CN104775413B - 一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头 - Google Patents

Abstract

一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，该锚头包括主锚固头、上连接套管、下连接套管、伞形锚固系统、异形多层组合式弹簧系统、主铟钢丝和钻孔；在钻孔内，主锚固头的上端通过第一紧固锁卡与上连接套管连接，其下端通过第二紧固锁卡与下连接套管连接；主铟钢丝通过异形多层组合式弹簧系统与伞形锚固系统连接。本发明多点位移计锚头由异形多层组合式弹簧系统同步分别带动活动式锚固臂阶梯伸缩式锚爪，利用其瞬间释放的弹性能而使活动式锚固臂阶梯伸缩式锚爪分阶段钻入土体而完成锚固，具有锚固效果好、抗滑能力强、土层适应性广、成本低、量测结果稳定可靠等优点。

Description

一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头

技术领域

本发明涉及一种多点位移计锚头，更具体涉及一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，我国沿海软土地区出现了许多特大城市，如上海、广州、深圳、天津等，这些城市在发展的过程中，均会聚焦城市的再发展，会大力推进交通基础设施项目与新型城镇化项目的建设，因而又会迎来我国特大城市工程建设的“黄金季”。但这些处于沿海软土地区的特大城市，其在工程建设过程中，均面临许多与内陆特大城市不同的工程问题，如土体含水量大、压缩性高、承载力低等，因而其在工程建设过程中，将不可避免地导致土体产生较大的变形，会危及周边的建筑群、地下管道以及已运行的地铁、高铁等生命线工程。因此，为确保这些重要建(构)筑物的安全建设，工程技术人员必须全过程实时掌握土体的变形情况，并及时将现场监测获得的土体变形信息进行反馈以指导工程的安全施工。目前在单一软土地区较常用的土体位移计锚头有爪钩式点接触锚固、水膨胀压缩木锚固以及注浆或锚固剂锚固，但这些土体位移计锚头都是单点位移计锚头，而相比这些传统的单点土体位移计锚头，目前有关软土地区的多点位移计锚头有气胀式、叶片式、刀片式等，这些用于软土地区的多点位移计锚头具有较好的锚固效果，不会造成锚固土体周边土体结构的破坏，使土体塌陷，获得不准确的量测数据。但是这些多点位移计锚头在应用过程中，如果碰到“上软下硬”或“软硬交替”的软土复合地层时，其锚爪入土的深度与锚固的效果将会受到一定程度的限制。因此，相比上述用于单一软土地层的单点土体位移计锚头以及多点位移计锚头，有关软土复合地层的多点位移计锚头能获得更好的锚固效果，具有土层适用性强、施工方便、成本低、性能可靠、通用性好、量测结果稳定可靠等优点。

中国专利CN103835277A一种用于软土地层的气胀式多点位移计锚头，该锚头包括多个气胀式锚固头、一个中空中心管及与气胀式锚固头数量等同的高压充气管，气胀式锚固头内设有气囊，气胀式锚固头的外面设有三角形锚爪，每个气胀式锚固头的上下两端分别设有上连接套管与下连接套管，中空中心管依次贯穿每个气胀式锚固头，并分别与每个气胀式锚固头上的上连接套管及下连接套管连接，高压充气管的一端与地面高压充气装置连接，另一端穿透中空中心管分别深入每个气胀式锚固头内的气囊内部，但上述气胀式锚头用于粉细砂层、砂卵石地层等组合而成的软土复合地层时对气囊的安全性要求更高，使其使用受到一定程度的限制。

专利CN102953365B用于软土地层的多层叶片式多点位移计锚头和中国专利CN102953364B用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头，这两个多层多点位移计锚头都包括安置于待测土体的钻孔内的若干测点锚固头单元，各测点锚固头单元依次垂直放置且相互之间首末皆通过套管连接，每个测点锚固头单元固定钻孔纵向的一个测点，且每个测点锚固头单元均包括主锚固头和锚头保护罩，主锚固头和锚头保护罩之间是螺纹连接，但其不同的是中国专利CN102953365B用于软土地层的多层叶片式多点位移计锚头主要是利用三只弹簧同步带动三片叶片式锚爪完成锚固，而中国专利CN102953364B用于软土地层的多层刀片式多点位移计锚头主要是利用三只弹簧同步带动三片刀片式锚爪完成锚固。以上专利适用于单纯的软土地层，如果面对饱和含水软土、粉细砂层、砂卵石地层等组合的非单纯的软土复合地层时，上述多点位移计锚头切入土体的效果将会在一定程度上受到限制。

中国专利CN103015389B用于富水软弱地层的多层伸缩式多点位移计锚头，纵向相继共有若干个孔内测点锚固头单元。钻孔内测点锚固头单元设计为面接触式，每个测点锚固头单元均包括主锚固头和锚头保护罩，所述主锚固头和锚头保护罩之间通过定位孔连接。主锚固头包括铟钢丝及定滑轮装置、外力转化装置和锚爪执行机构，铟钢丝及定滑轮装置接受外力并通过外力转化装置的转化和驱动，使得锚爪执行机构实现收缩动作，所述外力转化装置包括一个拉伸弹簧装置和若干异形弹簧，所述锚爪执行机构为若干三角形刀片式锚爪，所述异形弹簧数量和锚爪数量一致，该三角形刀片式锚爪能较好地切入富水软弱地层，但面对粉细砂层、砂卵石地层等组合的非单纯的软土复合地层时，三角形刀片式锚爪入土的深度会受到一定程度的限制。

中国专利CN2078375U岩土钻孔多点位移计，主要自锚头、外伸型或凸起状弹簧片和测尺组成，锚头是由中间口径较大，两端口径小的三段开缝的异径管固定连接。该专利适用于松软岩层、煤体及土层测量，但是不适用于软土复合地层，易导致锚固体周边土体的结构破坏，影响锚固效果。

发明内容

为了克服已有多点位移计锚头的锚固效果较差、抗滑能力较弱、土层适应性较差、成本较高、量测结果可靠性较差的不足,本发明提供了一种锚固效果好、抗滑能力强、土层适应性广、成本低、量测结果稳定可靠的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，所述伞形阶梯式多点位移计锚头包括主锚固头、上连接套管、下连接套管、伞形锚固系统、异形多层组合式弹簧系统、主铟钢丝和钻孔；在钻孔内，所述主锚固头的上端通过第一紧固锁卡与上连接套管连接，所述主锚固头的下端通过第二紧固锁卡与下连接套管连接；主铟钢丝通过异形多层组合式弹簧系统与伞形锚固系统连接；

所述伞形锚固系统包括至少三个活动式锚固臂，所述活动式锚固臂的上端均铰接在双向活动锚臂铰支座上，至少三个活动式锚固臂呈等圆弧间隔布置，所述双向活动锚臂铰支座与上连接定位受力架铰接连接；各个活动式锚固臂外壁上自上而下依次设有至少两个阶梯伸缩式锚爪，阶梯伸缩式锚爪的长度自上而下依次变小，各个活动式锚固臂的内壁之间设置所述异形多层组合式弹簧系统。

进一步，所述阶梯伸缩式锚爪包括主伸缩锚针和副伸缩锚针，所述主伸缩锚针固定在所述活动式锚固臂外壁，所述主伸缩锚针上套装副伸缩锚针弹簧，所述副伸缩锚针弹簧的上端连接所述副伸缩锚针。

再进一步，所述阶梯伸缩式锚爪与所述活动式锚固臂呈90°夹角。

更进一步，所述伞形锚固系统包括四个活动式锚固臂，即第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂和第四活动式锚固臂，所述第一活动式锚固臂的外壁设有第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，所述第二活动式锚固臂的外壁设有第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪和第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，所述第三活动式锚固臂的外壁设有第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，所述第四活动式锚固臂的外壁设有第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪和第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪。

与第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂、第四活动式锚固臂分别连接的各第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪内设的主伸缩锚针的长度布设比例为：5:3:2:1，第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪内设的副伸缩锚针的长度相等。

副铟钢丝一端利用第一副滑轮并通过副伸缩锚针弹簧与副伸缩锚针连接，所述副铟钢丝的另一端通过第三主滑轮从传导洞伸出与外力转换装置连接。

所述异形多层组合式弹簧系统内设第一垂直异形弹簧、第二垂直异形弹簧、第一上水平异形弹簧A、第二上水平异形弹簧B、第三上水平异形弹簧C、第四上水平异形弹簧D、第一下水平异形弹簧A、第二下水平异形弹簧B、第三下水平异形弹簧C和第四下水平异形弹簧D，第一垂直异形弹簧和第二垂直异形弹簧的下端与主铟钢丝固接连接，主铟钢丝分别通过第二主滑轮和第一主滑轮从传导洞伸出与外力转换装置连接，第一上水平异形弹簧、第二上水平异形弹簧、第三上水平异形弹簧、第四上水平异形弹簧分别与第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂、第四活动式锚固臂的中部连接，第一下水平异形弹簧A、第二下水平异形弹簧、第三下水平异形弹簧和第四下水平异形弹簧分别与第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂、第四活动式锚固臂的下部连接；

伞形锚固系统和异形多层组合式弹簧系统内设的第一垂直异形弹簧、第一上水平异形弹簧、第二上水平异形弹簧、第三上水平异形弹簧、第四上水平异形弹簧均通过上连接定位受力架、第一水平稳固架和限位卡座组成的受力稳固系统进行稳固固定；异形多层组合式弹簧系统内设的第二垂直异形弹簧、第一下水平异形弹簧、第二下水平异形弹簧、第三下水平异形弹簧和第四下水平异形弹簧通过下连接定位受力架、第二水平稳固架和限位卡座组成的受力稳固系统进行稳固固定；上连接定位受力架A的下端与下连接定位受力架B的上端通过第一垂直支撑架进行稳固固定。

所述主伸缩锚针和副伸缩锚针呈圆形针状。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明多点位移计锚头由异形多层组合式弹簧系统同步分别带动16个活动式锚固臂阶梯伸缩式锚爪，利用其瞬间释放的弹性能而使活动式锚固臂阶梯伸缩式锚爪钻入土体而完成锚固，成本低、方法简单、安装方便、通用性好、性能可靠。

2、本发明多点位移计锚头的活动式锚固臂阶梯伸缩式锚爪由主伸缩锚针和副伸缩锚针组成，主伸缩锚针和副伸缩锚针分阶段进入土体，首先主伸缩锚针利用主铟钢丝带动第一主滑轮、第二主滑轮使异形多层组合式弹簧系统处于张开状态而快速切入“软土”地层，随后副铟钢丝带动第三主滑轮使副伸缩锚针弹簧处于张开状态而钻入“硬土层”，分情况分阶段使锚头钻入土体，避免破坏土体的结构，同时保证多点位移计锚头能迅速进入待测的土体任意位置，使其不受现场软硬不同的复杂地质条件限制。

3、本发明具有锚固性好、抗滑能力强、安装方便、效率高、量程大、量测精度可靠等优点。

附图说明

图1为本发明一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头工作状态下的剖视结构示意图。

图2为图1所示的多点位移计锚头转动90°的剖视结构示意图。

图3为本发明一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头非工作状态下的剖视结构示意图。

图4为本发明主锚固头俯视结构示意图。

其中：1为主锚固头，2为上连接套管，3为下连接套管，4为伞形锚固系统，4001为第一活动式锚固臂，4002为第二活动式锚固臂，4003为第三活动式锚固臂，4004为第四活动式锚固臂，4005为第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪，4006为第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪，4007为第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪，4008为第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，4009为第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪，4010为第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪，4011为第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪，4012为第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，4013为第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪，4014为第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪，4015为第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪，4016为第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，4017为第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪，4018为第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪，4019为第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪，4020为第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，4021为主伸缩锚针，4022为副伸缩锚针，4023为双向活动锚臂铰支座，4024为副伸缩锚针弹簧，5为异形多层组合式弹簧系统，501为第一垂直异形弹簧，502为第二垂直异形弹簧，503A为第一上水平异形弹簧，503B为第二上水平异形弹簧，503C为第三上水平异形弹簧，503D为第四上水平异形弹簧，504A为第一下水平异形弹簧，504B为第二下平异形弹簧，504C为第三下水平异形弹簧，504D为第四下水平异形弹簧，6为主铟钢丝，7为副铟钢丝，8为防护闸门，9为钻孔，10为第一主滑轮，11为第二主滑轮，12为第三主滑轮，13为第一副滑轮，14为第二副滑轮，15A为防护门提升钢丝，15B为防护门提升钢丝，15C为防护门提升钢丝，15D为防护门提升钢丝，16A为第一紧固锁卡，16B为第一紧固锁卡，17A为第二紧固锁卡，17B为第二紧固锁卡，18为第一水平稳固架，19为第二水平稳固架，20为第一垂直支撑架，21为限位卡座，22A为上连接定位受力架，22B为下连接定位受力架，23为闸门提升预留洞，24为传导洞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，包括主锚固头1、上连接套管2、下连接套管3、伞形锚固系统4、异形多层组合式弹簧系统5、主铟钢丝6、副铟钢丝7、防护闸门8、钻孔9。

主锚固头1底部设计为倒凸面接触式。在钻孔9内，主锚固头1的上端通过第一紧固锁卡16A、第一紧固锁卡16B与上连接套管2连接，其下端通过第二紧固锁卡17A、第二紧固锁卡17B与下连接套管3连接；主铟钢丝6通过异形多层组合式弹簧系统5与伞形锚固系统4连接，构成伞形阶梯式多点位移计锚头。

上连接套管2和下连接套管3设为中空构件。

伞形锚固系统4内设第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004、第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4005、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4006、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4007、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4008、第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4009、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4010、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4011、第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4012、第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4013、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4014、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4015、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4016、第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4017、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4018、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4019、第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4020、主伸缩锚针4021、副伸缩锚针4022、双向活动锚臂铰支座4023、副伸缩锚针弹簧4024。

第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4005、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4006、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4007、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4008与第一活动式锚固臂4001固接连接并互为90°夹角；第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4009、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4010、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4011、第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4012与第二活动式锚固臂4002固接连接并互为90°夹角；第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4013、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4014、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4015、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4016与第三活动式锚固臂4003固接连接并互为90°夹角；第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4017、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4018、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4019、第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4020与第四活动式锚固臂4004固接连接并互为90°夹角。

第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4005、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4006、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4007、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4008、第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4009、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4010、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4011、第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4012、第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4013、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4014、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4015、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4016、第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4017、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4018、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4019、第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4020均设有主伸缩锚针4021和副伸缩锚针4022。

主伸缩锚针4021和副伸缩锚针4022的形状设为圆形针状，与第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004分别连接的各第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪内设的主伸缩锚针的长度布设比例为5:3:2:1，第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪内设的副伸缩锚针的长度相等，副伸缩锚针的长度布设为0.8m。

主伸缩锚针4021内设副伸缩锚针弹簧4024，副铟钢丝7一端利用第一副滑轮13并通过副伸缩锚针弹簧4024与副伸缩锚针4022连接，其另一端通过第三主滑轮12从传导洞24伸出与外力转换装置连接。

第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004通过双向活动锚臂铰支座4023与上连接定位受力架22A铰接连接。

异形多层组合式弹簧系统5内设第一垂直异形弹簧501、第二垂直异形弹簧502、第一上水平异形弹簧503A、第二上水平异形弹簧503B、第三上水平异形弹簧503C、第四上水平异形弹簧503D、第一下水平异形弹簧504A、第二下水平异形弹簧504B、第三下水平异形弹簧504C和第四下水平异形弹簧504D。

第一垂直异形弹簧501和第二垂直异形弹簧502的下端与主铟钢丝6固接连接，主铟钢丝6分别通过第二主滑轮11和第一主滑轮10从传导洞24伸出与外力转换装置连接，第一上水平异形弹簧503A、第二上水平异形弹簧503B、第三上水平异形弹簧503C、第四上水平异形弹簧503D分别与第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004的中部连接，第一下水平异形弹簧504A、第二下水平异形弹簧504B、第三下水平异形弹簧504C和第四下水平异形弹簧504D分别与第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004的下部连接，第一上水平异形弹簧503A、第二上水平异形弹簧503B、第三上水平异形弹簧503C、第四上水平异形弹簧503D以及第一下水平异形弹簧504A、第二下水平异形弹簧504B、第三下水平异形弹簧504C和第四下水平异形弹簧504D的数量均与第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004的数量一致。

伞形锚固系统4和异形多层组合式弹簧系统5内设的第一垂直异形弹簧501、第一上水平异形弹簧503A、第二上水平异形弹簧503B、第三上水平异形弹簧503C、第四上水平异形弹簧503D均通过上连接定位受力架22A、第一水平稳固架18、限位卡座21组成的受力稳固系统进行稳固固定，以确保伞形锚固系统4在外力输入时能支撑4个活动式锚固臂上设立的各第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪能稳固而准确地切入待测位置的土体；异形多层组合式弹簧系统5内设的第二垂直异形弹簧502、第一下水平异形弹簧504A、第二下水平异形弹簧504B、第三下水平异形弹簧504C和第四下水平异形弹簧504D通过下连接定位受力架22B、第二水平稳固架19、限位卡座21进行稳固固定，以确保伞形锚固系统4在外力输入时能支撑4个活动式锚固臂上设立的各第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪能稳固而准确地切入待测位置的土体；上连接定位受力架22A、下连接定位受力架22B通过第一垂直支撑架20进行稳固固定，以确保异形多层组合式弹簧系统5处于非工作状态时弹簧受力压缩而不变形，同时避免异形多层组合式弹簧系统5处于工作状态时，各组成弹簧张开时受瞬间释放压力的共振影响，使固定受力架变位而影响4个活动式锚固臂上设立的各第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪入土的深度。

工作流程如下：

伞形锚固系统4处于非工作状态时，防护闸门8为关闭状态，此时异形多层组合式弹簧系统5内设的第一垂直异形弹簧501、第二垂直异形弹簧502、第一上水平异形弹簧503A、第二上水平异形弹簧503B、第三上水平异形弹簧503C、第四上水平异形弹簧503D、第一下水平异形弹簧504A、第二下水平异形弹簧504B、第三下水平异形弹簧504C和第四下水平异形弹簧504D均处于收缩状态，伞形锚固系统4内设的第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4005、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4006、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4007、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4008、第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4009、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4010、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4011、第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4012、第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4013、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4014、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4015、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4016、第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4017、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4018、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4019、第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4020均位于主锚固头1的内部。

当伞形锚固系统4处于工作状态时，防护门提升钢丝15A、防护门提升钢丝15B、防护门提升钢丝15C、防护门提升钢丝15D通过第二副滑轮14输入的外力以提升防护闸门8，使防护闸门8位于闸门提升预留洞23内，确保防护闸门8处于打开状态，然后，利用主铟钢丝6带动第一主滑轮10、第二主滑轮11，使异形多层组合式弹簧系统5内设的第一垂直异形弹簧501、第二垂直异形弹簧502、第一上水平异形弹簧503A、第二上水平异形弹簧503B、第三上水平异形弹簧503C、第四上水平异形弹簧503D、第一下水平异形弹簧504A、第二下水平异形弹簧504B、第三下水平异形弹簧504C和第四下水平异形弹簧504D处于张开状态，此时，第一活动式锚固臂4001、第二活动式锚固臂4002、第三活动式锚固臂4003、第四活动式锚固臂4004均处于张开状态，且各锚固臂互为60°夹角，这时，可利用异形多层组合式弹簧系统5在瞬间把收缩状态储存的内力进行释放，促推第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4005、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4006、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4007、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4008、第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4009、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4010、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4011、第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4012、第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4013、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4014、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4015、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4016、第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪4017、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪4018、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪4019、第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪4020内设的主伸缩锚针4021相对运动，使主伸缩锚针4021在预设的钻孔9内快速同步伸出并切入软土复合地层的“软土层”，然后利用副铟钢丝7带动第三主滑轮12，使副伸缩锚针弹簧4024处于张开状态，此时，主伸缩锚针4021已经切入土体，在主伸缩锚针4021入土的基础上利用副伸缩锚针弹簧4024在瞬间把收缩状态储存的内力进行释放，使副伸缩锚针4022快速切入“硬土层”，不但避免了锚爪入土深度不能满足工程需求，而且也避免了“上软”地层的坍孔和“下硬”地层锚爪与孔壁不能紧密接触的问题。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：所述伞形阶梯式多点位移计锚头包括主锚固头、上连接套管、下连接套管、伞形锚固系统、异形多层组合式弹簧系统、主铟钢丝和钻孔；在钻孔内，所述主锚固头的上端通过第一紧固锁卡与上连接套管连接，所述主锚固头的下端通过第二紧固锁卡与下连接套管连接；主铟钢丝通过异形多层组合式弹簧系统与伞形锚固系统连接；

所述伞形锚固系统包括至少三个活动式锚固臂，所述活动式锚固臂的上端均铰接在双向活动锚臂铰支座上，至少三个活动式锚固臂呈等圆弧间隔布置，所述双向活动锚臂铰支座与上连接定位受力架铰接连接；各个活动式锚固臂外壁上自上而下依次设有至少两个阶梯伸缩式锚爪，阶梯伸缩式锚爪的长度自上而下依次变小，各个活动式锚固臂的内壁之间设置所述异形多层组合式弹簧系统。

2.如权利要求1所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：所述阶梯伸缩式锚爪包括主伸缩锚针和副伸缩锚针，所述主伸缩锚针固定在所述活动式锚固臂外壁，所述主伸缩锚针上套装副伸缩锚针弹簧，所述副伸缩锚针弹簧的上端连接所述副伸缩锚针。

3.如权利要求1或2所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：所述阶梯伸缩式锚爪与所述活动式锚固臂呈90°夹角。

4.如权利要求2所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：所述伞形锚固系统包括四个活动式锚固臂，即第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂和第四活动式锚固臂，所述第一活动式锚固臂的外壁设有第一活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第一活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第一活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪、第一活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，所述第二活动式锚固臂的外壁设有第二活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第二活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第二活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪和第二活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，所述第三活动式锚固臂的外壁设有第三活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第三活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第三活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪、第三活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪，所述第四活动式锚固臂的外壁设有第四活动式锚固臂第一阶梯伸缩式锚爪、第四活动式锚固臂第二阶梯伸缩式锚爪、第四活动式锚固臂第三阶梯伸缩式锚爪和第四活动式锚固臂第四阶梯伸缩式锚爪。

5.如权利要求4所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：与第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂、第四活动式锚固臂分别连接的各第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪内设的主伸缩锚针的长度布设比例为：5:3:2:1，第一阶梯伸缩式锚爪、第二阶梯伸缩式锚爪、第三阶梯伸缩式锚爪、第四阶梯伸缩式锚爪内设的副伸缩锚针的长度相等。

6.如权利要求2所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：副铟钢丝一端利用第一副滑轮并通过副伸缩锚针弹簧与副伸缩锚针连接，所述副铟钢丝的另一端通过第三主滑轮从传导洞伸出与外力转换装置连接。

7.如权利要求1或2所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：所述异形多层组合式弹簧系统内设第一垂直异形弹簧、第二垂直异形弹簧、第一上水平异形弹簧A、第二上水平异形弹簧B、第三上水平异形弹簧C、第四上水平异形弹簧D、第一下水平异形弹簧A、第二下水平异形弹簧B、第三下水平异形弹簧C和第四下水平异形弹簧D，第一垂直异形弹簧和第二垂直异形弹簧的下端与主铟钢丝固接连接，主铟钢丝分别通过第二主滑轮和第一主滑轮从传导洞伸出与外力转换装置连接，第一上水平异形弹簧、第二上水平异形弹簧、第三上水平异形弹簧、第四上水平异形弹簧分别与第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂、第四活动式锚固臂的中部连接，第一下水平异形弹簧A、第二下水平异形弹簧、第三下水平异形弹簧和第四下水平异形弹簧分别与第一活动式锚固臂、第二活动式锚固臂、第三活动式锚固臂、第四活动式锚固臂的下部连接；

伞形锚固系统和异形多层组合式弹簧系统内设的第一垂直异形弹簧、第一上水平异形弹簧、第二上水平异形弹簧、第三上水平异形弹簧、第四上水平异形弹簧均通过上连接定位受力架、第一水平稳固架和限位卡座组成的受力稳固系统进行稳固固定；异形多层组合式弹簧系统内设的第二垂直异形弹簧、第一下水平异形弹簧、第二下水平异形弹簧、第三下水平异形弹簧和第四下水平异形弹簧通过下连接定位受力架、第二水平稳固架和限位卡座组成的受力稳固系统进行稳固固定；上连接定位受力架A的下端与下连接定位受力架B的上端通过第一垂直支撑架进行稳固固定。

8.如权利要求2所述的用于软土复合地层的伞形阶梯式多点位移计锚头，其特征在于：所述主伸缩锚针和副伸缩锚针呈圆形针状。