基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置及施工方法

本发明涉及热融灾害快速、应急处置，尤其涉及基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置及施工方法。

背景技术：

1、我国多年冻土占据了大约20%的国土面积，其中超过150×104km2的多年冻土分布在青藏高原地区。多年冻土的存续与发展过程与外界环境存在着紧密的联系，青藏高原多年冻土以高温、高含冰量为主要特征，在全球气候变暖背景下，过去50~60a，青藏高原多年冻土经历了显著的退化过程，这主要体现在活动层厚度增加、年平均低温升高、地下冰融化等，加之人类工程活动影响，造成各种热融灾害频发，热融灾害发生、发展速度快，其中以热融滑塌和滑坡灾害对工程及生态环境影响最为显著。因此，有必要针对频发的热融灾害提出针对性的治理措施。

2、近年来，出于保护冻土原则，针对多年冻土区热融灾害的治理，提出了一系列工程措施，其主要包括两类：（1）在潜在热融灾害区域，设置柔性或刚性支挡结构，防止热融灾害滑塌物侵扰工程设施运营；但是，这类工程措施并没有从根源上治理灾害发生，仅仅改变了灾害滑移路径，减小了热融灾害对工程和生态环境的影响；（2）通过在锚固装置内部设置主动或被动通风冷却装置，强化灾害体内部与外界环境之间的热交换，实现了保护冻土减缓退化目的；但是，对于发生、发展较快的热融灾害，缺乏快速锚固、应急处置方案。

3、因此，亟需一种遵循保护冻土原则，兼顾灾害治理与通风冷却，特别是能够实现快速处置的锚固装置，从而更好地实现热融灾害应急处置，保障多年冻土区工程及生态安全。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种实用性强、应急锚固效果突出的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供该基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置的施工方法。

3、为解决上述问题，本发明所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：该装置包括穿过滑移面设置在灾害体内部的光固化锚固装置；所述光固化锚固装置的周围通过压力注浆形成浆固层；所述光固化锚固装置的露出端且紧贴所述灾害体处设有垫板和锚具；所述光固化锚固装置为双层锚管结构，且锚管内层和锚管外层上开设有均匀分布的锚管出浆孔；所述锚管内层和所述锚管外层之间设有s型锚管内外层连接板；所述锚管内层内部装配带有齿状结构的玻璃钢光固化棒，该玻璃钢光固化棒内设有紫外线灯，表面设有注浆槽；在所述浆固层光固化结束后，利用带有无动力风帽的通风结构替换所述玻璃钢光固化棒。

4、所述浆固层由光固化材料压力注浆后，通过所述紫外线灯照射固化形成。

5、所述锚管出浆孔沿所述锚管内层和所述锚管外层管壁周围均匀分布，且沿所述锚管内层和所述锚管外层的长度方向间断布置；所述锚管内层上所述锚管出浆孔的数量是所述锚管外层上所述锚管出浆孔的两倍。

6、所述锚管内外层连接板为s型钢制薄板，且沿所述锚管内层周围均匀设置；两个相邻的所述锚管内外层连接板之间包含一个所述锚管出浆孔。

7、所述紫外线灯与所述注浆槽均沿所述玻璃钢光固化棒的长度方向设置；所述紫外线灯设置在所述玻璃钢光固化棒的中心；所述注浆槽的数量及位置与所述锚管内层上的所述出浆孔一一对应。

8、所述玻璃钢光固化棒由透光玻璃钢制成。

9、所述通风结构由嵌套在一起的通风结构内层和通风结构外层组成；所述通风结构内层与所述通风结构外层之间设有i型通风结构内外层连接板；所述通风结构内层一端露出所述通风结构外层，另一端相对缩入所述通风结构外层；所述通风结构内层的外露端设有所述无动力风帽。

10、所述通风结构内层为圆柱状钢管，其内部体积与所述通风结构内层的外壁与所述通风结构外层的内壁之间的体积相等。

11、所述通风结构外层为带有齿状结构的钢管，其外部尺寸与所述玻璃钢光固化棒的尺寸相等。

12、如上所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

13、⑴通过遥感影像判断可能发生热融灾害并危及冻土工程安全运营的灾害体，结合现场实地考察，预判潜在热融灾害的体量，确定光固化锚固装置、无动力风帽的尺寸，并进行该快速锚固装置施工图设计；

14、⑵根据设计图纸，在工厂制作玻璃钢光固化棒；锚管内层的内径与玻璃钢光固化棒相等；锚管出浆孔的宽度与注浆槽宽度一致；根据玻璃钢光固化棒的尺寸确定通风结构的尺寸；待上述构件制作完成后，将其组装备用；

15、⑶按照施工设计图要求，在潜在热融灾害场地进行钻孔定位，并根据光固化锚固装置的设计尺寸，进行钻孔；

16、⑷完成预定位置的钻孔钻设后，将组装完成的光固化锚固装置安装到相应的钻孔，利用注浆装置通过玻璃钢光固化棒上设置的注浆槽向光固化锚固装置内部压力注入光固化材料；

17、⑸注浆过程中，一部分光固化材料通过锚管出浆孔进入灾害体内部形成浆固层，另一部分光固化材料通过锚管出浆孔进入锚管内层和锚管外层之间的夹层，在压力作用下，锚管内外层连接板由s型变为i型，促使锚管外层直径扩大；

18、⑹待注浆压力达到设定阈值后，向设置在玻璃钢光固化棒内的紫外线灯通电，在紫外线作用下，促使光固化锚固装置内的光固化材料快速凝固，然后将光固化锚固装置内部的玻璃钢光固化棒替换为通风结构；

19、⑺利用垫板和锚具将光固化锚固装置预紧、锚定；在通风结构内层外露端安装无动力风帽，完成施工。

20、本发明与现有技术相比具有以下优点：

21、1、本发明将现有技术中的普通注浆材料替换为光固化材料，并在光固化锚固装置内部设置带有紫外线灯的透光玻璃钢光固化棒，可以通过紫外线照射促使光固化锚固装置内的光固化材料快速凝固，进而实现快速锚固，使本发明的光固化锚固装置具备突出的应急能力。

22、2、本发明中将光固化锚固装置设计为双层锚管结构，在锚管内层和锚管外层之间设置s型锚管内外层连接板，注浆过程中，在压力作用下，促使锚管内外层连接板拉伸变直，使得锚管外层直径扩大，提高了其锚固能力。

23、3、本发明中的玻璃钢光固化棒和通风结构分阶段作用，通风结构使得该光固化锚固装置具备了通风冷却能力，强化了灾害体内部与外界之间的热交换能力，实现了热融灾害治理。

24、4、本发明实用性强、易于实施。

技术特征：

1.基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：该装置包括穿过滑移面（3）设置在灾害体（1）内部的光固化锚固装置（2）；所述光固化锚固装置（2）的周围通过压力注浆形成浆固层（4）；所述光固化锚固装置（2）的露出端且紧贴所述灾害体（1）处设有垫板（5）和锚具（6）；所述光固化锚固装置（2）为双层锚管结构，且锚管内层（11）和锚管外层（12）上开设有均匀分布的锚管出浆孔（10）；所述锚管内层（11）和所述锚管外层（12）之间设有s型锚管内外层连接板（13）；所述锚管内层（11）内部装配带有齿状结构的玻璃钢光固化棒（8），该玻璃钢光固化棒（8）内设有紫外线灯（18），表面设有注浆槽（9）；在所述浆固层（4）光固化结束后，利用带有无动力风帽（7）的通风结构（14）替换所述玻璃钢光固化棒（8）。

2.如权利要求1所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述浆固层（4）由光固化材料压力注浆后，通过所述紫外线灯（18）照射固化形成。

3.如权利要求1所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述锚管出浆孔（10）沿所述锚管内层（11）和所述锚管外层（12）管壁周围均匀分布，且沿所述锚管内层（11）和所述锚管外层（12）的长度方向间断布置；所述锚管内层（11）上所述锚管出浆孔（10）的数量是所述锚管外层（12）上所述锚管出浆孔（10）的两倍。

4.如权利要求1所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述锚管内外层连接板（13）为s型钢制薄板，且沿所述锚管内层（11）周围均匀设置；两个相邻的所述锚管内外层连接板（13）之间包含一个所述锚管出浆孔（10）。

5.如权利要求1所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述紫外线灯（18）与所述注浆槽（9）均沿所述玻璃钢光固化棒（8）的长度方向设置；所述紫外线灯（18）设置在所述玻璃钢光固化棒（8）的中心；所述注浆槽（9）的数量及位置与所述锚管内层（11）上的所述出浆孔（10）一一对应。

6.如权利要求5所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述玻璃钢光固化棒（8）由透光玻璃钢制成。

7.如权利要求1所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述通风结构（14）由嵌套在一起的通风结构内层（15）和通风结构外层（16）组成；所述通风结构内层（15）与所述通风结构外层（16）之间设有i型通风结构内外层连接板（17）；所述通风结构内层（15）一端露出所述通风结构外层（16），另一端相对缩入所述通风结构外层（16）；所述通风结构内层（15）的外露端设有所述无动力风帽（7）。

8.如权利要求7所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述通风结构内层（15）为圆柱状钢管，其内部体积与所述通风结构内层（15）的外壁与所述通风结构外层（16）的内壁之间的体积相等。

9.如权利要求7所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，其特征在于：所述通风结构外层（16）为带有齿状结构的钢管，其外部尺寸与所述玻璃钢光固化棒（8）的尺寸相等。

10.如权利要求1所述的基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种基于光固化材料治理热融灾害的快速锚固装置，该装置包括穿过滑移面设置在灾害体内部的光固化锚固装置。光固化锚固装置的周围通过压力注浆形成浆固层；光固化锚固装置的露出端且紧贴灾害体处设有垫板和锚具；光固化锚固装置为双层锚管结构，且锚管内层和锚管外层上开设有均匀分布的锚管出浆孔；锚管内层和锚管外层之间设有S型锚管内外层连接板；锚管内层内部装配带有齿状结构的玻璃钢光固化棒，该玻璃钢光固化棒内设有紫外线灯，表面设有注浆槽；在浆固层光固化结束后，利用带有无动力风帽的通风结构替换玻璃钢光固化棒。本发明利用紫外线照射光固化材料快速凝固的特性，进而实现快速锚固，具备了热融灾害的应急处置能力。技术研发人员：鞠鑫,牛富俊,罗京,高泽永,尹国安受保护的技术使用者：中国科学院西北生态环境资源研究院技术研发日：技术公布日：2024/10/10