CN112593988B - 一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆及锚固方法 - Google Patents
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Abstract
一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆及锚固方法，以在高地应力环境中有效能释放围岩的弹性能，避免岩爆等灾害的发生，且有效避免锚杆发生脱锚、被拔出和拉断等问题的发生，从而提高隧道围岩的稳定性，保证施工的安全。杆体上套装设置至少两个纵向相间隔的让压套筒，让压套筒通过两端的橡胶圈紧密固定在杆体上，让压套筒的外壁上沿纵间隔设置与其焊接连接的环状齿刀，环状齿刀的外径与应力释放孔的孔径相适配。所述让压套筒的内壁上沿纵向间隔焊接设置若干组前锚固块、后锚固块，杆体上在各组前锚固块、后锚固块之间焊接设置中间锚固块，各中间锚固块与前锚固块、后锚固块对应的端面之间设置弹性体。
Description
技术领域
本发明涉及岩爆支护锚杆，尤其是一种针对岩爆的多段锚固耗能让压的锚杆及锚固方法。
背景技术
随着我国交通基础设施建设的迅猛发展，地下工程“长、大、深、群”的特点日益凸显，穿越高地应力条件下的长大铁路、公路隧道及水工隧洞大量出现，由此带来了许多深部岩石力学问题，其中尤以岩爆最为突出。岩爆一般认为是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸载导致洞壁应力分异，储存于岩体中的弹性应变能突然释放而产生爆破松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力破坏地质灾害。自英国锡矿岩爆现象首次报道以来，全世界范围内许多国家均记录有岩爆现象发生，其范围涉及交通、水工及采矿等工程领域。岩爆灾害不仅严重威胁施工安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效，严重时还会诱发地震，已经成为深埋硬岩隧道设计施工中必须考虑的重要问题之一。
在复杂的高地应力岩爆地段环境中进行隧道开挖，强烈的开采扰动，会导致围岩变形强烈，二次应力高度集中，用来进行围岩加固的普通锚杆因变形能力有限，能耗较低，在复杂的地质力学环境中进行锚固时，容易发生锚杆应变应力超限，出现脱锚和锚杆被拔出、拉断等问题，同时无法释放围岩内储存的能量，有效抑制岩爆的发生，因此常规锚固锚杆无法适应深部复杂的隧道开挖的支护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆，以在高地应力环境中有效能释放围岩的弹性能，避免岩爆等灾害的发生，且有效避免锚杆发生脱锚、被拔出和拉断等问题的发生，从而提高隧道围岩的稳定性，保证施工的安全。
本发明解决上述技术所采取的技术方案如下：
本发明的一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆，包括穿入应力释放孔的杆体和位于应力释放孔外的托盘和锁具螺母，其特征是：所述杆体上套装设置至少两个纵向相间隔的让压套筒，让压套筒通过两端的橡胶圈紧密固定在杆体上，让压套筒的外壁上沿纵向间隔设置与其焊接连接的环状齿刀，环状齿刀的外径与应力释放孔的孔径相适配；所述让压套筒的内壁上沿纵向间隔焊接设置若干组前锚固块、后锚固块，杆体上在各组前锚固块、后锚固块之间焊接设置中间锚固块，各中间锚固块与前锚固块、后锚固块对应的端面之间设置弹性体；所述前锚固块、中间锚固块和后锚固块的端面呈环形、横截面呈三角形，弹性体设置在中间锚固块与前锚固块对应的斜面之间，以及中间锚固块与环状后锚固块对应的立面之间。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆的锚固方法。该方法包括如下步骤：
①在高地应力岩爆倾向性区域钻取应力释放孔，应力释放孔的直径与环状齿刀的外径相适配，应力释放孔的深度大于杆体的长度；
②将环状齿刀焊接固定在让压套筒的外壁上，将各组前锚固块、后锚固块焊接连接在让压套筒内壁上，将中间锚固块错位焊接固定连接杆体上，且在各中间锚固块与前锚固块、后锚固块对应的端面之间设置弹性体，各让压套筒通过两端的橡胶圈紧密固定在杆体上；
③将杆体送入应力释放孔内，注入水泥浆并均匀搅拌，待充满应力释放孔的水泥浆凝固后，于应力释放孔外在杆体的出露段上安装托盘和锁具螺母，并施加预紧力。
本发明的有益效果主要体现在如下方面：
一、杆体上套装设置至少两个纵向相间隔的让压套筒，各让压套筒的外壁上沿纵间隔设置与其焊接连接的环状齿刀。在进行具体支护的过程中，多段锚固耗能让压锚杆可穿过围岩松动圈，让压套筒上的环状齿刀可以减少隧道围岩的变形破坏，抑制岩体的破裂，有效地提高隧道岩体的稳定性。在施工开挖过程中钻应力释放孔，可主动地引导高地应力环境下具有岩爆倾向性围岩的部分能量的释放，能够减小开挖后支护结构的应力集中；
二、让压套筒的内壁上沿纵向间隔焊接设置若干组前锚固块、后锚固块，杆体上在各组前锚固块、后锚固块之间焊接设置中间锚固块，各中间锚固块与前锚固块、后锚固块对应的端面之间设置弹性体。相比普通锚杆相比具有吸能让压变形的能力，当在极高应力的情况下，围岩出现裂化时，让压套筒因受张拉应力和剪切应力出现移动，锚固块、弹性体可有效消耗围岩变形产生的弹性应变能，通过吸收弹性应变能抑制继续裂化的趋势，在岩爆孕育阶段抑制拉剪等破坏，抑制岩体裂化发展，预防岩爆的发生；
三、可有效避免岩爆等灾害的发生，且能避免锚杆发生脱锚、被拔出和拉断等问题的发生，从而提高隧道围岩的稳定性，保证施工的安全。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1是本发明一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆的剖面图；
图2是图1中A局部的放大图；
图3是图1是本发明一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆的使用状态剖面图。
图中示出构件和对应的标记：杆体10，中间锚固块11、橡胶圈12、让压套筒20、环状齿刀21、前锚固块22、后锚固块23、弹性体24、托盘30、锁具螺母31、应力释放孔40。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1和图3，本发明的一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆，包括穿入应力释放孔40的杆体10和位于应力释放孔40外的托盘30和锁具螺母31。所述杆体10上套装设置至少两个纵向相间隔的让压套筒20，让压套筒20通过两端的橡胶圈12紧密固定在杆体10上，让压套筒20的外壁上沿纵间隔设置与其焊接连接的环状齿刀21，环状齿刀21的外径与应力释放孔40的孔径相适配。参照图3，在进行具体支护的过程中，多段锚固耗能让压锚杆可穿过围岩松动圈，让压套筒上20的环状齿刀21可以减少隧道围岩的变形破坏，抑制岩体的破裂，有效地提高隧道岩体的稳定性。在施工开挖过程中钻应力释放孔40，可主动地引导高地应力环境下具有岩爆倾向性围岩的部分能量的释放，能够减小开挖后支护结构的应力集中。
参照图1，所述让压套筒20的内壁上沿纵向间隔焊接设置若干组前锚固块22、后锚固块23，杆体10上在各组前锚固块22、后锚固块23之间焊接设置中间锚固块11，各中间锚固块11与前锚固块22、后锚固块23对应的端面之间设置弹性体24。相比普通锚杆相比具有吸能让压变形的能力，当在极高应力的情况下，围岩出现裂化时，让压套筒20因受张拉应力和剪切应力出现移动，通过锚固块和弹性体可有效消耗围岩变形产生的弹性应变能，通过吸收弹性应变能抑制继续裂化的趋势，在岩爆孕育阶段抑制拉剪等破坏，抑制岩体裂化发展，预防岩爆的发生。由于让压套筒20与杆体10之间的连接强度小于中间锚固块11与杆体10之间的连接强度，从而可以保证在让压套筒20发生滑移的过程中，中间锚固块11不会破坏，从而发挥和增加锚杆耗能让压的作用。
参照图3，根据围岩环境情况的不同，中间锚固块11、前锚固块22、和后锚固块23设置的间距和数量可适当调整，同时，让压套筒20的数量也可以进行调整，以实现在不同应力环境作用下的多级让压。
参照图1和图2，所述前锚固块22、中间锚固块11和后锚固块23的横截面呈三角形，弹性体设置在中间锚固块11与前锚固块22对应的斜面之间，以及中间锚固块11与环状后锚固块23对应的立面之间。通常，所述前锚固块22、中间锚固块11和后锚固块23的端面呈环形。作为一种优选的实施方式，所述弹性体24可采用高强压缩弹簧，高强压缩弹簧在环状中间锚固块11与前锚固块22、后锚固块23对应的端面上间隔分布，各高强压缩弹簧的纵向两端分别与中间锚固块11、前锚固块22焊接，或者分别与中间锚固块11、后锚固块23焊接。高强弹簧的刚度及弹性根据岩爆的情况而定，其功能主要是用于消耗围岩变形产生的弹性应变能。
参照图3，本发明一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆的锚固方法，包括如下步骤：
①在高地应力岩爆倾向性区域钻取应力释放孔40，应力释放孔40的直径与环状齿刀21的外径相适配，应力释放孔40的深度大于杆体10的长度；
②将环状齿刀21焊接固定在让压套筒20的外壁上，将各组前锚固块22、后锚固块23焊接连接在让压套筒20内壁上，将中间锚固块11错位焊接固定连接杆体10上，且在各中间锚固块11与前锚固块22、后锚固块23对应的端面之间设置弹性体24，各让压套筒20通过两端的橡胶圈12紧密固定在杆体10上；
③将杆体10送入应力释放孔40内，注入水泥浆并均匀搅拌，待充满应力释放孔40的水泥浆凝固后，于应力释放孔40外在杆体10的出露段上安装托盘30和锁具螺母31，并施加预紧力。
以上所述只是用图解说明本发明一种针对岩爆的多段锚固耗能让压的锚杆及锚固方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (4)
1.一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆，包括穿入应力释放孔(40)的杆体(10)和位于应力释放孔(40)外的托盘(30)和锁具螺母(31)，其特征是：所述杆体(10)上套装设置至少两个纵向相间隔的让压套筒(20)，让压套筒(20)通过两端的橡胶圈(12)紧密固定在杆体(10)上，让压套筒(20)的外壁上沿纵向间隔设置与其焊接连接的环状齿刀(21)，环状齿刀(21)的外径与应力释放孔(40)的孔径相适配；所述让压套筒(20)的内壁上沿纵向间隔焊接设置若干组前锚固块(22)、后锚固块(23)，杆体(10)上在各组前锚固块(22)、后锚固块(23)之间焊接设置中间锚固块(11)，各中间锚固块(11)与前锚固块(22)、后锚固块(23)对应的端面之间设置弹性体(24)；所述前锚固块(22)、中间锚固块(11)和后锚固块(23)的横截面呈三角形，弹性体设置在中间锚固块(11)与前锚固块(22)对应的斜面之间，以及中间锚固块(11)与环状后锚固块(23)对应的立面之间。
2.如权利要求1所述的一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆，其特征是：所述前锚固块(22)、中间锚固块(11)和后锚固块(23)的端面呈环形。
3.如权利要求1所述的一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆，其特征是：所述弹性体(24)采用的是高强压缩弹簧，高强压缩弹簧在环状中间锚固块(11)与前锚固块(22)、后锚固块(23)对应的端面上间隔分布，各高强压缩弹簧的纵向两端分别与中间锚固块(11)、前锚固块(22)焊接，或者分别与中间锚固块(11)、后锚固块(23)焊接。
4.采用如权利要求1至3任意一项所述一种针对岩爆的多段锚固耗能让压锚杆的锚固方法，包括如下步骤：
①在高地应力岩爆倾向性区域钻取应力释放孔(40)，应力释放孔(40)的直径与环状齿刀(21)的外径相适配，应力释放孔(40)的深度大于杆体(10)的长度；
②将环状齿刀(21)焊接固定在让压套筒(20)的外壁上，将各组前锚固块(22)、后锚固块(23)焊接连接在让压套筒(20)内壁上，将中间锚固块(11)错位焊接固定连接杆体(10)上，且在各中间锚固块(11)与前锚固块(22)、后锚固块(23)对应的端面之间设置弹性体(24)，各让压套筒(20)通过两端的橡胶圈(12)紧密固定在杆体(10)上；
③将杆体(10)送入应力释放孔(40)内，注入水泥浆并均匀搅拌，待充满应力释放孔(40)的水泥浆凝固后，于应力释放孔(40)外在杆体(10)的出露段上安装托盘(30)和锁具螺母(31)，并施加预紧力。
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