CN221256836U - 一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，包括外壳，外壳内设置杆体，所述外壳包括套管，所述套管一端连接至少两个咬合管，所述杆体上设有至少两个锥头，所述锥头一一对应设置在两个所述咬合管内。本实用新型提出的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，与现有技术相比，具有以下优点：依据锥头与套管咬合摩擦准则，当围岩发生较大变形时，锥头克服与套管的咬合摩擦，并使套管径向膨胀的弹性变形以利于发生相对位移，这个过程中，摩擦力和正压力，锥头的圆锥型设计很好地延展受力面积，双锥头的参与更能显著地提高锚固力和稳定性。锥头和套管相对位移的过程中可以产生阶段性变形，并逐级增大拉拔力。

Description

一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆

技术领域

本实用新型属于锚具技术领域，具体涉及一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆。

背景技术

随着对铁路运输需求的急剧增加和铁路隧道修建的不断增多，隧道修建的地段更为偏远，围岩情况更为复杂多变，修建难度愈发艰难。由于高能地质环境中，在隧道开挖前，围岩处于三轴受力状态下，可以储存大量的弹性应变能，在隧道开挖后，围岩侧向压力解除或降低，岩体抗压强度降低，从而储能能力降低，加之开挖后的应力重分布导致了围岩能量聚集，围岩中就存在了剩余的能量，需要得到释放。围岩压力和能量转化是与围岩变形直接相关的，解决隧道支护破坏问题的关键在于允许围岩大行程变形，充分利用韧性隧道良好的峰后承载能力和塑性变形能力，让围岩自身来释放压力和聚集的能量。

锚杆是一种在岩土工程支护领域广泛高效应用的支护方式。在应对围岩破碎和变形较大的支护挑战时，我们需要确保锚杆不仅能提供持续的支护力，还能具备足够的伸长变形能力，以满足围岩大变形的要求。传统的锚杆通常采用螺纹钢筋制造，采用端部注浆或全长注浆，其延伸率较低，在应用于大变形围岩支护时，其延伸长度往往不足，易被拉断，导致锚固失效。所以出现了一些恒阻大变形锚杆，但这些锚杆主要应用于煤矿巷道的支护，无法提供足够锚固力给对安全性要求更高的铁路隧道；同时，因为大体量的火车或高铁经过隧道必然会对隧道产生一定的震动，并且绵长的隧道可能会面临地震的发生，所以，铁路隧道对支护方式需要有较高的耐久性和抗震性，但当下许多的大变形锚杆，耐久性与抗震性较弱。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，解决现有技术中的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，包括外壳，外壳内设置杆体，所述外壳包括套管，所述套管一端连接至少两个咬合管，所述杆体上设有至少两个锥头，所述锥头一一对应设置在两个所述咬合管内。

优选的，所述套管内设有多个圆锥槽，由套管至咬合管的方向上，圆锥槽的直径依次增大，其中最大的一个圆锥槽的直径小于锥头的直径。

优选的，所述咬合管包括连接管，所述连接管一端设有T型圆管。

优选的，所述T型圆管的一端设有托盘，所述托盘通过紧固螺母固定连接。

优选的，所述套管远离所述咬合管的一端设有防脱螺母。

优选的，制备所述防脱螺母的材料的强度大于制备所述套管的材料的强度。

本实用新型的技术效果和优点：本实用新型提出的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，与现有技术相比，具有以下优点：

依据锥头与套管咬合摩擦准则，当围岩发生较大变形时，锥头克服与套管的咬合摩擦，并使套管径向膨胀的弹性变形以利于发生相对位移，这个过程中，摩擦力和正压力，锥头的圆锥型设计很好地延展受力面积，双锥头的参与更能显著地提高锚固力和稳定性。锥头和套管相对位移的过程中可以产生阶段性变形，并逐级增大拉拔力。

附图说明

图1为本实用新型的基本结构示意图。

图2为连接管的基本结构示意图；

图3为T型圆管的基本结构示意图；

图4为杆体的受力结构示意图；

图5为外壳的基本结构示意图；

图6为注浆后杆体的示意图；

图7为注浆后外壳的示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例公开了如图1-图7所示的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，包括外壳，外壳内设置杆体1。所述外壳包括套管2，所述套管2一端连接咬合管，咬合管包括连接管3，所述连接管3一端设有T型圆管4，连接管3一体式成型，连接管3依次包括第一直管段31、第二直管段32、锥管段33与第三直管段34，第二直管段32的直径小于第一直管段31与第三直管段34的直径，第一直管31段通过内螺纹与套管2相连接，T型圆管4采用台阶圆管，台阶圆管较小的一端进行封堵，台阶圆管较大的一端通过内螺纹与第三直管段34螺纹连接在一起，T型圆管4表面进行防锈处理。第一直管段31与套管2之间形成第一容纳槽，T型圆管4与第三直管段34之间形成第二容纳槽，杆体上设有至少两个锥头5，所述锥头5一一对应设置在两个所述咬合管内，锥头5螺纹连接在杆体1上。套管2内设有多个圆锥槽21，由套管2至咬合管的方向上，圆锥槽21的直径依次增大，其中最大的一个圆锥槽21的直径小于锥头5的直径。套管2远离所述咬合管的一端设有防脱螺母6。制备所述防脱螺母的材料的强度大于制备所述套管的材料的强度，套管2、连接管3、T型圆管4的材质相同。制备所述锥头5的材料的强度大于制备所述套管2的材料的强度。其中一个锥头5设置在第一容纳槽内，另一个锥头5设置在第二容纳槽内，且第一容纳槽与第二容纳槽的内径均大于锥头5的直径。T型圆管4的一端设有托盘7，所述托盘7通过紧固螺母8固定连接。

依据锥头与套管咬合摩擦准则，当围岩发生较大变形时，锥头克服与套管的咬合摩擦，并使套管径向膨胀的弹性变形以利于发生相对位移，这个过程中，结合图4，有摩擦力和正压力，锥头的圆锥型设计很好地延展受力面积，双锥头的参与更能显著地提高锚固力和稳定性。锥头和套管相对位移的过程中可以产生阶段性变形，并逐级增大拉拔力。

使用嵌入式分级咬合消能大变形锚杆对铁路隧道锚固的方法如下：

S1、锚孔加工：在铁路隧道中通过钻孔装置钻取锚孔，锚孔直径与锚杆杆体直径相配合，钻取到适合深度后取出钻头，通过更大的钻头对锚孔的孔口段进行扩孔，扩孔的直径与套管外径匹配。

S2、锚杆组装：将防脱螺母螺纹连接在套管上，杆体一端穿过套管，将其中一个锥头从杆体另一端套入杆体的指定位置，然后将连接管螺纹连接在套管一端，将另一个锥头从杆体另一端套入杆体的指定位置，将T型圆管螺纹连接在连接管上进行封口。

S3、注浆与安装：向锚孔中注入锚固剂，将组装完成的嵌入式分级咬合消能大变形锚杆插入至锚孔中，待锚固剂凝固后，安装托盘与紧固螺母，旋扭紧固螺母时，紧固螺母应与托盘贴合紧密，为锚杆提供预紧力，并达到设计的预紧力。

当火车经过隧道发生微弱震动或产生微软地震时，两个锥头与第一容纳槽、第二容纳槽之间的弹性接触即可让围岩消除该类震动。当发生小震或围岩发生小变形时，锥头与第一容纳槽、第二容纳槽发生咬合摩擦，超过一定程度，将会发生相对移动，进行消除围岩能量。当发生中震或围岩发生较大变形时，两个锥头挣脱第一容纳槽、第二容纳槽的束缚，两个锥头和最接近连接管的圆锥槽发生咬合摩擦。当发生大震或围岩发生大变形时，锥头与最远离连接管的圆锥槽发生咬合摩擦，超过一定程度，将会发生部分相对移动，进行消除围岩能量，达到释放隧道能量的目的，使隧道趋于稳定。但由于防脱螺母对外壳实施环箍效应，杆体无法从套管中挣脱，因此不会造成锚固失效，直至杆体达到极限荷载发生断裂。

本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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防护范围之内。

Claims (6)

1.一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，包括外壳，外壳内设置杆体，其特征在于：所述外壳包括套管，所述套管一端连接至少一个咬合管，所述杆体上设有至少两个锥头，所述锥头一一对应设置在所述咬合管内。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，其特征在于：所述套管内设有多个圆锥槽，由套管至咬合管的方向上，圆锥槽的直径依次增大，其中最大的一个圆锥槽的直径小于锥头的直径。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，其特征在于：所述咬合管包括连接管，所述连接管一端设有T型圆管。

4.根据权利要求3所述的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，其特征在于：所述T型圆管的一端设有托盘，所述托盘通过紧固螺母固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，其特征在于：所述套管远离所述咬合管的一端设有防脱螺母。

6.根据权利要求5所述的一种嵌入式分级咬合消能大变形锚杆，其特征在于：制备所述防脱螺母的材料的强度大于制备所述套管的材料的强度。