CN112610256A - 一种自钻式让压中空锚杆及锚固方法 - Google Patents

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Abstract

一种自钻式让压中空锚杆及锚固方法，以在围岩大变形条件下仍然具有很好的支护作用以保证隧道的稳定。中空锚杆杆体的后部设置恒阻让压机构，该恒阻让压机构包括外套筒、让压筒和让压螺母。让压筒套装在外套筒内，其远端和近端具有与外套筒环形内壁滑动配合的导向段，远端和近端导向段之间为经向内缩形成的变形段。外套筒的远端为径向内缩形成的限位环，中空锚杆杆体的后部穿过限位环和让压筒内腔，让压螺母与中空锚杆杆体螺纹连接且作用于近端导向段与变形段过渡段的内壁上，远端导向段的端面作用在限位环上。垫板套装在外套筒上，螺母与外套筒后部的外螺纹段螺纹连接，螺母前端面作用在垫板板面上。

Description

一种自钻式让压中空锚杆及锚固方法
技术领域
本发明涉及隧道及地下工程大变形围岩段围岩支护技术领域，特别是一种自钻式让压中空锚杆及锚固方法。
背景技术
川藏铁路、成兰铁路等西部山区铁路修建遇见了大量的高地应力隧道，围岩常常表现出大变形的特点，具体表现为软岩大变形、岩爆大变形、冲击大变形。当隧道大变形围岩段锚杆钻孔施工易塌孔时，隧道围岩锚杆支护只能选用自钻式中空锚杆，但是现有的锚杆延伸率低，不能适应隧道围岩大变形的特点。当围岩出现较大变形时，由于变形初期能量较大，隧道围岩的变形能超出锚杆所能承受的范围，将导致锚杆等支护设备失效，进而造成隧道塌方等事故。
让压锚杆的让压原理或让压机构有多种多样，有的让压机构位于锚杆前端(即锚孔底部)，有的让压机构位于锚杆中部，有的让压机构位于锚头处(即垫板与螺母之间)。在公开的让压锚杆方案中，绝大部分让压机构属于概念设计，不具有可实施性；有的让压机构方案可实施，此类让压锚杆主要适用于矿山巷道围岩支护，并不适用于隧道大变形围岩支护。自钻式中空锚杆的工作特性决定了让压机构不能安装在锚杆前端和中部。隧道大变形围岩支护施工遵循“加固围岩，改善变形、先柔后刚、先放后抗、变形留够、底部加强”的原则，初期支护要及时封闭成环，喷射混凝土一旦将锚头处的让压机构封闭，让压锚杆也发挥不了让压功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自钻式让压中空锚杆，以在围岩大变形条件下仍然具有很好的支护作用以保证隧道的稳定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种自钻式让压中空锚杆，包括中空锚杆杆体和设置在其后端的垫板、螺母，在中空锚杆杆体的前端固定安装自钻式钻头，其特征是：所述中空锚杆杆体的后部设置恒阻让压机构，该恒阻让压机构包括外套筒、让压筒和让压螺母；所述让压筒套装在外套筒内，其远端和近端具有与外套筒环形内壁滑动配合的导向段，远端和近端导向段之间为经向内缩形成的变形段；所述外套筒的远端为径向内缩形成的限位环，中空锚杆杆体的后部穿过限位环和让压筒内腔，让压螺母与中空锚杆杆体螺纹连接且作用于近端导向段与变形段过渡段的内壁上，远端导向段的端面作用在限位环上；所述垫板套装在外套筒上，螺母与外套筒后部的外螺纹段螺纹连接，螺母前端面作用在垫板板面上。
本发明所要解决的另一技术问题是提供采用一种自钻式让压中空锚杆的锚固方法，该方法包括如下步骤：
S01、在隧道壁上确定系统锚杆点位；
S02、组装中空锚杆杆体，安装自钻式钻头、注浆器和接杆钎尾；
S03、注浆器接通稀浆液，开孔钻进锚孔，采用连接器接长中空锚杆杆体续钻；
S04、钻至锚孔设计深度停钻，注浆器接通浓浆液注浆；
S05、锚孔孔口返浆停注，分离注浆器与中空锚杆杆体；
S06、在中空锚杆杆体后部套入恒阻让压机构，将其外套筒的远端推送入锚孔内，旋拧让压螺母使其前部与让压筒近端导向段、变形段过渡段内壁接触；
S07、在外套筒的外端部安装垫板和螺母，并安装保护筒。
本发明的有益效果是，在中空锚杆杆体的后部设置恒阻让压机构，中空杆体与恒阻让压机构紧密配合，当中空锚杆杆体轴向拉力达到设定值时，让压螺母挤压让压筒的变形段扩大筒内径，从而使得中空杆体与恒阻让压机构可相对滑动设定的位移，即在隧道围岩发生大变形时自动延伸，并保持恒定的工作阻力，吸收围岩能量；通过预测隧道围岩大变形量，设定恒阻让压机构的长度，可确保在围岩大变形条件下仍然具有很好的支护作用以保证隧道的稳定；锚固施工方法简便，支护施工采用水泥浆护壁钻孔，成孔注浆完成后安装恒阻让压机构、垫板、螺母和保护筒，完成单根锚杆支护施工。
附图说明
本说明书包括如下十二幅附图：
图1是本发明一种自钻式让压中空锚杆的结构示意图；
图2是本发明一种自钻式让压中空锚杆中恒阻让压机构的结构示意图；
图3是本发明一种自钻式让压中空锚杆中恒阻让压机构外套筒的结构示意图；
图4是本发明一种自钻式让压中空锚杆中恒阻让压机构外套筒的右视图；
图5是本发明一种自钻式让压中空锚杆中恒阻让压机构让压筒的结构示意图；
图6是本发明一种自钻式让压中空锚杆中恒阻让压机构让压螺母的结构示意图；
图7是本发明一种自钻式让压中空锚杆中恒阻让压机构让压螺母的右视图；
图8是本发明一种自钻式让压中空锚杆中垫板的主视图；
图9是本发明一种自钻式让压中空锚杆中螺母的主视图；
图10是本发明一种自钻式让压中空锚杆中螺母的侧视图；
图11是本发明一种自钻式让压中空锚杆中保护筒的主视图；
图12是本发明一种自钻式让压中空锚杆中保护筒的侧视图；
图13是本发明一种自钻式让压中空锚杆的锚固工作状态示意图；
图14是本发明一种自钻式让压中空锚杆的让压工作状态示意图。
图中示示出主要构件名称及对应的标记：前段杆体11，后段杆体12，连接器20，自钻式钻头30，外套筒40，限位环41，外螺纹段42、让压筒50，导向段51，变形段52，让压螺母60，垫板70，螺母80，保护筒90，锚孔100，隧道壁110。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明的一种自钻式让压中空锚杆包括中空锚杆杆体和设置在其后端的垫板70、螺母80，在中空锚杆杆体的前端固定安装自钻式钻头30。所述中空锚杆杆体的后部设置恒阻让压机构，该恒阻让压机构包括外套筒40、让压筒50和让压螺母60。参照图2至图5，所述让压筒50套装在外套筒40内，其远端和近端具有与外套筒40环形内壁滑动配合的导向段51，远端和近端导向段51之间为径向内缩形成的变形段52。所述外套筒40的远端为径向内缩形成的限位环41。参照图1，中空锚杆杆体的后部穿过限位环41和让压筒50内腔，让压螺母60与中空锚杆杆体螺纹连接且作用于近端导向段51与变形段52过渡段的内壁上，远端导向段51的端面作用在限位环41上。所述垫板70套装在外套筒40上，螺母80与外套筒40后部的外螺纹段42螺纹连接，螺母80前端面作用在垫板70板面上。
参照图13和图14，本发明的一种自钻式让压中空锚杆的工作原理如下：设定一个合理的让压荷载，恒阻让压机构通过合理选用让压筒50的厚度及材料延性来实现在让压荷载条件下锚杆自动延伸。当隧道围岩发生大变形时，中空锚杆杆体通过让压螺母60挤压让压筒50的变形段52扩大筒内径来获得自动延伸，并保持恒定的工作阻力，吸收围岩能量。通过预测隧道围岩大变形量，设定恒阻让压机构的长度，以确保在围岩大变形条件下仍然具有很好的支护作用以保证隧道的稳定。
参照图6和图7，所述让压螺母60的前部呈球面状。参照图13，所述外套筒40后部设置与外螺纹段42螺纹连接的保护筒90，该保护筒(90)的前端与螺母80后端面接触，对外套筒40的出露段形成遮挡。所述中空锚杆杆体全长螺纹管，由至少两段杆体通过连接器20纵向对接组装而成，在图1示出的实施例中，前段杆体11、后段杆体12通过与连接器20的螺纹连接纵向对接组装形成中空锚杆杆体。
参照图13和图14，本发明的一种自钻式让压中空锚杆的锚固方法，包括如下步骤：
S01、在隧道壁110上确定系统锚杆点位；
S02、组装中空锚杆杆体，安装自钻式钻头30、注浆器和接杆钎尾；
S03、注浆器接通稀浆液，开孔钻进锚孔100，采用连接器20接长中空锚杆杆体续钻；
S04、钻至锚孔100设计深度停钻，注浆器接通浓浆液注浆；
S05、锚孔100孔口返浆停注，分离注浆器与中空锚杆杆体；
S06、在中空锚杆杆体后部套入恒阻让压机构，将其外套筒40的远端推送入锚孔100内，旋拧让压螺母60使其前部与让压筒50近端导向段51、变形段52过渡段内壁接触；
S07、在外套筒40的外端部安装垫板70和螺母80，并安装保护筒90。
本发明的锚固施工方法简便，支护施工采用水泥浆护壁钻孔，成孔注浆完成后安装恒阻让压机构、垫板、螺母和保护筒，完成单根锚杆支护施工。
以上所述只是用图解说明本发明一种自钻式让压中空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 (5)

1.一种自钻式让压中空锚杆，包括中空锚杆杆体和设置在其后端的垫板(70)、螺母(80)，在中空锚杆杆体的前端固定安装自钻式钻头(30)，其特征是：所述中空锚杆杆体的后部设置恒阻让压机构，该恒阻让压机构包括外套筒(40)、让压筒(50)和让压螺母(60)；所述让压筒(50)套装在外套筒(40)内，其远端和近端具有与外套筒(40)环形内壁滑动配合的导向段(51)，远端和近端导向段(51)之间为径向内缩形成的变形段(52)；所述外套筒(40)的远端为径向内缩形成的限位环(41)，中空锚杆杆体的后部穿过限位环(41)和让压筒(50)内腔，让压螺母(60)与中空锚杆杆体螺纹连接且作用于近端导向段(51)与变形段(52)过渡段的内壁上，远端导向段(51)的端面作用在限位环(41)上；所述垫板(70)套装在外套筒(40)上，螺母(80)与外套筒(40)后部的外螺纹段(42)螺纹连接，螺母(80)前端面作用在垫板(70)板面上。
2.如权利要求1所述的一种自钻式让压中空锚杆，其特征是：所述让压螺母(60)的前部呈球面状。
3.如权利要求1所述的一种自钻式让压中空锚杆，其特征是：所述外套筒(40)后部设置与外螺纹段(42)螺纹连接的保护筒(90)，该保护筒(90)的前端与螺母(80)后端面接触，对外套筒(40)的出露段形成遮挡。
4.如权利要求1所述的一种自钻式让压中空锚杆，其特征是：所述中空锚杆杆体全长螺纹管，由至少两段杆体通过连接器(20)纵向对接组装而成。
5.采用如权利要求1至4任意一项所述的一种自钻式让压中空锚杆的锚固方法，包括如下步骤：
S01、在隧道壁(110)上确定系统锚杆点位；
S02、组装中空锚杆杆体，安装自钻式钻头(30)、注浆器和接杆钎尾；
S03、注浆器接通稀浆液，开孔钻进锚孔(100)，采用连接器(20)接长中空锚杆杆体续钻；
S04、钻至锚孔(100)设计深度停钻，注浆器接通浓浆液注浆；
S05、锚孔(100)孔口返浆停注，分离注浆器与中空锚杆杆体；
S06、在中空锚杆杆体后部套入恒阻让压机构，将其外套筒(40)的远端推送入锚孔(100)内，旋拧让压螺母(60)使其前部与让压筒(50)近端导向段(51)、变形段(52)过渡段内壁接触；
S07、在外套筒(40)的外端部安装垫板(70)和螺母(80)，并安装保护筒(90)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113653522A (zh) * 2021-09-16 2021-11-16 河海大学 一种控制软岩大变形兼具位移监测功能的自攻式让位锚杆
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