專利名稱：一種焊接式動(dòng)靜組合錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬脆圍巖巷道的支護(hù)設(shè)備，特別是涉及一種防治巖爆災(zāi)害的可伸長(zhǎng)錨桿，屬于巖土工程錨固領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
深部地下工程中堅(jiān)硬巖石在開(kāi)挖卸荷作用下常發(fā)生剝落、層裂、片幫和巖爆等脆性破壞現(xiàn)象。硬巖本身堅(jiān)硬致密的特點(diǎn)，導(dǎo)致其破壞的原因涉及巖石動(dòng)力學(xué)與巖石靜力學(xué)兩方面的范疇，如巖爆可以是承受高應(yīng)力的硬巖體在較小外界動(dòng)力擾動(dòng)下誘發(fā)的(見(jiàn)左宇軍等著《受靜載作用的巖石動(dòng)態(tài)斷裂的突變模型》煤炭學(xué)報(bào)2004年第6期)。硬巖洞室發(fā)生巖爆時(shí)的動(dòng)應(yīng)力很大，一般會(huì)達(dá)到或超過(guò)支護(hù)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度，如果支護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有讓壓和屈服性質(zhì)，就不可避免發(fā)生破壞，錨桿能有效調(diào)控圍巖的自承載能力，因此硬巖支護(hù)系統(tǒng)亦采用可伸長(zhǎng)錨桿提供一定變形以容納巖爆破壞引起的強(qiáng)制大變形?？缮扉L(zhǎng)錨桿按工作原理歸納為桿體可伸長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)元件滑動(dòng)可伸長(zhǎng)兩大類，如專利號(hào)93203496. 9公開(kāi)的鋸齒形漲殼式讓壓錨桿、專利號(hào)201020632589. 4公開(kāi)的錨桿尾套有一段漲管和增阻管的可伸長(zhǎng)錨桿等屬于結(jié)構(gòu)元件滑動(dòng)類，專利號(hào)88204483. 4公開(kāi)的蛇形可伸長(zhǎng)錨桿、專利號(hào)87211250公開(kāi)的H型桿體可拉伸錨桿等屬桿體可伸長(zhǎng)類。目前可伸長(zhǎng)錨桿主要是針對(duì)大變形軟巖提出的，為實(shí)現(xiàn)錨桿的伸長(zhǎng)通常采用端頭錨固的方式，即錨頭與孔底巖體固結(jié)而錨桿尾用托盤(pán)預(yù)緊，這些錨桿通常適用于軟巖變形連續(xù)而保持圍巖完整性的特點(diǎn)，但硬巖巷道在較高地應(yīng)力作用下常發(fā)生表面巖體層裂剝離(如錦屏二級(jí)水電站深埋引水隧道大理圍巖)，導(dǎo)致錨桿托盤(pán)懸空，此時(shí)端頭錨固的錨桿將失去加固圍巖的作用，從而進(jìn)一步誘發(fā)該錨桿支護(hù)區(qū)域的圍巖發(fā)生破壞。可見(jiàn)，硬巖條件下的可伸長(zhǎng)錨桿采用端頭錨固時(shí)，往往起不到錨固的效果。為解決硬巖巷道的支護(hù)問(wèn)題，在應(yīng)對(duì)巖爆災(zāi)害方面提出了些抗巖爆的可伸長(zhǎng)錨桿，如專利號(hào)2010206(^613. X公開(kāi)了一種延-彈性抗巖爆錨桿，雖然桿體設(shè)置了波形段和剛性彈簧，但仍是端頭錨固；專利號(hào)201020684957. X公開(kāi)了一種水脹式彈性抗巖爆錨桿， 雖然能實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固，可克服壁面巖體層裂剝離的影響，但水脹式錨桿承載能力低，較高地應(yīng)力時(shí)不適用，同時(shí)剛性彈簧僅是對(duì)巷道表面延展的改進(jìn)，在全長(zhǎng)錨固下的變形能力是很弱的。巖爆支護(hù)技術(shù)與常規(guī)支護(hù)是不同的，巖爆條件下的支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅要能經(jīng)受住靜態(tài)條件下的高應(yīng)力荷載的作用，還要抵御外界施工過(guò)程中或之后所受爆破振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、地震及相鄰巖爆產(chǎn)生的應(yīng)力波作用。高明仕等人在文《沖擊礦壓巷道圍巖控制的強(qiáng)弱強(qiáng)力學(xué)模型及其應(yīng)用分析》(巖土力學(xué)2008年第2期)指出應(yīng)力波沖擊誘發(fā)巖爆與巷道圍巖結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系，同時(shí)有研究表明在圍巖破裂軟化區(qū)和彈性區(qū)交界處易產(chǎn)生應(yīng)力波邊界效應(yīng)而誘發(fā)巖爆，因此，錨桿性能還須適應(yīng)硬脆圍巖內(nèi)部擾動(dòng)的特點(diǎn)。由上可見(jiàn)，現(xiàn)有硬巖條件下的可伸長(zhǎng)錨桿靜承載能力低，并且不能滿足硬脆圍巖巷道壁面層裂和圍巖內(nèi)部動(dòng)力擾動(dòng)的破壞特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種克服硬脆圍巖巷道壁面層裂和內(nèi)部圍巖動(dòng)力擾動(dòng)的破壞影響而保持承壓、持續(xù)讓壓變形能力的動(dòng)靜組合錨桿。對(duì)于高地應(yīng)力硬巖巷道，尤其在有巖爆傾向性條件下，一種理想的錨桿應(yīng)當(dāng)是既能在其破壞失效前提供像管縫式錨桿一樣的大變形能力，以提供圍巖破壞擴(kuò)容碎脹的空間，又能提供較高的承載能力，具有和普通螺紋錨桿一樣高的強(qiáng)度，同時(shí)采用適應(yīng)圍巖內(nèi)部動(dòng)力擾動(dòng)的錨固方式，符合這些條件的錨桿即稱為動(dòng)靜組合錨桿。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的焊接式動(dòng)靜組合錨桿提出的解決方案為，一種焊接式動(dòng)靜組合錨桿，錨桿桿體由錨桿尾段及錨桿頭段和延伸率大于30%的錨桿中段焊接而成，其中錨桿尾段和錨桿頭段采用錨固劑與孔壁圍巖粘結(jié)錨固；錨桿中段不與孔壁圍巖粘結(jié)，受力后可自由變形伸長(zhǎng)；錨桿尾段配有緊固螺母并安設(shè)有托盤(pán)。進(jìn)一步的，可將錨桿中段布置在圍巖內(nèi)部破裂軟化區(qū)和彈性區(qū)邊界附近，該邊界可由測(cè)試確定。將錨桿中段設(shè)置在該邊界附近，可以更好的克服應(yīng)力波的擾動(dòng)。進(jìn)一步的，錨桿頭段選用快速樹(shù)脂錨固劑與圍巖粘結(jié)，錨桿尾段選用慢速樹(shù)脂錨固劑與圍巖粘結(jié)，錨桿中段內(nèi)可裝入樹(shù)脂膠泥以隔離錨桿尾段及錨桿頭段?？焖贅?shù)脂錨固劑可以更好的預(yù)緊螺母，而錨桿尾段的慢速樹(shù)脂錨固劑則可更好的鞏固螺母的預(yù)緊。進(jìn)一步的，錨桿尾段和錨桿頭段均采用高強(qiáng)度螺紋鋼材料桿體，錨桿中段采用大延伸率的圓鋼。采用這種材料制作的錨桿，其承載負(fù)荷能力更強(qiáng)。采用上述技術(shù)方案的焊接式動(dòng)靜組合錨桿，錨桿錨固段采用高強(qiáng)度螺紋鋼材料能提供很高的靜承載能力，桿體可變形的焊接段能有效調(diào)控圍巖的自承載能力，以適應(yīng)圍巖內(nèi)部破壞所需要的補(bǔ)償空間，桿尾錨固可避免端頭錨固時(shí)圍巖表面易失效的問(wèn)題，確保硬巖錨桿支護(hù)系統(tǒng)在發(fā)生巖爆等災(zāi)害時(shí)屈服變形并仍保持一定的抗力，在性能上具有抗靜、 動(dòng)荷載作用的能力。綜上所述，本發(fā)明是一種適應(yīng)較高地應(yīng)力條件下完整硬脆圍巖破壞特點(diǎn)，能抵御硬巖巷道所受的靜、動(dòng)荷載作用，實(shí)現(xiàn)防控硬巖巷道破壞的針對(duì)性強(qiáng)、制作加工簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的動(dòng)靜組合錨桿。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的中等巖爆焊接式動(dòng)靜組合錨桿示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的弱巖爆焊接式動(dòng)靜組合錨桿示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的焊接式動(dòng)靜組合錨桿，錨桿采用高強(qiáng)度螺紋鋼材料桿體和延伸率大于30%的圓鋼材料桿體焊接制成，可適應(yīng)較高地應(yīng)力條件下完整硬脆圍巖破壞特點(diǎn)，能抵御硬巖巷道所受的靜、動(dòng)荷載作用。實(shí)施例1 參見(jiàn)圖1所示，中等巖爆硬巖巷道圍巖在地應(yīng)力作用下，會(huì)形成破裂軟化區(qū)6和彈性區(qū)7，破裂軟化區(qū)6的范圍可采用松動(dòng)圈測(cè)試設(shè)備測(cè)定；根據(jù)測(cè)定的圍巖破壞分區(qū)深度，按錨固設(shè)計(jì)規(guī)范選用高強(qiáng)度螺紋鋼和大延伸率的圓鋼分別加工錨桿，錨桿中段2
4采用大延伸率的圓鋼，其長(zhǎng)度滿足超出破裂軟化區(qū)6和彈性區(qū)7邊界兩端各一定距離，并按圍巖允許的適宜變形量進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于中等巖爆條件，要求較高的支護(hù)承載強(qiáng)度，因此錨桿尾段1和錨桿頭段3均采用高強(qiáng)度螺紋鋼，制作時(shí)保證錨桿尾段1和錨桿頭段3有足夠長(zhǎng)度用于錨固圍巖；整根錨桿制作需經(jīng)過(guò)兩次焊接，有兩處焊接縫8 ；采用樹(shù)脂錨固卷劑，預(yù)留圓鋼錨桿中段2不錨固，其余部分的錨桿體采用全長(zhǎng)錨固，具體操作如下首先要根據(jù)孔徑和桿徑選擇合適直徑和長(zhǎng)度的樹(shù)脂錨固劑用于錨桿兩端的錨固，錨桿中段2內(nèi)可裝入合適長(zhǎng)度的無(wú)固化劑樹(shù)脂膠泥加以隔離兩個(gè)錨固段的作用，兩錨固段的樹(shù)脂錨固劑在凝固速度有不同，桿頭錨固段選用快速樹(shù)脂錨固劑3a，桿尾錨固段選用慢速樹(shù)脂錨固劑Ia ；安裝時(shí)將快速樹(shù)脂錨固劑3a放置在鉆孔里端，樹(shù)脂膠泥加在鉆孔中部，慢速樹(shù)脂錨固劑Ia放置在鉆孔外端，整根錨桿在安裝機(jī)具的帶動(dòng)下自鉆孔口向里開(kāi)始邊旋轉(zhuǎn)邊推進(jìn)，將整根錨桿推進(jìn)到鉆孔底部以后，鉆孔內(nèi)的樹(shù)脂錨固劑充分混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始凝固粘結(jié)；快速樹(shù)脂錨固劑3a到達(dá)凝固時(shí)間后，開(kāi)始上緊固螺母5和托盤(pán)4對(duì)錨桿進(jìn)行預(yù)緊，慢速樹(shù)脂錨固劑Ia到達(dá)凝固時(shí)間后，可實(shí)現(xiàn)錨桿尾段1的錨固。實(shí)施例2 參見(jiàn)圖2所示，弱巖爆硬巖巷道圍巖在地應(yīng)力作用下，亦會(huì)形成破裂軟化區(qū)6和彈性區(qū)7，破裂軟化區(qū)6的范圍可采用松動(dòng)圈測(cè)試設(shè)備測(cè)定；根據(jù)測(cè)定的圍巖破壞分區(qū)深度，按錨固設(shè)計(jì)規(guī)范選用高強(qiáng)度螺紋鋼和大延伸率的圓鋼分別加工錨桿，錨桿中段2 采用大延伸率的圓鋼，其長(zhǎng)度滿足超出破裂軟化區(qū)6和彈性區(qū)7邊界兩端各一定距離，并按圍巖允許的適宜變形量進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于弱巖爆條件，要求的支護(hù)承載強(qiáng)度不高，因此錨桿尾段1采用高強(qiáng)度螺紋鋼，而錨桿頭段3仍采用大延伸率的圓鋼，制作時(shí)保證錨桿尾段1和錨桿頭段3有足夠長(zhǎng)度用于錨固圍巖；錨桿中段2和錨桿頭段3的材料相同，因此二者可一體成形，整根錨桿制作僅需經(jīng)過(guò)一次焊接，有一處焊接縫8 ；采用樹(shù)脂錨固卷劑，預(yù)留圓鋼錨桿中段2不錨固，其余部分的錨桿體采用全長(zhǎng)錨固，具體操作步驟與實(shí)施例1相同。本發(fā)明是一種焊接式動(dòng)靜組合錨桿，該錨桿能抵御硬巖巷道所受的靜、動(dòng)荷載作用，適應(yīng)較高地應(yīng)力條件下完整硬脆圍巖破壞特點(diǎn)，能有效調(diào)控圍巖的自承載能力，在發(fā)生圍巖層裂、巖爆等災(zāi)害時(shí)屈服變形讓壓并仍保持一定的抗力，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆圍巖巷道有效的支護(hù)。以上是本發(fā)明的兩種優(yōu)選例，但并非代表本發(fā)明的全部?jī)?nèi)容，在本發(fā)明精神范圍內(nèi)所做的一切等同變換和更改，都將在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種焊接式動(dòng)靜組合錨桿，其特征在于錨桿桿體由錨桿尾段(1)及錨桿頭段(3) 和延伸率大于30%的錨桿中段(2)焊接而成，其中錨桿尾段(1)和錨桿頭段( 采用錨固劑與孔壁圍巖粘結(jié)錨固； 錨桿中段(2)不與孔壁圍巖粘結(jié)，受力后可自由變形伸長(zhǎng)； 錨桿尾段(1)配有緊固螺母(5)并安設(shè)有托盤(pán)G)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接式動(dòng)靜組合錨桿，其特征在于錨桿中段( 布置在圍巖內(nèi)部破裂軟化區(qū)(6)和彈性區(qū)(7)邊界附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接式動(dòng)靜組合錨桿，其特征在于錨桿頭段C3)選用快速樹(shù)脂錨固劑(3a)與圍巖粘結(jié)，錨桿尾段(1)選用慢速樹(shù)脂錨固劑(Ia)與圍巖粘結(jié)，錨桿中段O)內(nèi)裝入樹(shù)脂膠泥Oa)以隔離錨桿尾段(1)及錨桿頭段(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接式動(dòng)靜組合錨桿，其特征在于錨桿尾段(1)和錨桿頭段(3)均采用高強(qiáng)度螺紋鋼材料桿體，錨桿中段(2)采用大延伸率的圓鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種焊接式動(dòng)靜組合錨桿，錨桿采用高強(qiáng)度螺紋鋼材料桿體和延伸率大于30％的圓鋼材料桿體焊接制成，圓鋼材料桿體在整根錨桿的中部，此段不與圍巖粘結(jié)錨固，其余部分的錨桿體采用螺紋鋼材料制成并全長(zhǎng)錨固，圓鋼段可做為提供變形能力的可伸長(zhǎng)構(gòu)件，并安設(shè)在圍巖破裂軟化區(qū)和彈性區(qū)邊界附近，從而能給應(yīng)力波邊界效應(yīng)區(qū)的圍巖提供一定擴(kuò)容變形的補(bǔ)償空間；錨桿桿尾粘結(jié)錨固，可以適應(yīng)硬巖巷道壁面的層裂剝離破壞，并且能對(duì)軟化區(qū)破裂的圍巖提供補(bǔ)強(qiáng)的作用。本發(fā)明能適應(yīng)較高地應(yīng)力條件下完整硬脆圍巖破壞特點(diǎn)，能抵御硬巖巷道所受的靜、動(dòng)荷載作用，實(shí)現(xiàn)防控硬巖巷道破壞，具有針對(duì)性強(qiáng)、制作加工簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21D21/00GK102337914SQ20111033249
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者彭云, 李夕兵, 王斌, 趙伏軍, 陳玲, 龍專 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)