CN110763178B - 一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置 - Google Patents

Abstract

一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，包括外筒组件，所述外筒组件包括外筒，在外筒的两端套设有密封圈，在外筒内设置有活塞，活塞安装在中空拉杆上，中空拉杆伸出外筒端部与钢丝连接，在钢丝对应的外筒端部设置有注胶孔，注胶孔上设置有注胶孔盖，外筒周向均匀设置有若干排排胶孔，排胶孔上设置有排胶孔盖板，排胶孔盖板与外筒之间设置有复位装置。其结构简单，成本低廉，锚固强度高，且不易受环境限制。

Description

一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，适用于岩体工程中原位测量深部岩层运动的位移，具体地说涉及的一种钻孔多点位移计的锚固装置，为现场施工和监测预警提供准确信息。

背景技术

钻孔式多点位移计广泛用于岩土工程中，用以监测钻孔内部岩土体运动位移的一种原位测量装置。钻孔多点位移计主要由孔内锚固装置、测线和孔外监测装置组成。现场测量试验时，首先将锚固装置连上测线利用推送杆将其送入钻孔内指定位置进行锚固，之后，将测线拉直用孔外监测装置进行实时监测，从而获得岩体内部的运移规律。

目前钻孔多点位移计的孔内锚固装置主要有注浆式、弹片式、液压式等。注浆式锚固装置是利用注浆法，实现锚固装置和围岩体的固定，注浆完成后锚固端和岩体便能完全胶结形成整体，但是，此锚固形式的锚固效果受制于注浆饱满问题和环境因素。弹片式也就是倒爪型结构的锚固装置，其优点是工艺简单，制造成本低，但是，仅依靠弹片和岩体接触提供的锚固力有限，并且长时间测试时钻孔易变形，使得锚固效果大打折扣，造成测量数据不可靠。液压式锚固装置锚固效果好且不受环境限制，但是其本身结构较复杂，安装难度大，并且对制作工艺要求高，使得测试成本远高于其它锚固形式。

发明内容

为了利用多点位移计简单、精确的测得钻孔内岩体位移变化，针对现有多点位移锚固装置优缺点，亟需在现有锚固方式的基础上，研制出锚固效果好、成本低、且不易受环境因素限制。

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，其结构简单，成本低廉，锚固强度高，且不易受环境限制的钻孔多点位移计锚固装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，包括外筒组件，所述外筒组件包括外筒，在外筒的两端套设有密封圈，在外筒内设置有活塞，活塞安装在中空拉杆上，中空拉杆伸出外筒端部与钢丝连接，在钢丝对应的外筒端部设置有注胶孔，注胶孔上设置有注胶孔盖，外筒周向均匀设置有若干排排胶孔，排胶孔上设置有排胶孔盖板，排胶孔盖板与外筒之间设置有复位装置。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述密封圈为环形橡胶圈。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述中空拉杆为中空拉杆。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述中空拉杆与活塞为螺纹连接。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述复位装置为弹簧，弹簧一端嵌设在外筒上，另一端固定在排胶孔盖板上。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述中空拉杆端部设置有拉环，钢丝连接到拉环上。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述外筒的另一端设置有通孔，通孔的中心线与中空拉杆的中心线在同一直线上。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述注胶孔至少设置2个。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述每排排胶孔至少设置4个，相邻排排胶孔沿外筒轴向交错设置或者沿同一直线设置。

上述钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，所述外筒组件至少依次设置两组，底部外筒组件的钢丝依次穿过相邻外筒通孔及中空拉杆伸出到最㳀部外筒组件的钢丝处。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 本发明所述的锚固装置，其内腔储料空间大，且装置前后两端设置的环形橡胶圈提供了特定的胶结空间，与传统注浆锚固方式相比，既能保证注浆充分，又能避免浆液外漏造成的资源浪费。

2. 本发明中选用的粘结剂为膨胀性粘结剂，浆液膨胀所提供的膨胀力和间接增加的摩擦力不仅增强锚固效果，而且能避免受水对锚固效果的影响。

3. 本发明所述的锚固装置，锚固完成后，装置和岩体之间形成一整体，锚固效果不易受钻孔变形的影响，长时间试验的可靠性高。

4. 本发明所述的锚固装置，注浆是采用活塞式，具有一定的注浆压力，浆液能够扩散至钻孔表层宏观裂缝内，锚固效果不受地质条件的影响，适用范围广。

附图说明

图1是本发明在钻孔中应用的结构示意图。

图2是图1中A-A的剖面图。

图3是本发明在钻孔中另一种应用的结构示意图。

图中，1-外筒，2-环形橡胶圈，3-中空拉杆，4-弹簧，5-排胶孔，6-排胶孔盖板，7-活塞，8-内螺孔，9-通孔，10-注胶孔，11-拉环，12-拉杆通孔，13-内腔，14-岩体，15-钢丝。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，包括外筒组件，外筒组件包括外筒1，在外筒的两端套设有密封圈，密封圈为环形橡胶圈2，环形橡胶圈垂直套设于外筒侧面，环形橡胶圈固定完成后的外径尺寸要大于钻孔直径2-4 mm。保证环形橡胶圈和钻孔表面充分接触，使得橡胶圈、外筒侧面和钻孔表面三者围成一密闭空间，避免内腔中的粘结剂排出后泄漏。在外筒内设置有活塞7，活塞7安装在中空拉杆上，中空拉杆为中空拉杆3，中空拉杆穿过外筒端部的拉杆通孔12伸出到外筒外部，中空拉杆端部设置有拉环11，拉环用于连接钢丝。本发明还可以将钢丝直接固定在中空拉杆端部。在钢丝对应的外筒端部设置有注胶孔10，注胶孔设置内螺纹，注胶孔上设置有注胶孔盖，注胶孔盖与注胶孔螺纹连接，外筒周向均匀设置有若干排排胶孔5，排胶孔上设置有排胶孔盖板6，排胶孔盖板与外筒之间设置有复位装置。

本发明中空拉杆与活塞为螺纹连接，也可以将中空拉杆粘接或者焊接在一起，或者卡接在一起，主要是能够将中空拉杆与活塞固定在一起的结构都可以。

本发明活塞为橡胶类材质，并且厚度大于3 mm，优选厚度为3 mm。

本发明的复位装置为弹簧4，弹簧一端嵌设在外筒上，另一端固定在排胶孔盖板上。

外筒的另一端设置有通孔9，通孔9的中心线与中空拉杆的中心线在同一直线上。

所述注胶孔至少设置2个。

本发明中空拉杆的外径稍小于外筒右端面拉杆通孔12直径，中空拉杆连接活塞后通过右端面拉杆通孔穿出，并且要保证中空拉杆与外筒端面密封完好；中空拉杆内径大于测试钢丝直径1-2mm，便于其它装置的测试钢丝通过；中空拉杆最右端设置有拉环，用以连接测试钢丝。

如图3所示，本发明外筒组件至少依次设置两组，底部外筒组件的钢丝依次穿过相邻外筒通孔及中空拉杆伸出到最上部外筒组件的钢丝处。

本发明的外筒呈圆柱状，外筒厚度为1-2 mm，外径尺寸比测试钻孔直径至少小6-10 mm，优选设置为比钻孔直径小6 mm。既能保证锚固装置能够送入钻孔，又能保证内腔能够储存充足的粘结剂。在外筒上至少设置四排排胶孔。每排排胶孔至少设置4个，相邻排排胶孔沿外筒轴向交错设置或者沿同一直线设置。

本发明内腔中的粘结剂采用膨胀性粘结剂，使得锚固装置和岩体接触更紧密。

本发明实验时外筒1厚度为1-2 mm，外径尺寸比测试钻孔直径至少小6-10 mm，优选设置为比钻孔直径小6 mm；外筒1侧面上绕圆周方向均匀布置不少于4个排胶孔5，优选设置4个，且沿主轴方向布置4排以上的排胶孔5，优选设置4排；外筒1侧面上安置的排胶孔盖板6厚度为1-1.5 mm，面积要略大于排胶孔5，排胶孔盖板一端与外筒铰接，外筒1侧面上的排胶孔5旁安装有弹簧4与排胶孔盖板6的另一端连接；外筒1左端面通孔9的直径大于测量钢丝直径2-3 mm；外筒1右端面的注胶孔10带内螺纹，螺纹孔直径不小于12 mm，且注胶孔位置可分布在除去端面中心的任意位置，注胶孔圆心优选设置在圆形端面边缘和圆心的中点。

环形橡胶圈2分别布置在外筒1的前后两端部，环形橡胶圈2密封固定于外筒1侧面上，并且和外筒1侧面垂直；环形橡胶圈2固定完成后的外径尺寸要比钻孔直径大2-4 mm。活塞7安装在外筒1内部，活塞7中心布置有内螺孔8用以和中空拉杆3连接。中空拉杆3连接活塞7后通过右端面圆形通孔12穿出；钢丝15连接中空拉杆3右端的拉环11。

使用过程：

如图1所示，将粘结剂通过注胶孔10注满外筒内腔13，活塞7被推至左端，并用注胶孔盖将注胶孔10密封；然后，将钢丝15连接到拉环11上；用推杆将锚固装置送入钻孔内的指定位置；接着，缓慢拉钢丝15带动中空拉杆3移动，内腔13的压力逐步增大，排胶孔5上方的排胶孔盖板6开启，粘结剂从排胶孔5内流出，填充在外筒1和岩体14之间；随着活塞7逐步向右移动，工作完成后的排胶孔5在弹簧4和排胶孔盖板6的共同作用下，关闭排胶孔，避免粘结剂回流；当钢丝15向外拉扯不动时，表明粘结剂已充满外筒1和岩体14之间的空间，这时钢丝15连接上孔外监测装置即可开始记录数据。

第一种方法：

如图3所示，当测量不同深度岩体的位移时，可以在钻孔最深部位下放本发明的外筒组件，粘结剂通过注胶孔10注满外筒内腔13，活塞7被推至左端，并用注胶孔盖将注胶孔10密封，然后，将钢丝A连接到拉环11上；用推杆将锚固装置送入钻孔内的指定位置；接着，缓慢拉钢丝A带动中空拉杆3移动，内腔13的压力逐步增大，排胶孔5上方的排胶孔盖板6开启，粘结剂从排胶孔5内流出，填充在外筒1和岩体14之间；随着活塞7逐步向右移动，工作完成后的排胶孔5在弹簧4和排胶孔盖板6的共同作用下，关闭排胶孔，避免粘结剂回流；当钢丝A向外拉扯不动时，表明粘结剂已充满外筒1和岩体14之间的空间，这时钢丝A连接上孔外监测装置即可开始记录数据。测试好最深部位后再将第二个本发明外筒组件下放到钻孔一定距离处，用同样的方法对该深度进行测试并记录。这种方法是分别测试记录。

第二种方法：

当测量不同深度岩体的位移时，如图3所示，在钻孔最深部位下放本发明的第一外筒组件，粘结剂通过注胶孔10注满外筒内腔13，活塞7被推至左端，并用注胶孔盖将注胶孔10密封，将钢丝A连接到拉环11上。再将第一外筒组件的钢丝A穿过第二外筒组件的通孔、中空拉杆伸出到第二外筒组件的外筒外部，然后将第二外筒组件下放到距最深部一定距离的钻孔内，粘结剂通过注胶孔10注满外筒内腔13，活塞7被推至左端，并用注胶孔盖将注胶孔10密封。接着，缓慢拉钢丝15带动中空拉杆3移动，内腔13的压力逐步增大，排胶孔5上方的排胶孔盖板6开启，粘结剂从排胶孔5内流出，填充在外筒1和岩体14之间；随着活塞7逐步向右移动，工作完成后的排胶孔5在弹簧4和排胶孔盖板6的共同作用下，关闭排胶孔，避免粘结剂回流；当钢丝15向外拉扯不动时，表明粘结剂已充满外筒1和岩体14之间的空间，这时钢丝A和钢丝B连接上孔外不同监测装置即可开始进行同步记录数据。第一外筒组件和第二外筒组件同时进行测试记录，即可以对不同深度同时进行测试。

本发明，如果需要对钻孔三个不同深度进行测试，则需要下放三个外筒组件，最下面外筒组件的钢丝依次穿过中间外筒组件的通孔和中空拉杆及最上面的外筒组件的通孔和中空拉杆伸出到最上面外筒组件上面。中间外筒组件的钢丝穿过最上面外向组件的通孔和中空拉杆伸出到最上面外筒组件上面。

可以根据实际需要，下放不同数量的外筒组件，但是下面的钢丝均需要依次经过上面的外筒组件伸出到最外面的外筒组件上面。

为了保证穿过相邻外筒组件的通孔及中空拉杆的钢丝能够在通孔内自由滑动，外筒左端面通孔的直径需大于测量钢丝直径的4倍以上。当测量不同深度岩体的位移时，钻孔深部的装置上的测试钢丝，可穿过靠近钻孔外部装置上的左端面通孔，并经中空拉杆，能够保证其它装置上的测试钢丝在通孔内自由滑动，达到同时测量不同深度岩体位移变化的情况。

工作原理：向岩体14的钻孔内送入本发明锚固装置时，环形橡胶圈2和岩体14之间的挤压力和摩擦力起到了初始锚固作用，同时也提供了指定的注浆空间；之后，随着钢丝15外拉，活塞7右移，内腔中储存的粘结剂被送入指定注浆空间，和岩体胶结成整体；环形橡胶圈2和岩体14之间的挤压和摩擦，粘结剂和岩体14之间的胶结作用，以及粘结剂自身的膨胀对钻孔的挤压，这三种锚固形式同时起作用，使得锚固装置和岩体之间具有高水平的粘结力，即使在复杂条件下，也能保证装置不会在钻孔内滑移，确保孔外监测装置读取到准确、可靠的原始数据。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的方法和原理，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，其特征在于：包括外筒组件，所述外筒组件包括外筒（1），在外筒的两端套设有密封圈，在外筒内设置有活塞（7），活塞（7）安装在中空拉杆上，中空拉杆伸出外筒端部与钢丝（15）连接，在钢丝对应的外筒端部设置有注胶孔（10），注胶孔上设置有注胶孔盖，外筒周向均匀设置有若干排排胶孔（5），排胶孔上设置有排胶孔盖板（6），排胶孔盖板与外筒之间设置有复位装置；

所述外筒的另一端设置有通孔（9），通孔（9）的中心线与中空拉杆（3）的中心线在同一直线上；

所述中空拉杆与活塞为螺纹连接；

所述外筒组件至少依次设置两组，底部外筒组件的钢丝依次穿过相邻外筒通孔及中空拉杆伸出到最㳀部外筒组件的钢丝处；

所述复位装置为弹簧（4），弹簧一端嵌设在外筒上，另一端固定在排胶孔盖板上。

2.根据权利要求1所述的钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，其特征在于：所述密封圈为环形橡胶圈（2）。

3.根据权利要求1所述的钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，其特征在于：所述中空拉杆端部设置有拉环（11），钢丝（15）连接到拉环上。

4.根据权利要求1所述的钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，其特征在于：所述注胶孔至少设置2个。

5.根据权利要求1所述的钻孔多点位移计的活塞式胶结锚固装置，其特征在于：所述每排排胶孔至少设置4个，相邻排排胶孔沿外筒轴向交错设置或者沿同一直线设置。

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