预应力充气锚杆套装

技术领域

本发明涉及充气锚杆领域，特别地，涉及一种预应力充气锚杆套装。

背景技术

随着新奥法理念的普及，如何尽最大可能发挥围岩自稳能力的问题已越来越引起人们的关注。而锚杆因具有将围岩稳定性大幅提高的作用，在隧道施工中的地位越来越高，已然成为隧道支护结构中最主要的组成部分之一，也是最基本的组成部分之一。随着锚固理论的不断成熟、锚固技术的不断发展，锚杆已不仅仅局限于隧道的建设之中，在边坡、基坑、坝体等方向也是广泛应用。

尽管锚固技术的不断完善，目前仍然采用以砂浆锚杆为主的锚固支护方法作为支护手段。这种利用砂浆锚杆的支护方法有较多的弊处，如注浆难度大、混凝土凝固时间长、混凝土抗拉强度低、后处理工序复杂等。因而这种砂浆锚杆无法适应于急需加固的工程，同时也影响了施工进程，所以需要一种施工简便、成型迅速的锚杆来满足生产的需要。

现有充气锚杆的出现解决了砂浆锚杆的部分弊处，然而现有充气锚杆的使用也面临一些问题，如充气操作繁琐、密封效果差等。这些问题的存在会对充气锚杆的施工效率产生很大影响，同时也会对隧道的加固起到很大的负面作用，所以需要一种操作简单可行、密封效果良好的充气装置使得预应力充气锚杆套装能更好的适用于隧道的加固需求。

为更好发挥充气锚杆的锚固作用，可对充气锚杆施加预应力。然而若通过一次张拉锚杆来完成预应力的施加工作，不仅施加力的大小不好控制且效果并不理想，因此最好采用多次张拉的办法来完成预应力的施加工作；另一方面，若施加预应力的时间过长，也不利于预应力充气锚杆套装在隧道加固领域的推广。所以在预应力施加效果良好的前提下，需要一种快速施加预应力的装置来满足施工及运营的需求。

发明内容

本发明提供了一种预应力充气锚杆套装，以解决现有注浆锚杆存在的注浆难度大、混凝土凝固时间长、混凝土抗拉强度低、后处理工序复杂等技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种预应力充气锚杆套装，包括用于打入围岩中以提高围岩稳定性的充气锚杆，充气锚杆包括：作为锚固支护主体的锚杆体，锚杆体外套设有沿其长度方向延伸的套筒，套筒的第一端与锚杆体上对应设置的接地端可拆卸式固定，套筒的第二端朝锚杆体的张拉端延伸；套筒的壁厚中设有沿其长度方向延伸的导气孔，导气孔的进气端和出气端分别与套筒的外壁面连通，且导气孔的进气端连接有充气密封装置，以用于对导气孔充入压缩气并充气结束后密封导气孔的进气端；套筒的外圆上包覆有可充气膨胀的塑性膜，塑性膜与套筒的外壁面围设成密封的充气腔，导气孔的出气端与充气腔连通，以将充入的压缩气导入充气腔使塑性膜充气膨胀，进而使设有塑性膜处的充气锚杆形成用于锚紧固定的锚固段。

进一步地，导气孔的数量为两个，两个导气孔沿套筒的中线对称布设；套筒的外壁上还设有供压缩气进入导气孔的进气口、及供导气孔内的压缩气向外排出的出气口，进气口与导气孔的进气端连通，出气口位于充气腔中且与导气孔的出气端连通。

进一步地，塑性膜的两端分别通过胶粘体与套筒的外壁面粘接固定；充气锚杆还包括锁紧卡箍，锁紧卡箍套装于塑性膜两端的外圆上，以用于将对应端的塑性膜与套筒锁紧固定。

进一步地，充气锚杆还包括固定挡圈、限位挡片、及锁固螺帽；固定挡圈固定套装于锚杆体接地端的外圆上，且套筒的第一端与固定挡圈螺纹连接；限位挡片螺纹连接于套筒第二端的外圆上，且用于在充气锚杆打入围岩后与围岩固定；锁固螺帽螺纹连接于锚杆体张拉端的外圆上，且顶抵限位挡片限位以锁紧固定张拉后的锚杆体。

进一步地，充气密封装置包括用于连通并密封导气孔进气端的进气密封环件、及用于供给压缩气并将压缩气充入导气孔的充气构件；进气密封环件套装于套筒第二端的外圆上，以用于在充气过程中与导气孔的进气端连通，以使外部的压缩气通过进气密封环件充入导气孔，进气密封环件还用于在充气结束后密封导气孔的进气端；充气构件用于在充气过程中与进气密封环件连通，以将供给的压缩气通过进气密封环件充入导气孔。

进一步地，进气密封环件包括用于定位的定位挡片、及用于连通密封导气孔进气端的通气螺母；定位挡片固定套装于套筒第二端的外圆上，且位于限位挡片的内侧；通气螺母螺纹连接于套筒第二端的外圆上，且位于限位挡片和定位挡片之间，通气螺母的外壁上设有与导气孔的进气端连通的通气口。

进一步地，充气构件包括用于夹持通气螺母的通气扳手、及用于供给压缩气的压缩气源；压缩气源与通气扳手的夹持端连通；通气扳手用于在充气过程中其夹持端夹持连通通气螺母，以使压缩气源供给的压缩气通过其夹持端进入通气螺母，通气扳手还用于在充气结束后其夹持端夹持通气螺母旋动，以使通气螺母密封导气孔的进气端。

进一步地，预应力充气锚杆套装还包括用于给锚杆体施加预应力的预应力施加装置，预应力施加装置包括：作为安装支撑基础的安装支架、用于给锚杆体施加预应力的预应力施加器、用于测量预应力大小的预应力测量器、及用于锁固锚杆体张拉端的锁紧螺帽；安装支架套装于锚杆体张拉端的外圆上，且安装支架的第一端与限位挡片可拆卸式固定，安装支架的第二端沿轴向朝锚杆体张拉端的端部延伸，并锁固螺帽位于安装支架内；预应力施加器安装于安装支架上，且套装于锚杆体张拉端的外圆上；预应力测量器连接于锚杆体张拉端的外圆上，且延伸至安装支架外；锁紧螺帽螺纹连接于锚杆体张拉端的外圆上，且抵靠安装支架的第二端限位。

进一步地，安装支架包括空心筒状的安装筒和定位筒，安装筒和定位筒沿轴向依次套装于锚杆体张拉端的外圆上；安装筒的第一端与限位挡片的外侧端可拆卸式固定，锁固螺帽位于安装筒内且抵靠安装筒第一端的端板限位；预应力施加器可拆卸式连接于安装筒的第二端上；定位筒的第一端与安装筒的第二端可拆卸式固定，定位筒的第二端沿轴向朝锚杆体张拉端的端部延伸；锁紧螺帽抵靠定位筒第二端的外侧壁限位。

进一步地，预应力测量器包括用于测量预应力大小的应变片、及用于显示预应力变化的显示器；应变片固定于锚杆体张拉端的外圆上，且位于预应力施加器和限位挡片之间；显示器布设于预应力施加装置外，且与应变片相连。

本发明具有以下有益效果：

本发明的充气锚杆以套筒和锚杆体为主体结构，并通过对套筒上的塑性膜进行充气从而形成锚杆的锚固段，不仅使充气锚杆的整体结构简单、容易制作和装配，且套筒的存在更利于保护锚杆体，提高结构整体的使用寿命，并充气锚杆的锚固段与待施加预应力的锚杆体两者之间相互作用影响较小，有利于充气锚杆的整体受力，锚固支护稳定、可靠；另外，使用本发明的充气锚杆进行围岩加固时，施工操作简便、充气锚杆成型迅速，且后期维修需要拆卸充气锚杆时，拆卸操作简单、便于后期维护，故而本发明的充气锚杆能克服砂浆锚杆注浆难度大、混凝土凝固时间长、混凝土抗拉强度低、及后处理工序复杂等缺点，本发明的充气锚杆施工速度快、各部位连接紧密，适用于急需加固的工程，对施工进程影响非常小，满足施工、生产需求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的充气锚杆的主视结构示意图；

图2是图1中导气孔的放大结构示意图；

图3是本发明优选实施例的充气密封装置中进气密封环件连接充气锚杆时的主视结构示意图；

图4是图3的部分放大结构示意图；

图5是本发明优选实施例的充气密封装置中充气构件的主视结构示意图；

图6是本发明优选实施例的预应力施加装置与充气锚杆相连时的主视结构示意图。

图例说明

11、锚杆体；12、套筒；120、导气孔；13、塑性膜；14、锁紧卡箍；15、固定挡圈；16、限位挡片；17、锁固螺帽；31、进气密封环件；311、定位挡片；312、通气螺母；3120、通气口；321、通气扳手；3211、安装头；3212、上嘴片；3213、下嘴片；3214、通气孔；3215、扳手杆；51、安装支架；511、安装筒；512、定位筒；52、预应力施加器；53、预应力测量器；54、锁紧螺帽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种预应力充气锚杆套装，包括用于打入围岩中以提高围岩稳定性的充气锚杆，充气锚杆包括：作为锚固支护主体的锚杆体11，锚杆体11外套设有沿其长度方向延伸的套筒12，套筒12的第一端与锚杆体11上对应设置的接地端可拆卸式固定，套筒12的第二端朝锚杆体11的张拉端延伸。套筒12的壁厚中设有沿其长度方向延伸的导气孔120，导气孔120的进气端和出气端分别与套筒12的外壁面连通，且导气孔120的进气端连接有充气密封装置，以用于对导气孔120充入压缩气并充气结束后密封导气孔120的进气端。套筒12的外圆上包覆有可充气膨胀的塑性膜13，塑性膜13与套筒12的外壁面围设成密封的充气腔，导气孔120的出气端与充气腔连通，以将充入的压缩气导入充气腔使塑性膜13充气膨胀，进而使设有塑性膜13处的充气锚杆形成用于锚紧固定的锚固段。

使用本发明的充气锚杆进行围岩加固时，首先在需要加固支护的围岩中钻孔，钻孔完毕后使锚杆体11的接地端朝下后将整根充气锚杆打入钻孔中，接着将导气孔120的进气端连接充气密封装置，充气密封装置通过导气孔120向充气腔充入压缩气，使塑性膜13在压缩气的作用下膨胀到合适量，最后再通过充气密封装置密封导气孔120的进气端，此时设有塑性膜13处的充气锚杆形成用于锚紧固定的锚固段，后续根据实际施工需要还可连接锚杆体11的张拉端对锚杆体11进行预应力张拉操作，至此，充气锚杆的施工完成。

本发明的预应力充气锚杆套装的充气锚杆以套筒12和锚杆体11为主体结构，并通过对套筒12上的塑性膜13进行充气从而形成锚杆的锚固段，不仅使充气锚杆的整体结构简单、容易制作和装配，且套筒12的存在更利于保护锚杆体11，提高结构整体的使用寿命，并充气锚杆的锚固段与待施加预应力的锚杆体11两者之间相互作用影响较小，有利于充气锚杆的整体受力，锚固支护稳定、可靠；另外，使用本发明的充气锚杆进行围岩加固时，施工操作简便、充气锚杆成型迅速，且后期维修需要拆卸充气锚杆时，拆卸操作简单、便于后期维护，故而本发明的充气锚杆能克服砂浆锚杆注浆难度大、混凝土凝固时间长、混凝土抗拉强度低、及后处理工序复杂等缺点，本发明的充气锚杆施工速度快、各部位连接紧密，适用于急需加固的工程，对施工进程影响非常小，满足施工、生产需求。

可选地，如图2所示，导气孔120的数量为两个，两个导气孔120沿套筒12的中线对称布设，导气孔120的该种布设方式，适用于与其配套作用的充气密封装置；当更换不同的充气密封装置时，导气孔120的数量和排列方式可相应的变更。套筒12的外壁上还设有供压缩气进入导气孔120的进气口、及供导气孔120内的压缩气向外排出的出气口，进气口与导气孔120的进气端连通，出气口位于充气腔中且与导气孔120的出气端连通，且充气密封装置与进气口连通，以通过进气口将压缩气导入导气孔120中。

可选地，如图1所示，塑性膜13的两端分别通过胶粘体与套筒12的外壁面粘接固定，胶粘体可为具有胶粘作用的胶水或固态的固体胶；塑性膜13为橡胶膜。充气锚杆还包括锁紧卡箍14，锁紧卡箍14套装于塑性膜13两端的外圆上，以用于将对应端的塑性膜13与套筒12锁紧固定。塑性膜13首先通过胶粘体与套筒12的外壁面粘接固定而连接密封，再通过锁紧卡箍14将塑性膜13与套筒12箍紧固定，塑性膜13与套筒12连接、密封稳定可靠。

可选地，如图1所示，充气锚杆还包括固定挡圈15、限位挡片16、及锁固螺帽17。本可选方案中，锚杆体11的接地端为锥形结构，并涂有抗氧化层，有利于锚杆体11的接地及增加锚杆体11的抗锈蚀性，进而提高使用寿命及使用的可靠性；固定挡圈15固定套装于锚杆体11接地端的外圆上，且套筒12的第一端与固定挡圈15螺纹连接；具体地，固定挡圈15与锚杆体11接地端的外圆面焊接固定，套筒12的第一端套装于固定挡圈15的外圆上，且与固定挡圈15的外圆面螺纹连接，固定挡圈15一方面用于使锚杆体11固定于套筒12内，另一方面还使套筒12与锚杆体11可拆卸式连接，连接操作简单、并便于拆卸。限位挡片16螺纹连接于套筒12第二端的外圆上，且用于在充气锚杆打入围岩后与围岩固定，进而使充气锚杆整体与围岩连接稳定、可靠。锁固螺帽17螺纹连接于锚杆体11张拉端的外圆上，且顶抵限位挡片16限位以锁紧固定张拉后的锚杆体11，即当锚杆体11的张拉端张拉操作使锚杆体11整体具有预应力时，为防止张拉后的锚杆体11反向收缩，故而设置锁固螺帽17，通过锁固螺帽17与限位挡片16的相互抵靠，进而对锚杆体11的反向收缩进行限位，从而锁紧固定张拉后的锚杆体11。

可选地，如图3和图5所示，充气密封装置包括用于连通并密封导气孔120进气端的进气密封环件31、及用于供给压缩气并将压缩气充入导气孔120的充气构件。进气密封环件31套装于套筒12第二端的外圆上，以用于在充气过程中与导气孔120的进气端连通，以使外部的压缩气通过进气密封环件31充入导气孔120，进气密封环件31还用于在充气结束后密封导气孔120的进气端。充气构件用于在充气过程中与进气密封环件31连通，以将供给的压缩气通过进气密封环件31充入导气孔120。

采用本发明的充气密封装置进行充气操作时，首先将充气构件与进气密封环件31连通，然后再调节进气密封环件31，使其与导气孔120的进气端连通，进而充气构件、进气密封环件31、导气孔120形成进气回路；接着开启充气构件，使其将压缩气通过进气密封环件31充入导气孔120内；待塑性膜13膨胀到合适位置后，调节进气密封环件31使其密封导气孔120的进气端，最后再关闭充气构件，即完成充气锚杆的充气操作。本发明的充气密封装置操作简单可行、导气孔120进气端密封效果良好，有利于充气锚杆更好的满足隧道的加固需求，克服现有充气锚杆充气操作繁琐、密封效果差的缺点。

本可选方案中，如图3和图4所示，进气密封环件31包括用于定位的定位挡片311、及用于连通密封导气孔120进气端的通气螺母312。定位挡片311固定套装于套筒12第二端的外圆上，且位于限位挡片16的内侧，如定位挡片311通过焊接的方式与套筒12第二端的外圆面固定。通气螺母312螺纹连接于套筒12第二端的外圆上，且位于限位挡片16和定位挡片311之间，通气螺母312的外壁上设有与导气孔120的进气端连通的通气口3120，需要向导气孔120充入压缩气时，拧动通气螺母312，使其上通气口3120与对应设置的导气孔120的进气口连通，当充气锚杆充气结束时，再拧动通气螺母312，使其上通气口3120与导气孔120的进气口断开，并通过通气螺母312的内环壁对导气孔120的进气口进行密封，该密封稳定可靠、密封性好，且密封操作简单。

本可选方案中，如图5所示，充气构件包括用于夹持通气螺母312的通气扳手321、及用于供给压缩气的压缩气源。压缩气源与通气扳手321的夹持端连通。通气扳手321用于在充气过程中其夹持端夹持连通通气螺母312，以使压缩气源供给的压缩气通过其夹持端进入通气螺母312，通气扳手321还用于在充气结束后其夹持端夹持通气螺母312旋动，以使通气螺母312密封导气孔120的进气端。

本可选方案的具体实施例中，如图5所示，通气扳手321包括安装头3211，安装头3211的一端连接有上下相对间隔设置的上嘴片3212和下嘴片3213，上嘴片3212固定设置，下嘴片3213相对上嘴片3212可调节活动设置，以调节上嘴片3212和下嘴片3213两者之间形成的夹口的大小，下嘴片3213的可调节设置与现有常规扳手相似；上嘴片3212和下嘴片3213上分别开设有贯通的通气孔3214，上嘴片和下嘴片上通气孔的位置相对通气螺母312上通气口3120设置，且压缩气源分别与上嘴片和下嘴片上的通气孔连通；安装头的另一端连接有供人手握持的扳手杆3215。

实际充气操作时，通气螺母312通气前距离定位挡片311一定位置，然后调整通气扳手321下嘴片3212的位置，保证上嘴片和下嘴片之间的夹口能有效贴合并拧动通气螺母312，接着调整通气螺母312使其与导气孔120的进气口连通形成通路；待通气螺母312的位置调整完毕后打开压缩气源开始充气操作，充气完成后保持气压大小不变，并拧动通气螺母312至抵靠定位挡片311，利用通气螺母312的未开孔部分将导气孔120的进气口进行封闭。为保证气体密封的可靠性，在通气螺母312与定位挡片311、限位挡片16与通气螺母312的间隙处进行焊接密封，本发明充气密封装置结构中，限位挡片16通过与通气螺母312的焊接固定用于更好保证气体的密封性，及用于保护套筒12第二端外圆上开设的外螺纹结构。本发明的充气密封装置充气操作简便，有利于大大提升施工速度，提高施工效率；各各部件间连接紧密，密封性好，有利于保证锚杆的使用寿命。

可选地，如图6所示，预应力充气锚杆套装还包括用于给锚杆体11施加预应力的预应力施加装置，预应力施加装置包括：作为安装支撑基础的安装支架51、用于给锚杆体11施加预应力的预应力施加器52、用于测量预应力大小的预应力测量器53、及用于锁固锚杆体11张拉端的锁紧螺帽54。安装支架51套装于锚杆体11张拉端的外圆上，且安装支架51的第一端与限位挡片16可拆卸式固定，安装支架51的第二端沿轴向朝锚杆体11张拉端的端部延伸，并锁固螺帽17位于安装支架51内。预应力施加器52安装于安装支架51上，且套装于锚杆体11张拉端的外圆上。预应力测量器53连接于锚杆体11张拉端的外圆上，且延伸至安装支架51外。锁紧螺帽54螺纹连接于锚杆体11张拉端的外圆上，且抵靠安装支架51的第二端限位。

采用本发明的预应力施加装置对充气锚杆施加预应力时，首先使充气锚杆的接地端朝下将充气锚杆打入钻孔并充气密封后，将本发明的预应力施加装置连接于锚杆体11的张拉端上，装置安装完成后，启动预应力施加器52动作对锚杆体11施加预应力，预应力施加器52完成一次对锚杆体11施加预应力后，拧动锁紧螺帽54将锚杆体11的张拉端锁定，防止预应力施加器52完成一次预应力施加且在进行下一次预应力施加前，锚杆体11的张拉端回缩，同时拧动锁固螺帽17将张拉后的锚杆体11锁紧固定，防止预应力施加器52完成一次预应力施加且在进行下一次预应力施加前，锚杆体11整体回缩，预应力施加器52再启动进行锚杆体11的第二次张拉，第二次张拉完成后再重复锁紧螺帽54和锁固螺帽17的操作，如此反复直至完成对锚杆体11的预应力施加工作，且整个锚杆体11的张拉操作中，通过预应力测量器53随时监测锚杆体11所受预应力大小。

本发明的预应力施加装置以安装支架51、及预应力施加器52为主体结构对锚杆体11进行预应力的施加工作，并通过预应力测量器53实时测量、监测所施加预应力的大小，并每次施加预应力后还通过锁紧螺帽54进行锚杆体11张拉端的定位，及通过锁固螺帽17再进行锚杆体11整体的张拉定位，达到稳定施加预应力目的，该预应力施加装置操作简便，可提供多次预应力张拉操作，有利于保证锚杆体11的预应力施加效果，同时还能有效缩短预应力施加时间，有利于提高施工速度及效率，保证预应力施加效果良好的前提下，满足施工及运营的需求。

本可选方案中，如图6所示，安装支架51包括空心筒状的安装筒511和定位筒512，安装筒511和定位筒512沿轴向依次套装于锚杆体11张拉端的外圆上。安装筒511的第一端与限位挡片16的外侧端可拆卸式固定，锁固螺帽17位于安装筒511内且抵靠安装筒511第一端的端板限位。预应力施加器52可拆卸式连接于安装筒511的第二端上。定位筒512的第一端与安装筒511的第二端可拆卸式固定，定位筒512的第二端沿轴向朝锚杆体11张拉端的端部延伸。锁紧螺帽54抵靠定位筒512第二端的外侧壁限位。

本可选方案中，如图6所示，限位挡片16与围岩固定，用于锚杆体11的定位、并改善张拉端受力及增强围岩加固效果，此外，还可作为锚杆张拉的受力底座，方便施加预应力；限位挡片16的外侧端设有内凹的螺纹槽，安装筒511的第一端与该螺纹槽螺纹连接，以方便安装支架51的安装和拆卸，并能有效保证加力结构的一体性，有利于整体结构稳定。

本可选方案中，如图6所示，预应力施加器52为千斤顶，安装筒511呈筒状，用于固定千斤顶位置及将千斤顶与限位挡片16相连接以提供受力路径，安装筒511的壁面上还开设有通孔，以供锁固螺帽17的拧动操作及供预应力测量器53测量数据的传输通道，安装筒511的顶板为圆环状，且有预留定位筒512定位的内凹槽及定位筒512固定用的螺纹柱。

本可选方案中，如图6所示，定位筒512与锁紧螺帽54相配合，防止由于张拉作用毁坏锚杆体11张拉端外圆上的外螺纹结构，有利于固定锚杆体11张拉后的位置，方便锁固螺帽17的移动；定位筒512顶板留有供锚杆体11穿设的空洞，定位筒512为双面方形结构，即其上下两面插入至安装筒511顶板预留内凹槽中，其左右面为临空面，方便操作千斤顶。

本发明的预应力施加装置操作简便，可提供多次张拉操作，有利于保证预应力的施加效果；能有效缩短预应力施加时间，有利于提高施工速度及效率。

本可选方案中，如图6所示，预应力测量器53包括用于测量预应力大小的应变片、及用于显示预应力变化的显示器。应变片固定于锚杆体11张拉端的外圆上，且位于预应力施加器52和限位挡片16之间。显示器布设于预应力施加装置外，且与应变片相连。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。