对隧道变形的纠偏方法，应用上述针对隧道变形的纠偏装置能够对隧道进行纠偏，根据隧道实时的变形量调整注砂装置的出砂量，顶推装置将砂顶出并压实挤压土体，实现了隧道的变形位置的纠偏。

附图说明

图1是本发明实施例所述的针对隧道变形的纠偏装置和隧道的位置关系示意图；

图2是本发明实施例所述的针对隧道变形的纠偏装置的俯视图。

图中：

1-充砂主体；11-中空腔；12-出砂口；13-钻头；

2-注砂装置；21-填砂器；22-注砂管；23-流量监测计；

3-顶推装置；31-控制柜；32-机械臂；321-第一机械臂；322-第二机械臂；33-液压千斤顶；331-顶板；34-包裹膜；

100-隧道；101-监测装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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-图2所示，本发明实施例提供了一种针对隧道变形的纠偏装置，用于对隧道100的变形位置进行主动纠偏。该针对隧道变形的纠偏装置包括充砂主体1、注砂装置2以及顶推装置3。其中，充砂主体1设置有中空腔11，侧壁上设置有与中空腔11连通的出砂口12，充砂主体1能够钻入地面，位于隧道100的变形位置的同一侧，出砂口12与隧道100的变形位置相向设置；注砂装置2能够将砂注入中空腔11内，且能够根据需要调节注砂量；顶推装置3能够将中空腔11内的砂通过出砂口12顶出，顶推装置3通过将砂顶出并压实以挤压土体，以纠偏变形位置。在使用时，先将充砂主体1钻入地面内(即土体中)，并将出砂口12与隧道100的变形位置正对设置，且间隔预设距离，再安装注砂装置2和顶推装置3。示例性地，参照图1，当隧道100的左侧位置发生变形后，变形如隧道100内左侧部分土体坍塌，此时，将充砂主体1在隧道100的左侧进行钻孔，且出砂口12位于隧道100的左侧并与隧道100正对设置，注砂装置2在中空腔11内注入砂，且到达出砂口12后，顶推装置3将砂逐步顶出并压实挤压土体，以使坍塌一侧的土体朝向隧道100移动，以对隧道100进行纠偏。在本实施例中，中空腔11设置有高度传感器，高度传感器能够检测中空腔11内的砂的高度。

该针对隧道变形的纠偏装置能够对隧道100的变形位置进行主动纠偏，且注砂装置2能够根据实际变形量的变化调节注砂量，顶推装置3将砂顶出并压实(即顶砂压密的方式)来对隧道100变形进行逐步纠偏，满足了多元的变形控制需求，提高了隧道100的稳定性和安全性。

具体地，参照图1，顶推装置3包括控制柜31、机械臂32以及液压千斤顶33。其中，控制柜31安装于地面上，机械臂32一端固定连接于控制柜31上，另一端与液压千斤顶33连接，机械臂32能够将液压千斤顶33输送至中空腔11内，并使其与出砂口12正对，以使液压千斤顶33能够将中空腔11内的砂通过出砂口12顶出，同时机械臂32为液压千斤顶33提供支撑力，以使液压千斤顶33能够顶出砂进入土体中并压实。

更为具体地，机械臂32包括相互垂直固定连接的第一机械臂321和第二机械臂322，第一机械臂321背离第二机械臂322的一端与控制柜31固定连接，第二机械臂322背离第一机械臂321的一端与液压千斤顶33固定连接，第二机械臂322能够伸入中空腔11内并能实现液压千斤顶33的上下移动，第一机械臂321能够带动第二机械臂322左右移动，进而带动液压千斤顶33移动。该结构能够实现液压千斤顶33的上下左右四个方向的移动，以使液压千斤顶33与出砂口12之间的位置更加精确合理。

可选地，第一机械臂321和第二机械臂322采用螺栓固定连接，使拆装更加方便。

可选地，机械臂32和液压千斤顶33均与控制柜31通讯连接，控制柜31里设置有控制系统，控制系统能够控制机械臂32的动作和液压千斤顶33的顶推动作。

为了防止砂破坏液压千斤顶33，继续参照图1，顶推装置3还包括包裹膜34，包裹膜34包裹液压千斤顶33，以防止砂通过包裹膜34进入液压千斤顶33内；且包裹膜34具有弹性，以不影响液压千斤顶33的顶推动作。

在本实施例中，包裹膜34采用高分子橡胶膜，高分子橡胶膜具有高强度、高弹性且耐腐蚀等优点。

为了方便砂的顶出，液压千斤顶33的输出端设置有顶板331，液压千斤顶33通过顶板331将砂顶出。

具体地，继续参照图1，注砂装置2包括填砂器21以及注砂管22，填砂器21安装于地面上，注砂管22的一端与填砂器21连通，另一端能够伸入中空腔11内，填砂器21通过注砂管22将砂注入中空腔11内。该结构中填砂器21能够控制出砂量，以使顶推机构顶推砂的量适应隧道100变形位置的变形量的实时变化，以使纠偏更加精确。在本实施例中，注砂管22的外径为200mm，材质采用PVC。

为了能够实时观察通过注砂管22砂的流量，注砂装置2还包括流量监测计23，流量监测计23设置于注砂管22上。

优选地，充砂主体1朝向土体的底端设置有钻头13，钻头13为锥形结构，且为螺旋状，钻头13转动设置于充砂主体1的底端。当需要钻孔施工时，钻头13能够在电机的带动下独立转动，以便于充砂主体1钻入土体内。

在本实施例中，充砂主体1采用方形管，方形管钻入地面内不易发生转动，使得在顶推装置3顶砂时更加稳定。充砂主体1采用边长300mm的方形管，材质采用PVC。

优选地，为了保证充砂主体1钻入土体的距离，以使其更加稳定，出砂口12距离充砂主体1的底端具有设定距离。当隧道100距离地面较近时，充砂主体1也需要钻入地面一定的距离以保证出砂口12与隧道100的变形位置正对设置。示例性地，出砂口12设置于充砂主体1的中部，出砂口12的开口边长为150mm。

本发明还提供了一种针对隧道变形的纠偏方法，采用上述针对隧道变形的纠偏装置能够对隧道100进行纠偏，根据隧道100实时的变形量调整注砂装置2的出砂量，顶推装置3将砂顶出并压实挤压土体，实现了隧道100的变形位置的纠偏。

该针对隧道变形的纠偏方法包括如下步骤：

S1：根据隧道100的变形位置的变形量来确定地面钻孔位置以及钻孔深度；

通过变形位置来确定钻孔位置，以使充砂主体1与变形位置位于同一侧，且具有预设距离，以保证能够推动变形位置的土体移动；根据隧道100距离地面的距离以及充砂主体1的出砂口12的位置来确定钻孔深度，以保证出砂口12与变形位置正对设置。

S2：通过充砂主体1在钻孔位置进行钻孔施工，并达到要求的钻孔深度，充砂主体1位于隧道100的变形位置的同一侧，出砂口12与隧道100的变形位置相向设置；

通过充砂主体1的钻头13进行旋转将充砂主体1钻入土体内要求的钻孔深度，以使出砂口12与隧道100的变形位置正对设置。

S3：安装注砂装置2和顶推装置3；

在地面上安装注砂装置2，将填砂器21与注砂管22连通，注砂管22插入充砂主体1的中空腔11内，填砂器21通过注砂管22注入砂；在地面上安装顶推装置3，将机械臂32的一端与控制柜31固定连接，另一端与液压千斤顶33连接，机械臂32将液压千斤顶33移入中空腔11内，并将液压千斤顶33与出砂口12正对设置；

S4：根据变形量的实时变化，注砂装置2向中空腔11内注砂并调节注砂量，顶推装置3能够将砂通过出砂口12顶出。

当顶推装置3不断向外顶出砂时，隧道100的变形量逐渐减小，随着变形量的减小，填砂器21实时减小注砂量，以使液压千斤顶33顶出的砂的量减小，以更加精确地对隧道100进行纠偏，当纠偏结束隧道100恢复后，填砂器21停止注砂，液压千斤顶33停止顶砂动作。

可选地，隧道100内设置有监测变形量的监测装置101，注砂装置2根据监测装置101监测变形量的实时变化调节注砂量，以实时动态进行调节。监测装置101设置有三组，分别用于监测隧道100左方向、右方向以及下方向隧道100的变形。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对隧道变形的纠偏装置，用于对隧道(100)的变形位置进行纠偏，其特征在于，所述针对隧道变形的纠偏装置包括：

充砂主体(1)，所述充砂主体(1)设置有中空腔(11)，侧壁上设置有与所述中空腔(11)连通的出砂口(12)，所述充砂主体(1)能够钻入土体内，并位于所述隧道(100)的变形位置的同一侧，所述出砂口(12)与所述隧道(100)的变形位置相向设置；

注砂装置(2)，所述注砂装置(2)被配置为向所述中空腔(11)内注入砂；

顶推装置(3)，所述顶推装置(3)能够将所述中空腔(11)内的所述砂通过所述出砂口(12)顶出。

2.根据权利要求1所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述顶推装置(3)包括控制柜(31)、机械臂(32)以及液压千斤顶(33)，所述机械臂(32)一端固定连接于所述控制柜(31)上，另一端与所述液压千斤顶(33)连接，所述液压千斤顶(33)位于所述中空腔(11)内且能够将所述砂顶出；所述机械臂(32)和所述液压千斤顶(33)均与所述控制柜(31)通讯连接。

3.根据权利要求2所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述顶推装置(3)还包括具有弹性的包裹膜(34)，所述液压千斤顶(33)包裹于所述包裹膜(34)内。

4.根据权利要求2所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述液压千斤顶(33)的输出端设置有顶板(331)。

5.根据权利要求1所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述注砂装置(2)包括填砂器(21)以及注砂管(22)，所述注砂管(22)的一端与所述填砂器(21)连通，另一端能够伸入所述中空腔(11)内，所述填砂器(21)通过所述注砂管(22)将所述砂注入所述中空腔(11)内。

6.根据权利要求5所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述注砂装置(2)还包括流量监测计(23)，所述流量监测计(23)设置于所述注砂管(22)上用于监测流过所述砂的流量。

7.根据权利要求1所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述充砂主体(1)朝向所述土体的底端设置有钻头(13)，所述钻头(13)转动设置于所述充砂主体(1)上。

8.根据权利要求1所述的针对隧道变形的纠偏装置，其特征在于，所述出砂口(12)距离所述充砂主体(1)的底端具有设定距离。

9.一种针对隧道变形的纠偏方法，其特征在于，采用如上权利要求1-8任一项所述的针对隧道变形的纠偏装置，所述针对隧道变形的纠偏方法包括如下步骤：

S1：根据隧道(100)的变形位置的变形量确定地面钻孔位置以及钻孔深度；

S2：通过充砂主体(1)在所述钻孔位置处进行钻孔施工，并达到所述钻孔深度，所述充砂主体(1)位于所述隧道(100)的变形位置的同一侧，所述充砂主体(1)的出砂口(12)与所述隧道(100)的变形位置相向设置；

S3：安装注砂装置(2)和顶推装置(3)；

S4：根据所述变形量的实时变化，所述注砂装置(2)向所述充砂主体(1)的中空腔(11)内注砂并实时调节注砂量，所述顶推装置(3)将所述砂顶出所述出砂口(12)。

10.根据权利要求9所述的针对隧道变形的纠偏方法，其特征在于，所述隧道(100)内设置有监测所述变形量的监测装置(101)，所述注砂装置(2)能够根据所述监测装置(101)监测所述变形量的实时变化来调整注砂量。

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