一種快速提升漲殼錨頭初始錨固力的裝置及方法與流程

2023-06-06 01:11:21 2

本發明涉及深埋水工隧洞巖體支護領域，特別涉及一種快速提升中空注漿錨杆漲殼錨頭初始錨固力改進裝置及方法。

背景技術：

在深埋水工隧洞使用TBM進行掘進施工時，為滿足快速掘進的目的，隧洞掘進掌子面後方前50～100m不注漿，滯後注漿。在本段區間錨杆支護主要由漲殼錨頭承載受力，並且這種受力主要由漲殼錨頭與孔壁巖層機械摩擦咬合受力。巖體爆破施工(發生巖爆)時，對圍巖產生衝擊擾動，引起了錨杆的錨固頭與圍巖之間的摩擦受力效果減弱，從而導致了漲殼錨頭受力失效，支護破壞。

滯後注漿支護的錨杆支護區域較少發生巖爆，主要是因為錨杆支護已經採用全長注漿粘結方式。柔性粘結支護效果要優於機械摩擦式支護，同時可以得出較好的支護狀態，在受到巖爆衝擊時，柔性粘結支護使得杆體與巖層之間的完整一體性更好，不容易發生失效，而僅僅依靠漲殼錨頭承載提供機械摩擦式受力(初錨力最大值不超過150KN)，同時接觸面積小，受到衝擊振動時由於是剛性摩擦受力狀態，容易導致摩擦受力效果減弱乃至失效。

隨著我國經濟的快速發展，一大批大埋深、高應力水工隧洞等地下工程相繼上馬，出現了大量的巖爆災害亟待解決。中空注漿錨杆作為巖體支護材料，能夠有效抵禦抗隧洞圍巖巖爆衝擊能力。但是，部分巖體爆破施工(發生巖爆)時，對圍巖產生衝擊擾動，引起了錨杆的錨固頭與圍巖之間的摩擦受力效果減弱，從而導致了漲殼錨頭受力失效，支護失敗。柔性粘結支護效果要優於機械摩擦式支護，在受到巖爆衝擊時，柔性粘結支護使得杆體與巖層之間的完整一體性更好，不容易發生失效。因此研發出一種能夠改善現有漲殼錨頭固定的錨固裝置，對提高吸能錨杆的支護穩定性具有重要的意義。

技術實現要素：

為保證錨杆的漲殼錨頭錨固端在整個錨杆支護過程中保持與巖壁相對穩定的作用，有效降低深埋水工隧洞採掘開挖受巖爆影響造成的危害，本發明提供了一種快速提升中空注漿錨杆漲殼錨頭初始錨固力改進裝置及方法。通過改進一種漲殼錨頭錨固裝置與方法，提高錨固端的初始錨固力及其穩定性，能有效保證發揮錨杆抵禦巖爆的能力的同時，錨固段不失效。

為了實現上述任務，本發明採用以下技術措施：

一種快速提升漲殼錨頭初始錨固力的裝置，包括漲殼錨頭和裝有粘結劑的封口袋；所述的漲殼錨頭尾部連接有錨杆杆體；在工程支護中，封口袋設置於巖層鑽孔底部，漲殼錨頭伸入巖層鑽孔中將封口袋頂破，漲殼錨頭完全漲開嵌在巖層鑽孔中；所述的粘結劑流出並填充在巖層鑽孔與漲殼錨頭之間的間隙內，巖層鑽孔與漲殼錨頭粘接一體形成柔性粘結錨固裝置，提高漲殼錨頭初錨力。

所述的漲殼錨頭尾部還設置有漿液隔斷塞。

所述的漲殼錨頭與錨杆杆體通過連接套連接；漿液隔斷塞設置在連接套與漲殼錨頭連接的錨杆上，錨杆與漲殼錨頭螺紋連接，連接套與錨杆杆體螺紋連接。

所述的錨杆杆體為中空注漿錨杆，所述的連接套的管壁上開有出漿孔。

所述的粘結劑為雙組份高分子粘接劑。

一種快速提升漲殼錨頭初始錨固力的裝置的施工方法，包括以下步驟：

a、漲殼錨頭連同放置粘結劑的封口袋一起放入巖層鑽孔，

b、在漲殼錨頭尾部套上漿液隔斷塞並安裝連接套；

c、連接套另一端與錨杆杆體連接，並加工有出漿孔，保證不影響後續的注漿工藝；

d、旋轉漲殼錨頭使其尖部將封口袋頂破，待漲殼錨頭完全漲開嵌在巖層鑽孔中，在粘結劑自動膨脹固化反應的作用下，粘結劑與錨杆杆體迅速粘接為一體形成柔性粘結錨固裝置；起到提高漲殼錨頭初錨力的作用。

所述的粘結劑為雙組份高分子粘接劑。

所述的柔性粘結錨固裝置的錨固力大於230KN。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明漲殼錨頭錨固改進裝置主要包括漲殼錨頭及袋裝粘結劑。在工程支護中，該裝置安裝在錨杆的頂端使用，通過使用袋裝漿料與漲殼錨頭的相互配合形成柔性粘結錨固裝置，解決了因圍巖受衝擊擾動破壞而使錨固端失穩導致吸能錨杆抗巖爆衝擊能力較差的問題，大大提高了抗震和抵禦巖爆的能力。該裝置通過高分子粘結劑化學反應後產生的粘聚力，能夠將漲殼錨頭和孔壁緊密的錨固在一起，提高錨杆的初錨力。具體優點為：

(1)本發明配合普通錨杆漲殼錨頭使用，安裝方便、實用性強。

(2)本發明改善了錨杆錨固端在圍巖巖爆時保持有效錨固力的能力，解決了傳統漲殼錨頭單純依靠摩擦進行錨固而導致錨固不穩定的問題，適用於深埋高應力水工隧洞工程的圍巖支護和一般巖層不穩定的錨杆支護。

(3)當這種漲殼錨頭錨固改進裝置發揮作用時，具有良好的耐潮溼、耐久、耐腐蝕等優點，適用於水工隧洞等潮溼複雜的地質條件，滿足水工隧洞支護等百年工程的高性能指標的嚴格要求。

進一步，錨頭與錨杆杆體通過連接套連接，連接套中間套有漿液隔斷塞，用於控制高分子粘結劑凝固前的粘結範圍，漲殼錨頭通過焊接在連接套上的一小段錨杆與之進行螺紋連接，連接套另一端與錨杆採用螺紋連接。所述漲殼錨頭利用焊接在連接套上的一段錨杆與之採用螺紋連接，所述連接套與錨杆採用螺紋連接，連接套上開有出漿孔，便於注漿時使用。

進一步，所述高分子粘結劑採用袋裝，由錨頭擠破後粘結錨頭與孔壁，所述錨頭後方的漿液隔斷塞能控制高分子材料的作用範圍，提高高分子粘結劑的使用效率。高分子粘結劑固化後不但能粘結錨頭和孔壁提供錨固力，還能夠對漲開的錨頭起到支撐作用，增強錨頭的摩擦阻力，有效的增強錨頭的初錨力。高分子粘結材料反應固化時間、粘結強度可以根據現場安裝工藝時間等進行調整，達到滿足現場使用條件的要求。

本發明的施工方法具體在工程支護中使用，通過使用研發出的袋裝高分子材料與漲殼錨頭的相互配合形成柔性粘結錨固裝置，快速安裝，較好的解決了因圍巖受衝擊擾動破壞而使錨固端失穩導致吸能錨杆抗巖爆衝擊能力較差的問題，大大提高了抗震和抵禦巖爆的能力。

附圖說明

圖1為漲殼錨頭錨固改進裝置示意圖；

其中：1.漲殼錨頭；2.漿液隔斷塞；3.連接套；4.錨杆杆體；5.封口袋；

圖2為漲殼錨頭錨固改進裝置使用狀態示意圖；

圖3為改進型漲殼錨頭力學拉伸試驗示意圖；

其中6.前拉伸橫梁；7.Φ70無縫管工裝；1.漲殼錨頭；11.高分子材料；2.漿液隔斷塞；3.連接套；4.錨杆杆體；8.後拉伸橫梁；9.託盤10.螺母；

圖4為改進型漲殼錨頭力-位移曲線圖；

圖5為現有漲殼錨頭力-位移曲線圖。

具體實施方式

以下參照附圖，給出本發明的具體實施方式，對本發明做進一步說明。

如圖1和圖2所示，漲殼錨頭錨固改進裝置包括連接套3、漿液隔斷塞2、漲殼錨頭1和高分子粘結劑11；雙組份的高分子粘結劑採用封口袋5袋裝；漲殼錨頭1頂在袋裝有雙組份高分子粘結劑封口袋5後面；漲殼錨頭1與錨杆4使用連接套3採用螺紋連接；連接套3在與漲殼錨頭1之間安裝漿液隔斷塞2；連接套3與錨杆4採用螺紋連接，並且連接套3上管壁上開有出漿孔。本發明實施方法如下：

a、漲殼錨頭1連同放置好的封口袋5一起放入鑽孔底部；

b、在漲殼錨頭1下方安裝一連接套3，連接套3上方焊接有一小段錨杆體，與漲殼錨頭1連接，並套上漿液隔斷塞2；

c、所述連接套3下方與中空注漿錨杆杆體4連接，並加工有出漿孔，保證不影響後續的注漿工藝；

d、將封口袋5頂破，待漲殼錨頭1完全漲開嵌在鑽孔中，在高分子材料自動膨脹固化反應的作用下，與錨杆杆體迅速粘結為一體。

為了控制高分子粘結劑作用範圍，在連接套3上方加上漿液隔斷塞2；同時，將連接套3桿體一側與漲殼錨頭1連接，另一側與錨杆杆體4連接，此時連接套3、漿液隔斷塞2、漲殼錨頭1和錨杆杆體4連接為一體，將裝有高分子材料的封口袋5放置在漲殼錨頭1端部，與連接體一同放入鑽孔底部；利用風動扳手旋轉錨杆杆體4，將封口袋頂破，待漲殼錨頭1完全漲開嵌在鑽孔中，在高分子材料自動膨脹固化反應的作用下，與杆體迅速粘結為一體，起到提高錨頭初錨力的作用。

力學實驗結果分析：

如圖3所示，改進型漲殼錨頭力學進行試驗驗證，實驗步驟如下：

a.將Φ70x10x450mm45#無縫鋼管7(模擬現場Φ51鑽孔)固定在前拉伸橫梁6上；

b.將裝有高分子材料的封口袋5混合均勻放置在無縫管尾部；

c.將Φ28中空注漿錨杆4、漲殼錨頭1和連接套3安裝好，穿過後拉伸橫梁8，將裝有漲殼錨頭一側連同放置好的封口袋一起深入Φ51無縫管底部；

d.利用管鉗旋轉錨杆杆體，將封口袋頂破，待漲殼錨頭完全漲開嵌在無縫管中，在後拉伸橫梁8處安裝託盤9，並用螺母10上緊，施加一定的預緊力。

e.開啟試驗機的加載程序，將試驗力、位移、變形、時間全部清零，開始張拉，並觀察力-位移變化情況。

實驗結果對比分析：

實驗分析：如圖4所示，當拉力升至235KN時，漲殼錨固件在Φ51無縫管中脫落，實驗結束，經多次試驗得出改進型漲殼錨頭錨固力為230KN左右；對現有漲殼錨頭做類似拉伸試驗，如圖5所示，當拉力升至118KN時，漲殼錨固件在Φ51無縫管中脫落，實驗結束，經多次試驗得出現有漲殼錨頭錨固力為120KN左右。綜上所述，改進型漲殼錨頭在現有錨固力基礎上，再施加粘性錨固力，大大增強了錨固效果。

當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述適用範圍，本技術領域的技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。