控制地下结构变形的装置及方法与流程

1.本发明涉及地下施工技术领域，尤其涉及一种控制地下结构变形的装置及方法。


背景技术：

2.随着地下工程的发展，隧道以及基坑等地下结构的变形问题越来越突出。一些建筑结构的地基对变形较为敏感，例如基坑变形导致渗流管涌破坏，摩擦桩由于地基变形导致其承载力发生改变，预应力结构由于变形造成预应力损失等，地下结构的变形严重影响建筑工程的质量。对地下结构变形的控制不仅适用于正在施工的工程，也适用于既有结构的控制保护。因此，为减小地下结构的变形，使其不利影响降低，保障工程安全质量要求，有必要对地下结构的变形进行控制。
3.现有技术中，通常采用注浆法控制地下结构的变形，采用注浆法时，需注浆填充由于地下结构变形造成的整个空隙，而且受地质情况的影响，操作困难，施工难度大，耗时长，无法满足简单、应用范围广的要求；而且注浆法成本较高，无法回收利用，会对场地后续施工造成影响，拖延工程进度，另外，传统注浆方法无法精确控制地下结构的变形。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种控制地下结构变形的装置及方法，操作简单，降低施工难度，可精准高效地纠正地下结构的变形，还能够回收利用，避免对场地后续施工造成影响。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一方面，提供一种控制地下结构变形的装置，包括：
7.膨胀体，待纠偏地下结构的旁侧开设有预制孔洞，所述膨胀体设置于所述预制孔洞内，并与所述待纠偏地下结构的变形部位正对，所述膨胀体采用弹性材料制成；
8.上法兰板和下法兰板，所述上法兰板设置于所述膨胀体的上方，所述下法兰板设置于所述膨胀体的下方；
9.驱动机构，所述驱动机构用于驱使所述上法兰板和所述下法兰板相互靠近，以使所述膨胀体被挤压变形，并抵紧于所述预制孔洞的内壁上。
10.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，所述驱动机构包括传动螺杆，所述传动螺杆包括相连的第一螺杆部和第二螺杆部，所述第一螺杆部螺纹贯穿所述上法兰板，所述第二螺杆部螺纹贯穿所述下法兰板，所述第一螺杆部和所述第二螺杆部的螺纹旋向相反，通过旋转所述传动螺杆以使所述上法兰板和所述下法兰板相互靠近。
11.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，所述传动螺杆间隔且平行设置有多个。
12.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，还包括动力机构和传动机构，所述动力机构的输出端通过所述传动机构与多个所述传动螺杆连接，以驱使多个所述传动螺杆同步且同向旋转。
13.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，还包括应力监测器和控制单元，所述应力监测器埋设于所述变形部位内，以用于检测所述变形部位内的应力，所述控制单元与所述应力监测器和所述动力机构均通讯连接，以在所述应力监测器的检测值达到预设值时控制所述动力机构关闭。
14.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，所述驱动机构包括设置于所述上法兰板上方的第一支架和设置于所述下法兰板下方的第二支架，所述第二支架的下端抵接于所述预制孔洞的底壁，通过下压所述第一支架以推动所述上法兰板靠近所述下法兰板。
15.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，所述膨胀体包括外膜，所述外膜内密封填充有气体或液体。
16.作为本发明提供的控制地下结构变形的装置的优选方案，所述外膜的上下两端均设置有安装口，所述安装口处密封粘接有法兰盘，所述上法兰板和所述下法兰板均通过对应的所述法兰盘与所述外膜连接。
17.另一方面，提供一种控制地下结构变形的方法，采用如上所述的控制地下结构变形的装置进行施工，包括以下步骤：
18.s1、于待纠偏地下结构的旁侧开设预制孔洞，并设计所述膨胀体的尺寸；
19.s2、组装所述膨胀体、所述上法兰板、所述下法兰板以及所述驱动机构；
20.s3、将所述膨胀体下放至所述预制孔洞内，并与所述待纠偏地下结构的变形部位正对；
21.s4、所述驱动机构驱使所述上法兰板和所述下法兰板相互靠近，以使所述膨胀体抵紧于所述预制孔洞的内壁。
22.作为本发明提供的控制地下结构变形的方法的优选方案，还包括以下步骤：
23.s5、对所述变形部位的控制达到施工要求后，静置所述膨胀体t时间，若所述膨胀体收缩回弹，则再次通过所述驱动机构驱使所述上法兰板和所述下法兰板相互靠近；
24.s6、当前阶段施工完成后，取出所述膨胀体，并回填所述预制孔洞。
25.本发明的有益效果：
26.本发明提供一种控制地下结构变形的装置及方法，首先根据施工要求于待纠偏地下结构的旁侧开设预制孔洞，并设计膨胀体的尺寸，随后组装膨胀体、上法兰板、下法兰板以及驱动机构为一整体结构，将该整体结构下放至预制孔洞内，直至膨胀体与待纠偏地下结构的变形部位正对。之后，通过驱动机构驱使上法兰板和下法兰板相互靠近，以使膨胀体被上法兰板和下法兰板挤压变形，并抵紧于预制孔洞的内壁上，膨胀体对预制孔洞的内壁的抵紧力可支撑变形部位，使变形部位被纠偏至恢复原状，相比于现有技术中的注浆法，该控制地下结构变形的装置和施工方法操作简单，能够降低施工难度，通过控制上法兰板和下法兰板之间的距离能够精准控制膨胀体的变形量，从而精准高效地纠正地下结构的变形。另外，该装置在使用完成后可回收利用，节省施工用材，且避免了成为场地后续施工中的障碍物。
附图说明
27.图1是本发明具体实施方式提供的膨胀体在未膨胀时的示意图；
28.图2是本发明具体实施方式提供的膨胀体在膨胀后的示意图。
29.图中：
30.1、膨胀体；2、上法兰板；3、下法兰板；4、传动螺杆；
31.41、第一螺杆部；42、第二螺杆部；
32.100、预制孔洞。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
34.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，或成一体；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明中，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”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一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。
36.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
37.如图1和图2所示，本实施例提供一种控制地下结构变形的装置，用于纠偏地下结构存在的变形，该装置包括膨胀体1、上法兰板2、下法兰板3和驱动机构。
38.参见图1和图2，待纠偏地下结构的旁侧开设有预制孔洞100，膨胀体1设置于预制孔洞100内，并与待纠偏地下结构的变形部位正对，膨胀体1采用弹性材料制成，能够产生弹性变形。上法兰板2设置于膨胀体1的上方，下法兰板3设置于膨胀体1的下方。驱动机构用于驱使上法兰板2和下法兰板3相互靠近，以使膨胀体1被挤压变形，并抵紧于预制孔洞100的内壁上。
39.在对变形部位进行纠偏时，首先根据施工要求于待纠偏地下结构的旁侧开设预制孔洞100，并设计膨胀体1的尺寸，随后组装膨胀体1、上法兰板2、下法兰板3以及驱动机构为一整体结构，将该整体结构下放至预制孔洞100内，直至膨胀体1与待纠偏地下结构的变形部位正对，如图1所示。之后，通过驱动机构驱使上法兰板2和下法兰板3相互靠近，以使膨胀体1被上法兰板2和下法兰板3挤压变形，并抵紧于预制孔洞100的内壁上，如图2所示，膨胀体1对预制孔洞100的内壁的抵紧力可支撑变形部位，使变形部位被纠偏至恢复原状。相比于现有技术中的注浆法，该控制地下结构变形的装置和施工方法操作简单，能够降低施工
难度，通过控制上法兰板2和下法兰板3之间的距离能够精准控制膨胀体1的变形量，从而精准高效地纠正地下结构的变形。另外，该装置在使用完成后可回收利用，节省施工用材，且避免了成为场地后续施工中的障碍物。
40.本实施例中，参见图1和图2，驱动机构包括传动螺杆4，传动螺杆4包括相连的第一螺杆部41和第二螺杆部42，第一螺杆部41螺纹贯穿上法兰板2，第二螺杆部42螺纹贯穿下法兰板3，第一螺杆部41和第二螺杆部42的螺纹旋向相反，通过旋转传动螺杆4以使上法兰板2和下法兰板3相互靠近。上法兰板2、下法兰板3以及中间的膨胀体1均穿设在传动螺杆4上，且传动螺杆4由两端螺纹旋向不同的螺杆部组成，当旋转传动螺杆4时，上法兰板2下移，同时下法兰板3上移，以使上法兰板2和下法兰板3挤压中间的膨胀体1，膨胀体1膨胀变形，并与预制孔洞100内壁抵紧。
41.可选地，传动螺杆4间隔且平行设置有多个，确保上法兰板2和下法兰板3移动时的平稳性。示例性地，传动螺杆4设置有四个，四个传动螺杆4相对上法兰板2的中心呈圆周分布。
42.进一步地，该装置还包括动力机构和传动机构，动力机构的输出端通过传动机构与多个传动螺杆4连接，以驱使多个传动螺杆4同步且同向旋转，从而使上法兰板2在第一螺杆部41的带动下下移，下法兰板3在第二螺杆部42的带动下上移。示例性地，动力机构为旋转电机，传动机构为齿轮机构，齿轮机构包括同轴设置于第一螺杆部41上的输出齿轮，多个第一螺杆部41上的输出齿轮能够同步且同向旋转，以驱使多个传动螺杆4同步且同向旋转。
43.优选地，变形部位的土体内埋设有应力监测器，应力监测器用于检测变形部位内的应力，应力监测器与控制单元通讯连接，以使控制单元能够获取应力监测器的检测值。控制单元与动力机构通讯连接，以控制动力机构的启闭。随着膨胀体1的膨胀变形，其对变形部位的支撑力逐渐增大，应力监测器的数值逐渐增加，待应力监测器的检测值达到预设值时，控制单元控制动力机构关闭，以使传动螺杆4停止转动，上法兰板2和下法兰板3停止挤压膨胀体1。上述预设值根据待纠偏地下结构的施工要求设定。
44.在其他实施例中，还可通过以下方式使上法兰板2和下法兰板3之间的距离缩短：驱动机构包括设置于上法兰板2上方的第一支架和设置于下法兰板3下方的第二支架，第二支架的下端抵接于预制孔洞100的底壁，通过下压第一支架以推动上法兰板2靠近下法兰板3。示例性地，变形部位的位置为地下深度h处，根据地下深度h这一数据钻设预制孔洞100，预制孔洞100的深度稍大于地下深度h，以使第二支架能够支撑于预制孔洞100的底壁上，此时膨胀体1的位置恰好与变形部位正对。随后可通过第一支架下压上法兰板2，此时下法兰板3位置固定，上法兰板2下移，以挤压膨胀体1变形。
45.可选地，本实施例中，膨胀体1包括外膜，外膜内密封填充有气体或液体。外膜可为类橡胶材料，需要具有一定的厚度，避免其膨胀破裂。在外膜内部填充气体或液体，可使得外膜具有良好的形状，在被挤压时能够适应性变形。
46.可选地，外膜的上下两端均设置有安装口，安装口处密封粘接有法兰盘，上法兰板2和下法兰板3均通过对应的法兰盘与外膜连接，组装方便，且能够保证膨胀体1的密闭性，避免其内部的气体或液体泄漏。
47.本实施例还提供一种控制地下结构变形的方法，采用如上所述的控制地下结构变形的装置进行施工，包括以下步骤：
48.s1、于待纠偏地下结构的旁侧开设预制孔洞100，并设计膨胀体1的尺寸。
49.在步骤s1中，需根据工程的实际位置和设计要求，合理预制孔洞100的直径和深度，以及设计膨胀体1的长度、膨胀直径以及传动螺杆4的长度。
50.另外，根据设计要求在预定位置钻预制孔洞100时，需要边钻孔边对成孔进行保护，防止孔塌和变形扩大。
51.s2、组装膨胀体1、上法兰板2、下法兰板3以及驱动机构。
52.s3、将膨胀体1下放至预制孔洞100内，并与待纠偏地下结构的变形部位正对。
53.在步骤s3中，应检查装置是否连接稳固，且确保膨胀体1下放至预设控制点位处，即与变形部位正对处。
54.s4、驱动机构驱使上法兰板2和下法兰板3相互靠近，以使膨胀体1抵紧于预制孔洞100的内壁。
55.s5、对变形部位的控制达到施工要求后，静置膨胀体1t时间，若膨胀体1收缩回弹，则再次通过驱动机构驱使上法兰板2和下法兰板3相互靠近。
56.在应力监测器测得的应力值达到预设值时，表明对变形部位的控制达到施工要求，静置膨胀体1t时间期间，可观察应力监测器测得的应力值是否下降，若下降，则表明膨胀体1发生了收缩回弹，其对预制孔洞100内壁的抵紧力降低。此时需重新挤压膨胀体1，直至应力监测器测得的应力值再次达到预设值。
57.s6、当前阶段施工完成后，取出膨胀体1，并回填预制孔洞100。
58.该装置在使用完成后可回收利用，节省施工用材，且避免了成为场地后续施工中的障碍物。回填预制孔洞100后，回填土体能够保持对变形部位的支撑，防止变形部位再次变形。
59.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，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。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。