[实用新型]一种延-弹性抗岩爆锚杆

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程锚固支护领域，特别是涉及岩爆防治领域。更具体涉及一种延-弹性抗岩爆锚杆，可适用于有岩爆威胁的围岩支护中，对有效防治岩爆造成的损害具有现实意义。

背景技术

锚杆支护是在边坡、岩土深基坑等地面工程及隧道、采场等地下洞室施工中采用的一种围岩加固支护方式。随着各种新型材料的出现，锚杆的性能也越来越完善，这就为改进锚杆，增加新的功能提供了基础。

岩爆是在高地应力区地下洞室开挖过程中，由于岩体应力释放导致洞壁岩体骤然崩落并弹射的现象。岩爆发生时，会产生岩块的弹射、抛掷、震动，易造成人员伤亡和机械损坏的严重事故。岩爆是深埋长大隧道施工中发生频率较高的突发性工程灾害，不仅严重威胁施工人员及设备的安全，影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效，严重时还会诱发地震，已经成为硬岩隧道勘察设计及施工组织中必须考虑的重要问题之一。

及时支护是防治岩爆灾害的重要措施之一。大量的工程实践已经表明，在隧洞（隧道、巷道）工程开挖过程中，岩爆的发生具有明显的“时滞性”特征。如我国天生桥、太平驿、二滩等大型水电站引水隧洞的岩爆一般在爆破开挖后的一定时间段内发生，岩爆高发区一般距离掌子面2～50m。对锦屏二级水电站A和B辅助洞岩爆的统计分析显示，岩爆多发生在距掌子面6～20m的范围内，掌子面开挖后的5～45小时是岩爆发生的高峰期。因此，可采用及时支护的方法减小发生岩爆造成的危害，而由于锚杆支护具有施工简便、支护快速、可以提供一定的预应力等优点而被大量采用。

岩爆发生过程的基本特点为：突发的动力效应与阶段性。岩爆在突然爆发时，会产生强烈的冲击和震动；且虽然岩爆过程看上去是在瞬间完成的，但其也有一个阶段性，即岩块脱离围岩并飞出是依次发生的。岩爆过程的这些特点对锚杆支护的要求是：1）可以提供一定的初锚力（预应力）；2）锚杆具有一定的可伸缩量，可以抵抗岩爆的冲击；3）在岩爆过程中，能够持续保持一定的锚固力，限制岩块飞出伤人和设备，并尽快使岩爆诱发的震动过程停止。而传统的锚杆类型均难满足上述的要求2）和3）。为此，改进了传统的锚杆形式和结构，把杆体自由段的一部分设计为波形，使杆体受拉后有较大的伸长量，并增加了一个消耗岩爆动能并提供锚固力的刚性弹簧。

发明内容

本实用新型的目的是提供了一种延-弹性抗岩爆锚杆，其结构简单，安装方便，可操作性强。其波形段在冲击力作用下被拉直后可抵抗岩爆发生时的第一波瞬间冲击大变形，提供变形补偿；刚性弹簧可继续提供锚固力，还可适应岩爆引起的后续岩体震动，为岩体提供一个持续和变化的支护抗力，防止围岩崩落伤人和设备，使岩爆产生的岩体动能在岩体裂隙面的摩擦过程中迅速消耗，使岩爆引起的震动过程尽快结束。

一种延-弹性抗岩爆锚杆，包括锚杆杆体、对中器、应力扩散托盘、垫圈、刚性弹簧、锁紧螺母，锚杆杆体分为外锚段、自由段和锚固段，其连接关系是：自由段分别与锚固段、外锚段相连，形成锚杆杆体；在锚杆杆体一端的外锚段上装有刚性弹簧，提供持续的锚固力；在刚性弹簧的两端各装有一个垫圈，其中一个与锁紧螺母相连，另一个与应力扩散托盘相连，起到降低磨损、分散和传递压力作用；对中器分别与锚固段、锚杆杆体相连，起到锚杆安设的对中作用，还可防止锚固剂外流，起到封堵作用。外锚段上安有刚性弹簧，锚固段锚杆杆体设有齿形凸起，自由段设计有波形段。所述的刚性弹簧要求有比较大的刚度系数，初始安装后处于压缩状态。所述的锚杆杆体需采用延性和强度较好的钢筋，波形段的设计要满足《水工混凝土钢筋施工规范》5.3.3条弯起钢筋处的圆弧内半径宜大于12.5d的规定。所述的刚性弹簧的压缩程度与所述的波形段的极限伸长度有关。

所述的波形段位于锚杆杆体靠近孔口的位置，根据锚杆杆体所使用的钢筋型号，对设计位置进行人工或机械弯折。波形段长度与岩爆发生的强度有关。根据对岩爆强度的统计和特定的地质条件或现场观测，预估岩爆发生时沿垂直于围岩壁面发生的最大位移量，记为                                                ，所述的波形段的极限伸长量应不小于。根据波形段的极限伸长量、波形段的弯曲程度和钻孔直径，可计算出波形段的设计长度。此波形段在冲击力作用下被拉直后可抵抗岩爆发生时的第一波瞬间冲击大变形，提供变形补偿。

所述的锚杆外锚段依次连接有应力扩散托盘、垫圈、刚性弹簧、垫圈、锁紧螺母，整体对锚杆系统施加锚固力，固定整个系统。应力扩散托盘靠垫圈传过来的压力紧贴在围岩壁上；垫圈和刚性弹簧套在锚杆杆体上，可自由滑动；锁紧螺母通过螺纹旋紧在锚杆杆体上，提供给垫圈、刚性弹簧、应力扩散托盘一个压力。