WO2025149073A1 - 一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控装置及方法，包括变形体(2)、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统；各个变形体(2)之间通过锯齿接口(3)相连，连接部分设有孔隙；变形体(2)存在两种状态，针对新建路堤，铺设使用时，两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺；若干个变形体(2)组合沿路堤纵向依次布置；运营修复植入时，采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体(2)植入打设的预留孔内；所述封堵盖用于在新建路堤铺设变形体(2)后，封堵路堤上预留孔，并确保与路堤坡面装饰相同；所述介质注入控制系统用于监测并控制介质的注入；多孔管路为单进多出，多孔管路进入口连接介质注入管(1)，多孔管路均匀布设于变形体(2)内，实现介质均匀注入，保证控制过程中抬升力保持稳定。

Description

一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控装置及方法 技术领域

本发明属于建筑、道路、市政工程、桥梁隧道、轨道交通等多个工程施工领域，尤其是涉及一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，大量城市轨道交通、高速铁路、高速公路以及市政道路等交通基础设施已相继建成并投入运营，形成了四通八达、覆盖范围广泛的现代化交通网络，为我国国民经济的持续增长和社会发展的繁荣奠定了坚实基础。然而，这些交通基础设施建设投资规模巨大、设计使用寿命长，同时由于运行速度的不断提高，其长期服役过程中不可避免地面临变形问题。这些变形现象可能对高速铁路、城市地铁、高速公路等交通设施的服役安全、服役性能及服役寿命产生显著影响，甚至带来极大的安全隐患。交通基础设施的长期服役变形不仅显著增加了维护与维修的频率和成本，还可能导致严重的交通事故，对人民生命财产安全构成重大威胁，同时产生不可忽视的社会影响与经济损失。尤其在突发性或不可预见的事故情况下，交通设施的破坏可能导致大规模的社会混乱和巨大的灾害后果。因此，必须高度重视交通基础设施在服役过程中的变形问题，通过精密监测、科学评估和严格控制，提前预防可能对设施服役安全、性能和寿命造成影响的有害变形。

一旦出现影响服役性能和安全性的变形问题，必须迅速采取有效措施进行治理和修复，确保交通基础设施的长期稳定运行。因此，加强交通基础设施服役期间的变形监测与控制，优化维护管理策略，既是保障运营安全的核心要务，也是延长设施使用寿命、降低维护成本的重要举措。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种路堤自主抬升调控装置，包括变形体、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统；所述变形体的面层由耐压4Mpa以上的复合材料制成，复合材料内嵌织网；各个变形体之间通过锯齿接口相连，连接部分设有孔隙；所述变形体存在两种状态，针对新建路堤，铺设使用时，两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺；若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置，各个变形体之间通过锯齿接口相连，连接部分设有孔隙；运营修复植入时，采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的预留孔内；所述封堵盖用于在新建路堤铺设变形体后，封堵路堤上预留孔，并确保与路堤坡面装饰相同；所述介质注入控制系统包括制备单元、输送单元和监测单元，制备单元用于制备调制介质，通过介质体积计量控制抬升量，输送单元用于输送介质，介质输送过程中通过监测单元内的速率传感器与压力传感器全程监测，并记录数据；所述多孔管路为单进多出，多孔管路进入口连接介质注入管，多孔管路均匀布设于变形体内，实现介质均匀注入，保证控制过程中抬升力保持稳定。

进一步的，所述介质为刚度可控的调制液体，实现若干次启动控制不同抬升量补偿的不均匀沉降主动控制；所述不均匀沉降包括道路由于运营导致的变形，以及引起的道路周边构筑物的沉降。

进一步的，所述调控装置预留监测接口，当需要启动变形体调控时，道路维护监测平台采集的变形数据，通过既有接口输入调控装置，调控装置依据采集的数据计算变形体调控值；变形体在介质注入时产生土体变形，监测数据同步反馈。

本发明还提供一种路堤自主抬升调控方法，包括：

(1)首先，依据现场实际条件，设计相应的变形体尺寸；

(2)制作变形体，加工连接端头和封堵端头；

(3)在建设期将变形体铺设在构筑的路基底层，再继续填筑路面层；或者修复既有的路堤的过程中，依据既有的路堤边坡预留孔，将制作好的变形体植入孔内；

(4)监测路堤表面的变形，采集并分析数据；

(5)当路堤变形达到临界值时，启动变形体，注入流动介质控制土体变形；通过控制启动变形体，变形体膨胀扩张启动调控；

(6)调控完成后，继续监测路堤变形，依据变形进一步调控，重复上述步骤。

进一步的，依据速率和压力传感器收集路堤不均匀沉降数据。

进一步的，在使用调控装置前需要进行调控预实验，具体通过计算机数值模拟分析数据，依据计算机内的计算模型计算变形体抬升量，开展变形预试验，注入刚度可控的介质，改变变形体的形态，监测数据反馈给调控装置，依据监测的反馈数据优化计算模型，实现对计算模型的优化；在具体使用时首先设定沉降修复的变形目标，启动调控装置控制计算机自主调控，进而控制路堤土体变形，恢复路堤的沉降。

进一步的，针对未先预植变形体的道路，采用水平或倾斜钻孔技术，施打孔，施打孔间距依据沉降监测计算得到，植入变形体。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明能够精准可靠的动态控制变形体的形状，处理因各种原因引起路堤不均匀沉降问题，形成加固控制一体化系统；实现建设期路堤结构加强与运营期变形主动控制，减少维修更换成本且不影响道路运营。前期的预埋起到土工织物等效的作用，有效提高路堤刚度，提高其抗沉性能；运营期沉降产生时，能够定点定向精准治理病害位置，效率高；长效多周期的维护，调控过程中介质刚度可控，能够多次治理维护；介质注入变形体后，变形体外壳与填土形成阻隔层，介质对周边的土质环境无污染及干扰作用。

附图说明

图1为复合囊体变形体整体结构示意图；

图2为复合囊体变形体侧视结构示意图；

图3为变形体在交通基础设施及建构筑物中的布置示意图；

图4为后期植入复合囊体变形体圆柱形态示意图；

图5为变形体主体内部结构及功能示意图；

图6为变形调控装置的使用方法及流程示意图。

附图标记：1-介质注入管，2-变形体，3-锯齿接口，4-变形体控制端，5-外壳

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需要特别指出的是，此处所描述的具体实施例仅用于阐释本发明的技术方案及工作原理。

如图1至图5所示，本发明提供了一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控装置，包括变形体2、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统；介质注入控制系统与路堤监测水准仪或预埋的光纤传感器连接。变形体2的面层由耐压4Mpa以上的复合材料制成，复合材料内嵌织网；各个变形体2之间采用锯齿接口3相连形成整体结构，连接部分设有孔隙，锯齿接口3设置于变形体2的外壳5；变形体2内布设有若干多孔管路，多孔管路为单进多出，多孔管路进入口连接介质注入管1，多孔管路均匀布设于变形体内，实现介质均匀注入，保证控制过程中抬升力保持稳定；变形体存在两种状态，针对新建路堤，铺设使用时，两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺；若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置；运营修复植入时，采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的孔内。

具体的，多孔管路包括位于变形体中心的一根主管，主管壁沿径向设有若干个分叉支管路，形成了均匀布置的介质流通路径，介质从外部由主管路进入，然后从分叉的多孔管路中进入面层的内部，随着介质的注入，变形体逐渐发生形体变化，实现沉降调控(路堤变形的调控)。变形体控制端4一端与主管连接，另一端与介质注入控制系统连接，用于主管端部的流量、压力、流速等的数值监测及控制。

在新建路堤铺设变形体后，在路堤坡面或当前出需预留介质注入孔及相关外接线路，外露部分在路堤正常运营无病害的情况下，需使用封堵盖统一安装封堵，与路堤坡面装饰相同，防止因管路堵塞导致后期修复无法启动，且需保证路堤美观统一。

介质注入控制系统包括制备单元、输送单元和监测单元，制备单元用于制备调制介质，通过介质体积计量控制抬升量，输送单元用于输送介质，介质输送过程中通过监测单元内的速率传感器与压力传感器全程监测，并记录数据；

介质注入控制系统，包括制备单元、输送单元和监测单元三个主要部分，制备调制介质，通过介质体积计量控制抬升量，介质输送过程中设有速率与压力传感器全程监测，并记录数据。

介质为刚度可控的调制液体，可控制过程中采用低刚度缓凝介质可以为浆液、高分子聚合物、多组分调制等材料，实现多次启动控制不同抬升量补偿、长效的不均匀沉降主动控制。不均匀沉降，包括道路由于运营导致的变形，以及引起的道路周边构筑物等沉降均可以使用。

调控装置预留监测接口，留置于控制系统的控制板上，当需要启动变形体调控时，道路维护监测平台采集的变形数据，通过既有接口输入调控装置，调控装置依据采集的数据计算变形体调控值；变形体介质注入时产生土体变形，监测数据同步反馈，形成闭环的主动调控装置。

具体的，(1)针对新建路堤，平铺使用，即图中绘制的扁平的长方形类似目前既有使用的土拱格栅。多个使用时候，边缘的锯齿形是每个变形体的分别连接在一起形成整体，锯齿部分之间的使用的材料以及结构存在孔隙，其目的是为了在路堤运营的过程中，变形体层具有足够透水性。(2)对于运营阶段的路堤沉降恢复，形态为圆柱状。既有的路堤使用本发明方法，是通过钻机在路的侧面水平钻孔，因为孔是类圆形，此时变形体不可以使用展开的长方形扁平模式，需要通过折叠绑扎，因为中心存在管路，捆扎后呈现圆形。

本实施例还提供一种路堤自主抬升调控方法，见图6，包括：

(1)首先，依据现场实际条件，设计相应的变形体尺寸；

(2)制作折叠型变形体，加工变形体端部连接端头，用于封堵端头；

(3)在建设期将变形体铺设在构筑的路基底层，再继续填筑路面层；或者修复既有的路堤的过程中，依据既有的路堤边坡预留孔，将制作好的变形体植入孔内；

(4)路堤运营，监测路堤表面的变形，采集数据，分析数据；具体通过水准仪或埋植的光纤传感器监测路堤的不均匀沉降；

(5)当路堤变形达到临界值时，启动变形体，注入流动介质控制土体变形；通过控制启动变形体，变形体膨胀扩张启动调控。

(6)调控完成后，继续监测路堤变形，依据变形进一步调控，重复上述步骤。

具体的，在使用调控装置前需要进行调控预实验，首先依据监测传感器对路堤不均匀沉降数据，通过计算机数值模拟分析数据补充，自主学习搭建主动控制的控制端计算模型，依据模型计算变形体抬升量，开展小变形预试验，注入刚度可控的介质，改变预植变形体的形态，监测数据反馈给调控装置，依据监测的反馈数据优化控制端计算模型，形成闭环主动控制数字孪生系统；模型优化验证后，设定沉降修复的变形目标，启动调控系统控制过程中计算机系统自主调控，进而控制路堤土体变形，恢复路堤的沉降。

具体的，针对旧路堤修复，采用水平或倾斜钻孔技术，施打孔，孔间距依据沉降监测计算得到，植入圆筒形的变形体，注入刚度可控的介质，改变预植变形体的形态，进而控制路堤土体变形，恢复路堤的沉降。

调控装置主要应用于交通基础设施及建构筑物(如道路、轨道交通、桥梁、隧道等)的土体变形调控与沉降治理。通过系统的协同作用，可实现设施在建设期的结构加强及运营期的主动调控功能，具有高效、精准和安全的技术特点。

1、装置结构与功能：

变形体2：变形体是装置的核心组件，其面层由耐压强度高于4MPa的复合材料制成，并内嵌高强度织网，以提高其承载能力和抗拉性能，确保其在复杂工况下的稳定性与耐久性。

外壳5：变形体的外部保护层，与内部结构紧密结合，其设计兼顾高强度与柔性，使其适应多种复杂土体环境。

锯齿接口3：各个变形体通过锯齿形接口相连，形成整体结构。锯齿接口位于外壳的边缘部位，具有密封性和稳定性，同时接口处设有孔隙，增强了土体的透水性与结构连接的整体性。

2、多孔管路：

变形体内部均匀布设有多孔管路，用于调控介质的高效分布。多孔管路采用单进多出的设计结构：

主管路：位于变形体中心，负责将介质从外部输送至内部。

分支管路：沿径向分布的多个分叉支管，与主管相连，形成均匀的介质流通路径。

此设计确保了介质注入过程中的均匀性，避免局部应力集中，保证膨胀调控过程中的抬升力稳定。

3、介质注入控制系统：

介质注入控制系统由制备单元、输送单元和监测单元组成，与交通基础设施监测平台相结合，通过数据联动实现动态调控。

制备单元：用于制备刚度可控的调制介质(如浆液、高分子聚合物等)，根据设施沉降需求，调控介质的刚度和体积。

输送单元：通过连接的介质注入管1，将制备好的介质输送至变形体内的多孔管路。

监测单元：配备压力传感器和速率传感器，实时监测介质注入过程中的压力、流速和体积变化，并记录数据用于指导和优化调控。

4、封堵盖：

封堵盖用于保护预留孔及外部管路，在设施无病害运行期间，确保装置与交通基础设施或建构筑物的外观一致，防止管路堵塞，保障后续维护调控的顺利实施。

装置的工作状态：

本装置根据交通基础设施及建构筑物的不同阶段，具有两种工作状态：

1、新建设施阶段的结构加强：

在交通基础设施建设阶段，将变形体平铺于路基或基础底层，其初始形态为矩形扁平结构，两侧边缘沿内折叠后平铺。多个变形体通过锯齿接口相连，并沿纵向依次布置形成整体。

铺设完成后，通过覆盖填筑的方式形成完整的路基或基础结构，变形体的存在显著增强了基础的整体刚度和抗沉性能。

2、运营设施阶段的病害修复：

在设施运营期间，针对局部沉降或其他土体病害位置，采用钻孔技术在预留孔中植入变形体。此时变形体初始形态为圆柱状，通过折叠绑扎后便于植入孔内。

植入完成后，通过介质注入控制系统，实时调控变形体的膨胀状态以实现精准的沉降补偿与变形治理。

3、运行过程：

数据采集与分析：通过设施表面的水准仪或埋植的光纤传感器，采集交通基础设施或建构筑物的土体变形数据，包括不均匀沉降、应力分布等关键参数。数据通过预留接口传输至调控装置，结合数值模型分析计算所需抬升量。

介质注入与膨胀调控：启动调控装置，通过介质注入管(1)将调制介质输送至变形体内。随着介质的注入，变形体逐步膨胀扩张，产生对土体的抬升力，实现设施变形的精准补偿。注入过程由监测单元全程监控，通过实时数据反馈优化调控参数，确保膨胀过程的平稳性和安全性。

闭环反馈与动态调整：监测单元实时反馈土体变形及介质注入数据至控制系统，形成闭环调控。根据监测反馈，动态调整介质注入速率、压力及总量，实现精准的变形治理。

具体而言，多孔管路包括位于变形体中心的一根主管，主管沿径向均匀分布有若干分叉支管，从而形成高效且均匀的介质流通路径。介质通过介质注入管从外部进入主管，继而通过分叉的多孔支管均匀分布至变形体的面层内部。随着介质的逐步注入，变形体在受控条件下发生形态变化，膨胀扩张以实现土体沉降的精准调控，进而有效应对交通基础设施及建构筑物(如道路、桥梁、隧道、轨道交通等)在运营或建设过程中可能出现的地基变形问题。

变形体控制端4在其中起到关键作用，其一端与主管连接，另一端与介质注入控制系统相连。控制端能够对主管及多孔管路内的介质流量、压力、流速等关键参数进行实时监测，并通过反馈调节优化注入过程，确保膨胀调控的稳定性和精确性。

这种多孔管路设计在科学分布的基础上，显著提高了介质在变形体内部的流动效率与均匀性，避免局部应力集中或膨胀不均等问题。通过多孔管路的精准作用，调控装置不仅能够有效解决交通基础设施及建构筑物的沉降问题，还能够适应多种复杂地质工况，为实现长期稳定运营提供了科学可靠的技术保障。

在新建交通基础设施及建构筑物中铺设变形体后，需要在相关部位预留介质注入孔和外接线路。这些外露部分在设施正常运营且无病害的情况下，需通过封堵盖进行统一封闭。封堵盖的设计需与设施表面的装饰保持一致，以确保整体外观的美观性和统一性，同时有效防止管路堵塞，避免后期修复操作无法正常启动。

介质注入控制系统由制备单元、输送单元和监测单元组成，构成完整的闭环调控系统：

制备单元：负责调制刚度可控的注入介质，能够根据设施沉降和变形需求，通过精确的体积计量控制介质的注入量，以实现对抬升量的精准调控。

输送单元：负责将制备好的调控介质输送至变形体内部，多孔管路设计确保介质分布的均匀性，避免局部应力集中。

监测单元：集成了高精度速率传感器和压力传感器，能够对介质输送过程中的流速、压力、注入量等关键参数进行实时监测，并同步记录数据。这些数据为动态调控提供了可靠依据，并可用于后续维护和调控的性能评估。

介质为刚度可控的特制调制液体，在调控过程中可根据具体需求灵活采用低刚度缓凝介质，如浆液、高分子聚合物或多组分调制材料。该介质的独特性能使其能够通过多次启动实现不同抬升量的精准补偿，并可用于长效的不均匀沉降主动控制。此方法适用于因交通基础设施及建构筑物(如道路、桥梁及周边建构筑物)长期运营导致的地基变形或沉降问题，并可对道路及其周边建构筑物的不均匀沉降问题进行高效治理。

为实现系统的动态调控与闭环控制，调控装置预留了监测接口，并将其集成于控制系统的主控板上。在需要启动变形体调控时，交通基础设施维护监测平台可通过该接口将采集的变形数据传输至调控装置。调控装置依据采集的数据计算变形体所需的调控参数(如抬升量、膨胀速率等)。当注入刚度可控的介质后，变形体发生形态变化，对土体变形进行主动调节，同时监测数据通过反馈机制实时返回调控系统，确保整个调控过程实现闭环控制。

具体实施方案：

1、针对新建交通基础设施及建构筑物：

在新建交通基础设施及建构筑物中，本发明采用平铺方式布设变形体，其形态为扁平的长方形，类似现有的土工格栅。多个变形体的边缘设计为锯齿状，通过锯齿形接口相互连接，形成一个连续整体结构。锯齿接口之间的材料和结构设计中保留了一定的孔隙，旨在确保变形体层在设施运营过程中具有足够的透水性，从而增强地基排水性能，改善地基环境稳定性。

2、针对交通基础设施及建构筑物的运营阶段沉降修复：

对于已运营交通基础设施及建构筑物在长期使用过程中出现的沉降问题，变形体的形态被设计为圆柱状，适合后期植入。采用钻机在设施侧面进行水平或倾斜钻孔，由于孔的形状通常为圆形，此时无法使用扁平长方形的变形体。因此，变形体需折叠并绑扎成圆柱状，其中心通过多孔管路提供支撑。绑扎后的圆柱形变形体通过植入技术嵌入预打设的孔内，便于后续的膨胀调控操作。

调控方法：

本实施例进一步提供了一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法，如图6所示，包括以下步骤：

(1)、设计变形体：根据交通基础设施及建构筑物的实际工况条件，设计变形体的尺寸、形态及材料特性，确保其适配不同场景下的布置与使用需求。

(2)、制作折叠型变形体：制作折叠型变形体，并对其端部进行加工处理，制作连接端头和封堵端头，以便后续实现精准安装与密封。

(3)、布设与安装：新建设施场景：在建设阶段，将变形体铺设在交通基础设施的路基或地基底层，然后继续填筑路面层或其他结构层，完成整体结构的施工。

运营设施修复场景：在设施运营维护过程中，通过设施侧面或周边预留的钻孔将圆柱形变形体植入孔内，并固定于适当位置。钻孔的间距依据沉降监测数据计算，确保植入后覆盖沉降病害区域。

(4)、运营阶段监测与数据采集：在设施运营过程中，通过水准仪或埋设的光纤传感器对地基或土体的变形进行实时监测，采集并分析变形和沉降数据。结合监测结果评估设施的沉降状态与地基变化趋势。

(5)、启动调控与介质注入：当监测结果表明设施沉降达到临界值时，启动调控系统向变形体注入刚度可控的流动介质。随着介质的注入，变形体逐步膨胀扩张，产生对土体的抬升力或其他调节力，实现沉降病害的精准修复。

(6)、闭环反馈与动态优化：在介质注入过程中，通过调控装置的监测接口，实时采集介质流量、压力、流速等关键参数，结合土体变形数据进行动态反馈。基于反馈数据优化调控参数，调整膨胀力度和抬升量，确保调控过程的精确性和稳定性。

(7)、后续维护与多周期治理：调控完成后，持续对设施状态进行监测，依据后续沉降情况启动多次调控，实现设施长期维护和病害治理。

调控预实验

在使用调控装置之前，需要进行调控预实验以确保精准性与可靠性。具体步骤包括：

(1)、数值模拟与计算模型搭建：通过监测传感器获取交通基础设施及建构筑物的不均匀沉降数据，并利用计算机进行数值模拟分析。基于分析结果，自主学习搭建主动控制的控制端计算模型，并依据模型计算变形体的抬升量。

(2)、小变形预试验：在预实验中向变形体注入刚度可控的调制介质，观察变形体形态的变化情况。采集并分析实验数据，将数据反馈至调控装置，用于优化控制端的计算模型，逐步完善闭环主动控制数字孪生系统。

(3)、模型优化与目标设定：经预实验验证后，优化计算模型并设定沉降修复的变形目标。启动调控系统后，计算机系统依据模型参数自主调控，精准控制土体变形，最终实现交通基础设施的沉降修复与功能恢复。

针对旧设施的修复

对于已运营的旧交通基础设施及建构筑物，本发明采用水平或倾斜钻孔技术对设施周边进行修复。修复方法具体包括：

(1)、钻孔施打：利用钻机施打孔洞，孔间距根据沉降监测数据计算确定，以确保孔洞分布均匀且覆盖病害区域。

(2)、植入变形体：将圆柱形变形体植入打设的孔内，并连接调控系统。

(3)、注入介质与调控变形：注入刚度可控的介质，利用介质的流动性和膨胀特性改变变形体的形态，实现对土体变形的精准调节。

(4)、闭环控制与多次治理：在调控过程中，实时监测并反馈数据，根据具体修复需求多次启动调控装置，确保沉降问题的彻底治理。

本装置设计旨在满足交通基础设施及建构筑物周边土体变形的调控需求，兼具灵活性和高效性，适用于新建与运营维护阶段的多种场景。

变形体可根据具体施工需求呈现两种状态。

新建交通基础设施及建构筑物施工状态：变形体在铺设使用时，其两侧边缘沿内侧折叠，最终呈矩形平铺形态。多个变形体组合后沿设施基础纵向依次布置，通过锯齿接口连接，实现整体连续性与功能完整性。

运营维护植入状态：对于交通基础设施及建构筑物在运营期间的土体修复，变形体初始状态为圆柱状，采用绑扎工艺后植入预先打设的预留孔中，以满足局部变形修复需求。

封堵盖设计：在新建交通基础设施及建构筑物施工时，变形体铺设完成后，预留孔通过封堵盖进行封闭。封堵盖的设计充分考虑了与设施周边装饰或外观的一致性，确保施工后的美观性与工程性能不受影响。

介质注入控制系统由制备单元、输送单元和监测单元组成，负责介质的制备、输送以及注入过程的动态监测。制备单元：用于调制注入介质，通过精确的体积计量控制实现对变形体抬升量的精准调控。输送单元：将制备的介质输送至变形体内部，多孔管路负责实现介质的均匀分布。多孔管路的设计为单进多出结构，其入口连接介质注入管，出口均匀布设于变形体内，保证在介质注入过程中，变形体的抬升力均匀分布，避免局部应力集中导致的不稳定性。监测单元：在介质输送过程中，利用速率传感器与压力传感器对输送速率和压力进行全程监测与记录，确保介质注入过程的安全性和可控性，同时为后续施工评估提供数据支持。

多孔管路的设计充分考虑了介质注入的均匀性与系统的稳定性。管路结构为单进多出型，通过均匀布设的出口将介质注入至变形体各区域，从而保证调控过程中抬升力的平衡分布。

该装置适用于以下两种主要场景：新建交通基础设施及建构筑物施工阶段：通过变形体的连续布置与精确的介质注入控制，实现对设施周边土体沉降与变形的有效调控，保障施工质量与长期稳定性。运营阶段的修复场景：当设施在长期服役期间因地基沉降、土体流失或其他原因导致沉降或有害变形时，通过将圆柱状变形体植入预留孔内，并配合介质注入控制系统进行精准修复，确保设施服役性能的恢复与提升。

进一步的，所述介质为刚度可控的调制液体，能够通过多次启动实现精准的抬升量调节，用于对交通基础设施及其周边建构筑物的不均匀沉降或变形进行主动控制。该介质的刚度和注入量可根据实际工况灵活调节，从而满足多次注入的分级控制需求，逐步实现不同沉降量的动态补偿。

所述不均匀沉降主要包括交通基础设施(如道路、高速公路、轨道交通等)在长期运营过程中因载荷反复作用及地基固结引起的沉降变形，同时还涉及道路或轨道交通设施周边建构筑物因基础受力变化或邻近施工活动导致的差异沉降问题。此类不均匀沉降的存在可能引发交通基础设施及周边建构筑物的服役性能下降、结构安全隐患增加等问题，甚至可能进一步导致结构裂缝扩展、地基承载力降低等严重后果。通过采用刚度可控的调制液体，结合本发明的多次启动控制技术，可实现对交通基础设施及其周边建构筑物不均匀沉降的高效、精准调控。该方法不仅能够逐步纠正已有沉降问题，还可以通过动态调整注入量和液体刚度，预防未来沉降的不均匀发展，从而有效提升交通基础设施及建构筑物的服役性能和整体安全性。

进一步地，所述调控装置设计了预留的监测接口，以实现与外部监测系统的高效联动。当需要启动变形体的调控功能时，交通基础设施及建构筑物维护监测平台可通过既有的接口将实时采集的变形数据输入调控装置。调控装置基于采集的变形数据，结合设施的运营状况和设计标准，进行精准计算，确定变形体的调控参数，包括介质注入量、注入速率和注入区域的具体位置等。

在实际调控过程中，变形体通过介质注入产生土体形态的改变，从而逐步实现交通基础设施及其周边建构筑物的不均匀沉降补偿与调控。为确保调控过程的精确性和安全性，调控装置还与监测平台保持数据实时联动，在介质注入及土体变形过程中，通过预留的监测接口获取同步反馈的监测数据。这些反馈数据包括土体变形量、应力分布、变形速率等参数，用于实时校正和优化调控方案，确保变形体的调控效果与预期目标一致。

该监测与调控一体化的设计，不仅能够提高交通基础设施及建构筑物沉降调控的科学性和可控性，还为运营维护提供了动态监测与及时响应的技术支持，大幅提升了设施的服役安全性、稳定性以及维护效率。同时，通过数据记录与长期监测分析，可为类似基础设施的设计与后续维护提供数据支撑和优化建议，从而构建更加完善的全生命周期管理体系。

基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法，包括：

(1)、设计变形体尺寸：根据现场实际工况条件，如交通基础设施或建构筑物的结构形式、地基土体特性、沉降及变形分布情况及施工空间约束等因素，科学设计变形体的尺寸、形状及材质参数，以确保其在复杂工况下的适配性和调控性能；

(2)、制作变形体：依据设计要求，制造满足工程需求的复合囊体变形体。变形体应具备耐压强度、抗拉性能和柔韧性，同时在加工阶段对连接端头和封堵端头进行精确加工，以确保其在安装及运行过程中的密封性与可靠性；

(3)、安装变形体

新建交通基础设施及建构筑物场景：在施工建设阶段，将设计好的变形体铺设于基础底层或路基底层，或者竖向布置植入孔中，通过精确布置实现对未来可能发生的沉降或变形的预防性控制。随后，继续填筑路面层或完成建筑基础施工，确保设施整体的稳定性。

既有交通基础设施及建构筑物修复场景：针对已服役的基础设施或建构筑物，在预先设置的孔洞中，植入制作完成的变形体。植入过程中需保证变形体的定位精确，并通过必要的绑扎和固定措施，确保其在后续调控过程中的稳定性；

(4)、监测变形：通过高精度监测设备对交通基础设施及建构筑物的变形、沉降速率、应力变化等关键参数进行长期监测，采集并分析相关数据。结合设施的设计容许值与使用状态，建立变形评估模型，判断是否达到临界变形值；

(5)、启动调控装置：当监测结果表明设施变形达到或接近临界值时，启动变形体进行主动调控。通过介质注入系统，向变形体内部注入流动性良好的刚度可控调制液体，控制介质注入速率和压力，推动变形体膨胀扩张，从而实现对土体变形的有效调控。此过程中，通过多孔管路实现介质的均匀分布，避免局部应力集中对设施稳定性造成不利影响；

(6)、持续调控与监测：完成一次调控后，继续对设施及其周边土体的变形情况进行实时监测。通过动态采集反馈数据，评估调控效果，并根据实际变形情况进一步调整调控参数或重复上述步骤，确保设施的变形控制在设计容许范围内。。

进一步的，通过速率传感器和压力传感器对交通基础设施及建构筑物周边土体的变形情况进行精确监测和数据收集。具体而言，速率传感器用于实时检测土体变形的动态变化速率，从而评估变形发展的趋势；压力传感器则用于感知变形体内介质注入过程中的压力变化，以及土体对变形体施加的反作用力，从而量化变形区域的应力分布情况。传感器采集到的变形数据与交通基础设施及建构筑物的设计标准和服役要求相结合，形成全面的变形评估模型。基于数据分析结果，不仅可以判断土体变形的严重程度及其对设施安全性能的潜在影响，还能够为调控装置提供关键输入参数，包括介质注入速率、注入压力以及注入量等。此外，实时监测的反馈数据可用于动态调整调控方案，优化介质注入过程，确保调控过程的稳定性与精准性，并进一步提升调控效果。通过速率传感器与压力传感器的协同作用，能够实现对交通基础设施及建构筑物土体变形的高精度监测与智能化调控，从而有效改善设施的稳定性与安全性，延长其服役寿命，降低维护成本，为设施的长期高效运营提供技术保障。

进一步的，在使用调控装置前，需要进行调控预实验以确保方案的可靠性和精准性。具体流程包括以下步骤：

(1)、计算机数值模拟与分析：首先，通过计算机建立交通基础设施及建构筑物土体变形的数值计算模型。该模型基于实际工况条件，如土体特性、结构载荷、环境因素等，进行模拟分析，计算出变形体抬升量的初始参数。通过模拟分析，可以初步预测变形体膨胀对土体的影响范围和效果，为后续实验提供理论依据。

(2)、变形预试验：根据数值模拟的初步结果，开展变形预试验。具体操作包括注入刚度可控的调制介质至变形体内，以改变变形体的形态并观察其对土体的调控效果。在试验过程中，实时监测土体的变形量、应力分布以及变形体的膨胀状态，将监测数据反馈至调控装置的控制系统。

(3)、反馈与模型优化：在具体使用时，依据优化后的计算模型，首先设定交通基础设施或建构筑物变形修复的目标值，例如沉降补偿量或土体形态调整目标。启动调控装置后，计算机依据优化模型进行自主调控，通过精确控制介质的注入速率、压力和总量，实现对变形体膨胀状态的动态调节，进而精准调控土体变形。

(4)、目标设定与调控实施：根据数值模拟的初步结果，开展变形预试验。具体操作包括注入刚度可控的调制介质至变形体内，以改变变形体的形态并观察其对土体的调控效果。在试验过程中，实时监测土体的变形量、应力分布以及变形体的膨胀状态，将监测数据反馈至调控装置的控制系统。

(5)、恢复与监测：通过调控装置的主动控制，使土体变形得到有效调整，逐步恢复交通基础设施及建构筑物的沉降或其他变形问题至设定目标值。在调控过程中，持续进行实时监测，确保调控过程安全可控，同时记录相关数据，为后续维护提供数据支持。

进一步地，针对未事先预植变形体的交通基础设施及建构筑物(如道路、轨道交通等)，可采用竖向、水平或倾斜钻孔技术进行变形体的后期植入。具体方法包括以下步骤：

(1)、钻孔施打：根据设施的实际变形情况以及沉降监测数据，采用水平钻孔或倾斜钻孔技术在沉降区域内施打孔洞。钻孔的位置、深度和角度需根据地基土体特性、沉降分布范围及设计调控方案精准确定，以确保植入变形体后能够有效覆盖变形区域。

孔距设计：钻孔的间距应依据沉降监测数据和计算模型进行科学确定，确保变形体布设的范围和密度能够满足对土体变形的精准控制需求，同时避免过度布设导致资源浪费或对设施地基的进一步扰动。

技术选择：在深沉降或高应力区域，可优先选用倾斜钻孔，以增强对复杂地质环境的适应性；而在浅层沉降区域，则优先采用水平钻孔技术。

(2)、植入变形体：完成钻孔后，将事先加工好的变形体通过机械手段植入钻孔内。变形体的形状和初始状态可根据钻孔形状及调控需求灵活调整，一般采用初始状态为圆柱状的变形体，以方便植入和后续膨胀调控。

固定与密封：植入后，需对变形体进行初步固定，确保其在孔内位置的稳定性，并通过密封技术封堵孔口，防止后续介质注入时发生泄漏或其他安全隐患。

(3)、监测与调控：植入变形体后，通过预留的监测接口与外部监测系统连接，对设施及其周边土体的变形状况进行实时监测。结合监测数据评估土体的当前变形程度和应力分布，为后续调控提供精准指导。

启动调控装置，通过注入刚度可控的调制介质，逐步实现对变形体的膨胀调控。

依据沉降监测数据和反馈参数，动态调整介质注入速率和压力，确保变形体在调控过程中产生均匀的抬升力，有效补偿土体沉降或其他变形问题。

(4)、效果评估与优化：完成调控后，通过持续监测和数据分析评估植入变形体对设施沉降或变形的改善效果。若未完全达到修复目标，可根据实际情况调整钻孔位置或间距，植入更多变形体，优化调控方案，实现对设施变形问题的彻底修复。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明能够精准且可靠地动态控制变形体的形状，针对因多种原因引起的交通基础设施及建构筑物周边土体变形问题，形成一套集加固、调控与治理于一体的综合控制系统。该发明可实现建设期的结构加强与运营期的变形主动控制，不仅显著减少维修及更换成本，还能保证在调控过程中不影响交通设施的正常运营。

(1)、建设期基础结构加强：在建设阶段，变形体的预埋结构具有类似土工织物的等效作用，可显著提高交通基础设施及建构筑物地基的整体刚度与抗沉性能，从而有效降低地基变形的发生概率。预埋变形体与基础土体协同作用，增强了基础结构的整体稳定性，为设施长期稳定运行奠定了基础。

(2)、运营期精准主动调控：在设施运营期间，当因沉降或其他因素导致局部病害产生时，本发明可通过动态监测与精准调控技术，对病害位置进行定点、定向的快速治理。

调控效率高：通过介质的精准注入与变形体的可控膨胀，实现高效的沉降补偿与变形控制，无需大范围开挖施工，显著提高维修效率并降低对交通设施运营的影响。

(3)、长效与多周期维护：本发明支持长效的多周期维护。通过对介质刚度的可控调节，可根据变形程度和维修需求多次注入调控介质，进一步延长设施的服役周期。调控过程中，介质注入变形体后，变形体的外壳与填土形成隔离阻断层，对周边土体环境无污染及干扰作用，兼顾了调控的安全性与环境友好性。

(4)、调控系统的一体化优势：监测与闭环控制：调控系统结合实时监测数据，通过反馈机制精准控制介质的注入速率、压力及总量，实现动态调节和闭环控制。

适用场景广泛：本发明既可用于新建交通基础设施及建构筑物施工阶段的预防性调控，也可应用于既有设施运营期间的维护与修复。

经济与安全并重：通过主动调控手段减少设施的不均匀变形问题，不仅延长了设施的使用寿命，还显著降低了维修与更换成本，同时避免了因地基变形造成的安全隐患。

本发明的技术方案技术优势：

(1)、本调控方法通过复合囊体的膨胀调节作用，补偿土体的不均匀沉降或变形对设施服役性能的影响，具有以下显著特点：

(2)、科学设计与精准施工：结合设施具体条件设计变形体尺寸，并合理布置与施工，适应复杂的工程需求；

(3)、动态监测与实时调控：基于监测反馈数据，精准控制调控过程，实现全流程闭环调控；

(4)、多场景适应性：可在设施的新建施工期实现预防性调控，也可用于运营期的维护与修复；

(5)、安全性与经济性：减少设施变形问题带来的隐患，提高运行安全性，同时显著降低长期运营维护成本。

通过上述调控方法，可大幅提升交通基础设施及建构筑物的服役安全性和运行稳定性，为设施的长期可靠运营提供技术保障。同时，该方法在减少维护资源消耗、降低维护成本、保护环境等方面具有显著优势，为设施全生命周期管理提供了科学有效的解决方案。

本发明并不限于上述描述的具体实施方式。以上针对具体实施方式的描述旨在阐述和说明本发明的技术方案，其内容仅作为示意性示例，而非对本发明的限制。在不脱离本发明核心思想和权利要求所保护的范围内，本领域的普通技术人员可以在本发明的启示下，结合实际需要，对其形式、结构、方法或应用领域等进行多种变化或等同替换。这些变化或替换均属于本发明的保护范围之内，并不影响本发明的技术实质及其核心功能。本发明的保护范围以权利要求书为准，应根据其具体内容进行解释。

Claims (5)

1. 一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控装置，其特征在于，包括变形体、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统；所述变形体的面层由耐压4Mpa以上的复合材料制成，复合材料内嵌织网；各个变形体之间通过锯齿接口相连，连接部分设有孔隙；所述变形体存在两种状态，针对新建路堤，铺设使用时，两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺；若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置，各个变形体之间通过锯齿接口相连，连接部分设有孔隙；运营修复植入时，采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的预留孔内；所述封堵盖用于在新建路堤铺设变形体后，封堵路堤上预留孔，并确保与路堤坡面装饰相同；所述介质注入控制系统包括制备单元、输送单元和监测单元，制备单元用于制备调制介质，通过介质体积计量控制抬升量，输送单元用于输送介质，介质输送过程中通过监测单元内的速率传感器与压力传感器全程监测，并记录数据；所述多孔管路为单进多出，多孔管路进入口连接介质注入管，多孔管路均匀布设于变形体内，实现介质均匀注入，保证控制过程中抬升力保持稳定，所述介质为刚度可控的调制液体，实现若干次启动控制不同抬升量补偿的不均匀沉降主动控制；所述不均匀沉降包括道路由于运营导致的变形，以及引起的道路周边构筑物的沉降；所述调控装置预留监测接口，当需要启动变形体调控时，道路维护监测平台采集的变形数据，通过既有接口输入调控装置，调控装置依据采集的数据计算变形体调控值；变形体在介质注入时产生土体变形，监测数据同步反馈。
2. 一种基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法，基于权利要求1所述的调控装置，其特征在于，包括：

   (1)首先，依据现场实际条件，设计相应的变形体尺寸；

   (2)制作变形体，加工连接端头和封堵端头；

   (3)在建设期将变形体铺设在构筑的路基底层，再继续填筑路面层；或者修复既有的路堤的过程中，依据既有的路堤边坡预留孔，将制作好的变形体植入孔内；

   (4)监测路堤表面的变形，采集并分析数据；

   (5)当路堤变形达到临界值时，启动变形体，注入流动介质控制土体变形；通过控制启动变形体，变形体膨胀扩张启动调控；

   (6)调控完成后，继续监测路堤变形，依据变形进一步调控，重复上述步骤。
3. 根据权利要求2所述基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法，其特征在于，依据速率和压力传感器收集路堤不均匀沉降数据。
4. 根据权利要求2所述基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法，其特征在于，在使用调控装置前需要进行调控预实验，具体通过计算机数值模拟分析数据，依据计算机内的计算模型计算变形体抬升量，开展变形预试验，注入刚度可控的介质，改变变形体的形态，监测数据反馈给调控装置，依据监测的反馈数据优化计算模型，实现对计算模型的优化；在具体使用时首先设定沉降修复的变形目标，启动调控装置控制计算机自主调控，进而控制路堤土体变形，恢复路堤的沉降。
5. 根据权利要求2所述基于复合囊体主动控制土体变形的调控方法，其特征在于，针对未先预植变形体的道路，采用水平或倾斜钻孔技术，施打孔，施打孔间距依据沉降监测计算得到，植入变形体。