CN208633857U - 一种纤维材料摩擦式排水锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纤维材料摩擦式排水锚杆，属于锚杆支护技术领域。包括锚固端头、滤水薄膜、进水孔、纤维材质锚杆杆体、爆裂锥、弹性橡胶密实圈、圆形锯齿接头、钢管膨胀性锚杆、中空排水孔和刚性防护套筒；所述锚固端头与纤维材质锚杆杆体为一体结构，锚固端头为实体结构，进水孔均匀布设于纤维材质锚杆杆体和滤水薄膜上，滤水薄膜环绕于中空排水孔的外侧；爆裂锥的外围绕有弹性橡胶密实圈，爆裂锥尾部设有圆形锯齿接头，在弹性橡胶密实圈与圆形锯齿接头的外侧，套有刚性防护套筒，本实用新型提出的锚杆具有突出的排水功能对隧道涌水具有预防作用，良好的过滤作用，也可对锚杆体进行注浆，对围岩中水流动的位置进行填充，及时地控制围岩变形。

Description

一种纤维材料摩擦式排水锚杆

技术领域

本实用新型属于锚杆支护技术领域，特别是涉及一种纤维材料摩擦式排水锚杆。

背景技术

锚杆是当代隧道建设当中巷道支护的最基本的组成部分，将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。现在锚杆不仅用于矿山，也用于其他工程技术中，例如边坡工程、隧道工程和坝体工程等，对边坡，隧道，坝体进行主体加固。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力。

锚杆按照有无预应力可分为预应力锚杆和非预应力锚杆；按照基本锚固类型，锚杆可分为端头锚固和全长灌注锚杆；按照注浆材料划分，可分为树脂锚杆和水泥砂浆锚杆等……本专利按照锚杆杆体与钻孔周边围岩接触状态，将锚杆分为注浆式锚杆和摩擦式锚杆，前者通过注浆层与围岩接触；后者则是锚杆与围岩直接接触。

自1912 年，德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护以其结构简单，施工方便、成本低和对工程适应性强等特点，在土木工程（包括采矿工程）中得到了广泛应用。如我国的世纪工程——三峡工程，其大坝施工中使用了大量锚杆（索）维护开挖的边坡、岩壁。又如我国煤矿开采中，每年新掘的锚喷支护的井巷工程长达2000 km。但是，锚杆支护作用理论的研究落后于其工程应用是不争的事实，使得锚杆支护设计中，还多采用技术要求低、成本低和管理容易的工程类比的经验方法。美国煤矿井下普遍使用的锚杆是机械式锚杆 ,这种锚杆经济适用，容易安装，能坚持几个月甚至几年，在巷道服务寿命期间能有效地发挥作用，但是这种锚杆的应用具有局限性。

在国外，相较于其他发达国家，日本在锚杆支护技术应用方面显然是非常出色的，日本在提升锚杆技术方面做了大量试验与数据分析工作。并且针对于各种类型不同的工况，设计出各种类型不同的锚杆，实现锚杆的功能化，商品化，针对锚杆的施工精细化，具有统一的管理办法与建议《隧道施工管理要领》（2013.07）。提高锚杆支护性能的方式有三种，提高锚杆的附着刚度（强度）或剪切刚性（强度）抑或二者同时提高。在日本，现如今纤维材料的锚杆在附着刚度（强度）和剪切刚性（刚度）方面已有超越金属锚杆的试验数据，并且已有以新型纤维材料代替金属材料的锚杆在具体工况中应用的案例，在巷道建成后，日本有相当完备的监测数据以对纤维材料锚杆性能的后续监测与跟进。日本在锚杆应用方面大胆试验，仔细分类，现锚杆技术应用已经成熟并仍在发展。摩擦式锚杆不需要锚固材料进行锚固，直接利用杆体与围岩的摩擦力进行锚固，施工极为方便，以日本的ZAM锚杆来说，可作为巷道的永久支护，耐腐蚀性好，具有高强和高延伸率的优点；而针对隧道涌水丰富以及开挖后得到尽早补强的情况下，日本学者设计了高承载力摩擦式锚杆等。

相较于国外锚杆技术发达国家，在我国的隧道以及煤炭巷道建设中，常按照工程经验类比法，总是采用注浆锚杆，而在摩擦式锚杆的制造与应用方面远远落后于世界前列，甚至于在20世纪，对于摩擦式锚杆的研究便止步不前。目前，我国在锚杆应用方面，缺少锚杆的功能具体化、分类精细化、应用规范化，没有将工况进行明确的分类，然后根据工况进行锚杆类型的选择，也缺少锚杆制造的明确规范和应用与管理的统一管理办法。采用注浆锚杆虽然应用范围较广，但针对于巷道涌水丰富或者开挖后希望得到尽早补强的工况，有极大可能延迟注浆材料强度稳定时间，因此采用注浆锚杆极为不利。而在此种情况下若采用金属材质的锚杆，也难以避免金属材质被腐蚀，从而可能无法作为永久支护，对巷道环境造成破坏，对巷道支护结构造成损伤，甚至于对施工人员生命安全造成不定时的潜在威胁。

综上，我国在摩擦式锚杆支护应用方面几乎空白，在新型材料应用方面无法放开手脚，往往采用水泥砂浆锚杆；没有针对于涌水丰富的工况设计的功能具体且专业的锚杆。

实用新型内容

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提出了一种纤维材料摩擦式排水锚杆，旨在于解决隧道富水地带的排水问题，简化施工步骤；相较于现有注浆锚杆，提高其附着强度与剪切强度；相较于现有金属材质锚杆，改善其耐久性与抗腐蚀性能，本实用新型提出的锚杆可进行量化生产，节约施工成本与时间，便于锚杆质量检测与规范化。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型一种纤维材料摩擦式排水锚杆，包括锚固端头、滤水薄膜、进水孔、纤维材质锚杆杆体、爆裂锥、弹性橡胶密实圈、圆形锯齿接头、钢管膨胀性锚杆、中空排水孔和刚性防护套筒，由图中所示的插入方向看起，锚固端头与纤维材质锚杆杆体为一体结构，锚固端头为实体结构，进水孔均匀布设于纤维材质锚杆杆体和滤水薄膜上，滤水薄膜环绕于中空排水孔的外侧，内置于纤维材质锚杆杆体里；爆裂锥前端尺寸略大于滤水薄膜，爆裂锥的外围绕有弹性橡胶密实圈，爆裂锥尾部设有圆形锯齿接头，用于和钢管膨胀性锚杆衔接，在弹性橡胶密实圈与圆形锯齿接头的外侧，套有刚性防护套筒。

进一步地，所述纤维材质锚杆杆体采用纤维材料代替金属材料作为锚杆的杆体，具有较好附着刚度和耐腐蚀性，可作为永久支护。

进一步地，所述弹性橡胶密实圈可对爆裂锥在爆裂后产生的缝隙进行填补、密实。

进一步地，所述圆形锯齿接头在爆裂锥的尾部，接头内凹侧设计成锯齿形状，增大与钢管膨胀性锚杆连接处的的咬合摩擦力，可用于确定钢管膨胀性锚杆的位置，减小预期打入钢管膨胀性锚杆位置发生偏差的可能性。

进一步地，所述纤维材质锚杆杆体中设置滤水薄膜，可将砂石土等颗粒物质排除在锚杆体外。

进一步地，所述设计的进水孔以滤水薄膜为分界线，滤水薄膜外的进水孔直径略大于滤水薄膜内进水孔的直径，而滤水薄膜内的进水孔直径设计较小。

进一步地，所述弹性橡胶密实圈的外部设计刚性防护套筒，对连接处进行二次加固。

进一步地，所述纤维材质锚杆杆体中心设计成中空排水孔，不仅可对围岩存水进行强制排出，在排水后，也可在中空排水孔内进行注浆。

进一步地，所述钢管膨胀性锚杆膨胀过后其截面为中空形状。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的效果和优点是所提出的锚杆具有突出的排水功能对隧道涌水具有预防作用，具有较好附着刚度，相比于金属材质可提高锚杆的耐久性，纤维材料具有更广泛的来源，可节约施工成本；相比于传统的分段式锚杆，可以减小分段锚杆连接处的位移偏差，减少施工步骤，无须二次定位和校准；同时良好的过滤作用，在发挥锚杆体排水功能后，也可对锚杆体进行注浆，对围岩中水流动的位置进行填充，及时地控制围岩变形，对于隧道施工中的超前支护与脚部补强等工序具有地层补强的效果。

附图说明

图1为本实用新型纤维材料摩擦式排水锚杆示意图。

图2为本实用新型纤维锚杆杆体的横截面示意图。

图中，1为锚固端头；2为滤水薄膜；3为进水孔；4为纤维材质锚杆杆体；5为爆裂锥；6为弹性橡胶密实圈；7为圆形锯齿接头；8为钢管膨胀性锚杆；9为中空排水孔；10为刚性防护套筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细描述：

实施例：如图1-图2所示，本实用新型包括锚固端头1、滤水薄膜2、进水孔3、纤维材质锚杆杆体4、爆裂锥5、弹性橡胶密实圈6、圆形锯齿接头7、钢管膨胀性锚杆8、中空排水孔9和刚性防护套筒10，由图中所示的插入方向看起，锚固端头1与纤维材质锚杆杆体4为一体结构，锚固端头1为实体结构，进水孔3均匀布设于纤维材质锚杆杆体4和滤水薄膜2上，滤水薄膜2环绕于中空排水孔9的外侧，内置于纤维材质锚杆杆体4里；爆裂锥5前端尺寸略大于滤水薄膜2，爆裂锥5的外围绕有弹性橡胶密实圈6，爆裂锥5尾部设有圆形锯齿接头7，用于和钢管膨胀性锚杆8衔接，在弹性橡胶密实圈6与圆形锯齿接头7的外侧，套有刚性防护套筒10。

首先本专利所提到的锚杆的组成部分均可由工厂按照实际工况预制。锚杆的基本长度为4m，一般根据功能的不同，由纤维材质锚杆杆体4的长度一般为1m~3m）与钢管膨胀性锚杆8的长度（一般为1m~4m）自由组合；先将纤维材质锚杆杆体4打入围岩内部，然后将爆裂锥5打入纤维材质锚杆杆体4的尾部，爆裂锥5爆裂后，产生的空隙由弹性弹性橡胶密实圈6进行填补、密实；随后钢管膨胀性锚杆8的前端与圆形锯齿接头7精准咬合连接，同时将刚性防护套筒10套入，对连接部位进行校核和加固处理，随后钢管膨胀性锚杆8膨胀后，即产生与围岩相互作用的摩擦力，及时产生支护效果或地层补强作用；如果要对该锚杆进行注浆，可在纤维材质锚杆杆体4打入围岩后，在中空排水孔9内进行注浆，注浆完毕后，再由爆裂锥5、弹性弹性橡胶密实圈6以及圆形锯齿接头7按照如上方法对钢管膨胀性锚杆8进行连接，连接后，再按照常规注浆方法对膨胀后的钢管膨胀性锚杆8进行注浆，最后封堵密实即可。

如图1-图2所示，所述纤维材质锚杆杆体4采用纤维材料代替金属材料作为锚杆的杆体，具有较好附着刚度和耐腐蚀性，可作为永久支护；纤维材质锚杆杆体4中设置滤水薄膜2，可将砂石土等颗粒物质排除在锚杆体外；进水孔3以滤水薄膜2为分界线，滤水薄膜2外的进水孔3直径略大于滤水薄膜2内进水孔3的直径，而滤水薄膜2内的进水孔3直径设计较小。

如图1所示，所述圆形锯齿接头7在爆裂锥5的尾部，接头内凹侧设计成锯齿形状，增大与钢管膨胀性锚杆8连接处的的咬合摩擦力，可用于确定钢管膨胀性锚杆8的位置，减小预期打入钢管膨胀性锚杆8位置发生偏差的可能性；弹性橡胶密实圈6的外部设计刚性防护套筒10，对连接处进行二次加固；钢管膨胀性锚杆8膨胀过后其截面为中空形状。

如图2所示，所述纤维材质锚杆杆体4中心设计成中空排水孔9，不仅可对围岩存水进行强制排出，在排水后，也可在中空排水孔9内进行注浆。

Claims (6)

1.一种纤维材料摩擦式排水锚杆，其特征在于包括：包括锚固端头（1）、滤水薄膜（2）、进水孔（3）、纤维材质锚杆杆体（4）、爆裂锥（5）、弹性橡胶密实圈（6）、圆形锯齿接头（7）、钢管膨胀性锚杆（8）、中空排水孔（9）和刚性防护套筒（10），由图中所示的插入方向看起，锚固端头（1）与纤维材质锚杆杆体（4）为一体结构，锚固端头（1）为实体结构，进水孔（3）均匀布设于纤维材质锚杆杆体（4）和滤水薄膜（2）上，滤水薄膜（2）环绕于中空排水孔（9）的外侧，内置于纤维材质锚杆杆体（4）里；爆裂锥（5）前端尺寸略大于滤水薄膜（2），爆裂锥（5）的外围绕有弹性橡胶密实圈（6），爆裂锥（5）尾部设有圆形锯齿接头（7），用于和钢管膨胀性锚杆（8）衔接，在弹性橡胶密实圈（6）与圆形锯齿接头（7）的外侧，套有刚性防护套筒（10）。

2.如权利要求1所述的一种纤维材料摩擦式排水锚杆，其特征在于：纤维材质锚杆杆体（4）采用纤维材料代替金属材料作为锚杆的杆体。

3.如权利要求1所述的一种纤维材料摩擦式排水锚杆，其特征在于：圆形锯齿接头（7）在爆裂锥（5）的尾部，接头内凹侧设计成锯齿形状。

4.如权利要求1所述的一种纤维材料摩擦式排水锚杆，其特征在于：设计的进水孔（3）以滤水薄膜（2）为分界线，滤水薄膜（2）外的进水孔（3）直径略大于滤水薄膜（2）内进水孔（3）的直径，而滤水薄膜（2）内的进水孔（3）直径设计较小。

5.如权利要求1所述的一种纤维材料摩擦式排水锚杆，其特征在于：弹性橡胶密实圈（6）的外部设计刚性防护套筒（10），对连接处进行二次加固。

6.如权利要求1所述的一种纤维材料摩擦式排水锚杆，其特征在于：钢管膨胀性锚杆（8）膨胀过后其截面为中空形状。