CN212716696U - 一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其用于对围岩形成永久锚固结构，所述注浆锚杆包括一套筒，其内中空，且所述套筒嵌入所述围岩内形成支撑锚固体；一杆体，其沿所述套筒的长度方向同轴心设置中空的注浆孔，所述杆体伸入所述套筒内，且在所述杆体上沿其长度方向等距周向设置若干第一溢浆孔；若干弹性压缩装置，其周向设置在所述套筒内，并贴合所述杆体的外侧壁以及所述套筒的内侧壁设置；其中，当围岩对所述套筒的周向侧壁产生压力、所述套筒侧壁向内挤压发生形变时，压力作用于弹性压缩装置上，所述弹性伸缩装置产生弹性形变，并对围岩产生周向的预紧力。可广泛应用于锚固装置制造技术领域。

Description

一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆

技术领域

本实用新型涉及锚固装置制造技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆。

背景技术

在高应力软岩隧道施工中，隧道大变形问题通常难以得到有效控制，由大变形造成的拱架扭曲、初支侵限净空、锚杆被拉断等现象时有发生。更有甚者，由隧道持续大变形演化所导致的塌方关门事故也常见报道。鉴于以上问题，针对大变形隧道，目前常采取以下两类方法进行施工，即强支硬顶刚性支护及抗放结合柔性支护。

采用纯刚性支护，其结构刚度大，部分条件下可有效控制隧道围岩变形。但纯刚性支护其结构往往较为笨重，工作人员劳动强度大、支护成本高。采用柔性抗放结合支护方式，目前研究成果较多，如可伸缩式拱架、可伸缩式锚杆等，但受限于可伸缩式结构复杂、成本较高、操作麻烦等原因，其在现场应用较少。其不少专利，如CN 201618923.1，虽然能实现主动让压、但无法实现主动支护；专利CN201666188.9，在实现结构可伸缩情况下，也起到了一定主动支护加强作用，但由于采用端锚方式进行施工，其仅适用于煤矿巷道等一些非永久性结构上，无法在隧道等永久性支护结构上得到推广和应用。

针对上述所存在的问题，需要针对隧道类永久性支护结构，设计一种既可让压、又可主动支护，同时兼顾抗放结合的作用，做到软弱围岩条件下主动支护围岩，且围岩变形越大，锚杆所提供支护阻力越强的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构稳定、适应隧道围岩变形、可注浆补强的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其用于对围岩形成永久锚固结构，所述注浆锚杆包括，

一套筒，其内中空，且所述套筒嵌入所述围岩内形成支撑锚固体；

一杆体，其沿所述套筒的长度方向同轴心设置中空的注浆孔，所述杆体伸入所述套筒内，且在所述杆体上沿其长度方向等距周向设置若干第一溢浆孔；

若干弹性压缩装置，其周向设置在所述套筒内，并贴合所述杆体的外侧壁以及所述套筒的内侧壁设置；

其中，当围岩对所述套筒的周向侧壁产生压力、所述套筒侧壁向内挤压发生形变时，压力作用于弹性压缩装置上，所述弹性压缩装置产生弹性形变，并对围岩产生周向的预紧力。

优选地，所述套筒为圆筒状，所述杆体为圆杆状，二者同轴心设置。

优选地，所述套筒的内侧壁周向设置一圈干涉部，所述干涉部位于所述杆体伸入所述套筒内的一端的节段上，所述干涉部的直径大于所述套筒的中空的内部直径；

所述杆体伸入所述套筒的一端的纵向截面为T型，且T型翼缘靠近所述套筒伸入端的一侧，与所述干涉部形成限位空间，该限位空间内安设所述弹性压缩装置。

优选地，所述弹性压缩装置为弹簧。

优选地，所述杆体伸入所述套筒内部，与所述套筒筒深底部之间形成预留空间，所述第一溢浆孔连通所述预留空间。

优选地，所述杆体远离伸入所述套筒的一端伸出所述套筒形成连接节段，该连接节段的外壁外螺纹，并通过螺帽进行固定螺紧。

优选地，还包括托盘，其为圆盘状且圆心处设置通孔，该通孔套设在所述杆体的连接节段上，所述托盘靠近所述套筒的一侧贴合设置在所述围岩的外壁上；

其中，当所述螺帽拧紧时，推动所述托盘朝套筒方向发生位移。

优选地，所述套筒的外侧壁上周向等距设置有第二溢浆孔。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、主动支护、主动让压，通过设置弹性压缩装置以形成不同程度的应力支撑；

2、适用范围广，具有后注浆补强功能，适用于公路隧道等永久性支护结构中；

3、实用新型所述为锚杆提供一定预应力，同时利用托盘反压围岩表面，为围岩表面提供预紧力，有利于提高围岩稳定性，当隧道变形越大，支护阻力越强，对围岩约束效果越好。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的大变形隧道可伸缩式注浆锚杆的锚固示意图；

图2为本实用新型杆体的结构示意图；

图3为本实用新型套筒、杆体、弹簧的安装示意图。

说明书附图标记说明：1、围岩；2、杆体；3、螺母；4、托盘；5、钻孔；6、弹簧； 7、第一溢浆孔；8、注浆孔；9、套筒；10第二溢浆孔；11、锚固端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。

如图1-3所示，一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其用于对围岩1形成永久锚固结构，所述注浆锚杆包括,

一套筒9，其内中空，且所述套筒9嵌入所述围岩1内形成支撑锚固体；

一杆体2，其沿所述套筒9的长度方向同轴心设置中空的注浆孔8，所述杆体2伸入所述套筒9内，且在所述杆体2上沿其长度方向等距周向设置若干第一溢浆孔7；

若干弹性压缩装置，其周向设置在所述套筒9内，并贴合所述杆体2的外侧壁以及所述套筒9的内侧壁设置；

其中，当围岩1对所述套筒9的周向侧壁产生压力、所述套筒9侧壁向内挤压发生形变时，压力作用于弹性压缩装置上，所述弹性压缩装置产生弹性形变，并对围岩1产生周向的预紧力。

在上述技术方案中，套筒9与杆体2相互配合，形成插入岩体的刚性连接结构体，且在套筒9和杆体2之间设置弹性压缩装置，在进行锚杆正式施作之前，根据围岩1埋深情况、隧道监控量测数据，选取所需施作的锚杆段，通过加工不同长度的套筒9，确保锚杆有足够长度锚入稳定岩层中，且注浆锚杆伸入所述围岩内形成锚固端11，使注浆锚杆的深入端与岩层内保持固定。

在另一种技术方案中，所述套筒9为圆筒状，所述杆体2为圆杆状，二者同轴心设置。

在上述技术方案中，圆筒状套筒9的圆周可无缝嵌入岩层内形成周向锚固，结构更稳定。

在另一种技术方案中，所述套筒9的内侧壁周向设置一圈干涉部，所述干涉部位于所述杆体2伸入所述套筒9内的一端的节段上，所述干涉部的直径大于所述套筒9的中空的内部直径；

所述杆体2伸入所述套筒9的一端的纵向截面为T型，且T型翼缘靠近所述套筒9 伸入端的一侧，与所述干涉部形成限位空间，该限位空间内安设所述弹性压缩装置。

在另一种技术方案中，所述弹性压缩装置为弹簧6。

在上述技术方案中，弹簧6选取刚度较大能够适应一定程度的挤压的类型，优选为高性能抗压弹簧。

在另一种技术方案中，所述杆体2伸入所述套筒9内部，与所述套筒9筒深底部之间形成预留空间，所述第一溢浆孔7连通所述预留空间。

在上述技术方案中，通过设置该预留空间以适应杆体2在安装时以及发生外部压力挤压时的长度变化区间，且当锚杆的最终位置确认后，进行注浆，使预留空间通过注浆液进行填充；

其中，当外部围岩1发生挤压变化时，围岩1变形越大，此时杆体2压缩弹簧6的力越大，使得反向拉力越大，预紧力越大，当围岩1变形稳定，或达到此时围岩1允许最大变形量时，自杆体2的注浆孔8注入浆液，当浆液填满杆体2的内腔时，自套筒9的第一溢浆孔7、第二溢浆孔10渗入预留空间与套筒9与岩层的周向空间缝隙内。

在另一种技术方案中，所述杆体2远离伸入所述套筒9的一端伸出所述套筒9形成连接节段，该连接节段的外壁外螺纹，并通过螺帽进行固定螺紧。

在另一种技术方案中，还包括托盘4，其为圆盘状且圆心处设置通孔，该通孔套设在所述杆体2的连接节段上，所述托盘4靠近所述套筒9的一侧贴合设置在所述围岩1的外壁上；

其中，当所述螺帽拧紧时，推动所述托盘4朝套筒9方向发生位移。

在另一种技术方案中，所述套筒9的外侧壁上周向等距设置有第二溢浆孔10。

在注浆锚杆的隧道施工中，包含以下步骤：

(1)根据隧道地质条件及监控量测数据，选取需要施作可伸缩式后注浆锚杆断面；

(2)依据施作断面的具体情况，有针对性地加工本实用新型所述不同长度的锚杆，确保锚杆端部可有效锚入稳定岩层中；

(3)根据端锚所需长度，根据现场情况选取一卷或多卷药卷锚固剂，将锚固剂平推放入已成孔的钻孔5中，通过电钻带动锚杆旋转，搅碎锚固剂，通过端锚方式将锚杆末端锚入稳定岩层中；

(4)安设托盘4和螺母3，托盘4可根据岩壁具体情况，选取与现场情况相适用的托盘4等；

(5)通过扭矩扳手将锚杆螺母3拧紧，实现锚杆张拉，为锚杆提供一定预应力，同时利用托盘4反压围岩1表面，为围岩1表面提供预紧力，使得开挖后的隧道恢复为三轴方向受力，有利于提高围岩1稳定性；

(6)施加预应力期间，可根据现场实际情况调节扭矩扳手扭矩，在预应力施加过程中，锚杆结构随着预应力的增加，使杆体2朝向预留空间方向发生位移，直至达到扭矩扳手所设定扭矩大小；

(7)当地应力过大，围岩1发生变形，此时锚杆结构受力发生变化，当围岩1变形压力大于锚杆设计所能提供的支护阻力时，此时锚杆结构发生变化，内嵌弹簧6被压缩，结构升长，此时锚杆既完成让压作用，且由于弹簧6发生压缩，变性越大，弹簧6弹性能储存量越大，反作用于围岩1的压应力越大，对于碎胀变形段的围岩1，有较好地控制作用，可有效防止破碎围岩1掉落，造成人员伤亡；

(8)在围岩1变形稳定后，二衬施作之前，采用注浆设备连接中空杆体2，自中空杆体2注浆孔8口，采用高压注浆方式，将预留空间以及套筒9与围岩1嵌置空隙填满。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其用于对围岩形成永久锚固结构，其特征在于，所述注浆锚杆包括，

一套筒，其内中空，且所述套筒嵌入所述围岩内形成支撑锚固体；

一杆体，其沿所述套筒的长度方向同轴心设置中空的注浆孔，所述杆体伸入所述套筒内，且在所述杆体上沿其长度方向等距周向设置若干第一溢浆孔；

若干弹性压缩装置，其周向设置在所述套筒内，并贴合所述杆体的外侧壁以及所述套筒的内侧壁设置；

其中，当围岩对所述套筒的周向侧壁产生压力、所述套筒侧壁向内挤压发生形变时，压力作用于弹性压缩装置上，所述弹性压缩装置产生弹性形变，并对围岩产生周向的预紧力。

2.根据权利要求1所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，所述套筒为圆筒状，所述杆体为圆杆状，二者同轴心设置。

3.根据权利要求1所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，所述套筒的内侧壁周向设置一圈干涉部，所述干涉部位于所述杆体伸入所述套筒内的一端的节段上，所述干涉部的直径大于所述套筒的中空的内部直径；

所述杆体伸入所述套筒的一端的纵向截面为T型，且T型翼缘靠近所述套筒伸入端的一侧，与所述干涉部形成限位空间，该限位空间内安设所述弹性压缩装置。

4.根据权利要求1所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，所述弹性压缩装置为高性能抗压弹簧。

5.根据权利要求1所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，所述杆体伸入所述套筒内部，与所述套筒筒深底部之间形成预留空间，所述第一溢浆孔连通所述预留空间。

6.根据权利要求1所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，所述杆体远离伸入所述套筒的一端伸出所述套筒形成连接节段，该连接节段的外壁外螺纹，并通过螺帽进行固定螺紧。

7.根据权利要求6所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，还包括托盘，其为圆盘状且圆心处设置通孔，该通孔套设在所述杆体的连接节段上，所述托盘靠近所述套筒的一侧贴合设置在所述围岩的外壁上；

其中，当所述螺帽拧紧时，推动所述托盘朝套筒方向发生位移。

8.根据权利要求1所述的自适应大变形隧道可伸缩式注浆锚杆，其特征在于，所述套筒的外侧壁上周向等距设置有第二溢浆孔。

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