CN111271107A - 一种双重让压锚杆及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双重让压锚杆及施工方法，双重让压锚杆包括插入所施工围岩锚孔的杆体，设置在所述杆体外露段的第一让压机构和设置在所述杆体插入段的第二让压机构；施工步骤为：一、锚孔成孔；二、清孔；三、注浆；四、钻孔内插入所述双重让压锚杆；步骤五、下一个双重让压锚杆的施工。本发明结构和施工方法简单，通过第一让压机构本身的可收缩性和第二让压机构对围岩产生的反向力能够充分发挥围岩的自稳功能，同时在围岩卸压时，使围岩能够充分卸压，有效的提高了杆体的锚固力和抗拔力，并且固定托盘能够对杆体起到限位的作用，同时与滑动托盘和柔性构件共同作为杆体外露段的锚具，向围岩提供反作用力，增加杆体的锚固效果。

Description

一种双重让压锚杆及施工方法
技术领域
本发明属于地下结构技术领域，尤其涉及一种双重让压锚杆及施工方法。
背景技术
在开挖隧道以及巷道的过程中，采用锚杆支护是一项重要而且有效的办法，并且在开挖以及支护过程中及时测量围岩变形情况是非常重要的。虽然现有规范《铁道行业标准TB3209》中规定锚杆体断后伸长率A为21％，但是由于平时所使用的锚杆为依然刚性杆件，支护时围岩还未完全稳定，在围岩的来压或者去压时，还是容易造成应力集中，往往会造成杆件断裂或者螺栓脱落，并且不能通过锚杆实时监测每根锚杆对应围岩的变形情况，造成锚杆支护实际效果与设计有较大偏差，有时会造成冒顶、塌方等重大安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双重让压锚杆及施工方法，其。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双重让压锚杆及施工方法，其特征在于：包括插入所施工围岩锚孔的杆体，设置在所述杆体外露段的第一让压机构和设置在所述杆体插入段的第二让压机构；
所述第一让压机构包括设置在所述杆体外露段的固定托盘、与所述滑动托盘呈平行布设的滑动托盘和设置在所述固定托盘与滑动托盘之间的受压柔性构件，所述固定托盘与滑动托盘插装在所述杆体上且与所述杆体呈垂直布设；
所述第二让压机构为沿所述杆体插入段周向布设的卡装段，所述卡装段的长度l不小于所述杆体插入段长度L的1/3。
上述一种双重让压锚杆及施工方法，其特征是：所施工围岩锚孔的直径d不小于所述卡装段外表面尺寸D。
上述一种双重让压锚杆及施工方法，其特征是：所述固定托盘与所述杆体焊接、通过顶紧螺母或者二者共同连接。
上述一种双重让压锚杆及施工方法，其特征是：所述卡装段为与所述施工围岩咬合连接的咬合齿，所述咬合齿的齿尖方向朝向所述杆体外露段。
上述一种双重让压锚杆及施工方法，其特征是：所述咬合齿与所述杆体之间的夹角为35°～45°，所述咬合齿的长度B为50mm～80mm。
上述一种双重让压锚杆及施工方法，其特征是：所述固定托盘和滑动托盘均为圆形托盘，所述圆形托盘的圆心位置上开设有圆形孔，所述杆体的外露段插入设置在所述圆形孔内。
一种双重让压锚杆的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、锚孔成孔：采用钻孔机在所施工围岩的掌子面钻孔，使所述钻孔机在进行推进时，所述钻孔机的钻头与水平线的角度为15°～45°，待所述钻头达到设计孔底位置后，翻转所述钻头并向外拔出，直至所述钻头脱离所述锚孔；
步骤二、清孔：对所述锚孔进行清孔；
步骤三、注浆：对步骤二中清孔后的所述锚孔注浆，具体步骤包括：
步骤301、按照施工要求，制备水泥砂浆；
步骤302、采用注浆机对所述锚孔进行注浆，调整所述注浆机注浆孔的压力为0.5Mpa～0.8Mpa；
步骤303、将注浆管插至距离所述锚孔孔底4cm～12cm处，随水泥砂浆的注入匀速拔出，直到注满为止；
步骤四、钻孔内插入所述双重让压锚杆；
步骤五、下一个双重让压锚杆的施工：重复步骤一～步骤四进行下一个所述双重让压锚杆的施工。
上述施工方法，其特征在是：所述杆体出入所述锚孔的深度不小于所述杆体长度的90％。
上述施工方法，其特征在是：步骤302中，所述注浆管开始注浆或中途暂停大于30分钟时，要用水润滑所述注浆机的注浆罐及所述注浆管。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在围岩来压时，通过第一让压机构本身的可收缩性和第二让压机构对围岩产生的反向力能够充分发挥围岩的自稳功能，同时在围岩卸压时，使围岩能够充分卸压，有效的提高了杆体的锚固力和抗拔力。
2、本发明在围岩来压时，固定托盘能够对杆体起到限位的作用，同时与滑动托盘和柔性构件共同作为杆体外露段的锚具，向围岩提供反作用力，增加杆体的锚固效果。
3、本发明卡装段为在围岩来压对杆体产生拉力时，能够有效的抵消或者减少拉拔力的构件，卡装段沿杆体插入段周向布设，能够有效的提高杆体所能承受的拉断载荷和所能承受的剪切载荷。
4、本发明通过该施工方法，能够有效的提高施工效率，节约施工成本。
综上所述，本发明结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，在围岩来压时，通过第一让压机构本身的可收缩性和第二让压机构对围岩产生的反向力能够充分发挥围岩的自稳功能，同时在围岩卸压时，使围岩能够充分卸压，有效的提高了杆体的锚固力和抗拔力，并且固定托盘能够对杆体起到限位的作用，同时与滑动托盘和柔性构件共同作为杆体外露段的锚具，向围岩提供反作用力，增加杆体的锚固效果；卡装段为在围岩来压对杆体产生拉力时，能够有效的提高杆体所能承受的拉断载荷和所能承受的剪切载荷；通过该施工方法，能够有效的提高施工效率，节约施工成本。。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的双重让压锚杆结构示意图。
图2为本A-A剖面图。
图3为本发明的施工流程图。
附图标记说明:
1—杆体； 2—固定托盘； 3—滑动托盘；
4—受压柔性构件； 5—卡装段； 6—顶紧螺母；
7—锚孔。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种双重让压锚杆及施工方法，包括插入所施工围岩锚孔7的杆体1，设置在所述杆体1外露段的第一让压机构和设置在所述杆体1插入段的第二让压机构；
所述第一让压机构包括设置在所述杆体1外露段的固定托盘2、与所述滑动托盘3呈平行布设的滑动托盘3和设置在所述固定托盘2与滑动托盘3之间的受压柔性构件4，所述固定托盘2与滑动托盘3插装在所述杆体1上且与所述杆体1呈垂直布设；
所述第二让压机构为沿所述杆体1插入段周向布设的卡装段5，所述卡装段5的长度l不小于所述杆体1插入段长度L的1/3。
需要说明的是，所述杆体1由设置在所述锚孔7外部的外露段、插入所述锚孔7的自由段和锚固段组成。
实际使用时，所述杆体1本身来说，由于杆体1长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，所以力学上属于杆构件。所述杆构件主要可以提供两方面的作用，一是抗拉，二是抗剪。所述杆构件的抗弯能力和抗压能力是非常小，可忽略不计。因此，在进行对所施工围岩锚杆支护时，主要考虑的是提高所述杆体1的抗拉性和抗剪性。
在围岩来压时，通过所述第一让压机构本身的可收缩性和第二让压机构对围岩产生的反向力能够充分发挥围岩的自稳功能，同时在围岩卸压时，使围岩能够充分卸压，有效的提高了所述杆体1的锚固力和抗拔力。
实际使用时，在围岩来压时，所述固定托盘2能够对所述杆体1起到限位的作用，同时与所述滑动托盘3和柔性构件共同作为所述杆体1外露段的锚具，向围岩提供反作用力，增加所述杆体1的锚固效果。
需要说明的是，所述柔性构件由可伸缩的柔性材料制作而成，如气囊、弹簧等，所述柔性构件的刚度为1.1×106N/m～3.6×106N/m，目的是满足实际需求。
实际使用时，所述固定托盘2和滑动托盘3均为方形或圆形热轧钢板，优选的为圆形热轧钢板，目的是减少受压时所述固定托盘2和滑动托盘3的应力集中，增加其强度。所述固定托盘2和滑动托盘3的直径为200mm～300mm、厚度为8mm～10mm，所述固定托盘2和滑动托盘3之间的距离为220mm。
实际使用时，所述卡装段5为在所述围岩来压对所述杆体1产生拉力时，能够有效的抵消或者减少所述拉拔力的构件，如螺旋叶片、咬合齿或者变截面构件，优选的为与所述施工围岩咬合连接的咬合齿，所述咬合齿的齿尖方向朝向所述杆体1外露段。
需要说明的是，所述卡装段5沿所述杆体1插入段周向布设，有效的增加了所述杆体1的截面尺寸，根据以下公式Ⅰ和公式Ⅱ得出，卡装段5沿所述杆体1插入段周向布设，能够有效的提高所述杆体1所能承受的拉断载荷和所能承受的剪切载荷；
所述杆体1所能承受的拉断载荷计算：
P＝πd1 2σb/4 公式Ⅰ
式中P—所述杆体1拉断载荷，N；
d1—所述杆体1的截面尺寸，mm；
σb—所述杆体1钢材抗拉强度。
所述杆体1所能承受的剪切载荷计算：
Q＝πd1 2τb/4 公式Ⅱ
式中Q—所述杆体1剪切载荷，N；
d1—所述杆体1的截面尺寸，mm；
τb—所述杆体1钢材剪切强度。
实际使用时，所述卡装段5与所述杆体1均为符合实际施工设计计算强度的钢材。
本实施例中，所施工围岩锚孔7的直径d不小于所述卡装段5外表面尺寸D。
需要说明的是，所施工围岩锚孔7的直径d一般通过实际施工设计计算的所述杆体1的截面尺寸进行确定，为保证所述杆体1能够插入其中，所述所施工围岩锚孔7的直径d不小于所述卡装段5外表面尺寸D。
本实施例中，所述固定托盘2与所述杆体1焊接、通过顶紧螺母6或者二者共同连接。
实际使用时，所述固定托盘2的作用一是压紧所施工围岩锚孔7孔口表面，给所述杆体1提供预紧力，并使预紧力扩散到所述杆体1周围的所施工围岩中，从而改善所施工围岩应力状态，抑制所施工围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，实现所述杆体1的主动、及时支护作用；二是围岩变形使载荷作用于所述固定托盘2上，通过所述固定托盘2将载荷传递到所述杆体1，增大所述杆体1的工作阻力，充分发挥所述杆体1控制围岩变形的作用。需要说明的是，优选的所述固定托盘2与所述杆体1通过顶紧螺母6连接，由于在所述顶紧螺母6进行拧紧的过程中，是通过给所述顶紧螺母6施加一定的扭矩使所述固定托盘2压紧压紧所施工围岩锚孔7孔口表面，能够有效增加所述杆体1的预紧力。
本实施例中，所述咬合齿与所述杆体1之间的夹角为35°～45°，所述咬合齿的长度B为50mm～80mm，由于所述咬合齿与所述杆体1之间的夹角过小不能有效的增加提高所述杆体1所能承受的拉断载荷和所能承受的剪切载荷，而所述咬合齿与所述杆体1之间的夹角过大，会导致夹角处产生应力集中，使所述咬合齿收到较大的剪切应力，从而所述咬合齿破坏，失去其作用。
本实施例中，所述固定托盘2和滑动托盘3均为圆形托盘，所述圆形托盘的圆心位置上开设有圆形孔，所述杆体1的外露段插入设置在所述圆形孔内。
如图3所示的一种双重让压锚杆的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、锚孔成孔：采用钻孔机在所施工围岩的掌子面钻孔，使所述钻孔机在进行推进时，所述钻孔机的钻头与水平线的角度为15°～45°，待所述钻头达到设计孔底位置后，翻转所述钻头并向外拔出，直至所述钻头脱离所述锚孔7；
步骤二、清孔：对所述锚孔7进行清孔；
步骤三、注浆：对步骤二中清孔后的所述锚孔7注浆，具体步骤包括：
步骤301、按照施工要求，制备水泥砂浆；
步骤302、采用注浆机对所述锚孔7进行注浆，调整所述注浆机注浆孔的压力为0.5Mpa～0.8Mpa；
步骤303、将注浆管插至距离所述锚孔7孔底4cm～12cm处，随水泥砂浆的注入匀速拔出，直到注满为止；
步骤四、钻孔内插入所述双重让压锚杆；
步骤五、下一个双重让压锚杆的施工：重复步骤一～步骤四进行下一个所述双重让压锚杆的施工。
实际使用时，通过该施工方法，能够有效的提高施工效率，节约施工成本。
实际使用时，所述钻孔机的钻头与水平线的角度根据施工设计确定，本实施例中优选的为15°～45°，且不限于所述角度的方向。
需要说明的是，所述钻孔机和注浆机均为常用机械设备。
实际使用时，所述注浆机注浆孔的压力为0.5Mpa～0.8Mpa，目的是防止所述压力过大造成对所述锚孔7的冲击破坏，破坏所施工围岩的应力平衡，同时，所述压力过小则会导致所述水泥砂浆不能够进入所述锚孔7，甚至产生凝结，造成所述注浆管的堵塞。
实际使用时，将注浆管插至距离所述锚孔7孔底4cm～12cm处，目的是防止所述注浆管造成所述锚孔7孔底的破坏。
实际使用时，所述注浆管随水泥砂浆的注入匀速拔出，防止由于所述注浆管拔出过快或者速度不均造成所述锚孔7内水泥砂浆被带出或者分布不均匀。
本实施例中，所述杆体1出入所述锚孔7的深度不小于所述杆体长度的90％，目的是保证所述杆体1的锚固强度。
本实施例中，步骤302中，所述注浆管开始注浆或中途暂停大于30分钟时，要用水润滑所述注浆机的注浆罐及所述注浆管，防止由于所述水泥砂浆凝结，造成所述注浆罐及注浆管的堵塞。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双重让压锚杆，其特征在于：包括插入所施工围岩锚孔(7)的杆体(1)，设置在所述杆体(1)外露段的第一让压机构和设置在所述杆体(1)插入段的第二让压机构；
所述第一让压机构包括设置在所述杆体(1)外露段的固定托盘(2)、与所述滑动托盘(3)呈平行布设的滑动托盘(3)和设置在所述固定托盘(2)与滑动托盘(3)之间的受压柔性构件(4)，所述固定托盘(2)与滑动托盘(3)插装在所述杆体(1)上且与所述杆体(1)呈垂直布设；
所述第二让压机构为沿所述杆体(1)插入段周向布设的卡装段(5)，所述卡装段(5)的长度l不小于所述杆体(1)插入段长度L的1/3。
2.按照权利要求1所述的一种双重让压锚杆，其特征在于：所施工围岩锚孔(7)的直径d不小于所述卡装段(5)外表面尺寸D。
3.按照权利要求1或2所述的一种双重让压锚杆，其特征在于：所述固定托盘(2)与所述杆体(1)焊接、通过顶紧螺母(6)或者二者共同连接。
4.按照权利要求1或2所述的一种双重让压锚杆，其特征在于：所述卡装段(5)为与所述施工围岩咬合连接的咬合齿，所述咬合齿的齿尖方向朝向所述杆体(1)外露段。
5.按照权利要求4所述的一种双重让压锚杆，其特征在于：所述咬合齿与所述杆体(1)之间的夹角为35°～45°，所述咬合齿的长度B为50mm～80mm。
6.按照权利要求1或2所述的一种双重让压锚杆，其特征在于：所述固定托盘(2)和滑动托盘(3)均为圆形托盘，所述圆形托盘的圆心位置上开设有圆形孔，所述杆体(1)的外露段插入设置在所述圆形孔内。
7.权利要求1所述的一种双重让压锚杆的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、锚孔成孔：采用钻孔机在所施工围岩的掌子面钻孔，使所述钻孔机在进行推进时，所述钻孔机的钻头与水平线的角度为15°～45°，待所述钻头达到设计孔底位置后，翻转所述钻头并向外拔出，直至所述钻头脱离所述锚孔(7)；
步骤二、清孔：对所述锚孔(7)进行清孔；
步骤三、注浆：注浆对步骤二中清孔后的所述锚孔(7)注浆，具体步骤包括：
步骤301、按照施工要求，制备水泥砂浆；
步骤302、采用注浆机对所述锚孔(7)进行注浆，调整所述注浆机注浆孔的压力为0.5Mpa～0.8Mpa；
步骤303、将注浆管插至距离所述锚孔(7)孔底4cm～12cm处，随水泥砂浆的注入匀速拔出，直到注满为止；
步骤四、钻孔内插入所述双重让压锚杆；
步骤五、下一个双重让压锚杆的施工：重复步骤一～步骤四进行下一个所述双重让压锚杆的施工。
8.按照权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述杆体(1)出入所述锚孔(7)的深度不小于所述杆体长度的90％。
9.按照权利要求7所述的施工方法，其特征在于：步骤302中，所述注浆管开始注浆或中途暂停大于30分钟时，要用水润滑所述注浆机的注浆罐及所述注浆管。
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