CN220929439U - 一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，包括锚杆体，所述锚杆体内部中空并布设有光纤光栅应变传感器，锚杆体外部设置有螺纹且螺纹间距从上到下依次减小；锚杆体上端套接有锚杆盘并通过压盘螺母锁紧固定，锚杆体下端固定有圆锥状的钻头。该锚杆能够基于锚杆的支护功能，实现应变连续监测，从而实现对围岩稳定性判断预警。

Description

一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆

技术领域

本实用新型涉及隧道支护结构变形预警技术领域，具体涉及一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆。

背景技术

目前在隧道改扩建过程中，对既有隧道的二次衬砌结构都会进行部分保留，因此在施工时必须对原衬砌结构应进行预加固处理。通常采用锚杆对原二衬结构进行预加固处理，但由于对既有隧道二次衬砌的部分拆除以及对于新隧道的建设，都会对围岩造成扰动，从而导致二衬衬砌结构的变形。因此在施工的过程中不仅仅要对其进行预加固，还要对其产生的变形进行预警，以保障施工安全。

中国实用新型专利CN202221006316.8公开一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置，包括预警电路、固定圆锥和锁紧卡盘；所述预警电路包括电源、警报灯、用于串联电源和警报灯的导线，电源和警报灯均位于旧隧道衬砌或新隧道衬砌内，部分导线固定在固定圆锥上并由固定圆锥锚定在旧隧道衬砌或新隧道衬砌外部的围岩中，锁紧卡盘固定在导线上且位于围岩变形极限允许位置，围岩变形至极限允许位置时，锁紧卡盘被旧隧道衬砌或新隧道衬砌挤压并拉断导线。本实用新型结构简单，能够实现隧道改建中围岩大变形的快速报警。

然上述预警装置对衬砌支护结构加固有限，不能在预警的同时起到很好的加固作用，并且锁紧卡盘很难精准固定，易导致报警过早或过晚，可靠性不佳，灯灭后很难及时发现，不利于施工现场安全生产。因此，有必要结合既有隧道改扩建现场实际情况，设计开发一种既能起支护作用同时又能预警二衬结构大变形的装置。

实用新型内容

本实用新型公开一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，以实现对既有隧道二次衬砌结构变形预警，保证施工安全。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，包括锚杆体，所述锚杆体内部中空并布设有光纤光栅应变传感器，锚杆体外部设置有螺纹且螺纹间距从上到下依次减小；锚杆体上端套接有锚杆盘并通过压盘螺母锁紧固定，锚杆体下端固定有圆锥状的钻头。

为方便进行数据获取和预警，本实用新型还包括光纤光栅解调仪、数据对比分析处理平台和移动终端，所述光纤光栅解调仪一端与光纤光栅应变传感器连接，另一端与数据对比分析处理平台连接，数据对比分析处理平台另一端与移动终端连接。

数据对比分析处理平台包括数据接收模块、数据处理模块、数据发射模块以及电源模块，数据处理模块分别与数据接收模块和数据发射模块连接，电源模块用于向数据接收模块、数据处理模块和数据发射模块供电。

移动终端为智能手机或笔记本电脑中的一种，智能手机和笔记本电脑与数据对比分析处理平台无线通信。

为延长使用寿命，锚杆体外壁上还涂有防腐涂层。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型所述锚杆，在提高锚杆抗拔力和侧拉力的同时，通过在锚杆体内布设光纤光栅应变传感器，实时监测锚杆在支护状态下应力应变，获取锚杆体的变形和伸长量，从而根据锚杆的变形推算围岩体内部的变形与应力，达到最终评价加固效果及围岩稳定性的目的，实现对支护结构变形和围岩失稳的早期预警。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为图1中锚杆体的外部结构示意图。

图3为图1中数据对比分析处理平台结构示意图。

图中，1-锚杆体、2-压盘螺母、3-锚杆盘、4-光纤光栅应变传感器、5-钻头、6-螺纹、7-光纤光栅解调仪、8-数据对比分析处理平台、81-数据接收模块、82-数据处理模块、83-数据发射模块、84-电源模块、9-移动终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的解释说明。

如图1和2所示，本实用新型一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，包括锚杆体1，锚杆体1内部中空并布设有光纤光栅应变传感器4，锚杆体1外部设置有螺纹6且螺纹间距从上到下依次减小；锚杆体1上端套接有锚杆盘3并通过压盘螺母2锁紧固定，锚杆体1下端固定有圆锥状的钻头5。

为方便对隧道围岩扰动及衬砌变形及时预警，本实用新型还包括光纤光栅解调仪7、数据对比分析处理平台8和移动终端9，光纤光栅解调仪7一端与光纤光栅应变传感器4连接，另一端与数据对比分析处理平台8连接，数据对比分析处理平台8另一端与移动终端9连接。

如图3所示，数据对比分析处理平台8包括数据接收模块81、数据处理模块82、数据发射模块83以及电源模块84，数据处理模块82分别与数据接收模块81和数据发射模块83连接，电源模块84用于向数据接收模块81、数据处理模块82和数据发射模块83供电。

移动终端9为智能手机或笔记本电脑中的一种，智能手机和笔记本电脑与数据对比分析处理平台8无线通信。

安装时，首先将锚杆体1上端与旋入设备连接，启动旋入设备按螺纹旋入方向将锚杆体1旋入到锚固体（既有隧道二次衬砌或围岩）上的预制孔中，卸下旋入设备，用压盘螺母2将锚杆盘3固定在锚杆体1的上端即可。随后，在安装好的锚杆体1中布置光纤光栅应变传感器4，同时为避免光纤光栅应变传感器晃动影响监测效果，还可在锚杆体1中灌注树脂辅以固定；最后将光纤光栅应变传感器4的信号线导出至隧道衬砌面外侧，在施工及隧道运营期间，可在任意时刻对锚杆稳定性数据进行读取。

上述安装过程中，圆锥状的钻头5和从上到下间距依次缩小的螺纹6在旋入过程中，有效降低了锚杆体1的旋入阻力，提高了旋进效率。并且由于锚杆体1外部设置有螺纹6，后期使用时显著提高了锚杆的抗拔力和侧拉力，提高了支护效果。此外，锚杆体1外部还设置有防腐涂层（镀锌层），提高了锚杆的使用寿命。

使用时，将光纤光栅应变传感器4的信号线与光纤光栅解调仪7连接，光纤光栅解调仪7用于将光纤光栅应变传感器4内的实时变化的光信号解调转换为电信号并有线传输至施工区以外的数据对比分析处理平台8，数据接收模块81接收到电信号后将信号解析并发送至数据处理模块82对应变数据进行对比分析，并将对比分析结果通过数据发射模块83发送至相关人员的移动终端9，实现对隧道稳定性状况的实时监控和险情的早期预警。上述使用过程中，若实时应变数据不在设定应变阈值范围内，则进行隧道失稳预判和报警；若实时应变数据在设定应变阈值范围内，则进行数据存储记录，以便后期研究调用。

综上，本实用新型所述锚杆通过在锚杆体内布设光纤光栅应变传感器，实时监测锚杆在支护状态下应力应变，获取锚杆体的变形和伸长量，从而根据锚杆的变形推算围岩体内部的变形与应力，达到最终评价加固效果及围压稳定性的目的，实现对围岩失稳的早期预警。值得注意的是，通过光纤光栅应变传感器能够十分可靠的得到连续的锚杆应变，从而实现对一个区域的连续监测，使得检测的数据充分反应所在区域的实际应变情况，因此数据更为完整可靠。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，其特征在于，包括锚杆体（1），所述锚杆体（1）内部中空并布设有光纤光栅应变传感器（4），锚杆体（1）外部设置有螺纹（6）且螺纹间距从上到下依次减小；锚杆体（1）上端套接有锚杆盘（3）并通过压盘螺母（2）锁紧固定，锚杆体（1）下端固定有圆锥状的钻头（5）。

2.如权利要求1所述一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，其特征在于，还包括光纤光栅解调仪（7）、数据对比分析处理平台（8）和移动终端（9），所述光纤光栅解调仪（7）一端与光纤光栅应变传感器（4）连接，另一端与数据对比分析处理平台（8）连接，数据对比分析处理平台（8）另一端与移动终端（9）连接。

3.如权利要求2所述一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，其特征在于，所述数据对比分析处理平台（8）包括数据接收模块（81）、数据处理模块（82）、数据发射模块（83）以及电源模块（84），所述数据处理模块（82）分别与数据接收模块（81）和数据发射模块（83）连接，所述电源模块（84）用于向数据接收模块（81）、数据处理模块（82）和数据发射模块（83）供电。

4.如权利要求2所述一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，其特征在于，所述移动终端（9）为智能手机或笔记本电脑中的一种，智能手机和笔记本电脑与数据对比分析处理平台（8）无线通信。

5.如权利要求1所述一种可预警二次衬砌结构大变形的锚杆，其特征在于，所述锚杆体（1）外壁上涂有防腐涂层。