一种定预应力锚杆安装装置及其安装工艺的制作方法

1.本发明涉及一种定预应力锚杆安装装置及其安装工艺。


背景技术：

2.隧道锚杆支护施工过程中，经常使用树脂卷锚杆，安装树脂卷锚杆有搅拌锚固剂、施加预应力两道工序，而每道工序都需要更换使用不同的工具。在隧道2米以下进行作业时，经常使用yt28气动凿岩机 反力臂扭矩扳手安装锚杆(如图3，搅拌锚固剂时，凿岩机配套钎尾钎套完成；如图4，施加预应力时，反力臂扭矩扳手配套六方套筒，在2-3人协助提供加长反力臂的情况下才可完成)，中间需要更换施工机具以及套筒，非常不方便；当安装隧道2米以上侧墙及拱顶锚杆时，由于位置过高，台车吊篮作业空间狭小，不便使用气动凿岩机及反力臂扭矩扳手，所以在隧道2米以上的位置无法完成树脂卷锚杆的安装。
3.标准“tb/t 3356-2014预应力中空锚杆”规定，φ25预应力锚杆应施加60kn以上的预应力，现场实际很难将预应力施加到60kn，施工中常采用以下三种方式初步施加预应力：1.人工使用扳手简单施加预应力，由于人工提供力矩较小，实际施加预应力大小约10kn左右，远未达到设计要求的60kn；2.反力臂扭矩扳手，在隧道2米以下安装锚杆时，需2人以上提供加长杠杆反力臂，才能施加到60kn预应力；在隧道2米以上安装侧墙及拱顶锚杆时，台车吊篮空间限制无法完成安装；3.使用不需要反力臂的冲击扳手施加预应力，此设备扭矩不定，且不可调节扭矩大小，一方面无法知晓施加预应力大小，另一方面无法搅拌锚固剂。
4.另一方面，每根锚杆安装完成后若需要有可追溯的锚杆施工记录，目前工具也无法满足这一要求。
5.树脂卷锚杆结构如图1所示，包括：球头螺母1、垫板2、中空杆体3、带孔连接套4、搅刀5、锚固剂6。安装工艺如图2所示，依次包括如下步骤：人工凿岩机成孔；高压风清孔；锚孔装入锚固剂；锚孔装入锚杆；凿岩机 钎尾钎套搅拌锚固剂；待锚固剂凝固后反力臂扭矩扳手 六方套筒施加预应力；注浆。
6.现有安装工艺在搅拌锚固剂时：人工操作气动凿岩机通过钎尾7、钎套8带动杆体、铰刀一起旋转(钎套与杆体外螺纹配合，铰刀与杆体内螺纹配合)，搅刀搅拌锚固剂，等待锚固剂凝固。搅拌示意图如图3所示。
7.现有安装工艺在施加预应力时：搅拌完成后撤去凿岩机，取下钎尾钎套，换上反力臂扭矩扳手9(需配合)及六方套筒10预紧工装，此时锚固剂已将锚杆锚固固定，反力臂扭矩扳手9在人工加长反力臂的辅助下，通过六方套筒10带动螺母旋进并抵住垫板，进而给杆体一个回拉的预应力，预紧示意图如图4所示。
8.按照现有工艺安装树脂锚杆，在2米以下的隧道处，可以搅拌树脂锚固剂，但存在以下几方面需要完善：一是无法施加到60kn预应力树脂；二是无法知晓具体施加预应力数值；三是搅拌锚固剂和施加预应力两道工序间需要将搅拌工装更换为预应工装，工序交接繁琐；四是在2米以上隧道安装锚杆处，搅拌树脂锚固剂和施加预应力两步都无法完成；五是无法保留可追溯的锚杆施工记录。
9.搅拌锚固剂工序使用的凿岩机由于扭矩小，在预紧工序无法替代反力臂扭矩扳手使用；预紧工序使用的反力臂扭矩扳手由于转速小，在搅拌工序中无法替代凿岩机使用。


技术实现要素：

10.为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种定预应力锚杆安装装置及其安装工艺。
11.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种定预应力锚杆安装装置，包括定预应力电扭扳手和一体化安装工装，其中：定预应力电扭扳手包括处理器和分别通过信号线与处理器连接的电机、显示屏，所述电机通过齿轮减速器与主动轴连接，在主动轴上设置弹簧、主动块和从动块；所述一体化安装工装包括六方套筒和设置在六方套筒上的限位板。
12.本发明还提供了一种定预应力锚杆安装安装工艺，包括如下步骤：
13.步骤一、凿岩机钻孔；
14.步骤二、高压风清孔；
15.步骤三、在锚孔中装入锚固剂和锚杆；
16.步骤四、给定预应力电扭扳手设定预应力数值；
17.步骤五、采用定预应力电扭扳手和一体化安装工装先搅拌锚固剂、后施加预应力；
18.步骤六、注浆；
19.步骤七、将定预应力电扭扳手记录的施工数据导出保存。
20.与现有技术相比，本发明的积极效果是：
21.本发明开发了一款锚杆定预应力电扭扳手以及一体化安装工装，同时开发了相应的锚杆安装工艺，通过定预应力电扭扳手可手动调节、准确施加60kn以上预应力，不需要多人协助提供加长反力臂来施加预应力，加上本发明的一体化工装即可完成锚固剂搅拌和施加预应力两道工序，中间不需要更换工装，同时具有可追溯施工记录功能。具体优点如下：
22.(1)使用锚杆定预应力电扭扳手安装树脂卷锚杆，可根据设计要求设定预应力数值，达到预应力数值后扳手自动停止，实现定预应力值安装树脂卷锚杆，且可直观显示预应力大小；
23.(2)仅用一台电钮扳手和一套一体化工装即可完成树脂锚固剂搅拌和施加预应力两个工序，省去两工序间更换机具和工装环节，使得锚杆安装更加便捷；
24.(3)预应力电钮扳手体积小，重量轻，1人即可操作，相比传统使用的凿岩机及反力臂扭矩扳手方便操作，节省了时间，且降低了劳动强度；
25.(4)可记录/输出每一根锚杆的安装数据，便于项目施工管理；
26.(5)在台车吊篮的配合下，可实现隧道环向任意位置树脂卷锚杆的快速安装，降低了工人安装树脂卷锚杆的劳动强度。
附图说明
27.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
28.图1为树脂卷锚杆结构图；
29.图2为树脂卷锚杆人工安装工艺图；
30.图3为预应力锚杆搅拌示意图；
31.图4为树脂卷锚杆预紧示意图；
32.图5为定预应力电扭扳手的结构示意图；
33.图6为一体化安装工装的结构示意图；
34.图7为一体化安装工装的分开图；
35.图8为树脂卷锚杆搅拌锚固剂示意图；
36.图9为树脂卷锚杆施加预应力示意图；
37.图10为树脂卷锚杆电钮扳手安装工艺图。
具体实施方式
38.一种定预应力锚杆安装装置，包括：定预应力电扭扳手和一体化安装工装，其中：
39.一、定预应力电扭扳手：
40.定预应力电扭扳手的结构如图5所示，包括：电机21、主动轴22、弹簧23、主动块24、轴承25、从动块26、开关27、显示屏28、处理器29、电池30等。其中：
41.电池30通过电源线分别与电机21、显示屏28和处理器29连接，用于给电机21、显示屏28和处理器29提供电源，同时通过开关27控制电源的通断。所述处理器29分别通过信号线与电机21和显示屏28连接；电机21通过齿轮减速器与主动轴22连接，主动轴22设置在轴承25上，在主动轴22上设置弹簧23、主动块24和从动块26；在主动块上设置加速度传感器，所述加速度传感器通过数据线与处理器连接。
42.定预应力电扭扳手通过电机21驱动，电机经过齿轮减速器减速后带动主动轴22旋转，主动轴两侧的钢珠在人字槽中运动，带动主动块24对从动块26的冲击(击打)，从动块26带动工装旋转，施加预应力，冲击后弹簧23使主动块24弹回起始位置，完成一次预应力施加。通过加速度传感器收集主动块冲击数据，经信号处理器29与预应力数学模型对比分析，确定预应力施加数值，通过控制主动块24对从动块26的击打次数，实现预应力的精确控制并将预应力数值显示于屏幕28上。
43.定预应力电扭扳手设有参数输入显示模块，预应力设定采用数字化输入，控制面板可显示预应力数值，让使用者掌握预应力施加状态。
44.定预应力电扭扳手能根据施工方需要，记录操作序号、时间、日期、轴向力大小等施工数据，能与电脑或手机联机打印，实现锚杆安装信息可追溯查阅。
45.该电扭扳手针对树脂卷锚杆研发，首次实现了锚固剂搅拌及锚杆预应力精确施加一体化功能，具有以下特点：
46.(1)该电钮扳手可任意设置锚杆预应力大小，实现60kn以上预应力施加，直观显示预应力数值；
47.(2)仅用一台电钮扳手可同时完成树脂锚固剂搅拌和预应力施加两个功能；
48.(3)具有数据保存功能，可查阅锚杆施工记录；
49.(4)锂电池体积小，重量轻、便于在台车吊篮上安装隧道较高处区域的锚杆。
50.二、一体化安装工装：
51.如图6和图7所示，该一体化安装工装包括改进的六方套筒31和限位板32，使用仅此一套工装即可完成锚固剂搅拌、施加预应力两道工序。
52.所述六方套筒31为带孔的六方套筒，搅拌锚固剂时，电钮扳手带动六方套筒31旋转，限位板32固定在六方套筒31的孔中。施加预应力时，将限位板32从设置在六方套筒31低端的孔中拔出。
53.限位板32的作用如下：
54.搅拌锚固剂时，电钮扳手带动六方套筒31旋转，固定在六方套筒31上的限位板32可顶住杆体，使电钮扳手、一体化工装、杆体、铰刀形成一个整体进行旋转，完成搅拌锚固剂的功能，如图8所示。
55.施加预应力时，将限位板32从六方套筒31中拔出，直接用电钮扳手带动套筒拧紧螺母即可，此时的六方套筒31低端与杆体尾端保留有足够的间隙施加预应力，如图9所示。
56.三、树脂卷锚杆电钮扳手安装工艺
57.树脂卷锚杆电钮扳手的安装工艺如图10所示，依次包括如下步骤：凿岩机钻孔；高压风清孔；锚孔装入锚固剂和锚杆；电扭扳手设定预应力数值；电扭扳手 一体化工装先搅拌锚固剂后施加预应力；注浆；施工数据导出。
58.新工艺使用电钮扳手安装树脂卷锚杆，替换原工艺采用的搅拌锚固剂、施加预应力分离式方案，其核心工序搅拌、预紧工序如下：
59.搅拌锚固剂：手持电扭扳手配合一体化工装，通过带动杆体旋转搅拌锚固剂，如图8所示。
60.此工序相比原工艺使用的凿岩机搅拌，使用电钮扳手1个人即可完成，节省了时间，且降低了劳动强度；使用凿岩机需2-3个人完成，1个人扶持凿岩机，1个人将搅拌工装与锚杆、凿岩机对中连接，且凿岩机体积大，需要通高压气体，支腿必须支在地面上工作，工序异常繁琐，不便于现场操作。
61.施加预应力：在锚固剂搅拌完成并凝固一段时间后，锚杆末端已被锚固剂锚固。此时不用更换工装，只需拔出限位板，直接用电钮扳手旋紧螺母，直至电钮扳手自动停止，此时已达到设定的预应力值，如图9所示。
62.此工序相比原工艺使用的反力臂扭矩扳手预紧，1人即可完成操作，且可根据需要调节施加的预应力大小，可查询/输出施工数据记录，节省了时间，且降低了劳动强度；使用反力臂扭矩扳手需2-3人用加长反力臂完成预紧，且不能知晓也不能调节施加预应力数值大小，无法查询/输出施工数据。