[發明專利]一種錨桿高預應力施加裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201911275793.7
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111119961B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 尹升華;嚴榮富;吳愛祥;劉伽偉;陳勛;陳順滿;王雷鳴
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種錨桿高預應力施加裝置及使用方法，屬于圍巖支護技術領域。該裝置包括液壓油高壓注油系統、錨桿拉拔系統、高扭矩施加系統、液壓油泄壓系統，液壓油高壓注油系統、錨桿拉拔系統、高扭矩施加系統、液壓油泄壓系統安裝在基座上。基座采用高強度鋼材料制成。該裝置通過高油壓作用，既能對錨桿施加高預應力，又可對錨桿螺母施加高扭矩預緊，重構圍巖受力狀態，將開挖后的二向應力改變為三向應力，達到提高圍巖性能、改善松散結構、強化弱層的目的，實現井下復雜松散破碎圍巖的快速加固，增強軟破巖體抵抗變形的能力。

技術領域

本發明涉及圍巖支護技術領域，特別是指一種錨桿高預應力施加裝置及使用方法。

背景技術

錨桿支護是井下巷道、路橋隧道、及地下巖體工程等使用最為廣泛的一種支護方式，常用的有管縫錨桿、注漿錨桿、樹脂錨桿等。錨桿支護技術也由早期的被動支護，逐步發展到現在豐富的支護體系，包括全長錨固支護、長錨桿支護、高預應力主動支護等。支護作用也由早期的懸吊作用，發展成具備組合梁、組合拱以及減跨等支護作用。目前，應用最為廣泛的為樹脂錨桿支護，主要是利用樹脂的膠結作用將錨桿固定在鉆孔中底部，并在錨桿外露一端增加螺母和墊板，通過一定扭矩使錨桿形成一定預應力，使復雜松軟破碎圍巖轉化為高強度的圍巖應力拱，提高圍巖的應力強度，改善圍巖結構，達到支護圍巖的目的，保障巷道的長期穩定性。

因此，要想提高錨桿支護體系內圍巖的綜合承載和抵抗變形的能力，必須對錨桿拉拔力、預緊力等提出很高的要求，即在錨桿支護初期就形成較強的錨固力(預緊力)。但是，現有的錨桿施工和安裝技術，錨桿依然發揮的是被動支護作用，由于無法實現高預應力，錨桿的主動支護作用難以實現，具體存在的問題如下：(1)錨桿安裝過程中，預緊力的實現常采用支護工人進行手動預緊，對錨桿的預應力施加情況較為隨意，且人工使用扳手達到的扭矩范圍為100N·M～200N·M；(2)雖然有錨桿鉆機可以進行錨桿安裝及預緊，但是鉆機扭矩較低，最高為150N·M，不足以提供足夠的預緊扭矩，造成錨桿預應力不足，圍巖強度提升有限；(3)現有高預應力施加設備在錨桿中應用較少，多在錨索支護中使用，且設備笨重、體型大、施工復雜，不適宜錨桿的快速安裝預緊；(4)單純依靠提高扭矩增加預應力時，扭矩與預應力的關系受施工情況影響較大；(5)單獨采用高拉拔力達到與預應力施加時，螺母擰緊難度大，預緊力小，易發生預應力衰減。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種錨桿高預應力施加裝置及使用方法，該裝置可以快速且同時施加高預應力及高扭矩的錨桿預應力，并根據巷道圍巖對圍壓的需求給出相應的液壓、扭矩和預應力的對應關系，指導預應力錨桿施工，最后形成錨桿預應力施加裝置。

該裝置包括液壓油高壓注油系統、錨桿拉拔系統、高扭矩施加系統和液壓油泄壓系統，高壓注油系統、錨桿拉拔系統、高扭矩施加系統和液壓油泄壓系統安裝在基座上，其中，高壓注油系統包括液壓油入口和高壓油槽，錨桿拉拔系統包括錨桿應力拉拔套筒和錨桿應力傳動套筒，高扭矩施加系統包括錨桿預緊螺母、液壓扭矩自行扳手、扭矩轉盤和旋轉液壓臂，液壓油泄壓系統包括液壓油出口和泄壓油槽；錨桿應力傳動套筒內嵌在基座里，用來傳遞高壓液壓油所產生的推動力，將推動力傳遞給錨桿應力拉拔套筒，在推動力的作用下拉拔錨桿產生預應力。錨桿應力傳動套筒上方接觸錨桿應力拉拔套筒，錨桿應力拉拔套筒內放置樹脂錨桿，樹脂錨桿下部插入錨桿預緊螺母中，錨桿預緊螺母外部設置扭矩轉盤，扭矩轉盤外部設置油腔，油腔外部連接高壓油槽和泄壓油槽，基座一側開口設置液壓油入口和液壓油出口。

其中，扭矩轉盤上均勻布置液壓扭矩自行扳手，液壓扭矩自行扳手連接錨桿預緊螺母。

扭矩轉盤上均勻插入八支旋轉液壓臂，旋轉液壓臂能夠伸縮。

扭矩轉盤內為六邊形，用以匹配錨桿預緊螺母。

基座由高強度鋼材料制成，密封性好。

該裝置整體為上窄下寬的圓環型柱體。

使用該裝置的方法，包括步驟如下：