CN218816467U - 一种用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，包括钢绞线和分设在钢绞线两端的充填固结体和锁脚附属单元，所述的钢绞线设置在初期支护喷射混凝土和围岩内部的钻孔内；所述的充填固结体位于围岩内部钢绞线的锚固段，充填固结体中心沿钢绞线方向设置有长条内孔，并通过树脂锚固剂粘结锚固在钢绞线的外圈，充填固结体外边界借助固结材料与围岩粘结；所述的锁脚附属单元位于初期支护喷射混凝土外表面，对钢绞线施加预紧力并锁紧。采用本实用新型的技术方案，能够同时发挥树脂锚固剂和充填固结体各自的优势，实现“扩孔直径越大、锚固性能越好”的技术效果，解决了极软岩隧道锁脚锚索锚固力低、难以施加高预紧力的突出问题。

Description

一种用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索

技术领域

本实用新型涉及隧道工程领域，具体涉及一种用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索。

背景技术

软岩隧道分部开挖施工中初期支护拱脚的位移往往较为显著，是整个初期支护结构的薄弱部位，易造成初期支护变形侵限和破坏。小孔径锁脚锚索是最新被提出的一种控制软岩隧道初期支护拱脚变形的技术措施，其支护作用的发挥与围岩强度、钻孔成孔质量、锚固剂性能及搅拌效果、锁脚锚索设计参数等诸多因素都密切相关。

申请号为201720951622.1的中国专利“一种挤压型软弱围岩隧道预应力锚索群支护结构”公开了一种挤压型软弱围岩隧道预应力锚索群支护结构，其中采用了锁脚锚索，拱部锁脚锚索和边墙锁脚锚索锚在初期支护上，以降低围岩变形增长速率和变形累积量，避免变形过大引起拆换拱，其具体锚固方式为注浆锚固，未提及锚索类型是大孔径锚索(多根钢绞线组成的锚索束)还是小孔径锚索(单根钢绞线)，两种锚索相应的施工机械和工艺完全不同。对于采用树脂锚固工艺的小孔径锁脚锚索，其具有快速锚固的特点，在对树脂锚固剂搅拌完成数十秒后即可实现锚索的锚固，进而进行预应力的快速施加，对围岩的早期稳定能够起到重要作用。但是，对于极软岩地层，由于其强度低、胶结性差，上述常规的锁脚锚索常常存在锁脚锚索锚固力低、难以施加高预紧力的突出问题，严重影响隧道拱脚变形控制效果。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种极软岩隧道小孔径锁脚锚索端头锚固结构，以有效提高极软岩隧道小孔径锁脚锚索的锚固力，解决极软岩隧道锁脚锚索锚固力低、难以施加高预紧力的突出问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，包括钢绞线和分设在钢绞线两端的充填固结体和锁脚附属单元，所述的钢绞线设置在初期支护喷射混凝土和围岩内部的钻孔内；所述的充填固结体位于围岩内部钢绞线的锚固段，充填固结体中心沿钢绞线方向设置有长条内孔，并通过树脂锚固剂粘结锚固在钢绞线的外圈，充填固结体外边界借助固结材料与围岩粘结；所述的锁脚附属单元位于初期支护喷射混凝土外表面，对钢绞线施加预紧力并锁紧。

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，所述的充填固结体为快硬硫铝酸盐水泥浆液固结体。

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，钢绞线的直径为17.8-21.8mm，相应的钻孔直径为28-32mm，

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，充填固结体的长度为500-1500mm，外直径为60-100mm。

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，所述的充填固结体为圆柱形、正向圆台形或反向圆台形。

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，所述的锁脚附属单元从内向外依次包括垫块、钢带、锚垫板和锚具。

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，所述的垫块为楔形垫块。

上述用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索中，所述的锚具为单孔锚具。

本实用新型的有益技术效果如下：

一、本实用新型充填固结体相对于小孔径锁脚锚索自由段处的钻孔直径，充填固结体外边界相应的钻孔直径明显增大，其与钻孔围岩的锚固阻力也会随之增大；充填固结体自身强度高，能够保证充填固结体、树脂锚固剂和钢绞线之间具有足够的粘结强度和可靠性，相当于采用充填固结体替换了钢绞线钻孔周围原本十分软弱的围岩，起到对软弱围岩的置换和改良作用，从而避免了树脂锚固剂与钻孔围岩之间锚固性能差的问题；采用本实用新型的技术方案，能够充分发挥树脂锚固剂和充填固结体各自的优势，最终达到“扩孔直径越大、锚固性能越好”的效果；

二、本实用新型充填固结体端头处围岩也能够为锁脚锚索提供沿轴向的锚固阻力，并且充填固结体直径越大，充填固结体端头处围岩能够提供的沿轴向的端承力也越大。此外，充填固结体内边界具有保证树脂锚固剂搅拌效果的钻孔尺寸，不存在由于钻孔过大导致树脂锚固剂搅拌不均匀而影响锚固效果的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索示意图；

图2为本实用新型实施例中圆柱状充填固结体示意图；

图3为本实用新型实施例中正向圆台形充填固结体示意图；

图4为本实用新型实施例中反向圆台形充填固结体示意图；

图5为本实用新型钢带的结构示意图；

图6为本实用新型锚具的结构示意图。

附图标记：1-充填固结体；2-树脂锚固剂；3-钢绞线；4-充填固结体外边界；5-钻孔；6-初期支护；7-围岩；8-垫块；9-钢带；10-锚垫板；11-锚具。

具体实施方式

为了提高极软岩隧道锁脚锚索的锚固力，本实用新型研究了扩孔锚固技术。扩孔锚固是解决极软岩隧道锚索(杆)锚固难题的一个创新方向，通过特制扩孔机具扩大锚索(杆)锚固段钻孔直径，使锚固段钻孔围岩对锚索(杆)提供稳定的着力点，进而提高软岩地层锚索(杆)锚固力，在岩土边坡支护领域、石油钻探、煤矿支护领域应用的相对较多。常用的扩孔形式有：圆柱形扩孔、正向圆台扩孔、反向圆台形扩孔和伞状扩孔等。锚固方式主要有水泥砂浆锚固和树脂锚固剂锚固两种。在岩土边坡支护中扩孔直径往往达到200-300mm，使用水泥砂浆灌浆锚固，而煤矿巷道、交通隧道的锚索孔直径一般在28-32mm，使用树脂锚固剂进行锚固，但是其扩孔段直径不宜过大，否则会造成树脂锚固剂的搅拌不充分，甚至难以搅破树脂锚固剂，而大大减弱锚固效果。显然，现有小孔径锚索的扩孔锚固技术仍存在较大的缺陷，无法实现“扩孔直径越大、锚固性能越好”的技术效果，同时对提升极软岩隧道小孔径预应力锁脚锚索锚固力的效果也较为有限。

如图1至图4所示，本实用新型以极软岩隧道锁脚锚索施工为例，介绍本实用新型的具体技术方案：

本实用新型的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，包括钢绞线3和分设在钢绞线3两端的充填固结体1和锁脚附属单元，所述的钢绞线设置在初期支护6喷射混凝土和围岩内部的钻孔内，充填固结体1中心设置有内孔，并通过树脂锚固剂2粘结固定在钢绞线3的外圈；充填固结体1外边界借助固结材料与围岩7粘结；所述的锁脚附属单元位于初期支护6喷射混凝土外表面，对钢绞线3施加预紧力并锁紧。

图中充填固结体1位于钢绞线的锚固段，充填固结体外边界4相应的钻孔直径明显大于钢绞线自由段的钻孔5直径，借助扩孔刀具实现锚固段钻孔的扩孔，并采用高压风管进行排渣清孔；所述充填固结体1内孔直径与小孔径锁脚锚索自由段处的钻孔直径一致。所述钢绞线3位于端头锚固结构的中心处，其与充填固结体1内边界之间借助树脂锚固剂2实现粘结锚固；充填固结体1由高强快硬水泥浆液凝固后形成，充填固结体外边界4与围岩6之间形成牢固粘结。本实用新型在锁脚锚索锚固段孔周进行扩孔，并采用高强快硬水泥浆液充填固结，实现对锚固段围岩的局部加固，可为锁脚锚索受力提供可靠的着力点和锚固力，进而能够有效发挥对初期支护拱脚的锁脚作用。

上述极软岩隧道小孔径锁脚锚索端头锚固结构的制作方法如下：

(1)在初期支护6拱脚处喷射混凝土表面，朝向围岩7斜向下进行小孔径锁脚锚索的正常钻孔，正常钻孔直径为30mm，至设计深度6000mm；

(2)取下正常钻孔钻头，安装扩孔刀具；

(3)扩孔刀具推入钻孔底部，启动钻机，在钻机转动的同时，向外展开扩孔刀具，刀具切割孔壁围岩，完成锚固段的扩孔，扩孔长度为1000mm，余锚固段长度相等，扩孔形状为圆柱形(如图2所示)，扩孔直径为80mm；此外扩孔形状也可以为正向圆台形(如图3所示)或反向圆台形(如图4所示)；

(4)采用高压风管对钻孔进行排渣清孔；

(5)往钻孔中灌注高强快硬水泥浆液胶结材料，该胶结材料以快硬硫铝酸盐42.5级水泥为原材料，水灰比为0.4，初凝时间约20分钟，3小时后单轴抗压强度可达到25MPa以上，4-5小时后单轴强度可达30MPa以上，形成充填固结体1；

(5)采用正常钻孔相应的钻头在充填固结体1中进行再次钻孔，钻孔直径为30mm，至设计深度6000mm；

(6)装入树脂锚固剂2，型号为Z2360树脂锚固剂，数量为2支；

(7)将直径为21.8mm的钢绞线3插入钻孔，启动钻机对树脂锚固剂2进行搅拌，实现钢绞线3与充填固结体1内边界之间的粘结锚固。

上述技术方案中，充填固结体1内边界具有保证树脂锚固剂2搅拌效果的钻孔尺寸，不存在由于钻孔过大导致树脂锚固剂2搅拌不均匀而影响锚固效果的问题；充填固结体1自身强度高，能够保证充填固结体1、树脂锚固剂2和钢绞线3之间具有足够的粘结强度和可靠性，相当于采用充填固结体替换了钢绞线钻孔周围原本十分软弱的围岩，起到对软弱围岩的置换和改良作用，从而避免了树脂锚固剂与钻孔围岩之间锚固性能差的问题；相对于小孔径锁脚锚索自由段处的钻孔直径，充填固结体1外边界相应的钻孔直径具有明显增大，其与钻孔围岩的锚固阻力也会随之增大；充填固结体1端头处围岩也能够为锁脚锚索提供沿轴向的端承力，并且充填固结体1直径越大，充填固结体端头处围岩能够提供的锚固力也越大。

总之，采用本实用新型的技术方案，能够同时发挥树脂锚固剂性能和扩孔锚固技术各自的优势，最终实现“扩孔直径越大、锚固性能越好”的技术效果。

如图5和图6所示，在按上述技术方案实现小孔径锁脚锚索可靠锚固的基础上，依次安装垫块8、喷射混凝土表面沿隧道纵向布设的钢带9、锚垫板10、锚具11，并施加预紧力，完成小孔径锁脚锚索的安装。其中钢带9上设置有供钢绞线3穿过的长条形孔，垫块8为楔形垫块，楔角根据初期支护6喷射混凝土表面的倾斜角度确定，锚具11则采用市售的单孔锚具。

采用上述端头锚固结构，小孔径锁脚锚索的锚固力来自两个方面，包括充填固结体与钻孔围岩之间的极限摩阻力、充填固结体端头围岩提供的沿小孔径锁脚锚索轴向的端承力，在对小孔径锁脚锚索施加预紧力时，能够确保锚固段为锁脚锚索提供可靠有效的着力点。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：包括钢绞线(3)和分设在钢绞线(3)两端的充填固结体(1)和锁脚附属单元，所述的钢绞线(3)设置在初期支护(6)喷射混凝土和围岩(7)内部的钻孔(5)内；所述的充填固结体(1)位于围岩(7)内部钢绞线(3)的锚固段，充填固结体(1)中心沿钢绞线(3)的方向设置有长条内孔，并通过树脂锚固剂(2)粘结锚固在钢绞线(3)的外圈，充填固结体外边界(4)借助固结材料与围岩(7)粘结；所述的锁脚附属单元位于初期支护(6)喷射混凝土外表面，对钢绞线(3)施加预紧力并锁紧。

2.根据权利要求1所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：所述的充填固结体(1)为快硬硫铝酸盐水泥浆液固结体。

3.根据权利要求1所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：钢绞线的直径为17.8-21.8mm，相应的钻孔直径为28-32mm。

4.根据权利要求1所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：充填固结体(1)的长度为500-1500mm，外直径为60-100mm。

5.根据权利要求1所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：所述的充填固结体(1)为圆柱形、正向圆台形或反向圆台形。

6.根据权利要求1所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：所述的锁脚附属单元从内向外依次包括垫块(8)、钢带(9)、锚垫板(10)和锚具(11)。

7.根据权利要求6所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：所述的垫块(8)为楔形垫块。

8.根据权利要求6所述的用于极软岩隧道的小孔径锁脚锚索，其特征在于：所述的锚具(11)为单孔锚具。

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