CN110486070A - 一种隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构 - Google Patents
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Abstract
一种隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，包括位于隧道或涵洞的内壁上的锚杆‑格构梁的组合体（1），在隧道或涵洞的内壁对应的边坡切脚处浇筑有砂浆砌筑体（2），锚杆‑格构梁的组合体（1）之间喷混凝土（3）；混凝土（3）中开设有排水孔（4）。将锚杆‑格构梁的组合体定位在隧道或涵洞的内壁上，并且之间喷混凝土，使得混凝土、格构梁之间通过预应力锚杆形成有效的整体结合，体现出更高的整体强度；那么当倾斜固定在边坡上后，相互间不易脱落和移位；因而可获得较好的抗震性能、稳定性差和抗倾覆能力。
Description
技术领域
本发明涉及隧道或涵洞的施工领域，具体来讲是一种利用预应力锚杆的施工结构。
背景技术
预应力锚杆是隧道或涵洞当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身，现在预应力锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡、隧道和坝体进行主体加固，预应力锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入岩层中，整根预应力锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将预应力锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对预应力锚杆施加预应力。
经过检索发现，专利号CN201110095597.9的发明专利公开了一种框架预应力锚杆加固重力式挡墙支护结构，其结构中的预应力锚杆穿过横梁与立柱的交叉部位、重力式挡墙嵌固于被加固土体内部，在预应力锚杆的锚固段周围包裹水泥砂浆，在预应力锚杆的自由段上涂覆有一层防腐材料，在防腐材料之外套装塑料套管，锚头将预应力锚杆的端部锚定在横梁与立柱的交叉部位；其方法生物步骤为：制作和施工预应力锚杆；浇注压顶冠梁、立柱和横梁；用锚具将与预应力锚杆紧固连接的锚头锁死；按照此步骤施工下一个工作面的预应力锚杆和横梁、立柱，并完成各层预应力锚杆的张拉与锚固；浇注基础桩。
专利号CN201721735626.2的专利提供了一种树根式锚固体预应力锚杆施工装置，包括空心钢花管、橡胶高压止浆塞和螺纹锚固钢筋，空心钢花管前端为尖头，橡胶高压止浆塞设于空心钢花管尾段内，螺纹锚固钢筋穿过橡胶高压止浆塞同轴安装于空心钢花管内，空心钢花管的管壁上开有若干透浆眼；橡胶高压止浆塞处对称设有两组相互平行、用于卡紧螺纹锚固钢筋的钢筋钉栓。
专利号CN201620177500.7的专利公开了一种小直径全断面隧道掘进机锚杆钻机系统。该锚杆钻机系统包括固定在全断面隧道掘进机内凯或主梁上的滑动轨道，可滑动底座，两个结构相同且沿小直径全断面隧道掘进机中心轴线左右对称设置的锚杆钻机，以及将锚杆钻机铰接到底座上的连杆结构，该连杆结构由大臂总成、大臂油缸、小臂总成和小臂油缸组成。
以往，对公路及建筑边坡的支护结构多采用重力式挡墙。重力式挡墙的做法可以采用毛石砌筑，也可以采用素混凝土浇筑而成，此种方法主要依靠挡墙的自重和刚度来抵抗墙后土体的侧压力。
现有技术中的利用预应力锚杆的施工结构的缺点在于：自重大；刚度大，抗震性能差；整体稳定性差，抗倾覆能力不足。因此，经常出现隧道或涵洞倾覆和滑移的情况，影响工程设施的安全，这时隧道或涵洞则必须进行加固。
现有技术中的预应力锚杆的缺点在于：长度固定且安装复杂、防腐性能不好和承压能力弱。
现有技术中的锚杆钻机的缺点在于：灵活性差，即使经改进安装以后，由于锚杆钻机B安装位置距离隧道或涵洞的中心较远，钻机长度较长，在轨道内无法回转；体积大、结构复杂、在结构安装、电气调配、人员操控等方面尚未形成有机整体。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构；包括位于隧道或涵洞的内壁上的锚杆-格构梁的组合体（1），在隧道或涵洞的内壁对应的边坡切脚处浇筑有砂浆砌筑体（2），锚杆-格构梁的组合体（1）之间喷混凝土（3）；混凝土（3）中开设有排水孔（4）；锚杆-格构梁的组合体（1）整体为矩形布设，其中预应力锚杆（5）和格构梁各自的间距为2.5m、排距2.5m，格构梁嵌入隧道或涵洞的内壁20cm；预应力锚杆（5）包括预应力锚杆段和锚头段，通过锚杆钻机（B）螺旋钻入隧道或涵洞的内壁中；预应力锚杆（5）沿隧道或涵洞的内壁梅花形布设，入射角度20度钻孔直径90mm，M30水泥砂浆充填；混凝土（3）为10cm厚的C20混凝土；排水孔（4）为∅60孔，排水孔（4）内插∅50PVC排水花管，管口伸出开挖面15cm，排水孔（4）的内部设置过滤土工布包头（7）。
本发明具有如下优点：
一、本发明的预应力锚杆的施工结构，将锚杆-格构梁的组合体1定位在隧道或涵洞的内壁上，并且之间喷混凝土3，使得混凝土3、格构梁之间通过预应力锚杆形成有效的整体结合，体现出更高的整体强度；那么当倾斜固定在边坡上后，相互间不易脱落和移位；因而可获得较好的抗震性能、稳定性差和抗倾覆能力。具体优点如下；
优点（1）本发明包括位于隧道或涵洞的内壁上的锚杆-格构梁的组合体，在隧道或涵洞的内壁对应的边坡切脚处浇筑有砂浆砌筑体（高5.0m，顶宽0.5m，采用贴坡方式进行支护），锚杆-格构梁的组合体之间喷混凝土（规格为10cm厚C20混凝土）；混凝土中开设有排水孔。本发明改进之后，将锚杆-格构梁的组合体定位在隧道或涵洞的内壁上，并且之间喷混凝土，使得混凝土、格构梁之间通过预应力锚杆形成有效的整体结合，体现出更高的整体强度；那么当倾斜固定在边坡上后，相互间不易脱落和移位；因而可获得较好的抗震性能、稳定性差和抗倾覆能力。
优点（2）锚杆-格构梁的组合体整体为矩形布设，其中预应力锚杆和格构梁各自的间距为2.5m、排距2.5m，格构梁嵌入隧道或涵洞的内壁20cm；预应力锚杆5规格为25@2.5×2.5m，L＝9.0m沿隧道或涵洞的内壁梅花形布设，入射角度20度钻孔直径90mm，M30水泥砂浆充填。
优点（3）排水孔规格为φ60@2.5×2.5m，L＝3m，排水孔内插φ50PVC花管，管口伸出开挖面15cm，排水孔的内部设置过滤土工布包头，通过过滤土工布包头实现过滤能力。
二、本发明的预应力锚杆（5）具有结构简单可靠、适应各类施工环境，具有双重防腐性能和承压强等优点，具体优点体现为：
优点（1）锚杆体外表面设有锚杆外螺纹，中位环内壁设有内环螺纹，连接套内壁设有连接螺纹，内环螺纹、连接螺纹都和锚杆外螺纹互为配套设置，通过旋转中位环可灵活调节位置，通过连接套可根据施工实际情况选择不同长度规格的锚杆体互相套接，结构简单使用方便以满足各类施工要求。
优点（2）锚杆体轴向贯穿护套管内部中心位置，且护套管内壁与锚杆体表面之间设有1.5-3mm间隙，护套管表面设有注油孔并贯穿至护套管内壁，通过护套管对一段锚杆体隔离，通过注油孔向护套管内部注入黄油或是防腐隔离剂。
优点（3）涨壳锚头包括连接体和涨壳体，涨壳体呈倾斜设置在连接体一端，将预应力锚杆送入孔部位置后，向后拉涨壳锚头就会与围岩形成摩擦力进一步增加锚体承压能力。
三、本发明的锚杆钻机B具有钻进动力头系统、变幅机构、履带行走机构和泵站系统；锚杆钻机包括锚杆钻机的钻进动力头、变幅机构、履带行走机构、泵站。可打水平/垂直向上和一定仰角的预应力锚杆孔；钻孔速度为2m/min；可爬12°的斜坡。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明施工结构整体实施示意图；
图2是本发明中预应力锚杆格构梁平面示意图；
图3是本发明贴坡墙标准断面图；
图4是本发明预应力锚杆结构示意图；
图5是本发明中位环结构示意图；
图6是本发明张壳锚头结构示意图；
图7是本发明连接套结构示意图；
图8是本发明整体立面示意图；
图9是本发明整体侧面示意图；
图10是本发明整体俯视示意图。
图中所示：锚杆-格构梁的组合体1；砂浆砌筑体2；喷混凝土3；排水孔4；预应力锚杆5；拉杆6；过滤土工布包头7；锚杆体501；涨壳锚头5011；连接体50111；涨壳体50112；锚杆外螺纹5012；锁紧螺母502；支承垫板503；止浆塞504；中位环505；内环螺纹5051；排气管506；护套管507；注油孔5071；注浆管508；连接套509；连接螺纹5091；进给马达总成B1；轴向柱塞马达B2；动力头减速箱B3；液压卡盘B4；动力头滑座B5；变幅机构导轨连接座B6；钻杆B7；进给导轨B8；进给链条B9；链轮总成B10；夹持器B11；防尘罩B12；剖分式轴承座B13；动臂B14；调高油缸B15；折叠定位座B16；回转平台B17；回转轴承组件B18；履带底盘框架B19；履带板B20；履带驱动减带机马达B21；平台折叠定位板B22；俯仰油缸B23；俯仰调节机构B24；泵站总装B25。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明通过改进在此提供一种隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，如图1-图3所示，包括位于隧道或涵洞的内壁上的锚杆-格构梁的组合体1，在隧道或涵洞的内壁对应的边坡切脚处浇筑有砂浆砌筑体2（高5.0m，顶宽0.5m，采用贴坡方式进行支护），锚杆-格构梁的组合体1之间喷混凝土3（规格为10cm厚C20混凝土）；混凝土3中开设有排水孔4。本发明改进之后，将锚杆-格构梁的组合体1定位在隧道或涵洞的内壁上，并且之间喷混凝土3，使得混凝土3、格构梁之间通过预应力锚杆形成有效的整体结合，体现出更高的整体强度；那么当倾斜固定在边坡上后，相互间不易脱落和移位；因而可获得较好的抗震性能、稳定性差和抗倾覆能力。
另外，如图2所示，锚杆-格构梁的组合体1整体为矩形布设，其中预应力锚杆5和格构梁各自的间距为2.5m、排距2.5m，格构梁嵌入隧道或涵洞的内壁20cm；预应力锚杆5沿隧道或涵洞的内壁梅花形布设，入射角度20度钻孔直径90mm，M30水泥砂浆充填。
其中，排水孔4规格为φ60@2.5×2.5m，L＝3m，排水孔4内插φ50PVC花管，管口伸出开挖面15cm，排水孔4的内部设置过滤土工布包头7，通过过滤土工布包头7实现过滤能力。
预应力锚杆5，如图4-7所示，包括锚杆体501和涨壳锚头5011，锚杆体501表面安装有锁紧螺母502、支承垫板503、止浆塞504、中位环505、排气管506、护套管507、注浆管508和连接套509，锁紧螺母502呈垂直嵌套在锚杆体501一端并通过螺纹连接，支承垫板503呈水平设置在锁紧螺母502一侧，且支承垫板503与锚杆体502相连接，止浆塞504呈水平设置在支承垫板503一侧并嵌套在锚杆体501表面，止浆塞504与锚杆体501通过螺纹连接，两个中位环505呈水平设置在止浆塞504一侧，且中位环505嵌套锚杆体501表面，护套管507嵌套设置在两个中位环505之间，护套管507与中位环505紧密贴合，连接套509嵌套设置在锚杆体另一端并通过螺纹连接，涨壳锚头5011呈水平设置在连接套509一侧并嵌套设置在锚杆体501一端，涨壳锚头5011与锚杆体501通过螺纹连接。
注浆管508呈水平设置在锚杆体501一侧，且注浆管508依次贯穿连通中位环505、止浆塞504和支承垫板503，排气管506呈水平设置在锚杆体501另一侧，且排气管506依次贯穿连通中位环505、止浆塞504和支承垫板503，注浆管508是一根长度略小于锚杆体501的中空长管确保注浆饱满提高工程质量，排气管506是一根中空短管，当注浆时排出预应力锚杆孔内的空气。
锚杆体501外表面设有锚杆外螺纹5012，中位环505内壁设有内环螺纹5051，连接套509内壁设有连接螺纹5091，内环螺纹5051、连接螺纹5091都和锚杆外螺纹5012互为配套设置，通过旋转中位环505可灵活调节位置，通过连接套509可根据施工实际情况选择不同长度规格的锚杆体501互相套接，结构简单使用方便以满足各类施工要求。
锚杆体501轴向贯穿护套管507内部中心位置，且护套管507内壁与锚杆体501表面之间设有1.5-3mm间隙，护套管507表面设有注油孔5071并贯穿至护套管507内壁，通过护套管507对一段锚杆体501隔离，通过注油孔5071向护套管507内部注入黄油或是防腐隔离剂。
涨壳锚头5011包括连接体50111和涨壳体50112，涨壳体50112呈倾斜设置在连接体50111一端，将预应力锚杆5送入孔部位置后，向后拉，涨壳锚头5011就会产生滑动，并与围岩形成摩擦力进一步增加锚体承压能力。
预应力锚杆5的工作原理：用钻孔机B在岩层上钻出比预应力锚杆5最大直径稍大一点的钻孔，然后将护套管506、中位环505、止浆塞504、支承垫板503、锁紧螺母502依次嵌套设置在锚杆体501一端，在根据施工现场情况再选择一根锚杆体501并通过连接套509与之前的锚杆体501套接，再将排气管506、注浆管508安装好并通过注油孔5071注入黄油或者防腐隔离剂，然后将安装好的预应力锚杆5插入钻孔内，通过注浆管508往钻孔注入水泥浆体，浆体慢慢充满钻孔并把空气积压经排气管506排出，当浆体饱满后经止浆塞504堵住通过排气管506流出停止注浆，待浆体在钻孔内与锚杆体和涨壳锚头固结形成锚固区，护套管507将一段锚杆体501与浆体隔离形成自由区，并注入有黄油提高防腐性能，等浆体固结期限过后将支承垫板503紧贴岩壁通过扭力扳手将锁紧螺母502锁紧，拉紧自由区锚杆体501给预应力锚杆施加预应力最终完成施工要求。
锚杆钻机B，如图8-图10所示，具有钻进动力头系统、变幅机构、履带行走机构和泵站系统。
其中，钻进动力头系统包括进给马达总成B1、轴向柱塞马达B2、动力头减速箱B3、液压卡盘B4以及动力头滑座B5。其中，变幅机构包括变幅机构导轨连接座B6、钻杆B7、进给导轨B8、进给链条B9、链轮总成B10以及剖分式轴承座B13。其中，履带行走机构包括履带底盘框架B19、履带板B20、履带驱动减带机马达B21以及平台折叠定位板B22。其中，泵站系统包括俯仰油缸B23、俯仰调节机构B24、泵站总装B25。
进给马达总成B1、轴向柱塞马达B2、动力头减速箱B3、液压卡盘B4以及动力头滑座B5整体位于进给导轨B8的端部，轴向柱塞马达B2与动力头减速箱B3连接，动力头减速箱B3通过动力头滑座B5固定在进给导轨B8上，动力头减速箱B3的输出端通过液压卡盘B4与钻杆B7连接。
变幅机构导轨连接座B6固定在进给导轨B8的下端面，进给马达总成B1通过进给链条B9与链轮总成B10形成连接。
该锚杆钻机B具有夹持器B11和防尘罩B12；夹持器B11和防尘罩B12分别位于在进给导轨B8上，钻杆B7的另一端穿插在夹持器B11中，且防尘罩B12对应于钻杆B7的一端端部。
变幅机构导轨连接座B6的下端通过俯仰调节机构B24与动臂B14连接，动臂B14中具有调高油缸B15和俯仰油缸B23；俯仰油缸B23的端头与变幅机构导轨连接座B6连接，动臂B14通过平台折叠定位板B22固定在回转平台B17上；动臂B14的端部通过剖分式轴承座B13连接在回转平台B17上。
锚杆钻机B包括锚杆钻机B的钻进动力头、变幅机构、履带行走机构、泵站。隧道或涵洞用履带式全液压可打水平/垂直向上和一定仰角的孔；钻孔速度为2m/min；可爬12°斜坡。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：包括位于隧道或涵洞的内壁上的锚杆-格构梁的组合体（1），在隧道或涵洞的内壁对应的边坡切脚处浇筑有砂浆砌筑体（2），锚杆-格构梁的组合体（1）之间喷混凝土（3）；混凝土（3）中开设有排水孔（4）；
锚杆-格构梁的组合体（1）整体为矩形布设，其中预应力锚杆（5）和格构梁各自的间距为2.5m、排距2.5m，格构梁嵌入隧道或涵洞的内壁20cm；预应力锚杆（5）包括预应力锚杆段和锚头段，通过锚杆钻机（B）螺旋钻入隧道或涵洞的内壁中；预应力锚杆（5）沿隧道或涵洞的内壁梅花形布设，入射角度20度钻孔直径90mm，M30水泥砂浆充填；混凝土（3）为10cm厚的C20混凝土；排水孔（4）为∅60孔，排水孔（4）内插∅50PVC排水花管，管口伸出开挖面15cm，排水孔（4）的内部设置过滤土工布包头（7）。
2.根据权利要求1所述的隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：预应力锚杆（5）包括锚杆体（501）和涨壳锚头（5011），所述锚杆体（501）表面安装有锁紧螺母（502）、支承垫板（503）、止浆塞（504）、中位环（505）、排气管（506）、护套管（507）、注浆管（508）和连接套（509），所述锁紧螺母（502）呈垂直嵌套在锚杆体（501）一端并通过螺纹连接，所述支承垫板（503）呈水平设置在锁紧螺母（502）一侧，且所述支承垫板（503）与锚杆体（502）相连接，所述止浆塞（504）呈水平设置在支承垫板（503）一侧并嵌套在锚杆体（501）表面，所述止浆塞（504）与锚杆体（501）通过螺纹连接，所述两个中位环（505）呈水平设置在止浆塞（504）一侧，且所述中位环（505）嵌套锚杆体（501）表面，所述护套管（507）嵌套设置在两个中位环（505）之间，所述护套管（507）与中位环（505）紧密贴合，所述连接套（509）嵌套设置在锚杆体另一端并通过螺纹连接，所述涨壳锚头（5011）呈水平设置在连接套（509）一侧并嵌套设置在锚杆体（501）一端，所述涨壳锚头（5011）与锚杆体（501）通过螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：所述注浆管（508）呈水平设置在锚杆体（501）一侧，且所述注浆管（508）依次贯穿连通中位环（505）、止浆塞（504）和支承垫板（503），所述排气管（506）呈水平设置在锚杆体（501）另一侧，且所述排气管（506）依次贯穿连通中位环（505）、止浆塞（504）和支承垫板（503）；
所述锚杆体（501）外表面设有锚杆外螺纹（5012），所述中位环（505）内壁设有内环螺纹（5051），所述连接套（509）内壁设有连接螺纹（5091），所述内环螺纹（5051）、连接螺纹（5091）都和锚杆外螺纹（5012）互为配套设置；
所述锚杆体（501）轴向贯穿护套管（507）内部中心位置，且护套管（507）内壁与锚杆体（501）表面之间设有1.5-3mm间隙，所述护套管（507）表面设有注油孔（5071）并贯穿至护套管（507）内壁；
所述涨壳锚头（5011）包括连接体（50111）和涨壳体（50112），所述涨壳体（50112）呈倾斜设置在连接体（50111）一端。
4.根据权利要求1所述的隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：所述锚杆钻机（B）具有钻进动力头系统、变幅机构、履带行走机构和泵站系统；其中，钻进动力头系统包括进给马达总成（B1）、轴向柱塞马达（B2）、动力头减速箱（B3）、液压卡盘（B4）以及动力头滑座（B5）；其中，变幅机构包括变幅机构导轨连接座（B6）、钻杆（B7）、进给导轨（B8）、进给链条（B9）、链轮总成（B10）以及剖分式轴承座（B13）；其中，履带行走机构包括履带底盘框架（B19）、履带板（B20）、履带驱动减带机马达（B21）以及平台折叠定位板（B22）；其中，泵站系统包括俯仰油缸（B23）、俯仰调节机构（B24）、泵站总装（B25）；所述进给马达总成（B1）、轴向柱塞马达（B2）、动力头减速箱（B3）、液压卡盘（B4）以及动力头滑座（B5）整体位于进给导轨（B8）的端部，轴向柱塞马达（B2）与动力头减速箱（B3）连接，动力头减速箱（B3）通过动力头滑座（B5）固定在进给导轨（B8）上，动力头减速箱（B3）的输出端通过液压卡盘（B4）与钻杆（B7）连接。
5.根据权利要求4所述的隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：变幅机构导轨连接座（B6）固定在进给导轨（B8）的下端面，进给马达总成（B1）通过进给链条（B9）与链轮总成（B10）形成连接。
6.根据权利要求4所述的隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：锚杆钻机（B）具有夹持器（B11）和防尘罩（B12）；夹持器（B11）和防尘罩（B12）分别位于在进给导轨（B8）上，钻杆（B7）的另一端穿插在夹持器（B11）中，且防尘罩（B12）对应于钻杆（B7）的一端端部。
7.根据权利要求4所述的隧道或涵洞工程用的预应力锚杆的施工结构，其特征在于：变幅机构导轨连接座（B6）的下端通过俯仰调节机构（B24）与动臂（B14）连接，动臂（B14）中具有调高油缸（B15）和俯仰油缸（B23）；俯仰油缸（B23）的端头与变幅机构导轨连接座（B6）连接，动臂（B14）通过平台折叠定位板（B22）固定在回转平台（B17）上；动臂（B14）的端部通过剖分式轴承座（B13）连接在回转平台（B17）上。
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