CN103867221A - 支护超前的径向注浆锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支护超前的径向注浆锚杆，包括注浆连接管，注浆连接管包括联芯管和与其前后端分别相连的出浆套管和进浆套管，联芯管的注浆通道前端与套设在出浆套管内的端封管A连接、后端与套设在进浆套管内的进浆管连接；出浆套管前端侧壁设有出料导管和伸至进浆套管后端的橡胶排气管，出浆套管前端连接有钢筋锚杆体并布设有前端伸至锚头、后端与出料导管或橡胶排气管连接的塑料两用管；进浆套管后端连接中空锚杆体、后部侧壁有出浆孔C，进浆管后端连接锚杆注浆管；注浆连接管外围设有橡胶排气管可穿过的双螺旋多环结构止浆塞。本发明还提供一种支护超前的径向注浆锚杆的施工方法，实现了径向注浆锚杆的超前支护功能，可节省投资和工期。

Description

支护超前的径向注浆锚杆及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种支护超前的径向注浆锚杆及其施工方法，隧道工程或岩土工程领域。

背景技术

径向注浆锚杆可以改善隧道围岩的力学性能，约束围岩的变形，提高围岩的稳定性能。在工程中，径向注浆锚杆一般是在永久开挖基面形成以后才开始施工的，当径向注浆锚杆对围岩的变形形成约束作用时，实际上围岩已经发生了一定量的变形，径向注浆锚杆对围岩约束作用存在在时间上相对滞后的情况，难以发挥超前支护的作用，这种情况在软弱围岩或对围岩变形要求较高的工程中是非常不利的，现有的解决方法是先对围岩实施预加固或预支护施工措施，之后，再进行开挖和径向注浆锚杆的施工，因而增设了预加固或预支护施工措施，其工程投资加大了，也延长了工期。

在软弱围岩或对围岩变形要求较高的工程中，隧道开挖一般采用分步开挖法施工或超前导洞法施工，在施工过程中有超前的工作空间，对于既有隧道的拓宽改造工程，既有隧道的洞内空间可作为隧道拓宽施工的超前工作空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种支护超前的径向注浆锚杆及其施工方法，实现径向注浆锚杆的超前支护功能，可节省预支护工程措施，节约投资，缩短工期。

本发明采用的技术方案是：一种支护超前的径向注浆锚杆，包括注浆连接管和止浆塞，所述注浆连接管包括内部设有注浆通道的联芯管、前端封闭的出浆套管和进浆套管，所述出浆套管与联芯管前端相连接，所述进浆套管与联芯管后端相连接，所述止浆塞环绕在注浆连接管的外围，所述出浆套管前端部侧壁设有出料导管，出浆套管前端固连有钢筋锚杆体。

进一步的，所述出浆套管前端部旁侧设置有延伸至进浆套管后端部的橡胶排气管，所述钢筋锚杆体的前端设有锚头，钢筋锚杆体上设有前端延伸至锚头的塑料两用管，所述塑料两用管后端与出料导管和橡胶排气管择一连接，所述出浆套管内套设有与联芯管的注浆通道前端连接的端封管A，所述端封管A的前端封闭且其前端部侧壁设有连通出浆套管内腔的出浆孔A，端封管A前端部套设有包裹在出浆孔A外围的橡胶套管A。

进一步的，所述进浆套管后端部侧壁设连通进浆套管内腔的出浆孔C，进浆套管后端部套设有包裹在出浆孔C外围的橡胶套管C，进浆套管后端连接有可拆卸中空锚杆体，进浆套管内套设有与联芯管的注浆通道后端连接的进浆管，所述进浆管后端连接有可拆卸并套于所述中空锚杆体内部的锚杆注浆管，所述中空锚杆体穿过一垫板，中空锚杆体上旋接位于垫板后端的紧固螺母，所述中空锚杆体旁侧设有塑料排气管D。

进一步的，所述止浆塞包括由三通管密封连接在一起的橡胶管A、橡胶管B和橡胶管C，其中橡胶管B与橡胶管C并排缠绕在注浆连接管外围形成双螺旋多环结构。

进一步的，所述橡胶管A与三通管上直管的前端连接，所述橡胶管C与所述直管后端连接，所述橡胶管A、直管和橡胶管C套设在所述橡胶排气管的外围并且橡胶排气管前端长出橡胶管A前端，橡胶排气管后端长出橡胶管C后端，所述橡胶管A前端和橡胶管C后端与橡胶排气管外侧壁密封连接以使橡胶排气管外壁与橡胶管A、直管和橡胶管C的内壁之间形成空腔。

进一步的，所述橡胶管B的后端套设有前端封闭的端封管B，所述橡胶管B与端封管B外侧壁密封连接，端封管B前端部伸入橡胶管B中，所述端封管B的前端部设有出浆孔B并套设有包裹在出浆孔B外围的橡胶套管B，端封管B后端连接有预注浆管。

进一步的，所述橡胶排气管的后端连接有塑料排气管C，所述止浆塞由分别设于橡胶管B、橡胶管C的前后端部上紧固件固定在注浆连接管的外围。

同时，本发明还提供一种支护超前的径向注浆锚杆的施工方法，采用如上所述的一种支护超前的径向注浆锚杆，并按以下步骤进行：

（1）    将该支护超前的径向注浆锚杆的除中空锚杆体、垫板、螺母和塑料排气管D外所有部件组装成组合锚杆，并根据锚杆孔的倾斜角度确定塑料两用管的正确连接，并将组合锚杆插入开设于临时开挖基面的锚杆孔中，利用顶管将组合锚杆顶入永久开挖基面形成后的靠围岩一侧，使锚头伸入锚杆孔底部附近；

（2）    向预注浆管中注入水泥砂浆，使橡胶管B和橡胶管C不断膨胀并充满锚杆孔孔壁与注浆连接管之间的空间形成止浆塞，同时橡胶管B和橡胶管C内的空气汇集在橡胶管C内靠近锚杆孔的孔口处，注浆压力会出现上升，当注浆压力达到预定压力并稳压预定时间后，停止向注浆管注浆并拆除顶管；

（3）    向锚杆注浆管中注入水泥砂浆，水泥砂浆经注浆连接管的出料导管进入锚杆孔内，并从锚杆孔的低位逐渐向高位填充，同时锚杆孔内的气体经橡胶排气管和塑料排气管排出孔外，当塑料排气管后端管口出现回浆时，说明浆液已经充满，稳压预定时间后停止注浆，并封堵塑料排气管；

（4）    当锚杆孔内的水泥浆液达到预定强度后，对临时开挖基面进行挖掘形成永久开挖基面；

（5）    拆除锚杆注浆管、预注浆管和塑料排气管C，并采用钢筋条的尖头刺破橡胶管C位于锚杆孔孔口处的管壁以释放出汇集在其中的空气，然后安装中空锚杆体，在孔口处安装连接孔内外的塑料排气管D，并在锚杆孔的孔口扣上垫板并用螺母锁紧；

（6）    向中空锚杆体中注入水泥砂浆，泥浆经出浆孔C进入锚杆孔，以对锚杆孔内位于止浆塞与孔口之间的空间进行补充注浆，并将此空间内的空气经塑料排气管D排出孔外，当塑料排气管D管口出现回浆时，稳压预定时间后，停止注浆并封堵塑料排气管D。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）利用超前工作空间，提前实施径向注浆锚杆，实现了径向注浆锚杆的超前支护功能，可节省预支护工程措施，节约投资，缩短工期。

（2）将高弹性的橡胶管和可弯曲且可承受管外压力的橡胶排气管组装成套管，并由此形成可膨胀变形的双螺旋多环结构的止浆塞，一方面，可膨胀变形的多环结构对岩土孔壁的不规则性和不平整性的适应性较强，止浆塞与锚杆孔壁之间的密贴性能好，止浆效果好；另一方面，利用螺旋状结构的特点，在不影响止浆效果的情况下，橡胶排气管呈螺旋状穿过止浆塞，实现了注浆施工中的有效排气。

（3）通过简单地调整塑料两用管与出料导管和橡胶排气管之间的连接方式，实现了锚杆孔内的注浆浆液从低位逐渐向高位充盈的要求，施工便利，可操作性强。

附图说明

图1是本发明实施例中注浆连接管构造示意图；

图2是本发明实施例中注浆连接管剖面视图；

图3是本发明实施例中止浆塞拉直后构造示意图；

图4是本发明实施例中止浆塞拉直后剖面视图；

图5是图4中A的放大视图；

图6是图4中B的放大视图；

图7是本发明实施例中止浆塞构造示意图；

图8是本发明实施例中止浆塞剖面视图；

图9是本发明实施例施工状态示意图；

图10是本发明实施例施工状态剖面视图；

图11是本发明实施例使用状态示意图；

图12是本发明实施例使用状态剖面视图；

图中标号说明：1-临时开挖基面，2-永久开挖基面，3-中空锚杆体，4-垫板，5-螺母，600-注浆连接管，601-联芯管，602-进浆套管，603-出浆套管，604-进浆管，605-端封管A，606出浆孔A，607-橡胶套管A，608-出浆孔C，609-橡胶套管C，610-出料导管，700-止浆塞，701-橡胶管B，702-橡胶管C，703-橡胶排气管，704-端封管B，705-抱箍，706-出浆孔B，707-橡胶套管B，708-橡胶管A，8-钢筋锚杆体，9-连接套，10-锚头，11-塑料两用管，12-锚杆注浆管，13-预注浆管，14-塑料排气管C，15-紧固件，16-顶管，17-锚杆孔，18-塑料排气管D  19-三通管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1~12所示，一种支护超前的径向注浆锚杆，所述径向注浆锚杆朝向锚杆孔17孔底一端为前端，朝向孔口一端为后端，所述径向注浆锚杆包括前端封闭的注浆连接管600，所述注浆连接管600包括内部设有注浆通道的联芯管601、前端封闭的出浆套管603和进浆套管602，所述出浆套管603与联芯管601前端相连接，所述进浆套管602与联芯管601后端相连接，所述出浆套管603前端部侧壁设有出料导管610，出浆套管603前端部旁侧设置有延伸至进浆套管602后端部的橡胶排气管703，所述橡胶排气管703为钢丝弹簧橡胶排气管，所述橡胶排气管703最小可弯半径小于注浆连接管600外壁半径，并可承受其管外的注浆压力且保持管径不变。

所述出浆套管603前端固连有钢筋锚杆体8，所述钢筋锚杆体8通过连接套9进行连接加长，所述钢筋锚杆体8的前端设有锚头10，钢筋锚杆体8上设有前端延伸至锚头10的塑料两用管11，所述塑料两用管11在沿钢筋锚杆体8长度方向采用间隔固定，所述塑料两用管11的后端与出料导管610和橡胶排气管703择一连接。

为了保证锚杆孔17内的注浆浆液从低位逐渐向高位充盈，所述塑料两用管11的连接需根据锚杆孔17的倾斜角度来选择不同的连接方式，当锚杆孔17向上倾斜时，锚杆孔17内的低位位于注浆连接管600的出料导管610附近，浆液可直接经出料导管610进入锚杆孔17内的低位处，此时，塑料两用管11与橡胶排气管703连接，作为排气管使用；当锚杆孔17向下倾斜时，锚杆孔17内的低位位于锚头10附近，浆液需经过塑料两用管11到达锚头10附近，以进入锚杆孔17内的低位处，此时，塑料两用管11与出料导管610连接，作为注浆管使用。

所述出浆套管603内套设有与联芯管601的注浆通道前端连接的端封管A（605），所述端封管A（605）的前端封闭且其前端部侧壁设有连通出浆套管603内腔的出浆孔A（606），端封管A（605）前端部套设有包裹在出浆孔A（605）外围的橡胶套管A（607）。

在本实施例中，所述进浆套管602后端部侧壁设有出浆孔C（608），进浆套管602后端部套设有包裹在出浆孔C（608）外围的橡胶套管C（609），进浆套管602后端通过螺纹连接有可拆卸中空锚杆体3，进浆套管602内套设有与联芯管601的注浆通道后端连接的进浆管604，所述进浆管604后端连接有可拆卸并套于所述中空锚杆体3内部的锚杆注浆管12，其中锚杆注浆管12后端可伸出中孔锚杆体3的后端。

在本实施例中，所述注浆连接管600的外围设有止浆塞700，所述止浆塞700包括由三通管19密封连接在一起的橡胶管A（708）、橡胶管B（701）和橡胶管C（702），其中橡胶管B（701）与橡胶管C（702）并排缠绕在注浆连接管600外围形成双螺旋多环结构，所述橡胶管A（708）与三通管19上直管的前端连接，所述橡胶管C（702）与所述直管后端连接，橡胶管B（701）与三通管19上的弯管接头连接，所述橡胶管A（708）、直管和橡胶管C（702）共同套设在所述橡胶排气管703的外围并且橡胶排气管703前、后两端分别伸出橡胶管A（708）前端和橡胶管C（702）后端，所述橡胶管A（708）前端和橡胶管C（702）后端与橡胶排气管703外侧壁密封连接以使橡胶排气管703外壁与橡胶管A（708）、直管和橡胶管C（702）的内壁之间形成空腔，所述橡胶排气管703的后端连接有塑料排气管C14。

在本实施例中，所述橡胶管B（701）的后端套设有前端封闭的端封管B（704），所述橡胶管B（701）与端封管B（704）外侧壁密封连接，端封管B（704）前端部伸入橡胶管B（701）中，端封管B（704）的前端部设有出浆孔B（706）并套设有包裹在出浆孔B（706）外围的橡胶套管B（707），端封管B（704）后端连接有预注浆管13。

在本实施例中，所述止浆塞700由分别设于橡胶管B（701）、橡胶管（702）的前后端部上紧固件15固定在注浆连接管600的外围。

在本实施例中，所述中空锚杆体3穿过一垫板4，中空锚杆体3上旋接位于垫板4后端的紧固螺母5，所述中空锚杆体3旁侧设有塑料排气管D（18）。

在本实施例中，所述橡胶管A（708）、橡胶管B（701）和橡胶管C（702）分别与橡胶排气管703、端封管B（704）和三通管19之间的连接端部均设置有抱箍705以保证连接部的气密性。

在本实施例中，所述橡胶套管A（607）、橡胶套管B（707）和橡胶套管C（609）均起到单向阀的作用，利用橡胶的收缩弹力以阻止浆液从出浆孔回流。

如图1~12所示，一种支护超前的径向注浆锚杆的施工方法，采用如上所述的一种支护超前的径向注浆锚杆，并按以下步骤进行：

（1）将该支护超前的径向注浆锚杆的除中空锚杆体、垫板、螺母和塑料排气管D外所有部件组装成组合锚杆，并根据锚杆孔17的倾斜角度确定塑料两用管11的正确连接，当锚杆孔17向上倾斜时，塑料两用管11与橡胶排气管703连接，作为排气管使用；当锚杆孔17向下倾斜时，塑料两用管11与出料导管610连接，作为注浆管使用；将组合锚杆插入开设于临时开挖基面1上的锚杆孔17中，利用顶管16将组合锚杆顶至永久开挖基面2形成后的靠围岩一侧，保证杆体良好居中，使锚头10位于锚杆孔17底部附近；；

（2）向预注浆管13中注入水泥砂浆，橡胶管B（701）和橡胶管C（702）不断膨胀并充满锚杆孔17孔壁与注浆连接管600之间的空间形成止浆塞700，同时橡胶管B（701）和橡胶管C（702）内的空气汇集在橡胶管C（702）内靠近锚杆孔17的孔口部，注浆压力会出现显著上升，稳压预定时间后，停止向注浆管13注浆并拆除顶管16；

（3）向锚杆注浆管12中注入水泥砂浆，水泥砂浆经出料导管610进入锚杆孔17内，并从锚杆孔17的低位逐渐向高位填充，同时锚杆孔17内的气体经橡胶排气管703和塑料排气管C（14）排出孔外，当塑料排气管C（14）后端管口出现回浆时，说明浆液已经充满，稳压预定时间后停止注浆，并封堵塑料排气管C（14）；

（4）当锚杆孔内的水泥浆液达到预定强度后，对临时开挖基面1进行挖掘形成永久开挖基面；

（5）拆除锚杆注浆管12、预注浆管13和塑料排气管C（14），并采用钢筋条的尖头刺破橡胶管C（702）位于锚杆孔17孔口处的管壁以释放出汇集在其中的空气，然后安装中空锚杆体3，在孔口处安装连接孔内外的塑料排气管D（18），并在锚杆孔17的孔口扣上垫板4并用螺母5锁紧；

（6）向中空锚杆体3中注入水泥砂浆，泥浆经出浆孔C（608）进入锚杆孔17，以对锚杆孔17内位于止浆塞700与孔口之间的空间进行补充注浆，并将此空间内的空气经塑料排气管D（18）排出孔外，当塑料排气管D（18）管口出现回浆时，说明浆液已经充满，稳压预定时间后，停止注浆并封堵塑料排气管D（18），完成对该支护超前的径向注浆锚杆的施工安装。

该支护超前的径向注浆锚杆，在超前作业空间内的临时开挖基面处，先行施工径向注浆锚杆，并将径向注浆锚杆设置在永久开挖基面形成后的靠围岩的一侧，在径向注浆锚杆对围岩的变形形成约束作用之后，进行洞内开挖，以形成永久开挖基面，实现了径向注浆锚杆的超前支护功能，可节省预支护工程措施，节约投资，缩短工期。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：包括注浆连接管和止浆塞，所述注浆连接管包括内部设有注浆通道的联芯管、前端封闭的出浆套管和进浆套管，所述出浆套管与联芯管前端相连接，所述进浆套管与联芯管后端相连接，所述止浆塞环绕在注浆连接管的外围，所述出浆套管前端部侧壁设有出料导管，出浆套管前端固连有钢筋锚杆体。

2.根据权利要求1所述的支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：所述出浆套管前端部旁侧设置有延伸至进浆套管后端部的橡胶排气管，所述钢筋锚杆体的前端设有锚头，钢筋锚杆体上设有前端延伸至锚头的塑料两用管，所述塑料两用管后端与出料导管和橡胶排气管择一连接，所述出浆套管内套设有与联芯管的注浆通道前端连接的端封管A，所述端封管A的前端封闭且其前端部侧壁设有连通出浆套管内腔的出浆孔A，端封管A前端部套设有包裹在出浆孔A外围的橡胶套管A。

3.根据权利要求2所述的支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：所述进浆套管后端部侧壁设连通进浆套管内腔的出浆孔C，进浆套管后端部套设有包裹在出浆孔C外围的橡胶套管C，进浆套管后端连接有可拆卸中空锚杆体，进浆套管内套设有与联芯管的注浆通道后端连接的进浆管，所述进浆管后端连接有可拆卸并套于所述中空锚杆体内部的锚杆注浆管，所述中空锚杆体穿过一垫板，中空锚杆体上旋接位于垫板后端的紧固螺母，所述中空锚杆体旁侧设有塑料排气管D。

4.根据权利要求3所述的支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：所述止浆塞包括由三通管密封连接在一起的橡胶管A、橡胶管B和橡胶管C，其中橡胶管B与橡胶管C并排缠绕在注浆连接管外围形成双螺旋多环结构。

5.根据权利要求4所述的支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：所述橡胶管A与三通管上直管的前端连接，所述橡胶管C与所述直管后端连接，所述橡胶管A、直管和橡胶管C套设在所述橡胶排气管的外围并且橡胶排气管前端长出橡胶管A前端，橡胶排气管后端长出橡胶管C后端，所述橡胶管A前端和橡胶管C后端与橡胶排气管外侧壁密封连接以使橡胶排气管外壁与橡胶管A、直管和橡胶管C的内壁之间形成空腔。

6.根据权利要求5所述的支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：所述橡胶管B的后端套设有前端封闭的端封管B，所述橡胶管B与端封管B外侧壁密封连接，端封管B前端部伸入橡胶管B中，所述端封管B的前端部设有出浆孔B并套设有包裹在出浆孔B外围的橡胶套管B，端封管B后端连接有预注浆管。

7.根据权利要求6所述的支护超前的径向注浆锚杆，其特征在于：所述橡胶排气管的后端连接有塑料排气管C，所述止浆塞由分别设于橡胶管B、橡胶管C的前后端部上紧固件固定在注浆连接管的外围。

8.一种支护超前的径向注浆锚杆的施工方法，其特征在于：采用权利要求7中所述的一种支护超前的径向注浆锚杆，并按以下步骤进行：

将该支护超前的径向注浆锚杆的除中空锚杆体、垫板、螺母和塑料排气管D外所有部件组装成组合锚杆，并根据锚杆孔的倾斜角度确定塑料两用管的正确连接，并将组合锚杆插入开设于临时开挖基面的锚杆孔中，利用顶管将组合锚杆顶入永久开挖基面形成后的靠围岩一侧，使锚头伸入锚杆孔底部附近；

向预注浆管中注入水泥砂浆，使橡胶管B和橡胶管C不断膨胀并充满锚杆孔孔壁与注浆连接管之间的空间形成止浆塞，同时橡胶管B和橡胶管C内的空气汇集在橡胶管C内靠近锚杆孔的孔口处，注浆压力会出现上升，当注浆压力达到预定压力并稳压预定时间后，停止向注浆管注浆并拆除顶管；

向锚杆注浆管中注入水泥砂浆，水泥砂浆经注浆连接管的出料导管进入锚杆孔内，并从锚杆孔的低位逐渐向高位填充，同时锚杆孔内的气体经橡胶排气管和塑料排气管排出孔外，当塑料排气管后端管口出现回浆时，说明浆液已经充满，稳压预定时间后停止注浆，并封堵塑料排气管；

当锚杆孔内的水泥浆液达到预定强度后，对临时开挖基面进行挖掘形成永久开挖基面；

拆除锚杆注浆管、预注浆管和塑料排气管C，并采用钢筋条的尖头刺破橡胶管C位于锚杆孔孔口处的管壁以释放出汇集在其中的空气，然后安装中空锚杆体，在孔口处安装连接孔内外的塑料排气管D，并在锚杆孔的孔口扣上垫板并用螺母锁紧；

向中空锚杆体中注入水泥砂浆，泥浆经出浆孔C进入锚杆孔，以对锚杆孔内位于止浆塞与孔口之间的空间进行补充注浆，并将此空间内的空气经塑料排气管D排出孔外，当塑料排气管D管口出现回浆时，稳压预定时间后，停止注浆并封堵塑料排气管D。

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