CN108150209A - 一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆 - Google Patents

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姜谙男
张权
申发义
李海威
苗伟
葛占钊
常汝鸿
白涛
韩朝
姜相松
董庆波
李东凯
杨春雨
罗国成
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    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0033—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts having a jacket or outer tube
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
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Abstract

本发明提供一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，包括：锚杆、保护套管、支撑圆盘、保护盖板、螺旋线圈、光栅光纤应力传感器、铁芯及数据线。智能锚杆以钻孔方式安装在隧道壁岩体中，通过外侧与尾端注浆固定，并以喷射混凝土固定于隧道初次衬砌中，不仅有效提高拱形隧道的稳定性，还通过采集岩体的应力和位移信息来监测整体结构的稳定性状态。保护盖板通过螺栓固定于隧道壁外侧的混凝土里，保护盖既保护螺旋线圈又限定螺旋线圈的位置，底座保护套管能有效地保护螺旋线圈，同时为锚杆提供中空结构，能使锚杆在保护套管内移动，最终确保锚杆第二端所处位置岩***移测量的准确性。

Description

一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆。
背景技术
现阶段在隧道施工过程中多采用传统普通锚杆进行围岩锚固，实际施工过程中，这种方法无法满足稳定性参数的监测需求。一些发明直接在锚杆上加装传感器进行参数监测，其所采集数据准确性有待提高，且不能同时测量锚杆锚固位置的位移与应力两种参数。
发明内容
本发明提供一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，技术方案如下：
一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，包括：锚杆、保护套管、支撑圆盘、保护盖板、螺旋线圈、光栅光纤应力传感器、铁芯及数据线。
支撑圆盘中心设置通孔，套在锚杆外周，支撑圆盘的外沿与保护套管内壁接触，锚杆的第一端与铁芯的第一端固定连接，锚杆的第二端露出保护套管，铁芯的第二端伸入螺旋线圈内部，螺旋线圈包括线圈本体与线圈底座，保护盖板设置用于线缆穿过的圆孔Ⅰ与用于螺栓穿过的圆孔Ⅱ，数据线与螺旋线圈、光栅光纤应力传感器电连接。
进一步地，锚杆的第二端为分叉结构，横截面积大于第一端的横截面积。
进一步地，支撑圆盘的数量至少为2。
进一步地，保护套管壁面安装光栅光纤应力传感器的位置设置通孔。
进一步地，线圈底座上设置用于保护数据线的线缆护套。
进一步地，保护套管内壁固定定位板，定位板设置内径与线圈本体外径一致的圆孔。
智能锚杆安装在隧道壁岩体中提前钻好的孔内，通过喷射混凝土固定于隧道壁岩体，不仅有效提高拱形隧道的稳定性，还通过光栅光纤应力传感器实时检测岩体的应力，通过螺旋线圈与铁芯的配合实时检测岩体在锚杆轴向的位移。保护盖板通过螺栓固定于隧道壁外侧的混凝土里，保护盖既保护螺旋线圈又限定螺旋线圈的位置，底座保护套管能有效地保护螺旋线圈，同时为锚杆提供中空结构，能使锚杆在保护套管内移动，最终确保锚杆第二端所处位置岩***移测量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的保护盖板的示意图；
图3为本发明安装完成后的示意图。
附图中各部件的标记为：1-锚杆、2-保护套管、3-支撑圆盘、4-保护盖板、5-螺旋线圈、6-光栅光纤应力传感器、7-铁芯、8-数据线、9-定位板、41-圆孔Ⅰ、42-圆孔Ⅱ、51-线圈本体、52线圈底座52。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，包括：锚杆1、保护套管2、支撑圆盘3、保护盖板4、螺旋线圈5、光栅光纤应力传感器6、铁芯7及数据线8。
支撑圆盘3的中心设置通孔，套在锚杆1外周，支撑圆盘3的外沿与保护套管2内壁接触，锚杆1的第一端与铁芯7的第一端固定连接，锚杆1的第二端露出保护套管2，螺旋线圈5包括线圈本体51与线圈底座52，铁芯7的第二端伸入线圈本体51内部，数据线8与螺旋线圈5、光栅光纤应力传感器6电连接，如图2所示，保护盖板4设置用于线缆穿过的圆孔Ⅰ41与用于螺栓穿过的圆孔Ⅱ2。
如图3所示，智能锚杆安装在隧道壁岩体中提前钻好的孔内，通过喷射混凝土固定于隧道壁岩体，不仅有效提高拱形隧道的稳定性，还通过光栅光纤应力传感器实时检测岩体的应力，通过螺旋线圈与铁芯的配合实时检测岩体在锚杆轴向的位移。保护盖板通过螺栓固定于隧道壁外侧的混凝土里，保护盖既保护螺旋线圈又限定螺旋线圈的位置，底座保护套管能有效地保护螺旋线圈，同时为锚杆提供中空结构，能使锚杆在保护套管内移动，最终确保锚杆第二端所处位置岩***移测量的准确性。
进一步地，锚杆1的第二端为分叉结构，横截面积大于锚杆1的第一端的横截面积。第二端横截面积大能保障锚定的可靠性，并准确反应岩***移。
进一步地，支撑圆盘3的数量不少于2。在安装智能锚杆及喷射混凝土的过程中，使用不少于2个支撑圆盘有利于锚杆在保护套管内的位置稳定，确保准确获得锚杆相对于隧道壁的角度，为事后测量数据处理结果的准确性奠定基础。
进一步地，保护套管2壁面安装光栅光纤应力传感器6的位置设置通孔。该通孔用于与应力传感器连接的数据线穿过，是数据线处于保护套管内，避免安装智能锚杆及喷射混凝土的过程中损伤数据线。
进一步地，如图1所示，线圈底座52上设置用于保护数据线的线缆护套53。线缆护套有利于防护数据线弯折损伤，更重要的是螺旋线圈通过线缆护套穿过保护盖板的圆孔Ⅰ，防止安装过程中保护盖板与螺旋线圈过于散乱，便于安装，且可拆卸、更换，螺旋线圈在一处智能锚杆处完成测量使命后可以挪至别处使用，节约成本。
进一步地，保护套管5内壁固定定位板9，定位板9设置内径与线圈本体51外径一致的圆孔。定位板与保护盖板紧贴在线圈底座两端，保证每次安装后螺旋线圈轴线与铁心的位置关系稳定，定位板设置口径与线圈本体外径一致的圆孔使得螺旋线圈轴线与锚杆轴线吻合得更好，保障测量精度。
还为保护盖板配备螺栓与螺母，螺母嵌入隧道岩体外侧的喷射混凝土中，螺栓与螺母配合固定且定位保护盖板，保护盖板与定位板配合限定螺旋线圈的位置，且便于拆卸与安装螺旋线圈。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，其特征在于，包括：锚杆(1)、保护套管(2)、支撑圆盘(3)、保护盖板(4)、螺旋线圈(5)、光栅光纤应力传感器(6)、铁芯(7)及数据线(8)；
所述支撑圆盘(3)设置中心通孔，套在所述锚杆(1)外周，所述支撑圆盘(3)的外沿与所述保护套管(2)的内壁接触，所述锚杆(1)的第一端与所述铁芯(7)的第一端固定连接，所述锚杆(1)的第二端位于所述保护套管(2)的外部，所述螺旋线圈(5)包括线圈本体(51)与线圈底座(52)，所述铁芯(7)的第二端伸入所述线圈本体(51)内部，所述数据线(8)与所述螺旋线圈(5)、光栅光纤应力传感器(6)电连接，所述保护盖板(4)设置用于线缆穿过的圆孔Ⅰ(41)与用于螺栓穿过的圆孔Ⅱ(2)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，其特征在于，所述锚杆(1)的第二端的横截面积大于锚杆(1)的第一端的横截面积。
3.根据权利要求2所述的一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，其特征在于，所述支撑圆盘(3)的数量至少为2。
4.根据权利要求3所述的一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，其特征在于，保护套管(2)壁面安装所述光栅光纤应力传感器(6)的位置设置通孔。
5.根据权利要求4所述的一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，其特征在于，所述线圈底座(52)上设置用于所述保护数据线(8)的线缆护套(53)。
6.根据权利要求5所述的一种适用于防护及测量隧道稳定性的智能锚杆，其特征在于，所述保护套管(5)内壁固定定位板(9)，所述定位板(9)设置内径与所述线圈本体(51)外径一致的圆孔。
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