CN107905827A - 一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道及地下工程锚固设备技术领域，具体涉及一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法，本发明的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆包括中空式结构的杆体，所述杆体的前端连有自进式钻头，后端设置有与杆体内部腔体连通的注浆口，所述杆体上还设有应力测量装置和锚固结构，该锚固结构靠近所述自进式钻头，该自进式中空注浆锚杆通过设置应力测量装置，将钻进、锚固和注浆过程整合到同一施工过程中，并能在较短时间内形成锚固，同时监测到锚杆在支护过程中各个阶段的应力情况，从而了解到在各种围岩条件下的锚杆支护作用机理及受力情况，为锚杆设计参数、改进施工技术及围岩破坏机理的研究提供重要的依据和参考。

Description

一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程锚固设备技术领域，特别涉及一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法。

背景技术

锚杆支护作为隧道工程安全高效的主要支护方式，在我国隧道工程和煤矿巷道支护中得到了大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆一端锚固于围岩体内，并在岩体外部对锚杆施加轴向预紧力，并通过设置在锚杆上附属构件，约束围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。

在采用常规工艺方法进行锚杆支护时，要求围岩具有较好的结构完整性，能够打设锚杆安装钻孔，并在打完钻孔退出钻杆后，保留完整的钻孔结构和形状，然后再将锚杆安装在锚孔内，并在安装锚杆前往锚孔内注入锚固剂，经过一段时间后，达到设计的锚固强度，这种锚固方式的施工效率低，而且锚固剂会恶化劳动环境。但是，由于地下土层、岩体的结构十分复杂，不仅存在大量的松软岩层，地层内还存在大量褶曲、断层等地质构造，此类围岩往往存在结构完整性较差的问题，容易形成破碎岩体，破碎岩体钻孔后退出钻杆时孔壁容易坍塌，尤其是受到采掘动压影响时，打设锚杆安装钻孔更困难，严重影响锚杆支护的施工质量和速度。

而且，为了研究锚杆在支护过程中各个节段的作用机理及受力情况等问题，现有技术中存在一些可用于测力的锚杆，可以利用这种测力锚杆验证优化设计参数、改进施工技术或者破坏机理的研究等。但是，由上述描述可知，由于地层中存在大量褶曲、断层等地质构造，这类测力锚杆并不能完全进行注浆来贴合岩体并模拟实际受力环境，因此无法对这类围岩的应力状态进行监测分析，而这类围岩由于其构造的复杂性，人们对锚杆支护的作用机理及受力情况的需求更为迫切。

另外，使用注浆钻杆注浆后，破碎围岩形成完整的传力结构，能够显著提高结构完整性，为锚杆支护施工创造条件。现有的几种锚杆应用时都存在各方面的不足：如全长粘结型锚杆（普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆、水泥药卷锚杆），无法在一次施工中连续完成钻进、锚固并注浆；现有的锚杆强度较低，在高地应力隧道及地下工程中，锚杆会随着围岩的变形增大很快被拉断；现有的金属锚杆加工不方便，而且采用金属锚杆的成本较高，市场上主要使用的螺纹钢树脂锚杆以及少量的玻璃钢树脂锚杆，固力不强且容易折断，而且安装后过一段时间才能获得一定的固力；在硬岩、岩层节理裂隙张开夹泥或地下水发育场合，常用的锚杆无法迅速形成初期支护，使得锚杆锚固初期无法控制围岩变形，为了使锚杆获得较高的锚固强度，同时在锚固初期就能快速得到较高强度，在锚固时加入锚固剂，但锚固剂也不能立即形成较高的锚固强度，并且锚固剂会恶化劳动环境。因此，需要一种兼具各方面优势的注浆锚杆。

发明内容

本发明的目的在于：针对在存在褶曲、断层等地质构造锚固过程中，无法利用现有的锚杆对围岩的应力状态进行监测分析，进而难以了解到锚杆支护在各个阶段的作用机理及受力情况，提供一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法，该自进式中空注浆锚杆通过设置应力测量装置，将钻进、锚固和注浆过程整合到同一施工过程中，并能在较短时间内形成锚固，同时监测到锚杆在支护过程中各个阶段的应力情况，从而了解到在各种围岩条件下的锚杆支护作用机理及受力情况，为锚杆设计参数、改进施工技术及围岩破坏机理的研究提供重要的依据和参考。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，包括中空式结构的树脂杆体，所述杆体的前端连有自进式钻头，后端设置有与杆体内部腔体连通的注浆口，所述杆体上还设有应力测量装置和锚固结构，该锚固结构靠近所述自进式钻头。

通过在锚杆前端设置自进式钻头，从而使该锚杆在用于锚固的同时，兼具钻杆功能，从而简化了施工工序，取消了退钻杆插锚杆的施工工序，大幅度提升了施工效率，并且由于不需要退杆，所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

杆体采用中空式结构，当本方案的锚杆通过自进式钻头钻孔到位后，中空式结构用作注浆通道，通过杆体的注浆通道向锚孔内注浆，从而达到长久、牢固支护的目的。

锚杆杆体前端连接自进式钻头，钻孔到位后，设置在杆体上的锚固结构作用在锚孔内壁上，从而形成初期支护，实现锚固功能，解决了锚杆的扎根问题，加快了施工进度，可实现围岩上部大吨位的牢固悬吊，并且该锚固结构形成较强的锚固力，能作为长久支护；同时，设置锚固结构后，锚杆牢固固定在锚孔内，不再使用锚固剂进行锚固，淘汰了锚固剂，不再产生粉尘和化学污染，大大改善了隧道及地下工程的工作劳动环境。

由于本方案的锚杆兼具钻杆和锚固功能，而且不用退杆再插锚杆进行浇筑，整合了钻进、锚固和注浆过程，同时还可以形成牢固的初期支护和长久支护，因此，在本方案的锚杆上设置应力测量装置后，能通过应力测量装置监测到锚杆在支护过程中各个阶段的应力情况，进而了解到在各种围岩条件下的锚杆支护作用机理及受力情况。

本方案的锚杆在完成钻杆和初期锚固后，进行不退杆注浆，保证了围岩结构完整性，在各种构造形式的土体和岩层中，均能完全通过注浆来贴合岩体并模拟实际的受力环境，尤其是存在褶曲、断层等地质构造时，能很好地对围岩的应力状态进行监测，进而为研究锚杆在支护过程中各个节段的作用机理及受力情况提供可靠的分析数据，为锚杆设计参数、改进施工技术及围岩破坏机理的研究提供重要的依据和参考。

本方案的锚杆在一次施工中连续完成钻进、锚固和注浆，并能够进行后续的应力测量工作，大幅度提高施工速度和施工质量，同时该锚杆能稳定地测量围岩受力情况，并通过注浆贴合岩体得到较高的测量精度。

所述锚杆杆体与自进式钻头的相对位置固定，锚杆杆体向自进式钻头切削的同方向旋转时，所述锚杆杆体与自进式钻头的相对位置固定，锚杆杆体带动和钻头同步转动，实现钻进。

本方案的杆体采用非金属的树脂材料，其具有较高的抗拉强度，杆体的强度优于等直径的螺纹钢，不易被折断、拉断，并且锚杆的杆体易切割，可对采煤机刀头起到保护作用，切割时不会产生火花，对巷道安全施工极为有利，特别适合高瓦斯浓度区域。

优选的，该树脂杆体为玻璃纤维增强聚合物树脂。

采用这种材质制成的锚杆杆体，加工制造更加容易，价格优于传统钢锚杆，其重量仅为同等规格钢锚杆的1/4，轻质高强的锚杆不仅锚固作用强，而且方便进行施工。

优选的，还包括套设在杆体后端的螺母、调心球形垫圈和托盘，所述螺母、调心球形垫圈和托盘由杆体端部向杆体中部方向依次安装。

进一步地，所述螺母通过布置在杆体后端螺纹与杆体配合固定。

杆体前端钻入岩体后，杆体反向旋转，推动调心球形垫圈，使托盘压紧围岩表面，锚杆杆体的锚固段实现锚固，从而完成注浆锚杆预紧，这种采用杆体反向旋转的方式使锚杆锚固，得到更强的锚固力，使初期支护更牢固、可靠。

优选的，所述调心球形垫圈上设置有用于布置电连接线路的导线接口，所述电连接线路一端与所述应力测量装置连接，另一端连接有用于读取杆体所受应力值的二次仪表。

进一步地，所述二次仪表为电阻应变仪。

通过设置在垫圈上的导线接口，使应力测量装置外接如电阻应变仪的二次仪表，能直观读取设置在锚杆内的应力测量装置的读数，使读数、监测过程更直观、容易。

优选的，所述杆体上还套设有封孔胶塞，该封孔胶塞与杆体外壁贴合，其所述封孔胶塞位于所述托盘内侧且沿杆体外壁向杆体前端方向延伸。

锚杆钻进到位且通过锚固结构锚固后，设置封孔胶塞，使封孔胶塞在托盘和调心球形垫圈的推动下，沿杆体挤入锚孔孔口内，封孔胶塞内部箍紧杆体，与杆体紧密贴合，外部压紧锚孔孔口段的孔壁，保证注入的浆液不外溢，从而保证锚固施工质量。

进一步地，所述封孔胶塞与所述杆体螺纹密封连接。

优选的，所述注浆口内设置有逆止阀。

进一步地，所述逆止阀为自闭式阀门，包括套筒和安装在所述套筒内部腔体一端的内置阀门，该内置阀门靠近杆体一侧连接有压缩弹簧。

所述压缩弹簧的一端与内置阀门连接，另一端向杆体一侧延伸并固定。

所述压缩弹簧根据压力原理工作，未压入注浆材料时，内置阀门在压缩弹簧的作用下被推到套筒底部，此时套筒底部不会漏出浆液，压入注浆材料时，由于注浆压力大于压缩弹簧弹力，内置阀门打开，外部浆液被压入到杆体内部进入地层，采取这种结构的注浆装置，大大节约了注浆材料，同时提高了注浆效率。

优选的，所述应力测量装置密封式安装在锚杆杆体内。

将应力测量装置密封布置在杆体内，使应力测量装置与锚杆为整体式结构，相比传统的测力装置放置形式，保证了测力锚杆的一体性，使应力测量装置随锚杆的钻入和锚固，布置在合适的位置，并且在密封条件下，使得该应力测量装置在潮湿或者有水环境下长期工作的可靠性。

优选的，所述应力测量装置包括多个电阻应变传感器，多个所述电阻应变传感器组成全桥测量电路。

优选的，所述电阻应变传感器通过电连接线路或无线连接的方式向外部传输信号，该电阻应变传感器安装在高强度防护胶内，并外设有防护壳。

进一步地，所述应力测量装置在制作锚杆过程中置入锚杆杆体内。当采用树脂作为锚杆杆体时，所述电阻应变传感器电路在树脂锚杆尚未固结时放入锚杆中。

优选的，所述锚固结构为倒钩状螺纹或剪式膨胀架，该锚固结构布置在杆体外壁上。。

将锚固结构设置为倒钩状螺纹或剪式膨胀架，当锚杆钻孔到位后，该倒钩状螺纹或剪式膨胀架与锚孔内壁结合，使锚杆的锚固段锚固，完成注浆锚杆预紧。

优选的，所述自进式钻头和杆体同轴设置，该自进式钻头内设置有注浆通道，该注浆通道与所述杆体内腔贯通。

将自进式钻头和杆体同轴设置，能增强锚杆的钻进能力，保证自进式钻头和杆体的结构安全；通过在自进式钻头内设置注浆通道，使杆体和钻头内都布满注浆通道，从而通过注浆通道将浆液注入到锚孔的所有位置，保证锚杆在使用过程中的锚固力。

优选的，所述杆体外壁设有螺纹，该螺纹与杆体为一体式结构。

在杆体外表面设有一体式结构的螺纹，提高锚杆与锚孔之间的锚固力，进而提高锚杆的抗拉能力。

进一步地，所述螺纹为波状螺纹。

对应地，本发明还提供了一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆的使用方法，在使用如上述所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，按照下述步骤进行：

a、钻孔，使用锚杆钻机将锚杆钻入目标部位，钻入时，保持锚杆钻机与自进式钻头切削的同方向旋转，使锚杆杆体与自进式钻头同步转动，带动钻头切割岩体；

b、锚固，锚杆钻入目标部位后，操作锚杆钻机停止钻进，设置在杆体上的锚固结构与锚孔内壁锚固，完成锚杆预紧；

c、封孔，锚杆预紧后，对锚孔孔口进行密封；

d、注浆，注浆锚杆封孔后，通过布置在杆体后端的注浆口向锚孔内注浆，注浆完成后，封堵注浆通道，该注浆通道为中空式杆体的内部空腔；

e、测力，锚杆锚固后，通过应力测量装置测量的各个步骤的数据，得到围岩应力情况，并在施工过程中定时监测，根据应变变化值和标定结果，得到即时围岩应力大小。

采取上述方式，使用本发明中的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆兼具钻杆和锚固功能，因此，省去了退钻杆插锚杆的施工工序，大幅度提升了施工效率，并且由于不需要退杆，所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

本方案的自进式中空注浆锚杆的使用方法，不需要单独进行测量装置的布置，锚杆锚固注浆后，就完成了测量装置的布置，因此省去了布置测量装置的工序，并且解决了现有技术中单独布置测量装置所存在的不能完全进行注浆来贴合岩体模拟实际受力环境的问题，能对围岩的应力状态进行监测分析。

同时，由于完成锚杆的锚固后，不需要单独布置测量装置，能实现根据需要在锚杆上实现设定测量装置的测量点，并且在褶曲、断层等地质构造中，也能够较好地布置测量装置，解决了现有技术中在该种地层围岩中无法布置测量装置的问题。

进一步地，在步骤a中，在操作锚杆钻机使自进式钻头切削时，首先操作锚杆钻机，使超越离合器传动结构将杆体和自进式钻头锁紧，自进式钻头与杆体同步转动，带动钻头切割岩体。

在步骤b中，当在杆体后端设置螺母、调心球形垫圈和托盘后，锚杆杆体的前端钻入岩体到达目标部位后，操作锚杆钻机使杆体向钻头切削的反方向旋转，超越离合器传动结构松开，自进式钻头停止钻进，并沿杆尾螺纹旋进，推动调心球形垫圈，使托盘压紧围岩表面，锚固结构（具体为倒钩状螺纹锚固段或剪式膨胀架）锚固，完成中空注浆锚杆预紧。

同时在杆体上布置封孔胶塞后，所述步骤c中进行封孔时，封孔胶塞在托盘和调心球形垫圈的推动下，沿锚杆杆体挤入锚孔孔口内，封孔胶塞内部箍紧杆体，外部压紧锚孔孔口段的孔壁。

在步骤d的注浆过程中，通过在锚杆杆体的注浆口内布置逆止阀，同时在注浆口上安装注浆管结构，并将注浆管接头与外部注浆系统连接，开动注浆泵向钻孔（锚孔）内注浆，注浆完成后，逆止阀自动关闭，封堵注浆通道。

在使用电阻应变传感器监测围岩应力情况时，通过电连接方式或无线传输方式外接二次仪表，二次仪表采用电阻应变仪，通过电阻应变仪得到电阻应变传感器初始值，记录各个步骤完成的读数，得到围岩应力情况，同时，在施工过程中定时监测，通过测量电阻应变传感器的应变变化值并根据标定结果，得到即时围岩应力大小。

采用电连接方式时，线路穿过开设在垫圈上的导线结构连接电阻应变传感器和电阻应变仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本方案中的具有测力功能的中空注浆锚杆，具有自进注浆功能，能通过注浆过程来贴合岩体模拟实际受力环境，能通过应力测量装置得到围岩应力大小，同时具有测力、钻孔、锚固和注浆的功能，相比在钻孔后再置入锚杆加入锚固剂进行锚固的方式，本方案的锚杆不会影响围岩结构完整性，施工效率更高，工程成本更低；

2、通过设置在垫圈上的导线接口，使应力测量装置外接如电阻应变仪的二次仪表，能直观读取设置在锚杆内的应力测量装置的读数，使读数、监测过程更直观、容易；

3、本方案中锚杆的杆体采用树脂杆体，而且设置倒钩状螺纹锚固段，相比传统金属锚杆加工不方便且成本高，以及市场上主要使用的螺纹钢树脂锚杆以及少量的玻璃钢树脂锚杆具有固力不强且容易折断且安装后过一段时间才能获得一定的锚固力，本方案的锚杆具有加工方便、成本低，而且锚固力更高和不易折断的优点，同时通过倒钩状螺纹或剪式膨胀架的锚固结构，能形成初期支护，得到较大的锚固力。

附图说明：

图1为对比实施例1中现有技术的锚杆的结构示意图。

图2为实施例2中的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆的结构示意图。

图3为实施例3中的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆的结构示意图。

图4为实施例4中的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆的结构示意图。

图5为本发明中锚杆杆体的结构示意图。

图6为本发明中逆止阀的布置结构示意图。

图中标记：1-杆体，2-应力测量装置，3-导线，4-封孔胶塞，5-托盘，6-导线接口，7-螺母，8-调心球形垫圈，9-逆止阀，91-压缩弹簧，92-内置阀门，93-套筒，10-二次仪表，11-围岩，12-钻孔，13-钻头，14-倒钩状螺纹，15-波状螺纹，16-剪式膨胀架。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例展示了现有技术中的锚杆，如图1所示，包括杆体1，该杆体锚固在预先钻设好的钻孔12（锚孔）内，在使用这种常规的锚杆锚固时，首先使用钻杆在围岩11内钻设钻孔12，然后往钻孔12内注入锚固剂，经过一段时间后，达到设计的锚固强度，实现锚固作用，达到锚固效果。

由于地下土层、岩体的结构十分复杂，不仅存在大量的松软岩层，地层内还存在大量褶曲、断层等地质构造，在此类围岩11上配设钻孔12时，往往存在结构完整性较差，容易形成破碎岩体，破碎岩体钻孔后退出钻杆时孔壁容易坍塌的问题，尤其是受到采掘动压影响时，打设锚杆安装钻孔更困难，严重影响锚杆支护的施工质量和速度。

同时，在采用这种锚杆锚固过程中测量围岩应力时，通常将测量设备单独布置在钻孔12的孔壁上，由于存在前段所分析的问题，因此导致布设应侧设备相当困难，不能完全进行注浆来贴合岩体并模拟实际受力环境，因此无法对这类围岩的应力状态进行监测分析，而这类围岩由于其构造的复杂性，人们对锚杆支护的作用机理及受力情况的需求更为迫切。

另外，现有锚杆的杆体端部也可以设置钻头13，但是这种钻头只能用来钻进已配设好的钻孔12内，由于锚杆的强度有限，并不能使用该锚杆进行单独钻孔。

本对比实施例的杆体采用金属锚体，固力不强且容易折断，而且安装后过一段时间才能获得一定的固力，无法迅速形成初期支护，使得锚杆锚固初期无法控制围岩变形。

实施例2

本实施例提供了具有测力功能且能依靠自身钻头钻进的中空注浆锚杆。

具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，如图2、图5和图6所示，包括中空式结构的树脂杆体1，所述杆体1的前端连有自进式钻头13，后端设置有与杆体1内部腔体连通的注浆口，所述杆体1上还设有应力测量装置2和锚固结构，该锚固结构靠近所述自进式钻头13。

通过在锚杆前端设置自进式钻头13，从而使该锚杆在用于锚固的同时，兼具钻杆功能，从而简化了施工工序，取消了退钻杆插锚杆的施工工序，大幅度提升了施工效率，并且由于不需要退杆，所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

杆体1采用中空式结构，当本方案的锚杆通过自进式钻头钻孔到位后，中空式结构用作注浆通道，通过杆体1的注浆通道向锚孔内注浆，从而达到长久、牢固支护的目的。

锚杆杆体1前端连接自进式钻头13，钻孔到位后，设置在杆体1上的锚固结构作用在锚孔内壁上，从而形成初期支护，实现锚固功能，解决了锚杆的扎根问题，加快了施工进度，可实现围岩上部大吨位的牢固悬吊，并且该锚固结构形成较强的锚固力，能作为长久支护；同时，设置锚固结构后，锚杆牢固固定在锚孔内，不再使用锚固剂进行锚固，淘汰了锚固剂，不再产生粉尘和化学污染，大大改善了隧道及地下工程的工作劳动环境。

由于本方案的锚杆兼具钻杆和锚固功能，而且不用退杆再插锚杆进行浇筑，整合了钻进、锚固和注浆过程，同时还可以形成牢固的初期支护和长久支护，因此，在本方案的锚杆上设置应力测量装置后，能通过应力测量装置监测到锚杆在支护过程中各个阶段的应力情况，进而了解到在各种围岩条件下的锚杆支护作用机理及受力情况。

本方案的锚杆在完成钻杆和初期锚固后，进行不退杆注浆，保证了围岩结构完整性，在各种构造形式的土体和岩层中，均能完全通过注浆来贴合岩体并模拟实际的受力环境，尤其是存在褶曲、断层等地质构造时，能很好地对围岩的应力状态进行监测，进而为研究锚杆在支护过程中各个节段的作用机理及受力情况提供可靠的分析数据，为锚杆设计参数、改进施工技术及围岩破坏机理的研究提供重要的依据和参考。

本方案的锚杆在一次施工中连续完成钻进、锚固和注浆，并能够进行后续的应力测量工作，大幅度提高施工速度和施工质量，同时该锚杆能稳定地测量围岩受力情况，并通过注浆贴合岩体得到较高的测量精度。

所述锚杆杆体1与自进式钻头13的相对位置固定，锚杆杆体1向自进式钻头13切削的同方向旋转时，所述锚杆杆体1与自进式钻头13的相对位置固定，锚杆杆体1带动和钻头13同步转动，实现钻进。

本方案的杆体采用非金属的树脂材料，其具有较高的抗拉强度，杆体的强度优于等直径的螺纹钢，不易被折断、拉断，在配设有自进式钻头时能用于钻进，具有钻杆功能；并且锚杆的杆体易切割，可对采煤机刀头起到保护作用，切割时不会产生火花，对巷道安全施工极为有利，特别适合高瓦斯浓度区域。

作为其中的一种实施方式，本实施例的树脂杆体1为玻璃纤维增强聚合物树脂，采用这种材质制成的锚杆杆体1，加工制造更加容易，价格优于传统钢锚杆，其重量仅为同等规格钢锚杆的1/4，轻质高强的锚杆不仅锚固作用强，而且方便进行施工，容易想到的是，也可以采用其他树脂等非金属材料制作杆体，只要其强度能达到使用环境即可。

作为其中的一种实施方式，本实施例的锚杆还包括套设在杆体1后端的螺母7、调心球形垫圈8和托盘5，所述螺母7、调心球形垫圈8和托盘5由杆体1端部向杆体1中部方向依次安装。

进一步地，所述螺母7通过布置在杆体1后端螺纹与杆体1配合固定。

杆体1前端钻入围岩后，杆体1反向旋转，推动调心球形垫圈8，使托盘5压紧围岩表面，锚杆杆体1的锚固段实现锚固，本发明中的锚固段是指设置有锚固结构的杆体段，锚固段靠近钻头13一侧，从而完成注浆锚杆预紧，这种采用杆体1反向旋转的方式使锚杆锚固，得到更强的锚固力，使初期支护更牢固、可靠。

作为其中的一种实施方式，所述杆体1上还套设有封孔胶塞4，该封孔胶塞4与杆体1外壁贴合，所述封孔胶塞4位于所述托盘5内侧且沿杆体1外壁向杆体1前端方向延伸，锚杆钻进到位且通过锚固结构锚固后，设置封孔胶塞4，使封孔胶塞4在托盘5和调心球形垫圈8的推动下，沿杆体1挤入锚孔孔口内，封孔胶塞4内部箍紧杆体1，与杆体1紧密贴合，外部压紧锚孔孔口段的孔壁，保证注入的浆液不外溢，从而保证锚固施工质量。

进一步地，所述封孔胶塞4与所述杆体1螺纹密封连接。

作为其中的一种实施方式，所述注浆口内设置有逆止阀9，该逆止阀9为自闭式阀门，包括套筒93和安装在所述套筒93内部腔体一端的内置阀门92，该内置阀门92靠近杆体1一侧连接有压缩弹簧91，压缩弹簧91的一端与内置阀门92连接，另一端向杆体1一侧延伸并固定，所述压缩弹簧91根据压力原理工作，未压入注浆材料时，内置阀门92在压缩弹簧91的作用下被推到套筒93底部，此时套筒93底部不会漏出浆液，压入注浆材料时，由于注浆压力大于压缩弹簧91的弹力，内置阀门92打开，外部浆液被压入到杆体1内部腔体进入地层，采取这种结构的注浆装置，大大节约了注浆材料，同时提高了注浆效率。

作为其中的一种实施方式，所述应力测量装置2密封式安装在锚杆杆体1内，将应力测量装置2密封布置在杆体1内，使应力测量装置2与锚杆为整体式结构，相比传统的测力装置放置形式，保证了测力锚杆的一体性，使应力测量装置随锚杆的钻入和锚固，布置在合适的位置，并且在密封条件下，使得该应力测量装置在潮湿或者有水环境下长期工作的可靠性，容易想到的是，也可以将应力测量装置固定安装在杆体上，采用密封胶等密封材料对应力测量装置进行密封，实现相同的功能。

作为其中的一种实施方式，所述应力测量装置2包括多个电阻应变传感器，多个所述电阻应变传感器依靠到导线连接，组成全桥测量电路。

作为其中的一种实施方式，所述电阻应变传感器通过电连接线路或无线连接的方式向外部传输信号，该电阻应变传感器安装在高强度防护胶内，并外设有防护壳，本实施例中，通过匹配布置的适配器进行信号接收，接收电阻应变传感器传递的应力信号，也可以采用电连接线路进行信号传递和接收，如实施例4中的实施方式。

进一步地，所述应力测量装置2在制作锚杆过程中置入锚杆杆体1内，当采用树脂作为锚杆杆体时，所述电阻应变传感器电路在树脂锚杆尚未固结时放入锚杆中。

作为其中的一种实施方式，本实施例的锚固结构为倒钩状螺纹14，该倒钩状螺纹14布置在杆体1外壁上，且位于钻头13一侧，形成锚固段，也可以采用其他的锚固结构，如实施例3中的剪式膨胀架实施方式，将锚固结构设置为倒钩状螺纹，当锚杆钻孔到位后，该倒钩状螺纹与锚孔内壁结合，使锚杆的锚固段锚固，完成注浆锚杆预紧。

作为其中的一种实施方式，所述自进式钻头13和杆体1同轴设置，该自进式钻头13内设置有注浆通道，该注浆通道与所述杆体1内腔贯通，将自进式钻头13和杆体1同轴设置，能增强锚杆的钻进能力，保证自进式钻头13和杆体1的结构安全，通过在自进式钻头13内设置注浆通道，使杆体1和钻头13内都布满注浆通道，从而通过注浆通道将浆液注入到锚孔的所有位置，保证锚杆在使用过程中的锚固力。

作为其中的一种实施方式，本实施例的杆体1外壁设有螺纹，该螺纹与杆体1为一体式结构，本实施例的螺纹采用波状螺纹15，也可以采用其他螺纹结构形式来增强锚固力，在杆体外表面设有一体式结构的螺纹，提高锚杆与锚孔之间的锚固力，进而提高锚杆的抗拉能力。

实施例3

本实施例的锚杆用于锚固在存在褶曲、断层等地质构造的地层中。

具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，如图3所示，本实施例的锚杆和实施例2基本相同，不同之处在于，本实施例的锚固结构为剪式膨胀架16，该剪式膨胀架16布置在杆体1外壁上，且位于钻头13一侧，形成锚固段，将锚固结构设置为剪式膨胀架16，当锚杆钻孔到位后，利用杆体旋转或剪式膨胀架16自身的结构使剪式膨胀架16打开，从而使得该剪式膨胀架16与锚孔内壁结合，使锚杆的锚固段锚固，完成注浆锚杆预紧。

实施例4

本实施例的锚杆用于锚固在存在褶曲、断层等地质构造的地层中。

具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，如图4所示，本实施例的锚杆和实施例2基本相同，不同之处在于，调心球形垫圈8上设置有用于布置电连接线路的导线接口6，所述电连接线路一端与所述应力测量装置2连接，另一端连接有用于读取杆体1所受应力值的二次仪表10，杆体1锚固在围岩中时，与围岩形成一体式结构，杆体1受到的应力值也就是围岩的应力状态。

进一步地，所述二次仪表10为电阻应变仪，通过设置在调心球形垫圈8上的导线接口6，使应力测量装置2外接如电阻应变仪的二次仪表10，能直观读取设置在锚杆内的应力测量装置2的读数，使读数、监测过程更直观、容易。

实施例5

具有测力功能的自进式中空注浆锚杆的使用方法，如图2-6所示，在使用如实施例2、实施例3或实施例4中的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆时，按照下述步骤进行：

a、钻孔，使用锚杆钻机将锚杆钻入目标部位，钻入时，保持锚杆钻机与自进式钻头13切削的同方向旋转，使锚杆杆体1与自进式钻头13同步转动，带动钻头13切割岩体；

b、锚固，锚杆钻入目标部位后，操作锚杆钻机停止钻进，设置在杆体1上的锚固结构与锚孔内壁锚固，完成锚杆预紧；

c、封孔，锚杆预紧后，对锚孔孔口进行密封；

d、注浆，注浆锚杆封孔后，通过布置在杆体后端的注浆口向锚孔内注浆，注浆完成后，封堵注浆通道，该注浆通道为中空式杆体的内部空腔；

e、测力，锚杆锚固后，通过应力测量装置测量的各个步骤的数据，得到围岩应力情况，并在施工过程中定时监测，根据应变变化值和标定结果，得到即时围岩应力大小。

采取上述方式，使用本发明中的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆兼具钻杆和锚固功能，因此，省去了退钻杆插锚杆的施工工序，大幅度提升了施工效率，并且由于不需要退杆，所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

本方案的自进式中空注浆锚杆的使用方法，不需要单独进行测量装置的布置，锚杆锚固注浆后，就完成了测量装置的布置，因此省去了布置测量装置的工序，并且解决了现有技术中单独布置测量装置所存在的不能完全进行注浆来贴合岩体模拟实际受力环境的问题，能对围岩的应力状态进行监测分析。

同时，由于完成锚杆的锚固后，不需要单独布置测量装置，能实现根据需要在锚杆上实现设定测量装置的测量点，并且在褶曲、断层等地质构造中，也能够较好地布置测量装置，解决了现有技术中在该种地层围岩中无法布置测量装置的问题。

进一步地，在步骤a中，在操作锚杆钻机使自进式钻头13切削时，首先操作锚杆钻机，使超越离合器传动结构将杆体1和自进式钻头13锁紧，自进式钻头13与杆体1同步转动，带动钻头切割岩体；

在步骤b中，当在杆体1后端设置螺母7、调心球形垫圈8和托盘5后，锚杆杆体1的前端钻入岩体到达目标部位后，操作锚杆钻机使杆体1向钻头13切削的反方向旋转，超越离合器传动结构松开，自进式钻头13停止钻进，并沿杆尾螺纹旋进，推动调心球形垫圈8，使托盘5压紧围岩表面，锚固结构（具体为倒钩状螺纹锚固段或剪式膨胀架）锚固，完成中空注浆锚杆预紧；

同时在杆体1上布置封孔胶塞4后，所述步骤c中进行封孔时，封孔胶塞4在托盘5和调心球形垫圈8的推动下，沿锚杆杆体1挤入锚孔孔口内，封孔胶塞4内部箍紧杆体1，外部压紧锚孔孔口段的孔壁；

在步骤d的注浆过程中，通过在锚杆杆体1的注浆口内布置逆止阀9，同时在注浆口上安装注浆管结构，并将注浆管接头与外部注浆系统连接，开动注浆泵向钻孔（锚孔）内注浆，注浆完成后，逆止阀自动关闭，封堵注浆通道。

在使用电阻应变传感器监测围岩应力情况时，通过电连接方式或无线传输方式外接二次仪表，二次仪表采用电阻应变仪，通过电阻应变仪得到电阻应变传感器初始值，记录各个步骤完成的读数，得到围岩应力情况，同时，在施工过程中定时监测，通过测量电阻应变传感器的应变变化值并根据标定结果，得到即时围岩应力大小。

采用电连接方式时，线路穿过开设在垫圈上的导线结构连接电阻应变传感器和电阻应变仪。

Claims (10)

1.一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，包括中空式结构的树脂杆体，所述杆体的前端连有自进式钻头，后端设置有与杆体内部腔体连通的注浆口，所述杆体上还设有应力测量装置和锚固结构，该锚固结构靠近所述自进式钻头。

2.根据权利要求1所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，还包括套设在杆体后端的螺母、调心球形垫圈和托盘，所述螺母、调心球形垫圈和托盘由杆体端部向杆体中部方向依次安装。

3.根据权利要求2所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述调心球形垫圈上设置有用于布置电连接线路的导线接口，所述电连接线路一端与所述应力测量装置连接，另一端连接有用于读取杆体所受应力值的二次仪表。

4.根据权利要求2所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述杆体上还套设有封孔胶塞，该封孔胶塞与杆体外壁贴合，所述封孔胶塞位于所述托盘内侧且沿杆体外壁向杆体前端方向延伸。

5.根据权利要求1所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述注浆口内设置有逆止阀。

6.根据权利要求1所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述应力测量装置密封式安装在锚杆杆体内，该应力测量装置包括多个电阻应变传感器，多个所述电阻应变传感器组成全桥测量电路。

7.根据权利要求1-6之一所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述锚固结构为倒钩状螺纹或剪式膨胀架，该锚固结构布置在杆体外壁上。

8.根据权利要求1-6之一所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述自进式钻头和杆体同轴设置，该自进式钻头内设置有注浆通道，该注浆通道与所述杆体内腔贯通。

9.根据权利要求1-6之一所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述杆体外壁设有螺纹，该螺纹与杆体为一体式结构。

10.一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆的使用方法，其特征在于，在使用如权利要求1-9之一所述的具有测力功能的自进式中空注浆锚杆时，按照下述步骤进行：

a、钻孔，使用锚杆钻机将锚杆钻入目标部位，钻入时，保持锚杆钻机与自进式钻头切削的同方向旋转，使锚杆杆体与自进式钻头同步转动，带动钻头切割岩体；

b、锚固，锚杆钻入目标部位后，操作锚杆钻机停止钻进，设置在杆体上的锚固结构与锚孔内壁锚固，完成锚杆预紧；

c、封孔，锚杆预紧后，对锚孔孔口进行密封；

d、注浆，注浆锚杆封孔后，通过布置在杆体后端的注浆口向锚孔内注浆，注浆完成后，封堵注浆通道，该注浆通道为中空式杆体的内部空腔；

e、测力，锚杆锚固后，通过应力测量装置测量的各个步骤的数据，得到围岩应力情况，并在施工过程中定时监测，根据应变变化值和标定结果，得到即时围岩应力大小。