CN113944492B - 一种涨壳式让压锚索及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道等地下工程锚固支护技术领域，公开了一种涨壳式让压锚索及其施工方法，涨壳锚固件的上端固定安装有变截面让压锚索，所述涨壳锚固件的下端固定安装有锚具；所述锚索体的中部设置有中空金属管，中空金属管的外部包裹有高强锥形管；所述锚索体的外侧通过粘结剂包裹有变截面螺纹套管。本发明主要应用于富水隧道，尤其是高应力大变形富水地下工程的锚固支护，变截面让压锚索、涨壳锚固件、锚具、垫板形成了集快速锚固、让压支护和注浆防护于一体的锚固技术；通过涨壳锚固件涨开后与洞壁围岩形成的咬合力快速支护围岩，通过变截面让压锚索的让压功能增大锚索的变形能力，通过变截面锚索中内置的中空金属管实现后注浆防护。

Description

一种涨壳式让压锚索及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道等地下工程锚固支护技术领域，尤其涉及一种涨壳式让压锚索及其施工方法。

背景技术

目前，隧道等地下工程中，锚杆是实现顶底板和边墙稳定的首选，具有支护效果好、适用性广、适应性高等优点，也涌现出了树脂注浆锚杆、涨壳注浆锚杆和分段式锚杆等一系列集快速锚固与永久支护于一体的新型锚杆。但是，锚杆支护强度小于锚索，伴随着隧道逐渐走向深地、构造带等高应力复杂地质环境，已难取得较好的支护效果，大变形灾害频发。为此，高应力大变形地下工程中，锚索支护被越来越多地采用，其中以具备快速与强力支护于一体的小孔径树脂预应力锚索应用最广，较为典型的隧道工程应用是在木寨岭公路隧道，实现了初期支护拆换率的(极)大幅降低。但是，树脂锚固剂在富水段落会不可避免出现锚固力(极)大幅降低的现象，致使难以发挥出锚索支护力高的优势；同时，锚索的变形能力远小于锚杆，大变形的支护过程中极易发生断裂；而上述均将会导致锚索支护失效。

因此，随着隧道工程逐渐走向青藏高原边缘及纵深处，所遇的工程环境将愈发复杂、地应力水平持续增长、地下水普遍发育联通的现状下，研发一种锚固力不受地下水环境影响、兼具大变形能力、且能实现永久支护的新型锚索将对极大地助力隧道工程的支护与建设。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种涨壳式让压锚索及其施工方法。所述技术方案如下：一种涨壳式让压锚索，所述涨壳式让压锚索包括：变截面让压锚索、涨壳锚固件、锚具；所述涨壳锚固件的上端固定安装有变截面让压锚索，所述涨壳锚固件的下端固定安装有锚具；

所述变截面让压锚索包括：锚索体、中空金属管、高强锥形管、变截面螺纹套管、粘结剂；所述锚索体的中部设置有中空金属管，中空金属管的外部包裹有高强锥形管；所述锚索体的外侧通过粘结剂包裹有变截面螺纹套管；

所述涨壳锚固件包括：锯齿状外楔形体和带内螺纹连接头的内楔形体，所述带内螺纹连接头的内楔形体卡装在锯齿状外楔形体内；

所述锚具包括：楔形夹片、底座，其中底座安装在锚索体的外部，底座与锚索体之间插装有锥形夹片。

在一个实施例中，所述锚索体由多层根钢丝组成，正中心钢丝的外部设置有中间层钢丝，中间层钢丝的外部包裹有最外层钢丝；

所述中间层钢丝的直径小于最外层钢丝。

在一个实施例中，所述锚索体的正中心钢丝为中空金属管，中空金属管的直径为5mm～10mm，中空金属管的壁厚大于1mm，中空金属管的沿锚索体通长设置。

在一个实施例中，所述锚索体前端设置有锚索前端，所述锚索前端的中间层钢丝和最外层钢丝间置入高强锥形管，形成让压锥形端。

在一个实施例中，所述高强锥形管的倾斜角度为15～30°，长度20～50mm。

在一个实施例中，所述变截面螺纹套管外置于锚索前端，并用粘结剂将变截面螺纹套管与锚索前端固定。

在一个实施例中，所述粘结剂为树脂灌浆、水泥浆或环氧树脂中的一种。

在一个实施例中，所述变截面螺纹套管为两端开口的圆形截面，变截面螺纹套管由大截面段和小截面断段构成；

所述大截面段的直径大于让压锥形端的最大直径5～20mm，所述大截面段的长度根据让压滑移变形的需要进行设置；

所述小截面段的直径大于让压锥形端的最小直径，小于让压锥形端的最大直径，长度不小于50mm。

在一个实施例中，所述变截面螺纹套管前端与带内螺纹连接头的内楔形体的螺纹相匹配，通过旋转直接连接；

所述带内螺纹连接头的内楔形体中部有中空通道；

所述锯齿状外楔形体为两瓣半圆形结构，外壁反向锯齿结构，内壁与内楔形体贴合；

所述楔形夹片有三瓣。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述涨壳式让压锚索的施工方法，该涨壳式让压锚索的施工方法包括以下步骤：

S1、确定目标岩体，并在目标岩体上开设锚孔；

S2、将变截面让压锚索和涨壳锚固件通过螺纹旋转连接；

S3、将组装好的涨壳让压锚索送入钻孔孔底；

S4、向外拉伸锚索体，带动带内螺纹连接头的内楔形体向锚孔外移动，使孔底涨壳锚固件涨开，锯齿状外楔形体咬合锚孔，完成固定；

S5、在锚索体后端依次安装垫板、锚具；

S6、使用预应力张拉设备拉伸锚索体，带动楔形夹片向外移动，放张锚索体，楔形夹片回缩挤压底座，完成预应力加载；

S7、待隧道变形基本完成后，通过中空金属管外接注浆接头进行注浆，浆液经中空金属管至中空通道，在内螺纹连接头的内楔形体端部出浆，直至孔口溢浆，最终形成对锚索的永久防护。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

(1)本发明主要应用于富水隧道，尤其是高应力大变形富水地下工程的锚固支护，变截面让压锚索、涨壳锚固件、锚具、垫板形成了集快速锚固、让压支护和注浆防护于一体的锚固技术；其基本原理为通过涨壳锚固件涨开后与洞壁围岩形成的咬合力快速支护围岩，通过变截面让压锚索的让压功能增大锚索的变形能力，通过变截面锚索中内置的中空金属管实现后注浆防护。

(2)本发明通过螺纹套管实现了锚索体与涨壳锚固件旋转连接，提供了一种结构简单、易于加工、且便于施工的涨壳式锚索。

(3)本发明针对锚索变形能力不足的缺点，通过让压锥形端在螺纹套管内粘结剂中的剪切滑移，确保了恒阻让压功能，增强了锚索的变形能力；进一步，可通过改变让压锥形端的长度、角度，粘结剂类型，套管大截面段的厚度、直径等实现让压力的调整，且通过改变套管大截面段的长度即可实现让压量的调整；更进一步，螺纹套管采用变截面形式，通过设置小截面段的直径，实现在达到预定让压量后“止让”，将继续承载变形直至发生断裂。

(4)本发明的锚索体采用多钢丝形式，通过将中心钢丝设置为中空结构形式，实现从底部进行反浆，确保了后注浆效果，实现永久防护。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索的横截面结构示意图。

图2是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索让压滑移后的横截面结构示意图。

图3是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索中变截面让压锚索侧视图。

图4是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索的5-5剖面图。

图5是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索的6-6剖面图。

图6是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索的7-7剖面图。

图7是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索的8-8剖面图。

图8是本发明实施例提供的涨壳式让压锚索的光滑锥形管。

图中：10、锚固剂；11、外楔形体；12、带内螺纹连接头的内楔形体；13、让压锥形端；14、锚索体；15、锚孔；16、垫板；17、底座；18、锥形夹片；19、变截面螺纹套管；20、粘结剂；21、锚索前端；31、内楔形体的中空通道；32、让压滑移量；40、中空金属管；41、最外层钢丝；42、中间层钢丝；45、高强锥形管；50、变截面让压锚索；60、涨壳锚固件；70、锚具。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种涨壳式让压锚索包括：变截面让压锚索50、涨壳锚固件60、锚具70、垫板16；所述变截面让压锚索50包括锚索体14、中空金属管40、高强锥形管45、变截面螺纹套管19、粘结剂20；所述涨壳锚固件60包括锯齿状外楔形体11和带内螺纹连接头的内楔形体12；所述锚具包括楔形夹片18、底座17。

进一步的，所述锚索体14由三层19根钢丝组成，正中心钢丝40一根、中间层钢丝42八根、最外层钢丝41八根，所述中间层钢丝42的直径小于最外层钢丝41。

进一步的，所述锚索体的正中心钢丝40为中空金属管，直径5～10mm，壁厚大于1mm，沿锚索体通长设置。

所述锚索前端21的中间层钢丝42和最外层钢丝41间置入高强锥形管45，形成让压锥形端13。

所述高强锥形管45的倾斜角度为15～30°，长度20～50mm。

所述变截面螺纹套管19外置于锚索前端21，并用粘结剂20将变截面螺纹套管19与锚索前端21固定。

所述粘结剂20可以是树脂灌浆、水泥浆或环氧树脂。

所述变截面螺纹套管19为两端开口的圆形截面，由大截面段和小截面断段构成；所述大截面段的直径大于让压锥形端13的最大直径5～20mm，长度根据实际让压滑移变形的需要进行设置；小截面段的直径略大于让压锥形端13的最小直径，小于让压锥形端13的最大直径，长度不小于50mm。

所述变截面螺纹套管19前端与带内螺纹连接头的内楔形体12的螺纹相匹配，通过旋转直接连接。

所述带内螺纹连接头的内楔形体12中部有中空通道31。

所述锯齿状外楔形体11为两瓣半圆形结构，外壁反向锯齿结构，内壁与内楔形体12贴合。

所述楔形夹片18有三瓣。

一种涨壳式让压锚索及其施工方法，所述安装步骤包括：

S1、确定目标岩体，并在目标岩体上开设锚孔15；

S2、将变截面让压锚索50和涨壳锚固件60通过螺纹旋转连接；

S3、将组装好的涨壳让压锚索送入钻孔孔底；

S4、向外拉伸锚索体14，带动带内螺纹连接头的内楔形体12向锚孔外移动，使孔底涨壳锚固件60涨开，锯齿状外楔形体11咬合锚孔15，完成固定；

S5、在锚索体14后端依次安装垫板16、锚具70；

S6、使用预应力张拉设备拉伸锚索体14，带动楔形夹片18向外移动，放张锚索体14，楔形夹片18回缩挤压底座17，完成预应力加载；

S7、待隧道变形基本完成后，通过中空金属管40外接注浆接头进行注浆，浆液经中空金属管40至中空通道31，在内螺纹连接头的内楔形体12端部出浆，直至孔口溢浆，最终形成对锚索的永久防护。

本发明集快速锚固施工、让压支护和注浆防护等功能于一体，有效解决了富水岩层中粘结锚固形式施工工序复杂、支护时效性差和支护能力弱等不足，并在此基础上，提升了锚索吸收岩体变形的能力，消除了锚索因变形能力差而发生脆断破坏的风险，尤其适应于高应力富水环境下大变形隧道的快速强力支护。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种涨壳式让压锚索，其特征在于，所述涨壳式让压锚索包括：变截面让压锚索(50)、涨壳锚固件(60)、锚具(70)；所述涨壳锚固件(60)的上端固定安装有变截面让压锚索(50)，所述涨壳锚固件(60)的下端固定安装有锚具(70)；

所述变截面让压锚索(50)包括：锚索体(14)、中空金属管(40)、高强锥形管(45)、变截面螺纹套管(19)、粘结剂(20)；所述锚索体(14)的中部设置有中空金属管(40)，中空金属管(40)的外部包裹有高强锥形管(45)；所述锚索体(14)的外侧通过粘结剂(20)包裹有变截面螺纹套管(19)；

所述涨壳锚固件(60)包括：锯齿状外楔形体(11)和带内螺纹连接头的内楔形体(12)，所述带内螺纹连接头的内楔形体(12)卡装在锯齿状外楔形体(11)内；

所述锚具包括：楔形夹片(18)、底座(17)，其中底座(17)安装在锚索体(14)的外部，底座(17)与锚索体(14)之间插装有楔形夹片(18)。

2.根据权利要求1所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述锚索体(14)由多层根钢丝组成，正中心钢丝的外部设置有中间层钢丝(42)，中间层钢丝(42)的外部包裹有最外层钢丝(41)；

所述中间层钢丝(42)的直径小于最外层钢丝(41)。

3.根据权利要求2所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述锚索体(14)的正中心钢丝为中空金属管(40)，中空金属管(40)的直径为5mm～10mm，中空金属管(40)的壁厚大于1mm，中空金属管(40)的沿锚索体(14)通长设置。

4.根据权利要求2所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述锚索体(14)前端设置有锚索前端(21)，所述锚索前端(21)的中间层钢丝(42)和最外层钢丝(41)间置入高强锥形管(45)，形成让压锥形端(13)。

5.根据权利要求4所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述高强锥形管(45)的倾斜角度为15～30°，长度20～50mm。

6.根据权利要求1所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述变截面螺纹套管(19)外置于锚索前端(21)，并用粘结剂(20)将变截面螺纹套管(19)与锚索前端(21)固定。

7.根据权利要求6所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述粘结剂(20)为树脂灌浆、水泥浆或环氧树脂中的一种。

8.根据权利要求1所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述变截面螺纹套管(19)为两端开口的圆形截面，变截面螺纹套管(19)由大截面段和小截面段构成；

所述大截面段的直径大于让压锥形端(13)的最大直径5～20mm，所述大截面段的长度根据让压滑移变形的需要进行设置；

所述小截面段的直径大于让压锥形端(13)的最小直径，小于让压锥形端(13)的最大直径，长度不小于50mm。

9.根据权利要求1所述的涨壳式让压锚索，其特征在于，所述变截面螺纹套管(19)前端与带内螺纹连接头的内楔形体(12)的螺纹相匹配，通过旋转直接连接；

所述带内螺纹连接头的内楔形体(12)中部有中空通道(31)；

所述锯齿状外楔形体(11)为两瓣半圆形结构，外壁反向锯齿结构，内壁与内楔形体(12)贴合；

所述楔形夹片(18)有三瓣。

10.一种实现如权利要求1-9任意一项所述涨壳式让压锚索的施工方法，其特征在于，该涨壳式让压锚索的施工方法包括以下步骤：

S1、确定目标岩体，并在目标岩体上开设锚孔(15)；

S2、将变截面让压锚索(50)和涨壳锚固件(60)通过螺纹旋转连接；

S3、将组装好的涨壳让压锚索送入钻孔孔底；

S4、向外拉伸锚索体(14)，带动带内螺纹连接头的内楔形体(12)向锚孔外移动，使孔底涨壳锚固件(60)涨开，锯齿状外楔形体(11)咬合锚孔(15)，完成固定；

S5、在锚索体(14)后端依次安装垫板(16)、锚具(70)；

S6、使用预应力张拉设备拉伸锚索体(14)，带动楔形夹片(18)向外移动，放张锚索体(14)，楔形夹片(18)回缩挤压底座(17)，完成预应力加载；

S7、待隧道变形基本完成后，通过中空金属管(40)外接注浆接头进行注浆，浆液经中空金属管(40)至中空通道(31)，在内螺纹连接头的内楔形体(12)端部出浆，直至孔口溢浆，最终形成对锚索的永久防护。