CN109057841A - 分段摩擦式锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明属于锚杆支护技术领域，特别涉及一种分段式摩擦式锚杆，其包括：锚固端头、滤水薄膜、进水孔、锚杆杆体、爆裂锥、弹性橡胶密实圈、圆形锯齿接头、钢管膨胀性锚杆、中空排水孔、刚性防护套筒；锚杆前端的锚固端头与锚杆杆体相连，进水孔穿过锚杆杆体和滤水薄膜等间距布设，中空排水孔位于锚杆杆体的轴心中央；弹性橡胶密实圈与圆形锯齿接头的外侧，套有刚性防护套筒；本发明可用于解决富水地带隧道排水问题，也可应对局部小变形和应力集中现象，吸收隧道开挖过程中岩爆产生的能量；与现有锚杆的安装过程相比，减小锚杆易折断的问题，可简化施工步骤，提出的锚杆可进行量化生产，节约施工成本与时间，便于锚杆质量检测与规范化。

Description

分段摩擦式锚杆

技术领域

本发明属于锚杆支护技术领域，特别是涉及一种分段摩擦式排水锚杆。

背景技术

随着社会经济的发展，尤其是城市人口的飞速膨胀和城市功能的快速拓展，使得城市可支配用地越来越紧张，城市的发展促进了对城市地下空间的开发利用，因此，二十一世纪将是“地下空间”开发的世纪。在地下空间应用方面，除去综合管廊之外，最广泛的应数巷道（本发明将隧道与巷道统称为巷道）与地下车站。现我国已用矿山法施工修筑巷道达上万里，而不论传统矿山法还是新奥法都离不开锚杆支护技术。

锚杆是当代隧道建设当中巷道支护的最基本的组成部分，将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。现在锚杆不仅用于矿山，也用于其他工程技术中，例如边坡工程、隧道工程和坝体工程等，对边坡，隧道，坝体进行主体加固。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力。

锚杆按照有无预应力可分为预应力锚杆和非预应力锚杆；按照基本锚固类型，锚杆可分为端头锚固和全长灌注锚杆；按照注浆材料划分，可分为树脂锚杆和水泥砂浆锚杆等。本专利按照锚杆杆体与钻孔周边围岩接触状态，将锚杆分为注浆式锚杆和摩擦式锚杆，前者通过注浆层与围岩接触；后者则是锚杆与围岩直接接触。

自1912 年，德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护以其结构简单，施工方便、成本低和对工程适应性强等特点，在土木工程（包括采矿工程）中得到了广泛应用。如我国的世纪工程——三峡工程，其大坝施工中使用了大量锚杆（索）维护开挖的边坡、岩壁。又如我国煤矿开采中，每年新掘的锚喷支护的井巷工程长达2000 km。但是，锚杆支护作用理论的研究落后于其工程应用是不争的事实，使得锚杆支护设计中，还多采用技术要求低、成本低和管理容易的工程类比的经验方法。美国煤矿井下普遍使用的锚杆是机械式锚杆 ,这种锚杆经济适用，容易安装，能坚持几个月甚至几年，在巷道服务寿命期间能有效地发挥作用，但是这种锚杆的应用具有局限性。

在国外，相较于其他发达国家，日本在锚杆支护技术应用方面显然是非常出色的，日本在提升锚杆技术方面做了大量试验与数据分析工作。并且针对于各种类型不同的工况，设计出各种类型不同的锚杆，实现锚杆的功能化，商品化，针对锚杆的施工精细化，具有统一的管理办法与建议《隧道施工管理要领》（2013.07）。提高锚杆支护性能的方式有三种，提高锚杆的附着刚度（强度）或剪切刚性（强度）抑或二者同时提高。

相较于国外锚杆技术发达国家，在我国的隧道以及煤炭巷道建设中，常按照工程经验类比法，总是采用注浆锚杆，而在摩擦式锚杆的制造与应用方面远远落后于世界前列，甚至于在20世纪，对于摩擦式锚杆的研究便止步不前。目前，我国在锚杆应用方面，缺少锚杆的功能具体化、分类精细化、应用规范化，没有将工况进行明确的分类，然后根据工况进行锚杆类型的选择，也缺少锚杆制造的明确规范和应用与管理的统一管理办法。采用注浆锚杆虽然应用范围较广，但针对于巷道涌水丰富或者开挖后希望得到尽早补强的工况，有极大可能延迟注浆材料强度稳定时间，因此采用注浆锚杆极为不利，从而可能无法作为永久支护，对巷道环境造成破坏，对巷道支护结构造成损伤，甚至于对施工人员生命安全造成不定时的潜在威胁。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提出了一种分段摩擦式排水锚杆，旨在于提供一种多功能锚杆，即可用于解决富水地带隧道排水问题，也可应对局部小变形和应力集中现象，吸收隧道开挖过程中岩爆产生的能量；与现有锚杆的安装过程相比，减小锚杆易折断的问题。相较于现有注浆锚杆，提高其附着强度与剪切强度，简化施工步骤。本发明提出的锚杆可进行量化生产，节约施工成本与时间，便于锚杆质量检测与规范化。

本发明采用的技术方案：

分段摩擦式锚杆，包括：锚固端头、滤水薄膜、进水孔、锚杆杆体、爆裂锥、弹性橡胶密实圈、圆形锯齿接头、钢管膨胀性锚杆、中空排水孔、刚性防护套筒，其中锚杆杆体包括凹槽、凸起以及螺栓孔；

锚杆前端的锚固端头与锚杆杆体相连，滤水薄膜均匀布设于锚杆杆体上，环绕于中空排水孔的外侧，进水孔穿过锚杆杆体和滤水薄膜等间距布设，内置于锚杆杆体中，中空排水孔位于锚杆杆体的轴心中央，不仅可对围岩存水进行强制排出，在排水后，也可以对中空排水孔和刚性膨胀锚杆杆体进行注浆；锚杆前端部分的锚杆杆体尾部的凹槽与下一个锚杆杆体前端的凸起咬合，在凹槽和凸起的螺栓孔中旋入螺栓，进行前后的衔接；爆裂锥较细一端与锚杆杆体相连；爆裂锥尾部设有圆形锯齿接头，用于和钢管膨胀性锚杆衔接；爆裂锥的外围绕有弹性橡胶密实圈，在弹性橡胶密实圈与圆形锯齿接头的外侧，套有刚性防护套筒。

进一步地，爆裂锥前端尺寸大于滤水薄膜，弹性橡胶密实圈的竖直方向为不对称的椭圆形状，前端的直径尺寸大于滤水薄膜的直径，弹性橡胶密实圈的直径小于锚杆杆体的直径，而竖轴尺寸大于锚杆杆体的直径。

进一步地，所述锚杆前端的锚固端头与锚杆杆体为一体结构，并且为在竖直方向不对称而水平方向对称的结构。

进一步地，所述的锚固端头为实体结构 。

进一步地，所述锚杆杆体根据实际工况设置一个或多个以上。

进一步地，采用弹性橡胶密实圈对爆裂锥在爆裂后产生的缝隙进行填补、密实。

进一步地，所述圆形锯齿接头的接头内凹侧设计成锯齿形状，增大与钢管膨胀性锚杆连接处的的咬合摩擦力，加强杆体的连接性能，避免杆体在连接处产生位移，可较精确确定钢管膨胀性锚杆的位置，减小预期打入钢管膨胀性锚杆位置发生偏差的可能性。

进一步地，所述设计的进水孔以滤水薄膜为分界线，滤水薄膜外的进水孔直径大于滤水薄膜内进水孔的直径，在于考虑到滤水薄膜外的颗粒物质可能较多，避免锚杆体内部阻塞，无法发挥本发明的真正效用，所以外侧直径设计较大；而又因须避免因水量过大对锚杆体本身的冲击，所以滤水薄膜内的进水孔直径设计较小，达到减缓锚杆体内水流量的目的。

进一步地，所述分段式摩擦锚杆的设计为分段锚杆，在施工时，如果锚杆杆体出现问题，可以及时更换，较以往注浆锚杆为一个整体比较，不必整根更换。

本发明的有益效果：

1. 本发明采用弹性橡胶密实圈对爆裂锥在爆裂后产生的缝隙进行填补、密实，避免锚杆内部进杂质，对杆体造成损害杆体松动，从而延长杆体使用寿命。

2.本发明的圆形锯齿接头在爆裂锥的尾部，接头内凹侧设计成锯齿形状，增大与钢管膨胀性锚杆连接处的的咬合摩擦力，加强杆体的连接性能，避免杆体在连接处产生位移，可较精确确定钢管膨胀性锚杆的位置，减小预期打入钢管膨胀性锚杆位置发生偏差的可能性，减少施工步骤，无需二次定位和校准。

3. 本发明在锚杆杆体中设置滤水薄膜，将砂石土等颗粒物质排除在锚杆体外，避免排水锚杆内部堵塞，无法发挥其排水的作用，并且具有阻断空气的作用。

4. 本发明设计的进水孔以滤水薄膜为分界线，滤水薄膜外的进水孔直径略大于滤水薄膜内进水孔的直径，在于考虑到滤水薄膜外的颗粒物质可能较多，避免锚杆体内部阻塞，无法发挥本发明的真正效用，所以外侧直径设计较大；而又因须避免因水量过大对锚杆体本身的冲击，所以滤水薄膜内的进水孔直径设计较小，达到减缓锚杆体内水流量的目的。

5. 本发明在弹性橡胶密实圈的外部设计刚性防护套筒，对连接处进行二次加固，避免连接处发生应力集中现象，导致锚杆易折易断。

6. 本发明的锚杆杆体中心设计成中空排水孔，不仅可对围岩存水进行强制排出，在排水后，也可以对中空排水孔和刚性膨胀锚杆杆体进行注浆，对围岩中水流动的位置进行填充，较为及时地控制因围岩内部水的流动而导致的围岩变形。

7.本发明设计为分段锚杆，在施工时，如果锚杆杆体出现问题，可以及时更换，较以往注浆锚杆为一个整体比较，提高锚杆杆体使用率，不必整根更换，节省材质。同时，当锚杆打入方向发生偏移，采用分段连接方式，可及时给予纠正。

8. 本发明遵循柔性支护原理，锚杆与围岩直接接触，增大锚杆与围岩的摩擦力，充分利用围岩自承能力。

附图说明

图1为分段摩擦式锚杆示意图。

图2为锚杆杆体的横截面示意图。

图3为锚杆杆体连接示意图。

图中，锚固端头1、滤水薄膜2、进水孔3、锚杆杆体4、爆裂锥5、弹性橡胶密实圈6、为圆形锯齿接头7、为钢管膨胀性锚杆8、中空排水孔9、刚性防护套筒10、凹槽4-1、凸起4-3和螺栓孔4-2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例：分段摩擦式锚杆，包括：锚固端头1、滤水薄膜2、进水孔3、锚杆杆体4、爆裂锥5、弹性橡胶密实圈6、圆形锯齿接头7、钢管膨胀性锚杆（8）、中空排水孔9、刚性防护套筒10，其中锚杆杆体4包括凹槽4-1、凸起4-3以及螺栓孔4-2；

锚杆前端的锚固端头1与锚杆杆体4相连，所述锚固端头1为实体结构，其与锚杆杆体4为一体结构，并且为在竖直方向不对称而水平方向对称的结构；所述锚杆杆体4根据实际工况设置一个或多个以上，在施工时，如果锚杆杆体4出现问题，可以及时更换，较以往注浆锚杆为一个整体比较，不必整根更换；滤水薄膜2均匀布设于锚杆杆体4上，环绕于中空排水孔9的外侧，进水孔3穿过锚杆杆体4和滤水薄膜2等间距布设，内置于锚杆杆体4中，中空排水孔9位于锚杆杆体4的轴心中央，不仅可对围岩存水进行强制排出，在排水后，也可以对中空排水孔9和刚性膨胀锚杆杆体4进行注浆；锚杆前端部分的锚杆杆体4尾部的凹槽4-1与下一个锚杆杆体4前端的凸起4-1咬合，在凹槽4-1和凸起4-1的螺栓孔4-2中旋入螺栓，进行前后的衔接；爆裂锥5较细一端与锚杆杆体4相连，爆裂锥5尾部设有圆形锯齿接头7，用于和钢管膨胀性锚杆8衔接；爆裂锥5的外围绕有弹性橡胶密实圈6，其可以对爆裂锥5在爆裂后产生的缝隙进行填补、密实；在弹性橡胶密实圈6与圆形锯齿接头7的外侧，套有刚性防护套筒10。

所述爆裂锥5前端尺寸大于滤水薄膜2，弹性橡胶密实圈6的竖直方向为不对称的椭圆形状，前端的直径尺寸大于滤水薄膜2的直径，弹性橡胶密实圈6的直径小于锚杆杆体4的直径，而竖轴尺寸大于锚杆杆体4的直径。

所述圆形锯齿接头7的接头内凹侧设计成锯齿形状，增大与钢管膨胀性锚杆8连接处的的咬合摩擦力，加强杆体的连接性能，避免杆体在连接处产生位移，可较精确确定钢管膨胀性锚杆8的位置，减小预期打入钢管膨胀性锚杆8位置发生偏差的可能性。

所述设计的进水孔3以滤水薄膜2为分界线，滤水薄膜2外的进水孔3直径大于滤水薄膜2内进水孔3的直径，在于考虑到滤水薄膜2外的颗粒物质可能较多，避免锚杆杆体4内部阻塞，无法发挥本发明的真正效用，所以外侧直径设计较大；而又因须避免因水量过大对锚杆杆体4本身的冲击，所以滤水薄膜内2的进水孔3直径设计较小，达到减缓锚杆杆体4内水流量的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.分段摩擦式锚杆，其特征在于包括：锚固端头（1）、滤水薄膜（2）、进水孔（3）、锚杆杆体（4）、爆裂锥（5）、弹性橡胶密实圈（6）、圆形锯齿接头（7）、钢管膨胀性锚杆（8）、中空排水孔（9）、刚性防护套筒（10），其中锚杆杆体（4）包括凹槽（4-1）、凸起（4-3）以及螺栓孔（4-2）；

锚杆前端的锚固端头（1）与锚杆杆体（4）相连，滤水薄膜（2）均匀布设于锚杆杆体（4）上，环绕于中空排水孔（9）的外侧，进水孔（3）穿过锚杆杆体（4）和滤水薄膜（2）等间距布设，内置于锚杆杆体（4）中，中空排水孔（9）位于锚杆杆体（4）的轴心中央；锚杆前端部分的锚杆杆体（4）尾部的凹槽（4-1）与下一个锚杆杆体（4）前端的凸起（4-3）咬合，在凹槽（4-1）和凸起（4-3）的螺栓孔（4-2）中旋入螺栓，进行前后的衔接；爆裂锥（5）较细一端与锚杆杆体（4）相连；爆裂锥（5）尾部设有圆形锯齿接头（7），用于和钢管膨胀性锚杆（8）衔接；爆裂锥（5）的外围绕有弹性橡胶密实圈（6），在弹性橡胶密实圈（6）与圆形锯齿接头（7）的外侧，套有刚性防护套筒（10）。

2.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：爆裂锥（5）前端尺寸大于滤水薄膜（2），弹性橡胶密实圈（6）的竖直方向为不对称的椭圆形状，前端的直径尺寸大于滤水薄膜（2）的直径，弹性橡胶密实圈（6）的直径小于锚杆杆体（4）的直径，而竖轴尺寸大于锚杆杆体（4）的直径。

3.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：锚杆前端的锚固端头（1）与锚杆杆体（4）为一体结构。

4.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：锚固端头（1）为实体结构，并且为在竖直方向不对称而水平方向对称的结构。

5.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：锚杆杆体（4）根据实际工况设置一个或多个以上。

6.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：采用弹性橡胶密实圈（6）对爆裂锥（5）在爆裂后产生的缝隙进行填补、密实。

7.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：圆形锯齿接头（7）的接头内凹侧设计成锯齿形状。

8.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：设计的进水孔（3）以滤水薄膜（2）为分界线，滤水薄膜（2）外的进水孔（3）直径大于滤水薄膜（2）内进水孔（3）的直径。

9.根据权利要求1所述的分段摩擦式锚杆，其特征在于：分段式摩擦锚杆的设计为分段锚杆。