CN217582191U - 用于锚索和锚杆的顶管式变形组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，顶管式变形组件包括约束环和收缩管；约束环为环状结构，其内径由外侧向内侧逐步减小；收缩管为空心管，主体外径大于约束环的最小内径，收缩管的径向刚度小于约束环的径向刚度；约束环和收缩管同轴相互挤压时，约束环的径向变形较小，收缩管产生显著的径向收缩变形，使收缩管的主体外径等于约束环的最小内径，同时两者产生相对滑移；最大滑移变形量即为所述顶管式变形组件的变形能力。本发明能够有效实现稳定的高强恒阻让压，构造简单，制造成本低，不需要扩孔施工；可实时观测锚索或锚杆变形量，还可推算出岩体变形，从而预警危险。

Description

用于锚索和锚杆的顶管式变形组件

技术领域

本实用新型属于岩土工程加固领域，具体涉及一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件及其应用方法。

背景技术

锚索和锚杆是矿山、隧道、水利水电等工程中常用的支护装备。在岩体变形量过大、岩爆或地震等条件下，传统锚固结构允许变形量较小，很容易产生破坏，进而造成地下工程失稳破坏事故。因此，学者提出了许多大变形锚索和锚杆，在承受较大变形的同时提供较高的支护抗力。

现有的大变形锚索存在结构复杂、成本高、以及难以施加预应力的问题。本申请发明人提出的专利CN215256268U利用金属的塑性变形来提供大变形锚索稳定的支护抗力和让压变形，但是其在安装过程中需要在岩体中扩孔，施工难度较大，而且自身结构复杂，制作和应用成本都较高。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，解决现有装置结构复杂、扩孔施工难度大、以及成本高的问题。

本实用新型采用以下方案实现：一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，包括约束环和收缩管；组件整体设置在岩体外侧，锚索托盘或锚杆托盘对应锚孔抵靠在岩体上，约束环的内侧对应锚孔抵靠在托盘外侧，收缩管的内端对应锚孔插入约束环；锚索钢绞线或锚杆杆体的外端依次穿过托盘、约束环和收缩管，在外侧连接锚索锚具或锚杆螺母；

所述的约束环为环状结构，其内径由外侧向内侧逐步减小，缩小至最小内径后，内径保持不变或者少量扩大；

所述的收缩管为空心管，收缩管的主体外径大于约束环的最小内径，收缩管的径向刚度小于约束环的径向刚度；

所述的约束环和所述的收缩管同轴相互挤压时，约束环的径向变形较小，收缩管产生显著的径向收缩变形，使收缩管的主体外径等于约束环的最小内径，同时两者产生相对滑移；

所述的收缩管的内端插入所述的约束环后，收缩管在约束环外侧仍有一定长度，该长度即为两者能发生的最大相对滑移量，也是所述顶管式变形组件的最大变形能力；

所述的收缩管的外表面和约束环的内环面设置防锈层。

进一步的，所述的收缩管的内端设置有缩口，便于将收缩管的内端插入约束环，并可防止收缩管和约束环的中心线不同轴问题。

进一步的，所述的收缩管通过约束环的过程中截面收缩率介于1%-36%之间，截面收缩率过小则承载力不能充分发挥，过大则会导致收缩管压溃受力不稳定；所述截面收缩率为收缩管横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。

进一步的，所述的约束环和托盘一体成型；即所述的约束环和托盘结合为一体，或将约束环的外围增大使其兼具托盘约束岩体的功能，可减少组件数量。

进一步的，所述的收缩管的外表面和约束环的内表面涂覆有润滑材料，可改善二者接触关系，使两者之间的产生滑移时的抗力更稳定。

进一步的，所述的收缩管的外表面设置软质包覆层，软质包覆层的外径等于或大于锚具或螺母的外径，防止组件变形过程中锚具或螺母挤压后期施工的喷射混凝土。

进一步的，所述的收缩管外表面设置刻度标识和/或环状颜色标识；便于观察收缩管和约束环之间的相对滑移量，从而识别岩体的变形程度。

进一步的，所述的收缩管和锚具一体成型。

进一步的，所述顶管式高强大变形组件，还包括收缩管和约束环间相对位移监测单元和无线通信单元，可将两者相对位移发送到远程终端，当变形累计较大或者短时间内大幅增加的情况下发出预警。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：设计合理，顶管式变形组件能够有效实现稳定的高强恒阻让压；构造简单，制造成本低；变形组件整体设置在岩体外侧，不需要扩孔施工，极大简化施工工序，降低工程现场劳动强度；变形组件的变形程度（即约束环和收缩管之间的滑移变形量）清晰可见，可实时观测锚索（锚杆）变形量，还可推算出岩体变形，从而预警危险；可通过外力干预强制变形，以防止多余的外露结构干扰其他工序。

附图说明

图1为本实用新型用于锚索时安装后的剖面结构示意图；

图2为本实用新型用于锚索时产生一段变形后的剖面结构示意图；

图3为本实用新型约束环和托盘结合为一体时的剖面结构示意图；

图4为本实用新型用于锚杆时安装后的剖面结构示意图；

图5为本实用新型收缩管设置简单缩口的示意图；

图6为本实用新型收缩管不设置缩口的示意图；

图7为本实用新型约束环内径形式为两段线时的剖面示意图；

图8为本实用新型约束环内径形式为三段线时的剖面示意图；

图9为本实用新型约束环内径形式为弧线时的剖面示意图；

图10为本实用新型应用于锚索时在实验室拉伸条件下拉力-位移曲线。

图中：1-约束环、2-收缩管、3-托盘、4-锚具、5-螺母、6-锚索钢绞线、7-锚杆、8-岩体、9-软质包覆层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1-10所示，一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，包括约束环1和收缩管2，与现有的锚索或锚杆配套应用；组件整体设置在岩体外侧，锚索托盘或锚杆托盘3对应锚孔抵靠在岩体8上，约束环的内侧对应锚孔抵靠在托盘外侧，收缩管的内端对应锚孔插入约束环；锚索钢绞线6或锚杆杆体7的外端依次穿过托盘、约束环和收缩管，在外侧连接锚索锚具4或锚杆螺母5；

所述的约束环为环状结构，其内径由外侧向内侧逐步减小，缩小至最小内径后，内径保持不变或者少量扩大；约束环的内环面可以是弧形线，也可以是由外至内先管径逐步缩小，然后不变或略微放大的双折线，还可以是由外至内先管径逐步缩小，然后不变，然后逐步放大的三折线，只要可以实现约束环的内径由外侧向内侧逐步减小，缩小至最小内径后，内径保持不变或者少量扩大即可；

所述的收缩管为空心管，收缩管的主体外径大于约束环的最小内径，收缩管的径向刚度小于约束环的径向刚度；

所述的约束环的一种优选形状为圆环，所述的收缩管的优选形状为空心圆管；但需注意的是约束环也可以是椭圆环、多边形环等结构，对应的收缩管也可以是椭圆管、多边形管等结构；

所述的约束环和所述的收缩管同轴相互挤压时，约束环的径向变形较小，收缩管产生显著的径向收缩变形，使收缩管的主体外径等于约束环的最小内径，同时两者产生相对滑移；

所述的收缩管的内端插入所述的约束环后，收缩管在约束环外侧仍有一定长度，该长度即为两者能发生的最大相对滑移量，也是所述顶管式变形组件的最大变形能力；

所述的收缩管的外表面和约束环的内环面设置防锈层。

在本实施例中，所述的收缩管的内端设置有缩口，便于将收缩管的内端插入约束环，并可防止收缩管和约束环的中心线不同轴问题，当然为了简化加工程序也可以不设置缩口。

在本实施例中，所述的收缩管通过约束环的过程中截面收缩率介于1%-36%之间，截面收缩率过小则承载力不能充分发挥，过大则会导致收缩管压溃受力不稳定；所述截面收缩率为收缩管横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。

在本实施例中，所述的收缩管的外表面和约束环的内表面涂覆有润滑材料，可改善二者接触关系，使两者之间的产生滑移时的抗力更稳定。

如图1所示，所述的收缩管的外表面设置软质包覆层9，软质包覆层的外径等于或大于锚具或螺母的外径，防止组件变形过程中锚具或螺母挤压后期施工的喷射混凝土。收缩管变形进入约束环时，软质包覆层与收缩管脱离，并留在约束环外侧。

如图3所示，为可减少组件数量或节省成本，所述的约束环和托盘一体成型，即所述的约束环和托盘结合为一体，或将约束环的外围增大使其兼具托盘约束岩体的功能。

另外，为识别岩体的变形程度，所述的收缩管外表面可设置刻度标识和/或环状颜色标识；便于观察收缩管和约束环之间的相对滑移量。

另外，所述的收缩管和锚具也可以一体成型。

另外，所述顶管式高强大变形组件，还包括收缩管和约束环间相对位移监测单元和无线通信单元，可将两者相对位移发送到远程终端，当变形累计较大或者短时间内大幅增加的情况下发出预警。

一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件的应用方法，包括如下步骤：

步骤1：在待支护岩体打锚孔，锚孔直径大于锚索钢绞线（锚杆杆体）的直径，将锚索钢绞线（锚杆杆体）旋转推入锚孔，通过锚固剂将其内端固定在锚孔中；

步骤2：将托盘、约束环、收缩管和锚具（螺母），依次套在锚索钢绞线（锚杆杆体）上，并通过锚具（螺母）将上述构件压在岩体表面，使托盘抵住岩体，约束环抵住托盘，收缩管抵住约束环，锚具（螺母）抵住收缩管；

步骤3：根据需要通过张拉设备施加预应力，紧固锚具（螺母）。

当顶管式变形组件用于地下工程的锚索（锚杆）时，根据当前断面后方已施工段的岩体变形情况来设计收缩管的长度，使收缩管长度大致等于或略大于岩体变形量，防止岩体变形之后外露结构的长度仍然较大阻碍后续施工。

当顶管式变形组件用于地下工程的锚索时，上述步骤完成后通常会进行隧道表面喷射混凝土施工，若混凝土未能完全覆盖顶管式高强大变形组件，并且后续的岩体变形未能将收缩管挤入喷射混凝土外表面以内，为了防止锚索外露段侵线，在岩体变形基本停止后通过张拉装置张拉钢绞线并挤压收缩管，将收缩管强行挤入约束环，使其外端面处于喷射混凝土外表面以内，并截除多余锚索钢绞线

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“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专利，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专利的限制，且上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于；包括约束环和收缩管；组件整体设置在岩体外侧，锚索托盘或锚杆托盘对应锚孔抵靠在岩体上，约束环的内侧对应锚孔抵靠在托盘外侧，收缩管的内端对应锚孔插入约束环；锚索钢绞线或锚杆杆体的外端依次穿过托盘、约束环和收缩管，在外侧连接锚索锚具或锚杆螺母；

所述的约束环为环状结构，其内径由外侧向内侧逐步减小，缩小至最小内径后，内径保持不变或者少量扩大；

所述的收缩管为空心管，收缩管的主体外径大于约束环的最小内径，收缩管的径向刚度小于约束环的径向刚度；

所述的约束环和所述的收缩管同轴相互挤压时，约束环的径向变形较小，收缩管产生显著的径向收缩变形，使收缩管的主体外径等于约束环的最小内径，同时两者产生相对滑移；

所述的收缩管的内端插入所述的约束环后，收缩管在约束环外侧仍有一定长度，该长度即为两者能发生的最大相对滑移量，也是所述顶管式变形组件的最大变形能力；

所述的收缩管的外表面和约束环的内环面设置防锈层。

2.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的收缩管的内端设置有缩口，便于将收缩管的内端插入约束环，并可防止收缩管和约束环的中心线不同轴问题。

3.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的收缩管通过约束环的过程中截面收缩率介于1%-36%之间。

4.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的约束环和托盘一体成型。

5.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的收缩管的外表面和约束环的内表面涂覆有润滑材料。

6.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的收缩管的外表面设置软质包覆层，软质包覆层的外径等于或大于锚具或螺母的外径。

7.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的收缩管外表面设置刻度标识和/或环状颜色标识。

8.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述的收缩管和锚具一体成型。

9.根据权利要求1所述的用于锚索和锚杆的顶管式变形组件，其特征在于，所述顶管式高强大变形组件，还包括收缩管和约束环间相对位移监测单元和无线通信单元，可将两者相对位移发送到远程终端，当变形累计较大或者短时间内大幅增加的情况下发出预警。

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