一种路堤自主抬升调控装置及方法

申请号 CN202410042607.X 申请日 2024-01-11 公开(公告)号 CN117721683A 公开(公告)日 2024-03-19
申请人 天津大学; 发明人 郑刚; 焦陈磊; 刁钰;
摘要 本 发明 公开一种路堤自主抬升调控装置及方法,包括 变形 体、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统;各个变形体之间通过锯齿 接口 相连,连接部分设有孔隙;变形体存在两种状态,针对新建路堤,铺设使用时,两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺;若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置;运营修复植入时,采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的预留孔内;所述封堵盖用于在新建路堤铺设变形体后,封堵路堤上预留孔,并确保与路堤坡面装饰相同;所述介质注入控制系统用于监测并控制介质的注入;多孔管路为单进多出,多孔管路进入口连接介质注入管,多孔管路均匀布设于变形体内,实现介质均匀注入,保证控制过程中抬升 力 保持稳定。
权利要求

1.一种路堤自主抬升调控装置,其特征在于,包括变形体、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统;所述变形体的面层由耐压4Mpa以上的复合材料制成,复合材料内嵌织网;各个变形体之间通过锯齿接口相连,连接部分设有孔隙;所述变形体存在两种状态,针对新建路堤,铺设使用时,两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺;若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置,各个变形体之间通过锯齿接口相连,连接部分设有孔隙;运营修复植入时,采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的预留孔内;所述封堵盖用于在新建路堤铺设变形体后,封堵路堤上预留孔,并确保与路堤坡面装饰相同;所述介质注入控制系统包括制备单元、输送单元和监测单元,制备单元用于制备调制介质,通过介质体积计量控制抬升量,输送单元用于输送介质,介质输送过程中通过监测单元内的速率传感器传感器全程监测,并记录数据;所述多孔管路为单进多出,多孔管路进入口连接介质注入管,多孔管路均匀布设于变形体内,实现介质均匀注入,保证控制过程中抬升力保持稳定。
2.根据权利要求1所述的一种路堤自主抬升调控装置,其特征在于,所述介质为刚度可控的调制液体,实现若干次启动控制不同抬升量补偿的不均匀沉降主动控制;所述不均匀沉降包括道路由于运营导致的变形,以及引起的道路周边构筑物的沉降。
3.根据权利要求1所述的一种路堤自主抬升调控装置,其特征在于,所述调控装置预留监测接口,当需要启动变形体调控时,道路维护监测平台采集的变形数据,通过既有接口输入调控装置,调控装置依据采集的数据计算变形体调控值;变形体在介质注入时产生土体变形,监测数据同步反馈。
4.一种路堤自主抬升调控方法,基于权利要求1‑3任意一项所述路堤自主抬升调控装置,其特征在于,包括:
(1)首先,依据现场实际条件,设计相应的变形体尺寸;
(2)制作变形体,加工连接端头和封堵端头;
(3)在建设期将变形体铺设在构筑的路基底层,再继续填筑路面层;或者修复既有的路堤的过程中,依据既有的路堤边坡预留孔,将制作好的变形体植入孔内;
(4)监测路堤表面的变形,采集并分析数据;
(5)当路堤变形达到临界值时,启动变形体,注入流动介质控制土体变形;通过控制启动变形体,变形体膨胀扩张启动调控;
(6)调控完成后,继续监测路堤变形,依据变形进一步调控,重复上述步骤。
5.根据权利要求4所述一种路堤自主抬升调控方法,其特征在于,依据速率和压力传感器收集路堤不均匀沉降数据。
6.根据权利要求4所述一种路堤自主抬升调控方法,其特征在于,在使用调控装置前需要进行调控预实验,具体通过计算机数值模拟分析数据,依据计算机内的计算模型计算变形体抬升量,开展变形预试验,注入刚度可控的介质,改变变形体的形态,监测数据反馈给调控装置,依据监测的反馈数据优化计算模型,实现对计算模型的优化;在具体使用时首先设定沉降修复的变形目标,启动调控装置控制计算机自主调控,进而控制路堤土体变形,恢复路堤的沉降。
7.根据权利要求4所述一种路堤自主抬升调控方法,其特征在于,针对未先预植变形体的道路,采用平或倾斜钻孔技术,施打孔,施打孔间距依据沉降监测计算得到,植入变形体。

说明书全文

一种路堤自主抬升调控装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑、道路等工程施工技术领域,尤其是涉及一种路堤自主抬升调控装置及使用方法。

背景技术

[0002] 随着我国社会经济的迅猛发展,已建成大量城市轨道交通、高速路、高速公路和市政道路等交通基础设施,形成了四通八达、覆盖极广的运营网络,为我国国民经济的发展发挥了巨大作用。交通基础设施建设投资巨大、使用年限长、车辆运行速度高,长期导致的变形会对高速铁路、地下铁路、高速公路等的服役安全、服役性能、服役寿命产生重大影响,并导致需要频繁进行维修,维护成本高昂。而且一旦出现事故后的破坏会造成人民生命财产重大损失和重大社会影响。因此,必须对交通基础设施在服役后的变形进行严格预防和控制,当出现影响服役安全、服役性能、服役寿命的有害变形时则必须进行及时治理。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种路堤自主抬升调控装置及方法。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005] 一种路堤自主抬升调控装置,包括变形体、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统;所述变形体的面层由耐压4Mpa以上的复合材料制成,复合材料内嵌织网;各个变形体之间通过锯齿接口相连,连接部分设有孔隙;所述变形体存在两种状态,针对新建路堤,铺设使用时,两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺;若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置,各个变形体之间通过锯齿接口相连,连接部分设有孔隙;运营修复植入时,采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的预留孔内;所述封堵盖用于在新建路堤铺设变形体后,封堵路堤上预留孔,并确保与路堤坡面装饰相同;所述介质注入控制系统包括制备单元、输送单元和监测单元,制备单元用于制备调制介质,通过介质体积计量控制抬升量,输送单元用于输送介质,介质输送过程中通过监测单元内的速率传感器传感器全程监测,并记录数据;所述多孔管路为单进多出,多孔管路进入口连接介质注入管,多孔管路均匀布设于变形体内,实现介质均匀注入,保证控制过程中抬升力保持稳定。
[0006] 进一步的,所述介质为刚度可控的调制液体,实现若干次启动控制不同抬升量补偿的不均匀沉降主动控制;所述不均匀沉降包括道路由于运营导致的变形,以及引起的道路周边构筑物的沉降。
[0007] 进一步的,所述调控装置预留监测接口,当需要启动变形体调控时,道路维护监测平台采集的变形数据,通过既有接口输入调控装置,调控装置依据采集的数据计算变形体调控值;变形体在介质注入时产生土体变形,监测数据同步反馈。
[0008] 本发明还提供一种路堤自主抬升调控方法,包括:
[0009] (1)首先,依据现场实际条件,设计相应的变形体尺寸;
[0010] (2)制作变形体,加工连接端头和封堵端头;
[0011] (3)在建设期将变形体铺设在构筑的路基底层,再继续填筑路面层;或者修复既有的路堤的过程中,依据既有的路堤边坡预留孔,将制作好的变形体植入孔内;
[0012] (4)监测路堤表面的变形,采集并分析数据;
[0013] (5)当路堤变形达到临界值时,启动变形体,注入流动介质控制土体变形;通过控制启动变形体,变形体膨胀扩张启动调控;
[0014] (6)调控完成后,继续监测路堤变形,依据变形进一步调控,重复上述步骤。
[0015] 进一步的,依据速率和压力传感器收集路堤不均匀沉降数据。
[0016] 进一步的,在使用调控装置前需要进行调控预实验,具体通过计算机数值模拟分析数据,依据计算机内的计算模型计算变形体抬升量,开展变形预试验,注入刚度可控的介质,改变变形体的形态,监测数据反馈给调控装置,依据监测的反馈数据优化计算模型,实现对计算模型的优化;在具体使用时首先设定沉降修复的变形目标,启动调控装置控制计算机自主调控,进而控制路堤土体变形,恢复路堤的沉降。
[0017] 进一步的,针对未先预植变形体的道路,采用平或倾斜钻孔技术,施打孔,施打孔间距依据沉降监测计算得到,植入变形体。
[0018] 与现有技术相比,本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0019] 本发明能够精准可靠的动态控制变形体的形状,处理因各种原因引起路堤不均匀沉降问题,形成加固控制一体化系统;实现建设期路堤结构加强与运营期变形主动控制,减少维修更换成本且不影响道路运营。前期的预埋起到土工织物等效的作用,有效提高路堤刚度,提高其抗沉性能;运营期沉降产生时,能够定点定向精准治理病害位置,效率高;长效多周期的维护,调控过程中介质刚度可控,能够多次治理维护;介质注入变形体后,变形体外壳与填土形成阻隔层,介质对周边的土质环境无污染及干扰作用。附图说明
[0020] 图1为变形体结构示意图;
[0021] 图2为变形体侧面示意图;
[0022] 图3为变形体布置示意图;
[0023] 图4为后植入变形体圆筒形态示意图;
[0024] 图5为变形体主体结构示意图;
[0025] 图6为路堤不均匀沉降调控装置使用方法流程图
[0026] 附图标记:1‑介质注入管,2‑变形体,3‑锯齿接口,4‑变形体控制端,5‑外壳具体实施方式
[0027] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0028] 如图1至图5所示,本实施例提供一种路堤自主抬升调控装置,包括变形体2、多孔管路、封堵盖和介质注入控制系统;介质注入控制系统与路堤监测水准仪或预埋的光纤传感器连接。变形体2的面层由耐压4Mpa以上的复合材料制成,复合材料内嵌织网;各个变形体2之间采用锯齿接口3相连形成整体结构,连接部分设有孔隙,锯齿接口3设置于变形体2的外壳5;变形体2内布设有若干多孔管路,多孔管路为单进多出,多孔管路进入口连接介质注入管1,多孔管路均匀布设于变形体内,实现介质均匀注入,保证控制过程中抬升力保持稳定;变形体存在两种状态,针对新建路堤,铺设使用时,两侧沿边向内折叠最终成矩形平铺;若干个变形体组合沿路堤纵向依次布置;运营修复植入时,采用经过绑扎初始状态为圆柱状的变形体植入打设的孔内。
[0029] 具体的,多孔管路包括位于变形体中心的一根主管,主管壁沿径向设有若干个分叉支管路,形成了均匀布置的介质流通路径,介质从外部由主管路进入,然后从分叉的多孔管路中进入面层的内部,随着介质的注入,变形体逐渐发生形体变化,实现沉降调控(路堤变形的调控)。变形体控制端4一端与主管连接,另一端与介质注入控制系统连接,用于主管端部的流量、压力、流速等的数值监测及控制。
[0030] 在新建路堤铺设变形体后,在路堤坡面或当前出需预留介质注入孔及相关外接线路,外露部分在路堤正常运营无病害的情况下,需使用封堵盖统一安装封堵,与路堤坡面装饰相同,防止因管路堵塞导致后期修复无法启动,且需保证路堤美观统一。
[0031] 介质注入控制系统包括制备单元、输送单元和监测单元,制备单元用于制备调制介质,通过介质体积计量控制抬升量,输送单元用于输送介质,介质输送过程中通过监测单元内的速率传感器与压力传感器全程监测,并记录数据;
[0032] 介质注入控制系统,包括制备单元、输送单元和监测单元三个主要部分,制备调制介质,通过介质体积计量控制抬升量,介质输送过程中设有速率与压力传感器全程监测,并记录数据。
[0033] 介质为刚度可控的调制液体,可控制过程中采用低刚度缓凝介质可以为浆液、高分子聚合物、多组分调制等材料,实现多次启动控制不同抬升量补偿、长效的不均匀沉降主动控制。不均匀沉降,包括道路由于运营导致的变形,以及引起的道路周边构筑物等沉降均可以使用。
[0034] 调控装置预留监测接口,留置于控制系统的控制板上,当需要启动变形体调控时,道路维护监测平台采集的变形数据,通过既有接口输入调控装置,调控装置依据采集的数据计算变形体调控值;变形体介质注入时产生土体变形,监测数据同步反馈,形成闭环的主动调控装置。
[0035] 具体的,(1)针对新建路堤,平铺使用,即图中绘制的扁平的长方形类似目前既有使用的土拱格栅。多个使用时候,边缘的锯齿形是每个变形体的分别连接在一起形成整体,锯齿部分之间的使用的材料以及结构存在孔隙,其目的是为了在路堤运营的过程中,变形体层具有足够透水性。(2)对于运营阶段的路堤沉降恢复,形态为圆柱状。既有的路堤使用本发明方法,是通过钻机在路的侧面水平钻孔,因为孔是类圆形,此时变形体不可以使用展开的长方形扁平模式,需要通过折叠绑扎,因为中心存在管路,扎后呈现圆形。
[0036] 本实施例还提供一种路堤自主抬升调控方法,见图6,包括:
[0037] (1)首先,依据现场实际条件,设计相应的变形体尺寸;
[0038] (2)制作折叠型变形体,加工变形体端部连接端头,用于封堵端头;
[0039] (3)在建设期将变形体铺设在构筑的路基底层,再继续填筑路面层;或者修复既有的路堤的过程中,依据既有的路堤边坡预留孔,将制作好的变形体植入孔内;
[0040] (4)路堤运营,监测路堤表面的变形,采集数据,分析数据;具体通过水准仪或埋植的光纤传感器监测路堤的不均匀沉降;
[0041] (5)当路堤变形达到临界值时,启动变形体,注入流动介质控制土体变形;通过控制启动变形体,变形体膨胀扩张启动调控。
[0042] (6)调控完成后,继续监测路堤变形,依据变形进一步调控,重复上述步骤。
[0043] 具体的,在使用调控装置前需要进行调控预实验,首先依据监测传感器对路堤不均匀沉降数据,通过计算机数值模拟分析数据补充,自主学习搭建主动控制的控制端计算模型,依据模型计算变形体抬升量,开展小变形预试验,注入刚度可控的介质,改变预植变形体的形态,监测数据反馈给调控装置,依据监测的反馈数据优化控制端计算模型,形成闭环主动控制数字孪生系统;模型优化验证后,设定沉降修复的变形目标,启动调控系统控制过程中计算机系统自主调控,进而控制路堤土体变形,恢复路堤的沉降。
[0044] 具体的,针对旧路堤修复,采用水平或倾斜钻孔技术,施打孔,孔间距依据沉降监测计算得到,植入圆筒形的变形体,注入刚度可控的介质,改变预植变形体的形态,进而控制路堤土体变形,恢复路堤的沉降。
[0045] 本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换,这些均属于本发明的保护范围之内。
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