【技术实现步骤摘要】
内柱式伞状扩体设备及其扩张方法
本专利技术涉及岩土工程领域,具体涉及内柱式伞状扩体设备及其扩张方法。
技术介绍
伞状扩大头涉及岩土工程领域,具体应用于房建、公路、铁道及城轨、水利水电、人防、地下工程、国防等各行业的临时性基坑支护、永久性边坡支护、抗浮锚杆锚索、隧道拱顶支护等。在现有的伞状扩大头系列技术中,伞状扩大头超高抗拔力的实现是通过以构造构件、长杆、短杆三者构筑的三铰承压结构来实现的;由于构造构件需要活动穿过拉筋盘或穿筋盘,在伞笼扩张时需要拉筋盘从前端或穿筋盘从后端向中间滑动至预设的限位装置处,这决定了构造构件在大部分情况下是以围绕拉筋盘、穿筋盘轴线的形态分布,这也有利于运用中心螺栓法(螺栓位于拉筋盘、穿筋盘的中轴线上,中心螺栓可以是锚杆,也可以是注浆管等)进行伞笼的预收、锁定及复张。但是,在钻孔空间有限因而截面积受限的伞笼结构上,这样的分布形态,使得构造构件的截面积费效比(即截面积占比/承压性能)较大,截面积费效比最小、空间最省的形态是将构造构件设置在拉筋盘、穿筋盘的中轴线位置,但问题是:如此设置则只能将构造构件套设在中心螺栓的外面,因此,根本无法实现预收式伞笼的中心螺栓法锁定及复张,而中心螺栓法锁定及复张是目前伞状扩体装置所有锁定及复张方法中最为便捷、经济、有效的方法,且预收式伞笼更是行业发展大势所趋,这是客观存在的一对矛盾。因此,亟需找寻更为合理、更为理想的三铰承压结构,以适配中心螺栓锁定及复张方法的应用。另外,在现有的伞状扩大头系列技术中,构造构件与限位装置是配合使用的,二者缺一不可,因此 ...
【技术保护点】
1.内柱式伞状扩体设备,包括锚筋(4)、荷载转换装置(2)、伞状扩体装置,所述伞状扩体装置包括伞状折叠杆组,伞状折叠杆组为正向折叠或反向折叠,所述伞状折叠杆组包括若干折叠杆,且在伞状折叠杆组的前、后两端处,折叠杆均被集中铰接约束呈中心对称状;其特征在于:/n所述伞状扩体装置还包括拉筋盘(3)和/或穿筋盘(8),以及包括若干根纵向分布的内柱,所述内柱为承压柱Ⅰ(37-1)或伸缩承压柱或伸缩拉杆;当内柱数量为一根时,内柱位于伞状折叠杆组的中轴线上;当内柱数量大于或等于两根时,若干根内柱环绕伞状折叠杆组的中轴线分布;所述内柱合并设置或独立设置;/n内柱合并设置包括:拉筋盘(3)与内柱的前端合并设置,和/或穿筋盘(8)与内柱的后端合并设置;/n当内柱为承压柱Ⅰ(37-1)时,所述承压柱Ⅰ(37-1)的一端与每根折叠杆的前端或后端铰接,另一端位于伞状折叠杆组的前端与后端之间;/n当内柱为伸缩承压柱或伸缩拉杆时,所述伸缩承压柱或伸缩拉杆的两端分别与每根折叠杆的前端、后端铰接。/n
【技术特征摘要】
1.内柱式伞状扩体设备,包括锚筋(4)、荷载转换装置(2)、伞状扩体装置,所述伞状扩体装置包括伞状折叠杆组,伞状折叠杆组为正向折叠或反向折叠,所述伞状折叠杆组包括若干折叠杆,且在伞状折叠杆组的前、后两端处,折叠杆均被集中铰接约束呈中心对称状;其特征在于:
所述伞状扩体装置还包括拉筋盘(3)和/或穿筋盘(8),以及包括若干根纵向分布的内柱,所述内柱为承压柱Ⅰ(37-1)或伸缩承压柱或伸缩拉杆;当内柱数量为一根时,内柱位于伞状折叠杆组的中轴线上;当内柱数量大于或等于两根时,若干根内柱环绕伞状折叠杆组的中轴线分布;所述内柱合并设置或独立设置;
内柱合并设置包括:拉筋盘(3)与内柱的前端合并设置,和/或穿筋盘(8)与内柱的后端合并设置;
当内柱为承压柱Ⅰ(37-1)时,所述承压柱Ⅰ(37-1)的一端与每根折叠杆的前端或后端铰接,另一端位于伞状折叠杆组的前端与后端之间;
当内柱为伸缩承压柱或伸缩拉杆时,所述伸缩承压柱或伸缩拉杆的两端分别与每根折叠杆的前端、后端铰接。
2.根据权利要求1所述的内柱式伞状扩体设备,其特征在于,拉筋盘(3)横向设置于伞状折叠杆组的前端,穿筋盘(8)横向设置于伞状折叠杆组的后端,拉筋盘(3)、穿筋盘(8)的中轴线与伞状折叠杆组的中轴线重合;
所有折叠杆的前端与内柱的前端或拉筋盘(3)铰接于前铰链(26),所有折叠杆的后端与内柱的后端或穿筋盘(8)铰接于后铰链(27);
当内柱为承压柱Ⅰ(37-1)时:
所述承压柱Ⅰ(37-1)的一端为固定端Ⅰ(77)、另一端为非固定端Ⅰ;所述固定端Ⅰ(77)与每根折叠杆的前端或后端铰接,或与拉筋盘(3)或穿筋盘(8)固定或单向固定连接,所述非固定端Ⅰ位于伞状折叠杆组的前、后两端之间或拉筋盘(3)、穿筋盘(8)之间;
所述承压柱Ⅰ(37-1)与锚筋(4)的连接方式包括:
承压柱Ⅰ(37-1)套设在锚筋(4)上;
和/或,
承压柱Ⅰ(37-1)的非固定端Ⅰ在穿筋盘(8)或拉筋盘(3)上的轴向投影处设置有接收坑洞(45)或接收凸起(103),接收坑洞(45)或接收凸起(103)与非固定端Ⅰ相匹配;和/或在非固定端Ⅰ上设置有扶正器(54),扶正器(54)固定在承压柱Ⅰ(37-1)上,锚筋(4)在纵向上穿过所述扶正器(54),且在横向上锚筋(4)与承压柱Ⅰ(37-1)、扶正器(54)三者相对固定;
当内柱为伸缩承压柱时:
所述伸缩承压柱包括相互配合的承压柱Ⅱ(37-2)、导轨(39);承压柱Ⅱ(37-2)沿导轨(39)进行纵向滑动;承压柱Ⅱ(37-2)的一端为固定端Ⅱ(73),另一端为非固定端Ⅱ,所述固定端Ⅱ(73)与每根折叠杆的前端或后端铰接,所述非固定端Ⅱ无法穿过伞状折叠杆组的前端或后端/拉筋盘(3)或穿筋盘(8);所述导轨(39)的一端为非固定端Ⅲ,另一端为固定端Ⅲ(75),非固定端Ⅲ与非固定端Ⅱ活动连接,固定端Ⅲ(75)与每根折叠杆的后端或前端铰接;或在固定端Ⅱ(73)与固定端Ⅲ(75)二者中,其任一者与拉筋盘(3)固定或单向固定连接,另一者与穿筋盘(8)固定或单向固定连接;
或,所述伸缩承压柱包括相互配合的承压柱前段(186)、承压柱后段(187),承压柱前段(186)与承压柱后段(187)互为导轨沿纵向滑动;承压柱前段(186)的前端与每根折叠杆的前端铰接或与拉筋盘(3)固定连接,所述承压柱后段(187)的后端与每根折叠杆的后端铰接或与穿筋盘(8)固定连接,承压柱前段(186)的后端与承压柱后段(187)的前端相互单向固定连接;
或,所述伸缩承压柱包括相互配合的承压柱Ⅱ(37-2)、承压柱Ⅱ反向延长段(181)、导轨(39)、导轨反向延长段(182);承压柱Ⅱ(37-2)的一端为固定端Ⅱ(73)、另一端为非固定端Ⅱ,所述固定端Ⅱ(73)通过承压柱Ⅱ反向延长段(181)与每根折叠杆的前端或后端铰接,或与拉筋盘(3)或穿筋盘(8)固定或单向固定连接;所述导轨(39)的一端为非固定端Ⅲ,另一端为固定端Ⅲ(75),非固定端Ⅲ与非固定端Ⅱ活动连接,固定端Ⅲ(75)通过导轨反向延长段(182)与每根折叠杆的后端或前端铰接,或与穿筋盘(8)或拉筋盘(3)固定或单向固定连接;承压柱Ⅱ反向延长段(181)与承压柱Ⅱ(37-2)固定连接;导轨反向延长段(182)与导轨(39)固定连接;
当内柱为伸缩拉杆时:
所述伸缩拉杆包括相互配合的拉杆前段(175)、拉杆后段(176);拉杆前段(175)与拉杆后段(176)互为导轨进行纵向滑动;拉杆前段(175)的前端与每根折叠杆的前端铰接,或与拉筋盘(3)固定连接或单向固定连接;拉杆后段(176)的后端与每根折叠杆的后端铰接,或与穿筋盘(8)固定连接或单向固定连接;拉杆前段(175)的后端与拉杆后段(176)的前端相互单向固定连接。
3.根据权利要求2所述的内柱式伞状扩体设备,其特征在于,
还在锚筋(4)或内柱上设置止退装置(15),使得当承压柱Ⅰ(37-1)的非固定端抵达伞状折叠杆组的前端或伞状折叠杆组的后端或拉筋盘(3)或穿筋盘(8)时无法退回;或当承压柱Ⅱ(37-2)与导轨(39)相向运动至承压柱Ⅱ(37-2)抵达伞状折叠杆组的前端或后端/拉筋盘(3)或穿筋盘(8)后,承压柱Ⅱ(37-2)与导轨(39)无法相背运动;或当拉杆前段(175)与拉杆后段(176)相背运动至拉杆前段(175)的后端抵达拉杆后段(176)的前端时,拉杆前段(175)与拉杆后段(176)无法相向运动;扶正器(54)只能单向通过止退装置(15);
和/或,
在伞状折叠杆组的前端与后端之间或拉筋盘(3)与穿筋盘(8)之间,和/或在伞状折叠杆组后端之后或穿筋盘(8)之后,还设置有复位装置,所述复位装置为复位弹簧(38)和/或活塞缸和/或磁力装置;所述磁力装置包括磁吸装置或磁斥装置;
当伞状折叠杆组正向折叠时:
若复位装置为纵向设置的复位弹簧(38)、且复位弹簧(38)为拉簧,或复位装置为磁吸装置,则复位装置设置在伞状折叠杆组的前端与后端之间,或设置在拉筋盘(3)与穿筋盘(8)之间;
若复位装置为纵向设置的复位弹簧(38)、且复位弹簧(38)为压簧,或复位装置为磁斥装置,则复位装置设置在伞状折叠杆组后端,或设置在穿筋盘(8)之后,且设置有后托板(44);
若复位装置为活塞缸且沿纵向设置在伞状折叠杆组的后端/穿筋盘(8)之后,则在活塞缸的后端之后设置有后托板(44);
所述后托板(44)固定在复位装置后方的锚筋(4)上或与拉筋盘(3)固定连接;
当伞状折叠杆组反向折叠时:
若复位装置为纵向设置的复位弹簧(38)、且复位弹簧(38)为压簧,或复位装置为磁斥装置,则复位装置设置在伞状折叠杆组的前端与后端之间,或设置在拉筋盘(3)与穿筋盘(8)之间;
若复位装置为纵向设置的复位弹簧(38)、且复位弹簧(38)为拉簧,或复位装置为磁吸装置,则复位装置设置在伞状折叠杆组后端,或设置在穿筋盘(8)之后,且设置有后碇板(83);
若复位装置为活塞缸且沿纵向设置在伞状折叠杆组的后端或穿筋盘(8)之后,则在活塞缸的后端之后设置有后碇板(83);
后碇板(83)固定在复位装置后方的锚筋(4)上或与拉筋盘(3)固定连接;
所述活塞缸为单向活塞缸或双向活塞缸;所述单向活塞缸为单向缩进活塞缸或单向伸出活塞缸。
4.根据权利要求3所述的内柱式伞状扩体设备,其特征在于,
每一根所述折叠杆均包括长杆(6)与短杆(7),长杆(6)与短杆(7)相互铰接;所述折叠杆正向或反向组装;当复位装置为扭簧或弹簧钢片时,复位装置设置在长杆(6)与短杆(7)之间;
当伞状折叠杆组正向折叠时:
还设置有旋栓Ⅰ(81)或顶杆(82),旋栓Ⅰ(81)或顶杆(82)设置在伞状折叠杆组的前端与后端之间/拉筋盘(3)与穿筋盘(8)之间;或设置旋栓Ⅱ(145)或拉栓(91),还包括后碇板(83),旋栓Ⅱ(145)或拉栓(91)设置在伞状折叠杆组后端/穿筋盘(8)与后碇板(83)之间;
当伞状折叠杆组反向折叠时:
还设置有旋栓Ⅱ(145)或拉栓(91),旋栓Ⅱ(145)或拉栓(91)设置在伞状折叠杆组的前端与后端之间/拉筋盘(3)与穿筋盘(8)之间;或设置旋栓Ⅰ(81)或顶杆(82),还包括后托板(44),旋栓Ⅰ(81)或顶杆(82)设置在后托板(44)与伞状折叠杆组后端/穿筋盘(8)之间,后托板(44)位于穿筋盘(8)/伞状折叠杆组后端的后方,并且后托板(44)与锚筋(4)或拉筋盘(3)固定连接;
所述旋栓Ⅰ(81)用于承受压力,旋栓Ⅱ(145)用于承受拉力,拉栓(91)用于承受拉力,顶杆(82)用于承受压力;旋栓Ⅰ(81)或旋栓Ⅱ(145)或拉栓(91)或顶杆(82)的后端与伞状折叠杆组的后端/穿筋盘(8)可拆卸固定连接或单向固定连接,或与后托板(44)或后碇板(83)可拆卸固定连接或单向固定连接;
所述单向活塞缸包括活塞、缸套两部分,活塞、缸套之间设置有密封装置Ⅱ(62);
所述单向伸出活塞缸的活塞或为柱塞(147),或包括活塞板、活塞杆,所述缸套包括缸套壁、缸套底座(114);
当所述单向伸出活塞缸为实心时,密封装置Ⅱ(62)仅包括一道密封,该道密封位于柱塞(147)或实心活塞板(58)外侧、单层缸套壁(99)内侧;
当所述单向伸出活塞缸为空心时,缸套壁包括缸套内壁(115)、缸套外壁(117),密封装置Ⅱ(62)包括两道单组密封或一道两组密封,其中一道/一组位于柱塞(147)或空心活塞板(113)内侧、缸套内壁(115)外侧,另一道/一组位于柱塞(147)或空心活塞板(113)外侧、缸套外壁(117)内侧;
所述单向缩进活塞缸的活塞包括活塞板、活塞杆,所述缸套包括缸套壁、缸套底座(114);
当所述单向缩进活塞缸为实心时,密封装置Ⅱ(62)包括两道密封,其中一道为活塞杆密封(112)、位于实心活塞杆(98)与缸套底座(114)之间,另一道为缸套密封(169)、位于实心活塞板(58)与单层缸套壁(99)之间;
当所述单向缩进活塞缸为空心时,活塞板为空心活塞板(113),活塞杆为空心活塞杆(111)或实心活塞杆(98),缸套壁为单层缸套壁(99)或包括缸套内壁(115)、缸套外壁(117);
密封装置Ⅱ(62)包括两道密封:其中一道密封为活塞杆密封(112),位于实心活塞杆(98)与缸套底座(114)之间,或空心活塞杆(111)与缸套底座(114)之间;另一道密封为缸套密封(169);
当缸套壁为单层缸套壁(99)时,缸套密封(169)仅一组,位于空心活塞板(113)与单层缸套壁(99)之间;
当缸套壁包括缸套内壁(115)、缸套外壁(117)时,缸套密封(169)包括内、外两组,分别位于空心活塞板(113)内缘与缸套内壁(115)之间、空心活塞板(113)外缘与缸套外壁(117)之间。
5.根据权利要求3或4所述的内柱式伞状扩体设备,其特征在于,
折叠杆的前端与内柱的前端或拉筋盘(3)无铰接装置铰接,或通过与前铰接装置(19)铰接从而与内柱的前端或拉筋盘(3)铰接;
折叠杆的后端与内柱的后端或穿筋盘(8)无铰接装置铰接,或通过与后铰接装置(21)铰接从而与内柱的后端或穿筋盘(8)铰接;
所述前铰接装置(19)与内柱的前端或拉筋盘(3)固定连接,所述后铰接装置(21)与内柱的后端或穿筋盘(8)固定连接。
6.根据权利要求5所述的内柱式伞状扩体设备,其特征在于,还包括以下任意一种或多种结构:
结构一:还包括刚性杆(16)或拉绳(49);所述刚性杆(16)的前端与伞状折叠杆组的后端/穿筋盘(8)连接,所述刚性杆(16)的后端向后延伸出钻孔外;所述拉绳(49)的前端与伞状折叠杆组的后端/穿筋盘(8)连接,拉绳(49)后端向后延伸出钻孔外;
结构二:还包括测具(13),测具(13)的后部标记有刻度线;测具(13)的前端与伞状折叠杆组的后端/穿筋盘(8)连接,测具的后端向后延伸出钻孔外;和/或植伞工具携带有光学或物理学探测装置,用于验证伞笼的扩张状态;
结构三:还包括N根灌注管(12),所述灌注管(12)的前端与伞状扩体装置连接,灌注管(12)的后端向后延伸出钻孔外,N≥1;
结构四:还包括排气管(28),排气管(28)的前端与伞状扩体装置连接,排气管(28)的后端向后延伸出钻孔外;
结构五:还包括箍筋(9)和/或膜袋(42);所述折叠杆通过若干层箍筋(9)和/或膜袋(42)实现周向拉结;所述折叠杆与箍筋(9)在交叉点固定连接,和/或折叠杆与膜袋固定连接;
结构六:还包括在伞状扩体装置前端的导向帽(1);导向帽(1)与伞状扩体装置固定或单向固定连接;
结构七:当导向帽(1)与拉筋盘(3)活动连接时,导向帽(1)后部设置有防脱装置(35),防脱装置位于拉筋盘(3)的后方;
结构八:在伞状折叠杆组的前、后两端之间设置有防凹陷装置;
结构九:在植伞工具与伞状扩体装置之间设置有顶推装置(32)或牵引装置,所述顶推装置或牵引装置用于使得伞状扩体装置能够随同植伞工具一同进入锚孔;顶推装置固定在植伞工具上,且顶推装置与伞状扩体装置的被顶推构件固定或单向固定连接,顶推装置(32)无法向前穿过被顶推构件;牵引装置横向设置并与伞状扩体装置的被牵引部位连接,植伞工具向前顶推牵引装置的后侧;或牵引装置沿纵向设置,且牵引装置的前端与植伞工具的前端连接,牵引装置的后端与伞状扩体装置的被牵引构件连接;
结构十:所述荷载转换装置(2)与锚筋(4)的前端固定或可拆卸固定连接,且荷载转换装置(2)与伞状扩体装置固定或单向固定连接;当拉筋盘(3)或穿筋盘(8)未与内柱合并设置时,荷载转换装置(2)固定连接或单向固定连接在拉筋盘(3)或穿筋盘(8)上;当拉筋盘(3)与内柱的前端合并设置或穿筋盘(8)与内柱的后端合并设置时,荷载转换装置(2)与内柱固定连接或单向固定连接;当荷载转换装置与拉筋盘(3)固定或单向固定连接时,锚筋(4)的后端活动穿过伞状折叠杆组的后端/穿筋盘(8);
或荷载转换装置(2)为U型槽架(179)或滑轮架,供锚筋(4)呈U型活动穿设,U型槽架(179)或滑轮架与伞状折叠杆组的前端或后端连接;
结构十一:还包括定向机构,所述定向机构用于使得当伞状扩体装置装配完成后,每一根折叠杆均保持与拉筋盘(3)、穿筋盘(8)的中轴线处于同一纵截面内;
结构十二:当前铰接装置(19)或后铰接装置(21)为竖向铰接板时,在竖向铰接板的旁侧设置肋梁,肋梁固定在拉筋盘(3)或穿筋盘(8)上,且肋梁紧靠且垂直于竖向铰接板;当前铰接装置(19)、后铰接装置(21)为铰接杆时,前铰接装置(19)与拉筋盘(3)的连接处,或后铰接装置(21)与穿筋盘(8)的连接处设置有弹性装置;
结构十三:在长杆(6)后端设置有长杆延长部(43),长杆延长部(43)与长杆(6)后端在中铰链(24)处固定连接,或长杆延长部(43)与长杆(6)为整体结构;长杆延长部(43)的长度小于短杆(7);
或设置有船形件(40),船形件(40)连接在中铰链上,并以中铰链(24)的销轴为转轴、在中铰链(24)的外侧自由转动;
所述长杆延长部(43)沿长杆(6)轴线延伸或向内侧弯折,和/或长杆延长部(43)沿切向加宽为船形;
结构十四:当折叠杆前端与内柱的前端或拉筋盘(3)无铰接装置铰接,或折叠杆后端与内柱的后端或穿筋盘(8)无铰接装置铰接时,折叠杆的前端或后端设置有闭合环(125),拉筋盘(3)或内柱上设置有穿孔(122),闭合环(125)活动穿过穿孔(122)并扣锁在穿孔(122)上,且闭合环(125)所在平面与拉筋盘(3)、穿筋盘(8)垂直或与内柱的切向垂直;
当折叠杆的前端通过与前铰接装置(19)铰接从而与内柱的前端或拉筋盘(3)铰接时,折叠杆的前端通过前铰链(26)与前铰接装置(19)铰接;当折叠杆的后端通过与后铰接装置(21)铰接从而与内柱的后端或穿筋盘(8)铰接时,折叠杆的后端通过后铰链(27)与后铰接装置(21)铰接;长杆(6)与短杆(7)通过中铰链(24)铰接;
前铰链(26)、中铰链(24)、后铰链(27)均为无连接器铰链、单连接器铰链、双连接器铰链之一;
其中无连接器铰链的一侧为环形插头(121)或圆球或闭合环(125);
当无连接器铰链的一侧为环形插头(121)时,另一侧为与之配合的环形插座(130);
当无连接器铰链的一侧为圆球时,另一侧为与之配合的球座;球座具有沿纵向延伸的开口,供圆球与开口外的长杆(6)或短杆(7)或前铰接装置(19)或后铰接装置(21)固定连接,且圆球沿径向纵截面以任意角度旋转但无法脱离球座;
当无连接器铰链的一侧为闭合环(125)时,另一侧也为闭合环(125),两个闭合环(125)相互扣锁,两个闭合环(125)所在平面相互垂直且至少一个闭合环(125)的环孔(120)为圆形;
其中单连接器铰链的一侧为公连接器(124)或母连接器(123),公连接器上设置有环形插头(121),母连接器上设置有环形插座(130);单连接器铰链的另一侧为与公连接器(124)或母连接器(123)配合的环形插座(130)或环形插头(121);
其中双连接器铰链的一侧为公连接器(124)或母连接器(123),公连接器(124)上设置有环形插头(121),母连接器上设置有环形插座(130);双连接器铰链的另一侧为与公连接器(124)或母连接器(123)配合的母连接器(123)或公连接器(124);
其中环形插头、环形插座的连接结构为:环形插座(130)上并联固定有两个相互隔开的环,环形插头(121)插入环形插座(130)的两个环之间的空隙,环形插座(130)、环形插头(121)双方至少一方的环孔(120)为圆形,铰链销轴(34)同时贯穿环形插座(130)与环形插头(121)双方的环孔(120);
结构十五:设置有气囊或液囊,以及从气囊或液囊内通向钻孔外的耐压管,所述气囊或液囊用于伞状扩体装置的复张;在气囊或液囊上设置有安全阀;气囊或液囊安设在伞状扩体装置的前端与后端之间、或安设在拉筋盘(3)与穿筋盘(8)之间、或安设在伞状扩体装置的后端、或安设在穿筋盘(8)之后;
结构十六:当密封装置Ⅱ(62)中的密封圈为O型密封圈时,密封装置Ⅱ(62)还包括相互配合的方槽(171)、弧形槽(172),方槽(171)和弧形槽(172)分别位于O型密封圈两侧的活塞、缸套上;对单向伸出式活塞缸:密封装置Ⅱ(62)设置在缸套的顶端和/或底端;当密封装置Ⅱ(62)位于活塞缸顶端时,活塞侧为...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。