阅读说明：本技术 一种分层膨胀顶升装置及其施工方法 (Layered expansion jacking device and construction method thereof ) 是由 吉德三 周茂辉 于 2020-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种分层膨胀顶升装置及其施工方法,装置包括放置在钢套内的若干分层隔,分层隔在钢套内自下而上依次叠加,分层隔底部设置有反推环,分层隔内灌注有水和膨胀剂的混合料。施工时首先将符合质量配比要求的水和膨胀剂充分搅拌,将得到的糊状膨胀剂灌注若干分层隔中；然后将钢套放置在固定于顶升点的油缸上方,与油缸缸体连接固定,将若干分层隔依次叠加放置到钢套中,油缸活塞伸出部分顶端与钢套内底层分层隔底面接触,进行膨胀顶升。本发明改变了膨胀剂在钢套内的受力和膨胀方向,使得钢套内膨胀剂尽可能沿轴向流动、膨胀,克服由膨胀剂膨胀自锁带来的膨胀率降低,膨胀率和内应力分布不均衡等问题。(The invention provides a layered expansion jacking device and a construction method thereof. During construction, firstly, fully stirring water and an expanding agent which meet the quality ratio requirement, and filling the obtained pasty expanding agent into a plurality of layering partitions; then the steel jacket is placed above the oil cylinder fixed at the jacking point, the oil cylinder is fixedly connected with the cylinder body of the oil cylinder, a plurality of layered partitions are sequentially stacked and placed in the steel jacket, and the top end of the extending part of the piston of the oil cylinder is contacted with the bottom surface of the bottom layer of the steel jacket in a layered partition mode to perform expansion jacking. The invention changes the stress and expansion direction of the expanding agent in the steel sleeve, so that the expanding agent in the steel sleeve can flow and expand along the axial direction as far as possible, and solves the problems of expansion rate reduction, unbalanced distribution of expansion rate and internal stress and the like caused by expansion self-locking of the expanding agent.)

一种分层膨胀顶升装置及其施工方法

技术领域

本发明属于膨胀顶升技术领域，具体涉及一种分层膨胀顶升装置及其施工方法。

背景技术

在传统的膨胀顶升技术中，通常是将具有膨胀性能的粉粒料放置在一个大的筒体内，利用材料的自膨胀性能，实现顶升目的，但是承压状态下具有自膨胀性能的粉粒料膨胀自锁导致容器壁临近区域粉粒料板结，内应力畸高而膨胀率偏低，大大影响了膨胀顶升的效果。因此本发明拟提出一种分层膨胀技术，目的在于有效降低承压状态下具有自膨胀性能的粉粒料膨胀自锁导致有效膨胀率降低及膨胀率、内应力分布严重不均衡现象。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种分层膨胀顶升装置，其特征在于：包括放置在钢套内的若干分层隔，分层隔在钢套内自下而上依次叠放，所述分层隔底部设置有反推环，分层隔内灌注有水和膨胀剂的混合料。

所述反推环为设置在分层隔底部边缘的45°倒角结构，反推环断面与分层隔断面之间呈等腰直角三角形。

所述分层隔、钢套和反推环均为钢材制得。

所述钢套为圆柱形筒体结构，上下方均开口，分层隔为扁平状的圆柱形筒体结构，分层隔下方有底，上方开口。

所述分层隔外径与钢套内径相同，若干分层隔叠加后的高度与钢套内高度一致，反推环外径与分层隔内径尺寸相同。

所述膨胀剂采用静态***用膨胀剂，要求具备较高的膨胀率和较高的极限应力，现有技术中静态***用膨胀剂一代的极限应力大概为30MPa，二代的大概为50MPa,最新的极限应力已经超过了100MPa。

所述钢套与分层隔之间，反推环与分层隔之间均涂抹有润滑油，进一步减小膨胀阻力。

一种分层膨胀顶升装置的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一、将符合质量配比要求的水和膨胀剂充分搅拌，将得到的糊状膨胀剂灌注若干分层隔中；

步骤二、将钢套放置在固定于顶升点的油缸上方，与油缸缸体连接固定，将若干分层隔依次叠加放置到钢套中，油缸活塞伸出部分顶端与钢套内底层分层隔底面接触，进行膨胀顶升。

所述步骤一中将符合质量配比要求的水和膨胀剂充分搅拌，该质量配比是水：膨胀剂=1：3或1：2.7。

本发明的作用原理为：糊状膨胀剂在分层隔中发生水合反应产生体积膨胀。由于高度方向的尺寸h1小于径向尺寸d1，膨胀剂膨胀时在高度方向上的内摩擦效应较弱。此外，除顶部受上方分层隔或者顶升对象接触面的摩擦约束致使膨胀剂径向流动受到限制之外，膨胀剂还受到分层隔底部和周围容器壁的近似刚性约束。在分层隔的诱导与限制作用下，膨胀剂将主要沿与分层隔轴线平行方向向上流动、膨胀。反推环将所在水平层面的径向膨胀力部分转变为轴向推力（如图3所示的水平实线代表反推环所在水平层面的径向膨胀力），加强容器壁临近区域的膨胀剂轴向流动趋势（如图3所示铅垂虚线代表容器壁临近区域膨胀剂的轴向流动趋势），以达到弱化容器壁临近区域膨胀剂膨胀自锁的目的。

而对于膨胀剂膨胀方向的控制，现有膨胀顶升技术中，除内摩擦自锁导致的板结、应力分布不均匀、有效膨胀率低之外，还有一个重要问题就是溢出钢套的膨胀剂无法控制膨胀方向而导致膨胀剂溃散、顶升失败。本发明采用分层隔分层膨胀，在膨胀过程中，每个分层隔的位置都要发生变化，膨胀剂溢出钢套的总厚度等于溢出各分层隔的膨胀剂的厚度之和，所以溢出钢套的膨胀剂仍然被“溢出”的分层隔所限制，加上顶升对象接触面上的摩擦力对径向膨胀的限制，保证溢出钢套的膨胀剂的膨胀方向。

本发明具有如下优点：

本发明通过将糊状膨胀剂在钢套内用分层隔进行分层，同时在分层隔底部设置反推环的方法，改变膨胀剂在钢套内的受力和膨胀方向，使得钢套内膨胀剂尽可能沿轴向流动、膨胀，以达到弱化容器壁临近区域膨胀剂膨胀自锁的目的，克服由膨胀剂膨胀自锁带来的膨胀率降低，膨胀率、内应力分布不均衡等问题。

附图说明

图1为本发明装置分层隔结构示意图；

图2为本发明装置分层隔内设置反推环结构示意图；

图3为反推环作用原理示意图。

其中：1-分层隔，2-反推环。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种分层膨胀顶升装置，包括放置在钢套内的若干分层隔，分层隔在钢套内自下而上依次叠加，分层隔底部设置有反推环，分层隔内灌注有水和膨胀剂的混合料。

如图2所示，反推环为设置在分层隔底部边缘的45°倒角结构，反推环断面与分层隔断面之间呈等腰直角三角形。

分层隔、钢套和反推环均为钢材制得。

钢套为圆柱状筒体结构，上下方均开口，分层隔为扁平状的圆柱形筒体结构，分层隔下方有底，上方开口。

分层隔外径与钢套内径相同，若干分层隔叠加后的高度与钢套内高度一致，反推环外径与分层隔内径尺寸相同。

膨胀剂采用静态***用膨胀剂，要求具备较高的膨胀力和较高的极限应力，现有技术中静态***用膨胀剂一代的极限应力大概为30MPa，二代的大概为50MPa,最新的极限应力已经超过了100MPa。

钢套与分层隔之间，反推环与分层隔之间均涂抹有润滑油，进一步减小膨胀阻力。

一种分层膨胀顶升装置的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一、将符合质量配比要求的水和膨胀剂充分搅拌，将得到的糊状膨胀剂灌注若干分层隔中；

步骤二、将钢套放置在固定于顶升点的油缸上方，与油缸缸体连接固定，将若干分层隔依次叠加放置到钢套中，油缸活塞伸出部分顶端与钢套内底层分层隔底面接触，进行膨胀顶升。

步骤一中将符合质量配比要求的水和膨胀剂充分搅拌，该质量配比是水：膨胀剂=1：3或1：2.7。

本发明的作用原理为：糊状膨胀剂在分层隔中发生水合反应产生体积膨胀。由于高度方向的尺寸h1小于径向尺寸d1，膨胀剂膨胀时在高度方向上的内摩擦效应较弱。此外，除顶部受上方分层隔或者顶升对象接触面的摩擦约束致使膨胀剂径向流动受到限制之外，膨胀剂还受到分层隔底部和周围容器壁的近似刚性约束。在分层隔的诱导与限制作用下，膨胀剂将主要沿与分层隔轴线平行方向向上流动、膨胀。反推环将所在水平层面的径向膨胀力部分转变为轴向推力（如图3所示的水平实线代表反推环所在水平层面的径向膨胀力），加强容器壁临近区域的膨胀剂轴向流动趋势（如图3所示铅垂虚线代表容器壁临近区域膨胀剂的轴向流动趋势），以达到弱化容器壁临近区域膨胀剂膨胀自锁的目的。

而对于膨胀剂膨胀方向的控制，现有膨胀顶升技术中，除内摩擦自锁导致的板结、应力分布不均匀、有效膨胀率低之外，还有一个重要问题就是溢出钢套的膨胀剂无法控制膨胀方向而导致膨胀剂溃散、顶升失败。本发明采用分层隔分层膨胀，在膨胀过程中，每个分层隔的位置都要发生变化，膨胀剂溢出钢套的总厚度等于溢出各分层隔的膨胀剂的厚度之和，所以溢出钢套的膨胀剂仍然被“溢出”的分层隔所限制，加上顶升对象接触面上的摩擦力对径向膨胀的限制，保证溢出钢套的膨胀剂的膨胀方向。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。