一种楔形结构液压支撑位移控制系统的制作方法

本实用新型属于基坑施工领域，特别涉及一种用带的液压式机械锁的液压缸及其使用方法。

背景技术：

随着城市化进程的快速发展，城市的建设也日趋多元化和复杂化，建设施工的环境也越来越复杂，要求的标准也越来越高。现如今，在进行岩土施工时，特别是在深基坑开挖的过程中，为了保护基坑自身和周边建(构)筑物结构的安全，一般需要采用一些支护结构对深基坑进行支护，例如钢筋砼支撑、钢管支撑等。由于钢管支撑具有速度快，成本低等优点，它被越来越多地用于深基坑支护，特别在一些对基坑变形控制要求极其严格的场合,如运行地铁边的软土深基坑工程的变形控制等，一般还需要按照设计要求施加预应力，但随着施工时间的推移,钢支撑会产生应力松弛，钢支撑上的预应力会降低，有时甚至消失。通常需要在钢管支撑与围护墙之间设置一钢支撑轴力控制装置，通常是一千斤顶，如液压式千斤顶即油缸，由该千斤顶对该钢支撑施加预应力，以防止围护墙在基坑开挖过程中由于钢支撑轴力损失造成基坑变形超出控制范围。

中国专利文献CN101776106B于2012年10月17日公开了一种基坑钢支撑轴力自适应系统实时补偿液压油缸装置，当油缸进行“伸”工作时，第一活塞杆前进带动螺杆前进，此时，由于锁紧螺母与螺杆螺纹连接，所述锁紧螺母跟随螺杆前进，从而会在锁紧螺母与连接过渡套即防尘罩之间产生相应的间隙，为了防止消除锁紧螺母与防尘罩之间的间隙，现场的操作人员必须下到深基坑支撑补偿油缸位置，手动旋动锁紧螺母，使其与防尘罩靠牢，从而实现锁定油缸工作位置。一旦油缸出现故障或者供油回路发生漏油现象，油缸中油的压力会突然降低，螺杆就会快速回退，由于锁紧螺母靠在防尘罩上,可以阻止螺杆回退，从而避免了钢管支撑对围护结构的支撑失效，保证了深基坑的施工安全。

因为在施工过程中，基坑每时每刻都在会发生一些微小变形，当变形量累积到一定值时，此时，液压缸缸内油的压力也随着下降到某一限值，为了避免基坑变形过大，就需要及时调整液压缸活塞杆的伸出量，所以频繁地需要人为去旋动锁紧螺母。通常，一个深基坑需要几十根甚至数百根这样的钢管支撑，如此大工作量会无形地增加了操作人员的劳动强度，而且由于人为的原因，不可避免地会遗漏某根钢管支撑或者某次锁紧螺母旋动工作，从而会给基坑施工留下一些不安全因素；加之，深基坑施工环境比较恶劣，很容易发生操作人员绊倒、坠落等安全事故。

因此，提供一种能够及时同步自动锁定工作状态的液压缸，可以避免人为旋转锁紧螺母所造成人力、财力的大量浪费以及所带来的一些不安全因素，实用新型一种楔形结构液压支撑位移控制系统及其使用方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现要素：

为了解决岩土工程中深基坑(尤其是地质条件复杂和环境敏感地区如城市运行地铁沿线的深基坑)开挖施工时变形不易控制难题,本实用新型提供的用于基坑支撑的一种楔形结构液压支撑位移控制系统及其使用方法，可以及时同步自动锁定液压缸的工作状态，实现对液压缸实时机械自锁功能，从而避免了人工操作所造成人力、财力的大量浪费以及所带来的一些不安全因素，不仅降低了基坑微变形控制液压缸的使用人力成本，同时也有效地保障了施工过程的安全性。为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种楔形结构液压支撑位移控制系统，包括内增压液压缸、过渡筒、支撑筒、若干锁紧楔块以及受力柱，所述内增压液压缸、所述过渡筒和所述支撑筒从下而上依次设置，所述内增压液压缸和所述支撑筒分别通过螺栓与所述过渡筒固定连接，所述受力柱设置于所述支撑筒内，所述受力柱用螺栓固定在所述内增压液压缸顶面上，所述锁紧楔块设置于所述受力柱和所述支撑筒之间，所述锁紧楔块的内侧斜面和外侧斜面分别与所述受力柱的滑移斜面和所述支撑筒的支撑斜面接触，所述内侧斜面和竖直平面的夹角小于和所述外侧斜面和竖直平面的夹角，所述锁紧楔块均匀分布在所述受力柱的四周。

可选的，还包括球面垫，在所述球面垫的中心有一个沉头螺纹孔，所述球面垫包括连接在一起的一个近似半球体和一个圆盘，所述半球体镶嵌在所述受力柱的顶面的半球体凹槽内，所述球面垫与所述受力柱铰接。

优选的，包括两个所述锁紧楔块，两个所述锁紧楔块对称设置于所述受力柱的周围。

优选的，包括四个所述锁紧楔块，四个所述锁紧楔块设置于所述受力柱的周围，任一相邻两个所述锁紧楔块互成90°排列。

可选的，所述内增压液压缸包括缸筒、一号导套、一号活塞、一号活塞杆、二号活塞杆及二号导套，所述一号导套设置于所述缸筒内，所述一号导套与所述缸筒螺纹连接，所述一号活塞杆穿过所述一号导套设置于所述缸筒内，所述受力柱通过螺栓与所述一号活塞杆固定连接，所述一号活塞杆内具有一端开口的轴向腔体，所述二号导套和所述二号活塞杆均设置于所述轴向腔体内，所述二号活塞杆穿过所述二号导套，所述一号活塞设置于所述二号活塞杆的上端，所述一号活塞与所述二号活塞杆通过螺纹连接。

可选的，还包括三号导套、二号活塞以及三号活塞杆，所述三号导套是一个带凸缘的圆柱形套，所述三号导套设置于所述过渡筒和所述支撑筒之间，所述凸缘的上下端面分别与所述支撑筒的下端面和所述过渡筒的上端面面接触，所述过渡筒、所述三号导套和所述支撑筒通过若干竖向螺栓固定连接，所述螺栓沿圆周方向均匀分布，所述三号活塞杆穿过所述三号导套设置于所述过渡筒内，所述二号活塞设置于所述三号活塞杆的上端，所述二号活塞与所述三号活塞杆之间为螺纹连接，在所述过渡筒上设置一个贯通的a油口，在所述支撑筒上设置一个贯通的b油口。

可选的，还包括若干压缩弹簧、压盖以及四号导套，所述四号导套是一个带凸缘的圆柱形套，所述四号导套穿过所述压盖设置于所述支撑筒内，所述四号导套套在所述受力柱的上部，所述压缩弹簧均匀设置于所述四号导套的四周，所述压缩弹簧与所述锁紧楔块一一对应，所述压缩弹簧的两端分别顶在所述压盖和所述四号导套的凸缘上。

可选的，还包括PLC控制单元、二个二位四通电磁阀、一个三位四通电磁阀以及一个溢流阀，其中，一个所述二位四通电磁阀设置于连通主油路与所述a油口和所述b油口的油路上，另一个所述二位四通电磁阀设置于所述内增压液压缸进、回油路上，所述三位四通电磁阀设置于总进油油路与总回油油路上，所述溢流阀设置于所述总进油油路上，所述PLC控制单元分别与二个所述二位四通电磁阀、所述三位四通电磁阀以及所述溢流阀信号连接。

另外，本实用新型还提供一种楔形结构液压支撑位移控制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：提供如权利要求1-8中任一项所述一种楔形结构液压支撑位移控制系统；

步骤2：将所述楔形结构液压支撑位移控制系统设置于钢管支撑与所需微变形控制的基坑围护墙之间，将所述受力柱顶在所述基坑围护墙的预埋钢板上；

步骤3：在所述内增压液压缸和所述钢管支撑之间设置若干钢板垫块，给所述钢管支撑施加设计要求的轴力，确保所述一号活塞杆的伸出量小于工作行程，设置轴力预警下限值；

步骤4：监视轴力变化：

当轴力达到所述轴力预警下限值时，所述内增压液压缸执行加压指令，向所述A油口注油，所述内增压液压缸加压；

当轴力重新恢复到设计要求轴力值时，判断是否执行所述一号活塞杆回缩动作；

当不执行所述一号活塞杆回缩动作时，重复步骤4；

当执行所述一号活塞杆回缩动作时，转到步骤5；

步骤5：执行向所述b油口注油指令，所述三号活塞杆伸出，顶着所述锁紧楔块向上移动到上极限位置，停止向所述b油口注油，所述内增压液压缸执行泄压指令，向所述B油口注油，所述内增压液压缸泄压，所述一号活塞杆回缩；

当所述一号活塞杆回缩到初始位置时，判断工程是否继续；

当工程继续，执行步骤3；

当工程结束，执行步骤6；

步骤6：拆除所述楔形结构液压支撑位移控制系统。

相对于现有技术而言，本实用新型所提供的一种楔形结构液压支撑位移控制系统及其使用方法，至少具有以下有益的技术效果：

1、有效地降低了基坑施工的人力成本和工人的劳动强度：通过所述锁紧楔块分别与所述受力柱和所述支撑筒之间的相互面接触，可以达到锁定所述内增压液压缸的工作状态，利用所述压缩弹簧和所述三号活塞杆之间的配合动作，可以实现全程自动锁定/解锁所述内增压液压缸的工作状态，从而避免了需要更多的操作工人去手动操作锁紧螺母，有效地降低了人力成本，同时也大大地降低了操作工人的劳动强度。

2、有效地保障了基坑施工的安全性：本实用新型提供的楔形结构液压支撑位移控制系统可以自动实时地锁定所述内增压液压缸的工作状态，避免了因人的疏忽而给基坑施工带来一些不安全隐患，同时也保障了操作工人在基坑施工较为恶劣环境下的人身安全。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的一种楔形结构液压支撑位移控制系统非工作状态轴剖切示意图；

图2是本实用新型一实施例的一种楔形结构液压支撑位移控制系统工作状态轴剖切示意图；

图3是本实用新型一实施例的受力柱三维透视图；

图4是本实用新型一实施例的支撑筒三维透视图；

图5是本实用新型另一实施例的受力柱三维透视图；

图6是本实用新型另一实施例的支撑筒三维透视图；

图7是本实用新型一实施例的锁紧楔块三维透视图；

图8是本实用新型一实施例的一种楔形结构液压支撑位移控制系统的液压原理图

图中：100-楔形结构液压支撑位移控制系统、1-内增压液压缸、2-过渡筒、3-三号导套、4-二号活塞、5-三号活塞杆、6-支撑筒、7-锁紧楔块、8-压缩弹簧、9-压盖、10-受力柱、11-四号导套、12-球面垫、14-二号导套、15-二号活塞杆、16-一号活塞杆、17-缸筒、18-一号活塞、19-一号导套、30-压力传感器、31-位移传感器、32-二位四通电磁阀、33-调节阀、34-三位四通电磁阀、35-泵、36-油箱、37-溢流阀、38-PLC控制单元、61-筒体、62-支撑斜面、71-内侧斜面、71-外侧斜面、101-半球体凹槽、102-滑移斜面

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本实用新型提出的一种楔形结构液压支撑位移控制系统及其使用方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参考图1和图2，本实用新型一实施例提供的一种楔形结构液压支撑位移控制系统100包括从下而依次设置的内增压液压缸1、过渡筒2以及支撑筒6，还包括若干个锁紧楔块7和受力柱10；其中，内增压液压缸1和支撑筒6分别通过螺栓与过渡筒2固定连接，受力柱10设置在支撑筒6内，且两者的轴线重合；受力柱10依次穿过支撑筒6与过度筒2后竖向放置在内增压液压缸1的顶面上，并通过螺栓与内增压液压缸1固定连接；锁紧楔块7设置在支撑筒6和受力柱10之间，锁紧楔块7的内侧斜面71和外侧斜面72分别与受力柱1的滑移斜面102和支撑筒6的支撑斜面62接触，内侧斜面71与竖直平面的夹角θ₁小于外侧斜面72与竖直平面的夹角θ₂，在锁紧楔块7移动的范围内，受力柱10和支撑筒6围成的空间从上而下越来越小，使得锁紧楔块7能够卡住受力柱10，成功锁住受力柱10的位置，若干锁紧楔块7均匀分布在受力柱10的四周；在锁紧工作状态，尤其是，当内增压液压缸1发生泄露或者其他导致内增压液压缸1不能维持工作压力的情况发生时，对整个支撑体系进行力传递分析：受力柱10将来自围护结构(图中未示出)的压力通过锁紧楔块7传递给支撑筒6，支撑筒6再将力传递给内增压液压缸1，最终传递给相应的钢管支撑。

参考图1、图2、图3和图5，楔形结构液压支撑位移控制系统100还包括球面垫12，而球面垫12包括一个近似的半球体和一个圆盘，在球面垫12的中心有一个沉头螺纹孔；装配后，半球体镶嵌在受力柱10的顶面的半球体凹槽内，球面垫12与受力柱10铰接；这种球面接触设计，可以提高力传递效果，在支撑接触面不平的情况下，避免受力柱10因受到过大的非轴向力而损坏增压液压缸1。

参考图1和图2，楔形结构液压支撑位移控制系统100还包括三号导套3、二号活塞4以及三号活塞杆5；其中，三号导套3是一个带凸缘的圆柱形套，设置在过渡筒2和支撑筒6之间，并且三号导套3的凸缘的上下表面分别与支撑筒6的下端面和过渡筒2的上端面面接触，过渡筒2、三号导套3和支撑筒6通过若干竖向螺栓固定连接，连接螺栓沿圆周方向均匀分布；三号活塞杆5穿过三号导套3设置于过渡筒2内，二号活塞4设置于三号活塞杆5的上端，二号活塞4与三号活塞杆5之间为螺纹连接，在过渡筒2上设置一个贯通的a油口，在支撑筒6上设置一个贯通的b油口，通过分别向a油口和b油口注入压力油，可以控制三号活塞杆5在竖向的移动状态和位置。

继续参考图1和图2，楔形结构液压支撑位移控制系统100还包括若干压缩弹簧8、压盖9以及四号导套11；其中，四号导套11是一个带凸缘的圆柱形套，并且四号导套11从外向内穿过压盖9设置于支撑筒6内，同时，四号导套11套在受力柱10的上部，受力柱10在四号导套11内做竖向移动；压缩弹簧8与锁紧楔块7一一对应，其数量都等于受力柱10上的滑移斜面102的数量，压缩弹簧8均匀分布在四号导套11的四周，并且每个压缩弹簧8的上下两端都分别顶在压盖9和四号导套11的凸缘上，特别地，在每一个对应压缩弹簧8的位置处，四号导套11的凸缘上还设置一个小圆柱形凸起，压缩弹簧8套在对应的小圆柱形凸起上，可以避免因为受力不均而导致压缩弹簧弹出的情况发生。

参考图1、图2和图8，楔形结构液压支撑位移控制系统100还包括PLC控制单元38、二个二位四通电磁阀32、一个三位四通电磁阀34以及一个溢流阀37，其中，一个二位四通电磁阀32设置于连通主油路与a油口和b油口的油路上，另一个二位四通电磁阀32设置于内增压液压缸1进、回油路上，三位四通电磁阀34设置于所述总进油油路与总回油油路上，实现对主油路、内增压液压缸1以及a、b油口内压力油分别控制，提高控制的精度和准确度；溢流阀37设置于所述总进油油路上，防止总进油油路上压力超压，保护整个系统的安全；同时，在内增压液压缸1内还设置了压力传感器30和位移传感器31，可以实时监测增压液压缸1的状态；PLC控制单元38分别与二个二位四通电磁阀32、三位四通电磁换向阀34以及溢流阀37信号连接，根据实际情况，PLC控制单元38通过向二个二位四通电磁阀32、三位四通电磁换向阀34以及溢流阀37发送工作指令，使得整个楔形结构液压支撑位移控制系统100按照要求进行工作。

继续参考图1和图2，内增压液压缸1包括缸筒17、一号导套19、一号活塞18、一号活塞杆16、二号活塞杆15及二号导套14；一号导套19设置于缸筒17内，两者的轴线重合，而且两者之间通过螺纹连接；一号活塞杆16穿过一号导套19设置于缸筒17内，受力柱10通过螺栓固定在一号活塞杆16的顶端，一号活塞杆16可以在缸筒17内竖向移动；一号活塞杆16内具有一端开口的轴向腔体，二号导套14和二号活塞杆15均设置于轴向腔体内；二号活塞杆15穿过二号导套14，一号活塞18设置于二号活塞杆15的上端，一号活塞18与二号活塞杆15两者之间通过螺纹连接；一号导套19、一号活塞杆16以及缸筒17围成第一进油腔，一号活塞杆16、一号活塞18、二号活塞杆15以及二号导套14围成第二进油腔，第一进油腔与第二进油腔通过一号活塞杆16上贯通的圆孔连通；一号活塞杆16、二号导套14、二号活塞杆15以及缸筒17围成第一回油腔，一号活塞杆16、二号活塞杆15以及一号活塞18围成第二回油腔，第一回油腔和第二回油腔通过二号活塞杆15上贯通的圆孔连通。

参考图1至图4，本实用新型一实施例提供的一种楔形结构液压支撑位移控制系统100包括两个锁紧楔块7，两个锁紧楔块7对称设置在受力柱10的周围，这种设计使得受力柱10的结构简单，制造成本相对低。

参考图1、图2、图5和图6，本实用新型另一实施例提供的一种楔形结构液压支撑位移控制系统100包括四个锁紧楔块7，四个锁紧楔块7均匀分布在受力柱10的周围，任一相邻的两个锁紧楔块7之间相互成90°排列，这种设计使得锁紧力分布更均匀，锁紧效果更好。

此外，本实用新型还提供一种楔形结构液压支撑位移控制系统100的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：提供上述一种楔形结构液压支撑位移控制系统100；

步骤2：将楔形结构液压支撑位移控制系统100设置于钢管支撑与所需微变形控制的基坑围护墙之间，将受力柱10顶在基坑围护墙的预埋钢板上；

步骤3：在内增压液压缸1和钢管支撑之间设置若干钢板垫块，给所述钢管支撑施加设计要求的轴力，确保一号活塞杆16的伸出量小于工作行程，设置轴力预警下限值；

步骤4：监视轴力变化：

当轴力达到所述轴力预警下限值时，内增压液压缸1执行加压指令，向所述A油口注油，内增压液压缸1加压；

当轴力重新恢复到设计要求轴力值时，判断是否执行一号活塞杆16回缩动作；

当不执行一号活塞杆16回缩动作时，重复步骤4；

当执行一号活塞杆16回缩动作时，转到步骤5；

步骤5：执行向b油口注油指令，三号活塞杆5伸出，顶着锁紧楔块7向上移动到上极限位置，停止向b油口注油，内增压液压缸1执行泄压指令，向B油口注油，内增压液压缸1泄压，一号活塞杆16回缩；

当一号活塞杆16回缩到初始位置时，判断工程是否继续；

当工程继续，执行步骤3；

当工程结束，执行步骤6；

步骤6：拆除楔形结构液压支撑位移控制系统100。

综上所述，本实用新型提供一种楔形结构液压支撑位移控制系统及其使用方法，能够实时地锁定所述液压缸的工作状态，可以避免需人工操作造成的大量人力财力的浪费，进一步降低操作工人的劳动强度；同时，能够消除一些因人为疏忽而带来的一些不安全隐患，进一步保障基坑施工安全有序地进行。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。