CN113958352B - 一种适用于软弱破碎岩土体的锚杆与施工方法 - Google Patents

Abstract

适用于软弱破碎岩土体的锚杆，包括锚杆体、密封部件、锚固剂、锚头组件和推动部；所述锚杆体为中空结构，所述锚头组件安装在所述锚杆体的顶端，所述密封部件和所述锚固剂分别安装在所述锚杆体内，所述锚固剂位于所述密封部件和所述锚头之间，所述推动部推动所述密封部件朝向所述锚头组件方向挤压所述锚固剂。本发明通过将树脂锚固剂储存于中空锚杆体头部，待钻孔完成后，将锚杆体安装至孔底，锚固剂随即送至特定深度，能够有效解决锚固剂不易安放至指定位置的问题，使得施工效率进一步提高。

Description

一种适用于软弱破碎岩土体的锚杆与施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种适用于软弱破碎岩土体的锚杆与施工方法。

背景技术

随着国内隧道建设的飞速发展，由于地层结构的复杂性，在隧道施工的过程中不可避免地穿越软弱破碎岩土体。在建设的过程中，需要采用锚杆支护技术来提高围岩的自支护能力，保证围岩的稳定性以防止坍塌事故的发生，保证开挖及后续作业的进行。在现场实施锚杆安装时，常常采用树脂锚固剂来完成锚杆端部的锚固，目前国内使用的树脂锚固剂均由胶泥和固化剂两部分组成，二者独自分装于封装带中。在当前实际应用中，需要在钻孔完成后，使用锚杆将树脂锚固剂推入到锚固孔合适深度，采用搅拌器将胶泥和固化剂充分混合发生固化反应，以达到锚固效果。

在软弱破碎岩土体中钻得锚固孔后，由于其结构破碎的特点，常常会发生塌孔现象，松动的岩土体随即堵塞锚固孔。此时，采用上述方式实施树脂锚杆锚固，容易出现锚固剂无法安放至指定位置以及封装袋提前破损发生部分固化等现象，影响施工进度。也有集成化的中空树脂锚杆，锚固剂置于锚端内部，采用滚轮组、钢索及卷线滚筒组成的推出装置推动锚杆体内活塞将树脂锚固剂推出，以此将锚固剂送至指定位置。但该装置在软弱破碎岩土体的应用中，若遭遇严重塌孔的情况时，锚杆体不易伸入锚固孔，且由于施工条件的限制，该推出装置一定程度上会影响施工效率。此外，现有技术中，普遍缺乏一种止浆装置，易出现锚固剂沿杆身发生流动，流至锚固段以外的区域，对锚固效果产生影响。

因此，基于该技术背景，亟需设计一种能将锚固剂顺利送至指定深度、操作方便且能保证锚固效果优良的锚杆及其施工方法，以提高施工速率和树脂锚杆支护质量。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种适用于软弱破碎岩土体的锚杆与施工方法，适用于软弱破碎岩土体的锚杆技术方案如下：

适用于软弱破碎岩土体的锚杆，其特征在于：包括锚杆体、密封部件、锚固剂、锚头组件和推动部；

所述锚杆体为中空结构，所述锚头组件安装在所述锚杆体的外端，所述密封部件和所述锚固剂分别安装在所述锚杆体内，所述锚固剂位于所述密封部件和所述锚头之间，所述推动部推动所述密封部件朝向所述锚头组件方向挤压所述锚固剂。

为更好的实现本发明，可进一步为：所述锚头组件包括锚杆头、螺旋混料部和破碎部，在所述锚杆头开始有第一出浆孔，所述螺旋混料部安装在所述锚杆头内部，所述破碎部安装在所述锚杆头内部。

进一步为：所述破碎部包括连接套和破碎刀头，所述连接套固定在所述锚杆头内部，所述破碎刀头安装在所述连接套的内孔中。

进一步为：沿所述锚杆体的轴向均匀开设有第二出浆孔。

进一步为：所述树脂锚固件包括第一材料、第二材料、封装部、所述封装部被薄膜分割为第一腔室和第二腔室，所述第一材料位于第一腔室，所述第二材料位于所述第二腔室。

进一步为：所述密封部件外周为橡胶材质，所述密封部件的外壁贴合在所述锚杆体的内壁中。

进一步为：所述推动杆包括至少一节杆节。

进一步为：在所述锚杆体的外周上套设有止浆定位装置。

进一步为：所述止浆定位装置为气囊结构，所述止浆定位装置的外圈直径与锚固孔内径一致，在所述止浆定位装置上开设有进气孔。

软弱破碎岩土体的锚杆的施工方法的技术方案如下：

软弱破碎岩土体的锚杆的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

S1：将锚杆体预制备用，从锚杆体的外端中依次放置密封部件和锚固剂，将锚头组件安装至锚杆体上，在距离锚杆体的外端50cm～100cm处设置止浆定位装置。

S2：隧道开挖后，在锚固孔预定位置打孔至预定深度；

S3：将锚固孔内岩粉及积水清理干净，避免对锚固效果产生影响；

S4：将锚杆体安装至孔底，对止浆定位装置充气；

S5：充气完成后，撤回充气软管，将推动部伸入至密封部件；

S6：启动推动控制装置，促使密封部件挤压锚固剂，锚固剂被破碎部划开，锚固剂通过螺旋混合部完成锚固剂的混合；

S7：锚固剂完全推出后，将推动部取出，用于剩余锚杆体的安装与锚固；

S8：锚固剂完全固化后，约为1～30分钟，在锚杆体的内端安装锁紧件，施加预应力，实现快速支护；

S9：进行其他锚杆的安装与预应力施加工作，完成该段隧道的支护工作；

S10：隧道掌子面继续往前推进，并循环实施S1至S9；

S11：待相应的预应力锚杆距离掌子面一定距离后，在不影响掌子面关键工序安排的前提下，在锚杆体的内端连接注浆泵，进行填充注浆，注浆完成后，安装堵头，完成锚杆体整体的锚固；

S12：重复步骤S1至S11，完成隧道开挖与锚杆支护的施工。

本发明的有益效果为：第一，本发明将树脂锚固剂储存于中空锚杆体头部，待钻孔完成后，将锚杆体安装至孔底，锚固剂随即送至特定深度，能够有效解决锚固剂不易安放至指定位置的问题，使得施工效率进一步提高。

第二，本发明所使用的推动杆由多段杆节组装构成，其安装简单，施工方便，且可根据实际工程需要，调整杆节数以适应不同长度的锚杆。

第三，本发明通过推动控制装置对活塞施加推力来实现锚固剂自锚杆体的释放，整个释放过程能快速完成，有益于节约施工时间，提高施工效率；在锚杆体完全锚固后，可将推动杆拔出，实现该构件的重复利用，可节约资源，降低施工成本。

第四，本发明在锚杆体端部设有锥形锚头，当发生塌孔时，该构件有利于锚杆穿过障碍到达指定位置；并且安装和拆卸容易，有利于完成锚固剂的快速放置。此外，所述锥形锚头可将封装袋留在锚杆内，仅将锚固剂释放，从而实现锚固剂与封装袋的分离，避免封装袋影响锚固剂与周围岩土体结合，从而获得更可靠的锚固效果。

第五，本发明在锚杆体的适宜位置设置止浆定位装置，采用充气膨胀的方式封堵杆体与孔壁的间隙，在不影响锚杆体安装的条件下，能够阻止锚固剂的不可控流动，实现预定位置存在充分的锚固剂，保证锚固段优良的锚固效果。

第六，本发明利用锚头内部的特殊螺旋构造实现锚固剂两种成分的混合，同时进行了锚固剂的推出与混合，整个过程用时较短，且省去了现有技术中的搅拌工序，节约了施工时间，提高了施工效率。

第七，完成预应力施加后，可利用中空锚杆体侧孔进行全长粘结式注浆工作，注浆时间灵活，便于把握施工进度。

附图说明

图1为本发明中锚杆体的结构示意图；

图2为本发明的锚杆体头部全剖示意图；

图3为本发明的树脂锚固剂示意图；

图4为本发明的止浆定位装置作用示意图；

图5为本发明的锥形锚头示意图；

附图说明标记为，堵头1、锁紧螺母2、垫板3、止浆塞4、锚杆体5、止浆定位装置6、锥形锚头7、螺旋结构71，破碎刀头72，第一出浆孔73，连接套74、推动杆8、树脂锚固剂9、胶泥91、薄膜92、固化剂93、密封活塞10。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示：一种适用于软弱破碎岩土体的锚杆，包括堵头1、锁紧螺母2、垫板3、止浆塞4、锚杆体5、止浆定位装置6和锥形锚头7，螺旋结构71，破碎刀头72，第一出浆孔73，连接螺纹74、推动杆8、树脂锚固剂9、胶泥91、薄膜92、固化剂93、密封活塞10。

其中，以人在隧道内为视角参考点，人在隧道内，锚杆体靠近人一端为内端，远离人一端为外端，锚杆体的外端对应图1和图2中锚杆体5的右端，锚杆体的内端对应图1和图2中锚杆体5的左端。

锥形锚头7安装在锚杆体5的外端，在锚杆体5上沿轴向均匀开设有第二出浆孔，止浆塞4预制在锚杆体5上，并且随锚杆体5一并安装至锚固孔内。

该锚杆体5为中空结构，在锚杆体5内滑动安装有密封活塞10，在锚杆体5内安装有树脂锚固剂9，树脂锚固剂9位于密封活塞10与锥形锚头7之间，在锥形锚头7上开设有第一出浆孔73，螺旋结构71安装在锥形锚头7内部，破碎刀头72安装在锥形锚头7的内部。

在锚杆体5的下段上套有止浆定位装置，止浆定位装置6呈气囊状，厚度约3cm，套设在所述锚杆体5上，充气膨胀后，其外圈直径等于锚固孔的内径。此外，止浆定位装置6通过安置于锚杆体5内部的软管进行气体填充，充气软管预先安装在止浆定位装置6的进气孔上，且在充气完成后，易于拔脱，所述进气孔为逆止孔，仅允许气体进入。

如图1所示，锚杆体5外表面均为波形螺纹，以获得更佳的锚固效果，内部则为直孔贯通，以保证所述密封活塞10能灵活移动，锚杆体5的杆身存在第二出浆孔，该第二出浆孔用于后期注浆用，在完成头部锚固后，可继续进行填充注浆，完成锚杆整体的锚固。

如图2所示，该密封活塞10与所述锚杆体5内壁紧密接触，在锚固剂推出的过程中，可阻止锚固剂在杆体内部下流，使锚固剂9从锚杆体内完全释放，充分发挥锚固效果。

如图3所示，树脂锚固剂9两种组分一同分装于同一封装袋中，所述封装袋实际为一层密封薄膜，中间设有薄膜92将锚固剂的胶泥91和固化剂93隔开；

推动杆8由多段杆节组装构成，杆节头部的螺纹与另一杆节尾端的螺纹相配合，完成各杆节的连接；

各杆节的长度均为1m，根据锚杆的长度来选择杆节的数量，保证推动杆8的总长度大于锚杆长度，杆节直径小于活塞直径，密封活塞10直径等于锚杆体5内径。

如图5所示，锥形锚头7内部存在螺纹设计，与锚杆体5端部的螺纹相配合，能够很方便地完成拆卸与安装，锥形锚头内设有破碎刀头72，破碎刀头72通过连接套74安装在锥形锚头7中，在锥型锚头内设计有螺旋结构71，在密封活塞10的推力下，其锋利的刃口可增强密封薄膜的破碎，促使胶泥91和固化剂93流出，锥型锚头内设计的螺旋结构71，可实现胶泥91与固化剂93的半自动搅拌混合，锥形锚头7通过锚头处的第一出浆孔73排出混合后的锚固剂。

适用于软弱破碎岩土体的锚杆的施工方法，具体过程是：

S1：将锚杆体5预制备用，从锚杆体外端依次放置密封活塞10和树脂锚固剂9，将锥形锚头7安装至锚杆体的外端，在距离锚杆体外端的50cm～100cm处设置止浆定位装置6。

S2：隧道开挖后，在锚固孔预定位置打孔至预定深度；

S3：用专用工具将锚固孔内岩粉及积水清理干净，避免对锚固效果产生影响；

S4：将预制锚杆安装至孔底，对止浆定位装置6充气，具体为，止浆定位装置6通过安置于锚杆体5内部的软管进行气体填充，充气软管预先安装在止浆定位装置6的进气孔上，且在充气完成后，易于拔脱，所述进气孔为逆止孔，仅允许气体进入。

S5：充气完成后，撤回充气软管，将组装完成的推动杆8伸入至密封活塞10位置；

S6：启动推动控制装置，促使密封活塞10挤压锚固剂9，借助端部的破碎刀头72及螺旋结构71完成锚固剂9的推出与混合；

S7：锚固剂9完全推出后，即可将推动杆8拔出，用于剩余锚杆体5的安装与锚固；

S8：锚固剂完全固化后，约为1～30分钟，在锚杆体的内端安装锁紧件，施加预应力，实现快速支护；

S9：进行其他锚杆的安装与预应力施加工作，完成该段隧道的支护工作；

S10：掌子面继续往前掘进，并循环实施S1至S9；

S11：待相应的预应力锚杆距离掌子面一定距离后，在不影响掌子面关键工序安排的前提下，在锚杆体的内端连接注浆泵，进行填充注浆，注浆完成后，安装堵头，完成锚杆体整体的锚固；

S12：重复步骤S1至S11，完成隧道开挖与锚杆支护的施工。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.适用于软弱破碎岩土体的锚杆，其特征在于：包括锚杆体、密封部件、锚固剂、锚头组件和推动部；

所述锚杆体为中空结构，所述锚头组件安装在所述锚杆体的外端，所述密封部件和所述锚固剂分别安装在所述锚杆体内，所述锚固剂位于所述密封部件和所述锚头之间，所述推动部推动所述密封部件朝向所述锚头组件方向挤压所述锚固剂；

所述锚头组件包括锚杆头、螺旋混料部和破碎部，在所述锚杆头上开设有第一出浆孔，所述螺旋混料部安装在所述锚杆头内部，所述破碎部安装在所述锚杆头内部；

所述破碎部包括连接套和破碎刀头，所述连接套固定在所述锚杆头内部，所述破碎刀头安装在所述连接套的内孔中；

沿所述锚杆体的轴向均匀开设有第二出浆孔；

所述锚固剂包括胶泥和固化剂，所述锚固剂的胶泥和固化剂封装在同一封装袋中，封装袋中间设有薄膜，以将锚固剂的胶泥和固化剂隔开；所述锚杆头为锥形锚头，所述螺旋混料部为设置在锥形锚头内部的螺旋结构，使得能够实现封装袋被所述破碎部破碎后胶泥与固化剂的混合。

2.根据权利要求1所述的适用于软弱破碎岩土体的锚杆，其特征在于：

所述密封部件外周为橡胶材质，所述密封部件的外壁贴合在所述锚杆体的内壁中。

3.根据权利要求2所述的适用于软弱破碎岩土体的锚杆，其特征在于：

所述推动部包括至少一节杆节。

4.根据权利要求3所述的适用于软弱破碎岩土体的锚杆，其特征在于：

在所述锚杆体的外周上套设有止浆定位装置。

5.根据权利要求4所述的适用于软弱破碎岩土体的锚杆，其特征在于：

所述止浆定位装置为气囊结构，所述止浆定位装置的外圈直径略大于锚固孔内径，在所述止浆定位装置上开设有进气孔。

6.适用于根据权利要求1-5中任一项所述的适用于软弱破碎岩土体的锚杆的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

S1：将锚杆体预制备用，从锚杆体的外端依次放置密封部件和锚固剂，将锚头组件安装至锚杆体上，在距离锚杆体外端50cm～100cm处设置止浆定位装置；

S2：隧道开挖后，在锚固孔预定位置打孔至预定深度；

S3：将锚固孔内岩粉及积水清理干净，避免对锚固效果产生影响；

S4：将预制锚杆体安装至孔底，对止浆定位装置充气；

S5：充气完成后，撤回充气软管，将推动部伸入至密封部件；

S6：启动推动控制装置，促使密封部件挤压锚固剂，锚固剂被破碎部划开，锚固剂通过螺旋混合部完成锚固剂的混合；

S7：锚固剂完全推出后，将推动部取出，用于剩余锚杆体的安装与锚固；

S8：1～30分钟后，锚固剂完全固化后，在锚杆体的内端安装锁紧件，施加预应力；

S9：在锚杆体的内端连接注浆泵，进行填充注浆，注浆完成后，安装堵头，完成锚杆体整体的锚固；

S10：重复步骤S1至S9，进行其他位置锚固孔的施工及锚杆体安装与锚固，完成锚杆支护的施工。