申请/专利权人：中铁二院工程集团有限责任公司

申请日：2019-08-23

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN110344867B

主分类号：E21D21/00

分类号：E21D21/00;E21D20/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2019.11.12#实质审查的生效;2019.10.18#公开

摘要：本发明公开了一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆及施工方法，该锚杆包括旋转式先锚后注中空锚杆，用于设于锚孔内，旋转式先锚后注中空锚杆位于锚孔内侧的前杆体能够通过树脂锚固剂锚固，后杆体能够通过注浆锚固，旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设有垫板；单孔锚具，旋转式先锚后注中空锚杆的两端分别设有单孔锚具；锚索，贯穿设于旋转式先锚后注中空锚杆内，锚索的一端通过一个单孔锚具锚固于旋转式先锚后注中空锚杆的端部，锚索的另一端从旋转式先锚后注中空锚杆锚头端穿出，并能够通过另一个单孔锚具和垫板连接并张紧。运用该锚杆，能够通过预应力锚索实现主动支护，可进一步控制围岩变形，适用于大变形地层隧道。

主权项：1.一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，其特征在于，包括：旋转式先锚后注中空锚杆，用于设于锚孔内，所述旋转式先锚后注中空锚杆位于锚孔内侧的前杆体11能够通过树脂锚固剂锚固，后杆体12能够通过注浆锚固，旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设有垫板18，所述前杆体11和所述后杆体12通过带孔连接器13连接，所述前杆体11上设有承压板14；单孔锚具16，所述旋转式先锚后注中空锚杆的两端分别设有所述单孔锚具16；锚索15，贯穿设于所述旋转式先锚后注中空锚杆内，所述锚索15的一端通过一个所述单孔锚具16锚固于所述旋转式先锚后注中空锚杆的端部，所述锚索15的另一端从所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端穿出，并能够通过另一个所述单孔锚具16和所述垫板18连接并张紧；所述前杆体11的端部连接有转接器20，所述转接器20包括锥形套筒21和刀片22，所述刀片23连接于所述锥形套筒21的锥形端，所述转接器20上设有通孔，所述通孔过盈配合有中空的压推杆30，所述压推杆30一端连接所述单孔锚具16，另一端插入所述前杆体11；所述压推杆30连接所述单孔锚具16的一端设有树脂罩40，所述压推杆30与所述树脂罩40通过过盈配合固定，所述树脂罩40和所述转接器20之间的区域用于设置树脂卷式锚固剂50，所述树脂罩40设有至少一个安装腔，所述安装腔用于连接树脂卷式锚固剂50。

全文数据：一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆及施工方法技术领域本发明涉及一种锚杆，特别涉及一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆及施工方法。背景技术锚杆是结构锚固或岩土体加固的一种受拉杆系结构，分为预应力锚杆和非预应力锚杆。预应力锚杆是一种主动支护型式，可将张拉力传递到稳定的或适宜的岩土体中，从而将结构与岩土体锚固在一起或加固岩土体。非预应力锚杆是一种被动支护型式，通过与岩土体共同变形，从而起到加固岩土体的作用。锚杆支护已广泛应用于隧道及地下工程、边坡、基坑等工程。锚杆支护是锚喷支护的重要组成部分，提高了围岩的支护效率，优化了各种支护的承载比例，保障了工程施工安全，节省了工程造价。全长粘结型锚杆广泛应用于隧道及地下工程。全长粘结型锚杆是锚杆孔内杆体绝大部分或全部被锚固剂包裹，锚固剂的主要作用有两点，其一是起胶结作用，将锚杆杆体与岩土体胶结在一起；其二是起防护作用，将锚杆杆体全长包裹可对锚杆防腐进行防护。根据锚固剂的不同，全长粘结型锚杆分为树脂锚杆和水泥砂浆锚杆，锚杆杆体有钢质杆体实心、中空和锚索和纤维增强塑料杆体实心和中空。树脂锚杆主要应用于煤巷支护。树脂卷锚固剂由树脂胶泥与固化剂两部分分隔包装成卷形，混合后能使锚杆杆体与岩土体粘结在一起。超快速型树脂锚固剂有两种类型，即CKa型和CKb型。树脂胶泥和固化剂混合后，CKa型树脂锚固剂的凝胶时间为8～25秒，锚杆等待安装时间为10～30秒；CKb型树脂锚固剂的凝胶时间为26～40秒，锚杆等待安装时间为30～60秒。煤巷锚杆支护，树脂锚杆一般在60秒内完成垫板和螺母的安装，并且可以施加一定的预紧力。目前，树脂锚杆是煤巷锚杆支护的主导型式，主要由以下几方面因素：1煤炭及煤质地层岩石硬度较小，气动锚杆钻机钻孔比较容易；2树脂锚杆孔径比锚孔内径与锚杆杆体外径之比值较小，锚杆长度一般为1.6m～2.6m，树脂药卷使用量不多，有成本优势；3煤质矿粉本身就是很好的固体润滑物质，保障了树脂药卷及锚杆杆体顺利地插入小孔径比的锚孔；4树脂锚固剂中树脂胶泥与固化剂混合后凝固时间较短，适合快速安装工艺；5树脂凝胶体强度较高，树脂锚杆抗拔力较高。虽然目前树脂锚杆是煤巷锚杆支护的主导型式，但是在公路铁路隧道、水工隧洞及地下洞室中应用较少，尤其是铁路隧道，主要原因如下：1铁路隧道围岩地质条件复杂多变，软弱、破碎地层中难以形成小孔径比的锚孔；2铁路隧道系统锚杆一般长2.5m～5.0m，树脂药卷及锚杆可能不能顺利地插入小孔径比的锚孔中；3大孔径比的锚孔需要更多的树脂锚固剂，树脂锚杆成本较高。水泥砂浆锚杆杆体实心和中空是公路铁路隧道和水工隧洞及地下洞室锚杆支护的主导型式。铁路隧规规定砂浆锚杆用的水泥砂浆强度等级不应低于M20。全长粘结型锚杆的垫板和螺母安装应在水泥砂浆的强度达到10MPa后进行，因此，水泥砂浆浆体的终凝及初期强度的增长总体上决定了锚杆支护施作花费时间。M20水泥砂浆强度达到10Mpa，需要1～2天，也就是锚杆螺母最终拧紧需要等待1～2天。因此，隧道工程如何解决水泥砂浆锚杆快速锚固安装是缩短系统锚杆施作时间，提高锚杆施工质量和锚固效果，优化隧道施工工序的关键所在。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中所存在的隧道工程如何解决水泥砂浆锚杆快速锚固安装是缩短系统锚杆施作时间，提高锚杆施工质量和锚固效果，优化隧道施工工序的上述不足，提供一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆及施工方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，包括：旋转式先锚后注中空锚杆，用于设于锚孔内，所述旋转式先锚后注中空锚杆位于锚孔内侧的前杆体能够通过树脂锚固剂锚固，后杆体能够通过注浆锚固，旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设有垫板；单孔锚具，所述旋转式先锚后注中空锚杆的两端分别设有所述单孔锚具；锚索，贯穿设于所述旋转式先锚后注中空锚杆内，所述锚索的一端通过一个所述单孔锚具锚固于所述旋转式先锚后注中空锚杆的端部，所述锚索的另一端从所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端穿出，并能够通过另一个所述单孔锚具和所述垫板连接并张紧。优选地，所述前杆体和所述后杆体通过带孔连接器连接，所述前杆体上设有承压板。优选地，所述前杆体的端部连接有转接器，所述转接器包括锥形套筒和刀片，所述刀片连接于所述锥形套筒的锥形端，所述转接器上设有通孔，所述通孔过盈配合有中空的压推杆，所述压推杆一端连接所述单孔锚具，另一端插入所述前杆体。优选地，所述压推杆连接所述单孔锚具的一端设有树脂罩，所述压推杆与所述树脂罩通过过盈配合固定，所述树脂罩和所述转接器之间的区域用于设置树脂卷式锚固剂。优选地，所述树脂罩设有至少一个安装腔，所述安装腔用于连接树脂卷式锚固剂。优选地，所有所述安装腔沿所述树脂罩的横截面均匀分布设置。优选地，所述锚索为无粘结锚索，所述锚索外套设有护套。优选地，所述锚索表面设有防腐润滑涂层。本发明还提供了一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆的施工方法，应用如以上任一项所述的先锚式管索锚杆，该施工方法包括以下步骤：A、将旋转式先锚后注中空锚杆及通过单孔锚具锚固、贯穿设置于所述旋转式先锚后注中空锚杆的锚索一同插入锚孔至锚孔底部位置；B、将施工连接套与后杆体连接，然后将所述锚索从所述施工连接套的侧面圆形开孔引导至所述旋转式先锚后注中空锚杆外，所述施工连接套另一端连接钻杆，在钻杆的旋转推进作用下，带动所述旋转式先锚后注中空锚杆旋转并向锚孔内部推进，在所述旋转式先锚后注中空锚杆转动的压扭作用下，转接器克服与压推杆之间的摩擦力，并沿所述压推杆旋转并推进；C、所述转接器挤破树脂卷式锚固剂袋体，所述树脂卷式锚固剂释放树脂锚固剂，树脂锚固剂浆液混合，所述转接器上的刀片将树脂锚固剂搅拌均匀，快速锚固前杆体；D、所述前杆体被锚固后，注浆锚固所述后杆体，实现所述旋转式先锚后注中空锚杆杆体全长粘结；E、在所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设置垫板，所述垫板抵接围岩，张拉所述锚索，所述锚索通过另一个单孔锚具锚固于所述垫板上。优选地，在所述步骤A-D完成后，待隧道发生大变形时，再执行所述步骤E，即安装所述垫板，张拉所述锚索，将所述锚索通过另一个单孔锚具锚固于所述垫板上。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，不仅实现了整个锚杆的快速锚固安装，实现围岩快速被动支护，同时保证了当围岩变形过大导致锚杆破坏后仍具有一定的承载能力，通过预应力锚索实现主动支护，可进一步控制围岩变形，适用于大变形地层隧道；2、本发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，所述前杆体能够通过树脂锚固剂来快速锚固，将所述旋转式先锚后注中空锚杆锚定，后续再对所述后杆体注浆锚固，使所述后杆体全长粘结，快速地完成所述旋转式先锚后注中空锚杆整体锚固安装，所述承压板能够用于所述后杆体的砂浆锚固体承受压力，相较现有锚杆的锚固体承受剪力而言，所述旋转式先锚后注中空锚杆的承载能力得到加强；3、本发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆的施工方法，不仅实现了整个锚杆的快速锚固安装，实现围岩快速被动支护，同时保证了当围岩变形过大导致锚杆破坏后仍具有一定的承载能力，通过预应力锚索实现主动支护，可进一步控制围岩变形，适用于大变形地层隧道。附图说明图1为本发明所述的适用于大变形地层的先锚式管索锚杆的结构示意图；图2为本发明所述的先锚式管索锚杆和施工连接套的连接关系示意图；图3为本发明所述的先锚式管索锚杆前部树脂锚固的结构示意图；图4为本发明所述的先锚式管索锚杆后部注浆锚固的结构示意图；图5为本发明所述的先锚式管索锚杆的锚杆锚固的结构示意图；图6为本发明所述的先锚式管索锚杆的锚索锚固的结构示意图；图7为本发明所述的承压板的结构示意图；图8为本发明所述的单孔锚具的结构示意图；图9为本发明所述的夹片的结构示意图；图10为本发明所述的转接器的结构示意图；图11为本发明所述的锥形套筒的结构示意图；图12为本发明所述的刀片的结构示意图；图13为本发明所述的压推杆的结构示意图；图14为图13的左视图；图15为本发明所述的树脂罩的结构示意图；图16为图15的右视图；图17为本发明所述的施工连接套的结构示意图。图中标记：11-前杆体，12-后杆体，13-带孔连接器，14-承压板，15-锚索，16-单孔锚具，17-夹片，18-垫板，20-转接器，21-锥形套筒，22-刀片，30-压推杆，31-凸起，40-树脂罩，50-袋装树脂锚固剂，60-施工连接套。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例1如图1-17所示，本发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，包括：旋转式先锚后注中空锚杆，用于设于锚孔内，所述旋转式先锚后注中空锚杆位于锚孔内侧的前杆体11能够通过树脂锚固剂锚固，后杆体12能够通过注浆锚固，旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设有垫板18，所述前杆体11和所述后杆体12通过带孔连接器13连接，所述前杆体11上设有承压板14，所述前杆体11的端部连接有转接器20，所述转接器20包括锥形套筒21和刀片22，所述刀片23连接于所述锥形套筒21的锥形端，所述转接器20上设有通孔，所述通孔过盈配合有中空的压推杆30，所述压推杆30一端连接所述单孔锚具16，另一端插入所述前杆体11，所述压推杆30连接所述单孔锚具16的一端设有树脂罩40，所述压推杆30与所述树脂罩40通过过盈配合固定，所述树脂罩40和所述转接器20之间的区域用于设置树脂卷式锚固剂50，所述树脂罩40设有四个安装腔，所述安装腔用于连接树脂卷式锚固剂50，所有所述安装腔沿所述树脂罩40的横截面均匀分布设置；单孔锚具16，其内设有夹片17，所述旋转式先锚后注中空锚杆的两端分别设有所述单孔锚具16；锚索15，贯穿设于所述旋转式先锚后注中空锚杆内，所述锚索15的一端通过一个所述单孔锚具16和所述夹片17锚固于所述旋转式先锚后注中空锚杆的端部，所述锚索15的另一端从所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端穿出，并能够通过另一个所述单孔锚具16、所述夹片17和所述垫板18连接并张紧，具体地，所述夹片17用于夹紧所述锚索15，所述锚索15为无粘结锚索，所述锚索15外套设有护套，所述锚索15表面设有防腐润滑涂层。运用本发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，不仅实现了整个锚杆的快速锚固安装，实现围岩快速被动支护，同时保证了当围岩变形过大导致锚杆破坏后仍具有一定的承载能力，通过预应力锚索实现主动支护，可进一步控制围岩变形，适用于大变形地层隧道。实施例2本发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆的施工方法，应用如实施例1所述的先锚式管索锚杆，该施工方法包括以下步骤：A、将旋转式先锚后注中空锚杆及通过单孔锚具16锚固、贯穿设置于所述旋转式先锚后注中空锚杆的锚索15一同插入锚孔至锚孔底部位置；B、将施工连接套60与后杆体12连接，然后将所述锚索15从所述施工连接套60的侧面圆形开孔引导至所述旋转式先锚后注中空锚杆外，所述施工连接套60另一端连接钻杆，在钻杆的旋转推进作用下，带动所述旋转式先锚后注中空锚杆旋转并向锚孔内部推进，在所述旋转式先锚后注中空锚杆转动的压扭作用下，转接器20克服与压推杆30之间的摩擦力，并沿所述压推杆30旋转并推进；C、所述转接器20挤破树脂卷式锚固剂50袋体，所述树脂卷式锚固剂50释放树脂锚固剂，树脂锚固剂浆液混合，所述转接器20上的刀片22将树脂锚固剂搅拌均匀，快速锚固前杆体11；D、所述前杆体11被锚固后，注浆锚固所述后杆体12，实现所述旋转式先锚后注中空锚杆杆体全长粘结；E、待隧道发生大变形时，在所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设置垫板18，所述垫板18抵接围岩，张拉所述锚索15，所述锚索15通过另一个单孔锚具16锚固于所述垫板18上。运用发明所述的一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆的施工方法，不仅实现了整个锚杆的快速锚固安装，实现围岩快速被动支护，同时保证了当围岩变形过大导致锚杆破坏后仍具有一定的承载能力，通过预应力锚索实现主动支护，可进一步控制围岩变形，适用于大变形地层隧道。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆，其特征在于，包括：旋转式先锚后注中空锚杆，用于设于锚孔内，所述旋转式先锚后注中空锚杆位于锚孔内侧的前杆体11能够通过树脂锚固剂锚固，后杆体12能够通过注浆锚固，旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设有垫板18；单孔锚具16，所述旋转式先锚后注中空锚杆的两端分别设有所述单孔锚具16；锚索15，贯穿设于所述旋转式先锚后注中空锚杆内，所述锚索15的一端通过一个所述单孔锚具16锚固于所述旋转式先锚后注中空锚杆的端部，所述锚索15的另一端从所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端穿出，并能够通过另一个所述单孔锚具16和所述垫板18连接并张紧。2.根据权利要求1所述的管索锚杆，其特征在于，所述前杆体11和所述后杆体12通过带孔连接器13连接，所述前杆体11上设有承压板14。3.根据权利要求2所述的管索锚杆，其特征在于，所述前杆体11的端部连接有转接器20，所述转接器20包括锥形套筒21和刀片22，所述刀片23连接于所述锥形套筒21的锥形端，所述转接器20上设有通孔，所述通孔过盈配合有中空的压推杆30，所述压推杆30一端连接所述单孔锚具16，另一端插入所述前杆体11。4.根据权利要求3所述的管索锚杆，其特征在于，所述压推杆30连接所述单孔锚具16的一端设有树脂罩40，所述压推杆30与所述树脂罩40通过过盈配合固定，所述树脂罩40和所述转接器20之间的区域用于设置树脂卷式锚固剂50。5.根据权利要求4所述的先锚式管索锚杆，其特征在于，所述树脂罩40设有至少一个安装腔，所述安装腔用于连接树脂卷式锚固剂50。6.根据权利要求5所述的先锚式管索锚杆，其特征在于，所有所述安装腔沿所述树脂罩40的横截面均匀分布设置。7.根据权利要求1-6任一项所述的先锚式管索锚杆，其特征在于，所述锚索15为无粘结锚索，所述锚索15外套设有护套。8.根据权利要求7所述的先锚式管索锚杆，其特征在于，所述锚索15表面设有防腐润滑涂层。9.一种适用于大变形地层的先锚式管索锚杆的施工方法，其特征在于，应用如权利要求1-8任一项所述的先锚式管索锚杆，该施工方法包括以下步骤：A、将旋转式先锚后注中空锚杆及通过单孔锚具16锚固、贯穿设置于所述旋转式先锚后注中空锚杆的锚索15一同插入锚孔至锚孔底部位置；B、将施工连接套60与后杆体12连接，然后将所述锚索15从所述施工连接套60的侧面圆形开孔引导至所述旋转式先锚后注中空锚杆外，所述施工连接套60另一端连接钻杆，在钻杆的旋转推进作用下，带动所述旋转式先锚后注中空锚杆旋转并向锚孔内部推进，在所述旋转式先锚后注中空锚杆转动的压扭作用下，转接器20克服与压推杆30之间的摩擦力，并沿所述压推杆30旋转并推进；C、所述转接器20挤破树脂卷式锚固剂50袋体，所述树脂卷式锚固剂50释放树脂锚固剂，树脂锚固剂浆液混合，所述转接器20上的刀片22将树脂锚固剂搅拌均匀，快速锚固前杆体11；D、所述前杆体11被锚固后，注浆锚固所述后杆体12，实现所述旋转式先锚后注中空锚杆杆体全长粘结；E、在所述旋转式先锚后注中空锚杆锚头端设置垫板18，所述垫板18抵接围岩，张拉所述锚索15，所述锚索15通过另一个单孔锚具16锚固于所述垫板18上。10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤A-D完成后，待隧道发生大变形时，再执行所述步骤E，即安装所述垫板18，张拉所述锚索15，将所述锚索15通过另一个单孔锚具16锚固于所述垫板18上。

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