一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆的制作方法

本发明涉及锚杆技术领域，特别涉及一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆。

背景技术：

锚杆支护技术至今已有一百多年的历史，已经成为岩土边坡、基坑等地面工程及隧道、采场等地下工程广泛应用的支护方式之一，尤其在地下工程围岩稳定性控制中更为显著。常规锚杆用于地下浅部，根据其受力方式不同可分为机械式锚杆、粘结式锚杆和摩擦式锚杆。机械式锚杆也就是胀壳式锚杆，粘结式锚杆刚度大、强度高，但延展性小、变形能力差；摩擦式锚杆，管缝式、水力膨胀式锚杆的变形能力大，但承载能力低。

目前我国大力发展基础设施建设，水利水电、交通、土建、能源、核废料储藏等领域建设密集展开，相关地下工程呈现深埋长大的趋势。深部高应力、高地温、高渗透压和强烈扰动等因素严重影响着地下工程围岩的稳定性，各种工程灾害日益增多，具体表现为软岩大变形、硬岩岩爆等，对深部地下工程开挖与支护带来了巨大的难度。传统的锚杆支护在深部地下工程中面临着严重的挑战，普通粘结式锚杆在岩体大变形的情况下往往因其本身变形量不足而导致锚杆失效破坏，摩擦式锚杆一旦达到破断载荷就会造成杆体断裂而失去支护作用，普通锚杆延伸率不足、延伸后强度降低以及不能抗冲击等特点已不能适应深部岩体的变形破坏特征。但在实际工程应用中，许多传统锚杆仍广泛应用于深部地下工程中，不但提高了支护成本，而且埋下了巨大的安全隐患。

因此，深部地下工程围岩锚杆支护不仅具有高承载能力，更要有较大变形能力来转移和吸收围岩变形所产生的能量，称为吸能锚杆或让压锚杆、屈服锚杆等。吸能锚杆按其吸能原理可分为锚头吸能型和杆体吸能型两种类型，锚头吸能型锚杆是在内锚固段或外锚头处增设了可持续变形的吸能装置(杆体上的滑动套筒、垫板后的弹簧垫圈等)，杆体吸能型锚杆则是利用杆体伸长实现吸能的，杆体材料具有高强度、大变形能力的特征，或者杆体设计为特别形状(如波纹形)。

国内各种类型的吸能锚杆也层出不穷的涌现，但现有的锚杆仍然存有诸多缺陷：如专利公开号cn201981537u“水胀式弹性抗岩爆锚杆”、公开号cn204691804u“一种适用深部地下工程的抗冲吸能锚杆托盘”、公开号cn205743946u“一种防冲吸能锚杆托盘”等，主要是通过在外锚固端增加吸能让压装置(弹簧垫圈、变形筒等)，结构简单、成本低廉、安装方便，吸能及应力扩散效果较好；但其整体变形吸能让压能力有限，且吸能装置外露面临侵占断面净空、需防锈防腐、影响施工等问题。公开号cn101929347a“一种适用高应力大变形岩体采矿用协调变形吸能锚杆”、公开号cn201857612u“一种延-弹性抗岩爆锚杆”、公开号cn106640161a“一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆”等，杆体自由段一部分设计为波浪形产生变形来吸收能量，结构简易、制作和施工方便；但杆体往往直接与空气接触，其防腐和耐久性差。公开号cn102286975a“一种加固大变形岩体的恒阻吸能锚杆”、公开号cn104265339a“一种挤压、摩擦式吸能锚杆”、公开号cn101858225a“恒阻大变形锚杆”等，主要通过杆体上的让压装置(套管)变形或滑移等来实现锚杆与围岩的协调变形，达到吸能让压的目的；但制作复杂、施工难度大、成本高，不利于在实际工程中推广应用。此外，目前大部分吸能锚杆是两点锚固结构，即内锚固段和外锚固段单元，一旦一个单元失效将导致整个锚杆破坏。

技术实现要素：

本发明提供一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆，能有效提升吸能让压以及深部地下工程岩爆或大变形等灾害控制效果的吸能锚杆。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆，包括：

锚杆体以及设置在其尾部的托盘和螺母；

锚固翼，所述锚固翼径向设置在所述锚杆体外壁上；

其中，所述锚固翼包括：主体；

所述主体径向设置在所述锚杆体上；

所述主体朝向所述锚杆体尾部的一侧设置挤压面。

进一步地，所述锚杆体外壁为光滑面。

进一步地，所述挤压面为斜面，自所述锚杆体尾端方向其首端倾斜。

进一步地，所述挤压面为梯形。

进一步地，所述主体为轴向棱柱；

所述棱柱的横截面为三角形或者梯形。

进一步地，所述锚固翼的数量为两个或者两个以上，构成一组；

所述两个或者两个以上的锚固翼设置在所述锚杆体上，且位于同一圆面上，任意相邻两个锚固翼的夹角相等。

进一步地，所述锚杆体上轴向设置多组锚固翼；

相邻两组锚固翼交错设置在所述锚杆体上。

一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能结构，包括：所述的抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆以及锚固剂；

所述锚固剂包覆在所述抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆设置在钻孔内，并通过所述托盘和所述螺母压紧在岩壁上；

所述锚固剂填充在所述抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆与钻孔壁之间。

进一步地，所述锚固剂包括：水泥砂浆或树脂。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆，通过在锚杆的杆体上设置锚固翼，一方面通过锚固翼能够使杆体处于钻孔中心，提高水泥浆或树脂等锚固剂的包裹效果和整体锚固性能；同时，在受到岩爆或者大变形等作用时，锚固翼挤压锚固剂并保持相对稳定的阻力在钻孔中滑动，在空间和时间上与围岩产生协调变形，吸收转移围岩释放的能量，适合于深部地下工程岩爆或大变形等灾害控制。

进一步地，通过设置多组锚固翼以及每组中设置多只锚固翼实现了多点锚固，能够充分调动各单元的强度和变形能力，增强了锚杆和围岩之间的相互作用，并且锚杆的每一个单元独立工作，一个单元失效不会导致整个锚杆失效，剩余的单元将继续作用。

进一步地，通过设置挤压面集中施加挤压破坏作用力，提升挤压破碎效率，随着锚杆的移动，区域性破坏前向侧的锚固剂，大幅提升的吸能效果。相对较剧烈破坏过程释放一定能量，实现高可靠性的支护。

进一步地，本发明结构简单、制作容易、成本低廉、安装方便、安全可靠，具有广泛的应用性。不需要在外锚固段设置专门吸能装置，只需安装常规的螺母和托盘等，外露部分较短，不需考虑后期施工影响及防腐除锈等。杆体完全由水泥浆或树脂等锚固剂包裹，基本与空气隔绝，防腐性和耐久性好，适于地下工程永久支护。

附图说明

图1为本发明提供的抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能结构示意图；

图2为本发明提供的抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆结构示意图；

图3为本发明提供的锚固翼结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为图3的俯视图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆，能有效提升吸能让压以及深部地下工程岩爆或大变形等灾害控制效果的吸能锚杆。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1和图2，一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆，包括：

锚杆体3以及设置在其尾部的托盘2和螺母1；

锚固翼4，所述锚固翼4径向设置在所述锚杆体3外壁上。

一方面使得锚杆位于钻孔6的中心位置，保证锚固剂的包裹效果和整体锚固效果。同时，在受到岩爆或者大变形等作用时，锚固翼4挤压锚固剂5并保持相对稳定的阻力在钻孔6中滑动，在空间和时间上与围岩产生协调变形，吸收转移围岩释放的能量，适合于深部地下工程岩爆或大变形等灾害控制。

其中，所述锚固翼4包括：主体；所述主体径向设置在所述锚杆体3上；所述主体朝向所述锚杆体尾部的一侧设置挤压面41，跟随锚杆体3移动时，所述挤压面41区域性挤压破坏前向侧的锚固剂5，破坏程度相对较高，大幅吸收岩爆或者大变形能量。

一般来说，所述锚杆体外壁为光滑面。便于锚杆体3的相对滑动。

参见图2和图3，所述挤压面为斜面，自所述锚杆体尾端方向其首端倾斜，使得锚固翼4更容易突破锚固剂的包覆，同时在径向上产生向上的分作用力，使得挤压破坏效果更为彻底，进一步提升了吸能效果。

一般而言，距离施力点，也就是锚杆体3越远，遭受到的抵抗力矩就越大，为了保证锚固翼4的结构可靠性，所述挤压面为梯形，将受力面向中部缩小，避免边缘局部受力过大损坏。

所述主体为轴向棱柱；

所述棱柱的横截面为三角形或者梯形，更易集中受力，突破锚固剂5.

参见图4和图5，进一步地，所述锚固翼4的数量为两个或者两个以上，构成一组；所述两个或者两个以上的锚固翼4设置在所述锚杆体3上，且位于同一圆面上，任意相邻两个锚固翼的夹角相等。从而使得锚杆体3稳定居于钻孔中心，同时提升锚固剂5包裹效果。

所述锚杆体3上还可以轴向设置多组锚固翼；相邻两组锚固翼交错设置在所述锚杆体上，从而可以实现多线路挤压，吸收大量的能量。

参见图2，一般而言，多组锚固翼设置在锚杆体3的首端，或者靠近首端的位置，也就是在安置在钻孔内深处的位置。靠近钻孔的孔口位置少设甚至可以不设置所述锚固翼；当然，都是根据实际需要选择。

另一方面，所述主体可以设置成截面呈梯形或者变截面梯形的棱柱，能够将来岩爆和形变的压力集中到主体上，通过形变或者增大动摩擦力实现能量吸收。

本实施例还基于一种抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能结构，包括：所述的抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆以及锚固剂；

所述锚固剂包覆在所述抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆设置在钻孔内，并通过所述托盘和所述螺母压紧在岩壁上；

所述锚固剂填充在所述抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆与钻孔壁之间。

进一步地，所述锚固剂包括：水泥砂浆或树脂。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的抗岩爆和大变形翼式挤压型吸能锚杆，通过在锚杆的杆体上设置锚固翼，一方面通过锚固翼能够使杆体处于钻孔中心，提高水泥浆或树脂等锚固剂的包裹效果和整体锚固性能；同时，在受到岩爆或者大变形等作用时，锚固翼挤压锚固剂并保持相对稳定的阻力在钻孔中滑动，在空间和时间上与围岩产生协调变形，吸收转移围岩释放的能量，适合于深部地下工程岩爆或大变形等灾害控制。

进一步地，通过设置多组锚固翼以及每组中设置多只锚固翼实现了多点锚固，能够充分调动各单元的强度和变形能力，增强了锚杆和围岩之间的相互作用，并且锚杆的每一个单元独立工作，一个单元失效不会导致整个锚杆失效，剩余的单元将继续作用。

进一步地，通过设置挤压面集中施加挤压破坏作用力，提升挤压破碎效率，随着锚杆的移动，区域性破坏前向侧的锚固剂，大幅提升的吸能效果。相对较剧烈破坏过程释放一定能量，实现高可靠性的支护。

进一步地，本发明结构简单、制作容易、成本低廉、安装方便、安全可靠，具有广泛的应用性。不需要在外锚固段设置专门吸能装置，只需安装常规的螺母和托盘等，外露部分较短，不需考虑后期施工影响及防腐除锈等。杆体完全由水泥浆或树脂等锚固剂包裹，基本与空气隔绝，防腐性和耐久性好，适于地下工程永久支护。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。