CN111828068A - 多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆及其应用方法，适用于隧道支护领域，包括用于设置在围岩孔洞内的机械式内锚头，所述机械式内锚头上安装有由多个杆状构件和连接件组成的锚杆杆体，所述锚杆杆体穿出围岩孔洞的端头上套置有锚杆托盘并安装有锚杆螺母。该锚杆可以克服难切削或易脆断、经济效应差的缺点，应用方法简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆及其应用方法，适用于隧道支护领域。
背景技术
软弱围岩隧道具有变形速率快，量级大，收敛时间长的特点，围岩通常难以自稳，为满足隧道开挖的要求，通常需要对掌子面进行支护以达到掌子面短期稳定的目的。掌子面锚杆不仅可以提供垂直于掌子面方向的约束压力，将掌子面由平面应力状态转化为更加稳定的三向应力状态，改善掌子面围岩的受力形式，而且可以通过增强掌子面表层围岩与深部围岩之间的联结，提高掌子面围岩的抗剪强度，增强掌子面稳定性。
目前所采用的掌子面锚杆的材质多为钢材以及玻璃钢纤维塑料，钢材质掌子面锚杆具有较高的刚度和抗拉强度，虽能很好的发挥支护作用效果，但是实际应用时存在难以挖断的缺点，布设前往往需要经过预留豁口等特殊处理以满足掌子面开挖的需求，造成施工工艺繁琐，经济效益差。而玻璃钢纤维锚杆虽然具备抗拉强度高，抗剪强度低的特点能在保证支护效果的同时，适应掌子面开挖的需求，但是其抗剪强度低的特点也使得其在节理裂隙发育的软弱围岩中应用时十分容易发生断裂，丧失支护效果。
隧道开挖是一个不断循环作业的过程，使得掌子面锚杆在支护过程中需要不断的被切削以及重复布设，由于被切削下来的锚杆无法重复利用，当布设的掌子面锚杆较多时，会使得该支护措施的经济效应大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆及其应用方法，该锚杆可以克服难切削或易脆断、经济效应差的缺点，应用方法简便。
本发明的技术方案在于：一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，包括用于设置在围岩孔洞内的机械式内锚头，所述机械式内锚头上安装有由多个杆状构件和连接件组成的锚杆杆体，所述锚杆杆体穿出围岩孔洞的端头上套置有锚杆托盘并安装有锚杆螺母。
进一步地，所述杆状构件热轧带肋钢筋，杆状构件的两端设置有外螺纹，所述连接件为空心钢管并设置有与外螺纹相配合的内螺纹。
进一步地，所述杆状构件为左旋或右旋精轧螺纹钢筋，所述连接件为空心钢管并设置有内螺纹，所述杆状构件上全长带有与连接件的内螺纹相配合的外螺纹。
进一步地，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，锚杆托盘上预留有用于锚杆杆体穿过的孔洞。
进一步地，所述锚杆螺母的内螺纹与杆体构件的外螺纹相对应。
一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆的应用方法，包括如下步骤：
（1）根据隧道掌子面每循环开挖量确定每段杆状构件的长度，并根据设计的掌子面超前支护长度确定每根锚杆包含的杆状构件数量；
（2）将上述长度和数量的杆状构件通过连接件连接组成锚杆杆体，并安装机械式内锚头；
（3）在隧道掌子面拟加固位置钻孔后，插入锚杆杆体和机械式内锚头组成的联合体，并使机械式内锚头锚住钻孔围岩，然后安装锚杆托盘及锚杆螺母，通过多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆开始维护隧道掌子面稳定；
（4）在隧道掌子面稳定期间，进行隧道围岩初期支护，初期支护完成后，待掌子面继续推进开挖时，拆除锚杆螺母与锚杆托盘，对隧道掌子面进行爆破或机械开挖；
（5）开挖完成后，将伸出掌子面外的一段杆状构件以及连接件拆除回收，将托盘及紧固螺母重新安装在剩余的锚杆杆体上，多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆再次开始维护隧道掌子面稳定；
（6）重复上述步骤（4）和（5）直至锚杆的所有杆状构件全部挖除；在将最后一段杆状构件挖出时，将机械式内锚头回收；
（7）将拆卸下来的各个构件重新组装，可形成新的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
（1）底端装有机械式内锚头，使得锚杆可以快速的完成安装，尽快发挥支护作用；
（2）锚杆采用钢材，在围岩挤压和剪切情况下不易断裂，可保证支护强度；
（3）锚杆杆体为多段式连接结构，使得杆体可以随着隧道开挖的进行逐段拆卸，拆卸下来的锚杆杆体、机械式内锚头、锚杆托盘以及锚杆螺母可以全部回收。
因此，本发明应用于掌子面支护时，能够在保证支护强度的基础上，将传统锚杆切削的过程转变为锚杆多段依次回收的过程，实现锚杆整体的回收再利用。
附图说明
图1为本发明的锚杆安装在锚孔中的的结构示意图；
图2为本发明的杆状构件通过连接件连接示意图（构件接头剖除1/4显示的内部结构）；
图中：1-锚杆螺母；2-锚杆托盘；3-连接件；4-杆状构件；5-机械式内锚头；6-围岩；7-孔洞。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1和图2
一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，包括用于设置在围岩6孔洞7内的机械式内锚头5，所述机械式内锚头上安装有由多个杆状构件4和连接件3组成的锚杆杆体，所述锚杆杆体穿出围岩孔洞的端头上套置有锚杆托盘2并安装有锚杆螺母1。
本实施例中，所述杆状构件热轧带肋钢筋，杆状构件的两端设置有外螺纹，所述连接件为空心钢管并设置有与外螺纹相配合的内螺纹。
本实施例中，所述杆状构件为左旋或右旋精轧螺纹钢筋，所述连接件为空心钢管并设置有内螺纹，所述杆状构件上全长带有与连接件的内螺纹相配合的外螺纹。
本实施例中，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，锚杆托盘上预留有用于锚杆杆体穿过的孔洞。
本实施例中，所述锚杆螺母的内螺纹与杆体构件的外螺纹相对应。
本实施例中，所述机械式内锚头为传统的机械式内锚头。
一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆的应用方法，包括如下步骤：
（1）根据隧道掌子面每循环开挖量确定每段杆状构件的长度，并根据设计的掌子面超前支护长度确定每根锚杆包含的杆状构件数量；
（2）将上述长度和数量的杆状构件通过连接件连接组成锚杆杆体，并安装机械式内锚头；
（3）在隧道掌子面拟加固位置钻孔后，插入锚杆杆体和机械式内锚头组成的联合体，并使机械式内锚头锚住钻孔围岩，然后安装锚杆托盘及锚杆螺母，通过多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆开始维护隧道掌子面稳定；
（4）在隧道掌子面稳定期间，进行隧道围岩初期支护，初期支护完成后，待掌子面继续推进开挖时，拆除锚杆螺母与锚杆托盘，对隧道掌子面进行爆破或机械开挖；
（5）开挖完成后，将伸出掌子面外的一段杆状构件以及连接件拆除回收，将托盘及紧固螺母重新安装在剩余的锚杆杆体上，多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆再次开始维护隧道掌子面稳定；
（6）重复上述步骤（4）和（5）直至锚杆的所有杆状构件全部挖除；在将最后一段杆状构件挖出时，将机械式内锚头回收；
（7）将拆卸下来的各个构件重新组装，可形成新的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，包括用于设置在围岩孔洞内的机械式内锚头，其特征在于，所述机械式内锚头上安装有由多个杆状构件和连接件组成的锚杆杆体，所述锚杆杆体穿出围岩孔洞的端头上套置有锚杆托盘并安装有锚杆螺母。
2.根据权利要求1所述的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，其特征在于，所述杆状构件热轧带肋钢筋，杆状构件的两端设置有外螺纹，所述连接件为空心钢管并设置有与外螺纹相配合的内螺纹。
3.根据权利要求1所述的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，其特征在于，所述杆状构件为左旋或右旋精轧螺纹钢筋，所述连接件为空心钢管并设置有内螺纹，所述杆状构件上全长带有与连接件的内螺纹相配合的外螺纹。
4.根据权利要求1、2或3所述的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，其特征在于，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，锚杆托盘上预留有用于锚杆杆体穿过的孔洞。
5.根据权利要求2或3所述的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆，其特征在于，所述锚杆螺母的内螺纹与杆体构件的外螺纹相对应。
6.一种如权利要求2或3所述的多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）根据隧道掌子面每循环开挖量确定每段杆状构件的长度，并根据设计的掌子面超前支护长度确定每根锚杆包含的杆状构件数量；
（2）将上述长度和数量的杆状构件通过连接件连接组成锚杆杆体，并安装机械式内锚头；
（3）在隧道掌子面拟加固位置钻孔后，插入锚杆杆体和机械式内锚头组成的联合体，并使机械式内锚头锚住钻孔围岩，然后安装锚杆托盘及锚杆螺母，通过多段依次全回收式隧道掌子面超前锚杆开始维护隧道掌子面稳定；
（4）在隧道掌子面稳定期间，进行隧道围岩初期支护，初期支护完成后，待掌子面继续推进开挖时，拆除锚杆螺母与锚杆托盘，对隧道掌子面进行爆破或机械开挖；
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