[发明专利]一种协同预应力阵列锚杆装置及其施工方法

权利要求书

1.一种协同预应力阵列锚杆装置，其特征在于，包括：

锚杆组件(1)，设有多个；

荷载调节器(2)，与所述锚杆组件(1)连接、且与所述锚杆组件(1)一一对应；

连接管(3)，与外部加压设备连通，且相邻所述荷载调节器(2)之间通过所述连接管(3)连通；所述锚杆组件(1)包括：

注浆锚杆(11)，与所述荷载调节器(2)连接；

注浆锚头(12)，与所述注浆锚杆(11)连接；

止浆锚具(13)，与所述注浆锚杆(11)连接；

密封件(14)，分别与所述止浆锚具(13)、所述注浆锚杆(11)和所述荷载调节器(2)连接；注浆锚杆(11)安装有注浆锚头(12)的一端为顶端，将注浆锚杆(11)顶端伸入提前钻好的空洞内，注浆锚杆(11)与注浆锚头(12)安装完成后，注浆锚杆(11)的底部留在孔洞外，在其底部依次安装密封件(14)和荷载调节器(2)，密封件(14)为矩形垫板，密封件(14)和荷载调节器(2)用于与隧道壁更紧密连接；

限位件(15)，分别与所述注浆锚杆(11)和所述荷载调节器(2)连接；所述荷载调节器(2)包括：

活塞杆(21)，与所述密封件(14)连接、且与所述注浆锚杆(11)滑动连接；

环向容腔(22)，分别与所述活塞杆(21)和所述限位件(15)连接、且与所述注浆锚杆(11)滑动连接；限位件(15)与注浆锚杆(11)端头螺纹连接，最后安装限位件(15)，限位件(15)为矩形限位板用于对其余组成器件进行限位与固定；

通过改变环向容腔(22)横截面积的方法对不同注浆锚杆(11)之间的荷载比例进行控制；

接头(23)，与所述环向容腔(22)连通、且与所述连接管(3)连通；连接管(3)为高压油管，连通的荷载调节器(2)保证阵列中锚杆组件(1)荷载始终按照预设的比例进行调整，这个预设比例是围岩成拱的最佳荷载比例；

相邻所述荷载调节器(2)之间串联形成串联阵列，位于串联阵列一端的所述荷载调节器(2)通过所述连接管(3)与所述外部加压设备连通，另一端设有可拆卸封堵件(4)。

2.根据权利要求1所述的一种协同预应力阵列锚杆装置，其特征在于，所述环向容腔(22)为环向圆柱形油缸，各所述环向容腔(22)的横截面积不同。

3.根据权利要求2所述的一种协同预应力阵列锚杆装置，其特征在于，在锚杆组件(1)和荷载调节器(2)施做及与连接管(3)连接后，先打开封堵件(4)，在串联的荷载调节器(2)内部进行泵油，当液压油充满荷载调节器(2)和连接管(3)后，拧紧封堵件(4)，对连通的荷载调节器(2)内油压进行调整，进而实现对各锚杆组件(1)拉力的联动调整。

4.一种协同预应力阵列锚杆的施工方法，采用如权利要求1-3任一项所述的协同预应力阵列锚杆装置，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、钻孔、清孔；采用钻孔机械开凿出合适长度的钻孔孔洞，并对孔洞进行清理；

步骤2、将组装好的锚杆打入孔洞中，在锚杆留在孔洞外的一端安装千斤顶并对锚杆和千斤顶进行固定；

步骤3、按预设好的指定位置上重复步骤1-步骤2，预设好的指定位置形成阵列，将阵列内所有锚杆施做完成；

步骤4、用油管将所有千斤顶进行串联，通过外部加压设备对连通的千斤顶内进行充油；

步骤5、通过调节外部加压设备对千斤顶拉力进行调整，将锚杆预应力加载至设计值，当千斤顶的环向容腔横截面不同时，就会产生不同的张拉力，预应力设计值根据不同隧道进行针对性计算；

步骤6、关闭油管前端阀门实现千斤顶内部为密封状态，撤走外部加压设备。

5.根据权利要求4所述的一种协同预应力阵列锚杆的施工方法，其特征在于，所述步骤2具体步骤包括：

步骤2.1、将锚头安装到锚杆头部，将锚杆头部伸入孔洞中；

步骤2.2、锚杆尾部留在孔洞外，在锚杆尾部依次安装锚具、止浆塞和垫板；

步骤2.3、在锚杆尾部继续安装千斤顶并调整千斤顶的油管接口的位置；

步骤2.4、在锚杆尾部紧挨千斤顶处安装限位板，锁紧限位板对锚杆、锚具、垫板和千斤顶进行限位与固定。

6.根据权利要求5所述的一种协同预应力阵列锚杆的施工方法，其特征在于，所述步骤4具体步骤包括：

步骤4.1、通过油管将各中空千斤顶串联连通，同时将串联的千斤顶一端与加压设备连接；

步骤4.2、打开串联最末端千斤顶的封堵螺丝；

步骤4.3、施加外部油压，往锚杆阵列中的油管和千斤顶供油；

步骤4.4、当油充满管路和千斤顶的缸体后，拧紧串联最末端千斤顶的封堵螺丝。