一种伸缩装置及环向可伸缩隧道钢拱架

1.本技术涉及隧道支护技术领域，尤其涉及一种伸缩装置及环向可伸缩隧道钢拱架。


背景技术：

2.随着我国高等级公路、铁路等交通设施的快速发展，出现大量隧道工程建设，其中隧道开挖过程中的支护系统设计对于保证隧道的安全具有重要的意义。当特长隧道穿山岭等高地应力地区时，由于受地形、地应力重分布以及地下水分布范围的影响，围压增大，隧道极易发生围岩大变形等相关地质灾害。同时，高地应力条件下隧道软弱围岩自承能力差，容易产生隧道的大变形，其围岩稳定性控制与支护方案设计已经成为隧道施工安全控制的一项难题。
3.刚性拱架作为一种成熟的围岩支护技术目前在隧道工程建设中应用广泛，然而工程实践表明这种“以刚克刚”支护手段在软岩隧道中没有达到预期的支护效果，主要表现在刚性拱架很难抑制围岩大变形，其对隧道稳定性的控制收效甚微。
4.因此，针对层状软岩隧道不能单纯采用刚性支护方式稳定围岩，要转变支护理念，寻求软岩隧道支护的新方法。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的是提供一种伸缩装置及环向可伸缩隧道钢拱架，能够使钢拱架更好的适应围岩压力，从而提高钢拱架整体的稳定性。
6.根据本技术实施例的第一方面，提供一种伸缩装置，包括：
7.第一u形连接件，其两侧开有若干组沿调节方向布置的调节槽；
8.第二u形连接件，其两侧开有第一通孔，所述第二u形连接件插入所述第一u形连接件中，且两者的u形开口相对布置，形成一个容纳空间；
9.第一弹簧，分别与所述第一u形连接件和第二u形连接件相抵接，且位于所述容纳空间中；
10.弹性插销，两端穿过两侧的第一通孔后插入其中一组所述调节槽中，在所述第一弹簧推力的作用下，可在若干组沿调节方向布置的调节槽中单方向调节；
11.初始固定插销，可拆卸地连接所述第一u形连接件和第二u形连接件，当所述初始固定插销连接所述第一u形连接件和第二u形连接件时，所述第一弹簧处于压缩状态，当所述初始固定插销拆卸后，所述第一弹簧提供推力，所述弹性插销在若干组沿调节方向布置的调节槽中单方向调节至平衡位置。
12.可选的，所述调节槽为矩形槽。
13.可选的，所述第一通孔为圆形通孔或方形通孔。
14.可选的，还包括一对导套，一对所述导套分别固定在所述第一u形连接件和第二u形连接件上，所述第一弹簧设置在一对所述导套中。
15.可选的，所述第一弹簧具有两个，两个所述第一弹簧对称布置在所述容纳空间中，所述弹性插销位于两个所述第一弹簧的中间。
16.可选的，所述弹性插销包括第二弹簧和分别固定的所述第二弹簧两端的销头，所述销头的端面处开有导向楔面和防转动平面。
17.可选的，所述销头的端面还开有供旋转使用的凹槽。
18.可选的，所述第一u形连接件和第二u形连接件上均开有第二通孔，所述初始固定插销可拆卸地穿设在所述第二通孔中。
19.根据本技术实施例的第二方面，提供一种环向可伸缩隧道钢拱架，包括：上拱架、两个下拱架和两个第一方面所述的伸缩装置，所述上拱架的两端分别通过两个所述伸缩装置与两个下拱架相连。
20.可选的，所述上拱架的一端与第一u形连接件固定连接，所述下拱架的一端与所述第二u形连接件固定连接，或所述上拱架的一端与第二u形连接件固定连接，所述下拱架的一端与所述第一u形连接件固定连接。
21.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：第一弹簧分别与所述第一u形连接件和第二u形连接件相抵接，且位于所述容纳空间中，弹性插销两端穿过两侧的第一通孔后插入其中一组所述调节槽中，在所述第一弹簧推力的作用下，可在若干组沿调节方向布置的调节槽中单方向调节；当所述初始固定插销拆卸后，所述第一弹簧提供推力，所述弹性插销在若干组沿调节方向布置的调节槽中单方向调节至平衡位置，克服了环向钢拱架难以伸缩的问题，进而达到环向钢拱架可伸缩，能适应围岩压力和围岩变形的动态变化，增加了钢拱架与围岩的贴合度，控制围岩的变形，增强钢拱架整体刚度和支护能力。
22.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
24.图1是根据一示例性实施例示出的一种伸缩装置(导套剖开)的结构示意图。
25.图2是根据一示例性实施例示出的一种伸缩装置(初始固定插销未显示)的结构示意图。
26.图3是图1的半剖结构示意图。
27.图4是根据一示例性实施例示出的第一u形连接件的结构示意图。
28.图5是根据一示例性实施例示出的第二u形连接件的结构示意图。
29.图6是根据一示例性实施例示出的弹簧插销的结构示意图。
30.图7是根据一示例性实施例示出的一种环向可伸缩隧道钢拱架的结构示意图。
31.图8是根据一示例性实施例示出的第一u形连接件上连接第一连接底板的结构示意图。
32.图9是根据一示例性实施例示出的伸缩装置连接到上拱架和下拱架上的结构示意图。
33.图10是根据一示例性实施例示出的上拱架连接第一连接底板的结构示意图。
34.图11是根据一示例性实施例示出的下拱架连接第二连接底板的结构示意图。
35.图中的附图标记有：
36.1、伸缩装置；11、第一u形连接件；111、调节槽；12、第二u形连接件；121、第一通孔；13、第一弹簧；14、弹性插销；141、第二弹簧；142、销头；143、导向楔面；144、防转动平面；15、初始固定插销；16、容纳空间；17、导套；18、第二通孔；2、上拱架；3、下拱架；4、第一连接底板；5、第二连接底板。
具体实施方式
37.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
38.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
39.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
40.参考图1-图3，本技术实施例提供一种伸缩装置，可以包括：第一u形连接件11、第二u形连接件12、第一弹簧13、弹性插销14、初始固定插销15，第一u形连接件11的两侧开有若干组沿调节方向布置的调节槽111；第二u形连接件12的两侧开有第一通孔121，所述第二u形连接件12插入所述第一u形连接件11中，且两者的u形开口相对布置，形成一个容纳空间16；第一弹簧13分别与所述第一u形连接件11和第二u形连接件12相抵接，且位于所述容纳空间16中；弹性插销14的两端穿过两侧的第一通孔121后插入其中一组所述调节槽111中，在所述第一弹簧13推力的作用下，可在若干组沿调节方向布置的调节槽111中单方向调节；初始固定插销15可拆卸地连接所述第一u形连接件11和第二u形连接件12，当所述初始固定插销15连接所述第一u形连接件11和第二u形连接件12时，所述第一弹簧13处于压缩状态，当所述初始固定插销15拆卸后，所述第一弹簧13提供推力，所述弹性插销14在若干组沿调节方向布置的调节槽111中单方向调节至平衡位置。
41.由上述实施例可知，本技术的第一弹簧分别与所述第一u形连接件和第二u形连接件相抵接，且位于所述容纳空间中，弹性插销两端穿过两侧的第一通孔后插入其中一组所述调节槽中，在所述第一弹簧推力的作用下，可在若干组沿调节方向布置的调节槽中单方向调节；当所述初始固定插销拆卸后，所述第一弹簧提供推力，所述弹性插销在若干组沿调节方向布置的调节槽中单方向调节至平衡位置，克服了环向钢拱架难以伸缩的问题，进而达到环向钢拱架可伸缩，能适应围岩压力和围岩变形的动态变化，增加了钢拱架与围岩的贴合度，控制围岩的变形，增强钢拱架整体刚度和支护能力。
42.参考图4和图5，所述第一u形连接件11和第二u形连接件12可以采用u形钢，一个套在另外一个外面，两个u形钢的u形开口相对布置形成一个容纳空间16，两个u形钢的u形开口相对布置是为了方便后续可以发生相对位移。
43.参考图1，若干组沿调节方向布置的调节槽111，一般呈一字阵列排开，相邻两个一般等间距布置，这样可以实现逐级均匀调节第一u形连接件11和第二u形连接件12之间的伸缩距离，使伸缩装置在伸缩过程中能更加符合客观规律。
44.参考图2和图3，为了方便固定第一弹簧13，还可包括一对导套17，一对所述导套17分别固定在所述第一u形连接件11和第二u形连接件12上，所述第一弹簧13设置在一对所述导套17中，该导套17还可以起到对第一弹簧13伸缩的约束作用，当整体达到平衡状态时，导套17同样可以起到支撑整体框架稳定的作用。
45.参考图3，为了能够实现受力均匀，所述第一弹簧13具有两个，两个所述第一弹簧13对称布置在所述容纳空间16中，所述弹性插销14位于两个所述第一弹簧13的中间。当然也可以是四个等偶数个，需要均匀对称排列。
46.参考图1和图6，所述弹性插销14包括第二弹簧141和分别固定的所述第二弹簧141两端的销头142，所述销头142的端面处开有导向楔面143和防转动平面144，具体地，为了实现弹性插销14能够较稳定在调节槽111中，一般所述调节槽111为矩形槽，这样子防转动平面144整合贴合矩形槽的上表面或下表面。调节槽111设为矩形槽的目的是与插头142的端面处的防转动平面144接触达到平面间自锁的效果；而销头142的端面处开有导向楔面143与矩形槽存在一定角度，故两者间可以产生相对位移。
47.两个销头142分别穿过第二u形连接件12的两侧的第一通孔121后插入到其中一组调节槽111中，初始状态时，也就是初始固定插销15连接所述第一u形连接件11和第二u形连接件12时，所述第一弹簧13处于压缩状态，一对销头142可以是插入到最上面的一组调节槽111中，防转动平面144与调节槽111的上表面相抵触，当所述初始固定插销15拆卸后，在第一弹簧13的推力作用下，第一u形连接件11和第二u形连接件12开始进行分离运动，导向楔面143先接触调节槽111的下表面，在第一弹簧13的推力作用下，调节槽111的下表面给导向楔面143一个向内的推的分力，从而使得两个销头142被向内推，压缩第二弹簧141，在遇到下一组调节槽111后进入该组调节槽111或继续相下调节，直到调节至平衡位置后插入到调节槽111中。设置初始固定插销15的目的是固定住装置的初始状态。
48.通过以上实现第一u形连接件11和第二u形连接件12的分离后，由于防转动平面144抵住调节槽111的上表面，从而无法施力将第一u形连接件11和第二u形连接件12相互靠拢，为了能将第一u形连接件11和第二u形连接件12相互靠拢，回到初始状态，所述销头142的端面还开有供旋转使用的凹槽，通过该凹槽，通过现有工具和该凹槽相配合，来旋转销头142，将销头142旋转108度后，给第一u形连接件11和第二u形连接件12施加相互靠拢的力后，销头142就能逆着调节槽111调节的方向运动，直到达到初始位置，再将初始固定插销15插入所述第一u形连接件11和第二u形连接件12，以锁紧固定，再通过现有工具和该凹槽相配合，将销头142再旋转108度，回到初始状态。这里的凹槽可以是十字槽、一字槽或内六角等，这些结构可以与现有的十字螺丝刀、一字螺丝刀或内六角扳手能够配合使用，本实施例图中示出的是十字槽。设置十字槽的目的是方便使用者通过旋转销头142来控制装置单一方向地进行拉伸和收缩。
49.所述第一通孔121的主要作用是供销头142穿过，以及起到对销头142的支撑作用，一般销头142本身采用圆柱形，所以第一通孔121一般可以为圆形通孔或方形通孔，圆形通孔正好和圆柱形的销头142相配合，方形通孔的四个面也可正好与圆柱形的销头142形成相切配合。销头142本身采用圆柱形的目的是使整个销头具有了旋转的功效。
50.所述第一u形连接件11和第二u形连接件12上均开有第二通孔18，所述初始固定插销15可拆卸地穿设在所述第二通孔18中。安装插销15的目的是可以锁住装置任意时刻的状态。
51.参考图7，本技术实施例还提供一种环向可伸缩隧道钢拱架，可以包括：两个上述的伸缩装置1、一个上拱架2和两个下拱架3，所述上拱架2的两端分别通过两个所述伸缩装置1与两个下拱架3相连。
52.由上述实施例可知，本技术利用上述的伸缩装置，在隧道开挖后可缩动，通过钢拱架缩动，能够提供一定的恒阻力使围岩的变形稳定下来，缩动完成后能够继续以刚性拱架的方式支护围岩，即通过引入“可让性”来适应隧道围岩大变形。
53.参考图8，所述上拱架2的一端与第一连接底板4固定连接，所述下拱架3的一端与所述第二连接底板5固定连接，或所述上拱架2的一端与第一连接底板4固定连接，所述下拱架3的一端与所述第二连接底板5固定连接。连接底板起到了连接u形连接件和钢拱架的关键性作用。
54.参考图9-图11，所述第一u形连接件11和第二u形连接件12上分别固定连接有第一连接底板4与第二连接底板5。比如所述上拱架2的一端焊接在第一连接底板4上，所述下拱架3的一端焊接在第二连接底板。连接底板起到了连接u形连接件和钢拱架的关键性作用。
55.使用时，将环向可伸缩隧道钢拱架的左边墙、右边墙部位分别安装上被初始固定插销15固定住初始状态的伸缩装置，拔掉初始固定插销15后，被压缩的第一弹簧13开始释放压力，所述弹性插销14在若干组沿调节方向布置的调节槽111中单方向调节至平衡位置，销头142插入调节槽111中，锁住第一u形连接件11和第二u形连接件12，该状态为整个结点的拉伸；用十字螺丝刀旋转销头180
°
，此时的运动状态与拉伸时恰好相反，可达到压缩的目的。
56.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由权利要求指出。
57.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。