一种由液压伺服系统控制的智能锚杆的制作方法

本发明涉及工程监测领域，尤其涉及一种由液压伺服系统控制的智能锚杆。

背景技术：

锚杆作为一种能主动提高岩土体自身强度及自稳能力的支护结构，因其造价低、施工简便、工期短的优势被广泛应用于建筑、水利、电力、矿山巷道、边坡加固和基坑支护中。随着锚杆应用领域扩展，工程人员在使用过程中发现了一系列问题。例如，基坑工程一般会施以多道锚杆，开挖到设计深度时会增设锚杆，然后继续向下开挖，增设第二道锚杆，如此反复，直至完成基坑开挖。伴随着开挖工序进行，前几道锚杆的工作面将消失。若后期支护结构出现较大位移变形，通过对支护结构变形较大处周围的几根锚杆受力做出调整，可快速有效地控制变形。但锚杆工作面的消失，使得锚杆受力调整工作难度较大，施工单位一般会采取其他方式对支护结构进行加固，这样做耗时耗力，且不能第一时间控制。若支护结构水平位移得不到及时控制，可能会对诱发安全事故。此外，锚杆使用始终预应力有损失问题。只有当锚杆的预应力达到一定的要求，才能称为主动支护，一旦锚杆的预应力达不到要求，会大幅影响主动支护效果，造成安全隐患。

如何实现锚杆受力及损失状态的实时监测、确保岩土锚固工程长期安全稳定，也是岩土锚固技术发展的关键。现阶段，国内外锚杆受力及损伤状态测试方法主要包括两大类：一是基于电磁波、声波等在不同介质层的反射差异检测；二是通过拉拔试验，采用测力锚杆、锚杆拉拔计、差动电阻应变计和电阻应变片等直接测试锚杆在拉拔作用下的受力和损伤状态。但这些测试方法存在易受干扰、测试误差较大、耐久性差及长期稳定性差等缺点，难以满足岩土锚固工程隐蔽、潮湿、锈蚀环境下的长期稳定监测需求。且锚杆应用到某一工程都是成千上万计，数量巨大，导致在实际监测中很难统筹兼顾到所有锚杆。

近年来，物联网技术不断应用到各个领域。而光纤、光栅传感技术等新技术也发展迅速，这给工程监测工作提供了新思路和新工具。针对现有锚杆锚固系统检测成本较高、无法满足长期监测需求的弊端，本发明结合液压伺服系统提出了一种由液压伺服系统控制的智能锚杆，该款锚杆可实时接收微型光纤光栅应变传感器数据，并自动处理分析，且根据实时数据，通过系统控制锚杆受力，从而保证结构安全。

技术实现要素：

为克服上述问题，本发明提供一种由液压伺服系统控制的智能锚杆。

本发明采用的技术方案是：一种由液压伺服系统控制的智能锚杆，包括锚杆本体、位于锚杆本体一端的加载装置、粘贴于锚杆本体上的微型光纤光栅应变传感器；

所述锚杆本体分为锚固段和自由段，锚杆本体包括多根互相平行的钢绞线，钢绞线穿过加载装置并固定于加载装置的锚定孔内；钢绞线的外表面沿其轴向间隔粘贴有微型光纤光栅应变传感器；微型光纤光栅应变传感器用于监测锚杆的承载能力和钢绞线的应力应变；微型光纤光栅应变传感器与控制器信号连接，将检测数据传送至控制器，控制器与液压伺服系统信号连接；

所述加载装置包括外环结构和内环结构，外环结构通过螺栓固定在腰梁上；外环结构采用大型穿心式液压千斤顶结构，外环结构的活塞外端安装有内环结构；内环结构为一圆盘式结构件，圆盘式结构件上沿其周向设有若干通孔，通孔内固定安装有锚定结构；锚定结构采用小型穿心式液压千斤顶结构，锚定结构的活塞杆前端安装有单孔工具锚，单孔工具锚的中心处设有一个锚定孔，锚定孔内锚定有钢绞线；液压伺服系统驱动连接外环结构和锚定结构。

进一步，所述锚固段上的微型光纤光栅应变传感器的布置密度大于自由段上的微型光纤光栅应变传感器的布置密度。

进一步，所述控制器与报警器电连接，当微型光纤光栅应变传感器采集到的数据低于预设阈值时，所述控制器触发警报器开启。

进一步，所述控制器通过无线通讯方式与远程终端连接，远程终端为计算机、手机或平板电脑。

进一步，所述加载装置的外部安装有保护罩。

进一步，所述钢绞线和微型光纤光栅传感器的外部套设有塑料管。

本发明的有益效果是：

1)能够降低锚杆运营阶段维护难度，提高运营阶段锚杆检测效率，且相对于应变片，光栅寿命较长，可以在锚杆运营阶段通过预留端口，进行长期监测；

2)采用液压伺服系统，可实时控制锚杆受力，使锚杆预应力值保持在定值，也能根据实时数据对锚杆受力进行调整，保证支护结构稳定；

3)可对支护结构多个位置的锚杆同时进行监测，可按照监测需求，在多个位置植入智能锚杆，实现一个区域的整体监测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是加载装置的结构示意图。

附图标记说明：1-保护罩，2-加载装置、3-钢绞线、4-微型光纤光栅应变传感器、5-孔洞、6-数据传输线、7-外环结构、8-内环结构、9-锚定孔、10-液压伺服系统。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，一种由液压伺服系统控制的智能锚杆，包括锚杆本体、位于锚杆本体一端的加载装置、粘贴于锚杆本体上的微型光纤光栅应变传感器；

所述锚杆本体分为锚固段和自由段，锚杆本体包括多根互相平行的钢绞线3，钢绞线3穿过加载装置2并固定于加载装置2的锚定孔内；钢绞线3的外表面沿其轴向间隔粘贴有微型光纤光栅应变传感器4，微型光纤光栅应变传感器4用于检测钢绞线3的承载能力和应力应变；微型光纤光栅应变传感器4设置数量及密度可根据工程实际调整，可在锚固段处适当加密。微型光纤光栅应变传感器4与控制器信号连接，将检测数据传送至控制器，控制器与液压伺服系统10信号连接；钢绞线3和微型光纤光栅传感器4的外部套设有塑料管，塑料管可减缓钢绞线腐蚀，保证微型光纤光栅应变传感器成活率。

所述加载装置2包括外环结构7和内环结构8，外环结构7通过螺栓固定在腰梁上，外环结构7的外部安装有保护罩；外环结构7采用大型穿心式液压千斤顶结构，外环结构7的活塞外端安装有内环结构8；内环结构8为一圆盘式结构件，圆盘式结构件上沿其周向设有若干通孔，通孔的数量根据设计定制，通孔内固定安装有锚定结构；锚定结构采用小型穿心式液压千斤顶结构，锚定结构的活塞杆前端安装有单孔工具锚，单孔工具锚的中心处设有一个锚定孔9，每一个锚定孔9内锚定有一根钢绞线3；液压伺服系统10驱动连接外环结构和锚定结构。

控制器与报警器电连接，当微型光纤光栅应变传感器采集到的数据低于预设阈值时，所述控制器触发警报器开启。控制器通过无线通讯方式与远程终端连接，远程终端为计算机、手机或平板电脑。

锚杆施工：将制作完成的锚杆放入事先打好的孔洞5中，将加载装置2、保护罩1从内到外按顺序安装好，确保每根钢绞线3都穿过一个锚定孔9。在注浆前，应测试微型光纤光栅应变传感器4、数据传输线6、液压伺服系统是否正常工作。在注浆完成后就可进行锚杆张拉工作。在施加预应力时，考虑到本发明涉及的加载装置量程较小，可用常规液压千斤顶先行张拉至设计值，再用加载装置2将钢绞线3锁定。

锚杆运营：通过光纤光栅应变传感器4及其他监测设备，将支护结构的监测数据反馈给控制器，控制器按照预先设定进行初步分析，若某项监测数据超过阈值，控制器将自动示警并上报险情。此外，操作员可根据实际情况，通过加载装置2对锚杆受力情况进行实时调整。例如，在张拉锚杆时，可能会出现单根钢绞线3受力不均的情况，单根钢绞线3受力过大或过小，都会对锚杆整体受力产生影响。此时可通过控制器向液压伺服系统10发出指令，利用锚定结构对单根钢绞线3受力进行液压调整。又如，若锚杆预应力损失过多时，需要对整根锚杆的预应力进行调整时，利用加载装置外环结构对整根锚杆进行液压调整。此外，控制器可同时控制一个区域内多根锚杆，对整个区域的锚杆同时进行调整，从而达到对支护结构的整体控制。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。