预应力中空注浆摩擦式让压锚杆及支护方法技术

本发明专利技术公开了一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆及支护方法，让压锚杆包括锚固头部件和锚杆体，在锚杆体上套设有堵头、让压套管、挤进块和六角头螺母，在让压套管上套设有垫板和球形螺母，在让压套管前端设置堵头，在让压套管后端设置挤进块和六角头螺母。与现有技术相比，本发明专利技术的积极效果是：该锚杆适用范围广，既可当预应力锚杆适用在较硬的岩层，更适用于地质情况复杂的高地应力环境；在高地应力环境中，该锚杆能缓慢释放地应力，使围岩变形控制在可控范围，不会出现围岩的突然崩塌；该锚杆具有结构简单，施工方便特点，能实现“刚—柔—刚”的最新支护理论。

Prestressed hollow grouting frictional yielding bolt and supporting method

The present invention discloses a prestressing hollow grouting friction type yielding bolt and its supporting method. The yielding bolt includes an anchor head part and an anchor body. A plug, a yielding sleeve, an extruding block and a hexagonal head nut are arranged on the bolt body, a cushion plate and a spherical nut are arranged on the yielding sleeve, a plug is arranged at the front end of the yielding sleeve, and an extruding block and a hexagonal head nut are arranged at the back end of the yielding sleeve. Mother. Compared with the prior art, the positive effect of the present invention is that the bolt has a wide application range, can be applied to harder rock strata, and is more suitable for high geostress environment with complicated geological conditions; in high geostress environment, the bolt can release geostress slowly, so that the deformation of surrounding rock can be controlled in a controllable range, and the sudden collapse of surrounding rock will not occur; the bolt has simple structure; The new supporting theory of \rigid-flexible-rigid\ can be realized by simple and convenient construction.

【技术实现步骤摘要】
预应力中空注浆摩擦式让压锚杆及支护方法
本专利技术涉及一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆及支护方法。
技术介绍
随着我国交通建设事业的高速发展，越来越多的新建隧道需要穿越复杂地质，由于高地应力、软弱围岩等不良地质带来的施工开挖支护难题，越来越成为隧道建设瓶颈。原来“及时支护、强支护”的锚固和支护理念不能有效控制复杂地质条件下围岩的变形。新的研究表明，充分释放地层中的能量，边释能，边支护，即当地层没变形时提供刚性支护，高地应力时提供弹性支护，应力释放完提供刚性支护的理论，即“刚—柔—刚”型的限阻释能型支护形式，能很好的控制围岩变形。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提供了一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆及支护方法，能很好地实现“刚—柔—刚”型支护形式，且具有结构简单，施工方便，为大变形地质条件下的隧道建设提供了有效解决方案。本专利技术所采用的技术方案是：一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，包括锚固头部件和锚杆体，在锚杆体上套设有堵头、让压套管、挤进块和六角头螺母，在让压套管上套设有垫板和球形螺母，在让压套管前端设置堵头，在让压套管后端设置挤进块和六角头螺母。本专利技术还提供了一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆的支护方法，包括如下内容：一、第一个“刚”性支护阶段：将整个锚杆插入锚杆孔底头后，在锚杆体推动下，锚固头涨开贴紧孔壁，旋转六角头螺母，锚固口与孔壁楔紧，同时推动挤进块向孔底方向移动，当挤进块到达让压套管内孔斜面时，挤进块在移动受阻的同时给让压套管一个支护力，支护力通过球形螺母和垫板将力传递给围岩，起到预应力支护；二、第二个“柔”性支护阶段：当垫板周围岩层发生应力变形时，应力F作用于垫板，将球形螺母和让压套管往应力作用方向推动；挤进块凭借后端六角头螺母的支撑，与锚杆体不发生相对位移；让压套管在应力F作用下将挤进块挤压进让压套管内，挤进块与让压套管间的相对摩擦力F＇，通过球形螺母和垫板转化为对岩层的支护力F＇；当挤进块被完全挤进让压套管内后，摩擦力由静摩擦转化为滑动摩擦，挤进块在滑动挤进过程中摩擦力逐步增加，当F＇＝F时围岩停止变形，该过程即是围岩释放应力、让压支护的过程；三、第三个“刚”性支护阶段：当挤进块滑动到让压套管的底部与堵头接触时，挤进块停止滑动，整个锚杆的支护力完全靠整个锚杆的刚性对围岩起支护作用。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：⑴.该锚杆适用范围广，既可当预应力锚杆适用在较硬的岩层，更适用于地质情况复杂的高地应力环境；⑵.在高地应力环境中，该锚杆能缓慢释放地应力，使围岩变形控制在可控范围，不会出现围岩的突然崩塌；⑶.该锚杆具有结构简单，施工方便特点，能实现“刚—柔—刚”的最新支护理论。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术的装配简图；图2为本专利技术的产品爆炸图；图3为本专利技术的锚固头部件结构；图4为本专利技术的垫板结构(左为俯视图、右为仰视图)；图5为本专利技术的堵头结构(左为俯视图、右为仰视图)；图6为本专利技术的让压套管结构(左为侧视图、右为剖面图)；图7为本专利技术的球形螺母结构(左为左视图、右为右视图)；图8为本专利技术的挤进块结构(左上为俯视图、右上为剖视图、左下为主视图、右下为立体图))；图9为本专利技术的六角头螺母结构；图10为本专利技术的第一个“刚”性支护阶段原理图；图11为挤进块在让压管内孔沉台处的放大图；图12为第一个“刚”性支护阶段的支护受力与位移关系图；图13为本专利技术的第二个“柔”性支护阶段原理图；图14为第二个“柔”性支护阶段的挤进块在台阶处和挤入让压管的支护力；图15为第二个“柔”性支护阶段的支护受力与位移曲线图；图16为本专利技术的第三个“刚”性支护阶段原理图；图17为本专利技术的第三个“刚”性支护阶段的支护受力与位移曲线图。具体实施方式一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，如图2所示，包括：锚固头部件1、锚杆体2、垫板3、堵头4、让压套管5、球形螺母6、挤进块7、六角头螺母8等，其中：所述锚固头部件1的结构如图3所示，包括：夹片和内楔。所述内楔为锚杆系统的骨架，内楔的顶端封闭，可有效阻挡砂石进入，出浆孔大，注浆效率高；具有两个涨紧导引斜面，在导引斜面上开有T型滑槽，可防止锚杆体放入锚杆孔时夹片脱落。所述夹片上设置有T型结构，可放入内楔(涨壳)的T型凹槽，夹片的外部设置有斜齿，预紧时斜齿可磡入锚孔岩土，起锚固作用。斜齿的楔紧斜面与涨紧导引斜面的角度相同，保证夹片张紧过程平动张开，与岩壁接触面大，锚固力大。所述锚杆体2为具有波形螺纹结构的中空锚杆体，是整个锚杆系统的联结件，所述锚杆体2通过内楔上的内波形螺纹与内楔连接，锚杆体2的转动过程可推动夹片进行平动张开。所述垫板3的结构如图4所示，垫板3套设在让压套管5的后端，垫板3的后端与球形螺母6的前端接触。所述堵头4的结构如图5所示，设置在让压套管5的前端。所述让压套管5的结构如图6所示，后端制有外螺纹，通过外螺纹与球形螺母6螺纹连接；让压套管5前端制有内螺纹，通过内螺纹与堵头4螺纹连接；让压套管5为中空的管状结构，内孔中部为带有锥度的锥面(前端内径n2＜后端内径n1)，为主要的让压变形区；在让压套管5后端设置挤进块7，挤进块在从让压套管5后端挤进让压套管5内时，径向的变形大于轴向的变形，从而产生摩擦力实现锚杆的边让压边支护，由于前端内径n2＜后端内径n1，让压过程中，摩擦力逐步加大，最终实现支护力与地应力的平衡，达到支护稳定。所述球形螺母6的结构如图7所示，套设在让压套管5的后端。所述挤进块7的结构如图8所示，设置在让压套管5后端，挤进块7的后端设置六角头螺母8。所述六角头螺母8的结构如图9所示，内孔有与中空锚杆体2相配合的螺纹，设置在挤进块7的后端。本专利技术通过挤进块在让压套管内不同位置产生的摩擦力的不同，对围岩产生不同的支护力，整个过程既释放了围岩应力，又起到了支护效果，让围岩产生缓慢的变形，变形量在受控范围内。具体支护过程如下：1、第一个“刚”性支护阶段：如图10和图11所示，锚杆插入锚杆孔底头后，在中空锚杆体2推动下，锚固头1涨开贴紧孔壁，旋转六角头螺母8，锚固口与孔壁楔紧，同时推动挤进块7向孔底方向移动，当挤进块7到达让压套管5内孔斜面时，挤进块7移动受阻，同时挤进块给让压套管5一个支护力，支护力通过球形螺母6和垫板3将力传递给围岩，起到预应力支护，随后注浆对围岩进行改良。第一个“刚”性支护阶段的支护受力与位移关系如图12所示。2、第二个“柔”性支护阶段：如图13和图14所示，当垫板3周围岩层发生应力变形时，应力F作用于垫板，将球形螺母6和让压套管5往应力作用方向推动；而挤进块7因为通过后方六角头螺母8支撑，挤进块在锚杆上的相对位置不发生相对位移；让压套管5在应力F作用下挤压挤进块，此时挤进块被挤压进让压管，挤进块与让压管间的相对摩擦力F＇，对通过球形螺母、垫板转化为对岩层的支护力F＇。在挤进块完全挤进的过程，由于接触面积的不断加大，摩擦产生的支护力F＇增加较快，完全挤进后摩擦力由静摩擦转化为滑动摩擦，有一个很小的下降过程，在滑动的过程，由于让压管内孔结构上的锥结构，所以挤进块在滑动挤进过程中摩擦力会逐步增加，当F＇＝F时围岩停止变形，该过程就是围岩释放应力，让压支护的过程，该过程的支护力与位移曲线大致如图15所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：包括锚固头部件和锚杆体，在锚杆体上套设有堵头、让压套管、挤进块和六角头螺母，在让压套管上套设有垫板和球形螺母，在让压套管前端设置堵头，在让压套管后端设置挤进块和六角头螺母。

【技术特征摘要】
1.一种预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：包括锚固头部件和锚杆体，在锚杆体上套设有堵头、让压套管、挤进块和六角头螺母，在让压套管上套设有垫板和球形螺母，在让压套管前端设置堵头，在让压套管后端设置挤进块和六角头螺母。2.根据权利要求1所述的预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：所述让压套管前端制有内螺纹，通过内螺纹与堵头螺纹连接；所述让压套管后端制有外螺纹，通过外螺纹与球形螺母螺纹连接。3.根据权利要求1所述的预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：所述让压套管为中空的管状结构，内孔中部为带有锥度的锥面，内孔前端内径小于后端内径。4.根据权利要求3所述的预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：在让压套管内孔后端设置沉台。5.根据权利要求1所述的预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：所述六角头螺母的内孔设置有与锚杆体相配合的螺纹。6.根据权利要求1所述的预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：所述锚固头部件包括内楔和设置在内楔上的夹片，在所述内楔上设置涨紧导引斜面和内波形螺纹，在所述涨紧导引斜面上开有T型滑槽；在所述夹片上设置有斜齿和与涨紧导引斜面上开设的T型滑槽相配合的T型结构。7.根据权利要求6所述的预应力中空注浆摩擦式让压锚杆，其特征在于：所述锚杆体通过内楔上的内波形螺纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜金虎，侯亮，
申请(专利权)人：中铁隆昌铁路器材有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51