[发明专利]一种分层膨胀顶升装置及其施工方法

说明书

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。

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爆破用膨胀剂，要求具备较高的膨胀率和较高的极限应力，现有技术中静态爆破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。