一种抗岩爆端头扩张式组合锚杆

1.本实用新型属于隧道用锚杆技术领域，涉及一种抗岩爆端头扩张式组合锚杆。


背景技术：

2.随着基础设施建设的不断推进，隧道工程施工建设日益发展。施工深度的不断增加，深埋隧道所处的地质条件易形成高地应力现象，经常引发岩爆等重要的相关地质灾害问题。因此，加快岩爆防治等隧道工程地质灾害的研究与开发工作就显得尤为迫切，这将对保障地下工程的顺利实施、保证施工人员生命安全、避免施工设备遭受损失等方面都有重要意义。
3.随着深埋隧道高地应力和岩爆问题的日益突出，人们对吸能锚杆及吸能支护的方式逐渐了解，国内对于吸能锚杆的研究也不断深入，如专利申请号为cn201911181282.9的“一种抗岩爆锚杆”，专利申请号为cn201210021633.1的“增阻让压的大变形锚杆及加工方法”等。上述此类锚杆均能达到变形、吸能的作用，但是均存在破碎的岩体端头锚固力不足大大降低了支护系统的稳定性，而且目前使用锚杆大多为恒阻尼锚杆，不能自动调节锚固力，实用性单一。也有部分锚杆利用弹性吸能部件提高与岩体的锚固力，这种方式存可根据锚固力的大小实现自由伸缩，但仍存在端头锚固力不足的问题。


技术实现要素：

4.为了达到上述目的，本实用新型提供一种抗岩爆端头扩张式组合锚杆，采用摩擦区和弹性伸长区组合设置方式，解决了现有技术中存在的问题。
5.本实用新型所采用的技术方案是，一种抗岩爆端头扩张式组合锚杆，包括中空锚杆；中空锚杆为预留有溢浆孔的中空杆体；中空锚杆内设注浆管；中空锚杆的一端依次套设有外摩擦套件、中空锚杆限位板、高强度弹簧；内摩擦外套筒套设在外摩擦套件、中空锚杆限位板、高强度弹簧的外周；内摩擦外套筒靠近高强度弹簧的端部内侧沿径向对向设置两个外套筒限位板；高强度弹簧一端与中空锚杆限位板固定连接，另一端与两个外套筒限位板固定连接；内摩擦外套筒靠近外摩擦套件的端部固定设置端头扩张器；中空锚杆远离内摩擦外套筒的一端设置有端头锚垫板，通过螺母紧固。
6.进一步地，外摩擦套件、中空锚杆限位板固定设置在中空锚杆上，且外径相同。
7.进一步地，高强度弹簧的外径小于内摩擦外套筒的内径。
8.进一步地，内摩擦外套筒的内径与外摩擦套件、中空锚杆限位板的外径相同。
9.进一步地，两个外套筒限位板分别通过焊接固定在内摩擦外套筒的端部内侧上。
10.进一步地，端头扩张器包括两个扩张头，分别对向固定在内摩擦外套筒靠近外摩擦套件的端部上；每一个扩张头端部的纵剖面为梯形，梯形的上底与扩张头体部相接。
11.进一步地，端头锚垫板和螺母的中部均开设有贯穿孔；端头锚垫板从注浆管远离端头扩张器的一端贯穿至中空锚杆的一侧端部；螺母再从注浆管远离端头扩张器的一端贯穿至端头锚垫板的一侧端部，用于紧固端头锚垫板。
12.本实用新型的有益效果是：
13.（1）本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆采用摩擦区和弹性伸长区组合设置方式，当抗岩爆端头扩张式组合锚杆安装到位时，弹性伸长区能够根据高地应力隧道中围岩积聚的应变能大小自动调节锚固力和伸长度量值，围岩受到扰动后释放的弹性应变能越大其锚固力越强，摩擦区通过外摩擦套件与内摩擦外套筒的表面摩擦力提供轴向拉力，摩擦区的外摩擦套件在提高锚杆轴向拉力的同时也缓冲了弹性伸长区受到的应力，且端头扩张式杆头提供较强的端头锚固力，进而提高了锚杆整体的锚固力；这种组合方式大幅提高了本实用新型的抗岩爆端头扩张式组合锚杆的锚固力，并大幅提高了支护系统的稳定性和耐久性。
14.（2）本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆端部设置端头扩张器，提供较强的端头锚固力，稳定性好。
15.（3）本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆的极限伸长值可由杆体上的中空锚杆限位板、高强度弹簧的弹性系数调节。
16.（4）本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆能更好的自动调节其锚固力，结构简单、施工方便、施工成本低。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆的整体结构示意图。
19.图2为本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆的外摩擦套件的结构示意图。
20.图3为本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆的内摩擦外套筒的结构示意图。
21.图中：1
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端头扩张器、2
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内摩擦外套筒、3
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外摩擦套件、4
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中空锚杆、5
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高强度弹簧、6
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端头锚垫板、7
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螺母、8
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中空锚杆限位板、9
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外套筒限位板、10
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注浆管。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
23.本实用新型提供一种抗岩爆端头扩张式组合锚杆，以便解决现有技术存在的问题。
24.本申请的技术方案是：一种抗岩爆端头扩张式组合锚杆，包括中空锚杆4；中空锚杆4为预留有溢浆孔的中空杆体；中空锚杆4内设注浆管10；中空锚杆4的一端依次套设有外摩擦套件3、中空锚杆限位板8、高强度弹簧5；内摩擦外套筒2套设在外摩擦套件3、中空锚杆限位板8、高强度弹簧5的外周；内摩擦外套筒2靠近高强度弹簧5的端部内侧沿径向对向设置两个外套筒限位板9；高强度弹簧5一端与中空锚杆限位板8固定连接，另一端与两个外套
筒限位板9固定连接；内摩擦外套筒2靠近外摩擦套件3的端部固定设置端头扩张器1；中空锚杆4远离内摩擦外套筒2的一端设置有端头锚垫板6，通过螺母7紧固。
25.其中，外摩擦套件3、中空锚杆限位板8固定设置在中空锚杆4上，且外径相同；
26.其中，高强度弹簧5的外径小于或等于内摩擦外套筒2的内径。
27.其中，内摩擦外套筒2的内径与外摩擦套件3、中空锚杆限位板8的外径相同。
28.其中，两个外套筒限位板9分别通过焊接固定在内摩擦外套筒2的端部内侧上。
29.其中，端头扩张器1包括两个扩张头，分别对向固定在内摩擦外套筒2靠近外摩擦套件3的端部上；每一个扩张头端部的纵剖面为梯形，梯形的上底与扩张头体部相接。
30.其中，端头锚垫板6和螺母7的中部均开设有贯穿孔；端头锚垫板6从注浆管10远离端头扩张器1的一端贯穿至中空锚杆4的一侧端部；螺母7再从注浆管10远离端头扩张器1的一端贯穿至端头锚垫板6的一侧端部，用于紧固端头锚垫板6。
31.本申请抗岩爆端头扩张式组合锚杆采用摩擦区和弹性伸长区组合设置方式：摩擦区通过内摩擦外套筒2与外摩擦套件3的表面摩擦力提供轴向拉力；弹性伸长区由弹性阻尼装置构成，弹性阻尼装置包括高强度弹簧5、内摩擦外套筒2、外套筒限位板9，通过弹性阻尼装置调节锚固力，弹性阻尼装置能够根据高地应力隧道中围岩积聚的应变能大小自动调节锚固力和伸长度量值，围岩受到扰动后释放的弹性应变能越大其锚固力越强，高强度弹簧5外套设内摩擦外套筒2，外套筒限位板9用来限制高强度弹簧5的端部位移，并采用中空锚杆限位板8，进一步提高外摩擦套件3、高强度弹簧5以及内摩擦外套筒2的紧固性，提高摩擦区与弹性伸长区的相互影响和相互作用，进一步提高锚杆的整体锚固力，使得锚杆不会发生明显的变形和破坏，进一步提高锚杆的锚固力；摩擦区的外摩擦套件3在提高锚杆轴向拉力的同时也缓冲了弹性伸长区受到的应力，进而提高了锚杆整体的锚固力。
32.本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆使用时，将锚固剂通过注浆管10注入预留有溢浆孔的中空锚杆4，从中空锚杆4的另一端部喷出，中空锚杆4的另一端部处的端头扩张器1的内部空间充满锚固剂，随着锚固剂固化后发生膨胀，进而使端头扩张器1扩张，当隧道中积聚较大应变能时围岩相对中空锚杆4发生位移，弹性伸长区的高强度弹簧5被压缩，缓冲了中空锚杆4受到的应变能，内摩擦外套筒2相对中空锚杆4发生相对位移，发生位移的内摩擦外套筒2的内表面与固定套设在中空锚杆4上的外摩擦套件3的外表面之间的摩擦力提供轴向拉力，减轻弹性伸长区受到的应力，进一步缓冲了中空锚杆4受到的应变能；由于高强度弹簧5被外套筒限位板9限制端部位移，当高强度弹簧5被压缩至弹性极限时，中空锚杆4和内摩擦外套筒2停止相对移动；弹性阻尼装置和摩擦区根据高地应力隧道中围岩积聚的应变能大小自动调节锚固力和伸长度量值；端头扩张式杆头提供较强的端头锚固力，进而提高了锚杆整体的锚固力。易发生岩爆区段的围岩中储存着大量的应变能，本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆允许围岩产生一定量变形，以释放围岩中的应变能。此外，本实用新型抗岩爆端头扩张式组合锚杆的极限伸长值可由中空锚杆限位板8、高强度弹簧5的弹性系数调节。
33.需要说明的是，本实用新型中第一、第二、第三的术语不存在实际意义和顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况
下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
34.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。