一种基于电容式应力测量的可伸缩复合型锚固系统的制作方法

本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别是指一种基于电容式应力测量的可伸缩复合型锚固系统。

背景技术：

一般在巷道开挖后，由于巷道周围的岩体中原有的力学静态平衡被打破，而产生了应力重新分布，由此引起巷道围岩破坏。为维护巷道的稳定，需要对巷道围岩进行有效支护，达到阻止围岩过度变形或松动，即限制围岩破裂的过度发展。锚杆支护是各类矿山开采、水利水电隧道及铁路、公路交通隧道等地下工程的一项关键技术。锚杆能够与围岩共同变形，对围岩的过度变形有良好的控制效果。合理的锚杆支护技术既能确保地下工程的安全，又能具有明显的经济效益。而随着巷道埋深增加，地质条件的复杂化及受到强烈的采动影响，传统的锚杆支护逐渐暴露出很多问题。在深部及复杂困难巷道中，传统锚杆支护巷道围岩变形大，支护构件破坏严重，支护效果差，不能满足安全生产要求。针对传统锚杆的不足，设计一种基于电容传感器应力量测的可伸缩复合型锚杆装置极为迫切，该装置不仅能够精确地测出锚杆所受到的应力和观察岩石压力变化，还能够随岩体的变形而在一定范围内自由变形，能够起到释放应变能的作用，具有很好的时间效应。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于电容式应力测量的可伸缩复合型锚固系统。

该系统包括锚头段、自由段和锚固段，锚头段包括防护帽、紧固器、承压板、锚座和腰梁，自由段包括伸缩套、套管和止浆环，锚固段设有钢筋和钻孔；其中，伸缩套内有电容式应力量测传感器、弹簧和焊接部位；电容式应力量测传感器内有钢片、连接杆、上极板和下极板，电容式应力量测传感器固定在钢筋上，钢片与连接杆相连，上极板和下极板分别位于钢片两端；钢筋贯穿锚头段、自由段和锚固段，锚头段通过锚座和腰梁连接自由段，自由段通过止浆环连接锚固段，锚固段位于深层稳定岩土中，自由段位于浅层岩土中，锚头段位于表层岩土外部，自由段和锚固段组成锚固体，锚固体插入支挡结构中，锚固体沿潜在滑动面滑动。

其中，防护帽安装在紧固器外部，紧固器安装在承压板上，承压板安装在锚座上，锚座安装在腰梁上。

锚固段设置在深层稳定岩土中，锚固段中钢筋通过粘结剂使锚固段的锚杆端部与深层稳定岩土粘结在一起，从而使浅层岩土与深层稳定岩土加固在一起，使围岩自身支护自身。

钢筋在锚头段和自由段交接处分为前后两段，钢筋的前后两段之间设有伸缩套，伸缩套里的弹簧分别与前后两段钢筋焊接在一起，前段钢筋与深层稳定岩土粘结在一起，后段钢筋的尾部通过锚头段固定。通过弹簧的伸缩，拉动伸缩套，带动与连接杆相连的钢片，从而改变电容上极板与下极板相互覆盖的有效面积。由于两极板相互覆盖的有效面积发生变化，电容量也随之改变，从而通过数据处理端可得出锚杆所受到的应力和围岩压力大小。

潜在滑动面与支挡结构呈45°。

通过用弹簧将前后两段钢筋焊接在一起，弹簧代替锚杆的伸缩量，显著的增加了锚杆的支承性能，使弹簧随岩体的变形而在一定范围内自由变形，能够起到释放应变能的作用，具有很好的时间效应。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

该装置一方面，可以通过电容式应力量测传感器随时观察锚杆所受到的应力和围岩的压力变化，从而及时采取措施排除险情；另一方面，可随岩体的变形而在一定范围内自由变形，可以用在地压活动强、岩移和大变形的中软岩层中支护。具有受力快，提供支承抗力及时，锚固力大，施工工艺简单，安装方便快捷等优点，可广泛应用于矿山、道路、水利水电等领域的边坡、巷道、硐室等岩土工程支护和加固领域。

附图说明

图1为本实用新型的基于电容式应力测量的可伸缩复合型锚固系统结构示意图；

图2为本实用新型的锚固系统剖面图；

图3为本实用新型的电容式应力量测传感器结构示意图。

其中：1-防护帽，2-紧固器，3-承压板，4-锚座，5-腰梁，6-钢筋，7-套管，8-锚固体，9-支挡结构，10-潜在滑动面，11-锚固段，12-自由段，13-锚头段，14-对中隔架，15-止浆环，16-粘结剂，17-表层岩土，18-浅层岩土，19-钻孔，20-稳定岩土，21-弹簧，22-焊接部位，23-钢片，24-连接杆，25-电容式应力量测传感器，26-上极板，27-下极板，28-伸缩套。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种基于电容式应力测量的可伸缩复合型锚固系统。

如图1、图2和图3所示，该系统包括锚头段13、自由段12和锚固段11，锚头段13包括防护帽1、紧固器2、承压板3、锚座4和腰梁5，自由段12包括伸缩套28、套管7和止浆环15，锚固段11设有钢筋6和钻孔19；其中，伸缩套28内有电容式应力量测传感器25、弹簧21和焊接部位22；电容式应力量测传感器25内有钢片23、连接杆24、上极板26和下极板27，电容式应力量测传感器25固定在钢筋6上，钢片23与连接杆24相连，上极板26和下极板27分别位于钢片23两端；钢筋6贯穿锚头段13、自由段12和锚固段11，锚头段13通过锚座4和腰梁5连接自由段12，自由段12通过止浆环15连接锚固段11，锚固段11位于深层稳定岩土20中，自由段12位于浅层岩土18中，锚头段13位于表层岩土17外部，自由段12和锚固段11组成锚固体8，锚固体8插入支挡结构9中，锚固体8沿潜在滑动面10滑动。

如图1所示，防护帽1安装在紧固器2外部，紧固器2安装在承压板3上，承压板3安装在锚座4上，锚座4安装在腰梁5上。潜在滑动面10与支挡结构9呈45°。

如图2所示，锚固段11设置在深层稳定岩土20中，锚固段11中钢筋6通过粘结剂16使锚固段11的锚杆端部与深层稳定岩土20粘结在一起，从而使浅层岩土18与深层稳定岩土20加固在一起。

钢筋6在锚头段13和自由段12交接处分为前后两段，钢筋6的前后两段之间设有伸缩套28，伸缩套28里的弹簧21分别与前后两段钢筋6焊接在一起，前段钢筋与深层稳定岩土20粘结在一起，后段钢筋的尾部通过锚头段13固定。

在实际应用过程中，该系统的具体施工流程如下：

(1)钻孔：根据设计方案和现场地质条件，选择合适的钻机，在岩体层中进行钻孔19的施工。

(2)杆体的制作：一种基于电容式应力测量的可伸缩复合型锚固系统由锚固段11、自由段12和锚头段13组成。锚杆杆体由弹簧21与前后段钢筋6焊接而成，杆体外面包裹着套管7，按照锚固类型，锚头段13选择不同的紧固器2。

(3)锚固：杆体制作完成后，将杆体放入钻孔19内，然后对锚固段11进行注浆。

(4)锚杆张拉：当锚固段11中粘结剂16强度达到规定强度时，对杆体进行张拉锁定，在特殊的岩土体条件下，可以进行多次张拉。

(5)校零：锚杆锁定后，弹簧有一定的拉伸量，此时需要将电容式应力量测传感器校零。

(6)监测读数：通过读数观察锚杆所受到的应力和围岩的压力变化，从而及时采取措施排除险情。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。