本发明涉及一种加长防脱预应力中空注浆锚杆及其支护方法。
背景技术：
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，隧道支护对预应力锚杆的需求也越来越大。但在锚杆实际使用过程中，存在以下三个问题：
(1)现在市场上的锚固头的涨壳夹片在锚头涨开方向上没有限位装置，导致涨壳夹片在恶劣的工作环境中较容易滑出t型槽。比如在锚杆台车锚杆库中存放的锚杆，由于台车工作时振动较大，涨壳夹片会沿着t型槽滑出；亦或者在ⅳ～ⅴ级软岩中，由于围岩性能较差，施加预应力时，涨壳夹片被挤入软岩后从而导致涨壳夹片与涨壳内楔分离，此时锚固头失效，锚杆废品率将会增加，且遗失在锚孔内的涨壳夹片无法回收。
(2)由于加长锚杆是由两根或三根锚杆体用连接套连接起来，故总长度可达9-15米。但使用过程中，在锚孔径向上，只有锚固头和止浆塞在固定锚杆。止浆塞是橡胶材质，比较柔软，锚杆居中效果不佳；同时由于锚杆体的外径小于锚孔直径，锚杆体长度长、挠度大，锚杆体中间段与锚孔之间的连接不够稳定，导致注浆后包裹锚杆体的注浆层极不均匀，注浆质量差、锚固效果差、较薄处的注浆层对锚杆体起到的防腐效果也差。
(3)由于预应力锚杆在安装时需要施加预应力，而单纯人力施加预应力具有效率低、效果差、费时费力等缺点。
这些问题都直接影响了隧道锚杆支护的质量及效率，进一步影响了工程质量及施工进度。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种加长防脱预应力中空注浆锚杆及其支护方法。本发明通过在涨壳夹片上设计的楔形两翼结构配合内楔上的楔形槽，能够有效防止在施加预紧力时涨壳夹片被拉离锚杆、从头部发生脱落现象的发生；本发明通过在锚杆体中间加装一个或多个用于固定锚杆体和锚孔位置的固定器，可以克服超长锚杆不易居中的问题；本发明通过机械施加预应力装置(锚杆连接器套筒和锚杆连接器)，有效克服了现有技术中单纯靠人力施加预应力存在的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加长防脱预应力中空注浆锚杆，包括锚固头和锚杆体，所述锚固头包括涨壳内楔和对称设置在涨壳内楔上的两块涨壳夹片，在所述涨壳内楔头部对称设置有楔形槽和t行槽，在所述涨壳夹片上设置有分别与楔形槽和t行槽配合的楔形翼和t行翼，在所述涨壳夹片的外圆端设置有倒刺结构，所述涨壳内楔通过尾部设置的螺纹与锚杆体连接，在所述锚杆体的末端依次设置止浆塞、垫板、球形螺母和预应力装置。
本发明还提供了一种加长防脱预应力中空注浆锚杆的支护方法，包括如下步骤：
步骤一、装配锚固头：
1)先将两块涨壳夹片分别从涨壳内楔侧方的t型槽处装入涨壳内楔；
2)将涨壳夹片沿着t型槽向上滑移；
3)再将垫块放入涨壳夹片底部顶起涨壳夹片；
4)组装好后再将垫块和涨壳内楔焊接在一起；
步骤二、连接锚杆体：
将装配好的锚固头和第一段锚杆体连接起来，分别将固定器旋进后续各段锚杆体的中部，再将带有锚固头的第一段锚杆体送入锚孔中，待第一段锚杆体将要全部进入锚孔时，用连接套依次连接后续各段锚杆体，直至满足所需长度；
步骤三、在最后一段锚杆体的末端依次装入止浆塞、垫板和球形螺母；
步骤四、安装预应力装置，并通过机械施加预应力；
步骤五、当预应力施加完毕后，取下预应力装置，再进行注浆，注浆完成后即完成整个支护过程。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)锚固头在装配并焊好后，涨壳夹片便不会脱落，不会因围岩条件较差而在施加预应力时导致涨壳夹片从涨壳内楔中脱出，失去锚固作用；
(2)提高了锚杆安装成功率，进一步提高了施工质量及效率，降低了施工成本；
(3)防脱结构提高了普通预应力锚杆与锚杆台车配合使用效果，进一步提高了隧道施工机械化程度；
(4)提高了注浆质量，增强了防腐效果，减少了锚固力的损失；
(5)机械施加预应力方便快捷省时省力，提高了隧道施工机械化程度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的加长防脱预应力中空注浆锚杆的整体结构示意图；
图2为锚固头的结构示意图；
图3为涨壳内楔的结构示意图；
图4为涨壳夹片的结构示意图；
图5为垫块的结构示意图；
图6为固定器的结构示意图；
图7为锚杆连接器套筒的结构示意图；
图8为锚杆连接器的结构示意图；
图9为球形螺母9和锚杆连接器11的连接示意图；
图10为球形螺母9、锚杆连接器套筒10和锚杆连接器11的连接示意图；
图11为初步预应力施加示意图；
图12为开始二次施加预应力时的示意图；
图13为二次施加预应力完成时的示意图。
具体实施方式
一种加长防脱预应力中空注浆锚杆，如图1所示，包括：涨壳夹片1、垫块2、涨壳内楔3、连接套4、固定器5、锚杆体6、止浆塞7、垫板8、球形螺母9、锚杆连接器套筒10、锚杆连接器11等，其中：
一、防脱原理：
如图2所示，涨壳夹片1、垫块2和涨壳内楔3组成锚固头；其中：所述涨壳内楔3尾部有螺纹用于与锚杆体6连接，头部有对称的楔形槽31和t行槽32(如图3所示)；所述涨壳夹片1外圆端有倒刺结构43，内部有楔形翼41和t行翼42(如图4所示)。所述涨壳内楔3的t型槽32，便于侧方放入涨壳夹片1；楔形槽31和楔形翼41配合，可防止涨壳夹片从涨壳内楔的上部滑脱，在涨壳夹片1的下端放入垫块2(结构如图5所示)，可防止夹片从下部脱落。
所述锚固头的装配方法如下：
1)先将涨壳夹片1从涨壳内楔3侧方的t型槽32处装入涨壳内楔3；
2)将涨壳夹片1沿着t型槽32向上滑移；
3)再将垫块2放入涨壳夹片1底部顶起涨壳夹片；
4)组装好后再将垫块2和涨壳内楔3焊接在一起。
二、锚杆居中原理：
所述锚杆体6为中空杆体，是由两段或者三段用连接套4连接起来的加长杆体。
所述固定器5加在连接套4和止浆塞7中间，若是由三段锚杆体连接成的锚杆体则在连接套与连接套之间再增加一个固定器5。
由于锚杆体长，挠度大，中间段锚杆体与锚孔壁距离就会太近或者直接接触，导致注浆后包裹锚杆体的注浆层不均匀，影响注浆效果和对锚杆体的防腐效果。增加固定器后，由于固定器的最大外径接近锚孔尺寸，且采用凸圆结构51(如图6所示)，材质上具有一定的可压缩性，能很好贴合锚孔，从而使锚杆体居中，保持了锚杆体与锚孔壁之间缝隙大小一致，注浆后注浆层更均匀，注浆质量得到提升。
三、锚杆机械施加预应力原理
所述锚杆连接器套筒10的结构如图7所示，所述锚杆连接器11的结构如图8所示。
施加预应力分为两步：
第一步，将锚杆连接器11装配在球形螺母9上，钻机可旋拧锚杆连接器11进行初步预紧，如图9所示：
第二步，取下锚杆连接器11，将球形螺母9先与锚杆连接器套筒10连接，然后将锚杆连接器套筒10再与锚杆连接器11连接，钻机旋拧锚杆连接器11二次施加预应力，整个过程与人力施加预应力相比方便快捷省时省力，如图10所示。
四、支护过程
将装配好的锚固头和其中一根锚杆体连接起来，固定器5旋进另一根锚杆体的中部，再将带有锚固头的锚杆体送入锚孔中，待锚杆体将要全部进入锚孔时，用连接套4连接另一根锚杆体，再依次装入止浆塞7、垫板8、球形螺母9、锚杆连接器11，如图11所示。
⑴当锚杆伸到锚孔顶端时，用钻机旋拧锚杆连接器11，由于锚固头和锚孔内壁存在摩擦力，锚杆体可旋进并顶出涨壳夹片，涨壳夹片初步涨开，初步预应力施加完成；
⑵接着取下锚杆连接器11，再依次装入锚杆连接器套筒10、锚杆连接器11，旋拧锚杆连接器11迫使锚杆体带着涨壳内楔向外运动，由于涨壳夹片的倒刺结构会卡在锚孔壁内，涨壳夹片被进一步涨开，如图12所示；
⑶继续旋拧锚杆连接器，当运动一定距离后，此时涨壳夹片完全涨开，由于涨壳内楔楔形槽的尺寸比涨壳夹片楔形翼小，涨壳夹片无法继续向外运动，从而防止了涨壳夹片从涨壳内楔中脱落，二次施加预应力完成，如图13所示。
当预应力施加完毕后，取下锚杆连接器和锚杆连接器套筒，再进行注浆，由于固定器能使锚杆体居中并在注浆时稳定锚杆体，不让锚杆体发生抖动，从而使注浆厚度均匀。注浆完成即完成整个安装过程。
1.一种加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：包括锚固头和锚杆体，所述锚固头包括涨壳内楔和对称设置在涨壳内楔上的两块涨壳夹片，在所述涨壳内楔头部对称设置有楔形槽和t行槽，在所述涨壳夹片上设置有分别与楔形槽和t行槽配合的楔形翼和t行翼，在所述涨壳夹片的外圆端设置有倒刺结构，所述涨壳内楔通过尾部设置的螺纹与锚杆体连接，在所述锚杆体的末端依次设置止浆塞、垫板、球形螺母和预应力装置。
2.根据权利要求1所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：在所述涨壳夹片底部设置有垫块，所述垫块和涨壳内楔焊接在一起。
3.根据权利要求1所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述锚杆体是由至少两段中空杆体通过连接套连接而成的加长杆体。
4.根据权利要求3所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：在所述连接套和止浆塞之间设置固定器。
5.根据权利要求3所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：在两个连接套之间设置一个固定器。
6.根据权利要求4或5所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述固定器采用凸圆结构。
7.根据权利要求1所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆，其特征在于：所述预应力装置包括锚杆连接器和锚杆连接器套筒。
8.一种利用权利要求1所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆的支护方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、装配锚固头：
1)先将两块涨壳夹片分别从涨壳内楔侧方的t型槽处装入涨壳内楔；
2)将涨壳夹片沿着t型槽向上滑移；
3)再将垫块放入涨壳夹片底部顶起涨壳夹片；
4)组装好后再将垫块和涨壳内楔焊接在一起；
步骤二、连接锚杆体：
将装配好的锚固头和第一段锚杆体连接起来，分别将固定器旋进后续各段锚杆体的中部，再将带有锚固头的第一段锚杆体送入锚孔中，待第一段锚杆体将要全部进入锚孔时，用连接套依次连接后续各段锚杆体，直至满足所需长度；
步骤三、在最后一段锚杆体的末端依次装入止浆塞、垫板和球形螺母；
步骤四、安装预应力装置，并通过机械施加预应力；
步骤五、当预应力施加完毕后，取下预应力装置，再进行注浆，注浆完成后即完成整个支护过程。
9.根据权利要求8所述的加长防脱预应力中空注浆锚杆的支护方法，其特征在于：步骤四所述通过机械施加预应力的方法包括如下步骤：
1)先将锚杆连接器装配在球形螺母上；
2)当锚杆伸到锚孔顶端时，采用钻机旋拧锚杆连接器进行初步预紧，在锚固头和锚孔内壁之间摩擦力的作用下，锚杆体旋进并顶出涨壳夹片，涨壳夹片初步涨开，初步预应力施加完成；
3)接着取下锚杆连接器，再依次装入锚杆连接器套筒和锚杆连接器，采用钻机旋拧锚杆连接器迫使锚杆体带着涨壳内楔向外运动，涨壳夹片的倒刺结构卡在锚孔壁内，涨壳夹片被进一步涨开；
4)钻机继续旋拧锚杆连接器，直至涨壳夹片完全涨开，且涨壳夹片在涨壳内楔楔形槽的阻止下无法继续向外运动，至此，二次施加预应力完成。
技术总结