一种具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞及施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞及施工方法，由其适用于矿山法施工并采用锚杆支护的隧道工程。

背景技术

锚杆支护在交通隧道、水工洞室等地下洞室中广泛应用，是按“新奥法”原理设计的隧道的主要支护措施之一。国内常用的注浆锚杆一般由锚固头100（采用涨壳式金属锚固件或树脂锚固）、中空杆体200、止浆塞300、垫板400、螺母500、排气（注浆）管600组成，如图1所示。当锚杆用于隧道拱部支护时，此时锚杆往上倾斜，因此采用排气（注浆）管进浆、中空杆体排气（浆）的方式进行锚杆孔注浆；当锚杆用于隧道边墙支护时，此时锚杆往下倾斜，因此采用中空杆体进浆、排气（注浆）管排气（浆）的方式进行锚杆孔注浆。

现有注浆锚杆存在如下问题：1）由于排气（注浆）管、中空杆体没有止浆塞，注浆过程中无法稳压，浆液无法渗入围岩，降低了锚固效果；2）对于拱部锚杆，注浆完成并拔除注浆连接管后，由于浆液尚处于流动状态，部分浆液会从排气（注浆）管回流，使锚杆周边形成局部空洞，造成注浆不饱满。因此，有必要设计一种具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞及施工方法，以解决上述为问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞及施工方法，能够解决锚杆注浆过程中的排气与稳压问题，提高锚杆锚固质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞，包括外包橡胶圈以及用于套设于中空锚杆体上的中空圆台体，所述外包橡胶圈滑动套设于所述中空圆台体上；所述中空圆台体的外壁上设有弧形凹槽，所述弧形凹槽的两端分别延伸至所述中空圆台体的顶面和底面，所述弧形凹槽与所述外包橡胶圈的内壁形成排气通道；所述中空圆台体顶面的外径大于所述外包橡胶圈顶面的内径，所述中空圆台体底面的外径和所述外包橡胶圈的外径均与锚杆孔的直径相等。

进一步地，所述中空圆台体的外壁上还设有凸榫，所述外包橡胶圈的内壁上设有条形滑槽，所述凸榫安装于所述条形滑槽内并与所述条形滑槽轴向滑动配合。

更进一步地，所述凸榫设置于所述中空圆台体外壁上的非弧形凹槽处。

更进一步地，所述凸榫有多个，且多个所述凸榫沿所述中空圆台体的周向间隔布置；所述条形滑槽与所述凸榫一一对应。

更进一步地，所述弧形凹槽有多个，且多个所述凸榫与多个所述弧形凹槽沿所述中空圆台体的周向相间布置。

更进一步地，所述弧形凹槽的深度由所述中空圆台体的顶面至底面依次变浅，所述弧形凹槽的曲率由所述中空圆台体的顶面至底面依次变小。

更进一步地，所述中空圆台体的内壁上设有用于与中空锚杆体的外壁螺纹连接的内螺纹。

更进一步地，所述中空圆台体采用聚酰胺制备，硬度为150~160 SH；所述外包橡胶圈采用三元乙丙橡胶或氯丁橡胶制备，硬度为40~65 SH。

本发明还提供一种采用上述的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞的施工方法，包括如下步骤：

S1、将中空圆台体与外包橡胶圈组合成所述具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞；

S2、将所述具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞代替常规止浆塞按正常施工要求安装于注浆锚杆上；

S3、施工锚杆钻孔，然后插入注浆锚杆，并实现端头锚固；

S4、从中空锚杆体的进浆端注浆，随着压力的升高，浆液从中空锚杆体的出浆端流出并进入锚杆孔；

S5、随着注浆量的增加，浆液沿锚杆孔从底部往顶部流动，锚杆孔内的空气从止浆塞的中空圆台体上的弧形凹槽与外包橡胶圈内壁之间围成的排气通道中排出；

S6、随着注浆量的进一步增加，浆液填充整个锚杆孔，并回流至止浆塞；

S7、止浆塞的外包橡胶圈在注浆压力作用下往中空圆台体的底面方向移动，受锚杆孔的限制，外包橡胶圈变形并与中空圆台体上的弧形凹槽紧密贴合，实现止浆稳压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明在止浆塞的中空圆台体的外壁上设弧形凹槽，弧形凹槽与外包橡胶圈形成排气通道，通过中空锚杆体注浆，随着注浆量的增加，锚杆孔内的空气可以通过排气通道顺利排出，从而实现止浆塞的排气功能；本发明通过将外包橡胶圈滑动套设于中空圆台体上，并设计中空圆台体底面的外径、外包橡胶圈的外径均与锚杆孔的直径相等，外包橡胶圈顶面的内径小于中空圆台体顶面的外径，当锚杆孔注满浆液时，浆液压力增加，外包橡胶圈在注浆压力的作用下由中空圆台体顶面至底面方向移动并变形与弧形凹槽的内壁紧密贴合封闭排气通道的顶端，从而实现止浆稳压功能；

（2）本发明的止浆塞通过中空圆台体外壁上的凸榫与外包橡胶圈内壁上的条形滑槽滑动配合，将外包橡胶圈嵌固在中空圆台体表面，使外包橡胶圈可以发生由中空圆台体顶面至底面方向的滑动，不能发生由中空圆台体底面至顶面方向的滑动，以防止外包橡胶圈脱落；

（3）本发明在既有锚杆总成的基础上将原有止浆塞替换为本发明提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞，不仅对既有锚杆总成的改造少、改造费用低，且改造后不改变锚杆原有施工工艺，还能够实现止浆塞同时具有排气与止浆稳压功能，有效提高锚杆孔的注浆密实度，进而提高锚杆的施工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为背景技术中提供的现有注浆锚杆总成图；

图2为本发明实施例提供的注浆锚杆的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞的中空圆台体的俯视图；

图4为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞的中空圆台体的立体图；

图5为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞的外包橡胶圈的俯视图；

图6为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞在图3中的Ⅰ-Ⅰ剖面处的示意图；

图7为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞在图3中的Ⅱ-Ⅱ剖面处的示意图；

图8为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞在图3中的 Ⅲ-Ⅲ剖面处的示意图；

图9为本发明实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞在注浆压力作用下时在图3中的Ⅰ-Ⅰ剖面处的示意图；

图中：1、止浆塞，11、中空圆台体，111、弧形凹槽，112、凸榫，113、内螺纹，12、外包橡胶圈，121、条形滑槽，2、中空锚杆体，3、垫板，4、螺母，5、涨壳式锚固件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图3-9所示，本实施例提供一种一种具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞1，包括外包橡胶圈12以及用于套设于中空锚杆体2上的中空圆台体11，所述外包橡胶圈12滑动套设于所述中空圆台体11上；所述中空圆台体11的外壁上设有弧形凹槽111，所述弧形凹槽111的两端分别延伸至所述中空圆台体11的顶面和底面，所述弧形凹槽111与所述外包橡胶圈12的内壁形成排气通道；所述中空圆台体11顶面的外径大于所述外包橡胶圈12顶面的内径，所述中空圆台体11底面的外径和所述外包橡胶圈12的外径均与锚杆孔的直径相等。本实施例通过在中空圆台体11的外壁上设弧形凹槽111与外包橡胶圈12围成排气通道，通过中空锚杆体2注浆，随着注浆量的增加，锚杆孔内的空气可以通过排气通道顺利排出，从而实现止浆塞1的排气功能；本实施例通过将外包橡胶圈12滑动套设于中空圆台体11上，并设计中空圆台体11底面在非弧形凹槽111处的外径、外包橡胶圈12的外径与锚杆孔的直径相等，外包橡胶圈12顶面的内径小于中空圆台体11顶面在非弧形凹槽111处的外径，当锚杆孔注满浆液时，浆液压力增加，外包橡胶圈12在注浆压力的作用下由中空圆台体11顶面至底面方向移动并变形与弧形凹槽111的内壁紧密贴合封闭排气通道的顶端，从而实现止浆稳压功能。

本实施例中，外包橡胶圈12呈中空圆柱状，其中空部呈圆台状，包裹在中空圆台体11上；弧形凹槽111的内壁呈规则的弧面，从而保证排气与稳压效果，且外包橡胶圈12顶面的内径略大于中空圆台体11顶面在弧形凹槽111剖面处的外径，以便于排气。

进一步地，所述中空圆台体11的外壁上还设有凸榫112，所述外包橡胶圈12的内壁上设有条形滑槽121，所述凸榫112安装于所述条形滑槽121内并与所述条形滑槽121轴向滑动配合。如图3-5和图7所示，本实施例在中空圆台体11外壁上设置凸榫112与外包橡胶圈12内壁上设置的条形滑槽121配合，将外包橡胶圈12嵌固在中空圆台体11表面，允许外包橡胶圈12发生由中空圆台体11顶面至底面方向的滑动，不允许外包橡胶圈12发生由中空圆台体11底面至顶面方向的滑动，以防止外包橡胶圈12脱落。

更进一步地，所述凸榫112设置于所述中空圆台体11外壁上的非弧形凹槽111处，为外包橡胶圈12提供嵌固作用，使外包橡胶圈12不会发生背向滑动而脱落。

更进一步地，所述凸榫112有多个，且多个所述凸榫112沿所述中空圆台体11的周向间隔布置；所述条形滑槽121与所述凸榫112一一对应。

更进一步地，所述弧形凹槽111有多个，且多个所述凸榫112与多个所述弧形凹槽111沿所述中空圆台体11的周向相间布置。如图3和图4所示，中空圆台体11的外壁上可以设置4个弧形凹槽111和4个凸榫112，凸榫112设置在非弧形凹槽111处并与弧形凹槽111相间布置，提高排气效果以及外包橡胶圈12与中空圆台体11的嵌固效果。

更进一步地，所述弧形凹槽111的深度由所述中空圆台体11的顶面至底面依次变浅，所述弧形凹槽111的曲率由所述中空圆台体11的顶面至底面依次变小。如图4所示，本实施例的弧形凹槽111深度与弧度宜采用上端深且曲率大，下端浅且曲率小，进一步提高排气与稳压效果。

更进一步地，所述中空圆台体11的内壁上设有用于与中空锚杆体2的外壁螺纹连接的内螺纹113。本实施例在中空圆台体11的内壁上设置内螺纹113，可以与中空锚杆体2的外螺纹配合，能够将止浆塞1稳定的固定在中空锚杆体2的末端。

本实施例中，中空圆台体11采用质地较硬的材质制作，优选地，所述中空圆台体11可以采用聚酰胺制备，硬度为150~160 SH；外包橡胶圈12采用橡胶制作，具有一定的变形能力，优选地，所述外包橡胶圈12可以采用三元乙丙橡胶或氯丁橡胶制备，硬度为40~65 SH。

本实施例中，中空圆台体11和外包橡胶圈12的具体尺寸与材料性能需要结合锚杆钻孔直径、锚杆体直径、需要的稳定注浆压力通过试验获得；在注浆稳压前，外包橡胶圈12与中空圆台体11的弧形凹槽111之间的排气通道保持张开，允许空气排出，当稳压时，在注浆压力下，外包橡胶圈12变形挤压弧形凹槽111，压密后阻止浆液流出，形成稳压。作为一种具体的实施方式，以φ25mm中空注浆锚杆为例，钻杆孔为φ50mm，中空锚杆体2与锚杆孔内壁之间的砂浆保护层厚度为12.5mm，此时，中空圆台体11的内直径可以为25mm，底面外径可以为50mm，顶面外径可以为35mm；止浆塞1的高度、中空圆台体11的高度、外包橡胶圈12的高度可以取40mm；则中空圆台体11顶面的壁厚可以取5mm，外包橡胶圈12顶面的壁厚可以取10mm，中空圆台体11顶面的壁厚（5mm）与外包橡胶圈12顶面的壁厚（10mm）之和大于砂浆保护层厚度（12.5mm），也即是中空圆台体11顶面的壁厚（5mm）与外包橡胶圈12顶面的壁厚（10mm）之和大于钻杆孔半径（25mm）与中空锚杆体2的半径（12.5mm）之差，使外包橡胶圈12在受到注浆压力的作用下由中空圆台体11顶面至底面方向移动时，受锚杆孔限制外包橡胶圈12会发生变形，并能够与弧形凹槽111的内壁紧密贴合封闭排气通道的进气端，从而保证止浆稳压效果。以上中空圆台体11的顶面和底面的外径指均是在非弧形凹槽111处的外径，中空圆台体11的顶面和底面的壁厚均是均是在非弧形凹槽111处的壁厚。

如图2-9所示，本实施例还提供一种采用上述的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞的施工方法，包括如下步骤：

S1、将中空圆台体11与外包橡胶圈12组合成所述具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞1；

S2、将所述具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞1代替常规止浆塞按正常施工要求安装于注浆锚杆上；如图2所示，中空锚杆体2的出浆端安装有涨壳式锚固件5，中空锚杆体2的进浆端依次安装有螺母4、垫板3和所述具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞1，且中空圆台体11套设于中空锚杆体2上，中空圆台体11的底面面向垫板3；

S3、施工锚杆钻孔，然后插入注浆锚杆，并实现端头锚固；

S4、从中空锚杆体2的进浆端注浆，随着压力的升高，浆液从中空锚杆体2的出浆端流出并进入锚杆孔；

S5、随着注浆量的增加，浆液沿锚杆孔从底部往顶部流动，锚杆孔内的空气从止浆塞1的中空圆台体11上的弧形凹槽111与外包橡胶圈12内壁之间形成的排气通道中排出；

S6、随着注浆量的进一步增加，浆液填充满整个锚杆孔，并回流至止浆塞1；

S7、锚杆孔满浆时，锚杆孔内形成注浆压力，止浆塞1的外包橡胶圈12在注浆压力作用下往中空圆台体11的底面方向移动并变形与中空圆台体11上的弧形凹槽111紧密贴合，将排气通道密封，实现止浆稳压；

S8、稳压达到设计规定时间后，停止注浆，拔除注浆管。

本实施例在既有锚杆总成的基础上将原有止浆塞替换为本实施例提供的具有排气稳压功能的注浆锚杆止浆塞1，不仅对既有锚杆总成的改造少、改造费用低，且改造后不改变锚杆原有施工工艺，还能够实现止浆塞同时具有排气与止浆稳压功能，有效提高锚杆孔的注浆密实度，进而提高锚杆的施工质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。