CN116291642A - 隧道分节径向锚杆及配套的锚杆钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工中的锚杆施工设备领域，特别是一种隧道分节径向锚杆及配套的锚杆钻机。旨在提高锚杆成拱的预应力，提供一共更加便于组装和调试的工件。本发明中锚杆包括沿轴线方向组装的多级锚杆，每集锚杆的外端各设有反向膨胀定位机构，除末端锚杆外，各反向膨胀定位机构上还设有流体通过孔，各反向膨胀机构张开状态呈支撑伞状，自外而内，各支撑伞的外径尺寸逐级递减。优点在于：在空间受限的施工环境下可以保障锚杆径向插装于围岩中，提高锚固效果。首次提出在阶梯型的成型注浆结构，锚杆的力学性质更好。

Description

隧道分节径向锚杆及配套的锚杆钻机

技术领域

本发明涉及锚杆施工设备领域，特别是一种隧道分节径向锚杆及配套的锚杆钻机。

背景技术

隧道施工中，初始支护和衬砌的加工是重要的必要工步。其稳定的施工是保证后续工步的关键。尤其是锚杆的安装，其工步主要包括以锚杆通过锚固孔打入到岩体中, 并在锚固孔内侧处用螺母与锚杆端部螺栓旋接而建立起围岩与锚杆间有效连接。

隧道施工中，土层锚杆就是在稳定土层内部的钻孔中,用水泥砂浆将钢筋(或钢绞线)与土体粘接在一起的拉结挡土结构。它由外锚具、自由段和锚固段组成。外锚具是指连接支挡结构,固定拉杆的锁定结构；自由段是指将锚头处的拉力传至锚固体的区段,其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指粘结材料将预应力筋与土层粘结的区段,其功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚固体的承压作用,将自由段的拉力传至土层深部。锚杆结构相对简单，现阶段对锚杆的改进主要在于材质的改进，提高其材质的硬度，或者对于其接头处进行改进，改善接头与其他零部件的适配度。

但是申请人认为，现阶段的技术存在改进的空间，具体表现在： 1.锚接的强度并不是各处均匀，往往锚杆底层承受的拉力更大，需要更好的力学性能，而现有技术中做不到阶梯注浆；2.现阶段锚孔加工中容易发生塌孔的现象，导致后续锚杆难以到达对照的位置；3.锚杆整体为细长状，不进不便于组装，其成品的抗弯性能差；4. 隧道内部的安装空间有限，特定工况下锚杆较长，只能非径向的在围岩中插装锚杆，这种布置方式无法达到预期的锚固效果。综上所述，现阶段需要一种能够提高锚杆成拱的预应力的方法和设备，提供一共更加便于组装和调试的工件。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种能够提高锚杆成拱的预应力的方法和设备，提供一共更加便于组装和调试的工件。

本发明的具体方案是：隧道分节径向锚杆，构成支护层，所述支护层中，包括多个全螺纹的隧道分节径向锚杆，所述隧道分节径向锚杆发散状插装于围岩剖面，隧道分节径向锚杆包括沿轴线方向组装的多级锚定单元，每级锚定单元的外端各套装有反向膨胀定位机构，除末端锚杆外，各反向膨胀定位机构上还设有流体通过孔；所述端部膨胀机构和各反向膨胀机构张开状态呈支撑伞状，自外而内方向上，各锚定单元上的支撑伞的外径尺寸逐级递减、以形成直径自外而内逐渐递减的冠状支护层；所述膨胀定位机构包括钢制涨锚头和伞状的膨胀锚身，所述膨胀锚身上设中心孔，所述中心孔的孔径大于所述锚定单元的孔径，小于所述钢制涨锚头的外径，所述锚定单元的端部相邻套装所述锚定单元，所述锚定单元的端部经由螺纹连接装配所述涨锚头；所述涨锚头上设有浆液通过用沟槽。

具体实施中，所述多级锚杆包括若干锚定单元，各锚定单元间设有子母扣式卡装连接。

具体实施中，所述子母扣式卡装连接包括安装在锚杆锚定单元尾部的母扣和安装在锚定单元首部的子扣，所述母扣包括卡装孔，所述卡装孔内设有方形弹块，所述子扣包括卡装轴，对应的所述卡装轴上设有与弹块形位配合的方形弹块孔，所述弹块与所述卡装孔间经由弹簧连接。

具体实施中，所述流体通过孔布设在所述膨胀体上，流体通过孔的孔轴朝向所述锚杆的中心轴。

具体实施中，所述钢制涨锚头为圆柱形或圆台形，其最小外径不大于所述中心孔的孔径。

一种与所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，所述包括柱塞式液压缸形成的钻杆、带动所述钻杆转动的驱动机构和安装在所述钻杆顶部的钻头，所述柱塞式液压缸的宽高比小于1/20，所述柱塞式液压缸全伸展状态下，每级伸缩柱的外径自动力源向上依次递减，每级伸缩柱外径的尺寸差小于6cm，各级伸缩柱的外径尺寸与各级支撑伞的外径尺寸相对应，所述钻杆外部加装加强耐磨板，所述各级伸缩柱间加装密封圈。

具体实施中，在最底层的伸缩柱下方，设有液压管限位机构，所述液压管限位机构包括跟随液压管转动的内圈和固定在机架上的外圈，所述内圈与所述外圈之间设有滚动体。

具体实施中，所述液压管进口连接液压控制机构，所述液压控制机构上安装有电磁继电器控制的快速换向阀。

具体实施中，所述围岩上，锚定孔的外部设有向锚定孔内注水的水冷管道。

所述钻头为YE锚杆施工钻头。

本发明的有益效果在于：

在空间受限的施工环境下可以保障锚杆径向插装于围岩中，提高锚固效果。

首次提出在阶梯型的成型注浆结构，锚杆的力学性质更好；

流体通过孔的朝向的设计降低了设备对注浆流到堵塞的影响，多个孔均布排列，无论在钻进阶段还是在注浆阶段，都可以有效维持孔内的力学平衡；

逐级递进的钻进方式，钻头钻孔，柱塞缸扩孔，同时配套速度方向的控制，形成一套合理有效的锚孔加工方案，有效防止锚孔塌孔，便于锚杆的定位；

渐进的膨胀锚身尺寸的设计，一方面为锚杆的组装顺序提供了参考，另一方面为阶梯型的注浆提供了支撑，有效防止歪杆或偏心。

附图说明

图1是本发明结构的主视图；

图2是本发明结构的左视图；

图3是本发明图2中A-A剖面的剖视图；

图4是本发明图3中B处局部放大图；

图5是本发明结构的立体图；

图6是本发明中注浆成型后的示意图；

图7是本发明中锚杆钻机的结构示意图；

图中各部件名称：1.穿经的围岩；2.锚定单元；3. 母扣；4. 子扣；5. 弹块；6. 弹簧；7. 膨胀锚身；8. 涨锚头；9.流体通过孔；10. 沟槽；11. 中心孔；12. 柱塞式液压缸；13. 液压管道；14.外圈；15. 内圈；16. 钻头；17. 驱动机构；18.锚定的成型结构；19. 水冷管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种隧道分节径向锚杆，参见图1至图7，设计锚杆，构成支护层，所述支护层中，包括多个全螺纹的隧道分节径向锚杆，所述隧道分节径向锚杆发散状插装于围岩剖面，隧道分节径向锚杆包括沿轴线方向组装的多级锚定单元2，每级锚定单元2的外端各套装有反向膨胀定位机构，除末端锚杆外，各反向膨胀定位机构上还设有流体通过孔9；所述端部膨胀机构和各反向膨胀机构张开状态呈支撑伞状，自外而内方向上，各锚定单元2上的支撑伞的外径尺寸逐级递减、以形成直径自外而内逐渐递减的冠状支护层；所述膨胀定位机构包括钢制涨锚头8和伞状的膨胀锚身7，所述膨胀锚身7上设中心孔11，所述中心孔11的孔径大于所述锚定单元2的孔径，小于所述钢制涨锚头8的外径，所述锚定单元2的端部相邻套装所述锚定单元2，所述锚定单元2的端部经由螺纹连接装配所述涨锚头8；所述涨锚头8上设有浆液通过用沟槽10。

所述多级锚杆包括若干锚定单元2，各锚定单元2间设有子母扣式卡装连接。

所述子母扣式卡装连接包括安装在锚杆锚定单元2尾部的母扣3和安装在锚定单元2首部的子扣4，所述母扣3包括卡装孔，所述卡装孔内设有方形弹块5，所述子扣4包括卡装轴，对应的所述卡装轴上设有与弹块5形位配合的方形弹块5孔，所述弹块5与所述卡装孔间经由弹簧6连接。

所述流体通过孔9布设在所述膨胀体上，流体通过孔9的孔轴朝向所述锚杆的中心轴。

所述钢制涨锚头8为圆柱形或圆台形，其最小外径不大于所述中心孔11的孔径。

施工过程中，分节的锚杆逐级塞装入锚孔中，采用拼装结构，可以降低运输难度，也可以防止尺寸过长导致不利于拼装的情况发生，按需拼装预定长度，拼装时采用子母扣式连接，其中方形的弹块5设计进一步保证精准卡合，也防止拼装后间发生扭动。同时，由于每个锚定单元2的长度低，侧面提高了整体的抗弯性能；

当锚杆整体到位后，沿螺纹转向的方向反向转动，此时膨胀锚身7和涨锚头8受外部岩层限制不会跟随转动，涨锚头8会朝向膨胀锚身7移动，进而带动膨胀锚身7发生膨胀，形成在岩层中的进一步的固定，在之后，进行注浆，注浆过程中，流体通过孔9的存在使注浆不会被膨胀锚身7堵塞流道，能够顺利完成注浆的过程。

由于自外而内方向上，各锚定单元2上的支撑伞的外径尺寸逐级递减，为在锥形孔内的安装提供了支撑。

一种与所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，所述包括柱塞式液压缸12形成的钻杆、带动所述钻杆转动的驱动机构17和安装在所述钻杆顶部的钻头16，所述柱塞式液压缸12的宽高比小于1/20，所述所述柱塞式液压缸12全伸展状态下，每级伸缩柱的外径自动力源向上依次递减，每级伸缩柱外径的尺寸差小于6cm，各级伸缩柱的外径尺寸与各级支撑伞的外径尺寸相对应，所述钻杆外部加装加强耐磨板，所述各级伸缩柱间加装密封圈。

本实施例中，主要钻进机构还是钻头16，柱塞式液压缸12起到的是挤压扩孔的作用，在整个钻孔扩孔的工步完成后，安装锚杆，之后注浆，注浆过程中膨胀锚身7的尺寸设计为锚杆的固定和注浆形成支撑，并在最终形成了一种渐进渐缩的注浆结构。

工作过程中，在最底层的伸缩柱下方，设有液压管限位机构，所述液压管限位机构包括跟随液压管转动的内圈15和固定在机架上的外圈14，所述内圈15与所述外圈14之间设有滚动体。内外圈14和滚动体的设计原理等同滚动轴承，其设计保证液压管不会纽死。

所述液压管进口连接液压控制机构，所述液压控制机构上安装有电磁继电器控制的快速换向阀。该设计可以合理并及时的控制液压油路的流速流向，进而控制钻进的速度及方向，保证缓慢钻进，扩孔，同时具备回推的性能，通过合理的钻孔扩孔加工方式，有效防止锚孔内塌孔的现象发生。

所述围岩上，锚定孔的外部设有向锚定孔内注水的水冷管道19。

所述钻头16为YE锚杆施工钻头16。

具体实施过程中，锚杆可以采用中空，也可以采用实心结构，按现场岩层硬度情况确定。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道分节径向锚杆，构成支护层，所述支护层中，包括多个全螺纹的隧道分节径向锚杆，所述隧道分节径向锚杆发散状插装于围岩剖面，其特征在于：隧道分节径向锚杆包括沿轴线方向组装的多级锚定单元（2），每级锚定单元（2）的外端各套装有反向膨胀定位机构，除末端锚杆外，各反向膨胀定位机构上还设有流体通过孔（9）；所述端部膨胀机构和各反向膨胀机构张开状态呈支撑伞状，自外而内方向上，各锚定单元（2）上的支撑伞的外径尺寸逐级递减、以形成直径自外而内逐渐递减的冠状支护层；所述膨胀定位机构包括钢制涨锚头（8）和伞状的膨胀锚身（7），所述膨胀锚身（7）上设中心孔（11），所述中心孔（11）的孔径大于所述锚定单元（2）的孔径，小于所述钢制涨锚头（8）的外径，所述锚定单元（2）的端部相邻套装所述锚定单元（2），所述锚定单元（2）的端部经由螺纹连接装配所述涨锚头（8）；所述涨锚头（8）上设有浆液通过用沟槽（10）。

2.如权利要求1所述的隧道分节径向锚杆，其特征在于：所述锚定单元（2）间设有子母扣式卡装连接。

3.如权利要求2所述的隧道分节径向锚杆，其特征在于：所述子母扣式卡装连接包括安装在锚杆锚定单元（2）尾部的母扣（3）和安装在锚定单元（2）首部的子扣（4），所述母扣（3）包括卡装孔，所述卡装孔内设有方形弹块（5），所述子扣（4）包括卡装轴，对应的所述卡装轴上设有与弹块（5）形位配合的方形弹块（5）孔，所述弹块（5）与所述卡装孔间经由弹簧（6）连接。

4.如权利要求1所述的隧道分节径向锚杆，其特征在于：所述流体通过孔（9）布设在所述膨胀体上，流体通过孔（9）的孔轴朝向所述锚杆的中心轴。

5.如权利要求1所述的隧道分节径向锚杆，其特征在于：所述钢制涨锚头（8）为圆柱形或圆台形，其最小外径不大于所述中心孔（11）的孔径。

6.一种与权利要求1所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，其特征在于：所述包括柱塞式液压缸（12）形成的钻杆、带动所述钻杆转动的驱动机构（17）和安装在所述钻杆顶部的钻头（16），所述柱塞式液压缸（12）的宽高比小于1/20，所述所述柱塞式液压缸（12）全伸展状态下，每级伸缩柱的外径自动力源向上依次递减，每级伸缩柱外径的尺寸差小于6cm，各级伸缩柱的外径尺寸与各级支撑伞的外径尺寸相对应，所述钻杆外部加装加强耐磨板，所述各级伸缩柱间加装密封圈。

7.如权利要求6所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，其特征在于：在最底层的伸缩柱下方，设有液压管限位机构，所述液压管限位机构包括跟随液压管转动的内圈（15）和固定在机架上的外圈（14），所述内圈（15）与所述外圈（14）之间设有滚动体。

8.如权利要求7所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，其特征在于：所述液压管进口连接液压控制机构，所述液压控制机构上安装有电磁继电器控制的快速换向阀。。

9.如权利要求8所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，其特征在于：所述围岩上，锚定孔的外部设有向锚定孔内注水的水冷管道（19）。

10.如权利要求9所述的隧道分节径向锚杆配合使用的锚杆钻机，其特征在于：所述钻头（16）为YE锚杆施工钻头（16）。

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