一种大直径钻孔使用小直径锚索锚固的装置及方法

摘要

本发明提供一种大直径钻孔使用小直径锚索锚固的装置及方法，本发明中的锚索的直径小于钻孔的直径，锚索与钻孔内侧壁之间有空隙，在空隙处设置锚固套管，锚固套管与锚索之间填充树脂锚固剂，锚固套管与钻孔之间的空隙处填充树脂锚固剂；在填充锚固剂的过程中锚索在钻机的带动下在旋转搅拌的同时将锚固剂推至锚固套管的管底，静置过后锚索与锚固套管结合在一起，然后钻机带动锚索和锚固套管对对钻孔与锚固套管之间的锚固剂进行推送和搅拌；锚固套管内部和外部的锚固剂经过充分的搅拌，搅拌效果更为均匀，同时直径较小的锚索锚固直径较大的钻孔；本发明在保证锚固效果的同时不仅提高了工作效率还节省了施工成本。

说明书

技术领域

本发明属于支护设备技术领域，具体涉及一种大直径钻孔使用小直径锚索锚固的装置及方法。

背景技术

锚索锚固是边坡、基坑等地表工程及隧道、巷道等地下硐室施工中采用的一种必不可少的加固支护方式，特别是在遇到顶板围岩条件较差的情况下，为防止出现隧道顶板垮落，采用锚索将围岩与稳定的岩体结合一起产生悬吊、补强、组合梁的效果，从而达到加固岩体的目的。

目前，树脂锚固剂因其在各类锚固基体中均可获得高度的安全可靠性、耐久性、经济性，是现代支护领域应用较为广泛的粘结锚固材料。在使用树脂锚索支护时，锚索直径和钻孔直径的合理匹配(有机配套)是获得最大锚固力和最佳技术经济效益的关键。

在软硬岩层互层分布条件下的顶板使用小直径锚索进行锚固时，技术工作人员会遇到以下的问题：问题一、小直径钻孔时，钻杆直径较小，其强度和刚度较低，钻机扭矩较大，施工时容易发生钻杆折断的问题；问题二、由于硬岩的抗压强度较大，在进行小直径钻孔时，施工效率非常低，施工成本则较高；问题三、在软硬岩层互层分布条件下的顶板进行支护时，初支和二衬之间的时间间隔要求非常短，否则围岩应力一旦释放，会造成不可挽回的损失，这就要求钻孔效率要提高。

现行的锚固装置和施工方法中钻孔直径与锚索直径相差过大，将会导致树脂锚固剂无法充分搅拌混合固化，锚固力降低，从而造成整个施工效率较低，锚固力无法保证，同时施工成本也较高。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中钻孔直径与锚索直径相差较大，从而造成树脂锚固剂无法充分搅拌混合固化，锚固力下降，影响整个施工效率的问题，本发明在增大钻孔直径的同时使用小直径锚索进行锚固，不仅降低的施工成本，而且提高了施工效率，还使得锚固力得到保证。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

S1，钻孔：进行钻孔作业，得到待锚固的钻孔；

S2，注入锚固剂：将锚固剂送入锚固装置的锚固套管中，将钻机与锚索连接，钻机带动锚索对锚固剂进行搅拌，锚索将锚固剂推入锚固套管的管底，锚索对锚固剂继续进行搅拌，然后静置；

S3，再次注入锚固剂：将锚固剂放入步骤S1中的钻孔中，然后将步骤S2中锚固套管连接的锚索与钻机连接，钻机带动锚索进行转动，锚索在对钻孔内的锚固剂进行搅拌的同时将锚固剂推至钻孔的孔底，锚索对锚固剂继续进行搅拌，然后静置；

S4，步骤S3中的锚索静置后，撤掉钻机，再安装托盘和锁具，最后再利用胀拉机具紧固锚索的预紧力。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法，优选地，所述钻孔的直径为50mm。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法，优选地，所述步骤S1结束后步骤S2开始前先对锚索和和锚固套管进行防锈处理。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法，优选地，所述步骤S2中锚索在将锚固剂推入锚固管的管底过程中同步对锚固剂进行螺旋搅拌。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法，优选地，所述步骤S2和步骤S3中使用的锚固剂均为树脂锚固剂。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法的锚固装置，优选地，所述锚固装置包括：

锚固套管，所述锚固套管包括套管管身和连接在套管管身一端的搅拌头，所述套管管身为两端开口的中空圆筒状，连接在所述套管管身一端的搅拌头为开口状，远离所述套管管身一端的搅拌头为封口状；

锚索，所述锚索同轴设置在所述锚固套管中，所述锚索的直径小于锚固套管的内径；

内层锚固剂，所述锚索的外侧壁与锚固套管的内侧壁之间的空隙填充有内层锚固剂；

外层锚固剂，所述锚固套管的外径小于岩石顶板上的钻孔的直径，所述锚固套管的外侧壁与钻孔的内侧壁之间的空隙填充有外层锚固剂。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法的锚固装置，优选地，所述搅拌头为圆台形结构，圆台形搅拌头的上底面为封口状。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法的锚固装置，优选地，所述锚固套管为内径30mm外径为40mm的无缝钢管。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法的锚固装置，优选地，所述锚索的直径为21.8mm。

如上所述大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法的锚固装置，优选地，所述锚固装置还包括托盘，所述托盘通过紧固螺母安装在锚索上，所述托盘抵顶在岩石顶板的顶板表面上。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明是利用直径较小的锚索来对直径较大的钻孔进行锚固，然后利用锚固套管对锚固剂进行搅拌和进一步提升整体的锚固效果。

本发明相比现有技术至少具有如下的技术效果：

1)对锚固剂的搅拌更为均匀，由于本发明采用锚固套管，锚固套管对其内外两侧的锚固剂进行充分的旋转搅拌，整体的搅拌效果更好；

2)施工成本较低，在硬岩条件下，在锚索尺寸不变的前提下，采用大直径钻孔来提高工作效率，由于锚索的直径较小，而锚固套管的造价又较低，整体的施工成本较低；

3)锚固力更为稳定，由于锚固剂在进行推入的过程中经过充分的搅拌，锚固剂与锚固套管和锚索以及钻孔内侧壁之间的结合更为紧密，因此整体抵抗岩体形变的能力更强。

附图说明

图1为本发明实施例的锚固装置的结构示意图；

图2为图1的剖面图；

图3为图1的锚固套管的结构示意图。

图中：1、锚索；2、锚固套管；201、套管管身；202、搅拌头；3、锚固剂；4、钻孔；5、岩石顶板。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～3所示，本发明提供一种大直径钻孔使用小直径锚索锚固的施工方法，施工方法包括如下步骤：

S1，钻孔：进行钻孔作业，得到待锚固的钻孔4。在进行钻孔作业前应先对施工环境是否安全进行检查，确保施工操作安全可靠，然后再按照“岩土锚杆(索)作业规程”及“凿岩工操作规程”的要求钻机进行钻孔，钻孔4的直径为50mm。需要指出的是以上所涉及到的规程是行业操作规范。

S2，注入锚固剂3：将锚固剂3送入锚固装置的锚固套管2中，将钻机与锚索1连接，钻机带动锚索1对锚固剂3进行搅拌，锚索1将锚固剂3推入锚固套管2的管底，锚索1对锚固剂3继续进行搅拌，然后静置，本发明中的锚索1为NPR锚索1，锚索1采用抗拉强度为1770MPa的19股钢绞线缠绕而成。步骤S2中的继续搅拌时间不能少于34秒，静置的时间不能少于50秒，以保证树脂锚固剂的粘结效果以及凝胶效果。

本发明采用的锚固剂3为树脂锚固剂，树脂锚固剂由不饱和聚酯树脂、固化剂、促进剂和其它辅料，按一定比例配制而成的粘稠状锚固粘接材料。由聚酯薄膜分割包装呈药卷状，树脂锚固剂具有常温固化快，粘接强度高，锚固力可靠和耐久力好等优良性能。本发明采用的树脂锚固剂的重量份数为：石粉65～80、不饱和聚酯树脂10～65、白炭黑1～3；固化剂的配比为：固化剂58～65、滑石粉28～32、色素3～7。本发明具体在制作树脂剂时可以采用的配比是：石粉74、不饱和聚酯树脂24、白炭黑2；固化剂的组分重量份数为：固化剂64、滑石粉32、色素4。这种配比下的树脂锚固剂具有优异的粘结强度，介电性能良好，同时硬度较高，搅拌时间和等待时间较短。

S3，再次注入锚固剂3：将锚固剂3放入步骤S1中的钻孔4中，然后将步骤S2中锚固套管2连接的锚索1与钻机连接，此时锚索1位于锚固套管2中，由于树脂锚固剂3将锚索1与锚固套管2固定在一起，因此锚索1带动锚固套管2进行转动，锚固套管2对钻孔4与锚固套管2之间的锚固剂3进行旋转搅拌；钻机带动锚索1进行转动，锚索1在对钻孔4内的锚固剂3进行搅拌的同时将锚固剂3推至钻孔4的孔底，锚索1对锚固剂3继续进行搅拌，然后静置，静置的目的是为了外层锚固剂3与钻孔4内侧壁之间以及锚固剂3与锚固套管2的外侧壁之间的粘和更为稳固。步骤S3中的搅拌时间不能少于35秒，静置时间不能少于55秒，由于外层锚固剂的锚固剂的厚度比内能锚固剂的厚度稍大，此处的搅拌时间和静置时间要稍大于步骤S2中的时间，从而充分保证外层锚固剂的粘结和凝胶效果。

S4，步骤S3中的锚索1静置后，撤掉钻机，再安装托盘和锁具，最后再利用胀拉机具紧固锚索1的预紧力。

步骤S1结束后步骤S2开始前先对锚索1和和锚固套管2进行防锈处理。

以上施工方法所应用的锚固装置包括：

锚固套管2，锚固套管2包括套管管身201和连接在套管管身201一端的搅拌头202，套管管身201为两端开口的中空圆筒状，连接在套管管身201一端的搅拌头202为开口状，远离套管管身201一端的搅拌头202为封口状。锚固套管2为内径30mm外径为40mm的无缝钢管，表面做防锈处理，锚固套管2的顶部为一个圆锥形的结构，相当于是一个搅拌器，有效提升整体的搅拌效果。

锚索1，锚索1同轴设置在锚固套管2中，锚索1的直径小于锚固套管2的内径。

内层锚固剂，锚索1的外侧壁与锚固套管2的内侧壁之间的空隙填充有内层锚固剂。本发明中内层锚固剂的厚度为8.2mm，以加强锚索与锚固套管2内壁之间的锚固作用。

外层锚固剂，锚固套管2的外径小于岩石顶板5上的钻孔4的直径，锚固套管2的外侧壁与钻孔4的内侧壁之间的空隙填充有外层锚固剂。内层锚固剂与外层锚固剂均为树脂锚固剂。本发明中外层锚固剂的厚度为10mm，外层锚固剂的厚度大于内层锚固剂的厚度，使得钻孔内壁与锚固套管2外侧壁之间的锚固作用更大，从而能够抵抗钻孔由于应力所产生的形变。现行的做法通常是在钻孔中打入锚索1，然后锚索与钻孔之间的空隙中填入锚固剂，这样在抵抗钻孔中应力形变都由锚索1来来进行抵抗，因此对锚索1的尺寸要求就更大。而本发明中虽然锚索相比现行做法的直径偏小，但是锚索与钻孔之间由两层锚固剂和一层锚固套管2，因此在抵抗钻孔的应力形变时的效果其抵抗力能够与直径较大的锚索1相当。

搅拌头202为圆台形结构，圆台形搅拌头202的上底面为封口状。

钻孔4的直径为50mm；锚索1的直径为21.8mm。

锚固装置还包括托盘，托盘通过紧固螺母安装在锚索1上，托盘抵顶在岩石顶板5的顶板表面，托盘相当于是一个传递工具，将岩体的形变所产生的应力传递到锚固套管2上，从而提升整体的应变强度。

综上所述，本装置利用小直径的锚索1来锚固大直径的钻孔4，在锚索1与钻孔4之间的空隙处设置锚固套管2，锚固套管2与锚索1之间的空隙处填充锚固剂3，锚固套管2与钻孔4内侧壁之间填充锚固剂3，这就相当于是内层和外层两层锚固剂3，同时在将锚固剂3推入的过程中，锚固套管2也同步对锚固剂3进行旋转搅拌，又进一步提升的锚固剂3的搅拌均匀程度。在锚固剂3的作用下，锚固套管2和锚索1作为一个整体来抵御岩体形变所产生的应力，整体的锚固效果与小直径锚索1锚固小直径钻孔4的锚固效果相当。同时本发明中采用直径较小的锚固锚固直径较大的钻孔与直径较大的锚索锚固直径较大的钻孔的锚固效果相当，因此节省了施工成本。

需要指出的是本发明所涉及到的小直径是指，一般情况下，当使用带纵筋建筑螺纹钢筋锚索1时，钻孔4直径与锚索1的公称直径之差应在6～12mm之间的钻孔4与锚索1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。