一种具有自进功能的剪式注浆锚杆的制作方法

本实用新型涉及隧道及地下工程锚固设备技术领域，特别是一种具有自进功能的剪式注浆锚杆。

背景技术：

在国内外地下工程及隧道中，采用锚杆加固围岩的应用越来越多，特别是采用喷锚支护修建隧道及地下工程时，锚杆是必不可少的。市面上用于加固围岩的现有锚杆类型有很多种，从常用的几种锚杆应用情况来看，都存在其不足的一面，常用的几种锚杆存在如下缺点：

1、打孔过程和安装锚杆进行锚固的过程相分离，需要首先进行打孔，然后在将锚固剂送入锚孔中，再将锚杆安装在锚孔内，经过一段时间后，达到设计的锚固强度，这种锚固方式的施工效率低，而且锚固剂会恶化劳动环境；

2、全长粘结型锚杆（包括普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆、水泥药卷锚杆等），其砂浆在全长范围内很难保持均匀、满孔，从而不能充分达到设计要求；

3、在硬岩、岩层节理裂隙张开夹泥或地下水发育场合，常用的锚杆无法迅速形成初期支护，使得锚杆锚固初期无法控制围岩变形，为了使锚杆获得较高的锚固强度，同时在锚固初期就能快速得到较高强度，在锚固时加入锚固剂，但锚固剂也不能立即形成较高的锚固强度，并且锚固剂会恶化劳动环境；

4、现有的锚杆强度较低，在高地应力隧道及地下工程中锚杆会随着围岩的变形增大很快被拉断；

5、现有的金属锚杆加工不方便，而且采用金属锚杆的成本较高，市场上主要使用的螺纹钢树脂锚杆以及少量的玻璃钢树脂锚杆，固力不强且容易折断，而且安装后过一段时间才能获得一定的固力。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术中常用的锚杆所存在的施工效率低、无法立即形成初期支护的问题，提供一种具有自进功能的剪式注浆锚杆，该锚杆自带钻头，兼具钻杆和锚杆功能，同时布置有剪式膨胀架，当锚杆钻孔到位后，剪式膨胀架撑开（涨开），抓住自钻的锚孔孔壁，从而与锚孔洞接触、固定，达到锚固目的，立即形成足够的张拉强度，该锚杆施工效率高，能节约较大的施工成本。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种具有自进功能的剪式注浆锚杆，包括中空的杆体，所述杆体的一端连有自进式钻头，另一端连接有注浆装置，紧邻所述自进式钻头布置有剪式膨胀架。

通过在锚杆端部布置自进式钻头，从而使该锚杆在用于锚固的同时，兼具钻杆功能，从而简化了施工工序，取消了退钻杆插锚杆的施工工序，大幅度提升了施工效率，并且由于不需要退杆，所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

杆体一端连接自进式钻头，钻孔到位后，紧邻的剪式膨胀架撑开，成剪式结构，迅速（立即）形成初期支护，实现锚固功能，解决了锚杆的扎根问题，增加了施工速度，可实现围岩上部大吨位的牢固悬吊，并且剪式结构的方式撑开幅度大，锚固力较强，能作为长久支护。

并且，采用这种结构形式的锚杆后，锚杆牢固固定在锚孔内，不再使用锚固剂进行锚固，淘汰了锚固剂，不再产生粉尘和化学污染，大大改善了隧道及地下工程的工作劳动环境。

杆体为中空结构，能实现高强度预应力后的注浆，通过注浆装置将砂浆注入杆体内，从而使锚杆能在全长范围内发挥其内在性能，进一步增加锚固抗拉强度。

作为本实用新型的优选方案，所述杆体由玻璃纤维增强聚合物树脂制成。

杆体采用这种玻璃纤维增强聚合物树脂的非金属材料，其具有较高的抗拉强度，杆体的强度优于等直径的螺纹钢，并且锚杆的杆体易切割，可对采煤机刀头起到保护作用，切割时不会产生火花，对巷道安全施工极为有利，特别适合高瓦斯浓度区域。

采用这种材质制成的锚杆，加工制造更加容易，价格也优于传统钢锚杆，其重量仅为同等规格钢锚杆的1/4，轻质高强的锚杆不仅锚固作用强，而且方便进行施工。

作为本实用新型的优选方案，所述杆体的外表面设有螺纹，且所述螺纹与杆体为一体式结构。

在杆体外表面设有一体式结构的螺纹，提高锚杆与锚孔之间的锚固力，进而提高锚杆的抗拉能力。

进一步地，所述螺纹与杆体为一体成型。

作为本实用新型的优选方案，所述杆体上设有用于排出杆体内部气体的排气孔。

在杆体上设置排气孔，使得在注浆过程过程中，将杆体内的气体排出，保证砂浆在杆体全部长度范围内保持均匀、满孔，防止因注浆不均导致锚杆在局部或端部受力集中。

进一步地，所述排气孔的数量为多个，多个所述排气孔沿杆体轴向均匀布置。保证砂浆在杆体内部均匀、满孔，进一步提高杆体的受力性能。

作为本实用新型的优选方案，所述注浆装置包括逆止阀，并配套设置有止浆塞、垫板和螺母。

作为本实用新型的优选方案，所述逆止阀为自闭式阀门，包括套筒和安装在所述套筒内部腔体一端的内置阀门，该内置阀门靠近杆体一侧连接有压缩弹簧。

所述压缩弹簧的一端与内置阀门连接，另一端向杆体一侧延伸并固定。

所述压缩弹簧根据压力原理工作，未压入注浆材料时，内置阀门在压缩弹簧的作用下被推到套筒底部，此时套筒底部不会漏出浆液，压入注浆材料时，由于注浆压力大于压缩弹簧弹力，内置阀门打开，外部浆液被压入到杆体内部进入地层，采取这种结构的注浆装置，大大节约了注浆材料，同时提高了注浆效率。

作为本实用新型的优选方案，所述止浆塞和垫板为一体式结构。

将止浆塞与垫板设计成一个整体后，可以减少零部件的数量，既简化锚杆的组装，同时使用起来更加方便容易。

进一步地，所述垫板为拱形垫板，采用拱形垫板能对地层施加预应力。

作为本实用新型的优选方案，锚杆包括多个连接套连接的中空杆体，多个所述中空杆体依次首尾连接，中间腔体相通，所述自进式钻头和注浆装置分别布置首尾两个杆体的端部。

设置多个中空杆体，并通过连接套实现连接，从而增加锚杆的长度，增加其使用范围。

具体地，杆体的数量根据需要设置。

作为本实用新型的优选方案，所述杆体的截面为圆形。采用圆形截面的杆体可以简化杆体的制造工艺，节约生产成本。

作为本实用新型的优选方案，所述自进式钻头、注浆装置和连接套的材质均为玻璃纤维增强聚合物树脂。

采取这种方式，有利于进一步减轻整个锚杆的重量，使其更加轻便易操作，方便在狭小空间进行使用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、通过在杆体上设置自进式钻头和剪式膨胀架，使钻杆及锚杆合二为一，具有自进功能，在风化岩、碎岩层、回填区、砂、粘土和卵石层等不需套管护壁，即能形成锚孔，并依靠剪式膨胀架达到初始支护，并依靠中空结构的锚杆保证锚固与注浆效果，操作简便省时，节省大量工作量，减少了工程成本；

2、在锚杆带有自进式钻头一端设有剪式膨胀架，反转锚杆使剪式膨胀架涨开抓住孔壁，防止锚杆滑动脱落，迅速形成初期抗拉能力；

3、注浆装置中布置自闭式逆止阀，根据压力原理工作，未压入注浆材料时，内置阀门在压缩弹簧的作用下被推到套筒底部，此时套筒底部不会漏出浆液，压入注浆材料时，由于注浆压力大于压缩弹簧弹力，内置阀门打开，外部浆液压入杆体内部进入地层，大大节约了注浆材料和提高了注浆效率；

4、本方案的锚杆杆体采用非金属的玻璃纤维增强聚合物树脂制成，抗拉强度较高，杆体强度优于等直径的螺纹钢，可作长久支护，锚杆能沿全长或分段发挥其内在性能，且容易加工制造，价格优于传统钢锚杆，而且这种材料的锚杆杆体易切割，可对采煤机刀头起到保护作用，切割时不会产生火花，对巷道安全施工极为有利，特别适合高瓦斯浓度区域，重量仅为同等规格钢锚杆的1/4，并且该锚杆淘汰了锚固剂，无粉尘和化学污染，大大改善了隧道及地下工程的工作劳动环境；

5、在杆体上布置排气孔，能够保证砂浆在全长范围内保持均匀、满孔，防止锚杆在端部受力集。

附图说明

图1为本实用新型具有自进功能的剪式注浆锚杆的结构示意图。

图2为图1中具有自进功能的剪式注浆锚杆工作状态时的结构示意图。

图3为图1中注浆装置的结构示意图。

图中标记：1-自进式钻头，2-剪式膨胀架，3-杆体，4-排气孔，5-连接套，6-止浆塞，7-螺母，8-自闭式止逆阀，81-压缩弹簧，82-内置阀门，83-套筒，9-垫板。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1和图2所示，具有自进功能的剪式注浆锚杆，包括中空的杆体3，所述杆体3的一端连有自进式钻头1，另一端连接有注浆装置，紧邻所述自进式钻头1布置有剪式膨胀架2，注浆装置包括自闭式逆止阀8，并配套设置有止浆塞6、垫板9和螺母7，所述自闭式逆止阀8为包括套筒83和安装在所述套筒83内部腔体一端的内置阀门82，该内置阀门82靠近杆体3一侧且连接有压缩弹簧81，压缩弹簧81的一端与内置阀门82连接，另一端向杆体3一侧延伸并固定。

所述压缩弹簧81根据压力原理工作，未压入注浆材料时，内置阀门82在压缩弹簧81的作用下被推到套筒83的底部，此时套筒83底部不会漏出浆液，压入注浆材料时，由于注浆压力大于压缩弹簧81的弹力，内置阀门82打开，外部浆液被压入到杆体内部进入地层，采取这种结构的注浆装置，大大节约了注浆材料，同时提高了注浆效率。

通过在锚杆端部布置自进式钻头1，从而使该锚杆在用于锚固的同时，兼具钻杆功能，从而简化了施工工序，取消了退钻杆插锚杆的施工工序，大幅度提升了施工效率，并且由于不需要退杆，所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

如图2所示，在使用锚杆进行锚固时，杆体3一端连接自进式钻头1，钻孔到位后，反转锚杆使剪式膨胀架2涨开，成剪式结构，迅速（立即）形成初期支护，实现锚固功能，解决了锚杆的扎根问题，增加了施工速度，可实现围岩上部大吨位的牢固悬吊，并且剪式结构的方式撑开幅度大，锚固力较强，能作为长久支护，反转锚杆使剪式膨胀架涨开抓住孔壁从而能迅速提供较大的初始抗拔力，可广泛应用于软土或裂隙发育的地质条件较差的工程中。

并且，采用这种结构形式的锚杆后，锚杆牢固固定在锚孔内，不再使用锚固剂进行锚固，淘汰了锚固剂，不再产生粉尘和化学污染，大大改善了隧道及地下工程的工作劳动环境。

本实施例的附图具体展现了一种闭合后为“V”形、展开后成“一”字形的剪式膨胀架结构，另一剪式膨胀架为展开为“X”形的剪刀结构，使钻头和膨胀架组成形成剪式膨胀钻头结构，与锚孔内壁多个部位接触，形成支护，解决锚杆的扎根问题，连接更加牢固。

杆体3为中空结构，能实现高强度预应力后的注浆，通过注浆装置将砂浆注入杆体3的空腔内，从而使锚杆能在全长范围内发挥其内在性能，进一步增加锚固抗拉强度。

作为其中一种优选的实施方式，杆体3由玻璃纤维增强聚合物树脂制成，杆体3采用这种玻璃纤维增强聚合物树脂的非金属材料，其具有较高的抗拉强度，杆体的强度优于等直径的螺纹钢，并且锚杆的杆体易切割，可对采煤机刀头起到保护作用，切割时不会产生火花，对巷道安全施工极为有利，特别适合高瓦斯浓度区域。

而且采用这种材质制成的锚杆，加工制造更加容易，价格也优于传统钢锚杆，其重量仅为同等规格钢锚杆的1/4，轻质高强的锚杆不仅锚固作用强，而且方便进行施工。

作为其中一种实施方式，所述杆体3的外表面设有螺纹，且所述螺纹与杆体3为一体式结构，在杆体3外表面设有一体式结构的螺纹，提高锚杆与锚孔之间的锚固力，进而提高锚杆的抗拉能力。

进一步地，所述螺纹与杆体为一体成型得到。

作为其中一种优选的实施方式，所述杆体3上设有用于排出杆体3内部气体的排气孔4。

在杆体3上设置排气孔4，使得在注浆过程中，将杆体3内的气体排出，保证砂浆在杆体全部长度范围内保持均匀、满孔，防止因注浆不均导致锚杆在局部或端部受力集中。

进一步地，所述排气孔4的数量为多个，多个所述排气孔4沿杆体3轴向均匀布置，保证砂浆在杆体内部均匀、满孔，进一步提高杆体的受力性能。

作为其中一种优选的实施方式，所述止浆塞6和垫板9为一体式结构，将止浆塞6与垫板9设计成一个整体后，可以减少零部件的数量，既简化锚杆的组装，同时使用起来更加方便容易。

进一步地，所述垫板9为拱形垫板，采用拱形垫板能对地层施加预应力。

作为其中的一种实施方式，锚杆包括多个连接套5连接的中空杆体3，多个所述中空杆体3依次首尾连接，中间腔体相通，所述自进式钻头1和注浆装置分别布置首尾两个杆体的端部，设置多个中空杆体，并通过连接套实现连接，从而增加锚杆的长度，增加其使用范围，本实施例中，设置两个中空杆体，可以预见的是，当设置3个及其以上的中空杆体时，连接方式也相同，通过杆体外表面的螺纹使各个杆体之间进行连接。

通常地，杆体的数量根据实际需要进行设置。

作为其中的一种实施方式，所述杆体3的截面为圆形。采用圆形截面的杆体可以简化杆体的制造工艺，节约生产成本。

在实际使用时，杆体可根据需要加工成不同的断面形式，如正方形、外圆内方等均可。

作为其中一种优选的实施方式，所述自进式钻头1、注浆装置和连接套5的材质均为玻璃纤维增强聚合物树脂，采取这种方式，有利于进一步减轻整个锚杆的重量，使其更加轻便易操作，方便在狭小空间进行使用，同时便于整个锚杆的组装。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。