预留空间的位移调整补偿装置及预留空间的方法与流程

本发明属于一种位移调整补偿装置，尤其涉及一种在地基上建造的建筑物，例如用于轨道交通、道路、桥梁、涵洞、隧道、楼宇等上的，应对地基发生各种方向位移的调预留空间的位移调整补偿装置及补偿预留空间的方法。

背景技术：

轨道交通工程中，为保证列车运营的安全性、稳定性、舒适性，要求钢轨顶面具有满足相关规范标准的平顺性指标。因各地区工程地质条件的差异，往往在工程地质条件较差地区因地基承载能力或其它特殊情况引起主体结构完工后沉降，或者在初始施工条件下即不平整，导致轨道结构不平顺，将影响列车运行的安全性、稳定性、舒适性，已经成为城市轨道交通工程的主要病害之一。

类似地，在桥梁、隧道、楼宇建筑物等具有地基(基础)及在地基(基础)上的支撑物的工程中，均涉及上面提到的地基(基础)沉降或平移或复合移动而影响整个工程质量安全和使用时间的大问题。

因此，如何在轨道交通工程的新线或既有线上设计一种自动或利用一定设备补偿施工前初始不平整或者施工后及试用期间沉降、平移、复合移动或变形引起的间隙的装置，是轨道交通工程的必然需求。

现有技术中记载了一种解决上述的问题的一种位移调整补偿装置，参见图1-3所述，其包括第一支撑件1和第二支撑件2，第二支撑件2相对于第一支撑件1可以做轴向运动，第二支撑件2中放置有填充物3，其顶部设置有上盖板用于与被支撑物连接，第二支撑件下部具有开口。如图2所述，当地基发生沉降时，第一支撑件1和第二支撑件2之间发生相对移动，第二支撑件2内的填充物3在重力作用下流出到第二支撑件2与第一支撑件1之间，并实现力的支撑，进而实现了对位移进行补偿。

但是，这样的装置，在初始状态和工作状态之间必然会有一个过渡状态，如图3所示。第一支撑件1和第二支撑件2之间产生的间隙4的距离小于填充料尺寸直径d时，填充料无法进入间隙内，此时整个结构不能达到预期工作状态。而当缝隙刚刚达到填充物的尺寸后，由于第一支撑件的底面为平整底坡，且由于填充料的摩擦和压力的存在，球体难以填充满全部空隙，而一般是仅填充在下漏孔周围区域。即能够进入间隙的填充物只有很少一点，造成填充不充分，而其要实现浮置板、道床等整个装置的重力支撑。这样，填充物会出现无法承受支撑件之间的压力，进而被压坏、压碎，影响整个装置的工作效果。此外，压碎的填充物形成的粉末会进入第一、第二支撑件的侧壁之间，进而影响装置的光滑度、密封效果和动作性能，并产生磨损，大大缩短装置的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种解决上述问题的装置及方法，具体而言本发明提供一种预留空间的位移调整补偿装置，包括第一支撑件和第二支撑件，其特征在于：第一支撑件与第二支撑件之间可发生轴向相对移动，并且在移动后能够形成可放置填充物的间隙，其中，在两个支撑件的用于形成所述间隙的两个相对的面至少之一上设置有可容纳填充物的凹槽，并且，在第一支撑件和第二支撑件的至少之一上设置有开口，填充物可通过所述开口进入所述凹槽及所述移动后形成的间隙。

进一步地，其中，所述填充物构成所述位移调整补偿装置的一部分或者为所述位移调整补偿装置之外的部件。

进一步地，其中一个支撑件包括上下两个容置空间，上容置空间用于放置填充物，下容置空间用于嵌入另一个支撑件，所述开口设置在上下两个容置空间的连接处。

进一步地，其中一个支撑件包括用于放置填充物的容置空间，所述开口设置在容置空间的下部。

进一步地，其中，所述凹槽的侧壁为倾斜结构，该倾斜结构可以为直线或曲线或折线。

进一步地，其中，所述的一个凹槽的深度或者两个凹槽的深度之和保证能够容纳至少一层填充物。

进一步地，其中，所述填充物为粒状，优选为球状

进一步地，其中，还包括填料装置，其内部与所述凹槽和/或所述容置空间连通。

本发明还提供一种位移调整补偿装置预留空间的方法，其特征在于，将上面方案中所述的装置放置在需要位移调整补偿的结构中，所述凹槽作为所述预留空间，并且在装置工作前或工作后，填充物进入所述预留空间中。

进一步地，本发明还提供一种位移调整补偿装置预留空间的方法，其特征在于，包括第一支撑件和第二支撑件，其特征在于：两个支撑件之间可发生轴向相对移动，并在移动后能够形成可放置填充物的间隙；在两个支撑件至少之一上设置有开口；

其中，预留空间的步骤为：

使第一支撑件和第二支撑件产生相对位移，生成可放置填充物的预留空间；填充物通过所述开口进入所述预留空间或者采用定位置装置实现两个支撑件定位，作为位移调整补偿装置的初始状态。

进一步地，其中，从开口进入所述预留空间的填料来自于填料箱或者来自于第一、第二支撑件的内部。

进一步地，其中，所述预留空间步骤可以在两个支撑件安装到工作位置之前或之后实现。

进一步地，其中，所述的预留空间的深度保证能够容纳至少一层填充物。

进一步地，其中，包括振捣步骤，具体为采用振捣装置深入容置填充物的容置空间内，并进行振动。

发明效果：

本发明的预留空间的位移调整补偿装置在软土地基、特殊不良地质条件下的轨道交通工程中应用广泛，无需人工干预可实现自动防地基各方向移动的调整。通过在预留空间内预先放置填充物的方式，使得装置在补偿过程中，填充物受力结构更加合理，填充物不易损毁和粉尘化，使得装置不会由于粉尘存在而产生动作不顺畅及磨损，提高了装置的使用寿命和工作性能。

附图说明

图1是现有技术装置的结构图。

图2是现有技术装置调整过程示意图。

图3是现有技术装置初始调整阶段示意图。

图4是本发明实施例1装置的初始填充状态图。

图5是本发明实施例1装置的调整过程示意图。

图6是本发明实施例1另一装置的结构图。

图7是本发明实施例1另一装置的结构图。

图8是本发明实施例2装置的结构图。

图9是本发明实施例2装置的调整过程示意图。

图10是本发明实施例2另一装置的结构图。

图11是本发明实施例2另一装置的结构图。

图12是本发明实施例2另一装置的结构图。

图13是本发明实施例2另一装置的结构图。

图14是本发明实施例2另一装置的结构图。

图15是本发明实施例3装置的结构图。

图16是本发明实施例4装置的结构图。

图17是本发明实施例4另一装置的结构图。

图18是振捣装置振捣步骤示意图。

图19是另外实施例中移调整补偿装置结构图。

图20是水平放置的位移调整补偿装置。

图21是现有技术中位移调整补偿装置填充颗粒的受力状态图。

图22是本发明位移调整补偿装置填充颗粒的受力状态图。

图23是现有技术与本发明两种装置的颗粒应力曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施方法对本发明作进一步的详细描述。

图中，1-第一支撑件；2-第二支撑件；3-填充物；4-间隙；5-凹槽；6-填料机构；7-套筒；8-振捣装置。

实施例1：

参见图4，示出了本发明实施例1的预留空间的位移补偿调整装置初始填充状态，具体而言，包括第一支撑件1和第二支撑件2，第二支撑件2相对于第一支撑件1可以做轴向运动，并且优选地，两者之间具有一定的密封结构，例如在第一支撑件、第二支撑件的侧壁的某个或某些位置设置有密封圈。优选地，第一、第二支撑件可以为筒型结构。

第二支撑件2顶部设置有上盖板用于与被支撑物连接，其内有容置空间可用来放置填充物3。第二支撑件的下部具有设有开口的底板，用于使得第二支撑件2内侧的填充物3流出到第二支撑件2外侧，开口数量可以为1个或多个。

第一支撑件1下部具有封闭的底板，底板上具有可放置填充物3的凹槽5(即凹槽构成为填充物的预留空间)，凹槽通过所述开口与第二支撑件2内部连通，凹槽的面积越大越好，例如形成在整个底板上，或比底板仅小一点点。凹槽的深度为至少能够放置一层填充物，优选为，大于等于粒径的三倍。

下面结合图4-5说明本发明装置的工作过程：

在装置投入使用时或之前，可第一支撑件1底板凹槽及第二支撑件2内部及放置填充物3。

使用中，当第一支撑件1随着基础向下沉降时，而第二支撑件2由于与轨枕等被支撑物连接而不发生沉降，第一支撑件1底面与第二支撑件2底面形成间隙。此时，第一支撑件1和第二支撑件2之间的空间大小为凹槽体积加上间隙体积，填充物3在重力作用下向下流动并对凹槽内球体产生冲击，由于填充物之间稍有受力即会滚动，这使得下落填充物推动凹槽5中的填充物发生运动以适应形成的新空间，进而使得填充物迅速充满整个间隙，使得第一支撑件1和第二支撑件2之间能够形成稳固的支撑，达到新的平衡状态，而且由于填充物颗粒的流动并相互支撑，被支撑物给支撑件的力不会像现有技术那样只传递到部分填充物3上，即填充物3不会发生被压坏压碎的情形。

随着下沉量的增大，间隙的空间也继续增大，填充物3继续按照上述过程流动并提供力的支撑。力从依次沿着被支撑物(如轨枕)、第二支撑件2、填充物3、第一支撑件传递到地基。

其中，第二支撑件2中的填充物3优选为粒状，例如铁等金属、陶瓷颗粒等结构强度高的材料。填充物可以是多种金属颗粒的混合或者金属颗粒和陶瓷颗粒的混合。而且，粒的尺寸可以相同，也可以是多种不同尺寸的颗粒的混合。

优选的方案中，第二支撑件2底板上表面到第二支撑件内壁之间的至少一部分为向下倾斜结构，即类似漏斗结构或阶梯漏斗结构，方便填充物3的向下流动。

优选的方案中，在第二支撑件上顶板的下部设置有增压装置，例如，在上顶板下表面设置弹簧，弹簧下端连接有增压板，这样在调高过程中，填充物不仅受自身重力而向下移动，增压板也可以施加辅助压力，更有利于填充物的流动填充。填充物优选为颗粒状，更优选为球状，利于其流动填充。

第二支撑件2和第一支撑件1的形状，优选为同样的形状，例如均为圆柱形、方柱形结构等。

在另外的方案中，参见图6，凹槽5也可以不形成在第一支撑件1的底板上，而是形成在第二支撑件2的与第一支撑件相对的底面上。或者，参见图7，在第一支撑件1和第二支撑件相对的底面上均形成凹槽。

可以知道，所述，填充物可以作为所述位移调整补偿装置的一部分，也可以作为位移调整补偿装置之外的部件，此时，其类似于油相对于发动机一样，发动机工作时需要它但它不构成发动机的组成部分。

实施例2：

参见图8-14，示出了本发明实施例2的预留空间的位移补偿调整装置，其主要结构包括第一支撑件1、第二支撑件2、填充物3，其中第二支撑件2为下部开口的筒状结构，其包括上下两个容置空间，上容置空间用于放置填充物3，下容置空间用于嵌入第一支撑件1，上下两个容置空间之间通过具有开口的隔板分隔，所述开口的大小允许填充物通过。隔板的上表面优选为倾斜结构，方便填充物的向下流动。所述隔板与第一支撑件1相对的底面上形成有凹槽5。当第一支撑件1安装到第二支撑件的下容置空间内时，所述凹槽5与上容置空间连通，使用前可在凹槽预先放入填充物。

第一支撑件1内部也可以是空心结构，下部有一底板，用于和地基接触。

图9示出了本发明实施例二的装置的动作过程，其与实施例一类似，这里就不在赘述。

所述凹槽截面可以是口大底小的梯形(图8、9)，或者为矩形(图12)或者其他规则或不规则形状。所述凹槽也可以形成在第一支撑件1的顶部(图10、13)或者在第一支撑件顶部及隔板底面均形成凹槽(图11、14)。凹槽的截面的形状可以为梯形、矩形或其他规则不规则形状。

优选凹槽侧壁为倾斜的形状，可以为直线或曲线或折线，使得凹槽的截面构成梯形、鼓形等，这样，在间隙产生时，边缘处的填充物易于在力的作用下沿着侧壁滑动，使得填充物整体易于流动，进而容易实现力学结构的再稳定，及对位移调整的补偿。

实施例3：

参见图15，为本发明实施例3的结构图的预留空间的位移调整补偿装置，其主要结构包括第一支撑件1、第二支撑件2、填充物、底板、盖板，其中第二支撑件2为筒状结构，上下均具有开口，上部开口被盖板封闭，内部的容置空间用于放置填充物，第二支撑件下部的所述开口的大小允许填充物通过从而进入第一支撑件的内部。第二支撑件2的侧壁下部具有凹槽，使得侧壁的剖面构成为倒置的u型，其侧壁分为内壁和外壁，内壁和外壁的顶部连接。

第一支撑件1为可插入第二支撑件2侧壁的凹槽中的结构，例如为环形，并可沿所述凹槽的深度方向移动，并且至少在整个过程中的某一阶段，所述第二支撑件能够与凹槽紧密配合，例如第一支撑件1的剖面与凹槽的剖面为相同尺寸和形状，如矩形、梯形、阶梯矩形等。更优选的，第二支撑件与所述凹槽能够在发生相对移动过程中，全程紧密配合，这样系统的密封性更好，支撑强度也更高。

在第二支撑件侧壁的内壁和/或第一支撑件内部的底板上形成有凹槽，所述凹槽通过所述开口与第二支撑件的容置空间连通。

第一支撑件1下部与底板机械连接或一体形成，底板可直接和地基接触。

优选地，其中盖板可以打开或封闭，方便填充物的补充。当然根据需要也可以不设置盖板。

其工作过程与前面实施例类似，这里不再赘述。

实施例4：

参见图16，为本发明实施例4的结构图的预留空间的位移调整补偿装置，实施例四与前面实施例的主要不同之处在于在第一、第二支撑件上均不设置放置填充物的容置空间。包括第一支撑件1、第二支撑件2和填料结构6(例如填料箱)，第二支撑件2的至少一部分能够插入第一支撑件1形成的开口内，并能相对发生轴向移动。

第一支撑件1优选为下部呈封闭状的筒状物，第二支撑件2内部形成可供填充物穿过的填料通道。

在第一支撑件的底部和/或第二支撑件内部的底面上形成有可放置填充物的凹槽，所述凹槽与填料通道及填料结构6的内部连通。这样填料可以从填料箱6内部穿过第二支撑件上的填料通道进入第一支撑件和第二支撑件之间的间隙中。

参见图17，示出了本发明实施例四的另一方案的装置图，其与前一方案的不同在于，第一支撑件和第二支撑件倒置，且在第一支撑件和第二支撑件的侧壁之间设置有套筒7，这三个部件之间可以相对发生轴向移动，这样可增大装置的补偿行程。

优选地，在填料装置6内设置有增压装置，用于给填料施加向下流动的压力。

可以知道，在实施例一-三中也可以设置填料机构，以对容置空间内的填料进行补充，以增大补偿的行程。

之前的实施例，都是采用凹槽的方式来实现。本发明的预留空间的方案也可以不用凹槽来实现，即在第一、第二支撑件上不形成预留填充物的凹槽，而是在安装到使用位置之前或者安装在使用位置之后，在第一、第二支撑件之间通过移动预留一定空间，并填充入填充物两个支撑件移动后状态的固定，或者采用一定的定位装置实现状态的固定。并作为整个位移补偿调整装置的初始工作状态。

其中，所述定位装置可以是分别设置在两个支撑件上的滚珠与凹槽，或者为设定在外部机构或者地基等装置上的螺栓、挂钩等，能够将至少一个支撑件固定在某一位置，并且所述定位装置可以被拆除、被破坏或者在一定状态下失去作用。

另外的方案中，第一、第二支撑件本身尺寸使得在其顶部或底部平齐或紧贴时，其内部就有预留容置空间，用于放置填充物。例如实施例1中的第一支撑件和第二支撑件顶端平齐时，第二支撑件的底面与第一支撑件内部底面存在可放置填充物的预留空间。或者如实施例2中，第一支撑件的底板的顶部与第二支撑件侧壁的底部顶接时，第一支撑件的顶部与第二支撑件隔板的底部存在空间，其构成可放置填充物的预留空间，并作为位移调整补偿装置的初始工作状态。

上述实施例中主要以在地基中的使用示出了本发明方案的实施方式，但是可以知道，本发明的方案还可以用于其它需要实现支撑和/或需要保证距离的两个物体之间。

上述实施例中由于第一支撑件、第二支撑件之间要配合移动，所以其相接触侧壁的内或外表面形状尺寸相适应。例如，为筒形等。

其它实施例：

参见图19，本发明另外一实施例中的位移调整补偿装置的第一支撑件、第二支撑件上均具有开口与预留空间连通，这样填充物可以穿过第一支撑件和/或第二支撑件的开口进入所述预留空间。并且在后续位移调整过程中，填充物仍然可以从这两个开口的任意一个进入所述空间。

图19中第二支撑件上的开口形成在其侧壁上，并与外界连通。应当知道，所述开口完全可以从第二支撑件的其它部位连通到外部，例如，在第二支撑件侧壁中形成有通路，并将与外界连通的开口设置在侧壁的顶端等等。

上面方案中虽然都是以上下位移调整为示例对本发明的方案进行描述，但是，可以知道，本发明的方案也可以用于水平调整的结构中。例如在被支撑物(轨枕、桥梁支柱、建筑物等)或其地基与周围地基之间。

如图20所示，设置有填充物的填料箱，通过第二支撑件上形成的通路与预留空间连通，这样，在装置工作前，填充物在重力或压力作用下从填料箱中进入所述预留空间。工作中，当部分地基发生水平移动时(这里以左侧路基为例)，由于路基的密实结构，其移动会向第一支撑件1产生作用力，使其随之向左移动，而第二支撑件2右侧和被支撑物(如轨枕、建筑物等)或其的基连接，暂时未移动，因此，在第一支撑件1底面与第二支撑件2底面形成空间，填料箱中的填充物在重力或压力的作用下，进入该空间，正好补偿了基础的水平移动量。

同样的上面实施例中所有方案均可以用于水平放置调整水平方向位移。

试验结果：

图21-23示出了现有技术及本发明中位移调整补偿装置里填充颗粒的受力状态图.对于传统沉降补偿装置，在空隙形成初始状态，下漏到空隙中的颗粒比较少，单颗球体受力比较大。图21所示为有限元模拟下落颗粒较少时单球的应力分布情况，球体顶部与颗粒缸底部平面接触，应力较大(图中颜色较深处最大主压应力达到511.1mpa，一般材料难以承受此受力，会出现压溃现象，影响颗粒流动及承载。

带预留空间的装置由于颗粒在缸内可充分流动，迅速均匀填充空隙，单颗粒球体受力比较均匀。其他条件均相同状况下，带预留空间装置颗粒球体应力分布情况如图22所示，球体顶部与颗粒缸底部平面接触位置大主压应力(颜色较深处)为166.0mpa，一般固体材料均可承受。

两种条件下加载过程中颗粒受力最大主压应力增长过程对比如图23。当工作1秒以后，带预留空间的装置内的颗粒所受压应力增长明显小于现有技术中装置内颗粒所受应力的增长速度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。