CN215860238U - 支护力可调节的隧道多级让压可缩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，属于隧道工程技术领域，该装置连接于环形钢架接头处，与钢架及喷射混凝土共同组成隧道支护结构，上导管和下导管分别连接两相邻钢架，相互插接的上导管和下导管、上套管和下套管，相互套接的上套管与上导管、下套管与下导管，上套筒受载后挤压分级压头，分级压头承受荷载后向下套管内部缩进变形，通过调节所述分级压头位置实现支护力可调节和分级让压，解决挤压大变形隧道钢架因承受荷载过大而发生破坏，从而降低支护承载能力的技术问题，在实现让压可缩支护的同时，具有实现支护阻力可调节、分级让压的功能，使装置在工作时产生多个恒阻力，达到有效控制让压时机和让压量的技术效果。

Description

支护力可调节的隧道多级让压可缩装置

技术领域

本实用新型属于隧道工程技术领域，更具体地说，是适用于大变形隧道，且与支护钢架环形连接使用的一种支护力可调节的隧道多级让压可缩装置。

背景技术

随着我国铁路及公路建设的持续快速发展，高地应力及软弱大变形隧道工程不断涌现。隧道大变形是隧道修建过程中所遇到的一种极难处理的技术难题，大变形的后果不仅是引起隧道施工过程中的安全问题，同时也是后期运营的巨大安全隐患。

为解决隧道围岩大变形问题，当前常用的方法是采用刚性支护，即一味的增加喷射混凝土厚度、增大钢拱架和锚杆的刚度，虽然抑制了围岩的变形，但是承载力变大，受力也增大，围岩内部能量无法释放，也不够经济有效，所以并没有有效解决大变形控制问题。为应对挤压大变形问题，支护方式也从“强支硬抗”的刚性支护向分层支护转变，即分两层或者多层喷射混凝土，根据围岩变形情况分期施工，从而达到柔性支护的目的。采用分层支护时，通过柔性支护协调变形，释放围岩应力，减轻支护受力，达到控制大变形的作用，但分层支护参数不好掌握，强度过小会导致支护破坏，第二层支护不及时会导致发生塌方事故，过大则无法起到释放围岩应力的作用。

随着对挤压大变形问题的研究，基于围岩能量吸收、能量耗散的理念，以及充分发挥围岩自承能力的要求，一种让压支护的形式逐渐被应用。让压支护是指在一定的支护抗力下，支护结构尺寸具有可变性以释放围岩应力，控制围岩塑性区范围，并且能够在完成让压过程后进行强支护，是一种比较合理的支护方式。钢架是支撑围岩的最为有效的手段，广泛应用在大变形隧道中，普通钢架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，极大的降低了初期支护的承载能力。针对钢架的这一问题，国内外也进行了可伸缩钢架的研制，如采用U形钢架和可缩接头，虽然有一定的可伸缩量，但是不能有效的控制伸缩量的范围、也不能控制钢架的极限承载能力对钢架进行有效的保护。根据以上问题，需要一种新式让压可缩装置，通过内置的让压结构实现让压，有确定的让压量和可控的恒阻荷载，并在让压结束后恢复刚性承载。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，旨在实现支护可伸缩、支护阻力可调节、分级让压和分级恒阻，有效控制让压时机和让压量的技术效果。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，置于两钢架接头处，包括：

导管组件，所述导管组件包括相互滑动插接的上导管和下导管，所述上导管上端用于连接上部钢架，所述下导管下端用于连接下部钢架；

下套管，同轴套接在所述下导管外部，下端与所述下导管下端固定连接；

多个分级压头，均设于所述下套管上端圆周上，均适于承接围岩荷载，所述分级压头受载后朝向所述下套管内部缩进变形；

上套管，同轴套接在所述上导管外部，上端与所述上导管上端固定连接，所述上套管受载后逐渐挤压多个所述分级压头，通过调节所述分级压头位置实现支护力可调节和分级让压。

在一种可能的实现方式中，所述下套管上端沿其径向均布设有多个凹槽，多个所述分级压头均布卡紧在多个所述凹槽内，所述分级压头受载后发生变形缩进并可沿所述凹槽向所述下套管内部滑移，以实现分级让压，所述分级压头在所述凹槽内布设位置可调节。

在一种可能的实现方式中，所述分级压头包括：

圆柱部，呈圆柱形，适于与所述凹槽连接且连接位置可调节；以及

圆锥部，呈圆锥形，设于所述圆柱部上端，适于承接所述上套管荷载，所述圆锥部受载后发生变形缩进，所述圆柱部随后发生变形缩进，以实现分级让压。

在一种可能的实现方式中，所述圆柱部下端设有多个卡凸，多个所述卡凸均适于卡接在所述凹槽内，在所述下套管上设有锁紧件，所述锁紧件适于锁紧所述圆柱部。

在一种可能的实现方式中，所述上套管的内圆形与多个所述分级压头上端围成的圆形同心，所述上套管的内圆形直径大于多个所述分级压头上端围成的圆形直径。

在一种可能的实现方式中，所述下导管内径小于所述上导管内径，所述下导管可滑接插接在所述上导管内部。

在一种可能的实现方式中，所述下套管内径小于所述上套管内径，所述下套管上端可滑接插接在所述上套管内部。

在一种可能的实现方式中，所述下套管包括两段外径不同的圆柱段，所述下套管呈台阶型，所述分级压头位于上部的圆柱段的上端，位于下部的圆柱段下端固定连接在所述下导管下端，下部圆柱段外径大于上部圆柱段外径，所述上套管下压并接触下部圆柱段上端时实现限位。

在一种可能的实现方式中，支护力可调节的隧道多级让压可缩装置还包括顶板，所述上导管上端和所述上套管上端均固定连接在所述顶板底面上，所述顶板顶面用于连接上部钢架。

在一种可能的实现方式中，支护力可调节的隧道多级让压可缩装置还包括底板，所述下导管下端和所述下套管下端均固定连接在所述底板顶面上，所述底板底面用于连接下部钢架。

本实用新型提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型支护力可调节的隧道多级让压可缩装置设置在环形钢架接头处，将上导管和下导管分别连接两相邻钢架，通过相互插接的上导管和下导管、上套管和下套管，上套管与上导管套接、下套管与下导管套接，上套筒受载后挤压多个分级压头，多个分级压头承受荷载后向下套管内部缩进变形，通过调节所述分级压头位置实现支护力可调节和分级让压，解决了可缩钢架会受载后发生破坏，从而降低支护承载能力的技术问题，具有实现支护可伸缩、支护阻力可调节、分级让压和多、分级恒阻，有效控制让压时机和让压量的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的剖面整立面图；

图2为本实用新型另一实施例提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的剖面整立面图；

图3为本实用新型实施例提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的分级压头结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的整体外观结构示意图；

图5为图4的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的去除上套管后的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置的上导管和下导管结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置与钢架连接后的整体状态示意图。

附图标记说明：

1、上导管；2、下导管；3、下套管；4、分级压头；41、圆柱部；42、圆锥部；43、卡凸；5、上套管；6、凹槽；7、顶板；8、底板；9、钢架。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图7，现对本实用新型提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置进行说明。所述支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，置于环形钢架9接头处，钢架9及喷射混凝土共同组成隧道支护结构，包括上导管1、下导管2、下套管3、多个分级压头4和上套管5，导管组件包括相互滑动插接的上导管1和下导管2，上导管1上端用于连接上部钢架9，下导管2下端用于连接下部钢架9；下套管3同轴套接在下导管2外部，下端与下导管2下端固定连接；多个分级压头4均设于下套管3上端圆周上，均适于承接围岩荷载，分级压头4受载后朝向下套管3内部缩进变形；上套管5同轴套接在上导管1外部，上端与上导管1上端固定连接，上套管5受载后逐渐挤压多个分级压头4，通过调节分级压头4位置实现支护力可调节和分级让压。

本实用新型提供的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，与现有技术相比，本实用新型支护力可调节的隧道多级让压可缩装置设置在环形钢架9接头处，将上导管1和下导管2分别连接两相邻钢架9，通过相互插接的上导管1和下导管2、上套管5和下套管3，上套管5与上导管1套接、下套管3与下导管2套接，上套筒受载后挤压多个分级压头4，多个分级压头4承受荷载后向下套管3内部缩进变形，通过调节分级压头4位置实现支护力可调节和分级让压，解决了可缩钢架9会受载后发生破坏，让压支护性能低，降低支护承载能力的技术问题，具有实现支护阻力可调节、分级让压和多、分级恒阻，有效控制让压时机和让压量的技术效果。

由于钢架9支护形式呈拱形，则本实用新型设置在钢架9上，与钢架9组合形成一个整体的多级让压可缩装置，再与喷射混凝土共同组成隧道支护结构。围岩变形后通过调节分级压头4的位置，使让压量得到调节，实现多级让压和多级恒阻，上套管5和下套管3均具备一定的抗弯和抗剪能力。该实用新型结构简单、拆装方便、让压调节方便，能通过多级恒阻释放变形，从而减少支护结构应力集中，保证隧道结构稳定，适用于挤压性围岩大变形隧道支护。

本实用新型在具体应用中，可能不是呈竖直状态设置，或呈倾斜状态设置，则也不会影响本实用新型的让压支护效果。本实用新型为金属材料或高分子材料加工而成。上套管5和下套管3的沿水平方向上的截面呈圆形或多边形，其具体的形状在本实施例中不作限制，均为金属材料或高分子材料制成。

上导管1和下导管2起到了对上套管5和下套管3导向的作用。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，下套管3上端沿其径向均布设有多个凹槽6，多个分级压头4均布卡紧在多个凹槽6内，分级压头4受载后发生变形缩进并可沿凹槽6向下套管3内部滑移，以实现分级让压，分级压头4在凹槽6内布设位置可调节。凹槽6的长度和深度是预先设定好的，使分级压头4可以在凹槽6内被卡紧，分级压头4在被挤压过程中承受的是垂直于挤压方向的推力，则同时上套管5也发生变形缩进(朝向上套管5的外部)，从而实现分级让压和分级恒阻的作用。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，分级压头4包括圆柱部41和圆锥部42，圆柱部41呈圆柱形，适于与凹槽6连接且连接位置可调节；圆锥部42呈圆锥形，设于圆柱部41上端，适于承接上套管5荷载，圆锥部42受载后发生变形缩进，圆柱部41随后发生变形缩进，以实现分级让压。圆柱部41卡紧在凹槽6内，且卡紧的位置可调节，所以给上套管5的下压提供了可调节的让压量，圆锥部42是主要承受荷载和变形的部件，其变形程度不同，让压量也不同。

通过调节圆柱部41在凹槽6内的不同位置，实现让压量的调节，分级让压和分级恒阻，则分级压头4的变形量也得到调节，即受载后的变形量不同。

随着围岩变形量逐渐增大到一定值，上套管5和分级压头4的抗收缩恒阻力也增大到另一恒阻值，结构稳定可靠，成本低，可有效控制让压时机和让压量。

分级压头4上部的圆锥形的斜边与水平面之间的夹角为45°或60°或75°。通过使用不同倾角的分级压头4，可改变对上套管5和分级压头4的挤压程度，以调节让压程度和恒阻力。圆锥部42的最大外径与圆柱部41外径相同，两者均可承受上套管5的荷载和挤压。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，圆柱部41下端设有多个卡凸43，多个卡凸43均适于卡接在凹槽6内，在下套管3上设有锁紧件，锁紧件适于锁紧圆柱部41。通过卡凸43卡紧在凹槽6内，而圆柱部41就不用于凹槽6连接，卡凸43与凹槽6连接牢固、稳定，且卡凸43在凹槽6内的位置可调节，且调节后通过锁紧件限位。锁紧件为一种顶丝，通过旋拧，其内端可抵靠卡凸43，进而限位卡凸43位置。其中锁紧件在图中未示出。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，上套管5的内圆形与多个分级压头4上端围成的圆形同心，上套管5的内圆形直径大于多个分级压头4上端围成的圆形直径。通过上述设置后，上套管5下压后能够挤压在分级压头4的外部位置，即能推顶分级压头4向上套管5的内部移动，分级压头4不会滑脱和掉落，既能实现让压量调节的作用，还能保证产生分级恒阻。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，下导管2内径小于上导管1内径，下导管2可滑接插接在上导管1内部。让压结束后，上导管1和下导管2相互插接并可合并成一整体结构，支撑稳定性强。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，下套管3内径小于上套管5内径，下套管3上端可滑接插接在上套管5内部。让压结束后，上套管5和下套管3相互插接并可合并成一整体结构，支撑稳定性强。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，下套管3包括两段外径不同的圆柱段，下套管3呈台阶型，分级压头4位于上部的圆柱段的上端，位于下部的圆柱段下端固定连接在下导管2下端，下部圆柱段外径大于上部圆柱段外径，上套管5下压并接触下部圆柱段上端时实现限位。将下套管3设置成台阶型，一是能使上套管5与下套管3实现滑动插接，二是使上套管5能够均匀挤压到多个分级压头4上，通过分级压头4承受上套管5的荷载，又能实现通过调节分级压头4的位置就可以实现分级让压和分级恒阻的作用。

当上套管5的下端接触下套管3的下部圆柱段上端时，此时上套管5就不能再向下压动下套管3，此时实现了对上套管5的轴向限位。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，支护力可调节的隧道多级让压可缩装置还包括顶板7，上导管1上端和上套管5上端均固定连接在顶板7底面上，顶板7顶面用于连接上部钢架9。

在一些实施例中，请参阅图1至图7，支护力可调节的隧道多级让压可缩装置还包括底板8，下导管2下端和下套管3下端均固定连接在底板8顶面上，底板8底面用于连接下部钢架9。顶板7和底板8均为方形或圆形，均为金属材料制成，均通过多个螺栓与两组或两段钢架9连接，方便组装和拆卸。上导管1与上套管5之间、下导管2与下套管3之间均为焊接或螺栓固定连接，在让压结束后，下套管3上部基本嵌套进上套管5中，该实用新型安装在拱脚、拱腰位置。

本实用新型的有益效果有：

1、适用范围广，可根据工程要求、隧道围岩变形情况，通过分级压头4来调节让压荷载，进而适应各种情况的围岩变形，操作方便，适用性强。

2、经济实用，只需要调节分级压头4来适应让压需要，而不需要更换让压构件，充分利用了钢材力学性能，材料常见，加工方便，减少了强支护的结构更换，降低了成本。

3、实现了多级让压，相较于仅有单一恒阻值的恒阻让压结构，避免了由于恒阻值设置不当而支护效果不佳的现象，避免了荷载突然增大造成的结构失稳，并在保证让压量和让压可监测的情况下尽可能多的释放围岩应力。

4、安全耐用，稳定性强。该实用新型与钢架9连接牢固，在保证让压量的同时，保证了一定的支护阻力，且上套管5和下套管3起到了保护作用，也能抵抗一定的冲击力，具备一定的抗弯抗剪能力，让压过程结束后，整体变为双层套管，支护力更强。

5、该实用新型制作简单，组装方便，适用于隧道钢架9连接，能有效降低支护结构应力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，置于环形钢架接头处，包括：

导管组件，所述导管组件包括相互滑动插接的上导管和下导管，所述上导管上端用于连接上部钢架，所述下导管下端用于连接下部钢架；

下套管，同轴套接在所述下导管外部，下端与所述下导管下端固定连接；

多个分级压头，均设于所述下套管上端圆周上，均适于承接围岩荷载，所述分级压头受载后朝向所述下套管内部缩进变形；

上套管，同轴套接在所述上导管外部，上端与所述上导管上端固定连接，所述上套管受载后逐渐挤压多个所述分级压头，通过调节所述分级压头位置实现支护力可调节和分级让压。

2.如权利要求1所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述下套管上端沿其径向均布设有多个凹槽，多个所述分级压头均布卡紧在多个所述凹槽内，所述分级压头受载后发生变形缩进并可沿所述凹槽向所述下套管内部滑移，以实现分级让压，所述分级压头在所述凹槽内布设位置可调节。

3.如权利要求2所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述分级压头包括：

圆柱部，呈圆柱形，适于与所述凹槽连接且连接位置可调节；以及

圆锥部，呈圆锥形，设于所述圆柱部上端，适于承接所述上套管荷载，所述圆锥部受载后发生变形缩进，所述圆柱部随后发生变形缩进，以实现分级让压。

4.如权利要求3所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述圆柱部下端设有多个卡凸，多个所述卡凸均适于卡接在所述凹槽内，在所述下套管上设有锁紧件，所述锁紧件适于锁紧所述圆柱部。

5.如权利要求1所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述上套管的内圆形与多个所述分级压头上端围成的圆形同心，所述上套管的内圆形直径大于多个所述分级压头上端围成的圆形直径。

6.如权利要求1所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述下导管内径小于所述上导管内径，所述下导管可滑接插接在所述上导管内部。

7.如权利要求1所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述下套管内径小于所述上套管内径，所述下套管上端可滑接插接在所述上套管内部。

8.如权利要求7所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，所述下套管包括两段外径不同的圆柱段，所述下套管呈台阶型，所述分级压头位于上部的圆柱段的上端，位于下部的圆柱段下端固定连接在所述下导管下端，下部圆柱段外径大于上部圆柱段外径，所述上套管下压并接触下部圆柱段上端时实现限位。

9.如权利要求1所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，支护力可调节的隧道多级让压可缩装置还包括顶板，所述上导管上端和所述上套管上端均固定连接在所述顶板底面上，所述顶板顶面用于连接上部钢架。

10.如权利要求1所述的支护力可调节的隧道多级让压可缩装置，其特征在于，支护力可调节的隧道多级让压可缩装置还包括底板，所述下导管下端和所述下套管下端均固定连接在所述底板顶面上，所述底板底面用于连接下部钢架。

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