[发明专利]多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆及其使用方法

说明书

本发明涉及边坡加固、地下工程围岩支护控制领域，公开了一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆，包括套筒(5)、注浆杆体装置和固封装置，注浆杆体装置设于套筒(5)内，注浆杆体装置包括注浆杆体(7)和多组锚头(6)，每组锚头(6)形成卡紧锚固结构并铰接在注浆杆体(7)的外壁上，套筒(5)上设有与锚头(6)一一对应且适于锚头(6)通过的槽孔(5002)，通过外力推进注浆杆体装置将锚头(6)沿槽孔(5002)导向扎入岩体，利用固封装置使套筒(5)与注浆杆体装置之间形成封闭结构并固定在岩壁(9)上。通过本发明的技术创新，能及时、高效地提供持续高阻高强工作阻力，以真正达到高应力或强动力扰动环境下工程岩土体维护的长期稳定性。

技术领域

本发明涉及边坡加固、地下工程围岩支护控制领域，具体地涉及一种多段式卡紧注浆锚固的箭头锚杆。

背景技术

目前，在城市轨道交通建设、穿山或水电隧道掘进、深部资源开采甚至重大边坡治理工程过程中，时常遇到赋存条件复杂的不良岩土层，其节理发育、结构复合型强、构造应力水平高，当采用矿山施工法维护控制时传统锚杆的锚固质量将受到严重考验，若后期再受到爆破开挖、开采扰动、地震波等强动力扰动后，此时锚杆支护系统难以控制整体稳定性而失效，甚至发生隧道冒顶塌陷、严重滑坡等地质工程灾害。

根据工程应用锚杆支护情况，可知国内外适用于不同条件、具有不同功能和用途的锚杆有数百种，锚杆支护俨然已成为维护各类重大工程围岩稳定的主体结构物。从锚杆的工作原理来看，其产生的锚固力主要由锚固段的侧阻力提供，其数值大小应不小于锚杆杆体的抗拉强度，而其抗剪力由材料本身屈服剪切强度决定，反应其抵抗围岩产生非均匀变形时的抗挤压能力。所以说，锚杆的锚固力、抗剪强度是锚杆支护系统维护巷道稳定性和可靠度的关键性能指标。然而，对于目前应用广泛的普通圆钢粘结式实体锚杆，分为端头锚固或全长锚固，作为一种主体支护结构，但其锚固剂为水泥砂浆和树脂药卷，在孔壁中的饱满度难以控制，锚固效果也难以保障，在复杂环境下加固岩土体时常发生杆体被剪断或拔出形成围岩空腔而失效。而作为适应于不良岩土层的中空注浆锚杆，虽然实现了杆体与孔壁间的空隙内饱满注浆，具有均匀厚度的保护锚固层，但横断面尺寸减弱了其抗拉强度，不比实体锚杆高阻抗断拉拔力。

进一步的，为增强传统锚杆的综合性能，改善复杂地质条件下岩土体的稳定性，在以往发明技术中，所设计的锚杆支护装置大多在端部优化结构以增强锚固力，或者设计的分段锚固装置锚固力度往往不足，其稳定性有待现场验证，所以功能单一或适应条件受限情况，难以适应高地应力或强扰动且严格控制变形的岩土工程。例如，专利CN104929670B公开了一种翼式锚杆，在锚固段设置能扩张的卡位翼翅进行端头锚固，这种锚杆锚固力主要由端部翼翅装置提供，其抗拉拔力、抗弯矩能力有限，难以承受复杂地质环境。专利CN107939427A公开了一种能大幅吸收围岩变形能并同时快速让压的吸能-抗震锚杆，具有高强度、稳定支撑、弹性复位和高阻尼等诸多优点，但其起到缓冲装置的螺旋杆体降低了整体的抗剪力，容易造成围岩体不均匀变形而被剪断失效。专利CN104832201B公开了一种膨胀式锚杆，该发明主要通过锚杆头使锚杆套的下端膨胀以卡紧于边坡内，其原理类似于膨胀螺丝的机械工作原理，但发生膨胀端的锚杆套仅仅卡紧与孔壁表面，也未对整体进行注浆凝固，在自由端部缺乏增强端部托板力的类似于传统锚杆的托盘构件，所以整体锚固力不能保证，且自由端部易造成螺母滑脱失效。专利申请CN107620603A公开了一种带钢质套杆的新型注浆锚杆，通过增加钢质套杆的方式改造中空螺纹钢锚杆，借助螺母压紧作用将钢杆撑开与被支护岩体直接接触，并借助注浆增加注浆材料和锚杆整体的抗拉剪能力，该发明结构缺陷在于钢杆撑开与孔岩壁通过点点接触增强锚固力，但遇到动态强扰动时钢杆连杆易受到偏应力影响出现滑动变形，加之孔壁破裂扩孔后会失去有效支撑点继而导致锚固点失效。专利申请CN108457684A公开了一种可延长锚杆，重点考虑其延长装置随之与杆体发生相对位移从而适应围岩大变形的性能，但内置于围岩内部的杆体结构与传统锚杆并无优势，同时其延长装置设置与围岩外露端，一定程度上影响了巷道净断面尺寸。

发明内容