[发明专利]一种可量测围岩压力的大变形隧道让压锚杆

说明书

本发明公开了一种可量测围岩压力的大变形隧道让压锚杆，包括强力杆体、塔形弹簧组件和监测软尺组件，所述强力杆体具备锚杆光滑自由端和螺旋纹锚固端，所述强力杆体上设有拱形托盘、监测软尺组件、高强度钢板托盘、刚性垫圈和螺母，所述螺旋纹锚固端埋置于锚固体内，所述锚杆光滑自由端穿过拱形托盘、塔形弹簧、高强度钢板托盘、刚性垫圈和螺母，本发明利用塔形弹簧变形特性，使锚杆在适应围岩大变形的过程中，围岩压力得到释放，并随着让压量的增加，锚杆提供的支护阻力逐步增大，达到“让抗结合，先让后抗，先柔后刚”的支护效果，提升锚杆对围岩大变形的适应能力，解决传统锚杆不能适应围岩大变形易于拉断破坏和不利于围岩压力释放的问题。此外，本发明的锚杆还可通过测量围岩变形过程中塔形弹簧的压缩量，得出围岩与初期支护间的围岩压力。

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程技术领域，具体为一种可量测围岩压力的大变形隧道让压锚杆。

背景技术

随着隧道建设向更深、更复杂地层发展，面临的软岩大变形问题越来越多。在复杂的工程地质条件、高地应力环境、软弱围岩地区建设长大隧道，围岩常常表现出大变形特点。锚杆支护是围岩大变形控制最常用的措施，但是，传统锚杆在大变形隧道中难以达到有效支护效果，主要原因是传统锚杆允许变形量小，当围岩出现较大的变形、围岩变形量超过传统锚杆的承受范围时，锚杆将出现拉断破坏，进而造成支护结构失效和破坏。

部分释放围岩变形、放抗结合是大变形隧道支护设计的重要指导理念。让压锚杆的本质是适当释放围岩变形，减小围岩变形对支护结构的作用力。目前国内外专家、学者提出的让压锚杆主要有：杆体可延伸式锚杆、机械结构可延伸式锚杆两大类。杆体可延伸式锚杆是通过提高锚杆材料本身的屈服强度和延伸率来提供让压量。如，专利申请号20131061044.4采用塑性好的钢材制作成波浪形杆体，在围岩大变形过程中波浪形杆体受拉变直，从而提供一定的变形及让压。这类锚杆的让压量受锚杆材料性能的限制，有限的让压量不能满足围岩大变形控制的要求，且对锚杆材料变形要求高、制作工艺较复杂，也不能测量围岩压力。机械结构可延伸式锚杆的杆体借助特定的机械结构元件滑移产生位移实现让压，机械结构元件以恒阻套管和柱状弹簧为典型代表。如，专利申请号201210139092.2、201320617954.8的锚杆，采用恒阻套管安装在锚杆锚固段，围岩变形时恒阻套管沿杆体滑移，保持恒定阻力实现让压，但由于恒阻套管结构复杂，制作成本高，很难在大变形隧道中广泛应用。申请号为201510032192.9，申请号201320521682.1的专利，则采用柱状弹簧结构元件，安装在杆体锚头处，围岩变形时挤压柱状弹簧实现让压，这种结构的锚杆结构简单，但由于采用柱状弹簧，压缩量不太，也存在让压量不足的问题。因此，发明一种结构简单、安装便利、让压能力更强的锚杆，对隧道大变形控制具有重要的现实意义。

隧道工程中，围岩变形挤压支护结构的围岩压力如果超过支护结构承载能力，初期支护就会发生屈服破坏或结构失稳。因此，围岩压力监测对支护结构稳定性分析、预测及优化设计尤为重要。隧道支护结构所受围岩压力大小，与围岩挤压或膨胀产生的变形量有关。目前，围岩与初期支护间围岩压力的监测主要采用预埋土压力盒的方法进行，这类方法费用昂贵，安装复杂，且对施工的干扰较大，很难在隧道工程中大量应用。围岩压力监测的主要目的是评价支护结构的稳定性和优化支护结构，因此，采用既能实现同样目标、又可广泛应用的围岩压力量测方法具有重要意义。让压锚杆释放围岩变形、让压的过程，就是一个围岩压力释放的过程，若能实时监测锚杆的让压量，则可间接得出支护结构所受的围岩压力，对支护结构的稳定性进行分析、判断。此外，还可根据测得的让压量和围岩压力计算围岩变形过程中的能量释放。目前，能动态监测围岩变形的锚杆较少。如，申请号为201611155226.4的专利，它在锚杆外锚固段安装具有刻度指针的透明弯管，通过拉绳将透明弯管的指针和杆体连接，杆体滑移拉动透明弯管的刻度指针，从而显示变形数值，但由于透明弯管装置结构复杂，成本高，很难在锚固工程中广泛应用。此外，这些能监测变形的锚杆又不具备变形、让压的功能。因此，针对大变形隧道的特点，发明一种结构简单，成本低廉，既具备较强的让压能力，又能动态监测围岩压力的锚杆，对大变形隧道的建造具有重要现实意义。

发明内容