CN111561337A - 预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置及方法，属于隧道工程机械领域，预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，包括锁紧机构，锁紧机构包括安装座、螺杆、螺母、锁紧杆和通孔，螺母在螺杆上螺纹传动连接，螺母固定在锁紧杆的一端端部，锁紧杆在通孔内滑动，通孔开设在安装座的外壁上，驱动机构，驱动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和转轴，第一锥齿轮固定在螺杆的一端端部，第二锥齿轮与第一锥齿轮传动连接，第二锥齿轮固定在转轴上，转轴贯穿安装座，实现对锚杆在径向位置的锁紧，进而大大提高隧道内锚杆对横向剪切和弯曲力的承受能力，提高锚杆的使用寿命，加强隧道的牢固性。

Description

预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道工程机械领域，具体而言，涉及预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置以及方法。

背景技术

隧道是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。

隧道修建时为了增加整体的强度，需要在隧道内部打入锚杆，在松软破碎等强度较低的岩体中，隧道围岩变形量很大，导致在深部破碎软岩隧道中锚杆出现了大量的破断失效情况。通过地下隧道坍塌后发掘的失效锚杆发现，在岩溶软岩隧道中锚杆不仅承受单一轴向拉伸作用，还承受横向剪切和弯曲作用。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置以及方法，旨在改善富水软弱破碎围岩隧道中的锚杆容易失效、断裂的问题。

本发明是这样实现的：

预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，包括锁紧机构，所述锁紧机构包括安装座、螺杆、螺母、锁紧杆和通孔，所述螺母在所述螺杆上螺纹传动连接，所述螺母固定在所述锁紧杆的一端端部，所述锁紧杆在所述通孔内滑动，所述通孔开设在所述安装座的外壁上；

驱动机构，所述驱动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和转轴，所述第一锥齿轮固定在所述螺杆的一端端部，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮传动连接，所述第二锥齿轮固定在所述转轴上，所述转轴贯穿所述安装座。

在本发明的一种实施例中，所述安装座的上下两端均固定有锚杆，所述转轴两端通过轴承与所述锚杆转动连接。

在本发明的一种实施例中，所述转轴的一端端部固定有第一连接块，所述第一连接块位于所述锚杆的外部，所述转轴和所述第一连接块的内部中心处开设有注浆通道，所述注浆通道贯穿所述转轴，所述锚杆靠近所述第一连接块的一端端部外侧固定有第二连接块。

在本发明的一种实施例中，所述第二连接块的中间开设有避让孔，所述第一连接块位于所述避让孔内。

在本发明的一种实施例中，所述锚杆的外侧螺纹传动连接有固定盘，所述固定盘上开设有安装孔，所述固定盘的内侧开设有凹槽。

在本发明的一种实施例中，所述螺杆远离所述第一锥齿轮的一端端部固定有限位块，所述限位块位于所述锁紧杆的内部中间。

在本发明的一种实施例中，所述锁紧杆的外圆柱面两侧对称开设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述滑块固定在所述通孔的内壁上。

在本发明的一种实施例中，所述锁紧机构设置有三组且等角度的分布在所述安装座上。

在本发明的一种实施例中，所述第二连接块与所述锚杆之间通过螺栓固定在一起。

本申请实施例提供了预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置的使用方法，其利用上述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置进行，包括以下步骤：

步骤一：首先把固定盘放到隧道的预定位置，然后通过安装孔利用螺钉把固定盘固定在隧道上；

步骤二：然后把锚杆的一端螺接到固定盘上，然后通过螺栓把第二连接块固定在锚杆远离固定盘的一端，然后把第二连接块和驱动的电机的输出端固定连接在一起，启动驱动电机，进而驱动电机带动锚杆旋转，锚杆在固定盘的驱动打入隧道内部，直至第二连接块与固定盘的外端面接触，锚杆***到隧道内部后，固定盘在凹槽的作用下会产生向外的弹力，进而对锚杆产生向外的拉力，进而实现对锚杆施加预应力；

步骤三：然后把驱动电机与第二连接块分离，再把第二连接块从锚杆上拆卸下来，此时第一连接块漏出来，然后把第一连接块与驱动电机的输出端固定连接；

步骤四：驱动电机通过第一连接块带动转轴旋转，进而转轴带动第二锥齿轮旋转，第二锥齿轮的旋转驱动第一锥齿轮旋转，进而第一锥齿轮带动螺杆旋转，螺杆的旋转驱动螺母沿螺杆向前运动，进而螺母带动锁紧杆在通孔内向外侧滑动，进而三组锁紧杆同时穿出安装座***到锚杆四周的围岩内，实现对锚杆径向的锁紧；

步骤五：当螺杆前端的限位块与螺母内侧接触时锁紧杆停止滑动，锁紧杆锁紧完成，然后把驱动电机和第一连接块分离，在浆料中添加早强浆料，凝结时间可调水硬化灌浆材料，具有超早强、高强、微膨胀和自密实、自流平、可灌性好的特点，然后通过注浆通道向锚杆内注入浆料，整个打设工作完毕。

本发明的有益效果是：本发明通过把锚杆打入隧道内部以后，通过转轴带动第二锥齿轮旋转，第二锥齿轮的旋转驱动第一锥齿轮旋转，进而第一锥齿轮带动螺杆旋转，螺杆的旋转驱动螺母沿螺杆向前运动，进而螺母带动锁紧杆沿螺杆在通孔内向前滑动，进而锁紧杆穿出安装座并***到锚杆四周的围岩内，实现对锚杆在径向位置的锁紧，进而大大提高隧道内锚杆对横向剪切和弯曲力的承受能力，提高锚杆的使用寿命，加强隧道的牢固性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的锚杆、固定盘和第二连接块的安装位置示意图；

图2为本发明实施方式提供的锚杆与转轴的安装位置关系示意图；

图3为图2中A处位置的放大图；

图4为本发明实施方式提供的安装座、锁紧杆和锚杆内部结构示意图；

图5为本发明实施方式提供的锁紧杆和螺杆与安装座的***图；

图6为本发明实施方式提供的安装座内部结构示意图；

图7为本发明实施方式提供的固定盘结构示意图。

图中：100-锁紧机构；110-安装座；111-螺杆；112-螺母；113- 锁紧杆；114-通孔；115-限位块；116-滑槽；117-滑块；200-驱动机构； 210-第一锥齿轮；211-第二锥齿轮；212-转轴；213-第一连接块；214- 注浆通道；300-锚杆；310-固定盘；311-安装孔；312-凹槽；320-第二连接块；321-避让孔；330-外螺纹。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

请参阅图1、图4和图6，本发明提供一种技术方案：预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，包括锁紧机构100，锁紧机构100包括安装座110、螺杆111、螺母112、锁紧杆113和通孔114，螺母112在螺杆111上螺纹传动连接，螺母112固定在锁紧杆113的一端端部，锁紧杆113在通孔114内滑动，通孔114开设在安装座 110的外壁上；

请参阅图4，为了防止锁紧杆113向前运动时滑出螺杆111，在螺杆111远离第一锥齿轮210的一端端部固定有限位块115，限位块 115位于锁紧杆113的内部中间，这样限位块115实现对锁紧杆113 的限位。

请参阅图5，为了防止锁紧杆113随螺杆111一起转动，在锁紧杆113的外圆柱面两侧对称开设有滑槽116，滑槽116内滑动连接有滑块117，滑块117固定在通孔114的内壁上，防止锁紧杆113发生自转，进而实现螺杆111驱动锁紧杆113在通孔114内向前滑动。

请参阅图2和图3，锁紧机构100设置有三组且等角度的分布在安装座110上，使锚杆300周围三个方向均有锁紧杆113***到隧道，提高锚杆300打入隧道后的牢固性和稳定性。

请参阅图2、图3和图4，驱动机构200，驱动机构200包括第一锥齿轮210、第二锥齿轮211和转轴212，第一锥齿轮210固定在螺杆111的一端端部，第二锥齿轮211与第一锥齿轮210传动连接，第二锥齿轮211固定在转轴212上，转轴212贯穿安装座110。

请参阅图1和图7，安装座110的上下两端均固定有锚杆300，为了方便锚杆300与隧道之间的定位与安装，在锚杆300的外侧螺纹传动连接有固定盘310，固定盘310上开设有安装孔311，所述固定盘310的内侧开设有凹槽312，安装锚杆300时固定盘310在凹槽312 的作用下会产生向外的弹力，进而对锚杆300产生向外的拉力，进而实现对锚杆300施加预应力，使锚杆300产生的锚固力对围岩施加一定的预压应力，主动地加固围岩。

请参阅图1、图2和图3，转轴212两端通过轴承与锚杆300转动连接，转轴212的一端端部固定有第一连接块213，第一连接块213 位于锚杆300的外部，转轴212和第一连接块213的内部中心处开设有注浆通道214，注浆通道214贯穿转轴212，锚杆300靠近第一连接块213的一端端部外侧固定有第二连接块320，第一连接块213实现转轴212与驱动电机的连接，第二连接块320实现锚杆300与驱动电机的连接，注浆通道214可以把浆料注入到锚杆300内部，然后通过锚杆300上的出浆口流到锚杆300周围，实现锚杆300的注浆。

请参阅图1，为了防止第二连接块320安装到锚杆300上时，在第二连接块320的中间开设有避让孔321，第一连接块213位于避让孔321内，起到避让保护作用。

本申请实施例提供了预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置的使用方法，其利用上述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置进行，包括以下步骤：

步骤一：首先把固定盘310放到隧道的预定位置，然后通过安装孔311利用螺钉把固定盘310固定在隧道上；

步骤二：然后把锚杆300的一端螺接到固定盘310上，然后通过螺栓把第二连接块320固定在锚杆300远离固定盘310的一端，然后把第二连接块320和驱动的电机的输出端固定连接在一起，启动驱动电机，进而驱动电机带动锚杆300旋转，锚杆300在固定盘310的驱动打入隧道内部，直至第二连接块320与固定盘310的外端面接触，锚杆300***到隧道内部后，固定盘310在凹槽312的作用下会产生向外的弹力，进而对锚杆300产生向外的拉力，进而实现对锚杆300 施加预应力；

步骤三：然后把驱动电机与第二连接块320分离，再把第二连接块320从锚杆300上拆卸下来，此时第一连接块213漏出来，然后把第一连接块213与驱动电机的输出端固定连接；

步骤四：驱动电机通过第一连接块213带动转轴212旋转，进而转轴212带动第二锥齿轮211旋转，第二锥齿轮211的旋转驱动第一锥齿轮210旋转，进而第一锥齿轮210带动螺杆111旋转，螺杆111 的旋转驱动螺母112沿螺杆111向前运动，进而螺母112带动锁紧杆113在通孔114内向外侧滑动，进而三组锁紧杆113同时穿出安装座 110***到锚杆300四周的围岩内，实现对锚杆径向的锁紧；

步骤五：当螺杆111前端的限位块115与螺母112内侧接触时锁紧杆113停止滑动，锁紧杆113锁紧完成，然后把驱动电机和第一连接块213分离，在浆料中添加早强浆料，凝结时间可调水硬化灌浆材料，具有超早强、高强、微膨胀和自密实、自流平、可灌性好的特点，然后通过注浆通道214向锚杆300内注入浆料，整个打设工作完毕。

工作原理：首先把固定盘310放到隧道的预定位置，然后通过安装孔311利用螺钉把固定盘310固定在隧道上；

然后把锚杆300的一端螺接到固定盘310上，然后通过螺栓把第二连接块320固定在锚杆300远离固定盘310的一端，然后把第二连接块320和驱动的电机的输出端固定连接在一起，启动驱动电机，进而驱动电机带动锚杆300旋转，锚杆300在固定盘310的驱动打入隧道内部，直至第二连接块320与固定盘310的外端面接触，锚杆300 ***到隧道内部后，固定盘310在凹槽312的作用下会产生向外的弹力，进而对锚杆300产生向外的拉力，进而实现对锚杆300施加预应力；

然后把驱动电机与第二连接块320分离，再把第二连接块320 从锚杆300上拆卸下来，此时第一连接块213漏出来，然后把第一连接块213与驱动电机的输出端固定连接；

驱动电机通过第一连接块213带动转轴212旋转，进而转轴212 带动第二锥齿轮211旋转，第二锥齿轮211的旋转驱动第一锥齿轮210旋转，进而第一锥齿轮210带动螺杆111旋转，螺杆111的旋转驱动螺母112沿螺杆111向前运动，进而螺母112带动锁紧杆113在通孔114内向外侧滑动，进而三组锁紧杆113同时穿出安装座110***到锚杆300四周的围岩内，实现对锚杆径向的锁紧；

当螺杆111前端的限位块115与螺母112内侧接触时锁紧杆113 停止滑动，锁紧杆113锁紧完成，然后把驱动电机和第一连接块213 分离，在浆料中添加早强浆料，凝结时间可调水硬化灌浆材料，具有超早强、高强、微膨胀和自密实、自流平、可灌性好的特点，然后通过注浆通道214向锚杆300内注入浆料，整个打设工作完毕。

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

Claims (10)

1.预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，包括

锁紧机构(100)，所述锁紧机构(100)包括安装座(110)、螺杆(111)、螺母(112)、锁紧杆(113)和通孔(114)，所述螺母(112)在所述螺杆(111)上螺纹传动连接，所述螺母(112)固定在所述锁紧杆(113)的一端端部，所述锁紧杆(113)在所述通孔(114)内滑动，所述通孔(114)开设在所述安装座(110)的外壁上；

驱动机构(200)，所述驱动机构(200)包括第一锥齿轮(210)、第二锥齿轮(211)和转轴(212)，所述第一锥齿轮(210)固定在所述螺杆(111)的一端端部，所述第二锥齿轮(211)与第一锥齿轮(210)传动连接，所述第二锥齿轮(211)固定在所述转轴(212)上，所述转轴(212)贯穿所述安装座(110)。

2.根据权利要求1所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述安装座(110)的上下两端均固定有锚杆(300)，所述转轴(212)两端通过轴承与所述锚杆(300)转动连接。

3.根据权利要求2所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述转轴(212)的一端端部固定有第一连接块(213)，所述第一连接块(213)位于所述锚杆(300)的外部，所述转轴(212)和所述第一连接块(213)的内部中心处开设有注浆通道(214)，所述注浆通道(214)贯穿所述转轴(212)，所述锚杆(300)靠近所述第一连接块(213)的一端端部外侧固定有第二连接块(320)。

4.根据权利要求3所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述第二连接块(320)的中间开设有避让孔(321)，所述第一连接块(213)位于所述避让孔(321)内。

5.根据权利要求2所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述锚杆(300)的外侧螺纹传动连接有固定盘(310)，所述固定盘(310)上开设有安装孔(311)，所述固定盘(310)的内侧开设有凹槽(312)。

6.根据权利要求1所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述螺杆(111)远离所述第一锥齿轮(210)的一端端部固定有限位块(115)，所述限位块(115)位于所述锁紧杆(113)的内部中间。

7.根据权利要求1所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述锁紧杆(113)的外圆柱面两侧对称开设有滑槽(116)，所述滑槽(116)内滑动连接有滑块(117)，所述滑块(117)固定在所述通孔(114)的内壁上。

8.根据权利要求1所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述锁紧机构(100)设置有三组且等角度的分布在所述安装座(110)上。

9.根据权利要求3所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置，其特征在于，所述第二连接块(320)与所述锚杆(300)之间通过螺栓固定在一起。

10.预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置的使用方法，其利用权利要求1-9任意一项所述的预应力锚杆在富水软弱破碎围岩隧道的打设装置进行，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：首先把固定盘放到隧道的预定位置，然后通过安装孔利用螺钉把固定盘固定在隧道上；

步骤二：然后把锚杆的一端螺接到固定盘上，然后通过螺栓把第二连接块固定在锚杆远离固定盘的一端，然后把第二连接块和驱动的电机的输出端固定连接在一起，启动驱动电机，进而驱动电机带动锚杆旋转，锚杆在固定盘的驱动打入隧道内部，直至第二连接块与固定盘的外端面接触，锚杆***到隧道内部后，固定盘在凹槽的作用下会产生向外的弹力，进而对锚杆产生向外的拉力，进而实现对锚杆施加预应力；

步骤三：然后把驱动电机与第二连接块分离，再把第二连接块从锚杆上拆卸下来，此时第一连接块漏出来，然后把第一连接块与驱动电机的输出端固定连接；

步骤四：驱动电机通过第一连接块带动转轴旋转，进而转轴带动第二锥齿轮旋转，第二锥齿轮的旋转驱动第一锥齿轮旋转，进而第一锥齿轮带动螺杆旋转，螺杆的旋转驱动螺母沿螺杆向前运动，进而螺母带动锁紧杆在通孔内向外侧滑动，进而三组锁紧杆同时穿出安装座***到锚杆四周的围岩内，实现对锚杆径向的锁紧；

步骤五：当螺杆前端的限位块与螺母内侧接触时锁紧杆停止滑动，锁紧杆锁紧完成，然后把驱动电机和第一连接块分离，在浆料中添加早强浆料，凝结时间可调水硬化灌浆材料，具有超早强、高强、微膨胀和自密实、自流平、可灌性好的特点，然后通过注浆通道向锚杆内注入浆料，整个打设工作完毕。

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