CN115788539A - 一种增大端部注浆范围的超前锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增大端部注浆范围的超前锚杆，属于隧道超前支护技术领域，在锚杆本体的端部增设平头注浆器或尖头注浆器，且与注浆筒身连通，则在使用时，向外转动第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压锥形齿牙或斗形齿牙，使锥形齿牙或斗形齿牙打开并插入到锚杆端部围岩之中，再通过施加注浆压力使浆液顺利到达锚杆端部。以此实现锚杆端部软弱围岩进行注浆，并增加其端部注浆范围。提高了锚杆本体抗拔性，增加了围岩稳定性。

Description

一种增大端部注浆范围的超前锚杆

技术领域

本发明属于隧道超前支护技术领域，具体涉及一种增大端部注浆范围的超前锚杆。

背景技术

进入21世纪以来，我国隧道工程的建设进入快速发展阶段，许多公路和铁路都采用了隧道方案，这极大的缩短了行车时间，提高了运营效益，促进了国民经济发展，增强了人民生活幸福指数。

大量隧道工程的建设，难免会遇到工程问题。在隧道施工的过程中，隧道开挖一般是在岩土体内部进行的，由于地质条件的复杂，往往会遇到结构松散的破碎岩石，其强度低，胶结弱，稳定差，隧道施工会不可避免地对岩土体产生扰动，改变岩土体原有应力状态，产生二次应力分布，造成地层损失，引起地表沉降。为防止隧道施工引起的地表沉降，围岩坍塌，掌子面失稳等问题，在隧道开挖之前往往需要先对掌子面上方岩层采用超前支护技术进行预处理。

超前锚杆作为实际隧道施工中一种常用的超前支护方式，具有施工工艺简单，造价低，应用广泛等优点。实际施工时，沿隧道掌子面外一定范围内，以一定外插角钻孔，将锚杆打入孔中同时灌注水泥砂浆，使锚杆与围岩固结成为整体。在一定程度上，可以提高围岩的抗剪强度，增强围岩的稳定性。

传统的超前锚杆的实际注浆范围较小，无法对锚杆端部软弱围岩进行注浆，更无法增加其端部注浆范围。为此，设计一种新型可端部增大注浆范围的超前锚杆变的极为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种增大端部注浆范围的超前锚杆，解决了传统超前锚杆无法对端部软弱围岩进行增大注浆范围的问题。

技术思路一：在锚杆端部围岩条件较差的情况下，在锚杆本体的远端增加尖头注浆器，且与注浆筒身连通。在使用时，向外转动第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压锥形齿牙，使锥形齿牙打开并插入到锚杆端部围岩之中，再通过施加注浆压力使浆液顺利到达锚杆端部。

基于上述技术思路，本发明采用的技术方案为：

一种增大端部注浆范围的超前锚杆，包括锚杆本体、尖头注浆器和圆柱形筒身，将尖头注浆器近端与圆柱形筒身远端连接，且套在锚杆本体上。

通过设置尖头注浆器，将圆柱形筒身内的浆液挤压至锚杆端部。

在上述技术方案中，作为优选的，所述锚杆本体包括钻头、圆形托板、第一连杆和第二连杆，所述圆形托板远端面与钻头焊接，所述圆形托板、第一连杆和第二连杆再依次连接形成一个整体杆结构。

通过设置第一连杆将尖头注浆器连接在锚杆本体的远端，则向外旋转第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压尖头注浆器插入到锚杆端部围岩之中，进而实现锚杆本体端部注浆。

对上述技术方案的进一步限定，所述端部注浆件包括尖头注浆器，所述尖头注浆器包括由近端向远端依次连接固定的第一套筒、第一圆柱形连接筒和锥形齿牙，所述第一套筒、第一圆柱形连接筒和锥形齿牙套在第一连杆上，且第一套筒第一连杆上的第一螺纹段螺纹连接，所述锥形齿牙沿着第一圆柱形连接筒的远端面周向布设，并在锥形齿牙远端面设置有贯穿其长度方向的梯形注浆孔，梯形注浆孔继续延伸出第一圆柱形连接筒近端面且与圆柱形筒身连通。

对上述技术方案更进一步限定，锥形齿牙的内壁向外倾斜，且其内壁与外壁之间的夹角为2.5 º～5.0 º。

通过设置第一套筒，实现第一圆柱形连接筒和锥形齿牙与第一连杆连接，则向外转动第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压锥形齿牙，使锥形齿牙打开并插入到锚杆端部围岩之中。

在上述技术方案中，进一步地限定，所述圆柱形筒身上设置有筒身螺纹和圆形注浆孔，所述筒身螺纹与圆形注浆孔交替式分布在圆柱形筒身外壁上。

通过设置筒身螺纹，提高了锚杆本体与围岩之间的摩擦力增强了锚杆的抗拔性。

在上述技术方案中，更进一步地，超前锚杆还包括止浆固定板，所述第二连杆近端处设置有第二螺纹段，所述止浆固定板螺纹连接在第二螺纹段上。

技术思路二：在锚杆端部围岩条件稍好的情况下，在锚杆本体的远端增加平头注浆器，且与注浆筒身连通。在使用时，向外转动第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压斗形齿牙，斗形齿牙被挤压张开之后，使斗形齿牙打开并插入到锚杆端部围岩之中，提供更大的注浆口，这就大大增加了锚杆端部的注浆范围。

基于上述技术思路，本发明采用的技术方案为：

一种增大端部注浆范围的超前锚杆，包括锚杆本体、平头注浆器和圆柱形筒身，将平头注浆器近端与圆柱形筒身远端连接，且套在锚杆本体上。

通过设置平头注浆器，将圆柱形筒身内的浆液挤压至锚杆端部。

在上述技术方案中，作为优选的，所述锚杆本体包括钻头、圆形托板、第一连杆和第二连杆，所述圆形托板远端面与钻头焊接，所述圆形托板、第一连杆和第二连杆再依次连接形成一个整体杆结构。

通过设置第一连杆将尖头注浆器连接在锚杆本体的远端，则向外旋转第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压尖头注浆器插入到锚杆端部围岩之中，进而实现锚杆本体端部注浆。

对上述技术方案的进一步限定，所述端部注浆件包括尖头注浆器，所述平头注浆器包括由近端向远端依次连接固定的第一套筒、第一圆柱形连接筒和斗形齿牙，所述第一套筒、第一圆柱形连接筒和斗形齿牙套在第一连杆上，且第一套筒第一连杆上的第一螺纹段螺纹连接，所述斗形齿牙沿着第一圆柱形连接筒的远端面周向布设，并在斗形齿牙远端面设置有贯穿其长度方向的弧形注浆孔，弧形注浆孔继续延伸出第一圆柱形连接筒近端面且与圆柱形筒身连通。

对上述技术方案更进一步限定，斗形齿牙的内壁向外倾斜，且其内壁与外壁之间的夹角为2.5 º～5.0 º。

通过设置第一套筒，实现第一圆柱形连接筒和斗形齿牙与第一连杆连接，则向外转动第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压斗形齿牙，使斗形齿牙打开并插入到锚杆端部围岩之中。

在上述技术方案中，进一步地限定，所述圆柱形筒身上设置有筒身螺纹和圆形注浆孔，所述筒身螺纹与圆形注浆孔交替式分布在圆柱形筒身外壁上。

通过设置筒身螺纹，提高了锚杆与围岩之间的摩擦力增强了锚杆的抗拔性。

在上述技术方案中，更进一步地，超前锚杆还包括止浆固定板，所述第二连杆近端处设置有第二螺纹段，所述止浆固定板螺纹连接在第二螺纹段上。

本发明的有益效果：

本发明在锚杆的端部增设平头注浆器/尖头注浆器，且与注浆筒身连通，则在使用时，向外转动第二连杆带动第一连杆使圆形托板同时向外旋转挤压锥形齿牙或斗形齿牙，使锥形齿牙或斗形齿牙打开并插入到锚杆端部围岩之中，再通过施加注浆压力使浆液顺利到达锚杆端部。以此实现锚杆端部软弱围岩进行注浆，并增加其端部注浆范围。提高了锚杆抗拔性，增加了围岩稳定性。此外，所有装置之间均采用螺丝拧合的方式进行连接，方便制作运输安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的结构透视图；

图3为实施例1的结构使用时的示意图；

图4为实施例1的结构分解示意图；

图5为旋转轴件的结构示意图；

图6为实施例1中尖头注浆器的结构示意图；

图7为实施例1中尖头注浆器的透视图；

图8为圆柱形筒身结构示意图；

图9为止浆板结构示意图；

图10为实施例2的结构示意图；

图11为实施例2的结构透视图；

图12为实施例2的结构使用时的示意图；

图13为实施例2的结构分解示意图；

图14为实施例2中平头注浆器的结构示意图；

图15为实施例2中平头注浆器的透视图。

其中，1钻头；2、旋转轴件；3、尖头注浆器；301、第一圆柱形连接筒；302、第一套筒；303、锥形齿牙；304、梯形注浆孔；4、平头注浆器；401、第二圆柱形连接筒；402、第二套筒；403、斗形齿牙；404、弧形注浆孔；5、圆柱形筒身；501、圆形注浆孔；502、筒身螺纹；6、止浆固定板；7、圆形托板；8、第一连杆；9、第一螺纹段；10、第二连杆；11、第二螺纹段。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度方向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种增大端部注浆范围的超前锚杆，如图1-9所示，包括锚杆、尖头注浆器3、圆柱形筒身5和止浆固定板6。

在本实施例中，所述尖头注浆器3、圆柱形筒身5和止浆固定板6依次由远端向近端设置在锚杆上。同时尖头注浆器3与圆柱形筒身5连接。

具体的，如图4和图5所示，所述锚杆本体包括一体成型的钻头1和旋转轴件2，其中，旋转轴件2包括圆形托板7、第一连杆8、第一螺纹段9和第二连杆10；所述圆形托板7顶部焊接于钻头1底部，圆形托板7底部焊接于第一连杆8顶部，第一连杆8底部焊接于第二连杆10顶部，另外，在第一连杆8部分杆身设有第一螺纹段9，在第二连杆10部分杆身设有第二螺纹段11，止浆固定板螺纹连接于第二螺纹段11上。

如图6和图7所示，所述尖头注浆器3包括锥形齿牙303、第一圆柱形连接筒301、第一套筒302及梯形注浆孔304；其中，锥形齿牙303沿着第一圆柱形连接筒301的远端环面布置，且焊接在第一圆柱形连接筒301的远端环面上，第一圆柱形连接筒301的近端面焊接第一套筒302，第一圆柱形连接筒301外侧设有大号外螺纹，与圆柱形筒身5远端处内壁上的大号内螺纹进行拧合连接；所述第一套筒302筒内壁与第一连杆8部分杆身设有的第一螺纹段9进行拧合连接。

在本实施例中，所述梯形注浆孔304贯穿锥形齿牙303的长度方向，且继续延伸出第一圆柱形连接筒301近端面且与圆柱形筒身5连通。

其中，锥形齿牙303的内壁向外倾斜，其侧壁厚度由近端向远端依次变薄，自然状态下，其内壁与外壁之间的夹角为2.5 º～5.0 º。

如图8所述，所述圆柱形筒身5上设有圆形注浆孔501和筒身螺纹502，圆形注浆孔501与筒身螺纹502交替式分布于圆柱形筒身5外壁上。

在本实施例中，增大端部注浆范围是指：在实际使用时，向外转动第二连杆10带动第一连杆8使圆形托板7同时向外旋转挤压锥形齿牙303，使锥形齿牙303打开并插入到锚杆端部围岩之中，再通过施加注浆压力使浆液顺利到达锚杆端部。以此实现锚杆端部软弱围岩进行注浆，并增加其端部注浆范围。该装置提高了锚杆抗拔性，增加了围岩稳定性。

具体使用过程为：

首先，确定锚杆端部围岩条件。若围岩条件较差，则选取尖头注浆器3，通过第一套筒302的中号内螺纹段使尖头注浆器3拧合于旋转轴件2的第一连杆8上，将旋转轴件2和尖头注浆器3安装成整体；然后将钻头1焊接于旋转轴件2的圆形托板7上；再将圆柱形筒身5通过内侧端部的大号螺纹拧合于尖头注浆器3的第一圆柱形连接筒301的外侧。

其次，将安装好的锚杆本体在相应点位进行钻入，待钻入到指定位置之后，向外转动第二连杆10带动第一连杆8使圆形托板7同时向外旋转挤压锥形齿牙303，这个时候锥形齿牙303的内壁向外继续倾斜，最大倾斜角度为30度，锥形齿牙303的长度约为30cm，使锥形齿牙303打开并插入到锚杆端部围岩之中。

然后，进行注浆工作，浆液通过圆形注浆孔501进入到圆柱形筒身5的外侧围岩中，使圆柱形筒身5与围岩成为整体，筒身螺纹502提高了锚杆与围岩之间的摩擦力增强了锚杆的抗拔性；浆液通过梯形注浆孔304进入到锚杆端部的软弱围岩之中，使锚杆端部与围岩成为整体，张开的锥形齿牙303提高了锚杆的抗拔性。

最后，待注浆完成，将止浆固定板6的小号螺纹与旋转轴件2的第二连杆10的第二螺纹段11拧合即可。

通过注浆使锥形齿牙303和筒身螺纹502与浆液、围岩粘固结成为整体，从而实现了对锚杆端部增大注浆范围的效果，提高了围岩的稳定性。

实施例2

本实施例提供了一种增大端部注浆范围的超前锚杆，如图5、8-15所示，包括锚杆、平头注浆器4、圆柱形筒身5和止浆固定板6。

在本实施例中，所述平头注浆器4、圆柱形筒身5和止浆固定板6依次由远端向近端设置在锚杆上。同时平头注浆器4与圆柱形筒身5连接。

具体的，如图5和图13所示，所述锚杆包括一体成型的钻头1和旋转轴件2，其中，旋转轴件2包括圆形托板7、第一连杆8、第一螺纹段9和第二连杆10；所述圆形托板7顶部焊接于钻头1底部，圆形托板7底部焊接于第一连杆8顶部，第一连杆8底部焊接于第二连杆10顶部，另外，在第一连杆8部分杆身设有第一螺纹段9，在第二连杆10部分杆身设有第二螺纹段11，止浆固定板螺纹连接于第二螺纹段11上。

如图14和图15所示，所述平头注浆器4包括斗形齿牙403、第二圆柱形连接筒401、第二套筒402及弧形注浆孔404；其中，斗形齿牙403沿着第二圆柱形连接筒401的远端环面布置，且焊接在第二圆柱形连接筒401的远端环面上，第二圆柱形连接筒401的近端面焊接第二套筒402，第二圆柱形连接筒401外侧设有大号外螺纹，与圆柱形筒身5远端处内壁上的大号内螺纹进行拧合连接；所述第二套筒内侧与第一连杆8部分杆身设有的第一螺纹段9进行拧合连接。

在本实施例中，所述弧形注浆孔404贯穿斗形齿牙403的长度方向，且继续延伸出第二圆柱形连接筒401近端面且与圆柱形筒身5连通。

其中，斗形齿牙403的内壁向外倾斜，其侧壁厚度由近端向远端依次变薄，自然状态下，其内壁与外壁之间的夹角为2.5 º～5.0 º。

如图8所述，所述圆柱形筒身5上设有圆形注浆孔501和筒身螺纹502，圆形注浆孔501与筒身螺纹502交替式分布于圆柱形筒身5外壁上。

在本实施例中，增大端部注浆范围是指：在实际使用时，向外转动第二连杆10带动第一连杆8使圆形托板7同时向外旋转挤压斗形齿牙403，使斗形齿牙403打开并插入到锚杆端部围岩之中，再通过施加注浆压力使浆液顺利到达锚杆端部。以此实现锚杆端部软弱围岩进行注浆，并增加其端部注浆范围。该装置提高了锚杆抗拔性，增加了围岩稳定性。

具体使用过程为：

首先，确定锚杆端部围岩条件。若围岩条件稍好，则选取平头注浆器4，通过第二套筒402的中号内螺纹将平头注浆器4拧合于旋转轴件2的第一连杆8上，使旋转轴件2和平头注浆器4安装成整体；然后将钻头1焊接于旋转轴件2的圆形托板7上；再将圆柱形筒身5通过内侧端部的大号螺纹拧合于平头注浆器4的第二圆柱形连接筒401的外侧。

其次，将安装好的锚杆本体在相应点位进行钻入，待钻入到指定位置之后，向外转动第二连杆10带动第一连杆8使圆形托板7同时向外旋转挤压斗形齿牙403，这个时候斗形齿牙403的内壁向外继续倾斜，最大倾斜角度为30度，斗形齿牙403的长度约为30cm，使斗形齿牙403打开并插入到锚杆端部围岩之中。

然后，进行注浆工作，浆液通过圆形注浆孔501进入到圆柱形筒身5的外侧围岩中，使圆柱形筒身5与围岩成为整体，筒身螺纹502提高了锚杆与围岩之间的摩擦力增强了锚杆的抗拔性；浆液通过弧形注浆孔404进入到锚杆端部的软弱围岩之中，使锚杆端部与围岩成为整体，张开的斗形齿牙403提高了锚杆的抗拔性。

最后，待注浆完成，将止浆固定板6的小号螺纹与旋转轴件2的第二连杆10的第二螺纹段11拧合即可。

通过注浆使斗形齿牙403和筒身螺纹502与浆液、围岩粘固结成为整体，从而实现了对锚杆端部增大注浆范围的效果，提高了围岩的稳定性。

值得指出的是，实施例1和实施例2提供了尖头注浆器3和平头注浆器4两种注浆装置，其目的是为了满足实际施工时不同工况的要求。若锚杆端部围岩条件较差，则使用尖头注浆器3，这是由于尖头注浆器3中的锥形齿牙303可更加容易的插入到软弱围岩内部，通过注浆使软弱围岩更好的与浆液、锚杆固结为整体，同时张开插入围岩中的锥形齿牙303增强了锚杆的抗拔性；若锚杆端部围岩条件稍好，则使用平头注浆器4，平头注浆器4中的斗形齿牙403被挤压张开之后，由于斗形齿牙403可提供更大的注浆口，这就大大增加了锚杆端部的注浆范围。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，包括:

锚杆本体；

端部注浆件，套设于锚杆本体上，位于锚杆本体远端处；

圆柱形筒身，套设于锚杆本体上，与端部注浆件近端连接。

2.根据权利要求1所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，锚杆本体包括：

钻头；

旋转轴件，固定于钻头近端，且位于端部注浆件和圆柱形筒身内部。

3.根据权利要求2所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，旋转轴件包括：

圆形托板、第一连杆和第二连杆，所述圆形托板、第一连杆和第二连杆顺序连接，其中，

圆形托板的远端面与钻头固定；

第一连杆位于端部注浆件内部；

第二连杆位于圆柱形筒身内部。

4.根据权利要求3所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，端部注浆件包括尖头注浆器，尖头注浆器包括：

第一圆柱形连接筒，套在第一连杆外侧；

第一套筒，连接于第一圆柱形连接筒的近端面，且与第一连杆上的第一螺纹段螺纹连接；

锥形齿牙，沿着第一圆柱形连接筒的远端面周向布设，并在锥形齿牙的内部设置有沿其长度方向贯穿的梯形注浆孔。

5.根据权利要求4所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，梯形注浆孔延伸出第一圆柱形连接筒近端面且与圆柱形筒身连通。

6.根据权利要求4所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，锥形齿牙的内壁向外倾斜，且其内壁与外壁之间的夹角为2.5 º～5.0 º。

7.根据权利要求3所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，端部注浆件包括平头注浆器，平头注浆器包括：

第二圆柱形连接筒，套在第一连杆外侧；

第二套筒，连接于第二圆柱形连接筒的近端面，且与第一连杆上的第一螺纹段螺纹连接；

斗形齿牙，沿着第二圆柱形连接筒的远端面周向布设，并在斗形齿牙的内部设置有贯穿其长度方向的弧形注浆孔。

8.根据权利要求7所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，弧形注浆孔延伸出第二圆柱形连接筒近端面且与圆柱形筒身连通。

9.根据权利要求7所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，斗形齿牙的内壁向外倾斜，且其内壁与外壁之间的夹角为2.5 º～5.0 º。

10.根据权利要求1所述的一种增大端部注浆范围的超前锚杆，其特征在于，圆柱形筒身上设置有筒身螺纹和圆形注浆孔，筒身螺纹与圆形注浆孔交替式分布在圆柱形筒身外壁上。

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