一种中空注浆锚杆自动对中搭接装置及其工作方法

本发明涉及一种中空注浆锚杆自动对中搭接装置及其工作方法，属于岩土工程支护领域。

背景技术：

1、中空注浆锚杆注浆支护广泛应用于边坡、基坑、矿山巷道及隧道工程。作为注浆加固边坡和围岩稳定性的常用支护形式之一，中空注浆锚杆支护相对与普通锚杆支护具有安装便捷、浆液损失少、锚固效果好等特点。然而传统中空注浆锚杆注浆技术的缺点已不可忽视，如自钻式中空注浆锚杆在钻进过程中，由于整体支护结构过长，中空注浆锚杆将发生摆动使得部分杆体偏离轴线，使得注浆加固时浆液无法均匀覆盖杆体，造成注浆锚固效果大幅降低；一般中空注浆锚杆连接器的强度相对较低，在围岩变形作用下可能发生破断失效，导致中空注浆锚杆连接断开而影响锚杆支护效果。

2、近年来，随着我国社会经济的发展，施工质量与安全的要求不断提高，更精细、更可靠的施工装置与方法的需求与日俱增，目前存在的中空注浆锚杆技术相关专利发明中，涉及中空注浆锚杆连接器等辅助装置仍然较少，而中空注浆锚杆断面的空心面积较大且强度有限，因此提高锚固装置、连接装置等辅助设备的可靠性同样至关重要，如cn115182763a公开的一种砂浆锚杆钻进装置，能在将中空注浆锚杆钻进围岩的同时直接在锚杆与锚孔之间的间隙填充砂浆；cn207878461u中利用了注浆压力推出支柱达到预防杆体弯曲、下沉的效果；cn217632520u中提出的一种自动调心装置适用于强度要求较低的中空注浆锚杆连接器。目前已有的中空注浆锚杆连接装置存在装置本身强度低、生产成本较高等问题，经济效益仍然存在较大的提升空间。因此，传统中空注浆锚杆如何兼顾功能性与强度等问题需要得到有效解决办法，亟需研制一种低成本、高强度、连接性好、操作简便的中空注浆锚杆对中连接装置。

技术实现思路

1、技术问题：针对现有技术的不足之处，克服传统中空注浆锚杆连接装置强度低、对中性差的不足之处，提供一种中空注浆锚杆自动对中搭接装置及其工作方法，能够将中空注浆锚杆与安装钻孔自动对中，有利于荷载转递，使得中空注浆锚杆充分发挥自身承载性能，提高了支护的可靠性，其具有使用安全、安装便捷、技术可靠、经济效益好等优点。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明的一种中空注浆锚杆自动对中搭接装置，与两根中空注浆锚杆匹配使用，其包括用以连接前后两根中空注浆锚杆的高强度连接壳，高强度连接壳的内径与中空注浆锚杆外径尺寸匹配，高强度连接壳的中间位于前后两根中空注浆锚杆之间的截面上设有十字形的安装板，十字形的安装板上分别设置有四组指向四个方向且能够实现伸缩的扶正机构，所述的扶正机构包括在注浆压力作用下能够伸出高强度连接壳的轻型移动杆，轻型移动杆端部设有用以扶正中空注浆锚杆位置的外支撑板，高强度连接壳位于轻型移动杆伸出的位置开孔，轻型移动杆与高强度连接壳之间设有防泄漏的阻尼垫圈，轻型移动杆尾部设有受注浆浆液提供移动动力的液体驱动装置，液体驱动装置在浆液的驱动下带动轻型移动杆移动并居中，从而确保在注浆时浆液固化前保持中空注浆锚杆与安装钻孔的轴线对齐，防止中空注浆锚杆在安装钻孔内发生弯曲而与孔壁围岩接触所导致的浆液不能完全包裹中空注浆锚杆，造成注浆加固效果不佳。

3、进一步，十字形的安装板上设有用以辅助四支轻型移动杆移动的四列凸出台阶；所述液体驱动装置包括设置在十字形的支架侧边且受流动浆液驱动定向旋转的微型液压风扇，微型液压风扇同轴连接有小型齿轮，小型齿轮通过金属链条连接有传递齿轮，传递齿轮同轴连接有啮合在一列凸出台阶上的爬升齿轮，轻型移动杆通过爬升齿轮沿着凸出台阶移动。

4、进一步，高强度连接壳的前后管套分别与分为前后两段的中空注浆锚杆通过螺纹连接。

5、进一步，微型液压风扇位于轻型移动杆的内部端头位置，微型液压风扇的扇叶具有保证其在注浆压力下定向转动的弧度，从而保证轻型移动杆一定向高强度连接壳外伸出，由于十字形的安装板上的四组扶正机构中的微型液压风扇受相同注浆压力驱动，因此四组分别指向四个方向的扶正机构中的轻型移动杆向外伸出的速度和力相同，从而保证中空注浆锚杆对中；当注浆完毕后，由于没有注入浆液提供的持续动力，轻型移动杆在缺乏持续动力的情况下产生少量的回缩，当需要移动中空注浆锚杆时避免产生阻碍；微型液压风扇的旋转路径固定且垂直穿过十字形的安装板结构所处平面，微型液压风扇的底座设有相同转轴的小型齿轮，小型齿轮通过金属链条与传递齿轮联动，所述的传递齿轮与爬升齿轮同轴旋转。

6、一种中空注浆锚杆自动对中搭接装置的工作方法，其步骤如下：

7、利用钻机和金刚石耐磨破岩钻头钻孔，完成钻孔后通过自动对中搭接装置的高强度连接壳连接前后两段中空注浆锚杆；

8、只有将安装了自动对中搭接装置的中空注浆锚杆放入钻孔并连接注浆设备，通过中空注浆锚杆进行注浆，保持注浆压力即可通过浆液驱动微型液压风扇从而调整轻型移动杆的位置，使中空注浆锚杆在安装钻孔内自动居中，从而保证了施工中钻孔方向的准确性，并且避免了钻孔和浆液凝固时，中空注浆锚杆没有与安装钻孔平行甚至发生杆身弯曲过度的情况，防止了中空注浆锚杆因剪应力和弯矩过大而造成的注浆锚杆支护失效，具有良好的实际工程意义。

9、进一步，注浆时保持预设注浆压力恒定，通过中空注浆锚杆内部注入的浆液压强会在高强度连接壳内部十字挡板处提高，流速的提高加速了微型液压风扇的旋转，微型液压风扇的旋转带动其底座上同轴的小型齿轮旋转，小型齿轮通过金属链条联动传递齿轮和爬升齿轮旋转，由于爬升齿轮与凸出台阶啮合，爬升齿轮将带动与轻型移动杆和外支撑板与高强度连接壳发生相对移动，若中空注浆锚杆偏移了中线位置，持续提供的注浆压力使得该偏移方向上的外支撑板最先与孔壁围岩接触并传递相互作用力，由于外支撑板的弧形表面与孔壁围岩接触面积大，中空注浆锚杆受到更大的侧向压力作用，其将发生位移直到在安装钻孔中自动对中平衡，使中空注浆锚杆在注浆过程中始终保持在钻孔内居中位置。

10、进一步，注浆完毕后，轻型移动杆是在失去动力后少量回缩的；在外部机器施力下，通过第一根中空注浆锚杆前端头的钻头钻进形成安装钻孔，第一次钻进的安装钻孔深度即约第一根中空注浆锚杆的长度；若想要继续增加钻孔深度，则需将第一根中空注浆锚杆部分抽出，使得第一根锚杆后端头能够在钻孔外部安装好下一根锚杆，从而实现钻孔深度的增加；再此过程中，为了实现深部钻孔则需要中空注浆锚杆反复地在钻孔中移动；考虑到钻孔过程中可能施加高压水清洗钻孔内部，因此保留了轻型移动杆的活动能力，当没有水压或注浆压力时，轻型移动杆自然回缩，避免了其对中空注浆锚杆移动时产生阻碍。

11、有益效果：本装置能够有效实现对中空注浆锚杆与安装钻孔的自动对中，其安装操作难度较低，对中速度快。施工时，每个高强度连接壳的两端都能对应旋入一根中空注浆锚杆，通过搭接多根中空注浆锚杆使得安装钻孔深度增加；高强度连接壳材料强度略大于中空注浆锚杆材料强度，增加了整体支护的可靠性；施加恒定的注浆压力后，浆液压强在装置内部的十字挡板处压力短暂提升，浆液流速增快，提高了微型液压风扇转速，使其能够快速反应并带动轻型移动杆向外移动，高强度连接壳中部位置向外凸出，使得内部拥有更大的空间，扩大了轻型移动杆的可移动范围，能够适应不同大小的安装钻孔直径；阻尼垫圈防止浆液从轻型移动杆与高强度连接壳之间的缝隙流出，并且提供了一定的阻力防止轻型移动杆受震动影响向内部回移；当中空注浆锚杆因安装钻孔震动发生轴线偏移时，靠近孔壁围岩侧的外支撑板率先接触孔壁围岩，部分注浆压力转换为外支撑板的支撑力；外支撑板表面为曲面，增大了其与孔壁围岩的接触面积，避免对中的过程中孔壁围岩产生凹陷，减少了支撑力的损失，提高了杆体对中的效率。其结构简单、操作简便、连接强度高、对中效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。