一种预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置的制作方法

1.本技术涉及地质灾害应力应变监测预警技术领域，特别涉及一种预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置，主要应用于深孔钢绞线预制预应力拉锚。


背景技术：

2.断裂带两盘岩体应力下降是由于地震断裂带上(岩体边界界面)发生牛顿力下降引起的，深部地质灾害监测预警和控制的本质是测量构造面(带)上牛顿力的变化过程。如何及时、灵敏的测量及捕捉牛顿力变化是该领域的关键；
3.深部地质灾害监测，利用在钻孔内下方的钢绞线，传递深部底层断裂(面)带的应力及位移到地表的监测系统。因此，钢绞线捕捉传递应力、位移的能力是深部地质灾害监测预警的关键。
4.地震灾变发生时，断裂(面)带两盘块体沿着深部发震断裂面会产生位移(汶川地震龙门山断裂带产生相对位移量5
‑
6m)，震级较小的地震，这个位移量往往会更小。深部地质灾害监测钻孔较深，深度取决于钻穿地层断裂构造带进入完整基岩的埋深(程海断裂响牛npr牛顿力水监测孔孔深为310米)，，钢绞线下放入孔底后，由于钢绞线的柔性和自重，钢绞线自身并不能保持铅锤状态，，钢绞线整体结构负重压缩形变量储积叠加(程海断裂带响水监测孔现场实测储积叠加长度达2.8m)，且宜使井内多根钢绞线之间出现打结事故。也就是说要实现监测机理目标，当发生不同大小的地应力所致的应变位移时，首先要克服界面损耗应力应变值后传至地表监测预警系统，如果是短时小应变，就无法及时监测到具体数据，要使井内自由状态钢绞线应力损耗达到最小状态，在钢绞线锚固段注浆固结前施加一种预应力锚固装置，是实现深部地质灾害监测的重要技术环节；。
5.深部地质灾害监测下放钢绞线后，对钢绞线施加预应力，井底需要有稳固的固定端来承受预应力，通过向井内固定端灌注水泥，凝固后形成固定端。但是往往由于固定端长度的限制，加之孔内井壁不完整等因素影响，通过水泥凝固形成的锚固力不能满足预警监测预应力施加。因此，提供井内固定端的锚固力是深部地质灾害监测的重要环节。
6.因此，预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置，将钢绞线送入孔底，保证工作后形成卡锚机制，注浆前对钢绞线预拉使其处于垂直状态，消减钢绞线应力及位移损耗，增强钢绞线捕捉断裂面(带)牛顿力变化的灵敏度，是完成深部地质灾害监测预警的重要保障。
7.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

8.本技术的目的在于提供一种预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
9.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
10.本技术提供了一种预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置，包括：反脱组件、锁锚组件、限位组件和卡锚组件，所述反脱组件包括：反脱接手和上芯轴，所述反脱接手的上端和
钻杆沿第一方向通过丝扣连接，其中，所述反脱接手为圆筒形结构；所述上芯轴的上端与所述反脱接手的圆筒形结构的内侧壁沿第二方向通过丝扣连接，所述上芯轴的下端伸出所述反脱接手的下端；其中，所述第一方向与所述第二方向为相反方向；所述锁锚组件位于所述反脱组件的下方，套设于所述上芯轴，其中，所述锁锚组件上设有上小下大的锥形卡槽，所述锥形卡槽内安装预应力无损界面牛顿力监测用钢绞线；所述限位组件位于所述锁锚组件的下方，上端与所述锁锚组件的下端沿所述第二方向通过丝扣连接，所述限位组件的下端沿周向设有多个球形卡槽；所述卡锚组件位于所述限位组件的下方，包括：钢球、限位板和锥芯轴，所述限位板有多个，多个所述限位板沿所述锥芯轴的母线安装于所述锥芯轴的外侧面；所述钢球有多个，多个所述钢球对应位于多个所述球形卡槽内，且与多个所述限位板和所述锥芯轴的外侧面形成的滚落轨道相对应；其中，所述上芯轴的下端依次穿过所述锁锚组件、所述限位组件后与所述锥芯轴的上端连接。
11.优选的，所述反脱组件还包括：索接手，所述索接手的上端与所述反脱接手的下端通过矩形卡齿连接，所述索接手的中部设有第一通孔，所述上芯轴的下端穿过所述第一通孔。
12.优选的，所述锁锚组件包括：索锚具，所述索锚具上设有第二通孔，以套设所述上芯轴，所述索锚具上设有多个所述锥形卡槽，其中，多个所述锥形卡槽沿所述第二通孔的周向均布，且位于所述第二通孔的外侧，每个所述锥形卡槽中均通过夹片锁死一根所述钢绞线，其中，所述夹片的外侧壁与所述锥形卡槽的内侧壁相适配，所述夹片的内侧壁与所述钢绞线相适配。
13.优选的，所述锁锚组件还包括：限位垫和限位环，所述限位垫位于所述锥形卡槽的下端，且所述限位垫的上端面与所述夹片的下端面相抵接；所述限位环位于所述限位垫的下方，且所述限位环的上端面与所述限位垫的下端面相抵接；其中，所述限位垫有多个，多个所述限位垫分别与多个所述锥形卡槽相适配。
14.优选的，所述限位组件包括：调位上节、调位中节和调位下节，所述调位上节的上端与所述索锚具的下端沿所述第一方向通过丝扣连接，所述调位中节的上端与所述调位上节的下端伸缩连接，所述调位中节的下端与所述调位下节的上端伸缩连接，且所述调位中节的外侧壁上套设有压缩弹簧，其中，所述压缩弹簧的两端分别与所述调位上节的下端、所述调位下节的上端相抵接；所述调位下节上沿周向设有多个所述球形卡槽。
15.优选的，所述调节上节、所述调位中节和所述调位下节均为圆筒形，所述调位中节的外径小于所述调位上节、所述调位下节的内径；所述调位上节的圆筒内侧壁和所述调位下节的圆筒内侧壁均设有环形限位件，所述环形限位件用于对所述调位中节在所述调位上节的圆筒内的移动、以及所述调位中节在所述调位下节的圆筒内的移动进行限位。
16.优选的，所述调位中节的圆筒内侧壁上设有环形卡槽，对应的，所述环形限位件为卡箍，所述卡箍可拆卸安装于所述环形卡槽中。
17.优选的，所述锥芯轴为上小下大的圆台状，且所述锥芯轴的小端伸入所述调位下节的圆筒内，所述锥芯轴的大端位于所述调位下节的外侧。
18.优选的，所述滚落轨道由所述锥芯轴的上端延伸至所述锥芯轴的下端。
19.优选的，所述反脱接手和所述钻杆为正丝丝扣连接，所述上芯轴和所述反脱接手为反丝丝扣连接。
20.有益效果：
21.本技术实施例提供的技术方案中，通过反脱组件的反脱接手与钻杆丝扣连接，反脱组件上的上芯轴与反脱接手之间丝扣连接，上芯轴依次穿过锁锚组件、限位组件后与卡锚组件中的锥芯轴连接，由于反脱接手与钻杆之间丝扣连接方向、反脱接手和上芯轴之间丝扣连接方向相反，因而，通过钻杆推动锥芯轴下降，将锥芯轴送入钻孔孔底；钻杆转动，带动反脱接手与上芯轴脱离；由于在锁锚组件的锥形卡槽中安装有预应力无损界面牛顿力监测用钢绞线，锁锚组件与限位组件丝扣连接，在地表向上提拉钢绞线，带动锁锚组件上提，进而带动限位组件上提；由于限位组件下端的球形卡槽中设有钢球，当锁锚组件上提至钢球限制高度后，钢球与球形卡槽脱离，沿卡锚组件中的限位板与锥芯轴之间形成的滚落轨道滚入孔底，与锥芯轴一起与钻孔井壁形成锚固机制；
22.锚固机制形成后，在地表对钢绞线施加预拉操作，钢绞线带动锁锚组件上提，当锁锚组件上提并与反脱组件的索接手下端抵接时，被索接手卡住，使钢绞线被卡锚在钻孔孔底，形成卡锚机制；
23.卡锚机制形成后，在地表继续对钢绞线进行提拉操作，使钢绞线拉进、拉直，消减钢绞线下放入孔底后由于自身的柔性及自重形成的应力、位移损耗，增强钢绞线捕捉断裂面(带)牛顿力变化的灵敏度，达到深部地质灾害监测预警效果。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
25.图1为根据本技术的一些实施例提供的预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置的结构示意图；
26.图2为根据本技术的一些实施例提供的钢绞线在索锚具中的加紧示意图；
27.图3为根据本技术的一些实施例提供的调位上节的结构示意图；
28.图4为根据本技术的一些实施例提供的调位中节的结构示意图；
29.图5为根据本技术的一些实施例提供的调位下节的结构示意图。
30.附图标记说明：
[0031]1‑
反脱接手；2
‑
上芯轴；3
‑
索接手；4
‑
索锚具；5
‑
限位垫；6
‑
限位环；7
‑
调位上节；8
‑
调位中节；9
‑
压缩弹簧；10
‑
调位下节；11
‑
锥芯轴；12
‑
钢球；13
‑
限位板。
具体实施方式
[0032]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0033]
在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本技术的限制。本技术中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0034]
如图1
‑
图5所示，该预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置包括：反脱组件、锁锚组件、限位组件和卡锚组件；反脱组件包括：反脱接手1和上芯轴2，反脱接手1的上端和钻杆沿第一方向通过丝扣连接，其中，反脱接手1为圆筒形结构；上芯轴2的上端与反脱接手1的圆筒形结构的内侧壁沿第二方向通过丝扣连接，上芯轴2的下端伸出反脱接手1的下端；其中，第一方向与第二方向为相反方向；锁锚组件位于反脱组件的下方，套设于上芯轴2，其中，锁锚组件上设有上小下大的锥形卡槽，锥形卡槽内安装预应力无损界面牛顿力监测用钢绞线；限位组件位于锁锚组件的下方，上端与锁锚组件的下端沿第二方向通过丝扣连接，限位组件的下端沿周向设有多个球形卡槽；卡锚组件位于限位组件的下方，包括：钢球12、限位板13和锥芯轴11，限位板13有多个，多个限位板13沿锥芯轴11的母线安装于锥芯轴11的外侧面；钢球12有多个，多个钢球12对应位于多个球形卡槽内，且与多个限位板13和锥芯轴11的外侧面形成的滚落轨道相对应；其中，上芯轴2的下端依次穿过锁锚组件、限位组件后与锥芯轴11的上端连接。
[0035]
在本技术实施例中，反脱接手1为圆筒形结构，上芯轴2为圆柱形结构。反脱接手1的外侧壁的上端设有丝扣，内侧壁设有丝扣，内侧壁的丝扣与外侧壁的丝扣旋转方向相反。反脱接手1的外侧壁与钻杆之间形成丝扣连接；上芯轴2的外侧壁设有与反脱接手1的内侧壁丝扣连接的丝扣。籍此，反脱接手1和钻杆之间丝扣连接方向，与反脱接手1和上芯轴2之间丝扣连接方向相反。当钻杆带动反脱接手1转动时，反脱接手1与上芯轴2之间则会逐步脱离。因而，当通过钻杆推动锥芯轴11下降，将锥芯轴11送入钻孔孔底后，利用钻杆转动，即可带动反脱接手1与上芯轴2脱离。
[0036]
在本技术实施例中，锁锚组件位于反脱组件的下方，套设在上芯轴2上，预应力无损界面牛顿力监测用的钢绞线安装在锁锚组件的锥形卡槽中，当钻杆推动锥芯轴11下降时，锁锚组件随之向孔底下降，带动钢绞线一起下降。其中，锁锚组件为圆筒状，上芯轴2穿过锁锚组件的中部，锥形卡槽沿周向设置在锁锚组件的侧壁上。为了更加准确的对预应力无损界面牛顿力进行监测，多个锥形卡槽均布，每个锥形卡槽中固定安装一根钢绞线，即钢绞线位于反脱组件、钻杆的外侧；多个锥形卡槽均布，还可以避免下降或施加预应力时产生偏载。
[0037]
在本技术实施例中，限位组件为圆筒状，外侧壁的上端设有外丝扣，与锁锚组件内侧壁的下端的内丝扣形成丝扣连接，且与上芯轴2和反脱接手1的连接方向相同，籍此，使得限位组件和锁锚组件之间同时下降或提升。同时，由于上芯轴2下端依次穿过锁锚组件、限位组件与锥芯轴11连接，在地表向上提拉钢绞线时，锥芯轴11保持固定不动，锁锚组件上提，进而带动限位组件上提，由于在限位组件下端设置有球形卡槽，球形卡槽中的钢球12在限位组件提升时，随着限位组件内侧壁与锥芯轴11之间的间隙越来越大，直至，钢球12可以从球形卡槽离开；当继续向上提起钢绞线，限位组件继续上升，钢球12将沿限位板13与锥芯轴11外侧面形成的滚落轨道滚落至孔底，与锥芯轴11一起与钻孔井壁形成锚固机制。
[0038]
在一些可选实施例中，反脱组件还包括：索接手3，索接手3的上端与反脱接手1的下端通过矩形卡齿连接，索接手3的中部设有第一通孔，上芯轴2的下端穿过第一通孔。
[0039]
在本技术实施例中，索接手3为圆筒状，内侧壁设有内丝扣，与上芯轴2外侧壁上端的外丝扣形成丝扣连接；索接手3的上端设矩形卡齿，与反脱接手1的下端设置的矩形卡齿形成卡齿连接。由于索接手3和上芯轴2丝扣连接方向、与上芯轴2和反脱接手1的丝扣连接方向相反，因而，钻杆正转，带动反脱接手1与上芯轴2脱离时，上芯轴2与索接手3之间将越来越紧固。在锚固机制形成后，在地表对钢绞线施加预拉操作，钢绞线带动锁锚组件上提，当锁锚组件上提并与索接手3下端抵接时，被索接手3卡住，使钢绞线被卡锚在钻孔孔底，形成卡锚机制。
[0040]
在卡锚机制形成后，在地表继续对钢绞线进行提拉操作，使钢绞线拉进、拉直，消减钢绞线下放入孔底后由于自身的柔性及自重形成的应力、位移损耗，增强钢绞线捕捉断裂面(带)牛顿力变化的灵敏度，达到深部地质灾害监测预警效果。
[0041]
在一些可选实施例中，锁锚组件包括：索锚具4，索锚具4上设有第二通孔，以套设上芯轴2，索锚具4上设有多个锥形卡槽，其中，多个锥形卡槽沿第二通孔的周向均布，且位于第二通孔的外侧，每个锥形卡槽中均通过夹片锁死一根钢绞线，其中，夹片的外侧壁与锥形卡槽的内侧壁相适配，夹片的内侧壁与钢绞线相适配。进一步的，锁锚组件还包括：限位垫5和限位环6，限位垫5位于锥形卡槽的下端，且限位垫5的上端面与夹片的下端面相抵接；限位环6位于限位垫5的下方，且限位环6的上端面与限位垫5的下端面相抵接；其中，限位垫5有多个，多个限位垫5分别与多个锥形卡槽相适配。
[0042]
在本技术实施例中，在每个锥形卡槽的下端均安装一个限位垫5，籍以，限位垫5抵紧夹片的下端，防止钢绞线下放过程中反脱。通过将限位环6设置在索锚具4的下端，且被索锚具4和调味上节7挤压，以使限位垫5抵紧夹片的下端，防止夹片与锥形卡槽相对位移，而使钢绞线防脱。
[0043]
在一具体的例子中，限位组件包括：调位上节7、调位中节8和调位下节10。调位上节7的上端与索锚具4的下端沿第一方向通过丝扣连接，调位中节8的上端与调位上节7的下端伸缩连接，调位中节8的下端与调位下节10的上端伸缩连接，且调位中节8的外侧壁上套设有压缩弹簧9，其中，压缩弹簧9的两端分别与调位上节7的下端、调位下节10的上端相抵接；调位下节10上沿轴向设有多个球形卡槽。具体的，调位上节7、调位中节8和调位下节10均为圆筒形，调位中节8的外径小于调位上节7、调位下节10的内径；调位中节8的上端与调位上节7的圆筒下部伸缩连接，调味中节8的下端与调位下节10的圆筒上部伸缩连接，且调位上节7的圆筒内侧壁、调位下节10的圆筒内侧壁均设有环形限位件，环形限位件用于对调位中节8在调位上节7的圆筒内的移动、以及调位中节8在调位下节10的圆筒内的移动进行限位。优选的，调位中节8的圆筒内侧壁上、调位下节10的圆筒内侧壁上均设有环形卡槽，对应的，环形限位件为卡箍，卡箍可拆卸安装于环形卡槽中。
[0044]
在本技术实施例中，调位上节7的外侧壁上设外丝扣，索锚具4的内侧壁上设内丝扣，调位上节7的外丝扣与锁锚具的内丝扣沿第一方向形成丝扣连接；随钻杆正转，带动反脱接手1与上芯轴2脱离时，使得在上芯轴2与索锚具4沿第二方向相对拧紧；随索锚具4向第二方向相对转动，调位上节7与索锚具4之间相对绕第一方向拧紧。籍此，使得反脱接手1在脱离过程中，调位上节7与索锚具4之间可以牢固连接。
[0045]
在本技术实施例中，调位中节8的上端伸入调位上节7的圆筒下端，调位中节8的下端伸入调位下节10的圆筒上端。在地面向上提拉钢绞线时，索锚具4向上运动，带动调位上
节7向上运动，为避免调位上节7下端与调位中节8脱离，在调位上节7的圆筒内设置卡箍，对调位上节7与调位中节8之间的相对伸缩行程进行限制。
[0046]
在本技术实施例中，通过设置压过弹簧，向调位下节10施加向下的作用力，使得调位下节10有向下运动的趋势，与锥芯轴11相配合，使钢球12卡在球形卡槽中。继续向上提拉钢绞线，调位上节7带动调位中节8、调位下节10一起向上运动，钢球12与锥芯轴11之间的间隙逐渐增大，直至达到钢球12脱离球形卡槽，沿限位板13与锥芯轴11形成的滚落轨道滚入孔底，与锥芯轴11一起与钻孔井壁形成锚固机制。
[0047]
在本技术实施例中，调位中节8与调位下节10之间还可以通过丝扣连接，具体的，调位中节8的圆筒外侧壁设有外丝扣，调位下节10的圆筒内侧壁设有内丝扣，调位中节8的外丝扣与调位下节10的内丝扣形成丝扣连接。在此，并不限定调位中节8与调位下节10之间的丝扣连接方向，可以沿第一方向，也可以沿第二方向。调位中节8与调位下节10之间还可以通过卡接、插接等形式进行固定连接。
[0048]
在本技术实施例中，锥芯轴11为上小下大的圆台状，且锥芯轴11的小端伸入调位下节10的圆筒内，锥芯轴11的大端位于调位下节10的外侧。进一步的，滚落轨道由锥芯轴11的上端延伸至锥芯轴11的下端。籍此，随调位下节10的向上移动，使得钢球12与锥芯轴11之间的间隙越来越大，直至满足钢球12脱离，沿滚落轨道滑落至孔底。
[0049]
在本技术实施例中，反脱接手1与钻杆之间、上芯轴2与反脱接手1之间、上芯轴2与索接手3之间、索锚具4与调位上节7之间的丝扣连接均收到钻杆上丝扣旋转方向限制。具体的，当钻杆与反脱接手1为正丝丝扣连接时，上芯轴2与反脱接手1为反丝丝扣连接，上芯轴2与索接手3之间为反丝丝扣连接，索锚具4与调位上节7之间为正丝丝扣连接。当钻杆与反脱接手1为反丝丝扣连接时，上芯轴2与反脱接手1为正丝丝扣连接，上芯轴2与索接手3之间为正丝丝扣连接，索锚具4与调位上节7之间为反丝丝扣连接。
[0050]
通过本技术实施例提供的预应力无损界面牛顿力监测拉锚装置，可实现深孔钢绞线下放，锚固预拉，消减下放钢绞线应力及位移损耗，增强钢绞线应力位移捕捉灵敏度，提高深孔牛顿力的监测效果，高效、快速、可操作性强。
[0051]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。