CN208347806U - 一种多元信息智能型超前锚杆装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多元信息智能型超前锚杆装置，包括锚杆、垫板、锁紧螺母、光栅传感器和温度传感器，所述锚杆前端置于锚管孔中，锚杆的后端置有垫板并通过锁紧螺母固定在锚杆上，所述光栅传感器和温度传感器置于垫板与锚杆之间并通过数据线与计算机采集系统连接，所述锚杆后端还置有声发射传感器，所述声发射传感器通过数据线与计算机采集系统连接。该锚杆装置能够实时的测量锚杆的轴向应力、径向应力以及温度等信息，同时还能够测量锚杆的受腐蚀程度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多元信息智能型超前锚杆装置。
背景技术
锚杆作为一种常用的支护形式，被广泛应用于地下工程、隧道施工、岩石边坡等土木工程领域，对维护土岩的稳定性起到了重要作用。在锚杆使用时，将其一端与工程构筑物连接，而另一端伸入地层中，将工程构筑物产生的拉力传递至土体深处，增大承压作用。
在施工过程中，由于地层结构复杂，需要实时的了解地层中的各种变化，包括地层的位移变化，地层的温度信息等。现有技术中心通过在锚杆上增加温度传感器和光栅光纤等传感器以便于测量土层中的各种信息。然而，由于锚杆锚固在土层中，容易受到腐蚀，如若不能及时被检测到，任由腐蚀继续发展下去，锚杆的预应力会大幅下降，导致支护性能将会大大降低，其支护的工程随时都有可能发生坍塌或者倒塌造成严重的经济损失。
实用新型内容
本实用新型针对以上问题的提出了一种多元信息智能型超前锚杆装置，该锚杆装置不仅可以实时的监测土层中的各种应力、应变和温度信息，同时还能够测量锚杆的受腐蚀状况，保证了锚杆的使用寿命。
本实用新型采用的技术手段如下：
一种多元信息智能型超前锚杆装置，包括锚杆、垫板、锁紧螺母、光栅传感器和温度传感器，所述锚杆前端置于锚管孔中，锚杆的后端置有垫板并通过锁紧螺母固定在锚杆上，所述光栅传感器和温度传感器置于垫板与锚杆之间并通过数据线与计算机采集系统连接，所述锚杆后端还置有声发射传感器，所述声发射传感器通过数据线与计算机采集系统连接；
进一步地，所述锚杆包括第一锚杆体和第二锚杆体，所述第一锚杆体和第二锚杆体之间通过钢筋计连接，所述钢筋计通过数据线与所述计算机采集系统电连接；
进一步地，所述锚杆的外壁套有PVC套管，所述锚杆前端连接有承载体；
进一步地，所述锚杆与承载体螺纹连接；
进一步地，还包括吸能底盘和吸能连接套筒，所述吸能底盘置于所述垫板和锁紧螺母之间，所述锚杆通过吸能连接套筒与承载体连接；
进一步地，所述吸能连接套筒包括外套筒、摩擦体以及弹簧，所述外套筒中具有阶梯孔，所述弹簧和摩擦体置于阶梯孔的大孔径中，锚杆前端穿过阶梯孔的小孔径后与摩擦体螺纹连接，所述弹簧置于摩擦体与外套筒之间，当锚杆受到外力拉动后，摩擦体可在外套筒内滑动并压缩弹簧；
进一步地，所述吸能底盘为弹簧、弹片或橡胶垫。
与现有技术比较，本实用新型所述的一种多元信息智能型超前锚杆装置具有以下有益效果：1、锚杆装置上固定有声发射传感器，声发射传感器能够检测到锚杆受到腐蚀程度，进而获得锚杆的支护性能；2、锚杆中间还固定有钢筋计，钢筋计可以测量锚杆中的轴向应力，便于监测施工期间岩土体所受的应力变化、边坡的变形情况以及锚固效果；3、锚杆上还设置有吸能底盘和吸能连接套筒，吸能底盘和吸能连接套筒能够在岩土体发生冲击时，快速吸收冲击能，降低冲击能对支护结构与巷道围岩的破坏强度；4、锚杆外壁套有PVC套管，锚杆前端连接承载体，锚杆与承载体螺纹连接，使得锚杆在使用之后可以与承载体分离，完成锚杆的回收。
附图说明
图1为本实用新型的公开的多元信息智能型超前锚杆装置的第一种实施例的结构图；
图2为图1中的装置置于岩土体中的示意图；
图3为本实用新型的公开的多元信息智能型超前锚杆装置的第二种实施例的结构图；
图4为图3中的装置置于岩土体中的示意图；
图5为吸能连接套筒结构图；
图6为锚杆受力后吸能连接套筒的结构图；
图7为外套筒的结构图。
图中：10、锚杆，101、第一锚杆体，102、第二锚杆体，11、垫板，12、锁紧螺母，13、光栅传感器，14、温度传感器，15、计算机采集系统，16、声发射传感器，17、钢筋计，18、吸能底盘，19、吸能连接套筒，191、外套筒，192、摩擦体，193、弹簧，194、阶梯孔，20、PVC套管，21、承载体，23、凹槽，24、注浆，25、岩土体。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示为本实用新型公开的多元信息智能型超前锚杆装置，包括锚杆10、垫板11、锁紧螺母12、光栅传感器13和温度传感器14，所述锚杆10前端置于岩土体25的锚管孔中，锚杆10的后端置有垫板11并通过锁紧螺母12固定在锚杆10上，具体地，垫板11为厚板材结构，垫板中间具有通孔，锚杆10可以穿过通孔置于岩土体25中的锚管孔中，在通孔的侧壁上具有凹槽23，在锚杆10上与通孔位置相对应的位置处固定有光栅传感器13和温度传感器14，光栅传感器和温度传感器通过数据线与计算机采集系统15电连接，光栅传感器13用于采集锚杆上的径向应变，温度传感器14用于采集锚杆的温度，并通过数据线将径向应变信息和温度信息传输至计算机采集系统。
进一步地，锚杆10后端(即置于锚管孔外的一端)还置有声发射传感器16，所述声发射传感器16通过数据线与计算机采集系统连接。由于锚杆10插入锚管孔中长时间工作后，锚杆10会逐渐被岩土体中的渗水腐蚀，为了便于实时并且准确的获得锚杆的腐蚀的情况，在锚杆10后端增加了声发射传感器16，声发射传感器将检测的锚杆受腐蚀状况传输到计算机采集系统，进而获得锚杆的工作状态。同时，由于声发射技术是一种动态的被动无损检测，而且它比超声波探伤的检测范围大，比许多检测方法基于电磁电磁流量更效率，声发射传感器检测到的信号能量是来源于被测试的对象自身，被测材料内部的缺陷就是声发射源，所以这种主动的探测技术有其明显的优势，检测方法的具有很强的适用性，而且检测到的信号中能够全面的表达出锚杆的质量情况。
进一步地，所述锚杆10中间还置有钢筋计17，所述钢筋计17通过数据线与所述计算机采集系统15电连接。具体地，锚杆10包括第一锚杆体101和第二锚杆体102，第一锚杆体101和第二锚杆体102通过钢筋计17连接，第一锚杆体101、第二锚杆体102与钢筋计17可以采用焊接固定，也可以采用螺纹进行连接。锚杆中间连接有钢筋计可以在锚杆与岩土体进行固定时测量锚杆的轴向应力以便于控制初始过程施加在锚杆上的轴向力，也用于实时监测锚杆工作过程中锚杆中的轴向应力。
进一步地，所述锚杆10外壁套有PVC套管20，所述锚杆10前端端部置有承载体21，所述锚杆10与承载体21螺纹连接，承载体21的尺寸与锚管孔的尺寸相接近且远大于锚杆的直径。在锚杆外套有PVC套管且下端连接有承载体21，不仅可以增加锚杆与岩土体25之间的锚固力，同时还可以使得锚杆回收在利用。具体地，当在岩土体25中钻出锚管孔后，将锚杆插入锚管孔中，PVC套管与锚管孔之间形成间隙，然后向锚管孔与PVC套管之间的间隙中注入注浆24，由于锚杆外端套有PVC套管可以阻止注浆24与锚杆外壁接触，注满注浆24后，将垫板11固定在岩土体的外壁上并对锚杆施加如图2中箭头所示轴向力，在锚管孔中的注浆受到承载体与垫板的挤压从而改变了注浆与锚管孔内壁的接触特性，提高了锚杆的抗拔力。而当锚杆完成支护作用后，转动锚杆，可以使得锚杆与承载体分离，进而可以将锚杆从PVC套管中拔出，以实现锚杆的再利用。
实施例2
如图3和图4所示是本实用新型公开的多元信息智能型超前锚杆装置的第二种实施例，本实施例与实施例1的区别在于该锚杆装置还包括吸能底盘18和吸能连接套筒19，所述吸能底盘18置于所述垫板11和锁紧螺母12之间，吸能底盘18可以是弹簧、橡胶垫或弹片等弹性件，所述吸能连接套筒19置于锚杆的前端部并于承载体固定连接。具体地，如图5和图7所示，吸能连接套筒19包括外套筒191、摩擦体192和弹簧193，外套筒191中具有阶梯孔194，在阶梯孔194的大孔径中置有弹簧193和摩擦体192，摩擦体192与外套筒191的阶梯孔194的大孔径的内壁相接触并产生较大的摩擦力，弹簧193置于摩擦体192和外套筒191之间，锚杆穿入阶梯孔的小孔径端并与摩擦体螺纹连接，当锚杆受到外力拉动后，摩擦体可在外套筒内滑动并压缩弹簧。如图6所示为当锚杆受到如图中箭头所示的冲击后，锚杆拉动摩擦体在阶梯孔内进行滑动并压缩弹簧，在摩擦体在阶梯孔中滑动的过程中，消耗掉一定在冲击力，同时锚杆被拉伸，可以减小岩土体在受冲击力后变形从而作用在锚杆上产生拉伸力，同时固定在锚杆后端的吸能底盘在受到冲击力后也产生形变以缓冲冲击力作用在锚杆上的强度。进一步地，由于锚杆与承载体下端螺纹连接，因此，当该锚杆装置完成支护作用后，锚杆可以与承载体分离以实现锚杆的回收利用。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多元信息智能型超前锚杆装置，包括锚杆、垫板、锁紧螺母、光栅传感器和温度传感器，所述锚杆前端置于锚管孔中，锚杆的后端置有垫板并通过锁紧螺母固定在锚杆上，所述光栅传感器和温度传感器置于垫板与锚杆之间并通过数据线与计算机采集系统连接，其特征在于：所述锚杆后端还置有声发射传感器，所述声发射传感器通过数据线与计算机采集系统电连接。
2.根据权利要求1所述的多元信息智能型超前锚杆装置，其特征在于：所述锚杆包括第一锚杆体和第二锚杆体，所述第一锚杆体和第二锚杆体之间通过钢筋计连接，所述钢筋计通过数据线与所述计算机采集系统电连接。
3.根据权利要求2所述的多元信息智能型超前锚杆装置，其特征在于：所述锚杆的外壁套有PVC套管，所述锚杆前端连接有承载体。
4.根据权利要求3所述的多元信息智能型超前锚杆装置，其特征在于：所述锚杆与承载体螺纹连接。
5.根据权利要求3所述的多元信息智能型超前锚杆装置，其特征在于：还包括吸能底盘和吸能连接套筒，所述吸能底盘置于所述垫板和锁紧螺母之间，所述锚杆通过吸能连接套筒与承载体连接。
6.根据权利要求5所述的多元信息智能型超前锚杆装置，其特征在于：所述吸能连接套筒包括外套筒、摩擦体以及弹簧，所述外套筒中具有阶梯孔，所述弹簧和摩擦体置于阶梯孔的大孔径中，锚杆前端穿过阶梯孔的小孔径后与摩擦体螺纹连接，所述弹簧置于摩擦体与外套筒之间，当锚杆受到外力拉动后，摩擦体可在外套筒内滑动并压缩弹簧。
7.根据权利要求5所述的多元信息智能型超前锚杆装置，其特征在于：所述吸能底盘为弹簧、弹片或橡胶垫。
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|---|---|---|---|---|
| CN113686383A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-23 | 太原理工大学 | 一种光纤光栅复合结构隧道围岩的安全检测装置及系统 |
| CN114000899A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-02-01 | 华北水利水电大学 | 一种多功能及智能监测锚杆装置 |
| CN114263474A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-01 | 中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司 | 一种系统超前一体的隧道初期支护体系结构的施作方法 |
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