一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法及设备

1.本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法及设备。


背景技术：

2.在进行隧道施工的过程中，为保证施工质量以及安全性需要对隧道周围的地质情况进行勘测，我们将分布在隧道周围且能够对其稳定性能产生影响的岩体称为围岩。隧道开挖后，由于周围围岩的地质环境发生变化，因此为保证施工安全需要在围岩内打入预应力锚杆，通过锚头产生的锚固力对围岩施加一定的预压应力，主动对围岩进行加固。
3.但是，当隧道周围岩体结构为富水围岩时，由于其结构导致围岩本身更加破碎且松软，此时按照传统方式打设预应力锚杆反而会导致围岩不稳定，影响施工安全，因此需要设计一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法及设备，能够在富水围岩隧道施工时更加安全地进行预应力锚杆打设。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法，能够在富水围岩隧道施工时更加安全地进行预应力锚杆打设。
5.为此，采用的技术方案是，本发明的一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法，包括以下步骤：
6.步骤一：隧道施工过程中，隧道在开挖后在隧道弧顶和侧壁上浇筑速凝砂浆并铺设金属防护网；
7.步骤二：待速凝砂浆凝固后，向隧道弧顶和侧壁打设预应力锚杆并注浆；
8.步骤三：将预应力锚杆与金属防护网固定并再次浇筑速凝砂浆。
9.优选的，所述预应力锚杆包括：杆体、涨壳楔、夹片、承托板和注浆管，所述涨壳楔螺纹连接在杆体的前端，所述夹片卡设在涨壳楔侧部，所述承托板通过螺母连接在杆体尾端，所述注浆管穿过承托板且与承托板固定连接。
10.优选的，两个所述夹片对称设置在涨壳楔的两侧。
11.本发明还提供一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设设备，包括钻机平台，所述钻机平台包括：
12.支撑主板，所述支撑主板水平设置，且支撑主板上竖直固定设置有第一连接板，所述第一连接板上转动设置有第一转轮，所述第一转轮两侧对称设置有限位座，所述限位座设置为l形结构，所述第一转轮位于限位座与第一连接板之间，所述限位座上螺纹连接有限位螺栓，所述限位螺栓与第一转轮抵接，所述第一转轮上对称设置有两个安装片，所述安装片设置为l形结构，且两个安装片上分别固定设置有第二连接板，所述第二连接板垂直于所述第一连接板；
13.连接套筒，两个所述第二连接板之间设置有连接套筒，所述连接套筒轴线平行于
所述第二连接板所在平面，且连接套筒上下两侧通过第二螺栓与第二连接板转动连接；
14.限位卡块，所述第二连接板上设置有限位卡块，所述限位卡块设置为u形结构，且限位卡块沿竖直方向滑动设置在第二连接板侧壁上；
15.第一主轴，所述连接套筒内转动设置有第一主轴，所述第一主轴一端固定设置有第一链轮，所述第二连接板上设置有驱动电机，所述驱动电机输出轴垂直于所述第二连接板长度方向，所述驱动电机输出轴上固定设置有第二链轮；
16.第二转轮，所述第一主轴远离第一链轮的一端还固定设置有第二转轮，所述第二转轮轴线与第一主轴重合，所述第二转轮远离第一主轴的一侧设置有第三转轮，所述第三转轮与第二转轮同轴线设置，且第二转轮与第三转轮之间通过导向滑杆连接，所述导向滑杆穿过第三转轮且与第三转轮滑动连接，所述第三转轮中心处开设有夹持槽，所述夹持槽内固定设置有夹块；
17.注浆泵，所述支撑主板上还固定设置有用于泵送注浆的注浆泵。
18.优选的，所述第二连接板上沿长度方向开设有限位滑槽，第三连接板滑动设置在第二连接板上且通过第三螺栓穿过限位滑槽与第二连接板固定，所述驱动电机固定设置在所述第三连接板上。
19.优选的，所述第二连接板远离第一转轮的一端同样设置有安装片，所述安装片设置在第四转轮上，所述支撑主板上竖直固定设置有第四连接板，所述第四转轮转动设置在第四连接板上。
20.优选的，所述第一连接板上所述第一转轮外周沿圆周方向设置有刻度。
21.优选的，支撑主板上开设有调整槽，所述调整槽设置在支撑主板侧边处，且调整槽中心与第二螺栓轴线连线垂直于第二连接板长度方向。
22.优选的，还包括有支撑模组，所述支撑模组包括：支撑主杆，四个所述支撑主杆设置在支撑主板底部四角处，且支撑主杆上端与支撑主板铰接，所述支撑主杆中部连接有拉力弹簧，且拉力弹簧另一端与支撑主板底壁固定连接，且拉力弹簧连接点位于两支撑主杆相互靠近的一侧；所述支撑主杆下端设置有插接杆，所述插接杆设置在两支撑主杆相互靠近的一侧，所述支撑主杆下端铰接设置有支撑块。
23.优选的，所述插接杆与所述支撑主杆铰接，且所述支撑主杆上所述插接杆下方固定设置有支撑挡块。
24.本发明的工作原理及有益技术效果如下：在进行隧道施工时，当遇到富水围岩结构时，隧道开挖后首先在隧道弧顶和侧壁浇筑速凝砂浆并铺设金属防护网，通过速凝砂浆和金属防护网对隧道结构进行初次加固，随后进行预应力锚杆的打设以及注浆，并将预应力锚杆与金属防护网进行固定，随后再次浇筑速凝砂浆完成加固。
25.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
26.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
27.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实
施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
28.图1为本发明实施例中一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法中预应力锚杆结构示意图；
29.图2为本发明实施例中一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设设备中钻机平台结构示意图一；
30.图3为图2中a-a方向截面示意图；
31.图4为本发明实施例中一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设设备中钻机平台结构示意图二。
32.附图中的标记如下：1、杆体；2、涨壳楔；3、夹片；4、承托板；5、注浆管；6、钻机平台；601、支撑主板；602、第一连接板；603、第一转轮；604、限位座；605、限位螺栓；606、安装片；607、第二连接板；608、连接套筒；609、第二螺栓；610、限位卡块；611、第一主轴；612、第一链轮；613、驱动电机；614、第二链轮；615、第二转轮；616、第三转轮；617、导向滑杆；618、夹持槽；619、夹块；620、注浆泵；621、限位滑槽；622、第三连接板；623、第三螺栓；624、第四转轮；625、第四连接板；626、调整槽；7、支撑模组；71、支撑主杆；72、拉力弹簧；73、插接杆；74、支撑块；75、支撑挡块。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
34.本发明实施例提供了一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设方法，包括以下步骤：
35.步骤一：隧道施工过程中，隧道在开挖后在隧道弧顶和侧壁上浇筑速凝砂浆并铺设金属防护网；
36.步骤二：待速凝砂浆凝固后，向隧道弧顶和侧壁打设预应力锚杆并注浆；
37.步骤三：将预应力锚杆与金属防护网固定并再次浇筑速凝砂浆。
38.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：在进行隧道施工时，当遇到富水围岩结构时，隧道开挖后首先在隧道弧顶和侧壁浇筑速凝砂浆并铺设金属防护网，通过速凝砂浆和金属防护网对隧道结构进行初次加固，随后进行预应力锚杆的打设以及注浆，并将预应力锚杆与金属防护网进行固定，随后再次浇筑速凝砂浆完成加固。
39.在一个实施例中，如图1所示，所述预应力锚杆包括：杆体1、涨壳楔2、夹片3、承托板4和注浆管5，所述涨壳楔2螺纹连接在杆体1的前端，所述夹片3卡设在涨壳楔2侧部，所述承托板4通过螺母连接在杆体1尾端，所述注浆管5穿过承托板4且与承托板4固定连接。
40.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：预应力锚杆使用时，涨壳楔2螺纹连接在杆体1前端，夹片3设置在涨壳楔2侧部，随后在进行预应力锚杆的打设时，首先通过钻机将杆件连同涨壳楔2一同打入围岩内，涨壳楔2膨胀在围岩内固定，随后通过注浆管5进行注浆，完成预应力锚杆的打设。
41.在一个实施例中，两个所述夹片3对称设置在涨壳楔2的两侧。
42.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过在涨壳楔2两侧对称设置夹片3，使得受力更加均衡，从而方便进行固定，提升结构的稳定性和安全性。
43.本发明实施例还提供一种用于富水围岩隧道的预应力锚杆打设设备，包括钻机平台6，如图2-4所示，所述钻机平台6包括：
44.支撑主板601，所述支撑主板601水平设置，且支撑主板601上竖直固定设置有第一连接板602，所述第一连接板602上转动设置有第一转轮603，所述第一转轮603两侧对称设置有限位座604，所述限位座604设置为l形结构，所述第一转轮603位于限位座604与第一连接板602之间，所述限位座604上螺纹连接有限位螺栓605，所述限位螺栓605与第一转轮603抵接，所述第一转轮603上对称设置有两个安装片606，所述安装片606设置为l形结构，且两个安装片606上分别固定设置有第二连接板607，所述第二连接板607垂直于所述第一连接板602；
45.连接套筒608，两个所述第二连接板607之间设置有连接套筒608，所述连接套筒608轴线平行于所述第二连接板607所在平面，且连接套筒608上下两侧通过第二螺栓609与第二连接板607转动连接；
46.限位卡块610，所述第二连接板607上设置有限位卡块610，所述限位卡块610设置为u形结构，且限位卡块610沿竖直方向滑动设置在第二连接板607侧壁上；
47.第一主轴611，所述连接套筒608内转动设置有第一主轴611，所述第一主轴611一端固定设置有第一链轮612，所述第二连接板607上设置有驱动电机613，所述驱动电机613输出轴垂直于所述第二连接板607长度方向，所述驱动电机613输出轴上固定设置有第二链轮614；
48.第二转轮615，所述第一主轴611远离第一链轮612的一端还固定设置有第二转轮615，所述第二转轮615轴线与第一主轴611重合，所述第二转轮615远离第一主轴611的一侧设置有第三转轮616，所述第三转轮616与第二转轮615同轴线设置，且第二转轮615与第三转轮616之间通过导向滑杆617连接，所述导向滑杆617穿过第三转轮616且与第三转轮616滑动连接，所述第三转轮616中心处开设有夹持槽618，所述夹持槽618内固定设置有夹块619；
49.注浆泵620，所述支撑主板601上还固定设置有用于泵送注浆的注浆泵620。
50.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：钻机平台6使用时，首先以第二螺栓609为轴转动连接套筒608使得连接套筒608轴线垂直于第二连接板607长度方向，随后滑动限位卡块610将连接套筒608卡在限位卡块610的u形卡槽之间进行固定，并通过链条将第一链轮612和第二链轮614进行连接，随后将预应力锚杆夹设在两夹块619之间进行夹持固定，随后启动驱动电机613，驱动电机613带动第二链轮614转动，并通过链条传动带动第一链轮612及第一主轴611转动，第一主轴611转动时带动第二转轮615转动，并通过导向滑杆617带动第三转轮616转动，从而带动预应力锚杆转动完成打设，同时设置注浆泵620完成注浆；上述结构的设置，通过将连接套筒608与第二连接板607之间转动连接，一方面能够减小设备体积，方便进行运输和安装，另一方面也能够方便对预应力锚杆的打设角度进行调整，当需要调整打设角度时，松开限位螺栓605并转动第一转轮603，即可带动第二连接板607进行转动，从而第一主轴611的水平角度，进而完成预应力锚杆打设角度的调整，从而提升装置的实用性和便捷性。
51.在一个实施例中，所述第二连接板607上沿长度方向开设有限位滑槽621，第三连接板622滑动设置在第二连接板607上且通过第三螺栓623穿过限位滑槽621与第二连接板
607固定，所述驱动电机613固定设置在所述第三连接板622上。
52.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过设置限位滑槽621和第三连接板622，当需要使用链条将第一链轮612和第二链轮614之间进行连接时，先松开第三螺栓623并加固第三连接板622朝靠近第一主轴611的方向移动，转上链条后将第三连接板622朝远离第一主轴611的方向移动使得链条绷紧至合适的力度并拧紧第三螺栓623，从而方便进行链条的安装和调整，提升了装置的实用性。
53.在一个实施例中，所述第二连接板607远离第一转轮603的一端同样设置有安装片606，所述安装片606设置在第四转轮624上，所述支撑主板601上竖直固定设置有第四连接板625，所述第四转轮624转动设置在第四连接板625上。
54.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过在第二连接板607另一端设置安装片606及第四转轮624等，在不影响第二连接板607角度调整的同时从两端对第二连接板607进行支撑，使得第二连接板607的支撑更加稳固，从而提升装置的稳定性。
55.在一个实施例中，所述第一连接板602上所述第一转轮603外周沿圆周方向设置有刻度。
56.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过在第一转轮603外周设置刻度，在对锚杆钻设角度进行调整时方便确定调整角度，根据刻度调整，使得调整过程更加精确。
57.在一个实施例中，支撑主板601上开设有调整槽626，所述调整槽626设置在支撑主板601侧边处，且调整槽626中心与第二螺栓609轴线连线垂直于第二连接板607长度方向。
58.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过在支撑主板601上设置调整槽626，在对锚杆的钻设角度进行调整时，当倾斜角度较大后，能够直接通过调整槽626进行钻设，从而提升了装置的实用性。
59.在一个实施例中，还包括有支撑模组7，所述支撑模组7包括：支撑主杆71，四个所述支撑主杆71设置在支撑主板601底部四角处，且支撑主杆71上端与支撑主板601铰接，所述支撑主杆71中部连接有拉力弹簧72，且拉力弹簧72另一端与支撑主板601底壁固定连接，且拉力弹簧72连接点位于两支撑主杆71相互靠近的一侧；所述支撑主杆71下端设置有插接杆73，所述插接杆73设置在两支撑主杆71相互靠近的一侧，所述支撑主杆71下端铰接设置有支撑块74。
60.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：支撑模组7使用时，支撑主杆71从底部四角处对支撑主板601进行支撑，支撑主杆71底部支撑块74的设置使得装置放置时更加平稳，拉力弹簧72拉动两相邻支撑主杆71相互靠近，此时下部的插接杆73在拉力作用下插进地面，从而使得支撑更加稳固，使得装置能够适用于较为复杂的地面环境。
61.在一个实施例中，所述插接杆73与所述支撑主杆71铰接，且所述支撑主杆71上所述插接杆73下方固定设置有支撑挡块75。
62.上述技术方案的工作原理及有益技术效果：通过将插接杆73与支撑主杆71铰接，同时设置支撑挡块75，一方面铰接能够使得插接杆73以不同的角度插入地面内，而支撑挡块75的设置则能够对插接杆73进行支撑，避免插接杆73摆动影响稳定。
63.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。