1.本实用新型涉及隧道工程领域，具体涉及一种用于破碎围岩隧道的锁脚锚索。
背景技术：
2.软弱围岩隧道分部开挖施工中初期支护拱脚的位移往往较为显著，是整个初期支护结构的薄弱部位，易造成初期支护变形侵限、破坏，严重时还会发生隧道塌方。锁脚锚索是最新被提出的一种控制初期支护拱脚变形的技术措施，尤其对拱脚水平收敛变形能够起到良好的控制效果。锁脚锚索支护作用的发挥与围岩强度、钻孔成孔质量、锚固剂性能及搅拌效果、锁脚锚索设计参数等诸多因素都密切相关。
3.申请号为201720951622.1的中国专利“一种挤压型软弱围岩隧道预应力锚索群支护结构”公开了一种挤压型软弱围岩隧道预应力锚索群支护结构，其中采用了锁脚锚索，拱部锁脚锚索和边墙锁脚锚索锚在初期支护上，以降低围岩变形增长速率和变形累积量，避免变形过大引起拆换拱，其具体锚固方式为注浆锚固，由于锚固浆液(水泥砂浆)凝固需要时间，需待砂浆强度达到70％以上时才开始对锚索进行张拉以施加预应力，而且初次张拉力仅为总张拉力的40％-50％，难以实现快速锚固和支护。相比注浆锚固，树脂锚固剂锚固具有快速锚固的特点，在对树脂锚固剂搅拌完成数十秒后即可实现锚索的锚固，进而可进行预应力的快速施加，对围岩的早期稳定起到重要作用。但是，由于树脂锚固剂药卷在搅拌固化前本身较软，在破碎围岩隧道锁脚锚索施工时普遍存在钻孔塌孔堵塞，造成树脂锚固剂安装困难的突出问题，导致锁脚锚索施工困难。这些问题已成为限制树脂锚固锁脚锚索支护技术应用和推广的瓶颈。当初期支护拱脚发生变形侵限和破坏时，往往只能被迫采取临时支撑、围岩注浆加固和拆换拱等应急处置措施，严重影响施工进度、安全和质量。
技术实现要素：
4.针对上述技术问题，本实用新型提供一种用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，以解决破碎围岩隧道锁脚锚索施工时存在的钻孔易塌孔堵塞、树脂锚固剂安装困难等问题，确保隧道锁脚锚索的顺利安装。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，包括钢绞线、护壁钢管和锁脚附属单元，围岩的表面设置有初期支护，围岩的内部设置有同轴线的第一钻孔和第二钻孔；护壁钢管插入初期支护喷射混凝土和围岩内部的第一钻孔内，护壁钢管的端部与喷射混凝土的表面平齐；钢绞线的一端穿过护壁钢管后深入至围岩内部，并通过树脂锚固剂锚固在围岩内第二钻孔内，所述的锁脚附属单元设置在初期支护喷射混凝土表面，对钢绞线的外露端施加预紧力并锁紧。
7.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，钢绞线锚固段的长度为1-1.5m。
8.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，第一钻孔直径为42-65mm，第二钻孔直径为24-32mm。
9.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，护壁钢管的长度为3-8m，外径为42-60mm，壁厚为3.5～4.5mm。
10.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，钢绞线的直径为15-22mm。
11.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，所述的锁脚附属单元从内向外依次包括钢带、锚垫板和锚具。
12.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，钢带上设置有供钢绞线穿过的长条孔。
13.上述用于破碎围岩隧道的锁脚锚索中，所述的锚具为单孔锚具。
14.本实用新型的有益技术效果如下：
15.一、采用本实用新型的技术方案，通过发挥护壁钢管对锁脚锚索钻孔孔壁的支护作用，避免破碎围岩隧道锁脚锚索钻孔发生塌孔堵塞，确保树脂锚固剂能够顺利通过钻孔到达锚固段所处位置，解决了破碎围岩隧道锁脚锚索施工时存在的钻孔易塌孔堵塞、树脂锚固剂安装困难问题。该技术方案使锁脚锚索能够实现成功锚固，对锁脚锚索锚固作用的发挥起到决定作用。
16.二、本实用新型技术方案中采用的护壁钢管能够弥补锁脚锚索抗弯刚度的不足，使锁脚锚索不仅具备轴向抗拉性能，同时还具备一定的横向抗弯性能，从而更有利于对拱脚竖向沉降变形的控制。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例中锁脚锚索安装结构示意图；
18.图2为围岩内部第一钻孔和第二钻孔位置示意图；
19.图3为本实用新型实施例中沿隧道纵向布设的钢带示意图；
20.图4为本实用新型实施例中锚垫板示意图；
21.图5为本实用新型实施例中锚具示意图；
22.附图标记：1-护壁钢管；2-树脂锚固剂；3-钢绞线；4-钢带；5-锚垫板；6-锚具；7-初期支护；8-围岩；9-第一钻孔；10-第二钻孔。
具体实施方式
23.如图1和图2所示，本实用新型以破碎围岩隧道锁脚锚索施工为例，介绍本实用新型的具体技术方案：
24.本实用新型用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，包括钢绞线3、护壁钢管1和锁脚附属单元，围岩8的表面设置有初期支护7喷射混凝土，围岩8的内部设置有同轴线的第一钻孔9和第二钻孔10；护壁钢管1插入初期支护7喷射混凝土及围岩8内部的第一钻孔9内，护壁钢管1的端部与初期支护7喷射混凝土表面平齐；钢绞线3的一端穿过护壁钢管1后深入至围岩8内部，并通过树脂锚固剂2锚固在围岩8内第二钻孔10内，所述的锁脚附属单元设置在初期支护7喷射混凝土表面，对钢绞线3的外露端施加预紧力并锁紧。
25.其中第一钻孔9直径为42-65mm，第二钻孔10直径为24-32mm，钢绞线3在围岩内部的粘接段也就是锚固段的长度为1-1.5m。护壁钢管的长度为3-8m，外径为42-60mm，壁厚为3.5～4.5mm；钢绞线的直径为15-22mm。
26.如图3至图5所示，锁脚附属单元从内向外依次包括钢带4、锚垫板5和锚具6，通过
锚具6对钢绞线3施加预紧力，完成锁脚锚索的安装。其中钢带4沿隧道纵向布设，其上设置有供钢绞线3穿过的长条形孔，锚具6则采用市售的单孔锚具。
27.下面结合安装操作步骤给出具体的实施例。
28.本实用新型锁脚锚索的安装步骤如下：
29.(1)护壁钢管1的长度为4m，外径为50mm，壁厚为4mm，在初期支护7拱脚处相邻两榀钢架之间的喷射混凝土表面由风动凿岩机完成在围岩8中的第一钻孔9，此次钻孔直径为50mm，钻孔孔深为4m，与护壁钢管等长，同时也可与锁脚锚索自由段的长度等长；
30.(2)由风动凿岩机将护壁钢管1顶入围岩8中的第一钻孔9，完成护壁钢管1的安装；
31.(3)采用单体式气动锚索钻机穿过护壁钢管1继续在围岩8中进行钻孔，此次钻孔的直径为28mm，钻孔至累计钻孔深度为5.5m时结束钻孔，即在护壁钢管1长度外形成1.5m深的第二钻孔10，该1.5m深的钻孔长度可全部或部分作为锁脚锚索的锚固段长度；
32.(4)在护壁钢管1的支护下，将2支z2360型树脂锚固剂2推送至围岩8中的钻孔最深处；
33.(5)将5.8m长φ21.8钢绞线3插入钻孔，对树脂锚固剂2进行搅拌，实现钢绞线3的端部锚固；
34.(6)在初期支护7喷射混凝土表面的钢绞线3外露端，依次进行喷射混凝土表面沿隧道纵向布设的钢带4、锚垫板5及km22型单孔锚具6的安装，并对钢绞线3施加预紧力，完成破碎围岩隧道锁脚锚索的安装。
35.其中护壁钢管1的管径与风动凿岩机的钻孔直径相匹配，护壁钢管1被风动钻岩机顶入围岩8中的第一钻孔9后，在钻孔径缩变形作用下护壁钢管受到钻孔孔壁的径向约束力和轴向摩阻力作用，从而确保护壁钢管永久固定留存在第一钻孔9中。
36.采用本实用新型的技术方案，能够发挥护壁钢管1对锁脚锚索钻孔孔壁的支护作用，避免破碎围岩隧道锁脚锚索钻孔发生塌孔堵塞，确保树脂锚固剂2能够顺利通过钻孔到达锚固段所处位置，解决了破碎围岩隧道锁脚锚索施工时存在的钻孔易塌孔堵塞、树脂锚固剂安装困难问题。该技术效果使锁脚锚索能够实现成功锚固，对锁脚锚索锚固作用的发挥起到决定作用。此外，本实用新型技术方案中采用的护壁钢管1能够弥补锁脚锚索抗弯刚度的不足，使锁脚锚索不仅具备轴向抗拉性能，同时还具备一定的横向抗弯性能。
37.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。技术特征：
1.一种用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：包括钢绞线(3)、护壁钢管(1)和锁脚附属单元，围岩(8)的表面设置有初期支护(7)，围岩(8)的内部设置有同轴线的第一钻孔(9)和第二钻孔(10)；护壁钢管(1)插入初期支护(7)喷射混凝土和围岩(8)内部的第一钻孔(9)内，护壁钢管(1)的端部与初期支护(7)喷射混凝土的表面平齐；钢绞线(3)的一端穿过护壁钢管(1)后深入至围岩(8)内部，并通过树脂锚固剂(2)粘接在围岩(8)内第二钻孔(10)内，所述的锁脚附属单元设置在初期支护(7)喷射混凝土表面，对钢绞线(3)的外露端施加预紧力并锁紧。2.根据权利要求1所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：钢绞线(3)锚固段的长度为1-1.5m。3.根据权利要求1所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：第一钻孔(9)直径为42-65mm，第二钻孔(10)直径为24-32mm。4.根据权利要求1所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：护壁钢管(1)的长度为3-8m，外径为42-60mm，壁厚为3.5～4.5mm。5.根据权利要求1所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：钢绞线(3)的直径为15-22mm。6.根据权利要求1所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：所述的锁脚附属单元从内向外依次包括钢带(4)、锚垫板(5)和锚具(6)。7.根据权利要求6所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：钢带(4)上设置有供钢绞线穿过的长条孔。8.根据权利要求6所述的用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，其特征在于：所述的锚具(6)为单孔锚具。
技术总结
本实用新型公开了一种用于破碎围岩隧道的锁脚锚索，包括钢绞线、护壁钢管和锁脚附属单元，围岩的表面设置有初期支护，围岩的内部设置有同轴线的第一钻孔和第二钻孔；护壁钢管插入初期支护喷射混凝土和围岩内部的第一钻孔内，护壁钢管的端部与初期支护喷射混凝土的表面平齐；钢绞线的一端穿过护壁钢管后深入至围岩内部，并通过树脂锚固剂粘接在围岩内第二钻孔内，所述的锁脚附属单元设置初期支护喷射混凝土表面，对钢绞线的外露端施加预紧力并锁紧。本实用新型可解决破碎围岩隧道锁脚锚索施工时存在的易塌孔、树脂锚固剂安装困难等问题，确保隧道锁脚锚索的顺利安装。确保隧道锁脚锚索的顺利安装。确保隧道锁脚锚索的顺利安装。
技术研发人员：陈丽俊 陈建勋 郭会杰 张立鑫
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/4/20
声明：
“用于破碎围岩隧道的锁脚锚索” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：长安大学
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2024年11月27日 ~ 29日 
