一种自适应锁脚锚杆一体化装置及其施作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自适应锁脚锚杆一体化装置及其施做方法。
【背景技术】
[0002]我国是一个幅员辽阔、地质条件复杂的国家。随着大规模、现代化、高标准的城市化建设、交通运输工程建设、水利水电工程建设、矿物开采，使我国地下工程建设日益增多，在大规模基础工程建设中，隧道工程得到了快速发展，隧道数量越来越多，长度越来越长。随着隧道工程数量和建设规模的扩大，不可避免地会遇到软弱地层。隧道穿越软弱地层，由于围岩稳定性差及人为的对隧道围岩的稳定性判别失误，或开挖与支护不当，则隧道可能出现过大变形甚至发生失稳、塌方。正是在这样的背景条件下，通过扩大拱、墙脚承载面积、增设锁脚锚杆预防和处治软弱围岩隧道过大变形甚至塌方显得尤为重要。
[0003]锁脚描杆是在IV、V、VI级软弱围岩隧道施工过程中，在下断面开挖前，在拱脚处斜向下打入错杆并将其端头与钢架择牢固接，以达到增加支护结构的整体性和承载能力，可以有效控制初期支护的沉降。但在施工现场大多数锁脚锚杆施作都是根据施工经验，不施加预应力；不针对围岩级别施作不同角度的锁脚锚杆；同时现场台阶开挖基本忽略通过扩大拱脚承载面积来控制初期支护沉降；施工现场扩大拱、墙脚承载面积、增设锁脚锚杆没有形成成套的技术体系。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种自适应锁脚锚杆一体化装置及其施作方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]包括带有若干孔槽的与钢拱架固接的锚杆垫板，锁脚锚杆通过所述孔槽与弹性球形螺母螺纹连接，以实现所述锁脚锚杆的不同角度的安设和对所述锁脚锚杆预应力施加状况的观测。
[0007]所述弹性球形螺母为弹性橡胶体球形螺母。
[0008]所述孔槽为四个，对称布置于所述锚杆垫板的四个边角处。
[0009]所述锚杆垫板的中部与钢拱架焊接。
[0010]所述钢拱架的拱脚下设有拱脚垫板，所述拱脚垫板通过加强筋与所述刚拱架连接；所述拱脚垫板的侧面设有刻度尺。
[0011]所述锁脚锚杆采用下述锚杆的一种或几种:单全螺纹型锁脚锚杆、双全螺纹型锁脚销杆、或者砂楽销杆。
[0012]自适应锁脚锚杆一体化装置的施作方法，包括以下步骤:
[0013]步骤1:架立钢拱架；
[0014]步骤2:在钢拱架的合适位置焊接锚杆垫板；
[0015]步骤3:施做锁脚锚杆，锁脚锚杆的端部通过弹性橡胶球体螺母与锚杆垫板连接，根据现场围岩情况通过球体螺母自调节锚杆角度，以使锚固效果达到最佳。
[0016]其中，步骤I中，在隧道分步开挖过程中，先在钢拱架拱脚部位安置垫板，再架立钢拱架，所述钢拱架与拱脚垫板通过加强筋连接。
[0017]步骤2中，保证拱脚垫板水平安放，便于从垫板侧面刻度尺处读取隧道整体沉降数据。
[0018]步骤3中，所述锁脚锚杆采用双全螺纹型锚杆；拱脚垫板、钢拱架、锁脚锚杆装置共同构成了软弱围岩加固系统。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020](I)本发明的一种自适应锁脚锚杆一体化装置的全螺纹型锚杆在安装时，可通过球形螺母，锁脚锚杆自适应不同角度的安装；
[0021](2)本发明的球形螺母底部的半球体属于弹性橡胶体，通过控制弹性橡胶球体的压缩量实现对对锁脚锚杆预应力的控制，同时，在冲击荷载作用下，弹性橡胶球体可以可吸收冲击能量，减轻围岩的破坏。
[0022](3)本发明的一种自适应锁脚锚杆一体化装置的拱脚垫板在侧面有刻度尺，在增加拱架承载面积的同时；刻度尺大体测量出隧道整体下沉值，通过拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧道高度之比求出拱顶相对下沉，反映围岩的变化情况。
[0023](4)双全螺纹型锚杆加大了锚杆的直径，提高了锚杆的预紧力，增加摩擦力，确保锚杆支护有效承载性能，增强锚杆对围岩的紧固作用，提高围岩的整体性。
[0024](5)本发明系统化实现的通过扩大拱、墙脚承载面积、增设锁脚锚杆预防和处治软弱围岩隧道过大变形，现场安装预制模板方便快捷。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的一种自适应锁脚锚杆一体化装置的结构示意图；
[0026]图2为本发明弹性球体螺母的示意图；
[0027]图3为本发明的螺纹式锁脚锚杆的类型示意图；
[0028]图4为本发明的锚杆垫板的结构示意图。
[0029]其中，1、钢拱架；2、拱脚垫板；3、刻度尺；4、加强筋；5、单全螺纹式锁脚锚杆；6、双螺纹式锁脚锚杆；7、橡胶球体；8、六角螺母；9、弹性球体螺母；10、锚杆垫板；11、孔槽。
【具体实施方式】
[0030]结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
[0031]如图1、2、3所示，一种自适应锁脚锚杆一体化装置装置，包括钢拱架I和拱脚垫板2通过加强筋4焊接，所述拱脚垫板2的侧面设有刻度尺3，所述的锚杆垫板9设有4个对称孔槽11，锚杆垫板9与钢拱架I焊接，所述弹性球体螺母9包括设橡胶球体7和六角螺母8，所述单全螺纹式锁脚锚杆5或双螺纹式锁脚锚杆6通过弹性球体螺母9施加预应力，并与锚杆垫板9接触。
[0032]施作自适应锁脚锚杆一体化装置时，可按以下操作步骤进行:
[0033](I)在隧道分步开挖过程中架立钢拱架I时，先在钢拱架拱脚部位安置垫板2 ；
[0034](2)保证拱脚垫板水平安放，便于垫板侧面刻度尺3读取隧道整体沉降数据；
[0035](3)拱脚垫板通过加强筋4与钢拱架连接；
[0036](4)在钢拱架合适位置先将上下左右带四个孔槽11的锚杆垫板10与拱架I焊接；
[0037](5)根据现场围岩情况选择单全螺纹式锁脚锚杆5还是双螺纹式锁脚锚杆6 ;
[0038](6)锁脚锚杆通过弹性球体螺母9与锚杆垫板10接触，根据现场围岩情况通过弹性球体螺母9自调节销杆角度；
[0039](7)安置操作完成后，拱脚垫板2、钢拱架1、锁脚锚杆装置5共同构成了软弱围岩加固系统。
[0040]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种自适应锁脚锚杆一体化装置，其特征在于:包括带有若干孔槽的与钢拱架固接的锚杆垫板，锁脚锚杆通过所述孔槽与弹性球形螺母螺纹连接，以实现所述锁脚锚杆的不同角度的安设和对所述锁脚锚杆预应力施加状况的观测，所述钢拱架的拱脚下设有拱脚垫板。
2.根据权利要求1所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置，其特征在于:所述弹性球形螺母为弹性橡胶体球形螺母。
3.根据权利要求1所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置，其特征在于:所述孔槽为四个，对称布置于所述锚杆垫板的四个边角处。
4.根据权利要求1所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置，其特征在于:所述锚杆垫板的中部与钢拱架焊接；所述拱脚垫板通过加强筋与所述刚拱架连接。
5.根据权利要求1所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置，其特征在于:所述拱脚垫板的侧面设有刻度尺。
6.根据权利要求1所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置，其特征在于:所述锁脚锚杆采用下述锚杆的一种或几种:单全螺纹型锁脚锚杆、双全螺纹型锁脚锚杆、或者砂浆锚杆。
7.—种自适应锁脚锚杆一体化装置的施作方法，包括以下步骤: 步骤1:架立钢拱架； 步骤2:在钢拱架的合适位置焊接锚杆垫板； 步骤3:施做锁脚锚杆，锁脚锚杆的端部通过弹性橡胶球体螺母与锚杆垫板连接，根据现场围岩情况通过球体螺母自调节锚杆角度，以使锚固效果达到最佳。
8.根据权利要求7所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置的施作方法，其特征在于:步骤I中，在隧道分步开挖过程中，先在钢拱架拱脚部位安置垫板，再架立钢拱架，所述钢拱架与拱脚垫板通过加强筋连接。
9.根据权利要求7所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置的施作方法，其特征在于:步骤2中，保证拱脚垫板水平安放，便于从垫板侧面刻度尺处读取隧道整体沉降数据。
10.根据权利要求7所述的一种自适应锁脚锚杆一体化装置的施作方法，其特征在于:步骤3中，所述锁脚锚杆采用双全螺纹型锚杆；拱脚垫板、钢拱架、锁脚锚杆装置共同构成了软弱围岩加固系统。
【专利摘要】本发明提供应用于隧道分步开挖过程中的一种自适应锁脚锚杆一体化装置及其施做方法，实现破碎软弱围岩隧道大变形的有效控制。该装置通过在钢拱架拱脚部位设置大面积拱脚垫板，扩大拱脚承载面积，增加拱脚承载力；通过拱脚垫板侧面刻度尺量测隧道的整体沉降；锁脚锚杆通过弹性球体螺母自适应不同角度的安设；同时弹性橡胶球体螺母的压缩量能够反映施加预应力的大小，同时吸收冲击能量，使得隧道初期支护更具系统系，安全系，同时通过预制模板缩短前期支护时间。
【IPC分类】E21D21-00, E21D20-00
【公开号】CN104832200
【申请号】CN201510185360
【发明人】李术才, 王健华, 李利平, 林春金, 张乾青, 许振浩, 石少帅, 周宗青
【申请人】山东大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月17日