一种隧道软岩大变形监测锚杆的制作方法

本发明涉及隧道施工地下工程领域，特别是涉及一种隧道软岩大变形监测锚杆。

背景技术：

1、隧道软弱大变形是指，隧道在开挖前岩体处于三向受压高围压环境，相互制约，处于一种稳定平衡状态，当隧道开挖后，应力发生二次重分布，在洞壁附近切向应力增大而径向应力减小（趋近于零），此时隧道洞壁岩体环境由高围压状态转变为低围压状态，在应力增大区较大范围内围压处于塑性状态，当支护结构不足以抵抗围岩变形时，产生显著的塑性状态。当地应力越大，隧道开挖后，围岩塑性半径也将随之增大。该变形是在高地应力条件下产生的显著塑性变形。主要特征有两个：

2、1、变形量大，一般软岩隧道变形可达10cm以上，而挤压性软岩隧道变形可达30cm以上，甚至达100cm以上，往往表现为初期支护喷砼开裂、钢架扭曲、变形侵限，甚至二衬开裂等。

3、2、变形持续时间长，由于软弱围岩具有较高的流变性和低强度，开挖后应力重分布的持续时间长，导致变形收敛时间也较长。短者数十天、数百天，长者持续数年。

4、对于变形量大的问题，通常采用让压锚杆进行锚固，通过锚杆在地层中适应岩土所产生的较大的变形，实现让压效果。变形地质体在锚固中将有害变形适度释放，维护锚固效果，保证锚固的可靠，为工程的安全提供保障。但是现有的让压锚杆不能监测隧道围岩内部变形情况，无法有效判断锚杆的让压情况。

5、而对于变形持续时间长的问题，需要对开挖后的隧道软弱围岩进行长期持续的监测。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。

6、授权公告号为cn111878169b的中国专利公开了一种可测量隧道围岩内部变形的岩石锚杆及工作方法，其方案通过电阻式位移监测件的电阻变化，来反应处岩石内部的变形情况。但是该方案的缺乏让压效果，无法提供有效的工作阻力，变形地质体在锚固中无法将有害变形适度释放，锚固效果差。

7、所以亟需一种将让压锚杆和测量装置有效结合的锚杆结构，在保证让压效果的同时，能够监测围岩内部变形情况和让压量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种隧道软岩大变形监测锚杆，以解决背景技术中存在的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种隧道软岩大变形监测锚杆，包括锚杆组件和测量装置，所述锚杆组件包括让压装置、中空锚杆和锚头，所述让压装置的两端分别与所述中空锚杆和锚头可拆卸连接，

4、所述让压装置包括套筒和位于所述套筒内的活动体和阻力体，所述活动体与所述套筒滑动连接，所述阻力体与所述套筒卡接，所述活动体与所述阻力体抵接提供锚杆组件的工作阻力；所述活动体的一端与所述锚头连接，所述活动体的另一端与所述中空锚杆连接，所述活动体和中空锚杆之间设有连接件，所述中空锚杆内设有空心管，所述连接件与所述空心管连接；

5、所述测量装置包括压力元件、数据线和主机，所述压力元件位于所述阻力体内，所述数据线穿过所述连接件和空心管伸出钻孔外。

6、进一步地，所述活动体包括第一中间部和第一滑动部，所述第一滑动部阵列在所述第一中间部的外侧，所述第一滑动部的长度大于所述套筒的长度，所述第一中间部的一端设有第一内螺纹口，所述锚头通过所述第一内螺纹口与所述滑动部螺纹连接，所述第一中间部的另一端设有抵接头，所述第一中间部的外尺寸与所述套筒的内尺寸相适配。

7、进一步地，所述套筒内对应所述第一滑动部的位置设有滑槽，所述滑槽的尺寸与所述第一滑动部的尺寸相适配，所述滑槽靠近所述中空锚杆的一端设有阶梯槽，所述阶梯槽的位置设有沿套筒周向方向布置的卡接槽，所述卡接槽与所述阶梯槽连通。

8、进一步地，所述阻力体位于所述抵接部的一侧，所述阻力体包括两组规格相同的阻力片，所述压力元件位于两个所述阻力片之间，所述阻力片包括第二中间部和第二滑动部，所述第二滑动部阵列在所述第二中间部的外侧，所述第二滑动部的位置与所述阶梯槽的位置相对应，所述第二滑动部的尺寸与所述阶梯槽的尺寸相适配，所述第二滑动部的尺寸与所述卡接槽相适配，所述阻力体通过所述第二滑动部和卡接槽与所述套筒卡接。

9、进一步地，所述连接件包括密封板、密封头、插头和第二内螺纹口，所述密封板的外径与所述套筒的外径相同，所述插头对应所述阶梯槽的位置阵列在所述密封板上，所述插头的尺寸与所述阶梯槽插入第一滑动部后的空隙相适配，所述插头的尺寸与所述套筒的内径相适配，所述密封板对应所述第一滑动部的位置设有开孔，所述空心管通过所述第二内螺纹口与所述连接件螺纹连接。

10、进一步地，所述插头为中空结构，所述密封板内设有连通腔，所述连通腔分别与所述插头和第二内螺纹口连通，所述数据线的一端与所述压力元件连接，所述数据线的另一端穿过阶梯槽、插头、连通腔和空心管并与所述主机连接。

11、进一步地，所述中空锚杆靠近所述连接件的一端设有灌浆支管，所述灌浆支管与所述第一滑动部固定，所述第一滑动部为中空结构，第一滑动部靠近所述第一内螺纹口的一端与所述第一中间部连通，所述锚头为中空结构，所述锚头与所述第一中间部连通，所述中空锚杆的两端设有密封塞，所述密封塞位于所述中空锚杆和空心管之间，所述密封塞靠近所述连接件的一端与所述连接件抵接，所述空心管伸出钻孔外的一端外侧设有灌浆孔，所述锚头的外侧设有出浆孔。

12、进一步地，所述中空锚杆位于钻孔外的一端设有托盘，所述托盘的外侧设有螺母，所述螺母与所述中空锚杆螺纹配合，所述主机固定在所述托盘上。

13、进一步地，所述阻力片采用钢丝网或铁板。

14、本发明的有益效果是：

15、1）活动体的抵接部位于阻力体的前端，当活动体移动时会抵接阻力体，通过阻力体施加工作阻力，提高锚杆组件的锚固力。

16、2）压力元件受压会将压力信号通过数据线传递给外部的主机，通过主机可以实时监测软岩变形情况，有效判断锚杆的让压情况，便于工作人员及时做出处理，提高隧道支护的安全性。

17、3）设置多个压力元件能够分别监测每个阻力体的受力情况，同时通过多个压力元件综合分析隧道的变形情况，提高监测效果。

18、4）可以灵活设置多个让压装置，适应不同长度锚杆，提高让压效果，同时通过设置位于钻孔内不同位置的让压装置来监测钻孔在不同位置的的变形情况。

技术特征：

1.一种隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：包括锚杆组件和测量装置（4），所述锚杆组件包括让压装置（3）、中空锚杆（1）和锚头（2），所述让压装置（3）的两端分别与所述中空锚杆（1）和锚头（2）可拆卸连接；

2.根据权利要求1所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述活动体（32）包括第一中间部（322）和第一滑动部（321），所述第一滑动部（321）阵列在所述第一中间部（322）的外侧，所述第一滑动部（321）的长度大于所述套筒（31）的长度，所述第一中间部（322）的一端设有第一内螺纹口（323），所述锚头（2）通过所述第一内螺纹口（323）与所述第一滑动部（321）螺纹连接，所述第一中间部（322）的另一端设有抵接头，所述第一中间部（322）的外尺寸与所述套筒（31）的内尺寸相适配。

3.根据权利要求2所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述套筒（31）内对应所述第一滑动部（321）的位置设有滑槽（311），所述滑槽（311）的尺寸与所述第一滑动部（321）的尺寸相适配，所述滑槽（311）靠近所述中空锚杆（1）的一端设有阶梯槽（312），所述阶梯槽（312）的位置设有沿套筒（31）周向方向布置的卡接槽（313），所述卡接槽（313）与所述阶梯槽（312）连通。

4.根据权利要求3所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述阻力体（33）位于所述抵接部（324）的一侧，所述阻力体（33）包括两组规格相同的阻力片，所述压力元件（41）位于两个所述阻力片之间，所述阻力片包括第二中间部（331）和第二滑动部（332），所述第二滑动部（332）阵列在所述第二中间部（331）的外侧，所述第二滑动部（332）的位置与所述阶梯槽（312）的位置相对应，所述第二滑动部（332）的尺寸与所述阶梯槽（312）的尺寸相适配，所述第二滑动部（332）的尺寸与所述卡接槽（313）相适配，所述阻力体（33）通过所述第二滑动部（332）和卡接槽（313）与所述套筒（31）卡接。

5.根据权利要求3所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述连接件（5）包括密封板（51）、密封头（53）、插头（52）和第二内螺纹口（54），所述密封板（51）的外径与所述套筒（31）的外径相同，所述插头（52）对应所述阶梯槽（312）的位置阵列在所述密封板（51）上，所述插头（52）的尺寸与所述阶梯槽（312）插入第一滑动部（321）后的空隙相适配，所述插头（52）的尺寸与所述套筒（31）的内径相适配，所述密封板（51）对应所述第一滑动部（321）的位置设有开孔（56），所述空心管（6）通过所述第二内螺纹口（54）与所述连接件（5）螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述插头（52）为中空结构，所述密封板（51）内设有连通腔（55），所述连通腔（55）分别与所述插头（52）和第二内螺纹口（54）连通，所述数据线（42）的一端与所述压力元件（41）连接，所述数据线（42）的另一端穿过阶梯槽（312）、插头（52）、连通腔（55）和空心管（6）并与所述主机（43）连接。

7.根据权利要求2所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述中空锚杆（1）靠近所述连接件（5）的一端设有灌浆支管（11），所述灌浆支管（11）与所述第一滑动部（321）固定，所述第一滑动部（321）为中空结构，第一滑动部（321）靠近所述第一内螺纹口（323）的一端与所述第一中间部（322）连通，所述锚头（2）为中空结构，所述锚头（2）与所述第一中间部（322）连通，所述中空锚杆（1）的两端设有密封塞（12），所述密封塞（12）位于所述中空锚杆（1）和空心管（6）之间，所述密封塞（12）靠近所述连接件（5）的一端与所述连接件（5）抵接，所述空心管（6）伸出钻孔（10）外的一端外侧设有灌浆孔（13），所述锚头（2）的外侧设有出浆孔（21）。

8.根据权利要求1所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述中空锚杆（1）位于钻孔（10）外的一端设有托盘（7），所述托盘（7）的外侧设有螺母（8），所述螺母（8）与所述中空锚杆（1）螺纹配合，所述主机（43）固定在所述托盘（7）上。

9.根据权利要求4所述的隧道软岩大变形监测锚杆，其特征在于：所述阻力片采用钢丝网或铁板。

技术总结本发明公开了一种隧道软岩大变形监测锚杆，涉及隧道施工地下工程领域，包括锚杆组件和测量装置，所述锚杆组件包括让压装置、中空锚杆和锚头，所述让压装置的两端分别与所述中空锚杆和锚头可拆卸连接，所述让压装置包括套筒和位于所述套筒内的活动体和阻力体，所述活动体与所述套筒滑动连接，所述阻力体与所述套筒卡接，所述活动体与所述阻力体抵接提供锚杆组件的工作阻力；所述测量装置包括压力元件、数据线和主机，所述压力元件位于所述阻力体内。本发明设置多个阻力体可以提高锚杆组件的锚固效果；同时压力元件受压会将压力信号传递给外部的主机，实时监测软岩变形情况和锚杆的拉力，有效判断锚杆的让压情况，提高隧道支护的安全性。技术研发人员：李怀国,刘雪山,林华,李强,李昱,陈宇,刘海成,孙述忠,邱治文,乐思辰,田奇受保护的技术使用者：中国水利水电第一工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15