CN110529161A - 一种隧道施工用自进式注浆锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道施工用自进式注浆锚杆，包括外钻杆、内钻杆、与内钻杆连接的止浆塞、与止浆塞连接的锚垫板、与锚垫板连接的螺母以及与螺母连接的堵浆塞，内钻杆包括第一钻头部和第一钻身部，外钻杆包括第二钻头部和第二钻身部，第二钻头部上安装有十字钻刀。本发明通过引用岩层缝隙中的水压，使隧道施工用自进式注浆锚杆在前进过程中维持住初始的平衡状态，有效避免了锚杆在行进过程中的角度偏移，提高了隧道施工质量。

Description

一种隧道施工用自进式注浆锚杆

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道施工用自进式注浆锚杆。

背景技术

在隧道施工中，锚杆支护作为隧道施工中的超前支护因其工艺简单、耗材少等优点而广泛的被采用。隧道超前支护，顾名思义就是在隧道施工中初次对开挖的岩层面进行支护，也俗称为“初支”。超前支护是属于初支中对山体或者地下的岩层面进行开挖支护，大部分情况下山体或者地下的岩层内均含有丰富的地下水，有甚者甚至出现泉涌的情况。

现有的锚杆超前支护施工时，地下水或者岩层内的缝隙所富含的水均通过沿锚杆径向自由流出，也有部分水在岩层塌落中自流。然而，锚杆尤其是自进式锚杆在初次进入岩层时，不可避免地会与大量的地下水或岩层缝隙内的水直接接触；一旦遭遇水压较高的情况，自进式锚杆向前行进时的前进角度会发生较大幅度的偏差，从而影响隧道施工的顺利进行和施工效率，究其原因主要如下：1、高水压无法及时泄压，并从径向和轴向方式直接作用于锚杆上，并导致锚杆晃动；2、现有的自进式锚杆不具有导向固定功能，高水压会堵塞以及作用于自进式锚杆的钻头处；当岩层层数较多，且多个岩层内均含有丰富的高压水时，自进式锚杆向前行进施工过程中受高水压影响前进角度出现偏差的几率更大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道施工用自进式注浆锚杆，欲最大程度减小锚杆向前行进施工过程中前进角度发生偏差的缺陷。

为达到上述目的，本发明的基础方案为：一种隧道施工用自进式注浆锚杆，包括内钻杆(1)、止浆塞(3)、锚垫板(4)、螺母(5)和堵浆塞(6)，其中内钻杆(1)右端从左往右依次连接有止浆塞(3)、锚垫板(4)、螺母(5)和堵浆塞(6)，其特征在于：所述内钻杆(1)由左部的第一钻头部(101)和右部的第一钻身部(102)同轴连接而成，且第一钻头部(101)左部沿周向均布有十字钻刀(7)；所述第一钻头部(101)上开有一个注浆孔(103)，该注浆孔与注浆通道(104)连通，而注浆通道(104)沿轴向开在第一钻身部(102)的中心处；所述内钻杆(1)外面以可拆卸方式套装有外钻杆(2)，该外钻杆为空心结构，并包括左边的第二钻头部(201)和右边的第二钻身部(202)；所述第二钻头部(201)外圆面的左端部沿周向均布有十字钻刀(7)，该第二钻头部的中心孔由左边的圆锥孔段和右边的圆柱孔段构成，圆锥孔段为喇叭口，并位于所述第一钻头部(101)外面；所述第二钻身部(202)左部沿轴向开有环形导水槽(206)，第二钻身部(202)的外壁上沿周向布置有排水孔(207)，这些排水孔沿第二钻身部(202)的径向设置，且所有排水孔(207)的内端与环形导水槽(206)连通。

本发明的发明点以及有益效果在于：现有技术中，自进式注浆锚杆均采用单层钻头，如本发明中的第一钻头部。而本发明采用了双层钻头的形式，也即第一钻头部和第二钻头部相结合后，共同构成自进式注浆锚杆的钻头，并在第二钻身部上设有环形导水槽和排水孔，且具有如下工作原理：

1、本发明在前进施工时，若遭遇高压水流，则通过第一钻身部与第二钻身部之间形成的锥形孔段、环形导水槽以及排水孔可对高压水流快速泄压，减小甚至消除了高压水流对自进式注浆锚杆的压力冲击，降低了自进式注浆锚杆因受高压水流冲击而产生径向跳动的可能性，避免其因受水压作用而产生前进角度偏移；

2、高压水流通过锥形孔段、环形导水槽以及排水孔，进至自进式注浆锚杆与岩层之间的缝隙中；由于水的流动性，水流可将第二钻身部与岩层之间的缝隙填满，既使本锚杆“悬浮”在水中，又使本锚杆在圆周方向上受到岩层均布的反作用力，有机协同地对本锚杆实现了导向，从而有效地保持了自进式注浆锚杆前进的前进角度；

3、在减弱甚至消除了高压水流的压力的同时，因高压水流的压力被卸载，避免了高压水流对第一钻头部和第二钻头部的压力冲刷，因此对自进式注浆锚杆本身也是一种有效的保护。

作为优选，所述排水孔(207)为倾斜孔，并朝右倾斜设置。倾斜孔一是能更快速地排水泄压，二是具有向左推动锚杆的趋势，这样又能更好地防止第一、二钻头剧烈晃动，从而更好地保持前进角度。虽然排水孔的倾斜孔结构在现有结构中非常常见，然而本案在此处设置的倾斜孔与高压水有机结合，在这一特定使用场合下具有特别好的快速排水及泄压优点，具有创造性。

作为优选设计，所述第二钻身部(202)外壁的左部设有倒钩状螺纹锚固段(203)，且所述排水孔(207)设在倒钩状螺纹锚固段(203)的螺旋槽(204)处。

作为优选，所述第一钻头部(101)从左往右依次为第一圆锥部、第一圆柱部、第二圆锥部和第二圆柱部，且第一钻头(101)左小、右大，第一圆锥部的左端为尖头结构；所述十字钻刀(7)沿周向均布在第一钻头部(101)的第一圆柱部，这些十字钻刀左端的尖头端不超过第一圆锥部左端的尖头结构；所述注浆孔(103)由左部的倾斜孔段和右部的中心盲孔段连接而成，其中：所述倾斜孔段朝左倾斜设置，并沿第一钻头部(101)第二圆锥部的周向均布，且倾斜孔段外端贯穿第一钻头部(101)第二圆锥部的外壁，倾斜孔段内端与中心盲孔段左端连接，该中心盲孔段右端贯穿第一钻头部(101)的右端。

采用上述结构，既能保证可靠地喷浆，又可以保证可靠地旋挖，并利用十字钻刀(7)保护第一钻头部(101)。

在本案中，所述第二钻头部(201)由左边的圆柱段和右边的圆弧段连接而成，而圆弧段左大、右小，该圆弧段具有弧形外壁(205)，且所述圆柱段上沿周向均布有十字钻刀(7)，该十字钻刀左端的尖头超过第二钻头部(201)的圆柱段左端；

所述第二钻头部(201)的锥形孔段位于第一钻头部(101)的第二圆锥部外面，而环形导水槽(206)的内壁与所述第一钻头部(101)的第二圆柱部外圆面平齐。

上述结构中，弧形外壁(205)与倒钩状螺纹锚固段(203)有机结合，能有效使本注浆锚杆能够在岩层中形成更加稳定的注浆帷幕。

为了便于连接和更换磨损部件，所述第一钻身部(102)左端的凸出部设有外螺纹，第一钻身部(102)通过该外螺纹与第一钻头部(101)右端部的内螺纹连接，而第一钻身部(102)通过外螺纹与所述第二钻身部(202)上的内螺纹连接。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中外钻杆和内钻杆的结构示意图；

图3是图1中排水孔的局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1、图2和图3所示：一种隧道施工用自进式注浆锚杆，包括内钻杆1、外钻杆2、止浆塞3、锚垫板4、螺母5以及堵浆塞6。所谓自进式注浆锚杆，即前端带有钻头结构，施工前不需要单独打孔。内钻杆1包括第一钻头部101和第一钻身部102，第一钻头部101位于第一钻身部102左侧，这两部分以可拆卸方式同轴连接。在本案中，第一钻身部102左端的凸出部设有外螺纹，第一钻身部102通过该外螺纹与第一钻头部101右端部的内螺纹连接，以便于拆、装。第一钻头部101从左往右依次为第一圆锥部、第一圆柱部、第二圆锥部和第二圆柱部，且第一钻头部101左小、右大，第一圆锥部的左端为尖头结构，并用于钻孔。其中，第一钻头部101的第一圆柱部固设有攻岩石用的十字钻刀7，十字钻刀7为外购件，并沿第一圆柱部的周向均布，且十字钻刀7左端的尖头端不超过第一圆锥部左端的尖头结构，这样就能有效地协助第一圆锥部左端的尖头结构进行钻孔，并能有效保护该尖头结构。

第一钻头部101上设有注浆孔103，该注浆孔103由左部的倾斜孔段和右部的中心盲孔段连接而成。其中：所述倾斜孔段朝左倾斜设置，并沿第一钻头部101的第二圆锥部的周向均布，且倾斜孔段外端贯穿第一钻头部101的第二圆锥部的外壁，倾斜孔段内端与中心盲孔段左端连接，该中心盲孔段右端贯穿第一钻头部101的右端。所述中心盲孔段与注浆通道104连通，该注浆通道104沿轴向开在第一钻身部102的中心处。

如图1、图2和图3所示：外钻杆2包括第二钻头部201和第二钻身部202，这两部分均为空心结构，并为整体式结构。第二钻头部201由左边的圆柱段和右边的圆弧段连接而成，而圆弧段左大、右小，且圆弧段具有弧形外壁205。第二钻头部201的圆柱段上沿周向均布攻岩石用的十字钻刀7，该十字钻刀7左端的尖头超过第二钻头部201的圆柱段左端，这些十字钻刀7与第一钻头部101相配合完成旋挖，并能有效保护第二钻头部201。第二钻头部201的中心孔为两段式结构，并由左边的锥形孔段和右边的圆柱孔段构成，其中锥形孔段左大、右小，且锥形孔段右端位于第二钻头部201的圆弧段处。

第二钻身部202外壁的左部设有倒钩状螺纹锚固段203，倒钩状螺纹锚固段203可进一步增大自进式注浆锚杆与岩层的锚固力。由于在注水泥浆时，水泥浆可填充至倒钩状螺纹锚固段203内，增大了水泥浆与第二钻身部202的粘接面积，从而使第二钻身部202与岩层粘接的更加稳定。第二钻身部202上沿轴向开有环形导水槽206，第二钻身部202的外壁上沿周向布置有排水孔207，该排水孔207沿第二钻身部202的径向设置，且排水孔207内端与环形导水槽206连通。在本案中，排水孔207设在倒钩状螺纹锚固段203的螺旋槽204处。作为优选，排水孔207并非垂直于第二钻身部202的轴线方向，而是倾斜设置，且排水孔207朝右倾斜设置。

第二钻身部202右端从左往右依次连接有止浆塞3、锚垫板4、螺母5以及堵浆塞6，其连接方式与现有技术完全相同，在此不做赘述。止浆塞3、锚垫板4、螺母5以及堵浆塞6为自进式注浆锚杆在具体使用时所必备的部件，属于现有公知技术。第二钻身部202内壁上的内螺纹与第一钻身部102外壁上的外螺纹相匹配，从而可以将外钻杆2以可拆卸方式套装在内钻杆1外面，从而形成完整的自进式注浆锚杆,并由第一钻头部101和第二钻头部201共同完成自进式注浆锚杆的旋挖前进工序。装配好后，所述第二钻头部201的锥形孔段位于第一钻头部101的第二圆锥部外面，而环形导水槽206的内壁与所述第一钻头部101的第二圆柱部外圆面平齐。

如图1、图2和图3所示：待本案与外部的注浆机连接设置后，施工时水泥浆通过注浆通道104进入到第一钻头部101上设置的注浆孔103内，并从注浆孔103喷出完成注浆过程。当自进式注浆锚杆前进时遇到多岩层之间的夹缝高水压时，高压水流被第二钻头部201的锥形孔段有效聚集，并快速进入环形导水槽206内，最后通过排水孔207快速排出，且流入第二钻身部202与岩层之间的夹缝中。采用上述设计，第一钻头部101的造型设计能避免高水压长时间地直接作用，防止第一钻头部101剧烈抖动；第二钻头部201的锥形孔段能有效聚集高水压，并将聚集的高水压引入环形导水槽206内，最终通过排水孔207快速排出，这样就将轴向移动的高水压转变成径向移动的低水压，这一转变过程大量消耗了能量，实现了快速泄压。快速泄压的过程中避免了高水压长时间轴向作用于锚杆上，有效降低了旋转的整根锚杆晃动程度，最大程度地保持了锚杆的前进角度。从排水孔207排出的水位于锚杆与岩层之间，并直接作用于岩层，这样不仅能使锚杆处于“悬浮”状态，而且锚杆在水的反作用力下在圆周方向保持平衡，这样又能进一步降低锚杆的晃动程度，进一步减小锚杆向前行进施工过程中前进角度发生偏差。并且，本案中的排水孔207为倾斜孔，这样又能更加快速地泄压，还有向左顶锚杆的趋势，这样又能进一步保持锚杆的前进角度。虽然排水孔207的倾斜孔结构在现有结构中非常常见，然而本案在此处设置倾斜孔与高压水有机结合，在这一特定使用场合下具有特别好的快速排水及泄压优点，具有创造性。

另外，水泥浆可以通过环形导水槽206以及排水孔207，进入到第二钻身部202与岩层之间的夹缝中，进而使本注浆锚杆能够在岩层中形成更加稳定的注浆帷幕。水泥浆也可以通过弧形外壁205顺流至倒钩状螺纹锚固段203处，弧形外壁205一方面增大了第二钻头部201与岩层的受力粘接面，另一方面当环形导水槽206或者排水孔207发生堵塞时，岩层缝隙中的水或者水泥浆也可以通过弧形外壁205顺流至第二钻身部202与岩层之间的夹缝中，从而进一步保持锚杆的前进角度。

综上所述，本锚杆采用内、外钻杆可拆卸连接，便于更换磨损部件。同时，内、外钻杆的结构设具有如下作用：1、将轴向移动的高压水快速转换成径向移动，不仅实现了快速泄压，而且对锚杆具有“悬浮式”的前置导向作用，这样就将高压水由不利因素转换成有利因素，最终通过快速泄压+导向作用有机结合和协同，从而最大程度减小锚杆的前进角度偏差角度，保证了施工进度和效率。上述前置导向作用并非通过单独设置导向结构实现，也与现有技术中常在后端注浆机上设置导向结构的形式完全不同。另外，外钻杆的弧形外壁205+倒钩状螺纹锚固段203与环形导水槽206+排水孔207相互结合，既能形成更加稳定的注浆帷幕，又能更进一步保持锚杆的前进角度，从而使本锚杆形成一个有机配合、协同的有机整体，共同实现最大程度减小锚杆向前行进施工过程中前进角度发生偏差的目的。

以上所述的仅是本发明的优化实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种隧道施工用自进式注浆锚杆，包括内钻杆(1)、止浆塞(3)、锚垫板(4)、螺母(5)和堵浆塞(6)，其中内钻杆(1)右端从左往右依次连接有止浆塞(3)、锚垫板(4)、螺母(5)和堵浆塞(6)，其特征在于：所述内钻杆(1)由左部的第一钻头部(101)和右部的第一钻身部(102)同轴连接而成，且第一钻头部(101)左部沿周向均布有十字钻刀(7)；所述第一钻头部(101)上开有一个注浆孔(103)，该注浆孔与注浆通道(104)连通，而注浆通道(104)沿轴向开在第一钻身部(102)的中心处；所述内钻杆(1)外面以可拆卸方式套装有外钻杆(2)，该外钻杆为空心结构，并包括左边的第二钻头部(201)和右边的第二钻身部(202)；所述第二钻头部(201)外圆面的左端部沿周向均布有十字钻刀(7)，该第二钻头部的中心孔由左边的圆锥孔段和右边的圆柱孔段构成，圆锥孔段为喇叭口，并位于所述第一钻头部(101)外面；所述第二钻身部(202)左部沿轴向开有环形导水槽(206)，第二钻身部(202)的外壁上沿周向布置有排水孔(207)，这些排水孔沿第二钻身部(202)的径向设置，且所有排水孔(207)的内端与环形导水槽(206)连通。

2.根据权利要求1所述的一种隧道施工用自进式注浆锚杆，其特征在于：所述排水孔(207)为倾斜孔，并朝右倾斜设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种隧道施工用自进式注浆锚杆，其特征在于：所述第二钻身部(202)外壁的左部设有倒钩状螺纹锚固段(203)，且所述排水孔(207)设在倒钩状螺纹锚固段(203)的螺旋槽(204)处。

4.根据权利要求1所述的一种隧道施工用自进式注浆锚杆，其特征在于：所述第一钻头部(101)从左往右依次为第一圆锥部、第一圆柱部、第二圆锥部和第二圆柱部，且第一钻头(101)左小、右大，第一圆锥部的左端为尖头结构；所述十字钻刀(7)沿周向均布在第一钻头部(101)的第一圆柱部，这些十字钻刀左端的尖头端不超过第一圆锥部左端的尖头结构；所述注浆孔(103)由左部的倾斜孔段和右部的中心盲孔段连接而成，其中：所述倾斜孔段朝左倾斜设置，并沿第一钻头部(101)第二圆锥部的周向均布，且倾斜孔段外端贯穿第一钻头部(101)第二圆锥部的外壁，倾斜孔段内端与中心盲孔段左端连接，该中心盲孔段右端贯穿第一钻头部(101)的右端。

5.根据权利要求1所述的一种隧道施工用自进式注浆锚杆，其特征在于：所述第二钻头部(201)由左边的圆柱段和右边的圆弧段连接而成，而圆弧段左大、右小，该圆弧段具有弧形外壁(205)，且所述圆柱段上沿周向均布有十字钻刀(7)，该十字钻刀左端的尖头超过第二钻头部(201)的圆柱段左端；

所述第二钻头部(201)的锥形孔段位于第一钻头部(101)的第二圆锥部外面，而环形导水槽(206)的内壁与所述第一钻头部(101)的第二圆柱部外圆面平齐。

6.根据权利要求1所述的一种隧道施工用自进式注浆锚杆，其特征在于：所述第一钻身部(102)左端的凸出部设有外螺纹，第一钻身部(102)通过该外螺纹与第一钻头部(101)右端部的内螺纹连接，而第一钻身部(102)通过外螺纹与所述第二钻身部(202)上的内螺纹连接。