本發(fā)明涉及深埋水工隧洞巖體支護領(lǐng)域，特別涉及一種快速提升中空注漿錨桿漲殼錨頭初始錨固力改進裝置及方法。

背景技術(shù)：

在深埋水工隧洞使用TBM進行掘進施工時，為滿足快速掘進的目的，隧洞掘進掌子面后方前50～100m不注漿，滯后注漿。在本段區(qū)間錨桿支護主要由漲殼錨頭承載受力，并且這種受力主要由漲殼錨頭與孔壁巖層機械摩擦咬合受力。巖體爆破施工(發(fā)生巖爆)時，對圍巖產(chǎn)生沖擊擾動，引起了錨桿的錨固頭與圍巖之間的摩擦受力效果減弱，從而導(dǎo)致了漲殼錨頭受力失效，支護破壞。

滯后注漿支護的錨桿支護區(qū)域較少發(fā)生巖爆，主要是因為錨桿支護已經(jīng)采用全長注漿粘結(jié)方式。柔性粘結(jié)支護效果要優(yōu)于機械摩擦式支護，同時可以得出較好的支護狀態(tài)，在受到巖爆沖擊時，柔性粘結(jié)支護使得桿體與巖層之間的完整一體性更好，不容易發(fā)生失效，而僅僅依靠漲殼錨頭承載提供機械摩擦式受力(初錨力最大值不超過150KN)，同時接觸面積小，受到?jīng)_擊振動時由于是剛性摩擦受力狀態(tài)，容易導(dǎo)致摩擦受力效果減弱乃至失效。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，一大批大埋深、高應(yīng)力水工隧洞等地下工程相繼上馬，出現(xiàn)了大量的巖爆災(zāi)害亟待解決。中空注漿錨桿作為巖體支護材料，能夠有效抵御抗隧洞圍巖巖爆沖擊能力。但是，部分巖體爆破施工(發(fā)生巖爆)時，對圍巖產(chǎn)生沖擊擾動，引起了錨桿的錨固頭與圍巖之間的摩擦受力效果減弱，從而導(dǎo)致了漲殼錨頭受力失效，支護失敗。柔性粘結(jié)支護效果要優(yōu)于機械摩擦式支護，在受到巖爆沖擊時，柔性粘結(jié)支護使得桿體與巖層之間的完整一體性更好，不容易發(fā)生失效。因此研發(fā)出一種能夠改善現(xiàn)有漲殼錨頭固定的錨固裝置，對提高吸能錨桿的支護穩(wěn)定性具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為保證錨桿的漲殼錨頭錨固端在整個錨桿支護過程中保持與巖壁相對穩(wěn)定的作用，有效降低深埋水工隧洞采掘開挖受巖爆影響造成的危害，本發(fā)明提供了一種快速提升中空注漿錨桿漲殼錨頭初始錨固力改進裝置及方法。通過改進一種漲殼錨頭錨固裝置與方法，提高錨固端的初始錨固力及其穩(wěn)定性，能有效保證發(fā)揮錨桿抵御巖爆的能力的同時，錨固段不失效。

為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：

一種快速提升漲殼錨頭初始錨固力的裝置，包括漲殼錨頭和裝有粘結(jié)劑的封口袋；所述的漲殼錨頭尾部連接有錨桿桿體；在工程支護中，封口袋設(shè)置于巖層鉆孔底部，漲殼錨頭伸入巖層鉆孔中將封口袋頂破，漲殼錨頭完全漲開嵌在巖層鉆孔中；所述的粘結(jié)劑流出并填充在巖層鉆孔與漲殼錨頭之間的間隙內(nèi)，巖層鉆孔與漲殼錨頭粘接一體形成柔性粘結(jié)錨固裝置，提高漲殼錨頭初錨力。

所述的漲殼錨頭尾部還設(shè)置有漿液隔斷塞。

所述的漲殼錨頭與錨桿桿體通過連接套連接；漿液隔斷塞設(shè)置在連接套與漲殼錨頭連接的錨桿上，錨桿與漲殼錨頭螺紋連接，連接套與錨桿桿體螺紋連接。

所述的錨桿桿體為中空注漿錨桿，所述的連接套的管壁上開有出漿孔。

所述的粘結(jié)劑為雙組份高分子粘接劑。

一種快速提升漲殼錨頭初始錨固力的裝置的施工方法，包括以下步驟：

a、漲殼錨頭連同放置粘結(jié)劑的封口袋一起放入巖層鉆孔，

b、在漲殼錨頭尾部套上漿液隔斷塞并安裝連接套；

c、連接套另一端與錨桿桿體連接，并加工有出漿孔，保證不影響后續(xù)的注漿工藝；

d、旋轉(zhuǎn)漲殼錨頭使其尖部將封口袋頂破，待漲殼錨頭完全漲開嵌在巖層鉆孔中，在粘結(jié)劑自動膨脹固化反應(yīng)的作用下，粘結(jié)劑與錨桿桿體迅速粘接為一體形成柔性粘結(jié)錨固裝置；起到提高漲殼錨頭初錨力的作用。

所述的粘結(jié)劑為雙組份高分子粘接劑。

所述的柔性粘結(jié)錨固裝置的錨固力大于230KN。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明漲殼錨頭錨固改進裝置主要包括漲殼錨頭及袋裝粘結(jié)劑。在工程支護中，該裝置安裝在錨桿的頂端使用，通過使用袋裝漿料與漲殼錨頭的相互配合形成柔性粘結(jié)錨固裝置，解決了因圍巖受沖擊擾動破壞而使錨固端失穩(wěn)導(dǎo)致吸能錨桿抗巖爆沖擊能力較差的問題，大大提高了抗震和抵御巖爆的能力。該裝置通過高分子粘結(jié)劑化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的粘聚力，能夠?qū)q殼錨頭和孔壁緊密的錨固在一起，提高錨桿的初錨力。具體優(yōu)點為：

(1)本發(fā)明配合普通錨桿漲殼錨頭使用，安裝方便、實用性強。

(2)本發(fā)明改善了錨桿錨固端在圍巖巖爆時保持有效錨固力的能力，解決了傳統(tǒng)漲殼錨頭單純依靠摩擦進行錨固而導(dǎo)致錨固不穩(wěn)定的問題，適用于深埋高應(yīng)力水工隧洞工程的圍巖支護和一般巖層不穩(wěn)定的錨桿支護。

(3)當(dāng)這種漲殼錨頭錨固改進裝置發(fā)揮作用時，具有良好的耐潮濕、耐久、耐腐蝕等優(yōu)點，適用于水工隧洞等潮濕復(fù)雜的地質(zhì)條件，滿足水工隧洞支護等百年工程的高性能指標(biāo)的嚴(yán)格要求。

進一步，錨頭與錨桿桿體通過連接套連接，連接套中間套有漿液隔斷塞，用于控制高分子粘結(jié)劑凝固前的粘結(jié)范圍，漲殼錨頭通過焊接在連接套上的一小段錨桿與之進行螺紋連接，連接套另一端與錨桿采用螺紋連接。所述漲殼錨頭利用焊接在連接套上的一段錨桿與之采用螺紋連接，所述連接套與錨桿采用螺紋連接，連接套上開有出漿孔，便于注漿時使用。

進一步，所述高分子粘結(jié)劑采用袋裝，由錨頭擠破后粘結(jié)錨頭與孔壁，所述錨頭后方的漿液隔斷塞能控制高分子材料的作用范圍，提高高分子粘結(jié)劑的使用效率。高分子粘結(jié)劑固化后不但能粘結(jié)錨頭和孔壁提供錨固力，還能夠?qū)q開的錨頭起到支撐作用，增強錨頭的摩擦阻力，有效的增強錨頭的初錨力。高分子粘結(jié)材料反應(yīng)固化時間、粘結(jié)強度可以根據(jù)現(xiàn)場安裝工藝時間等進行調(diào)整，達(dá)到滿足現(xiàn)場使用條件的要求。

本發(fā)明的施工方法具體在工程支護中使用，通過使用研發(fā)出的袋裝高分子材料與漲殼錨頭的相互配合形成柔性粘結(jié)錨固裝置，快速安裝，較好的解決了因圍巖受沖擊擾動破壞而使錨固端失穩(wěn)導(dǎo)致吸能錨桿抗巖爆沖擊能力較差的問題，大大提高了抗震和抵御巖爆的能力。

附圖說明

圖1為漲殼錨頭錨固改進裝置示意圖；

其中：1.漲殼錨頭；2.漿液隔斷塞；3.連接套；4.錨桿桿體；5.封口袋；

圖2為漲殼錨頭錨固改進裝置使用狀態(tài)示意圖；

圖3為改進型漲殼錨頭力學(xué)拉伸試驗示意圖；

其中6.前拉伸橫梁；7.Φ70無縫管工裝；1.漲殼錨頭；11.高分子材料；2.漿液隔斷塞；3.連接套；4.錨桿桿體；8.后拉伸橫梁；9.托盤10.螺母；

圖4為改進型漲殼錨頭力-位移曲線圖；

圖5為現(xiàn)有漲殼錨頭力-位移曲線圖。

具體實施方式

以下參照附圖，給出本發(fā)明的具體實施方式，對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1和圖2所示，漲殼錨頭錨固改進裝置包括連接套3、漿液隔斷塞2、漲殼錨頭1和高分子粘結(jié)劑11；雙組份的高分子粘結(jié)劑采用封口袋5袋裝；漲殼錨頭1頂在袋裝有雙組份高分子粘結(jié)劑封口袋5后面；漲殼錨頭1與錨桿4使用連接套3采用螺紋連接；連接套3在與漲殼錨頭1之間安裝漿液隔斷塞2；連接套3與錨桿4采用螺紋連接，并且連接套3上管壁上開有出漿孔。本發(fā)明實施方法如下：

a、漲殼錨頭1連同放置好的封口袋5一起放入鉆孔底部；

b、在漲殼錨頭1下方安裝一連接套3，連接套3上方焊接有一小段錨桿體，與漲殼錨頭1連接，并套上漿液隔斷塞2；

c、所述連接套3下方與中空注漿錨桿桿體4連接，并加工有出漿孔，保證不影響后續(xù)的注漿工藝；

d、將封口袋5頂破，待漲殼錨頭1完全漲開嵌在鉆孔中，在高分子材料自動膨脹固化反應(yīng)的作用下，與錨桿桿體迅速粘結(jié)為一體。

為了控制高分子粘結(jié)劑作用范圍，在連接套3上方加上漿液隔斷塞2；同時，將連接套3桿體一側(cè)與漲殼錨頭1連接，另一側(cè)與錨桿桿體4連接，此時連接套3、漿液隔斷塞2、漲殼錨頭1和錨桿桿體4連接為一體，將裝有高分子材料的封口袋5放置在漲殼錨頭1端部，與連接體一同放入鉆孔底部；利用風(fēng)動扳手旋轉(zhuǎn)錨桿桿體4，將封口袋頂破，待漲殼錨頭1完全漲開嵌在鉆孔中，在高分子材料自動膨脹固化反應(yīng)的作用下，與桿體迅速粘結(jié)為一體，起到提高錨頭初錨力的作用。

力學(xué)實驗結(jié)果分析：

如圖3所示，改進型漲殼錨頭力學(xué)進行試驗驗證，實驗步驟如下：

a.將Φ70x10x450mm45#無縫鋼管7(模擬現(xiàn)場Φ51鉆孔)固定在前拉伸橫梁6上；

b.將裝有高分子材料的封口袋5混合均勻放置在無縫管尾部；

c.將Φ28中空注漿錨桿4、漲殼錨頭1和連接套3安裝好，穿過后拉伸橫梁8，將裝有漲殼錨頭一側(cè)連同放置好的封口袋一起深入Φ51無縫管底部；

d.利用管鉗旋轉(zhuǎn)錨桿桿體，將封口袋頂破，待漲殼錨頭完全漲開嵌在無縫管中，在后拉伸橫梁8處安裝托盤9，并用螺母10上緊，施加一定的預(yù)緊力。

e.開啟試驗機的加載程序，將試驗力、位移、變形、時間全部清零，開始張拉，并觀察力-位移變化情況。

實驗結(jié)果對比分析：

實驗分析：如圖4所示，當(dāng)拉力升至235KN時，漲殼錨固件在Φ51無縫管中脫落，實驗結(jié)束，經(jīng)多次試驗得出改進型漲殼錨頭錨固力為230KN左右；對現(xiàn)有漲殼錨頭做類似拉伸試驗，如圖5所示，當(dāng)拉力升至118KN時，漲殼錨固件在Φ51無縫管中脫落，實驗結(jié)束，經(jīng)多次試驗得出現(xiàn)有漲殼錨頭錨固力為120KN左右。綜上所述，改進型漲殼錨頭在現(xiàn)有錨固力基礎(chǔ)上，再施加粘性錨固力，大大增強了錨固效果。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述適用范圍，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。