專利名稱：具有彈性膨脹套管的錨定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于開挖結(jié)構(gòu)壁(excavation wall)的支撐裝置，特別是一種錨栓，其錨頭具有彈性膨脹套管。
背景技術(shù)：
在礦井或其它類型的地下開挖工程中，巖石塌落通常是通過爆炸性負(fù)荷的爆破而引起的，隨后要進(jìn)行這樣一個開挖階段，即如此塌落的被移離作業(yè)現(xiàn)場。礦工隨后必須清理開挖結(jié)構(gòu)壁，也就是使那些趨向于脫離壁面的巖石塊脫落，例如利用剝離栓。之后，如此形成的井壁(隧道壁或室壁)，需要通過一項(xiàng)或多項(xiàng)支撐技術(shù)來確保安全。巖床的支撐對于礦工的安全以及礦井中的有效操作而言是至關(guān)重要的。
現(xiàn)有各種支撐技術(shù)，其中之一是使用錨栓來穩(wěn)定巖床。所謂的機(jī)械錨栓或“巖石錨栓”由于成本低并且安裝容易且快速，因而被最常使用。巖石錨栓包括細(xì)長的螺紋桿，也被稱作螺柱，其在遠(yuǎn)端安裝在大致圓柱形的膨脹包殼中。膨脹包殼包括圍繞著螺柱的若干細(xì)長的金屬葉片(通常為2或4個)，所有葉片在它們的一端彼此相連，并且它們的外表面被加工出齒形，從而形成糙化表面。與其它任何錨栓一樣，這種錨栓還設(shè)有承載板，其安裝在螺柱的近端。通過使螺柱沿給定方向相對于膨脹包殼，膨脹包殼的葉片會象開放的花一樣張開，因而膨脹包殼徑向加寬。
在進(jìn)行安裝這樣的錨栓之前，一個細(xì)長孔被垂直于巖床壁的表面鉆削出來，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定巖床。孔徑應(yīng)當(dāng)略大于圓柱形膨脹包殼，以確保錨栓容易嵌插在孔的底部。然后，工人需要利用例如轉(zhuǎn)軸式氣動工具旋轉(zhuǎn)螺柱。由于膨脹包殼摩擦抵接孔的內(nèi)表面而不能自由轉(zhuǎn)動，因此螺柱的旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生螺柱相對于膨脹包殼的相對轉(zhuǎn)動，這使得膨脹包殼張開并且確保其帶齒葉片牢固抓持孔壁。在膨脹包殼通過這種方式錨定在孔中后，位于螺柱近端的螺母需要抵靠著承載板擰緊，以將承載板推抵在開挖結(jié)構(gòu)壁上并且對錨栓加載。在錨栓被加載后，通過板施加在開挖結(jié)構(gòu)壁上的壓力以及膨脹包殼在孔內(nèi)施加的壓力二者的組合作用，可以確保巖床的穩(wěn)定。
這種巖石錨栓具有若干優(yōu)點(diǎn)。特別地講，這樣的巖石錨栓可以容易且快速地安裝，它們便宜，并且可以向開挖結(jié)構(gòu)壁提供主動的支撐，即它們在安裝之后立即起作用并且被加載。另一方面，它們具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即它們不能被用在所有環(huán)境下。特別地講，它們在用于斷裂或軟巖石時表現(xiàn)平平，并且它們對振動敏感，即在地下震動或相鄰爆破經(jīng)過之后，它們可能會失去載荷。另外，這種錨栓對剪切力的抵抗能力很小。事實(shí)上，如果孔的內(nèi)表面和包殼的帶齒葉片之間的剪切力太高，則孔的內(nèi)表面可能會崩碎，葉片的齒可能會從抓持著孔的內(nèi)表面的狀態(tài)松開。另外，當(dāng)它們損失了載荷后，由于膨脹包殼失去了對孔的內(nèi)表面的抓持能力，因此錨栓的有效性快速地從100％降低到0％。這可能是危險(xiǎn)的，這是由于每個錨栓被單獨(dú)地測試以檢查其是否仍處在加載狀態(tài)，已經(jīng)失去載荷的錨栓可能會被工人覺得仍起作用，但實(shí)際上其已經(jīng)沒有一點(diǎn)用了。還有其它類型的錨栓被經(jīng)常用于支撐地下開挖結(jié)構(gòu)壁，例如水泥固定錨栓。水泥固定錨栓主要包括帶齒栓，其被水泥包圍并且在其近端攜帶著承載板。安裝水泥固定錨栓通常起始于以與機(jī)械錨栓相同的方式鉆削細(xì)長孔，然后將稠糊狀水泥注射到孔中。在水泥被注射后，細(xì)長的帶齒栓被嵌插在孔中，直至承載板推抵在開挖結(jié)構(gòu)壁上。然后，通過巖床的收斂，這種錨栓被逐漸地被動加載。在這種收斂過程中(其中，由于在巖床中自然存在并且由于地下工程而被放大了的高壓力，開挖結(jié)構(gòu)壁趨向于自我閉合)，錨栓的承載板將負(fù)載轉(zhuǎn)移到錨拴上。水泥/巖石和水泥/螺柱接觸部位之間的摩擦，有助于穩(wěn)定裝有水泥固定錨栓的開挖結(jié)構(gòu)壁。
這種錨栓的張力抵抗能力很高，并且可以用于所有類型的巖石，即使是軟的或非常斷裂的巖石，這一點(diǎn)不同于機(jī)械錨栓。另外，這種比機(jī)械錨栓承受剪切力的能力高得多，并且在剪切力過大的情況下也不會損失所有載荷，這一點(diǎn)不同于機(jī)械錨栓。另一方面，安裝水泥固定錨栓要消耗大量時間并且是昂貴的，需要使用水泥泵，并且安裝環(huán)境臟亂而不受工人喜歡。另外，在豎直方向上安裝這樣的錨栓，例如在開挖工程的頂壁上，由于需要將水泥注射到豎直孔中，因此是高勞動強(qiáng)度型的。
其它錨定裝置也可以被用于支撐開挖結(jié)構(gòu)壁，例如樹脂錨桿，或是開縫式(Split Set)摩擦錨栓，這種摩擦錨栓包括開縫鋼管，鋼管被錘擊到鉆孔底部并且進(jìn)入開挖結(jié)構(gòu)壁。然而，所有這些錨栓都存在多個缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種錨定裝置，其用于穩(wěn)定開挖結(jié)構(gòu)壁，并且適于至少部分地嵌合在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中，所述錨定裝置包括-細(xì)長的支撐元件，其形成有用于嵌插在鉆孔中的遠(yuǎn)端以及與所述遠(yuǎn)端相反的近端；-承載元件，其靠近所述近端安裝在所述支撐元件上，用于承載在巖床的外表面上；-錨頭，其安裝在所述支撐元件上，并且用于嵌合在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔中，所述錨頭包括可撓曲的(彈性)膨脹元件，其安裝在所述支撐元件上，由彈性材料制成，并且適合于被撐張和徑向加寬；和驅(qū)動元件，其可移動地安裝在所述支撐元件上，所述驅(qū)動元件被安裝成相對于所述支撐元件和所述膨脹元件移動，并且可與所述膨脹元件接合，所述驅(qū)動元件適于向所述膨脹元件施加壓力；其中，為將所述錨頭在鉆孔位置錨定于開挖結(jié)構(gòu)壁中，所述驅(qū)動元件和所述膨脹元件彼此相對移動從而實(shí)現(xiàn)相互接觸，并且使得所述驅(qū)動元件向所述膨脹元件施加壓力以使所述膨脹元件的至少一部分產(chǎn)生徑向膨脹，從而所述膨脹元件的所述部分摩擦推抵于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出所述鉆孔的內(nèi)表面的一部分上。
在本發(fā)明的第一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述膨脹元件是圓柱形的彈性膨脹套管，其形成有第一端和第二端以及被所述支撐元件接合的內(nèi)腔。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述支撐元件是細(xì)長剛性桿，其形成有延伸于所述遠(yuǎn)端和近端之間的縱向軸線。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述細(xì)長剛性桿至少部分地設(shè)有螺紋，并且所述驅(qū)動元件形成有縱向內(nèi)腔，所述縱向內(nèi)腔的周壁也至少部分地設(shè)有螺紋并且螺紋嚙合所述桿，并且所述桿可繞所述縱向軸線轉(zhuǎn)動，以使所述驅(qū)動元件以螺紋運(yùn)動的方式沿著所述桿在軸向上實(shí)現(xiàn)移動，由此所述驅(qū)動元件相對于所述膨脹套管進(jìn)行相對移動。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述膨脹套管的所述內(nèi)腔靠近所述膨脹套管的所述第一端形成有第一口部，并且所述驅(qū)動元件包括插入元件，當(dāng)所述桿繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時，所述插入元件沿所述桿軸向移動，所述插入元件通過所述第一口部而至少部分地接合到所述膨脹套管的所述內(nèi)腔中，以至少靠近所述第一端向所述膨脹套管的所述內(nèi)腔的周面施加徑向向外壓力，從而至少靠近所述第一端使所述膨脹套管產(chǎn)生撐張和徑向膨脹。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述插入元件是插入楔體，其包括截頭圓錐部分，所述插入楔體通過所述第一口部而至少部分地接合到所述膨脹套管的內(nèi)腔中，以至少靠近所述第一端使所述膨脹套管產(chǎn)生膨脹和徑向撐張。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置還包括固定安裝在所述桿上的保持元件，當(dāng)所述插入楔體接合到所述內(nèi)腔的第一口部中時，所述膨脹套管的所述第二端推抵在所述固定的保持元件上，以徑向向外撐張所述膨脹套管。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述膨脹套管的所述內(nèi)腔形成有第二口部，其與所述第一口部相反并且靠近所述膨脹套管的所述第二端安置，所述保持元件包括第二插入楔體，其形成有第二截頭圓錐部分，當(dāng)所述插入楔體移向所述膨脹套管并將其推向所述第二插入楔體時，所述第二插入楔體接合到所述膨脹套管的所述內(nèi)腔的所述第二口部中。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置還包括固定安裝在所述桿上的保持元件，并且所述驅(qū)動元件是可沿所述桿移動的推進(jìn)元件，所述推進(jìn)元件適于抵靠著所述保持元件推壓所述膨脹套管，從而軸向擠壓所述膨脹套管并使其產(chǎn)生徑向膨脹。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置還包括被所述桿嵌插并且以軸向固定的方式保持在所述桿上的中空套筒，其形成有主體圓柱形部分和從所述主體圓柱形部分的一端徑向向外突出的環(huán)形后側(cè)止擋部，所述后側(cè)止擋部形成了所述保持元件，所述套筒的所述主體圓柱形部分接合所述膨脹套管的所述內(nèi)腔。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述推進(jìn)元件包括膨脹包殼，其具有第一端部，所述第一端部是環(huán)形且中空的，并且滑動接合所述套筒的所述主體圓柱形部分，從而將所述膨脹套管楔緊于所述膨脹套管的所述環(huán)形端部和所述套筒的所述后側(cè)止擋部之間，所述膨脹包殼還包括多個具有帶齒外表面的葉片，所述推進(jìn)元件還包括插入楔體，其以可螺紋運(yùn)動的方式安裝在所述螺紋桿上并且可朝向所述膨脹包殼移動，以接合在所述膨脹包殼的所述葉片之間并且迫使所述葉片張開，以使所述葉片作用于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出鉆孔的周面上，并且所述推進(jìn)元件沿著所述套筒的所述主體圓柱形部分抵靠著所述膨脹套管滑動推壓所述膨脹包殼的所述第一端部，以軸向擠壓所述膨脹套管并且由此使其徑向膨脹，從而作用于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出鉆孔的周面上。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述承載元件是承載板。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述桿設(shè)有至少兩個錨頭，以沿開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔增加錨定點(diǎn)數(shù)量，從而所述錨定裝置可以承受更高的負(fù)載。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，錨定裝置的特征在于，所述膨脹套管包括至少一個細(xì)長條形部，其牢固地緊固在所述膨脹套管的外表面上。
本發(fā)明還涉及一種錨定裝置，其用于穩(wěn)定巖床開挖結(jié)構(gòu)壁，并且適于至少部分地嵌合在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中，所述錨定裝置包括-直徑可調(diào)的管，其用于嵌合在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔中，并且其外表面適于向孔的內(nèi)表面施加徑向向外的壓力；-承載元件，其靠近所述管的近端安裝在所述管上，用于承載在開挖結(jié)構(gòu)壁的外表面上；-細(xì)長剛性桿，其形成有接合于所述管中的遠(yuǎn)端以及與所述遠(yuǎn)端相反的近端，所述桿形成有延伸在所述遠(yuǎn)端和近端之間的縱向軸線；-錨頭，其安裝在所述桿上并且接合于所述管中，所述錨頭包括可撓曲的(彈性)膨脹元件，其安裝在所述桿上，由彈性材料制成，并且適合于被撐張和徑向加寬；和驅(qū)動元件，其可移動地安裝在所述桿上，所述驅(qū)動元件被安裝成相對于所述剛性桿和所述膨脹元件移動，并且可與所述膨脹元件接合，所述驅(qū)動元件適于向所述膨脹元件施加壓力；為使所述錨定裝置到達(dá)操作狀態(tài)，需要將所述桿和所述錨頭接合于所述管中，所述管被預(yù)先嵌插在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔中，然后所述驅(qū)動元件和所述膨脹元件彼此相對移動從而相互接合，由此所述驅(qū)動元件向所述膨脹元件施加壓力，以使所述膨脹元件的至少一部分產(chǎn)生徑向膨脹，從而所述膨脹元件的所述部分向管的內(nèi)表面施加徑向壓力，以增加所述管的外表面施加在孔的內(nèi)表面上的壓力。
本發(fā)明還涉及一種錨頭，其適于安裝在剛性桿上，并且適于被錨定在鉆設(shè)于巖床開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中，所述錨頭包括-可撓曲的(彈性)膨脹元件，其用于安裝到桿上，由彈性材料制成，并且可被撐張和徑向加寬；-驅(qū)動元件，其可移動地安裝在所述桿上，所述驅(qū)動元件被安裝成相對于所述膨脹元件移動，并且可與所述膨脹元件接合，所述驅(qū)動元件適于向所述膨脹元件施加壓力；其中，為將所述錨頭在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔位置處錨定于巖床中，所述驅(qū)動元件和所述膨脹元件彼此相對移動從而實(shí)現(xiàn)相互接觸，由此使得所述驅(qū)動元件向所述膨脹元件施加壓力以使所述膨脹元件的至少一部分產(chǎn)生徑向膨脹，從而所述膨脹元件的所述部分摩擦推抵于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出鉆孔的內(nèi)周面上。
本發(fā)明還涉及一種使不穩(wěn)定巖床保持完整的方法，該巖床包括界定出出入井(access shaft)的不均勻外表面，所述方法包括以下步驟a)利用鉆機(jī)穿過所述外表面向巖床中鉆削至少一個細(xì)長空腔，巖床形成了界定出該鉆設(shè)的細(xì)長空腔的內(nèi)表面，并且所述外表面的一個環(huán)形部分開口于所述出入井；b)提供錨定裝置，所述錨定裝置包括剛性細(xì)長桿，其形成有安裝到所述細(xì)長空腔中的遠(yuǎn)端部分和從所述細(xì)長空腔向外伸出的近端部分，所述錨定裝置還包括安裝在所述桿上的彈性膨脹元件，所述膨脹元件可以處于第一未加載狀態(tài)，并且可被推壓到第二擠壓狀態(tài)以摩擦接合所述巖床的內(nèi)表面，所述錨定裝置還包括驅(qū)動元件，其靠近所述膨脹元件可移動地安裝在所述桿上，所述錨定裝置還包括位于所述桿的近端部分上的承載元件和張緊推壓裝置；c)使所述剛性桿的至少一部分從所述遠(yuǎn)端部分開始嵌插到所述細(xì)長空腔中，以使得安裝在所述桿上的所述彈性膨脹元件和所述驅(qū)動元件也嵌合于所述空腔中，而所述承載板和所述張緊推壓裝置位于所述空腔之外并且靠近巖床外表面的所述環(huán)形部分安置；d)沿所述桿移動所述可移動驅(qū)動元件，以使之接合所述彈性膨脹元件，從而將所述膨脹元件推壓到所述第二擠壓狀態(tài)；e)調(diào)節(jié)所述張緊推壓裝置，通過其而將所述承載元件摩擦接合在巖床外表面的所述環(huán)形部分上。
本發(fā)明還涉及一種錨定裝置，其用于不穩(wěn)定的巖床開挖結(jié)構(gòu)壁，該巖床包括界定出出入井的不均勻外表面，以及穿過該外表面鉆入巖床中的至少一個空腔，所述錨定裝置包括-細(xì)長剛性桿，其用于嵌插在該鉆設(shè)空腔中，所述桿包括適于安裝到該鉆設(shè)空腔中的遠(yuǎn)端部分和從該鉆設(shè)空腔向外伸出的近端部分；-彈性膨脹元件，其安裝在所述桿的所述遠(yuǎn)端部分的至少一部分上，所述彈性膨脹元件在第一未推壓狀態(tài)時不接合巖床內(nèi)表面，在被推壓到第二擠壓狀態(tài)時摩擦接合該巖床內(nèi)表面；-可移動驅(qū)動元件，其用于驅(qū)動所述膨脹元件，并且安裝在所述桿的所述遠(yuǎn)端部分上；-承載元件，其安裝在所述桿的所述近端部分上；-張緊推壓裝置，其安裝在所述桿的所述近端部分上，用于使所述承載元件摩擦接合巖床外表面的所述環(huán)形部分。


在本申請所包含的附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一個實(shí)施例的錨栓的分解透視圖；圖2是圖1所示錨栓的一種特定錨頭的放大透視圖；圖3a和3b是巖床的斷開的豎直剖視圖，顯示了圖1所示錨栓的剖視圖，并且解釋了錨栓向鉆設(shè)于巖床中的水平錨定孔中的安裝順序；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二個實(shí)施例錨栓的分解透視圖；圖5是圖4所示錨栓的一種特定錨頭的放大透視圖；圖6a和6b是類似于圖3a和3b的視圖，但顯示了圖4中的實(shí)施例的錨栓；圖6c示出了類似于圖6a和6b的視圖，但動態(tài)顯示了巖床膨脹過程中的錨栓；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第三個實(shí)施例的錨栓的分解透視圖；圖8是圖7所示錨栓的一種特定錨頭的放大透視圖；圖9是巖床的斷開的豎直剖視圖，顯示了安裝在開設(shè)于巖床中的孔中的圖7所示錨栓的剖視圖，并且顯示了其錨頭安裝在孔中時的工作位置；
圖10是類似于圖4的視圖，但顯示了一種根據(jù)本發(fā)明第四個實(shí)施例的錨栓中的多重錨頭，并且顯示了錨栓的多重錨頭處于工作位置；圖11是一種開縫式錨栓的透視圖；圖12是本發(fā)明第五個實(shí)施例的橫向剖視圖，其組合了開縫式錨栓和類似于圖1所示的彈性套管型錨栓，安裝在鉆設(shè)于巖床中的以豎直剖視圖顯示的孔中；圖13和14分別示出了現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹包殼型錨頭的放大后側(cè)透視圖和前側(cè)透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-12示出了本發(fā)明的錨定裝置的多個實(shí)施例。盡管這些錨定裝置可以被用于所有類型的要求支撐的壁，例如混凝土壁或懸崖壁，但為了便于閱讀，本說明書中只涉及將它們用于支撐巖石開挖結(jié)構(gòu)壁，例如在礦井中。
圖1-3b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的錨栓10。錨栓10包括剛性螺紋桿12，也稱作螺柱12，并且限定了遠(yuǎn)端12a和近端12b。螺柱12的長度可以是例如1/2至3米，這取決于例如錨栓10的用途。
錨頭14安裝在螺柱12上，例如靠近其遠(yuǎn)端12a。該錨頭14被構(gòu)造成適合嵌合于鉆設(shè)在開挖結(jié)構(gòu)壁中孔中。
錨頭14包括膨脹元件，其具有管狀的、細(xì)長圓柱形膨脹套管18，膨脹套管安裝在螺柱12上，從而其管狀內(nèi)腔18c的周面圍繞著螺柱12并且非常自由地與螺柱12接合，而不會包緊螺柱。
該錨頭14還包括兩個插入楔體活動插入楔體16和固定插入楔體20，二者在膨脹套管18的相反兩側(cè)安裝在螺柱12上。插入楔體16和20可以具有、也可以不具有相同長度。每個所述插入楔體16、20分別形成有一個大致圓柱形主體部分16a、20a，并且環(huán)形后側(cè)止擋部16b、20b從主體圓柱形部分16a、20a徑向向外、向后突出。另外，所述插入楔體16、20分別包括一個具有尖端形狀的截頭圓錐部分16c、20c，其從主體圓柱形部分16a、20a徑向、向前突出?；顒硬迦胄w16的截頭圓錐部分16c的末端指向膨脹套管18的內(nèi)腔18c的遠(yuǎn)端口部18a；類似地，固定插入楔體20的截頭圓錐部分20c的末端指向膨脹套管18的內(nèi)腔18c的近端口部18b。
插入楔體16、20的截頭圓錐部分16c、20c的自由端的直徑小于膨脹套管的圓柱形內(nèi)腔18c。另一方面，截頭圓錐部分16c、20c向著插入楔體的主體圓柱形部分16a、20a逐漸變寬，主體圓柱形部分的直徑大于內(nèi)腔18c。
每個所述插入楔體16、20是管狀的，并且形成有內(nèi)腔16d、20d?；顒硬迦胄w16的內(nèi)腔16d設(shè)有螺紋，并且活動插入楔體16通過螺紋安裝在螺柱12上；當(dāng)螺柱12繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時，該帶螺紋內(nèi)腔16d的螺紋與螺柱12的螺紋協(xié)作，以使活動插入楔體16相對于螺柱12軸向移動，如后面詳細(xì)解釋。關(guān)于固定插入楔體20的內(nèi)腔20d，其形成有周邊光滑無螺紋表面。該內(nèi)腔20d與螺柱12接合，且楔體20的后側(cè)止擋部20b抵接一個O形環(huán)22，該O形環(huán)通過兩個螺母24、24維持軸向固定，所述螺母擰在螺柱12上并且彼此抵靠著向?qū)Ψ綌Q緊。當(dāng)螺柱12繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)時，所述兩個螺母24、24與螺柱12一起旋轉(zhuǎn)，并因此而不沿螺柱12軸向移動。這樣，當(dāng)螺柱12繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)時，插入楔體20的后表面在O形環(huán)22上滑動，并且錨頭14不能向螺柱12的近端移動超出由所述彼此向?qū)Ψ綌Q緊的兩個螺母24、24形成的相對于螺柱12的軸向固定組件。
插入楔體16、20可被強(qiáng)制接合于膨脹套管18的內(nèi)腔18c中，以引起膨脹套管被撐展并因此而徑向膨脹。當(dāng)錨頭14的各個元件以下述方式安裝時，即膨脹套管18不被插入楔體16、20徑向撐展，此時稱作錨頭14待用位置(如顯示于圖3a)。當(dāng)套管18被插入楔體16、20徑向撐展時，此時稱作膨脹套管18的工作位置(圖3b)。
螺柱12靠近其近端12b設(shè)有一種傳統(tǒng)形式的承載板26，承載板中心被鉆孔并被螺柱12接合。當(dāng)錨栓10被安置在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中時，該板將抵靠在開挖結(jié)構(gòu)壁P的外表面上(圖3a-3b)以便對錨栓10加載。另外，一個O形環(huán)28和兩個螺母30、31在承載板26和螺柱近端12b之間安裝在螺柱12上。彼此緊靠著向?qū)Ψ綌Q緊的所述兩個螺母30、31形成相對于螺柱12的固定組件，即與螺柱12整體旋轉(zhuǎn)，以使得旋轉(zhuǎn)工具能夠抓持螺柱12的從開挖結(jié)構(gòu)壁向外伸出并且位于鉆孔外面的部分，并且將其繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。另外，所述螺母30、31用于將承載板26撐緊于開挖結(jié)構(gòu)壁上。
下面詳細(xì)描述錨栓10的安裝方法。在將錨栓安裝在開挖結(jié)構(gòu)壁上之前，開挖結(jié)構(gòu)壁應(yīng)當(dāng)被制備成能夠容納錨栓。首先，如前面在背景技術(shù)部分中所解釋，開挖結(jié)構(gòu)壁P必須清理掉所有可能趨向于脫落的不穩(wěn)定巖石塊。然后，細(xì)長孔T(圖3a-3b)必須鉆設(shè)于巖開挖結(jié)構(gòu)P的石壁中；作為示例，該孔可以利用巖石鉆進(jìn)行鉆削，巖石鉆可進(jìn)行組合的旋轉(zhuǎn)/沖擊運(yùn)動，并且設(shè)有推進(jìn)螺旋。該孔T優(yōu)選正交于開挖結(jié)構(gòu)壁的外表面S鉆設(shè)，并且其深度應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于螺栓長度；典型地，孔T應(yīng)當(dāng)鉆設(shè)得比螺柱長大約10厘米(4英寸)?？譚的直徑應(yīng)當(dāng)略大于當(dāng)錨頭14處于待用位置時即當(dāng)膨脹套管18沒有被插入楔體16、20徑向撐展時的膨脹套管18的直徑。
在該孔T被制作于開挖結(jié)構(gòu)壁中后，錨栓10可以被安裝在其中。在將靠近螺柱12的遠(yuǎn)端12a安置的錨頭14嵌插到孔T中之前，錨頭必須被預(yù)調(diào)節(jié)。其必須被調(diào)節(jié)成到達(dá)待用位置，如顯示于圖3a。在該待用位置，插入楔體16、20的截頭圓錐部分16c、20c必須部分地接合到膨脹套管18的內(nèi)腔18c中，從而這些截頭圓錐部分16c、20的外表面摩擦推抵膨脹套管18的內(nèi)腔18c的周壁，而膨脹套管不被插入楔體16、20徑向撐展。該調(diào)節(jié)可以這樣進(jìn)行，即手工旋擰活動插入楔體16從而使其移向膨脹套管的內(nèi)腔18c的遠(yuǎn)端口部18a，并且直到膨脹套管18被略微楔撐于所述兩個插入楔體16、20之間。
設(shè)有處于待用位置的錨頭14的螺柱12被隨后插入孔T中。當(dāng)處于待用位置的錨頭14嵌插于孔T中時，徑向小于孔T的膨脹套管18在重力作用下摩擦作用于孔T的下槽部上。這一點(diǎn)清楚地顯示于圖3a中的剖視圖中，其中套管18的下表面作用于孔T的空腔上。
然后，螺柱12必須沿給定方向繞其縱向軸線(如圖3a中的箭頭A所示)旋轉(zhuǎn)。適宜的旋轉(zhuǎn)工具(圖中未示出)用于實(shí)現(xiàn)螺柱的旋轉(zhuǎn)，例如可以使用先前在巖床中鉆削孔T的巖石鉆，但現(xiàn)在設(shè)有螺母插槽而非推進(jìn)螺旋。該旋轉(zhuǎn)工具的插槽必須卡合螺母30，并且所述工具必須被起動以向該螺母傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于螺母30被擰緊在相鄰螺母31上，因此螺母30的旋轉(zhuǎn)不會導(dǎo)致其在螺柱12上作螺紋運(yùn)動，而是通過旋轉(zhuǎn)工具的旋轉(zhuǎn)使得螺柱12繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)，同時螺母30也一起旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)螺柱12繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時，膨脹套管18由于摩擦抵接限定出鉆設(shè)于巖石中的孔的粗糙表面而不會旋轉(zhuǎn)，并且膨脹套管18摩擦接合圍繞孔T的巖石可導(dǎo)致膨脹套管自己避免與螺柱12一起旋轉(zhuǎn)。另外，活動插入楔體16摩擦抵接膨脹套管18，并且活動插入楔體16自身摩擦接合膨脹套管18可以限制活動插入楔體16，以防止其與螺柱12一起旋轉(zhuǎn)。通過這種方式，活動插入楔體16保持相對于膨脹套管18靜止并且相對于圍繞著設(shè)有螺柱12的孔T的巖石表面靜止，這使得螺柱12產(chǎn)生相對于活動插入楔體的相對轉(zhuǎn)動，并且由此產(chǎn)生插入楔體16(其內(nèi)腔16d設(shè)有螺紋)相對于螺柱12(其外表面設(shè)有螺紋)的螺紋運(yùn)動。
這樣，當(dāng)螺柱12插入孔T中并且錨頭14被調(diào)節(jié)到其待用位置時，通過沿給定方向轉(zhuǎn)動螺柱12，可以起動插入楔體16在螺柱12上的旋擰，并且因此而產(chǎn)生活動插入楔體16朝向膨脹套管18的軸向移動，如圖3a中的箭頭B所示。顯然，螺柱12的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)當(dāng)是這樣的，即基于其上形成的螺紋的定向，螺柱的轉(zhuǎn)動可產(chǎn)生插入楔體16朝向膨脹套管18的移動。通過該軸向移動，可以將膨脹套管18朝向固定插入楔體20推動(如圖3a中的箭頭C所示)，從而膨脹套管18至少部分地接合并圍繞著插入楔體20。另外，活動插入楔體16的軸向移動同時使得其逐漸接合到膨脹套管18的內(nèi)腔18c的口部18a中，直到其截頭圓錐部分16c和/或其主體圓柱形部分16a至少部分地接合于其中。
由于插入楔體16、20的主體圓柱形部分16a、20a的外徑大于膨脹套管18的內(nèi)腔18c的直徑，因此插入楔體16、20向膨脹套管18的內(nèi)腔18c中的這種接合將導(dǎo)致膨脹套管的至少一部分被撐張和徑向膨脹，并且錨頭轉(zhuǎn)變到工作位置，其中膨脹套管18牢固地作用于鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔T的內(nèi)表面，如顯示于圖3b。強(qiáng)摩擦力產(chǎn)生在膨脹套管18和擠壓它的巖石表面圍繞孔T之間，從而使得錨頭14被牢固錨定于巖石外接孔T中。
螺柱12的轉(zhuǎn)動應(yīng)當(dāng)持續(xù)進(jìn)行，直到轉(zhuǎn)動受阻，這是由于錨頭14徑向施加在鉆設(shè)于巖石中的孔的內(nèi)表面上的壓力所引起的摩擦力達(dá)到一個閾值而造成的。一旦達(dá)到該閾值，錨頭即被認(rèn)為錨定于巖床中。
在錨頭14向巖石中的錨定完成后，保持與開挖結(jié)構(gòu)壁P的表面S相隔的板26必須被作用于開挖結(jié)構(gòu)壁P的表面S上，并且必須通過將螺母31以及然后將螺母30朝向承載板持續(xù)旋擰而使板維持推壓開挖結(jié)構(gòu)壁的表面。在承載板26抵靠并撐緊在開挖結(jié)構(gòu)壁的表面上后，錨栓10就被加載并且可以發(fā)揮作用了，并且可以用來支撐開挖結(jié)構(gòu)壁P。
本發(fā)明的錨栓例如圖1-3b中的錨栓10公開了相對于傳統(tǒng)機(jī)械錨栓(也稱作巖石錨栓)例如圖13、14中所示錨栓的多個優(yōu)點(diǎn)。圖13、14中所示的錨栓410也在前面的背景技術(shù)部分中被描述過，其包括螺柱412和靠近螺柱412的遠(yuǎn)端安裝的膨脹包殼414。該膨脹包殼414包括四個葉片418，它們在端部418a彼此連接并且通過環(huán)422維持在一起。所述葉片圍繞著螺柱412，并且它們的外表面通過多個具有三角形橫截面的齒419而被粗糙化，如顯示于圖13和14。所述四個葉片418通過U形保持元件424而被維持在螺柱遠(yuǎn)端。一個錐形活動插入楔體416旋擰安裝在螺柱412的遠(yuǎn)端。通過將螺柱412沿給定方向相對于插入楔體416轉(zhuǎn)動，插入楔體將在旋擰動作的作用下沿著螺柱412朝向所述四個葉片418移動，并且可以接合在四個葉片418之間，以使它們張開。
當(dāng)錨栓410安裝在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)巖石壁中的孔中以便進(jìn)行支撐時，隨著當(dāng)螺柱相對于膨脹楔體轉(zhuǎn)動，膨脹包殼將張開，即所述四個葉片418被撐開并逐漸離開螺柱412，并且齒419施加壓力且抓持鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的周邊孔的內(nèi)表面?？拷葜?12的近端(未示出)安裝的傳統(tǒng)形式的承載板(未示出)被抵靠著開挖結(jié)構(gòu)壁的外表面旋緊，以加載錨栓410。
這種具有帶齒葉片的錨栓存在多個缺點(diǎn)。事實(shí)上，帶齒葉片418的抓持作用局限在界定鉆孔的巖石表面上，即只有齒419的末端離散地咬在孔的周面上，以將膨脹包殼錨接于此。另外，在裝有該錨栓的巖床振動時，例如考慮到相鄰的爆破或隨后有地下震動(由突然且不可預(yù)期的巖石膨脹所引起的自然現(xiàn)象)，這期間主要的剪切力出現(xiàn)在葉片418和界定鉆孔的巖石表面之間的界面處，該錨栓可能立即失去載荷，例如由于被齒419抓持的巖石部分?jǐn)嗔鸦蜃兊靡姿?。?dāng)這種錨栓被用于由軟或斷裂的巖石形成的開挖結(jié)構(gòu)壁時，對振動的敏感性更高，在這種情況下，即使很弱的振動也可能足以導(dǎo)致葉片將孔的周面弄碎或使之易碎，這使得錨栓失去負(fù)荷。出于這一原因，這些錨栓通常不能被用于由軟或斷裂巖石形成的開挖結(jié)構(gòu)壁。
本發(fā)明的具有彈性膨脹套管的錨栓適于解決這些問題，同時保持低成本和易安裝。事實(shí)上，當(dāng)其螺柱被轉(zhuǎn)動從而使得錨頭轉(zhuǎn)變到工作位置時，膨脹套管推壓界定鉆孔的巖石表面，并且由于膨脹套管由彈性可變性材料制成，因此膨脹套管的全部外周表面抵接孔的內(nèi)表面，從而變形并完美地匹配于相應(yīng)的不均勻表面。
這樣，錨頭向孔的內(nèi)表面的錨定是這樣實(shí)現(xiàn)的，即膨脹套管的全部外周被牢固地作用于該孔表面上，并且可以適配于明顯不均勻表面構(gòu)造，從而使錨頭和孔的內(nèi)表面之間的接觸面積及摩擦力最大化。這一特點(diǎn)相對于傳統(tǒng)機(jī)械錨栓是有益的，因?yàn)殄^定在孔中的傳統(tǒng)機(jī)械錨栓局限于以有限數(shù)量的齒咬合在孔表面上。另外，傳統(tǒng)機(jī)械錨栓的膨脹包殼不能適合于孔表面的不均勻表面構(gòu)造，并且在剪切力出現(xiàn)于膨脹包殼與巖石之間的界面處時容易進(jìn)一步使得巖石易碎。利用本發(fā)明的彈性膨脹套管式錨栓，弱振動可能導(dǎo)致彈性套管的變形，而不是導(dǎo)致孔表面易碎。這使得巖石，即使是軟或斷裂的巖石，也能夠在巖床振動情況下維持整體性。彈性套管的變形能力因此而使得錨栓保持其載荷，即使是剪切力出現(xiàn)在膨脹套管和孔的內(nèi)表面之間的界面處時。
本發(fā)明的替代性實(shí)施例也可以被構(gòu)想出來，例如圖4-6c所示的。在該實(shí)施例中，采用了類似于圖1-3b所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，并且利用圖1-3b所示實(shí)施例中的附圖標(biāo)記加上100表示相同元件(例如，錨栓在圖1-3b中以“10”表示，但在圖4-6c所示實(shí)施例中以“110”表示)。
圖4-6c示出了一種錨栓110，類似于圖1-3b中的錨栓10，但在某些特征上存在不同。首先，螺柱112，不是在其全長設(shè)有螺紋，而是在其兩個端部設(shè)有螺紋?？拷?12b的螺紋部分允許兩個螺母130、131擰在螺柱112上，并且靠近遠(yuǎn)端112a的另一螺紋部分允許活動插入楔體116擰上。另外，在圖1-3b所示實(shí)施例中由彼此向?qū)Ψ叫o的兩個螺母24、24組成的固定組件被替換為一個鋼管124，其壓緊并組合在螺柱112的中央無螺紋部分上。當(dāng)螺柱112繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時，管124可以與螺柱112一起旋轉(zhuǎn)。另外，膨脹套管118設(shè)有四個由軟質(zhì)彈性材料制成的細(xì)長條形部119，它們在膨脹套管118的外周表面上規(guī)則地相隔。這些條形部119可以例如短于膨脹套管118，并且安裝在面對著固定插入楔體120的膨脹套管118的端部上；或者，這些條形部可以具有與膨脹套管相同的長度。最后，活動插入楔體116可以僅包括主體圓柱形部分116a和截頭圓錐部分116c，不同于圖1-3b中的還包括后側(cè)止擋部16b的活動插入楔體16。
錨栓110的安裝方法類似于錨栓10。首先，錨頭114被手工調(diào)節(jié)，即旋擰插入楔體116以將膨脹套管118在兩個插入楔體116和120之間被略微楔入。之后，裝有錨頭114的螺柱112被嵌插到先前鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁P中的孔T中，條形部119輕微接合孔T的內(nèi)表面，如顯示于圖6a。然后，螺柱112繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動，如圖6a中的箭頭D所示。條形部119接合孔的內(nèi)表面，并且限制住膨脹套管118，從而在螺柱112進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時使得膨脹套管保持靜止?；顒硬迦胄w116摩擦推抵膨脹套管118還使得活動插入楔體116在螺柱112進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的情況下保持靜止。這樣，通過轉(zhuǎn)動螺柱112，螺柱112相對于插入楔體116轉(zhuǎn)動，這使得插入楔體116以螺紋運(yùn)動的方式朝向膨脹套管118移動，如圖6a中的箭頭E所示，并且逐漸接合到內(nèi)腔118c中，從而徑向撐展膨脹套管118以使其擠壓在孔T的內(nèi)表面上，如顯示于圖6b。
錨栓110能夠適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用，即使是在裝有其的巖床變形的情況下。所述變形的一個例子是巖床膨脹(或松動)，其中包含構(gòu)成巖床的巖石塊之間的相對移動，這會導(dǎo)致巖床體積膨脹。這樣，在巖床松動的情況下，開挖結(jié)構(gòu)壁趨向于膨脹和彼此朝向?qū)Ψ娇拷?，如圖6c中的箭頭H所示，并且裝有錨栓的孔T因此而具有延展的趨勢。巖床膨脹容易出現(xiàn)在相鄰爆破之間。
圖6c示出了錨栓110隨從于巖床膨脹的行為。當(dāng)巖床膨脹并且因此而使孔T延展時，承載板126被膨脹并且靠近的開挖結(jié)構(gòu)壁P的表面S推動，如圖6c中的箭頭F所示。承載板126帶著螺柱112，以將螺柱從孔T向外拉動，如箭頭G所示，并且由此而帶動旋擰在螺柱112上的插入楔體116。插入楔體116的這種朝向孔T外部的移動不會導(dǎo)致膨脹套管118移動，因?yàn)榕蛎浱坠鼙３肿饔糜诓⒗喂套コ衷诳譚的內(nèi)表面上。通過這種方式，當(dāng)巖床自己松動以及當(dāng)開挖結(jié)構(gòu)壁膨脹時，非常高的拉力通過承載板126傳遞到螺柱112上，插入楔體可能會在膨脹套管的內(nèi)腔118c中強(qiáng)制接合并滑動，而非引起錨栓負(fù)載損失。換言之，不同于圖1-3b所示實(shí)施例中的插入楔體16，插入楔體116沒有設(shè)置后側(cè)止擋部，以使得其可以在膨脹套管的內(nèi)腔118c內(nèi)部或沿著內(nèi)腔滑動，如顯示于圖6c，并且當(dāng)插入楔體116處在內(nèi)腔中時會將膨脹套管118徑向撐張和持續(xù)擠壓在孔表面上。由于插入楔體116沒有后側(cè)止擋部，因此可以沿著膨脹套管的內(nèi)腔118c滑動，這使得錨栓110適合于一定長度的孔T，并且即使是在巖床膨脹的情況下也能保持載荷。
這一點(diǎn)同當(dāng)前機(jī)械錨栓相比具有顯著改進(jìn)。由于傳統(tǒng)機(jī)械錨栓不具有任何適應(yīng)于巖床膨脹的措施，因此巖床膨脹通常會導(dǎo)致界定孔的巖石表面在與帶齒葉片相接觸的位置上崩碎，或者，如果錨頭沒有從圍繞孔的巖石表面上松開，則施加在承載板上的過大推壓力將導(dǎo)致其破損。
本發(fā)明的另一實(shí)施例顯示于圖7-9中。在這些圖中，類似于圖1-3b所示實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)被以相同的附圖標(biāo)記加上200表示。例如，錨栓在圖1-3b中以“10”表示，但在圖7-9所示實(shí)施例中以“210”表示。
在本實(shí)施例中，螺柱212在其全長設(shè)有螺紋，并且靠近其遠(yuǎn)端212a設(shè)有錨頭214。該錨頭214包括由彼此朝向?qū)Ψ叫龜Q并撐緊的兩個螺母224形成的組件，其與螺柱212一起轉(zhuǎn)動。另外，中空的套筒221具有光滑并且不帶螺紋內(nèi)腔221c，套筒安裝在螺柱112上，并且其后表面抵接O形環(huán)222，該O形環(huán)又抵接所述兩個彼此向?qū)Ψ叫o的螺母224。套筒221整體形成有主體圓柱形部分221a以及位于主體圓柱形部分221a一端的徑向加大的環(huán)形后側(cè)止擋部221b。膨脹套管218的內(nèi)腔218c的直徑對應(yīng)于套管221的主體圓柱形部分221a的外徑，膨脹套管圍繞著套筒221的主體圓柱形部分221a安裝；膨脹套管218短于套筒的主體圓柱形部分221a。另外，錨頭214包括膨脹包殼217。該膨脹包殼217的一部分限定出中空環(huán)形基座217a，其上整體連接著四個具有外部帶齒表面的葉片217b。中空環(huán)形部分217a的直徑對應(yīng)于套筒的圓柱形部分221a的外表面，并且中空環(huán)形部分217a軸向滑動接合并且裝配在套筒的圓柱形部分221a上。另外，截頭圓錐形的插入楔體216擰在螺柱212上，并可接合在四個葉片217b之間。圖7示出了插入楔體216形成有四個平坦部分216a，每個平坦部分的前部對準(zhǔn)一個相應(yīng)的葉片217b。
下面詳細(xì)描述錨栓210的安裝方法。首先，錨頭214必須被調(diào)節(jié)，從而使插入楔體216嵌插在膨脹包殼的四個葉片217b之間，然而不需要插入楔體216向葉片217b施加壓力并使它們張開。錨頭215的這種配置顯示于圖8中。然后，設(shè)有錨頭214的螺柱212插入形成于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中。螺柱212隨后沿給定方向轉(zhuǎn)動，并且由于膨脹包殼的葉片217b摩擦抵靠著孔的內(nèi)表面而且葉片217b接合插入楔體216的平坦部分216a，因此可以防止膨脹包殼與螺柱212一起旋轉(zhuǎn)，螺柱212產(chǎn)生相對于插入楔體的相對運(yùn)動，其中插入楔體216產(chǎn)生朝向膨脹包殼的旋擰移動。插入楔體216朝向膨脹包殼217軸向移動將導(dǎo)致葉片217b徑向張開，葉片的外表面因此而擠壓并抓持孔T的表面。同時，插入楔體216朝向膨脹包殼217移動可將后者推向膨脹套管218，并且膨脹包殼的中空環(huán)形部分217a沿著套筒的圓柱形部分221a滑動并且軸向擠壓膨脹套管218。膨脹套管218被膨脹包殼217持續(xù)軸向擠壓將導(dǎo)致膨脹套管218徑向膨脹，從而逐漸形成弧形。膨脹套管218因此而徑向加寬，從而擠壓在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁P中的孔的內(nèi)表面上，如顯示于圖9。
如此擠壓的膨脹套管218具有兩個用途。第一，由于其保持牢固抵接在界定孔的巖石表面上，加上其張開的帶齒葉片咬合在該孔的內(nèi)表面上，這使得可以在錨頭214和孔表面之間產(chǎn)生摩擦力，以使錨頭214牢固地錨定于巖床中。另外，膨脹套管由彈性材料制成，并且因此而具有在變形后返回其初始形狀的趨勢，膨脹套管象是一個彈簧作用在膨脹包殼217上。事實(shí)上，當(dāng)軸向擠壓時，膨脹套管推壓在膨脹包殼的中空環(huán)形部分217a上，并且如果振動或強(qiáng)剪切力導(dǎo)致巖石在帶齒葉片217b和孔表面之間的界面處被帶齒葉片崩碎(如前所述，孔的內(nèi)表面的巖石崩碎是膨脹包殼錨栓的常見問題)，則彈性膨脹套管218可以略微膨脹并且將膨脹包殼217進(jìn)一步推向膨脹楔體216，而膨脹楔體保持靜止，這使得葉片217b增大它們朝向孔的內(nèi)周表面張開的程度，并且使它們的外部帶齒表面重新抓持在該孔的內(nèi)表面上。
還可以構(gòu)想出本發(fā)明的另一實(shí)施例，如顯示于圖10。該實(shí)施例的錨栓510包括螺柱512，其上安裝著多個錨頭514。該實(shí)施例的錨栓510的優(yōu)點(diǎn)是沿著孔具有多個在巖石上的錨定點(diǎn)，并且因此而可以承受更大的負(fù)載。
還可以構(gòu)想出本發(fā)明的另一實(shí)施例，如顯示于圖11和12。該實(shí)施例的錨定裝置310使用了通常稱作開縫式的錨栓，其包括鋼管311，鋼管形成有近端311a和遠(yuǎn)端311b以及沿其全長延伸的狹縫311e。管311的近端311a呈喇叭口狀張開并且在其內(nèi)形成有唇緣311c，由此可以保持一個環(huán)311d。環(huán)311d又適合于保持承載板326，承載板在其中心被鉆孔并且與管311接合。由圖11還應(yīng)指出，管311的遠(yuǎn)端部分略微變細(xì)，并且其直徑小于管的中央部分。
開縫式管，例如圖11所示的管311，可以被單獨(dú)使用以支撐壁。它的安裝首先包括鉆孔，孔的直徑小于管的中央部分。然后，管311的較短的遠(yuǎn)端部分嵌插到孔中，并且管311通過其近端311a而被錘入，從而將管逐漸接合到鉆孔中。利用鉆孔時使用的沖擊/旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的沖擊功能，可以將管311插入孔中。由于管311的中央部分的直徑大于孔，因此其接合在孔中可以壓緊管，狹縫311e逐漸自我閉合，從而管直徑可以自適應(yīng)于孔直徑，以便接合到其中。管311被插入孔中，直到承載板326牢固推抵在開挖結(jié)構(gòu)壁的外表面上。
因變形而徑向縮減尺寸從而可以接合在孔中的管311的彈性能力使之可以用作彈簧，以持續(xù)地將管偏壓向初始未變形形狀。這使得管311的外表面可以將徑向向外壓力施加到孔的內(nèi)表面，通過這種方式在管的外表面和孔的內(nèi)表面之間產(chǎn)生摩擦力，從而將管牢固地錨接在孔中。
當(dāng)管311安裝在開挖結(jié)構(gòu)壁中時，具有適應(yīng)于巖床膨脹的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，如果巖床膨脹，則開挖結(jié)構(gòu)壁具有自我閉合的趨勢，鉆孔具有延長的趨勢，管可以被承載板326帶動，承載板又被逐漸閉合的壁帶動，并且管可以相對于孔滑動。然而，該錨栓不能承受很強(qiáng)的負(fù)載。
本發(fā)明構(gòu)想出使用開縫式錨栓與如前所述彈性膨脹套管錨栓的實(shí)施例之一相組合。通過將錨栓310嵌插在管311中(錨栓310類似于圖1-3b中的錨栓10，但沒有承載板)，在管311被嵌插在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中后，通過轉(zhuǎn)動螺柱312以使得錨頭314到達(dá)工作位置，彈性膨脹套管318徑向擠壓管311的內(nèi)表面，并且進(jìn)一步將鋼管311推壓在孔的內(nèi)表面上。其結(jié)果是，可以完全發(fā)揮開縫管的彈簧作用，并且增大管311的外表面和界定鉆孔的巖石內(nèi)表面之間的摩擦力，因此而使得管311/錨栓310的組件同單獨(dú)使用開縫式鋼管311時相比承受更強(qiáng)的負(fù)載。
本發(fā)明的錨栓的另一實(shí)施例(未示出)可以包括螺柱，其近端固定地緊固在承載板上，以及錨頭，其具有安裝在套筒(類似于圖7中的套筒221)上的膨脹套管，套筒形成有主體圓柱形部分和后側(cè)止擋部。另外，錨頭包括推進(jìn)元件，推進(jìn)元件形成有旋擰在螺柱上的第一中空螺紋部分，以及第二中空部分，其形成有無螺紋內(nèi)腔并且滑動接合套筒的圓柱形部分，以使得膨脹套管安置在該第二部分和套筒的后側(cè)止擋部之間。通過旋轉(zhuǎn)螺柱，該推進(jìn)元件可以沿著螺柱旋擰而實(shí)現(xiàn)移動，以使得推進(jìn)元件將膨脹套管軸向擠壓在套筒的后側(cè)止擋部上。通過軸向擠壓膨脹套管，其將發(fā)生徑向膨脹并且呈現(xiàn)為弧形(如顯示于圖9)，并且牢固地作用于界定孔的表面上，從而將錨頭錨定在巖石中。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例(未示出)中，前面公開的實(shí)施例中的螺柱可以被更換為適宜的支撐元件。例如，不是安裝在沿鉆孔全長延伸的細(xì)長螺柱上，彈性膨脹套管錨頭可以包括螺栓，螺栓上安裝著膨脹套管以及驅(qū)動元件(插入楔體、套筒等)，并且驅(qū)動元件可以相對于螺栓移動，以將壓力施加到膨脹套管上，并使錨頭轉(zhuǎn)變到工作位置。在這種情況下，支撐元件可以是結(jié)實(shí)的金屬纜線，其用于將錨頭連接到可以推抵開挖結(jié)構(gòu)壁的外表面的抵接元件，例如承載板。所述纜線可以牢固地張緊在錨定于巖床中的錨頭和承載板之間，以確保支撐開挖結(jié)構(gòu)壁。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以構(gòu)想出錨栓的與這里揭示的實(shí)施例不同的其它實(shí)施例。為了清楚地閱讀，沒有描述所有實(shí)施例，但可以理解，它們都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種錨定裝置，其用于穩(wěn)定開挖結(jié)構(gòu)壁，并且適于至少部分地嵌合在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中，所述錨定裝置包括-細(xì)長的支撐元件，其形成有用于嵌插在鉆孔中的遠(yuǎn)端以及與所述遠(yuǎn)端相反的近端；-承載元件，其靠近所述近端安裝在所述支撐元件上，用于承載在巖床的外表面上；-錨頭，其安裝在所述支撐元件上，并且用于嵌合在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔中，所述錨頭包括■可撓曲的膨脹元件，其安裝在所述支撐元件上，由彈性材料制成，并且適合于被撐張和徑向加寬；■驅(qū)動元件，其可移動地安裝在所述支撐元件上，所述驅(qū)動元件被安裝成相對于所述支撐元件和所述膨脹元件移動，并且可與所述膨脹元件接合，所述驅(qū)動元件適于向所述膨脹元件施加壓力；其中，為將所述錨頭在鉆孔位置錨定于開挖結(jié)構(gòu)壁中，所述驅(qū)動元件和所述膨脹元件彼此相對移動從而實(shí)現(xiàn)相互接觸，并且使得所述驅(qū)動元件向所述膨脹元件施加壓力以使所述膨脹元件的至少一部分產(chǎn)生徑向膨脹，從而所述膨脹元件的所述部分摩擦推抵于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出所述鉆孔的內(nèi)表面的一部分上。
2.如權(quán)利要求1所述的錨定裝置，其特征在于，所述膨脹元件是圓柱形的彈性膨脹套管，其形成有第一端和第二端以及被所述支撐元件接合的內(nèi)腔。
3.如權(quán)利要求2所述的錨定裝置，其特征在于，所述支撐元件是細(xì)長剛性桿，其形成有延伸于所述遠(yuǎn)端和近端之間的縱向軸線。
4.如權(quán)利要求3所述的錨定裝置，其特征在于，所述細(xì)長剛性桿至少部分地設(shè)有螺紋，并且所述驅(qū)動元件形成有縱向內(nèi)腔，所述縱向內(nèi)腔的周壁也至少部分地設(shè)有螺紋并且螺紋嚙合所述桿，并且所述桿可繞所述縱向軸線轉(zhuǎn)動，以使所述驅(qū)動元件以螺紋運(yùn)動的方式沿著所述桿在軸向上實(shí)現(xiàn)移動，由此所述驅(qū)動元件相對于所述膨脹套管進(jìn)行相對移動。
5.如權(quán)利要求4所述的錨定裝置，其特征在于，所述膨脹套管的所述內(nèi)腔靠近所述膨脹套管的所述第一端形成有第一口部，并且所述驅(qū)動元件包括插入元件，當(dāng)所述桿繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時，所述插入元件沿所述桿軸向移動，所述插入元件通過所述第一口部而至少部分地接合到所述膨脹套管的所述內(nèi)腔中，以至少靠近所述第一端向所述膨脹套管的所述內(nèi)腔的周面施加徑向向外壓力，從而至少靠近所述第一端使所述膨脹套管產(chǎn)生撐張和徑向膨脹。
6.如權(quán)利要求5所述的錨定裝置，其特征在于，所述插入元件是插入楔體，其包括截頭圓錐部分，所述插入楔體通過所述第一口部而至少部分地接合到所述膨脹套管的內(nèi)腔中，以至少靠近所述第一端使所述膨脹套管產(chǎn)生膨脹和徑向撐張。
7.如權(quán)利要求6所述的錨定裝置，其特征在于，還包括固定安裝在所述桿上的保持元件，當(dāng)所述插入楔體接合到所述內(nèi)腔的第一口部中時，所述膨脹套管的所述第二端推抵在所述固定的保持元件上，以徑向向外撐張所述膨脹套管。
8.如權(quán)利要求7所述的錨定裝置，其特征在于，所述膨脹套管的所述內(nèi)腔形成有第二口部，其與所述第一口部相反并且靠近所述膨脹套管的所述第二端安置，所述保持元件包括第二插入楔體，其形成有第二截頭圓錐部分，當(dāng)所述插入楔體移向所述膨脹套管并將其推向所述第二插入楔體時，所述第二插入楔體接合到所述膨脹套管的所述內(nèi)腔的所述第二口部中。
9.如權(quán)利要求4所述的錨定裝置，其特征在于，還包括固定安裝在所述桿上的保持元件，并且所述驅(qū)動元件是可沿所述桿移動的推進(jìn)元件，所述推進(jìn)元件適于抵靠著所述保持元件推壓所述膨脹套管，從而軸向擠壓所述膨脹套管并使其產(chǎn)生徑向膨脹。
10.如權(quán)利要求9所述的錨定裝置，其特征在于，還包括被所述桿嵌插并且以軸向固定的方式保持在所述桿上的中空套筒，其形成有主體圓柱形部分和從所述主體圓柱形部分的一端徑向向外突出的環(huán)形后側(cè)止擋部，所述后側(cè)止擋部形成了所述保持元件，所述套筒的所述主體圓柱形部分接合所述膨脹套管的所述內(nèi)腔。
11.如權(quán)利要求10所述的錨定裝置，其特征在于，所述推進(jìn)元件包括膨脹包殼，其具有第一端部，所述第一端部是環(huán)形且中空的，并且滑動接合所述套筒的所述主體圓柱形部分，從而將所述膨脹套管楔緊于所述膨脹套管的所述環(huán)形端部和所述套筒的所述后側(cè)止擋部之間，所述膨脹包殼還包括多個具有帶齒外表面的葉片，所述推進(jìn)元件還包括插入楔體，其以可螺紋運(yùn)動的方式安裝在所述螺紋桿上并且可朝向所述膨脹包殼移動，以接合在所述膨脹包殼的所述葉片之間并且迫使所述葉片張開，以使所述葉片作用于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出鉆孔的周面上，并且所述推進(jìn)元件沿著所述套筒的所述主體圓柱形部分抵靠著所述膨脹套管滑動推壓所述膨脹包殼的所述第一端部，以軸向擠壓所述膨脹套管并且由此使其徑向膨脹，從而作用于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出鉆孔的周面上。
12.如權(quán)利要求1所述的錨定裝置，其特征在于，所述承載元件是承載板。
13.如權(quán)利要求1所述的錨定裝置，其特征在于，所述桿設(shè)有至少兩個錨頭，以沿開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔增加錨定點(diǎn)數(shù)量，從而所述錨定裝置可以承受更高的負(fù)載。
14.如權(quán)利要求1所述的錨定裝置，其特征在于，所述膨脹套管包括至少一個細(xì)長條形部，其牢固地緊固在所述膨脹套管的外表面上。
15.一種錨定裝置，其用于穩(wěn)定巖床開挖結(jié)構(gòu)壁，并且適于至少部分地嵌合在鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中，所述錨定裝置包括-直徑可調(diào)的管，其用于嵌合在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔中，并且其外表面適于向孔的內(nèi)表面施加徑向向外的壓力；-承載元件，其靠近所述管的近端安裝在所述管上，用于承載在開挖結(jié)構(gòu)壁的外表面上；-細(xì)長剛性桿，其形成有接合于所述管中的遠(yuǎn)端以及與所述遠(yuǎn)端相反的近端，所述桿形成有延伸在所述遠(yuǎn)端和近端之間的縱向軸線；-錨頭，其安裝在所述桿上并且接合于所述管中，所述錨頭包括■可撓曲的膨脹元件，其安裝在所述桿上，由彈性材料制成，并且適合于被撐張和徑向加寬；■驅(qū)動元件，其可移動地安裝在所述桿上，所述驅(qū)動元件被安裝成相對于所述剛性桿和所述膨脹元件移動，并且可與所述膨脹元件接合，所述驅(qū)動元件適于向所述膨脹元件施加壓力；■為使所述錨定裝置到達(dá)操作狀態(tài)，需要將所述桿和所述錨頭接合于所述管中，所述管被預(yù)先嵌插在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔中，然后所述驅(qū)動元件和所述膨脹元件彼此相對移動從而相互接合，由此所述驅(qū)動元件向所述膨脹元件施加壓力，以使所述膨脹元件的至少一部分產(chǎn)生徑向膨脹，從而所述膨脹元件的所述部分向管的內(nèi)表面施加徑向壓力，以增加所述管的外表面施加在孔的內(nèi)表面上的壓力。
16.一種錨頭，其適于安裝在剛性桿上，并且適于被錨定在鉆設(shè)于巖床開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中，所述錨頭包括-可撓曲的膨脹元件，其用于安裝到桿上，由彈性材料制成，并且可被撐張和徑向加寬；-驅(qū)動元件，其可移動地安裝在所述桿上，所述驅(qū)動元件被安裝成相對于所述膨脹元件移動，并且可與所述膨脹元件接合，所述驅(qū)動元件適于向所述膨脹元件施加壓力；其中，為將所述錨頭在開挖結(jié)構(gòu)壁中的鉆孔位置處錨定于巖床中，所述驅(qū)動元件和所述膨脹元件彼此相對移動從而實(shí)現(xiàn)相互接觸，由此使得所述驅(qū)動元件向所述膨脹元件施加壓力以使所述膨脹元件的至少一部分產(chǎn)生徑向膨脹，從而所述膨脹元件的所述部分摩擦推抵于在開挖結(jié)構(gòu)壁中界定出鉆孔的內(nèi)周面上。
17.一種使不穩(wěn)定巖床保持完整的方法，該巖床包括界定出出入井的不均勻外表面，所述方法包括以下步驟a)利用鉆機(jī)穿過所述外表面向巖床中鉆削至少一個細(xì)長空腔，巖床形成了界定出該鉆設(shè)的細(xì)長空腔的內(nèi)表面，并且所述外表面的一個環(huán)形部分開口于所述出入井；b)提供錨定裝置，所述錨定裝置包括剛性細(xì)長桿，其形成有安裝到所述細(xì)長空腔中的遠(yuǎn)端部分和從所述細(xì)長空腔向外伸出的近端部分，所述錨定裝置還包括安裝在所述桿上的彈性膨脹元件，所述膨脹元件可以處于第一未加載狀態(tài)，并且可被推壓到第二擠壓狀態(tài)以摩擦接合所述巖床的內(nèi)表面，所述錨定裝置還包括驅(qū)動元件，其靠近所述膨脹元件可移動地安裝在所述桿上，所述錨定裝置還包括位于所述桿的近端部分上的承載元件和張緊推壓裝置；c)使所述剛性桿的至少一部分從所述遠(yuǎn)端部分開始嵌插到所述細(xì)長空腔中，以使得安裝在所述桿上的所述彈性膨脹元件和所述驅(qū)動元件也嵌合于所述空腔中，而所述承載板和所述張緊推壓裝置不進(jìn)入所述空腔并且靠近巖床外表面的所述環(huán)形部分安置；d)沿所述桿移動所述可移動驅(qū)動元件，以使之接合所述彈性膨脹元件，從而將所述膨脹元件推壓到所述第二擠壓狀態(tài)；e)調(diào)節(jié)所述張緊推壓裝置，通過其而將所述承載元件摩擦接合在巖床外表面的所述環(huán)形部分上。
18.一種錨定裝置，其用于不穩(wěn)定的巖床開挖結(jié)構(gòu)壁，該巖床包括界定出出入井的不均勻外表面，以及穿過該外表面鉆入巖床中的至少一個空腔，所述錨定裝置包括-細(xì)長剛性桿，其用于嵌插在該鉆設(shè)空腔中，所述桿包括適于安裝到該鉆設(shè)空腔中的遠(yuǎn)端部分和從該鉆設(shè)空腔向外伸出的近端部分；-彈性膨脹元件，其安裝在所述桿的所述遠(yuǎn)端部分的至少一部分上，所述彈性膨脹元件在第一未推壓狀態(tài)時不接合巖床內(nèi)表面，在被推壓到第二擠壓狀態(tài)時摩擦接合該巖床內(nèi)表面；-可移動驅(qū)動元件，其用于驅(qū)動所述膨脹元件，并且安裝在所述桿的所述遠(yuǎn)端部分上；-承載元件，其安裝在所述桿的所述近端部分上；-張緊推壓裝置，其安裝在所述桿的所述近端部分上，用于使所述承載元件摩擦接合巖床外表面的所述環(huán)形部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及錨定裝置，用于穩(wěn)定開挖結(jié)構(gòu)壁并且插入鉆設(shè)于開挖結(jié)構(gòu)壁中的孔中。錨定裝置包括形成有插入孔中的遠(yuǎn)端和相反近端的剛性細(xì)長桿、靠近近端安裝在桿上且支靠在巖石壁外表面上的支撐元件、安裝在桿上并且插入孔中的錨頭。錨頭包括安裝在桿上的彈性可膨脹元件，其由塑料制成并且可徑向膨脹和撐張，及驅(qū)動元件，其可移動地安裝在桿上，可相對于桿和可膨脹元件移動，并能接觸可膨脹元件以向其施加壓力。為將錨頭在孔處錨定于開挖結(jié)構(gòu)壁中，驅(qū)動元件和可膨脹元件彼此相對移動例如相互接觸，驅(qū)動元件向可膨脹元件施加壓力，以使其至少一部分徑向膨脹，從而可膨脹元件的所述部分摩擦接觸在開挖結(jié)構(gòu)壁中限定出孔的內(nèi)表面的一部分。
文檔編號E21D20/00GK1898456SQ200480038994
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者馬塞蘭·布呂諾 申請人:阿特拉斯·科普柯·馬伊有限公司