CN114934800A - 一种弹锁式恒阻吸能锚索及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及衬砌隧道围岩的锚固支护技术领域，具体涉及一种弹锁式恒阻吸能锚索及其使用方法，包括套管、限位器和钢绞线，套管的外表面沿自身轴向设有多级环形齿状结构，限位器套装于套管外，且沿径向设有让压调节单元；其中，让压调节单元与多级环形齿状结构中的部分咬合，且能够沿径向伸缩以在多级环形齿状结构中移动，钢绞线沿轴向穿过套管。本发明能够明显体现锚索的工作状态，当围岩变形，钢绞线受力超出限位器设定值时，会变换限位器与环形齿状结构的咬合位置，此时，通过套管上外露的环形齿状结构数量能够反映锚索的工作状态，从而通过该工作状态能够对应反映围岩变形程度，并对支护场所适时进行加强支护。

Description

一种弹锁式恒阻吸能锚索及其使用方法

技术领域

本申请涉及衬砌隧道围岩的锚固支护技术领域，特别涉及一种弹锁式恒阻吸能锚索及其使用方法。

背景技术

在高地应力地层中，硬岩地层存在岩爆，软岩或破碎地层存在大变形等特殊工程问题，对这类特殊地质现象，主要通过让压吸能锚杆（索）来解决高地应力下支护安全问题。让压吸能锚杆（索）中安装一种特定的让压装置，在被支护结构发生大变形时，通过让压装置使锚杆（索）体产生与岩土体相适应的变形，避免锚杆（索）体拉断失效，保持支护作用，它是一种可以有效地控制复杂多变而又难以支护的大变形岩土工程的特定支护体。

近年来，各种具有恒阻变形的让压锚杆（索）不断地被开发和应用于边坡、地下工程或采矿巷道支护中，以解决软弱围岩造成的大变形的问题。

但是，一方面，上述的锚索其让压吸能装置因其自身的设计缺陷，如让压装置设计过于简单或设计不合理，采用的锚固方式不合理等，难以适应大变形岩土工程的需要；另一方面已有的吸能防冲装置不具有支护状态提醒的功能或者其提醒不够明显，不能确切了解锚索工作状态以对支护场所进行加强支护。因此，亟需研制一种具有大变形吸能特性的锚索，以满足吸能防冲及时补强的需要。

因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种弹锁式恒阻吸能锚索及其使用方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种弹锁式恒阻吸能锚索，包括：

套管，所述套管的外表面沿自身轴向设有多级环形齿状结构；

限位器，所述限位器套装于所述套管外，且沿径向设有让压调节单元；其中，所述让压调节单元与多级所述环形齿状结构中的部分咬合，且能够沿径向伸缩以在多级所述环形齿状结构中移动；

钢绞线，所述钢绞线沿轴向穿过所述套管。

优选的，所述限位器为多瓣式分体结构组成的锥形柱体，且多瓣式所述锥形柱体的中部设有套孔以套装在所述套管上，所述限位器上沿径向设有多个安装孔；

所述让压调节单元包括：刚性球体、高阻力弹簧和调节螺母；

所述让压调节单元安装于所述安装孔中；

所述高阻力弹簧位于所述刚性球体和所述调节螺母之间，使所述刚性球体在所述安装孔内进行伸缩；

所述调节螺母挤压所述高阻力弹簧以改变所述刚性球体对所述环形齿状结构的工作阻力。

优选的，所述安装孔的孔壁上设有内螺纹，所述调节螺母的外侧壁设有外螺纹；

所述内螺纹与所述外螺纹相互配合，以旋转所述调节螺母使其沿所述内螺纹在所述安装孔内移动。

优选的，所述安装孔上靠近所述套管的一端孔径逐渐缩小，以限制所述刚性球体脱离所述安装孔，使所述刚性球体的部分外露，凸出于所述安装孔，所述刚性球体凸出于所述安装孔的部分咬合在多级所述环形齿状结构的间隔中。

优选的，多个所述安装孔为一组，所述安装孔设有多组，多组所述安装孔沿所述限位器的轴向等间距排列。

优选的，所述定位托盘中部设有用以套装在所述套管上的通孔，所述定位托盘上对应所述通孔设有锥形槽用以安装所述限位器，且所述锥形槽与所述通孔相连通。

优选的，所述定位托盘包括定位板和定位台，所述定位板和定位台一体制造成型；

所述定位台居中安装在所述定位板上，所述通孔设在所述定位板中部，所述锥形槽设在所述定位台中部，所述限位器安装在所述锥形槽中且所述限位器上外径较小的一端顶触在定位板上。

优选的，所述环形齿状结构沿所述套管的轴向多级均匀分布，相邻两个所述环形齿状结构之间形成倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽与所述限位器上所述刚性球体外露于所述安装孔的部分相契合。

优选的，所述套管的尾端设有镦粗结构，所述镦粗结构外侧面的前端设有弧形过渡面。

本申请还提供了一种弹锁式恒阻吸能锚索的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

S1,加工锚索，将钢绞线穿入套管中，滚压套管将其与钢绞线连为一体，并通过滚压套管在其表面沿轴向形成多级的环形齿状结构；

S2,加工锚索孔，从围岩表面钻入一个与钢绞线长度及直径匹配的锚索孔；

S3,加工套管孔，在锚索孔外端扩孔至与套管长度及直径匹配，为套管预留让压行程空间；

S4,安装锚索，将定位托盘通孔与锚索孔中心对齐，在锚索孔中置入树脂锚固剂，向锚索孔中插入钢绞线并旋转搅拌，使钢绞线与锚索孔围岩充分固结形成锚固力；

S5,设置吸能防冲结构，在限位器上安装让压调节单元，设置让压调节单元工作阻力，在套管上安装限位器，并使让压调节单元与多级环形齿状结构中的部分咬合，当锚索受力过载时，通过让压调节单元沿径向的伸缩以在多级环形齿状结构中移动，逐级消耗锚索受力过载的能量；

S6，完成锚索安装，对锚索进行拉拔施加预应力，使限位器与套管上环形齿状结构咬合的同时充分安装到定位台上，以完成锚索的安装，其中，预应力不大于让压调节单元所设置的工作阻力。

有益效果：1.本发明通过让压调节单元和环形齿状结构的配合能够提高钢绞线的延伸率，减缓超出钢绞线承载力的拉断破坏，以及减少围岩突然形变对钢绞线的冲击破坏，从而提高锚索的安全性和长效性。

2.本发明为了能够明显体现锚索的工作状态，在套管上逐级设置了环形齿状结构，当钢绞线受力过载时，会变换限位器与环形齿状结构的咬合位置，此时，通过套管上外露的环形齿状结构数量能够反映锚索的工作状态，从而通过该工作状态能够对应反映围岩变形程度，并对支护场所适时进行加强支护，极大的提高了锚索的安全性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的A-A位置的横向剖面图；

图3为本发明实施例的吸能防冲结构装配图；

图4为本发明实施例的B-B位置的横向剖面图；

图5为本发明实施例的限位器让压调节单元的剖面图；

图6为本发明实施例的套管安装示意图。

图中：1、钢绞线；2、套管；201、环形齿状结构；202、镦粗结构；3、限位器；301、锥形柱体；302、安装孔；4、定位托盘；401、定位板；402、定位台；403、锥形槽；5、刚性球体；6、高阻力弹簧；7、调节螺母；8、围岩。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1，参照图1和图6，一种弹锁式恒阻吸能锚索，包括套管2、限位器3和钢绞线1，具体地，在套管2外表面沿其自身轴向均匀设有多级环形齿状结构201，限位器3套装于套管2外，且沿径向设有让压调节单元，钢绞线1穿过套管2并通过滚压将两者固定成一体结构。

参照图1和图2，让压调节单元包括刚性球体5、高阻力弹簧6和调节螺母7，限位器3沿自身径向设有多个安装孔302，多个安装孔302为一组，安装孔302设有多组，多组安装孔302沿限位器3的轴向等间距排列，让压调节单元安装在安装孔302内，且安装孔302上靠近套管2的一端的孔径逐渐缩小以限制刚性球体5脱离安装孔302，对应的，刚性球体5会有部分凸出安装孔302，该凸出部分会伸入多级环形齿状结构201中相邻两个环形齿状结构201之间形成的倒梯形凹槽内，并与之相契合，使限位器3与环形齿状结构201中部分呈咬合状态，进而使限位器3对套管2产生工作阻力，以此来吸收锚索承受的超过让压调节单元工作阻力的能量。

参照图1和图5，安装孔302的孔壁上设有内螺纹，调节螺母7的外侧壁设有外螺纹，内螺纹与外螺纹相互配合，从而旋转调节螺母7时能够沿安装孔302内螺纹在其内部移动，由于高阻力弹簧6位于调节螺母7和刚性球体5之间，调节螺母7移动时会挤压高阻力弹簧6，通过调节对高阻力弹簧6的压力来实现对刚性球体5工作阻力的调节，同时又能够让刚性球体5受外力挤压时沿径向进行伸缩，因此，通过调节高阻力弹簧6的压力能够改变限位器3对套管2产生的工作阻力，且当锚索受力过高时，刚性球体5受环形齿状结构201挤压而沿径向收缩，能够使限位器3在多级环形齿状结构201中移动，改变限位器3与多级环形齿状结构201的咬合位置，以此来提高锚索的延伸率；通过连续的位移吸收围岩8突然释放的能量，达到逐级消耗能量的目的，使锚索长期处于弹性状态，减缓超出锚索承载力的拉断破坏，以及减少围岩8突然形变对锚索的冲击破坏，极大地提高了该锚索的安全性和长效性。

本实施例中，通过限位器3与套管2上环形齿状结构201的相互配合，逐级消耗超出锚索承载力的能量后，还有部分外露环形齿状结构201未与限位器3进行咬合，此时，通过未与限位器3咬合的部分外露环形齿状结构201的数量能够反映锚索的工作状态，从而通过该工作状态能够对应反映围岩变形程度，并对支护场所适时进行加强支护，极大的提高了锚索的安全性。

实施例2，参照图3，一种弹锁式恒阻吸能锚索，还包括定位托盘4，定位托盘4由定位板401和定位台402一体制造成型，一方面保证了定位托盘4的刚度，另一方面，通过定位托盘4便于多瓣式限位器3的安装，整体提高锚索的安装流程，加快工作效率，定位台402居中固定在定位板401上，定位板401中部开设有通孔，定位台402远离定位板401的一侧中部开设有与限位器3相匹配的锥形槽403，通孔与锥形槽403相连通，以便于定位托盘4与套管2套装。

参照图3和图4，限位器3为多瓣式分体结构组成的锥形柱体301，且多瓣式锥形柱体301的中部设有套孔以便套装在套管2上，将该限位器3呈分体式逐个套装在套管2上，降低安装过程中多级环形齿状结构201对限位器3产生的阻力，为限位器3的安装提供了极大地便利，同时整体提高了锚索的安装速度，该限位器3与套管2套装的同时，通过上述定位托盘4进行固定，将该限位器3安装在锥形槽403中，使其自动进行锁紧，限位器3的外径较小的一端顶触在定位板401上。

实施例3，参照图1和图6，套管2的尾端设有镦粗结构202，使套管2尾端外径大于限位器3的内径，在硬质地岩突发强烈形变时，当限位器3变换咬合位置超出环形齿状结构201后，通过镦粗结构202能够避免出现锚索与限位器3脱离的情况，对应的，在镦粗结构202外侧面的前端设有弧形过渡面，能够降低并减缓限位器3内径受到镦粗结构202给予的压力，对限位器3起到了防护作用。

为了进一步详细介绍本发明的技术方案，本发明的具体实施例还提供一种弹锁式恒阻吸能锚索使用方法。

本发明具体实施例中的方法包括如下步骤：

S1,确定吸能单元的让压行程以及弹锁式恒阻吸能锚索的套管2长度，套管2长度根据施工环境及支护要求设置，且套管2的外径随钢绞线1的工作强度增加，确保套管2外的环形齿状结构201具有足够的强度；

S2,确定限位器3的工作阻力，根据理论计算及工程现场锚索测力，随后，对应测得的锚索承载力旋转调节螺母7来调节高阻力弹簧6的压紧程度，以改变高阻力弹簧6对刚性球体5的压力，进而改变了刚性球体5对环形齿状结构201产生的工作阻力，以完成限位器3的工作阻力的设定，且限位器3工作阻力必须低于钢绞线1的承载能力且高于工程现场锚索测力；

S3,加工弹锁式恒阻吸能锚索：将钢绞线1穿入套管2中，保证钢绞线1直径与套管2内径相匹配，滚压套管2将其与钢绞线1连为一体，并通过滚压套管2在其表面沿轴向滚压成多级的环形齿状结构201；

S4,加工锚索孔，从围岩8表面钻入一个与钢绞线1长度及直径匹配的锚索孔；

S5,加工套管2孔，在锚索孔外端扩孔至与套管2的长度及直径匹配，为套管2预留让压行程空间；

S6,安装定位托盘4，将定位托盘4的通孔与锚索孔中心对齐；

S7,安装锚索，先在锚索孔中置入树脂药卷，再向锚索孔中插入锚索，旋转树脂药卷使其与锚索以及钻孔围岩8充分固结，从而形成锚固力；

S8,安装限位器3，将多瓣分体式的限位器3逐个安装在定位台402的锥形槽403中，并使其与多级环形齿状结构201中的部分进行咬合，以对环形齿状结构201产生工作阻力，当锚索受力过载时，通过让压调节单元沿径向伸缩在多级环形齿状结构201中移动，达到逐级消耗锚索受力过载的能量的目的；

S9,张拉锚索，对锚索进行张拉施加预紧力，使限位器3与套管2上环形齿状结构201咬合的同时充分安装到定位台402上，以完成锚索的安装，其中，预应力不大于让压调节单元所设置的工作阻力。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，包括：

套管（2），所述套管（2）的外表面沿自身轴向设有多级环形齿状结构（201）；

限位器（3），所述限位器（3）套装于所述套管（2）外，且沿径向设有让压调节单元；其中，所述让压调节单元与多级所述环形齿状结构（201）中的部分咬合，且能够沿径向伸缩以在多级所述环形齿状结构（201）中移动；

钢绞线（1），所述钢绞线（1）沿轴向穿过所述套管（2）。

2.根据权利要求1所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，所述限位器（3）为多瓣式分体结构组成的锥形柱体（301），且多瓣式所述锥形柱体（301）的中部设有套孔以套装在所述套管（2）上，所述限位器（3）上沿径向设有多个安装孔（302）；

所述让压调节单元包括：刚性球体（5）、高阻力弹簧（6）和调节螺母（7）；

所述让压调节单元安装于所述安装孔（302）中；

所述高阻力弹簧（6）位于所述刚性球体（5）和所述调节螺母（7）之间，使所述刚性球体（5）在所述安装孔（302）内进行伸缩；

所述调节螺母（7）挤压所述高阻力弹簧（6）以改变所述刚性球体（5）对所述环形齿状结构（201）的工作阻力。

3.根据权利要求2所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，所述安装孔（302）的孔壁上设有内螺纹，所述调节螺母（7）的外侧壁设有外螺纹；

所述内螺纹与所述外螺纹相互配合，以旋转所述调节螺母（7）使其沿所述内螺纹在所述安装孔（302）内移动。

4.根据权利要求2所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，所述安装孔（302）上靠近所述套管（2）的一端孔径逐渐缩小，以限制所述刚性球体（5）脱离所述安装孔（302），使所述刚性球体（5）的部分外露，凸出于所述安装孔（302），所述刚性球体（5）凸出于所述安装孔（302）的部分咬合在多级所述环形齿状结构（201）的间隔中。

5.根据权利要求2所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，多个所述安装孔（302）为一组，所述安装孔（302）设有多组，多组所述安装孔（302）沿所述限位器（3）的轴向等间距排列。

6.根据权利要求1所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，还包括：定位托盘（4），所述定位托盘（4）中部设有用以套装在所述套管（2）上的通孔，所述定位托盘（4）上对应所述通孔设有锥形槽（403）用以安装所述限位器（3），且所述锥形槽（403）与所述通孔相连通。

7.根据权利要求6所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，所述定位托盘（4）包括定位板（401）和定位台（402）；

所述定位板（401）和定位台（402）一体制造成型，所述定位台（402）居中安装在所述定位板（401）上，所述通孔设在所述定位板（401）中部，所述锥形槽（403）设在所述定位台（402）中部，所述限位器（3）安装在所述锥形槽（403）中且所述限位器（3）上外径较小的一端顶触在所述定位板（401）上。

8.根据权利要求4所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，所述环形齿状结构（201）沿所述套管（2）的轴向多级均匀分布，相邻两个所述环形齿状结构（201）之间形成倒梯形凹槽，所述倒梯形凹槽与所述刚性球体（5）凸出于所述安装孔（302）的部分相契合。

9.根据权利要求1所述的一种弹锁式恒阻吸能锚索，其特征在于，所述套管（2）的尾端设有镦粗结构（202），所述镦粗结构（202）外侧面的前端设有弧形过渡面。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的弹锁式恒阻吸能锚索的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

S1,加工锚索，将钢绞线（1）穿入套管（2）中，滚压套管（2）将其与钢绞线（1）连为一体，并通过滚压套管（2）在其表面沿轴向形成多级的环形齿状结构（201）；

S2,加工锚索孔，从围岩（8）表面钻入一个与钢绞线（1）长度及直径匹配的锚索孔；

S3,加工套管（2）孔，在锚索孔外端扩孔至与套管（2）长度及直径匹配，为套管（2）预留让压行程空间；

S4,安装锚索，将定位托盘（4）通孔与锚索孔中心对齐，在锚索孔中置入树脂锚固剂，向锚索孔中插入钢绞线（1）并旋转搅拌，使钢绞线（1）与锚索孔围岩充分固结形成锚固力；

S5,设置吸能防冲结构，在限位器（3）上安装让压调节单元，设置让压调节单元工作阻力，在套管（2）上安装限位器（3），并使让压调节单元与多级环形齿状结构（201）中的部分咬合，当锚索受力过载时，通过让压调节单元沿径向的伸缩以在多级环形齿状结构（201）中移动，逐级消耗锚索受力过载的能量；

S6,完成锚索安装，对锚索进行拉拔施加预应力，使限位器（3）与套管（2）上环形齿状结构（201）咬合的同时充分安装到定位台（402）上，以完成锚索的安装，其中，预应力不大于让压调节单元所设置的工作阻力。

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