一种隧道衬砌预应力施加装置

1.本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及，一种隧道衬砌预应力施加装置。


背景技术：

2.隧道衬砌受到围岩荷载作用，由于围岩荷载的复杂性和不确定性，导致隧道衬砌结构受力也较为复杂。此外，围岩荷载通常是竖向荷载大于水平荷载，且往往存在偏压现象，这种复杂的受力状态使得衬砌结构弯矩较大，容易产生开裂和渗漏水。
3.隧道衬砌是被动承受围岩的松弛荷载和形变荷载，目前对于荷载的调整主要有可伸缩钢拱架等可变性吸能的结构。其主要利用围岩收敛约束理论，通过增大变形来降低荷载，但这种调整的不确定性较大，对荷载的精细化控制不高。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种隧道衬砌预应力施加装置，以解决现在技术所存在的荷载调整的不确定性较大，对荷载的精细化控制不高的问题。
5.本发明提供了一种隧道衬砌预应力施加装置，包括：
6.驱动组件，包括第一传动件；
7.变速组件，包括与所述第一传动件连接的第二传动件、与所述第二传动件固定连接的传动套；
8.伸缩组件，一端与所述传动套连接，另一端与洞体抵接；
9.固定组件，同时与所述驱动组件、所述变速组件和所述伸缩组件连接，所述固定组件用于与固定架连接。
10.优选地，所述固定组件包括：
11.传动支座，同时与所述驱动组件和所述变速组件连接，所述传动支座上设有定位孔，所述伸缩组件贯穿所述定位孔设置、且与所述传动支座滑动连接；
12.连接板，同时与所述传动支座和所述固定架连接。
13.优选地，所述驱动组件还包括：
14.活塞，与所述第一传动件连接；
15.驱动支座，同时与所述活塞和所述传动支座连接，所述驱动支座上设有主动腔体和从动腔体，所述活塞设置于所述主动腔体与所述从动腔体之间，所述第一传动件位于所述从动腔体内，所述驱动支座上还设有与所述主动腔体连通的接口，所述接口用于与外接设备连接。
16.优选地，所述伸缩组件包括：
17.传动杆，一端与所述传动套连接；
18.导向件，与所述传动杆的另一端连接、且贯穿所述定位孔设置，所述导向件的形状与所述定位孔的形状相适配；
19.承压盘，与所述导向件连接、且与所述洞体抵接。
20.优选地，所述变速组件还包括与所述传动支座连接的支撑轴，所述支撑轴远离所述传动支座的一端与所述第二传动件连接；所述传动套设置于所述第二传动件远离所述支撑轴的一侧。
21.优选地，所述驱动支座远离所述接口的一侧设有防护壳，所述防护壳与所述从动腔体连通，所述第一传动件与所述防护壳滑动连接。
22.优选地，所述防护壳与所述驱动支座连接的一端设有导向孔，所述第一传动件贯穿所述导向孔延伸至所述防护壳内。
23.优选地，所述导向件为棱柱结构，所述定位孔的形状与所述棱柱形状相同。
24.优选地，所述传动套与所述传动杆通过螺纹连接。
25.优选地，所述第一传动件为齿条，所述第二传动件为与所述齿条啮合的齿轮。
26.由上述方案可知，本发明提供的一种隧道衬砌预应力施加装置，主要应用于隧道支护体系结构预应力施加，可以对隧道衬砌施加预应力，主动改变围岩荷载分布，从而优化结构受力，降低偏压和弯矩，提高隧道衬砌结构安全性，减少运营期病害；第一传动件和第二传动件不仅可以对力进行传递，同时齿轮齿条相互啮合的结构具有自锁性，施加的预应力无需锚固，结构简单、稳定性更好，施工简便、操作便利；传动套与传动杆通过螺纹配合传递荷载，对荷载具有放大作用，只需很小的液压就能实现很大的加载，工作效率更高。本发明解决现在技术所存在的荷载调整的不确定性较大，对荷载的精细化控制不高的问题，结构简单，作用效果显著，适于广泛推广。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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。
28.图1为本发明实施例提供的一种隧道衬砌预应力施加装置的结构示意图；
29.图2为图1所示的一种隧道衬砌预应力施加装置的固定组件结构示意图；
30.图3为图1所示的一种隧道衬砌预应力施加装置的伸缩组件结构示意图；
31.图4为图1所示的一种隧道衬砌预应力施加装置的变速组件结构示意图；
32.图5为图1所示的一种隧道衬砌预应力施加装置的俯视结构示意图；
33.图6为沿图5中b
‑
b线的剖视结构图；
34.图7为沿图5中a
‑
a线的剖视结构图；
35.图8为本发明实施例提供的另一种隧道衬砌预应力施加装置的结构示意图；
36.图9为本发明实施例提供的又一种隧道衬砌预应力施加装置的整体结构示意图。
37.图1
‑
9中：
38.1、驱动组件；2、变速组件；3、伸缩组件；4、固定组件；5、调节组件；11、第一传动件；12、活塞；13、驱动支座；14、防护壳；21、第二传动件；22、传动套；23、支撑轴；31、传动杆；32、导向件；33、承压盘；41、传动支座；42、连接板；131、主动腔体；132、从动腔体；133、接口；141、导向孔；331、微调盘；332、预压盘；333、连杆；334、推力件；335、连接管；411、定位孔。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例1
41.请一并参阅图1至图9，现对本发明提供的一种隧道衬砌预应力施加装置的一种具体实施方式进行说明。该种隧道衬砌预应力施加装置包括驱动组件1、变速组件2、伸缩组件3和固定组件4，其中驱动组件1包括第一传动件11；变速组件2包括与第一传动件11连接的第二传动件21、与第二传动件21固定连接的传动套22；伸缩组件3的一端与传动套22连接，另一端与洞体抵接；固定组件4同时与驱动组件1、变速组件2和伸缩组件3连接，固定组件4用于与固定架连接。
42.在本实施例中，传动套22与伸缩组件3的传动杆31通过螺纹连接，传动套22可以为螺纹套，伸缩组件3的传动杆31可以为与螺纹套相适配的螺纹杆。第一传动件11可以为齿条，第二传动件21为与齿条啮合的齿轮。驱动组件1接入气压，气压给驱动组件1一个推力，推力传递到第一传动件11，再传递到第二传动件21，再通过传动套22最终传递到伸缩组件3，实现加载；加载的反力通过变速组件2传递到固定组件4，最后传递的钢拱架，由此实现预应力施加。
43.与现有技术相比，该种隧道衬砌预应力施加装置实现对隧道衬砌施加预应力的功能，从而改善衬砌结构受力，可以在混凝土浇筑后，该结构可埋在混凝土中也可以通过油管施加预应力。第一传动件11和第二传动件21不仅可以对力进行传递，同时齿轮齿条相互啮合的结构具有自锁性，施加的预应力无需锚固，操作便利，稳定性更好，齿轮齿条配合的结构传递精度更高荷载调整更精细，容易控制荷载的施加。传动套22与传动杆31通过螺纹配合传递荷载，对荷载具有放大作用，只需很小的液压就能实现很大的加载，工作效率更高。本发明应用于隧道支护体系结构预应力施加，主动改变围岩荷载分布，从而优化结构受力，降低偏压和弯矩，提高隧道衬砌结构安全性，减少运营期病害。
44.实施例2
45.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图9，本实施例提供的一种隧道衬砌预应力施加装置的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于固定组件4包括传动支座41和连接板42，其中传动支座41同时与驱动组件1和变速组件2连接，传动支座41上设有定位孔411，伸缩组件3贯穿定位孔411设置、且与传动支座41滑动连接；连接板42同时与传动支座41和固定架连接。连接板42可以为l形的折弯板，折弯板用于将整个最终固定在固定架即钢拱架上，可以采用焊接的方式。传动支座41可以为中空的圆柱结构，传动支座41与驱动支座13连接的一侧设有开口。
46.在本实施例中，驱动组件1还包括活塞12和驱动支座13，其中活塞12与第一传动件11连接；驱动支座13同时与活塞12和传动支座41连接，驱动支座13上设有主动腔体131和从动腔体132，活塞12设置于主动腔体131与从动腔体132之间，第一传动件11位于从动腔体132内，驱动支座13上还设有与主动腔体131连通的接口133，接口133用于与外接设备连接。外接设备可以为气泵或液体泵，用于通过接口133改变主动腔体131内的压强，此为现有技
术，在此不做过多阐述。
47.驱动支座13与传动支座41之间连通设置，有利于驱动支座13内的第一传动件11与位于传动支座41内的第二传动件21连接。驱动支座13可以为加压气缸或油缸，驱动支座13通过接口133输入或输出液体或气体，以此改变主动腔体131内的压强，进而推动活塞12运动；活塞12运动带动第一传动件11发生位移。接口133设有若干个、且对称设置于驱动支座13的两侧，位于驱动支座13的一侧的若干接口133用于液体或气体的输入，位于另一侧的若干接口133用于液体或气体的输出。
48.在本实施例中，伸缩组件3包括传动杆31、导向件32和承压盘33，其中传动杆31的一端与传动套22连接；导向件32与传动杆31的另一端连接、且贯穿定位孔411设置，导向件32的形状与定位孔411的形状相适配；承压盘33与导向件32连接、且与洞体抵接。导向件32为棱柱结构，定位孔411的形状与棱柱形状相同，示例性的，导向件32可以为方形销，定位孔411可以为方形孔，定位孔411与导向件32卡合，用于限制导向件32转动。
49.在本实施例中，变速组件2还包括与传动支座41连接的支撑轴23，支撑轴23远离传动支座41的一端与第二传动件21连接；传动套22设置于第二传动件21远离支撑轴23的一侧。传动支座41底部设有用于安装支撑轴23的轴孔，支撑轴23与传动支座41为转动连接，第二传动件21与支撑轴23固定连接，支撑轴23对第二传动件21进行支撑，同时将第二传动件21传递过来的反作用力传递至传动支座41。
50.在本实施例中，驱动支座13远离接口133的一侧设有用于保护第一传动件11的防护壳14，防护壳14与从动腔体132连通，第一传动件11与防护壳14滑动连接。防护壳14与驱动支座13连接的一端设有导向孔141，第一传动件11贯穿导向孔141延伸至防护壳14内。
51.为方便说明，请参阅图6，接口133相对于活塞12的方向为后，与后相反的方向为前，承压盘33相对于导向件32的方向为上，与上相反的方向为下。油压从接口133进入，推动活塞12在驱动支座13内向前运动，带动第一传动件11向前移动，第一传动件11前移后会进入防护壳14内；第一传动件11带动第二传动件21转动、第二传动件21带动传动套22一起转动；由于导向件32与定位孔411卡合，导向件32无法转动，从而传动杆31被导向件32限制无法转动，所以传动杆31会向上抬升，从而带动承压盘33向上抬升，当承压盘33顶到围岩后位移被限制，从而产生顶升推力；顶升推力的反力向下传递，最后传递到支撑轴23，并作用于固定组件4。需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示驱动组件1、变速组件2、伸缩组件3和固定组件4及其组成部分之间必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.实施例3
53.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图9，本实施例提供的一种隧道衬砌预应力施加装置的结构与实施例2基本相同，其不同之处在于导向件32上设有滑孔；传动杆31上设有与滑孔连通的压力腔；第二传动件21上设有与压力腔连通的通过孔，通过孔设置于第二传动件21的中心处；支撑轴23上设有与通过孔连通的安装孔。承压盘33包括微调盘331、预压盘332、连杆333、推力件334和连接管335，其中微调盘331与洞体抵接；预压盘332的一端与导向件32连接，另一端与微调盘331抵接，预压盘332上设有用于连杆333通过的贯通孔；连杆333的一端与微调盘331连接，另一端依次贯穿贯通孔和滑孔伸入
压力腔内，连杆333同时与预压盘332、导向件32和传动杆31滑动连接；推力件334设置于压力腔内、且同时与连杆333和传动杆31连接；连接管335的一端与压力腔连通，另一端依次贯穿通过孔、安装孔、从动腔体132、活塞12和主动腔体131与接口133连通。
54.在本实施例中，支撑轴23与传动支座41固定连接，第二传动件21与支撑轴23转动连接。接口133上设有用于控制液体或气体输入位置的控制阀。接口133与外接设备连接，向主动腔体131内输入液体或气体，增加主动腔体131内的压强，活塞12运动带动第一传动件11运动，经过变速组件2传递至预压盘332，预压盘332向上运动使得微调盘331与洞体抵接；调整控制阀，将接口133输入的液体或气体传输至连接管335内，进而传输至压力腔内，压力腔与连接管335连通的部分压强增加，推力件334向上运动，将运动通过连杆333传输至微调盘331，微调盘331与洞体进一步连接。该结构通过二次压紧的方式使得连接效果更好，对荷载的精细化控制精度更高。在此，只要能够实现上述承压盘33和控制阀相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
55.在本实施例中，驱动组件1、变速组件2、伸缩组件3和固定组件4共同组成调节组件5，固定架为沿洞体形状设置的支撑架，固定架靠近洞体的一侧线性设有若干个调节组件5，示例性的，设有13个，位于同一水平面上的调节组件5之间通过管路连通，保持同一个断面内管路液压的相同。不同位置的调节组件5通过改变传动套22与传动杆31之间的螺纹螺距实现荷载比例的调整，即这13个调节组件5串联后，每个调节组件5产生的预应力大小是可以通过改变螺纹螺距的方式实现的。管路上设有调节阀，通过控制总输出设备对每一水平面上管路内液体或气体的输出量，控制同一水平面上若干调节组件5的预应力施加大小；通过控制管路上的调节阀，对单一的调节组件5进行预应力大小的控制调节。该结构操作更简便，调节更便利。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
57.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。