一种吸能让压管结构及多段吸能变阻型锚杆的制作方法

1.本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种吸能让压管结构及多段吸能变阻型锚杆。


背景技术：

2.随着地下工程的迅速发展，工程建设过程中经常面临高应力、极软岩、强扰动等复杂条件，极易出现岩爆、冲击地压、瞬时大变形及持续大变形等破坏现象。围岩岩爆和大变形是围岩能量积聚和释放的结果，解决上述问题的关键是利用支护体系吸收围岩释放的能量，减少能量积聚。
3.目前，锚杆及其组合支护方式是当今世界各国地下工程常用的支护方式，但传统的锚杆支护技术其可延伸性较差，吸能效果差，难以有效抵抗岩爆和围岩大变形等灾害。为有效控制岩爆和大变形等灾害，释能锚杆已经成为世界深埋地下工程的重要支护形式。释能锚杆既具有高静止拉拔力，又能抵抗动力载荷的多次冲击，并在每次动力冲击过程产生一定的整体让压滑移或形变，借以释放积聚在冲击端的动能，确保释能支护岩体的整体稳定。
4.目前，现阶段地下工程施工中使用的释能锚杆可以大致分为杆体可延伸式和结构元件式两种，但在实际使用过程中杆体可延伸式锚杆存在难以精确控制变形参数，杆体易拉断等缺点，结构元件式让压锚杆存在成本高、结构精巧易失效损坏等缺点。因此，隧道释能锚杆支护技术亟待创新。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种吸能让压管结构及多段吸能变阻型锚杆，用于控制高地应力岩爆隧道施工期间掌子面突发的岩体猛烈抛出现象和软岩隧道出现的大变形灾害现象，降低掌子面的施工风险，保障隧道施工期间人员和设备的安全。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种吸能让压管结构，包括让压套筒和让压杆，所述让压套筒由外套筒、内套筒组成，所述内套筒固定设置在外套筒内，所述内套筒的长度小于外套筒的长度，内套筒的内径与外套筒的内径相当，所述内套筒的强度低于所述外套筒；所述让压杆呈圆柱形，让压杆的头端设有类球形的端头，尾端设有螺纹；所述让压杆的端头连接在内套筒内，让压杆的端头与内套筒过盈配合。
8.进一步地，所述内套筒内壁沿轴线方向设有多个凹槽，让压杆的端头的最大截面半径大于内套筒的内径，小于内套筒内的凹槽的外径。
9.优选的，所述凹槽呈马蹄形。
10.进一步地，所述凹槽设有八个，沿内套筒内壁周向均匀布设。
11.一种包含上述吸能让压管结构的多段吸能变阻型锚杆，包括至少两段吸能让压管结构，吸能让压管结构的吸能让压强度不同。
12.进一步地，包括托盘、第一吸能让压管、第二吸能让压管、第三吸能让压管、螺纹钢钢筋；所述托盘与第一吸能让压管的让压杆螺纹连接，所述第一吸能让压管的外套筒与第二吸能让压管的外套筒通过第一连接套连接，所述第二吸能让压管的让压杆尾端连接第二连接套，第二连接套另一端固定连接第三吸能让压管的外套筒；所述第三吸能让压管的让压杆的尾端连接第三连接套，第三连接套的另一端连接螺纹钢钢筋；所述第一吸能让压管、第二吸能让压管、第三吸能让压管的吸能强度递增。
13.进一步地，所述第一吸能让压管、第二吸能让压管、第三吸能让压管的内套筒强度依次递增。
14.进一步地，所述第一吸能让压管、第二吸能让压管、第三吸能让压管内套筒和让压杆的长度依次递增。
15.进一步地，所述第一吸能让压管、第二吸能让压管、第三吸能让压管的内套筒强度依次递增，且所述第一吸能让压管、第二吸能让压管、第三吸能让压管内套筒和让压杆的长度依次递增。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
17.本发明的吸能让压管结构，当外力作用下让压管和让压套筒发生相对滑动时，由于让压杆强度相对较高，因此在让压套筒内进行相对运动时会挤压内套筒，迫使内套筒发生变形，在挤压的过程中，由于类球形端头和内套筒接触的面积是相对一致的，可实现恒阻让压。
18.本发明的多段吸能变阻型锚杆，在围岩发生较小的岩爆或者轻微的变形时，通过第一、第二吸能让压管来吸收一定的能量，同时允许围岩发生应力调整，产生一定的变形，或者产生较小程度的岩爆和围岩变形；第三吸能让压管可以抑制高烈度岩爆灾害的发生和较大程度的围岩变形。本发明采取三段式吸能结构也能够有效降低单段式吸能让压装置由于制造过程中的误差，而导致的吸能结构不发生作用的概率，大大提高了让压锚杆的使用可靠度。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1是本发明的吸能让压管结构的整体剖视示意图；
21.图2是让压套筒的纵截面示意图；
22.图3是让压套筒的横截面示意图；
23.图4是让压套筒受挤压后的示意图；
24.图5是本发明的多段吸能变阻型锚杆的整体示意图；
25.图6是一级(第一吸能让压管)吸能的示意图；
26.图7是二级(第一、第二吸能让压管)吸能的示意图；
27.图8是三级(第一、第二、第三吸能让压管)吸能的示意图。
28.附图标记：1-外套筒，2-内套筒，3-让压杆，4-端头，5-凹槽，6-托盘，7-第一吸能让
压管，8-第二吸能让压管，9-第三吸能让压管，10-螺纹钢钢筋，11-第一连接套，12-第二连接套，13-第三连接套。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.实施例一：
31.本发明实施例一提供一种吸能让压管结构，如图1-图3所示，包括让压套筒和让压杆3，所述让压套筒由外套筒1、内套筒2组成，所述内套筒2固定设置在外套筒1内，所述内套筒2的长度小于外套筒1的长度，内套筒2的内径与外套筒1的内径相当，所述内套筒2的强度低于所述外套筒1；所述让压杆3呈圆柱形，让压杆3的头端设有类球形的端头4，尾端设有螺纹；所述让压杆3的端头4连接在内套筒2内，让压杆3的端头4与内套筒2过盈配合。
32.进一步地，所述内套筒2内壁沿轴线方向设有多个凹槽5，让压杆3的端头4的最大截面半径大于内套筒2的内径，小于内套筒2内的凹槽5的外径。优选的，所述凹槽5呈马蹄形。优选的，所述凹槽5设有八个，沿内套筒2内壁周向均匀布设。
33.让压杆与让压套筒的连接方式如图1所示，当外力作用下让压杆和让压套筒发生相对滑动时，由于让压杆强度相对较高，因此在让压套筒内进行相对运动时会挤压内套筒，迫使内套筒发生变形。在挤压的过程中，由于让压杆端头和内套筒接触的面积是相对一致的，因此可实现恒阻让压。挤压前后的让压套筒截面情况如图3和图4所示。
34.实施例二：
35.本发明实施例二提供一种包含上述吸能让压管结构的多段吸能变阻型锚杆，包括至少两段吸能让压管结构，吸能让压管结构的吸能让压强度不同。
36.在一个具体实施例中，如图5所示，包括托盘6、第一吸能让压管7、第二吸能让压管8、第三吸能让压管9、螺纹钢钢筋10；所述托盘6与第一吸能让压管7的让压杆螺纹连接，所述第一吸能让压管7的外套筒与第二吸能让压管8的外套筒通过第一连接套11连接，所述第二吸能让压管8的让压杆尾端连接第二连接套12，第二连接套12另一端固定连接第三吸能让压管9的外套筒；所述第三吸能让压管9的让压杆的尾端连接第三连接套13，第三连接套13的另一端连接螺纹钢钢筋10；所述第一吸能让压管7、第二吸能让压管8、第三吸能让压管9的吸能强度递增。
37.优选的，所述第一吸能让压管7、第二吸能让压管8、第三吸能让压管9的内套筒强度依次递增；另一优选的，所述第一吸能让压管7、第二吸能让压管8、第三吸能让压管9内套筒和让压杆的长度依次递增；更优的，所述第一吸能让压管7、第二吸能让压管8、第三吸能让压管9的内套筒强度依次递增，且所述第一吸能让压管7、第二吸能让压管8、第三吸能让压管9内套筒和让压杆的长度依次递增。
38.将本发明的锚杆按照普通锚杆的安装方装入围岩，并进行端部锚固。当变形或者岩爆发生时，第一吸能让压管7由于内套筒强度较小，围岩带动托盘6拉伸第一吸能让压管7的让压杆，迫使第一吸能让压管7的让压杆与让压套筒发生相对滑移，产生恒阻力，而其他吸能让压管并不发生滑移。第一吸能让压管7运行的是较小的变形和轻度的岩爆和变形灾害，当岩爆能量较大或围岩变形较大时，第一吸能让压管7滑移量将会达到极限，极限值为其内套筒的长度。如果第一吸能让压管7滑移至极限时岩爆或者大变形产生的围岩位移仍未停止，第一吸能让压管7不再产生滑移，而此时第二吸能让压管8的受力持续增加，直达到第二吸能让压管8的让压杆与让压套筒的滑动阻力，第二吸能让压管的让压杆开始滑动，开始吸能。同理，当岩爆或大变形仍未停止时，第三吸能让压管9开始滑动，直至达到第三吸能让压管9的让压杆滑移极限。第一、第二吸能让压管的恒阻力和让压滑移长度相对较短，吸能能力有限，但第三吸能让压管恒阻力和长度均较长，具有极强的吸能能力。如达到第三吸能让压管的滑移极限后围岩位移仍未停止，此时锚杆由恒阻让压变为刚性支护，以锚杆能够承受的最大阻力来限制围岩的位移，从而避免岩爆或者大变形灾害的发生。上述锚杆三级吸能装置工作示意图如图6、图7、图8所示。
39.本发明的目的是在围岩发生较小的岩爆或者轻微的变形时，通过第一、第二吸能让压管来吸收一定的能量，同时允许围岩发生应力调整，产生一定的变形，或者产生较小程度的岩爆，而第三吸能让压管的存在便是为了抑制高烈度岩爆或者较大变形灾害的发生。同时，采取三段式吸能结构也能够有效降低单段式吸能让压管由于制造过程中的误差，而导致的吸能结构不发生作用的概率。若单段式吸能让压管发生故障的几率为n(n《1)，则本发明中提出的锚杆发生概率的几率则为n3，大大提高了让压锚杆的使用可信度。
40.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种吸能让压管结构，包括让压套筒和让压杆(3)，其特征在于：所述让压套筒由外套筒(1)、内套筒(2)组成，所述内套筒(2)固定设置在外套筒(1)内，所述内套筒(2)的长度小于外套筒(1)的长度，内套筒(2)的内径与外套筒(1)的内径相当，所述内套筒(2)的强度低于所述外套筒(1)；所述让压杆(3)呈圆柱形，让压杆(3)的头端设有类球形的端头(4)，尾端设有螺纹；所述让压杆(3)的端头(4)连接在内套筒(2)内，让压杆(3)的端头(4)与内套筒(2)过盈配合。2.根据权利要求1所述的吸能让压管结构，其特征在于：所述内套筒(2)内壁沿轴线方向设有多个凹槽(5)，让压杆(3)的端头(4)的最大截面半径大于内套筒(2)的内径，小于内套筒(2)内的凹槽(5)的外径。3.根据权利要求2所述的吸能让压管结构，其特征在于：所述凹槽(5)呈马蹄形。4.根据权利要求2所述的吸能让压管结构，其特征在于：所述凹槽(5)设有八个，沿内套筒(2)内壁周向均匀布设。5.一种包含权利要求1-4任一项所述的吸能让压管结构的多段吸能变阻型锚杆，其特征在于：包括至少两段吸能让压管结构，吸能让压管结构的吸能让压强度不同。6.根据权利要求5所述的多段吸能变阻型锚杆，其特征在于：包括托盘(6)、第一吸能让压管(7)、第二吸能让压管(8)、第三吸能让压管(9)、螺纹钢钢筋(10)；所述托盘(6)与第一吸能让压管(7)的让压杆螺纹连接，所述第一吸能让压管(7)的外套筒与第二吸能让压管(8)的外套筒通过第一连接套(11)连接，所述第二吸能让压管(8)的让压杆尾端连接第二连接套(12)，第二连接套(12)另一端固定连接第三吸能让压管(9)的外套筒；所述第三吸能让压管(9)的让压杆的尾端连接第三连接套(13)，第三连接套(13)的另一端连接螺纹钢钢筋(10)；所述第一吸能让压管(7)、第二吸能让压管(8)、第三吸能让压管(9)的吸能强度递增。7.根据权利要求5所述的多段吸能变阻型锚杆，其特征在于：所述第一吸能让压管(7)、第二吸能让压管(8)、第三吸能让压管(9)的内套筒强度依次递增。8.根据权利要求5所述的多段吸能变阻型锚杆，其特征在于：所述第一吸能让压管(7)、第二吸能让压管(8)、第三吸能让压管(9)内套筒和让压杆的长度依次递增。9.根据权利要求5所述的多段吸能变阻型锚杆，其特征在于：所述第一吸能让压管(7)、第二吸能让压管(8)、第三吸能让压管(9)的内套筒强度依次递增，且所述第一吸能让压管(7)、第二吸能让压管(8)、第三吸能让压管(9)内套筒和让压杆的长度依次递增。

技术总结
本发明公开一种吸能让压管结构，包括让压套筒和让压杆，所述让压套筒由外套筒、内套筒组成，所述内套筒固定设置在外套筒内，所述内套筒的长度小于外套筒的长度，内套筒的内径与外套筒的内径相当，所述内套筒的强度低于所述外套筒；所述让压杆呈圆柱形，让压杆的头端设有类球形的端头，尾端设有螺纹；所述让压杆的端头连接在内套筒内，让压杆的端头与内套筒过盈配合。还公开一种多段吸能变阻型锚杆，包括至少两段吸能让压管结构，吸能让压管结构的吸能让压强度不同。本发明的吸能让压管结构可实现恒阻让压，多段吸能变阻型锚杆可以适应多种围岩变形或岩爆情况，抑制高烈度岩爆和围岩大变形灾害的发生，可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：张志强 唐礼 何川 李志军 洪开荣 郭远明 汪波 刘永胜 陈桥 张理蒙
受保护的技术使用者：中国国家铁路集团有限公司 中铁隧道局集团有限公司 四川普盛科技有限责任公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/10/7