[發明專利]一種可實時監測位移的分離式多功能錨桿及其使用方法

在審

• 申請號: 202310116509.1
• 申請日: 2023-02-15
• 公開（公告）號: CN115853563A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 孟慶彬;辛學奎;申世豹;蔚立元;劉江峰;李衛;張明偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D20/02
• 分類號: E21D20/02;E21D21/00;E21D21/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種可實時監測位移的分離式多功能錨桿，其特征在于：它包括異形截面錨桿(3)，異形截面錨桿(3)包括柱狀結構的錨桿體，錨桿體的外圓周相對開有兩條徑向設置的扇形凹槽(26)，兩條扇形凹槽(26)貫通整個錨桿體；異形截面錨桿(3)端部設有異形錨固端頭(5)，異形截面錨桿(3)的尾部設有螺紋，螺紋上順序設有用以錨固的托盤(2)和防滑絲螺母(10)，托盤(2)上固定有位移監測系統(11)，異形截面錨桿(3)外露端處在兩個扇形凹槽(26)中分別設有固定凸起(9)；

異形截面錨桿(3)端部中間設有楔形體(28)，異形截面錨桿(3)兩側的扇形凹槽(26)中分別間隔通過卡環(21)固定有高強度鋼絲B(6)和高強度鋼絲A(7)，高強度鋼絲B(6)和高強度鋼絲A(7)外側設有防腐蝕走線管(8)，其中高強度鋼絲A(7)的端部通過設置在扇形凹槽(26)端部的吊環螺栓b(20)連接固定，高強度鋼絲B(6)的端部則通過吊環螺栓a(19)與異形錨固端頭(5)的尾部連接；

異形錨固端頭(5)為端部設有倒鉤的矛頭結構，異形錨固端頭(5)的尾部設有與異形截面錨桿(3)端部楔形體(28)匹配的凹槽，異形錨固端頭(5)通過凹槽與楔形體(28)機械連接；高強度鋼絲B(6)和高強度鋼絲A(7)的尾端穿過各自所在扇形凹槽(26)的固定凸起(9)與位移監測系統(11)連接。

2.根據權利要求1所述的一種可實時監測位移的分離式多功能錨桿，其特征在于：所述位移監測系統(11)包括安裝盒，安裝盒內設有綜合讀數儀(24)和儀表盤(25)，其中綜合讀數儀(24)和儀表盤(25)在安裝盒內上下設置，綜合讀數儀(24)的型號為DatatakerDT80，綜合讀數儀(24)左右兩側分別設有水平設置的兩條矩形凹槽滑道(12)，矩形凹槽滑道(12)上分別設有螺栓(13)，儀表盤(25)左右兩側分別設有指針滑道(14)，左側的指針滑道(14)上滑動設有左側指針(15)，右側的指針滑道(14)上滑動設有右側指針(16)，左側指針(15)通過螺栓(13)與高強度鋼絲A(7)連接，右側指針(16)通過螺栓(13)與高強度鋼絲B(6)連接，通過調節螺栓(13)在矩形凹槽滑道(12)的位置從而使左側指針(15)與右側指針(16)分別位于儀表盤(25)的零刻度處，左右兩側的指針滑道(14)上分別設有位移傳感器(22)，兩個位移傳感器(22)通過導線與綜合讀數儀(24)連接；當圍巖移動造成異形截面錨桿(3)產生位移，高強度鋼絲A(7)與高強度鋼絲B(6)位置不變，使其端部連接的左側指針(15)和右側指針(16)在指針滑道(14)中產生位移，從而產生讀數。

3.根據權利要求2所述的一種可實時監測位移的分離式多功能錨桿，其特征在于：固定凸起(9)為光滑的柱狀結構，高強度鋼絲A(7)或高強度鋼絲B(6)一端與異形錨固端頭(5)內嵌的吊環螺栓a(19)或吊環螺栓b(20)連接固定，通過扇形凹槽(26)中固定的防腐蝕走線管(8)，在固定凸起(9)上纏繞一圈并拉直后調整其轉向，然后與位移監測系統(11)中左側的指針(15)或右側指針(16)固連。

4.根據權利要求2所述的一種可實時監測位移的分離式多功能錨桿，其特征在于：所述的左側指針(15)和右側指針(16)均設有金屬位移感應節點，左側指針(15)和右側指針(16)所在的指針滑道(14)上均設有位移傳感器(22)，當左側指針(15)和右側指針(16)移動后隨即所在位置對應的金屬位移感應節點位置信息能被位移傳感器(22)轉化成數據，位移傳感器(22)通過數據線(23)與綜合讀數儀(24)連接，通過綜合讀數儀(24)將左側指針(15)和右側指針(16)兩組位移數據讀取；所述的位移監測系統(11)可以通過儀表盤(25)宏觀讀取數據，也可以通過綜合讀數儀(24)讀取精確數據，以防止綜合讀數儀(24)故障導致讀數出現大的錯誤。

5.一種使用權利要求1～4中任意一條權利要求所述的一種可實時監測位移的分離式多功能錨桿的使用方法，其特征在于具體步驟如下：

首先，在圍巖(1)預先標定的位置施工階梯結構的錨孔(4)，錨孔(4)包括常規錨固鉆孔，并在鉆孔底部中心施工用以容納異形錨固端頭(5)的階梯鉆孔，用高彈性薄膜(27)包裹纏繞異形錨固端頭(5)和異形截面錨桿(3)相接連部分，其中高彈性薄膜(27)內包裹有膨脹劑(18)，膨脹劑(18)的反應時間應根據材料比例設定，快于錨固劑初凝時間；

將錨固劑膠泥藥卷、固化劑藥卷和整根錨桿送入錨孔(4)之中，啟動攪拌器使異形截面錨桿(3)帶動異形錨固端頭(5)旋轉攪拌，使固劑膠泥藥卷、固化劑藥卷被充分攪拌，并充填到異形截面錨桿(3)端部和異形錨固端頭(5)所在錨孔(4)區域中，錨固劑固化后形成錨固劑膠結體(17)，然后在錨孔孔外露段的錨桿上依次套裝托盤(2)和防滑絲螺母(10)，通過預緊防滑絲螺母(10)沿螺紋升角提供預緊力；

然后，將位移監測系統(11)固定安裝在托盤(2)上，移動螺栓(13)在矩形凹槽滑道(12)上移動來使高強度鋼絲B(6)和高強度鋼絲A(7)緊繃狀態下左側指針(15)和右側指針(16)歸零，通過數據線(23)將綜合讀數儀(24)連接好；

當異形截面錨桿(3)隨圍巖(1)變形而拉伸變形時，高強度鋼絲A(7)將會拉動左側指針(15)沿指針滑道(14)向上移動，高強度鋼絲B(6)亦會拉動右側指針(16)沿指針滑道(14)向上移動。此時，左側指針(15)和右側指針(16)上的金屬位移感應節點的位置移動信息被位移傳感器(22)轉化成數據，位移傳感器(22)將數據通過數據線(23)傳遞給綜合讀數儀(24)；

通過位移監測系統(11)上的儀表盤(25)或綜合讀數儀(24)來讀取數據確定異形截面錨桿(3)的拉伸量，設左側指針(15)讀數為x₁，右側指針(16)讀數為x₂，若x₁＝x₂且讀數在正常范圍內，代表錨固未失效，因此異形截面錨桿(3)拉伸量等于圍巖(1)變形量；若x₁＝x₂，但是讀數異常偏大即在正常范圍外，則代表錨桿被拉斷；

當異形截面錨桿(3)與錨固劑或錨固體、圍巖(1)發生脫錨失效時，異形錨固端頭(5)和異形截面錨桿(3)將會發生分離，此時高強度鋼絲A(7)與異形截面錨桿(3)保持不變，而高強度鋼絲B則被異形錨固端頭(5)拖拽；此時左側指針(15)讀數x₁依然為異形截面錨桿(3)的拉伸量，右側指針(16)讀數x₂為該處圍巖(1)的變形位移量，此時x₁≠x₂，圍巖(1)的變形位移量應等于異形截面錨桿(3)的拉伸量與錨桿—圍巖相對位移量之和，設錨桿—圍巖相對位移量為Δl_相對，即x₂＝x₁+Δl_相對。