CN110469353A - 一种可回收机械式预应力锚杆及其安装和回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可回收机械式预应力锚杆，包括螺杆、第一锚固件、第二锚固件和套管，螺杆包括依次连接的第一、第二和无螺纹段，第一锚固件包括第一底座、第一推进螺母及支撑单元，第二锚固件包括第二底座、第二推进螺母及支撑单元，各支撑单元包括上支撑件、下支撑件和顶头，第一底座上设有卡接槽，第二底座固定在套管内壁上，套管上设有条形孔；第一和第二推进螺母安装在第一螺纹段上，第一螺纹段穿过第二底座的安装通孔，螺杆的卡接头卡接在卡接槽中，限制螺杆只能绕螺杆的轴线旋转；旋转螺杆能调整各支撑单元的顶头与钻孔壁之间的距离。本发明还提供了该锚杆的安装和回收方法。该锚杆的锚固力大，可解决现有锚杆难以回收利用的问题。

Description

一种可回收机械式预应力锚杆及其安装和回收方法

技术领域

本发明属于岩土工程支护领域，涉及一种可回收机械式预应力锚杆及其安装和回收方法。

背景技术

随着我国地下工程不断向深部发展，深部工程的围岩控制理论与技术对保证深部地下工程的安全、高效建设与生产具有举足轻重的意义，对地下围岩进行控制最有效的途径就是对钻孔施加锚杆，因此锚杆对于保证地下工程建设的安全具有决定性的作用。

锚杆作为一种安装在围岩内部的由高抗拉强度材料制成的支护构件，用于露天边坡、地下洞室、井巷工程和建筑基坑等工程的支护。在进行锚杆支护时，首先在围岩上钻孔，然后在钻孔中安装锚杆，在锚杆与围岩的作用下，配合托盘与螺母控制围岩移动。例如，对于机械式锚杆而言，依靠锚杆头与围岩的机械作用，对于灌浆锚杆和树脂锚杆而言，依靠锚固粘结剂与围岩的粘结作用，对于摩擦型锚杆而言，依靠锚杆与围岩的摩擦作用，对围岩进行加固，起到支护锚固的作用，提高岩体的承载力，能有效防止发生落石、滑坡和岩爆等问题。

由于工程的地质条件的差异性和工程支护的需求，在进行锚杆支护时通常采用不同类型的锚杆，如今国内外所采用的锚杆类型主要有：楔缝式和胀壳式等机械性锚杆，这类锚杆对围岩所施加的力只能被动承受，不能提供主动支护力，并且在松软破碎的地质条件下的支护力小，锚固效果差；管缝式锚杆和水力膨胀式锚杆等摩擦性锚杆，这类锚杆通过锚杆杆体的膨胀与围岩作用产生摩擦力从而起到锚固作用，其锚固强度取决于锚杆杆体的塑性变形，锚固力随着锚杆杆体的改变而改变，锚固状态不稳定、甚至可能由于锚杆杆体的弯曲而使锚固失效；注浆锚杆，该类锚杆是目前支护工程中使用的主流锚杆，注浆锚杆的锚固效果取决于锚固粘结剂的强度，锚杆会因为锚固粘结剂的破坏而失效，并且灌浆锚杆的施工工艺复杂，虽然树脂锚杆进行了施工工艺的改进，简化了施工工艺，但树脂药卷成本高，经济合理性差。以上的这些锚杆基本都不可回收，安装在围岩中之后无法取出，仅能一次性利用，不但造成大量材料资源浪费，而且废弃的锚杆残留在围岩内部可能会对之后的工程进展造成困难。因此，在当下岩土工程向深部发展的大背景下，开发出锚固力大和可回收的锚杆是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锚固力大、可回收的机械式预应力锚杆及其安装和回收方法，以解决现有锚杆存在的锚固效果有待提高、难以回收利用的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可回收机械式预应力锚杆，包括螺杆、固定螺母、托盘、一个第一锚固件、至少一个第二锚固件、以及套管，

所述螺杆包括第一螺纹段、第二螺纹段和无螺纹段，第一螺纹段与第二螺纹段上的螺纹方向相反，无螺纹段、第一螺纹段和第二螺纹段依次连接，无螺纹段的端部设有卡接头；

所述第一锚固件包括第一底座、第一推进螺母以及至少三个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件、一组下支撑件和一个顶头，上支撑件的一端与顶头铰接、另一端与第一底座铰接，下支撑件的一端与顶头铰接、另一端与第一推进螺母铰接，各支撑单元均匀分布在第一底座和第一推进螺母上；第一底座上设有与卡接头匹配的卡接槽；

所述第二锚固件包括第二底座、第二推进螺母以及至少三个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件、一组下支撑件和一个顶头，上支撑件的一端与顶头铰接、另一端与第二底座铰接，下支撑件的一端与顶头铰接、另一端与第二推进螺母铰接，各支撑单元均匀分布在第二底座和第二推进螺母上；第二底座固定在套管内壁上，第二底座上设有供螺杆穿过的安装通孔；

所述套管上设有位置分别与第一锚固件和第二锚固件的各支撑单元匹配的第一条形孔和第二条形孔，第二底座固定在第二条形孔靠近第一条形孔的一端端部的套管内壁上；

第一推进螺母和第二推进螺母安装在螺杆的第一螺纹段上，螺杆的第一螺纹段穿过第二底座的安装通孔，螺杆的卡接头卡接在第一底座的卡接槽中，卡接槽限制螺杆只能绕螺杆的轴线旋转；旋转螺杆能带动第一推进螺母和第二推进螺母在第一螺纹段上移动，从而调整各支撑单元的顶头与钻孔壁之间的距离；托盘通过固定螺母安装在螺杆的第二螺纹段上。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，顶头与钻孔壁接触的面为平面或者与钻孔壁弧度匹配的弧面，由于弧面与钻孔壁的接触面积相对于平面更大，因此顶头与钻孔壁接触的面的形状优选为与钻孔壁弧度匹配的弧面；在第一推进螺母和第二推进螺母在第一螺纹段上移动带动带动顶头运动的过程中，第一锚固件和第二锚固件的各支撑单元的顶头与钻孔壁接触的面始终与钻杆的轴线平行；对于顶头与钻孔壁接触的面的形状为与钻孔壁弧度匹配的弧面的情况而言，当第一推进螺母和第二推进螺母在第一螺纹段上移动带动顶头运动的过程中，各支撑单元的顶头与钻孔壁接触的面始终与钻孔壁平行。为了增大顶头与钻孔壁接触时二者之间的摩擦力，顶头与钻孔壁接触的面优选设置为粗糙面。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，为了增加同一锚杆对钻孔孔径的适用范围，进一步的技术方案中，第一锚固件和第二锚固件中还包括锚固板，锚固板设置在各第一条形孔和各第二条形孔处，各锚固板的一端铰接在套管的外壁上，锚固板与套管外壁的铰接位置位于第一条形孔及第二条形孔靠近钻孔底一端端部的套管外壁上；锚固板上设有第三条形孔，顶头上设有与第三条形孔匹配的滑块，滑块上设有螺纹孔，滑块穿过第三条形孔通过固定在螺纹孔中的带螺纹的固定柱固定在锚固板上；旋转螺杆能带动各支撑单元的顶头的滑块在锚固板的第三条形孔中运动，进而带动锚固板的非铰接端向钻孔壁或螺杆运动。更进一步地，锚固板的非铰接端的边缘呈弧形，当顶头运动带动锚固板的非铰接端与钻孔壁接触时，锚固板的非铰接端的边缘与钻孔壁贴合。顶头上的滑块的宽度不超过第三条形孔的宽度，顶头上的滑块的长度不超过锚固板上的第三条形孔长度的1/3，第三条形孔的长度为锚固板长度的0.65～0.85倍，安装在第一条形孔处的锚固板的长度为第一条形孔的0.8～1.2倍，安装在第二条形孔处的锚固板的长度为第二条形孔的0.8～1.2倍，锚固板的材质优选为钢板，用于固定顶头与锚固板的固定柱的长度大于第三条形孔的宽度，以上这些结构可保证顶头的滑块在锚固板的第三条形孔中自由滑动并带动锚固板向钻孔壁或者螺杆运动。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，第一锚固件和第二锚固件上的上支撑件和下支撑件的长度应满足当第一推进螺母和第二推进螺母在第一螺纹段上移动至顶头或锚固板与钻孔壁接触时，上支撑件与下支撑件之间的夹角为钝角。对于顶头与钻孔壁直接接触的方案，当顶头与钻孔壁接触时，上支撑件与下支撑件之间的夹角为钝角可以确保上支撑件和下支撑件对顶头起到较好的支撑作用，有利于提高锚杆在钻孔中的锚固效果，上支撑件与下支撑件之间的夹角优选为100°～140°，进一步优选为110°～130°，更进一步优选为115°～125°；对于顶头带动锚固板与钻孔壁接触的方案，当锚固板的活动端与钻孔壁接触时，上支撑件与下支撑件之间的夹角为钝角可以确保顶头对锚固板起到较好的支撑作用，有利于提高锚杆在钻孔中的锚固效果，上支撑件与下支撑件之间的夹角优选为100°～140°，进一步优选为110°～130°，更进一步优选为115°～125°。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，第二锚固件的数量和设置位置根据实际的围岩条件进行确定，第二锚固件的数量越多，锚固效果越好，优选地，第二锚固件的数量至少为两个；第一锚固件和第二锚固件中的支撑单元的数量也根据实际的围岩条件进行确定，支撑单元越多锚固效果越好，但通常锚固件中支撑单元的数量不超过八个。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，卡接头由卡接头体和卡接头颈组成，卡接头体和卡接头颈均呈圆柱形，卡接头体和卡接头颈的轴线与螺杆的轴线重合，卡接头颈的直径小于卡接头体的直径。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，第一底座由左右两部分组成，左右两部分通过螺栓副固定为一体，左右两部分上均设有凹槽，经螺栓副固定为一体后左右两部分上的凹槽组成第一底座的卡接槽，卡接槽包括与卡接头体匹配的卡接头体容纳部和与卡接头颈匹配的卡接头颈容纳部。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，第一条形孔的长度至少为第一锚固件的支撑单元的上支撑件与下支撑件的长度之和的0.8倍，优选为0.8～1.5倍，第二条形孔的长度至少为第二锚固件的支撑单元的上支撑件与下支撑件的长度之和的0.8倍，优选为0.8～1.5倍。第一条形孔的宽度能供第一锚固件的顶头、上支撑件及下支撑件通过即可，第二条形孔的宽度能供第二锚固件的顶头、上支撑件及下支撑件通过即可。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，第一底座、第一推进螺母、第二底座及第二推进螺母上均设有用于铰接上支撑件和下支撑件的凸块，上支撑件和下支撑件铰接在凸块上。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，第一锚固件和第二锚固件上的上支撑件和下支撑件为支撑条，每一组上支撑件包括两根支撑条，每一组下支撑件包括两根支撑条，各支撑条的长度相等。同一组上支撑件中的各支撑条相互平行，同一组下支撑件中的各支撑条相互平行。所述的支撑条可以为钢条，支撑条的长度主要根据待安装预应力灌浆锚杆的钻孔的直径进行确定，通常支撑条的长度可为20～40cm。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，之所以在螺杆上设计两个螺纹方向相反的第一螺纹段和第二螺纹段，是为了避免将锚杆通过第一锚固件和第二锚固件固定在钻孔中之后，在钻孔口的第二螺纹段通过固定螺母安装托盘时因拧动固定螺母造成螺杆转动，进而导致第一锚固件和第二锚固件的顶头向螺杆移动，造成顶头或者锚固板的活动端与钻孔壁脱离接触的问题出现，以保障锚固件在钻孔内的稳定锚固。

上述可回收机械式预应力锚杆的技术方案中，待安装可回收机械式预应力锚杆的钻孔的内径为套管外径的1.2～3倍，套管位于钻孔口一端的端部与钻孔口齐平或者是套管位于钻孔口的一端端部位于钻孔内，套管位于钻孔底的一端的端部与第一底座齐平或者是第一底座位于套筒外，套管的长度不超过钻孔的长度，通常，套管的长度为钻孔长度的0.7～1倍；螺杆的长度大于钻孔的长度，螺杆的长度可根据工程实际需要进行确定，螺杆的长度通常为2～3m。托盘的直径大于钻孔的直径，托盘上设有供第二螺纹段穿过的通孔。

本发明还提供了上述可回收机械式预应力锚杆的安装和回收方法，步骤如下：

①在围岩中钻取钻孔；

②调整第一锚固件和第二锚固件的上支撑件与下支撑件之间的夹角使各支撑单元的顶头从第一条形孔和第二条形孔中伸出且在可回收机械式预应力锚杆放入钻孔中后顶头或锚固板不接触钻孔壁，然后将可回收机械式预应力锚杆放入钻孔中使第一底座抵住钻孔底，转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔底方向运动并带动顶头向钻孔壁运动，直至顶头或者锚固板的活动端与钻孔壁接触产生预应力，持续转动螺杆至预应力施加完毕，将托盘通过第二螺纹段上的固定螺母固定在钻孔口，即完成可回收机械式预应力锚杆的安装；

③当支护任务完成后，将第二螺纹段上的固定螺母拧松，然后转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔口方向运动并带动顶头向螺杆运动，直至顶头或锚固板与钻孔壁脱离接触，将可回收机械式预应力锚杆从钻孔中取出，即完成可回收机械式预应力锚杆的回收。

与现有技术相比，本发明产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供了一种可回收机械式预应力锚杆，该锚杆设计了多个用于对围岩施加预应力的锚固件，包括一个第一锚固件和至少一个第二锚固件，第一锚固件和第二锚固件通过底座、推进螺母、多个支撑单元、套管及螺杆的配合对围岩施加预应力，第一锚固件设置在靠近螺杆端部的位置，多个第二锚固件分布在锚杆的杆体上，锚杆安装在钻孔中之后，第一锚固件在钻孔底进行锚固，各第二锚固件在钻孔口至钻孔底之间进行锚固，由于各锚固件可以在钻孔中的多个位点对围岩施加预应力，因此相对于现有仅能实现端头锚固的锚杆而言，本发明提供的锚杆的锚固力更大，锚固效果更好，可以克服现有机械式锚杆存在的锚固力不足的缺陷。

2.在本发明提供的可回收机械式预应力锚杆的基础方案的基础之上，可回收机械式预应力锚杆还包括多个锚固板，各锚固板的一端铰接第一及第二条形孔处的套管上，顶头上设计了滑块与锚固板上的第三条形孔配合，在旋转螺杆带动各支撑单元的顶头运动时，顶头在锚固板的第三条形孔中运动能带动锚固板的非铰接端向钻孔壁或螺杆运动，依靠各支撑单元支撑锚固板与钻孔壁接触对钻孔围岩施加预应力，这样能增加同一锚杆对不同孔径的钻孔的适用范围，在工程中的适用性更强。

3.本发明提供的可回收机械式预应力锚杆，由于第一锚固件和第二锚固件的顶头与钻孔壁之间的距离是可以调节的，通过拧动螺杆，即可使顶头与钻孔壁接触或者使顶头带动与之相连的锚固板与钻孔壁接触并对钻孔壁施加预应力，实现对钻孔围岩的支护，在支护任务完成后，通过反方向转动螺杆又可以使顶头与钻孔壁脱离接触或者是使顶头带动锚固板向螺杆运动使锚固板与钻孔壁脱离接触，自由取出，因此本发明提供的锚杆是可以回收利用的，相对于现有仅能一次利用的锚杆而言，本发明提供的锚杆具有重复利用，降低支护成本的特点，而且可以避免废弃的锚杆残留在围岩内部对之后的工程进展造成困难。

4.本发明提供的可回收机械式预应力锚杆，具有安装、回收方便的特点，其安装方法简单，在钻孔钻进完成后进行锚杆安装，在调整好各锚固件的顶头在第一条形孔和第二条形孔中的位置后，将锚杆放入钻孔，转动螺杆即可使第一推进螺母和第二拖进螺母在螺杆上向钻孔底运动支撑起顶头与钻孔壁接触，或者是通过支撑起顶头带动锚固板张开与钻孔壁接触，之后拧紧固定螺母将托盘固定即完成安装，由于第一推进螺母、第二推进螺母与固定螺母所处的第一螺纹段和第二螺纹段上的螺纹方向相反，因此在拧紧固定螺母的过程中并不会造成第一螺纹段上的第一、第二推进螺母向钻孔口方向运动，即不会造成顶头或者锚固板与钻孔壁脱离接触，这就保障了锚固件在钻孔内的稳定锚固。回收时在取下托盘后反向转动螺杆使顶头或锚固板与钻孔壁脱离接触即可将锚杆取出，回收方法简单。

附图说明

图1是本发明提供的可回收机械式预应力锚杆在钻孔中锚固后的示意图之一；

图2是本发明提供的可回收机械式预应力锚杆在钻孔中锚固后的示意图之二；

图3是螺杆的卡接头的结构示意图；

图4是第一底座的左/右部分的结构示意图；

图5是螺杆的顶头卡接在第一底座的卡接槽中的结构示意图；

图6是第一锚固件的锚固单元安装在第一螺纹段上的示意图；

图7是实施例1中可回收机械式预应力锚杆套管的立体图；

图8是实施例2中在套管上安装锚固板的示意图；

图9是实施例2中顶头上的结构示意图；

图中，1—螺杆、1-1—第一螺纹段、1-2—第二螺纹段、1-3—无螺纹段、2—固定螺母、3—托盘、4—第一锚固件、4-1—第一底座、4-2—第一推进螺母、5—第二锚固件、5-1—第二底座、5-2—第二推进螺母、6—套管、6-1—第一条形孔、6-2—第二条形孔、7—卡接头、7-1—卡接头体、7-2—卡接头颈、8—上支撑件、9—下支撑件、10—顶头、10-1—滑块、10-2—固定柱、11—卡接槽、12—安装通孔、13—锚固板、13-1—第三条形孔、14—螺栓副、15—凸块、16—钻孔。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明提供的可回收机械式预应力锚杆及其安装和回收方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。

实施例1

本实施例中，可回收机械式预应力锚杆的结构示意图如图1所示，包括螺杆1、固定螺母2、托盘3，一个第一锚固件4、两个第二锚固件5、套管6。

所述螺杆1包括第一螺纹段1-1、第二螺纹段1-2和无螺纹段1-3，第一螺纹段1-1与第二螺纹段1-2上的螺纹方向相反，具体地，第一螺纹段为左旋螺纹段，第二螺纹段为右旋螺纹段，无螺纹段1-3、第一螺纹段1-1和第二螺纹段1-2依次连接，无螺纹段1-3的端部设有卡接头7，如图3所示，卡接头7由卡接头体7-1和卡接头颈7-2组成，卡接头体和卡接头颈均呈圆柱形，卡接头体和卡接头颈的轴线与螺杆的轴线重合，卡接头颈的直径小于卡接头体的直径。

所述第一锚固件4包括第一底座4-1、第一推进螺母4-2以及四个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件8、一组下支撑件9和一个顶头10。上支撑件8的一端与顶头10铰接、另一端与第一底座4-1铰接，下支撑件9的一端与顶头10铰接、另一端与第一推进螺母4-2铰接，四个支撑单元均匀分布在第一底座4-1和第一推进螺母4-2上；各支撑单元的上支撑件8和下支撑件9的长度应满足当第一推进螺母4-2在第一螺纹段1-1上移动至顶头10与钻孔壁接触时，上支撑件8与下支撑件9之间的夹角为110°～130°。具体地，第一底座4-1和第一推进螺母4-2上均设有四个用于铰接上支撑件8和下支撑件9的凸块15；上支撑件8和下支撑件9为支撑条，支撑条的材质为钢条，每一组上支撑件包括两根支撑条，每一组下支撑件包括两根支撑条，各支撑条的长度相等；顶头为长方体钢块，长方体钢块的左右侧面上各设有两个铰接点，四个铰接点位于同一平面上，且四个铰接点组成的平面与长方体钢块的前后侧面平行，靠近上侧面的两个铰接点的连线、靠近下侧面的两个铰接点的连线均与上、下侧面平行，靠近上侧面的两个铰接点的连线到上侧面的距离等于靠近下侧面的两个铰接点的连线到下侧面的距离；各支撑单元中，作为上支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第一底座的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头上侧面的两个铰接点上，作为下支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第一推进螺母的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头下侧面的两个铰接点上，这样可以保证在推进螺母带动顶头移动时，顶头靠近钻孔壁的平面始终平行于中空钻杆的轴线而不发生倾斜。第一底座4-1上设有与卡接头7匹配的卡接槽11，第一底座4-1由左右两部分组成，左右两部分通过螺栓副14固定为一体，左右两部分上均设有凹槽，如图4所示，经螺栓副14连接为一体后左右两部分上的凹槽组成底座的卡接槽11，卡接槽包括与卡接头体匹配的卡接头体容纳部和与卡接头颈匹配的卡接头颈容纳部。

所述第二锚固件5包括第二底座5-1、第二推进螺母5-2以及四个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件8、一组下支撑件9和一个顶头10。上支撑件8的一端与顶头10铰接、另一端与第二底座5-1铰接，下支撑件9的一端与顶头10铰接、另一端与第二推进螺母5-2铰接，四个支撑单元均匀分布在第二底座5-1和第二推进螺母5-2上；各支撑单元的上支撑件8和下支撑件9的长度应满足当第二推进螺母5-2在第一螺纹段1-1上移动至顶头10与钻孔壁接触时，上支撑件8与下支撑件9之间的夹角为110°～130°。具体地，第二底座5-1呈圆柱形，第二底座上设有供螺杆1穿过的安装通孔12，第二底座以与套管同轴的方式固定在套管6内壁上；第二底座5-1和第二推进螺母5-2上均设有四个用于铰接上支撑件8和下支撑件9的凸块15；上支撑件8和下支撑件9为支撑条，支撑条的材质为钢条，每一组上支撑件包括两根支撑条，每一组下支撑件包括两根支撑条，各支撑条的长度相等；顶头的结构与第一锚固件中的顶头的结构相同；各支撑单元中，作为上支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第二底座的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头上侧面的两个铰接点上，作为下支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第二推进螺母的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头下侧面的两个铰接点上，这样可以保证在第二推进螺母带动顶头移动时，顶头靠近钻孔壁的面始终平行于钻杆的轴线而不发生倾斜。

所述套管6上设有位置与第一锚固件4的四个支撑单元匹配的四个第一条形孔6-1，以及位置与各第二锚固件4的各支撑单元匹配的第二条形孔6-2，即一共八个第二条形孔；第二底座5-1固定在第二条形孔靠近第一条形孔的一端端部的套管内壁上；第一条形孔6-1的长度为第一锚固件4的支撑单元的上支撑件8与下支撑件9的长度之和，第二条形孔的长度为第二锚固件5的支撑单元的上支撑件8与下支撑件9的长度之和。待安装可回收机械式预应力锚杆的钻孔的内径为套管外径的1.5倍，套管的长度与钻孔的长度相等，套管位于钻孔底的一端与第一底座的底面齐平，套管位于钻孔口的一端与钻孔口齐平，螺杆的长度大于钻孔的长度，托盘的直径大于钻孔的直径，托盘上设有供第二螺纹段穿过的通孔。

第一推进螺母4-2和第二推进螺母5-2安装在螺杆1的第一螺纹段1-1上，螺杆的第一螺纹段穿过第二底座的安装通孔12，螺杆的卡接头7卡接在第一底座的卡接槽11中，如图5所示，卡接槽11限制螺杆只能绕螺杆的轴线旋转，第一锚固件的锚固单元安装在第一螺纹段上的示意图见图6，本实施例所述可回收机械式预应力锚杆的立体图如图7所示；旋转螺杆1能带动第一推进螺母4-2和第二推进螺母5-2在第一螺纹段1-1上移动，从而调整各支撑单元的顶头10与钻孔壁之间的距离；托盘3通过固定螺母2安装在螺杆的第二螺纹段1-2上。

实施例2

本实施例中，可回收机械式预应力锚杆的结构示意图如图2所示，包括螺杆1、固定螺母2、托盘3，一个第一锚固件4、一个第二锚固件5、套管6和锚固板13。

所述螺杆1包括第一螺纹段1-1、第二螺纹段1-2和无螺纹段1-3，第一螺纹段1-1与第二螺纹段1-2上的螺纹方向相反，具体地，第一螺纹段为左旋螺纹段，第二螺纹段为右旋螺纹段，无螺纹段1-3、第一螺纹段1-1和第二螺纹段1-2依次连接，无螺纹段1-3的端部设有卡接头7，如图3所示，卡接头7由卡接头体7-1和卡接头颈7-2组成，卡接头体和卡接头颈均呈圆柱形，卡接头体和卡接头颈的轴线与螺杆的轴线重合，卡接头颈的直径小于卡接头体的直径。

所述锚固板13为钢板，锚固板设置在各第一条形孔和各第二条形孔处，各锚固板的一端铰接在套管的外壁上，锚固板与套筒外壁的铰接位置位于第一条形孔及第二条形孔靠近钻孔底一端端部的套管外壁上，在锚固板上沿着锚固板的长度方向设有第三条形孔13-1，锚固板13的非铰接端的边缘呈弧形，如图8所示。

所述第一锚固件4包括第一底座4-1、第一推进螺母4-2以及四个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件8、一组下支撑件9和一个顶头10。上支撑件8的一端与顶头10铰接、另一端与第一底座4-1铰接，下支撑件9的一端与顶头10铰接、另一端与第一推进螺母4-2铰接，四个支撑单元均匀分布在第一底座4-1和第一推进螺母4-2上；各支撑单元的上支撑件8和下支撑件9的长度应满足当第一推进螺母4-2在第一螺纹段1-1上移动带动顶头10推动锚固板的活动端与钻孔壁接触时，上支撑件8与下支撑件9之间的夹角为110°～130°。具体地，第一底座4-1和第一推进螺母4-2上均设有四个用于铰接上支撑件8和下支撑件9的凸块15；上支撑件8和下支撑件9为支撑条，支撑条的材质为钢条，每一组上支撑件包括两根支撑条，每一组下支撑件包括两根支撑条，各支撑条的长度相等；顶头为长方体钢块，长方体钢块的左右侧面上各设有两个铰接点，四个铰接点位于同一平面上，且四个铰接点组成的平面与长方体钢块的前后侧面平行，靠近上侧面的两个铰接点的连线、靠近下侧面的两个铰接点的连线均与上下侧面平行；各支撑单元中，作为上支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第一底座的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头上侧面的两个铰接点上，作为下支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第一推进螺母的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头下侧面的两个铰接点上。如图9所示，顶头10上设有与第三条形孔匹配的滑块10-1，滑块的宽度小于第三条形孔的宽度，滑块的长度小于第三条形孔的长度，滑块上设有螺纹孔，滑块穿过第三条形孔13-1通过固定在螺纹孔中的带螺纹的固定柱10-2固定在锚固板上，固定柱的长度大于第三条形孔的宽度。第一底座4-1上设有与卡接头匹配的卡接槽11，第一底座4-1由左右两部分组成，左右两部分通过螺栓副固定为一体，左右两部分上均设有凹槽，经螺栓副14连接为一体后左右两部分上的凹槽组成底座的卡接槽11，卡接槽包括与卡接头体匹配的卡接头体容纳部和与卡接头颈匹配的卡接头颈容纳部。

所述第二锚固件5包括第二底座5-1、第二推进螺母5-2以及四个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件8、一组下支撑件9和一个顶头10。上支撑件8的一端与顶头10铰接、另一端与第二底座5-1铰接，下支撑件9的一端与顶头10铰接、另一端与第二推进螺母5-2铰接，四个支撑单元均匀分布在第二底座5-1和第二推进螺母5-2上；各支撑单元的上支撑件8和下支撑件9的长度应满足当第二推进螺母5-2在第一螺纹段1-1上移动带动顶头10推动锚固板的活动端与钻孔壁接触时，上支撑件8与下支撑件9之间的夹角为110°～130°。具体地，第二底座5-1呈圆柱形，第二底座上设有供螺杆1穿过的安装通孔12，第二底座以与套管同轴的方式固定在套管6内壁上；第二底座5-1和第二推进螺母5-2上均设有四个用于铰接上支撑件8和下支撑件9的凸块15；上支撑件8和下支撑件9为支撑条，支撑条的材质为钢条，每一组上支撑件包括两根支撑条，每一组下支撑件包括两根支撑条，各支撑条的长度相等；顶头的结构与第一锚固件中的顶头的结构相同；各支撑单元中，作为上支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第二底座的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头上侧面的两个铰接点上，作为下支撑件的两根支撑条的一端分别铰接在第二推进螺母的凸块上，另一端分别铰接在顶头上靠近顶头下侧面的两个铰接点上。顶头10上设有与第三条形孔匹配的滑块10-1，滑块的宽度小于第三条形孔的宽度，滑块的长度小于第三条形孔的长度，滑块上设有螺纹孔，滑块穿过第三条形孔13-1通过固定在螺纹孔中的带螺纹的固定柱10-2固定在锚固板上，固定柱的长度大于第三条形孔的宽度。

所述套管6上设有位置与第一锚固件4的四个支撑单元匹配的四个第一条形孔6-1，以及位置与第二锚固件4的各支撑单元匹配的四个第二条形孔6-2；第二底座5-1固定在第二条形孔靠近第一条形孔的一端端部的套管内壁上；第一条形孔6-1的长度为第一锚固件4的支撑单元的上支撑件8与下支撑件9的长度之和，第二条形孔的长度为第二锚固件5的支撑单元的上支撑件8与下支撑件9的长度之和。锚固板一共八块，各锚固板与套管外壁的铰接位置位于第一条形孔及第二条形孔靠近钻孔底一端端部的套管外壁上；待安装可回收机械式预应力锚杆的钻孔的内径为套管外径的3倍，套管的长度与钻孔的长度相等，套管位于钻孔底的一端与第一底座的底面齐平，套管位于钻孔口的一端与钻孔口齐平，螺杆的长度大于钻孔的长度，托盘的直径大于钻孔的直径，托盘上设有供第二螺纹段穿过的通孔。

第一推进螺母4-2和第二推进螺母5-2安装在螺杆1的第一螺纹段1-1上，螺杆的第一螺纹段穿过第二底座的安装通孔12，螺杆的卡接头7卡接在第一底座的卡接槽11中，卡接槽11限制螺杆只能绕螺杆的轴线旋转；旋转螺杆1能带动第一推进螺母4-2和第二推进螺母5-2在第一螺纹段1-1上移动，从而带动顶头向钻孔壁或者螺杆运动，同时带动顶头的滑块在锚固板的第三条形孔中运动，进而带动锚固板的非铰接端向钻孔壁或螺杆运动，当顶头运动带动锚固板的非铰接端与钻孔壁接触时，锚固板13的非铰接端的边缘与钻孔壁贴合。

实施例3

本实施例中，提供实施例1所述的可回收机械式预应力锚杆的安装和回收方法，步骤如下：

①在围岩中钻取钻孔16，根据钻孔的尺寸选择尺寸合适的可回收机械式预应力锚杆。

②调整第一锚固件和第二锚固件的上支撑件与下支撑件之间的夹角使各支撑单元的顶头恰好从第一条形孔和第二条形孔中伸出，然后将可回收机械式预应力锚杆放入钻孔中使第一底座抵住钻孔底，顺时针转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔底方向运动并带动顶头向钻孔壁运动，直至顶头与钻孔壁接触产生预应力，持续顺时针转动螺杆至预应力施加完毕，将托盘套在螺杆的第二螺纹段上，在第二螺纹段上顺时针拧紧固定螺母直到托盘与钻孔口处的围岩接触将锚杆固定在钻孔中，即完成可回收机械式预应力锚杆的安装。

③当支护任务完成后，逆时针旋转第二螺纹段上的固定螺母将其拧松，然后逆时针转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔口方向运动并带动顶头向螺杆运动，直至顶头与钻孔壁脱离接触，将可回收机械式预应力锚杆从钻孔中取出，即完成可回收机械式预应力锚杆的回收。回收的锚杆可在下一个支护任务中继续使用。

实施例4

本实施例中，提供实施例2所述的可回收机械式预应力锚杆的安装和回收方法，步骤如下：

①在围岩中钻取钻孔16，根据钻孔的尺寸选择尺寸合适的可回收机械式预应力锚杆。

②调整第一锚固件和第二锚固件的上支撑件与下支撑件之间的夹角使各支撑单元的顶头恰好从第一条形孔和第二条形孔中伸出，然后将可回收机械式预应力锚杆放入钻孔中使第一底座抵住钻孔底，顺时针转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔底方向运动并带动顶头向钻孔壁运动，直至锚固板的活动端与钻孔壁接触产生预应力，持续顺时针转动螺杆至预应力施加完毕，将托盘套在螺杆的第二螺纹段上，在第二螺纹段上顺时针拧紧固定螺母直到托盘与钻孔口处的围岩接触将锚杆固定在钻孔中，即完成可回收机械式预应力锚杆的安装。

③当支护任务完成后，逆时针旋转第二螺纹段上的固定螺母将其拧松，然后逆时针转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔口方向运动并带动顶头向螺杆运动，直至锚固板的活动端与钻孔壁脱离接触，将可回收机械式预应力锚杆从钻孔中取出，即完成可回收机械式预应力锚杆的回收。回收的锚杆可在下一个支护任务中继续使用。

Claims (10)

1.一种可回收机械式预应力锚杆，包括螺杆(1)、固定螺母(2)、托盘(3)，其特征在于，还包括一个第一锚固件(4)、至少一个第二锚固件(5)、以及套管(6)，

所述螺杆(1)包括第一螺纹段(1-1)、第二螺纹段(1-2)和无螺纹段(1-3)，第一螺纹段(1-1)与第二螺纹段(1-2)上的螺纹方向相反，无螺纹段(1-3)、第一螺纹段(1-1)和第二螺纹段(1-2)依次连接，无螺纹段(1-3)的端部设有卡接头(7)；

所述第一锚固件(4)包括第一底座(4-1)、第一推进螺母(4-2)以及至少三个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件(8)、一组下支撑件(9)和一个顶头(10)，上支撑件(8)的一端与顶头(10)铰接、另一端与第一底座(4-1)铰接，下支撑件(9)的一端与顶头(10)铰接、另一端与第一推进螺母(4-2)铰接，各支撑单元均匀分布在第一底座(4-1)和第一推进螺母(4-2)上；第一底座(4-1)上设有与卡接头匹配的卡接槽(11)；

所述第二锚固件(5)包括第二底座(5-1)、第二推进螺母(5-2)以及至少三个支撑单元，各支撑单元包括一组上支撑件(8)、一组下支撑件(9)和一个顶头(10)，上支撑件(8)的一端与顶头(10)铰接、另一端与第二底座(5-1)铰接，下支撑件(9)的一端与顶头(10)铰接、另一端与第二推进螺母(5-2)铰接，各支撑单元均匀分布在第二底座(5-1)和第二推进螺母(5-2)上；第二底座(5-1)固定在套管(6)内壁上，第二底座上设有供螺杆(1)穿过的安装通孔(12)；

所述套管(6)上设有位置分别与第一锚固件(4)和第二锚固件(5)的各支撑单元匹配的第一条形孔(6-1)和第二条形孔(6-2)，第二底座(5-1)固定在第二条形孔靠近第一条形孔的一端端部的套管内壁上；

第一推进螺母(4-2)和第二推进螺母(5-2)安装在螺杆(1)的第一螺纹段(1-1)上，螺杆的第一螺纹段穿过第二底座的安装通孔(12)，螺杆的卡接头(7)卡接在第一底座的卡接槽(11)中，卡接槽(11)限制螺杆只能绕螺杆的轴线旋转；旋转螺杆(1)能带动第一推进螺母(4-2)和第二推进螺母(5-2)在第一螺纹段(1-1)上移动，从而调整各支撑单元的顶头(10)与钻孔壁之间的距离；托盘(3)通过固定螺母(2)安装在螺杆的第二螺纹段(1-2)上。

2.根据权利要求1所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，顶头(10)与钻孔壁接触的面为平面或者与钻孔壁弧度匹配的弧面，在第一推进螺母(4-2)和第二推进螺母(5-2)在第一螺纹段(1-1)上移动带动带动顶头(10)运动的过程中，第一锚固件(4)和第二锚固件(5)的各支撑单元的顶头(10)与钻孔壁接触的面始终与钻杆的轴线平行。

3.根据权利要求1所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，第一锚固件和第二锚固件中还包括锚固板(13)，锚固板设置在各第一条形孔和各第二条形孔处，各锚固板的一端铰接在套管的外壁上，锚固板与套筒外壁的铰接位置位于第一条形孔及第二条形孔靠近钻孔底一端端部的套管外壁上；锚固板上设有第三条形孔(13-1)，顶头(10)上设有与第三条形孔匹配的滑块(10-1)，滑块上设有螺纹孔，滑块穿过第三条形孔(13-1)通过固定在螺纹孔中的带螺纹的固定柱(10-2)固定在锚固板上；旋转螺杆(1)能带动各支撑单元的顶头的滑块在锚固板的第三条形孔中运动，进而带动锚固板的非铰接端向钻孔壁或螺杆运动。

4.根据权利要求3所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，锚固板(13)的非铰接端的边缘呈弧形，当顶头运动带动锚固板的非铰接端与钻孔壁接触时，锚固板(13)的非铰接端的边缘与钻孔壁贴合。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，第一锚固件和第二锚固件上的上支撑件(8)和下支撑件(9)的长度应满足当第一推进螺母(4-2)和第二推进螺母(5-2)在第一螺纹段(1-1)上移动至顶头或锚固板与钻孔壁接触时，上支撑件(8)与下支撑件(9)之间的夹角为钝角。

6.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，卡接头(7)由卡接头体(7-1)和卡接头颈(7-2)组成，卡接头体和卡接头颈均呈圆柱形，卡接头体和卡接头颈的轴线与螺杆的轴线重合，卡接头颈的直径小于卡接头体的直径。

7.根据权利要求6所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，第一底座(4-1)由左右两部分组成，左右两部分通过螺栓副(14)固定为一体，左右两部分上均设有凹槽，经螺栓副固定为一体后左右两部分上的凹槽组成第一底座的卡接槽(11)，卡接槽包括与卡接头体匹配的卡接头体容纳部和与卡接头颈匹配的卡接头颈容纳部。

8.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，第一条形孔(6-1)的长度至少为第一锚固件(4)的支撑单元的上支撑件(8)与下支撑件(9)的长度之和的0.8倍，第二条形孔的长度至少为第二锚固件(5)的支撑单元的上支撑件(8)与下支撑件(9)的长度之和的0.8倍。

9.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的可回收机械式预应力锚杆，其特征在于，第一锚固件和第二锚固件上的上支撑件(8)和下支撑件(9)为支撑条，每一组上支撑件包括两根支撑条，每一组下支撑件包括两根支撑条，各支撑条的长度相等。

10.一种权利要求1至9中任一项权利要求所述可回收机械式预应力锚杆的安装和回收方法，其特征在于，步骤如下：

①在围岩中钻取钻孔(16)；

②调整第一锚固件和第二锚固件的上支撑件与下支撑件之间的夹角使各支撑单元的顶头从第一条形孔和第二条形孔中伸出且在可回收机械式预应力锚杆放入钻孔中后顶头或锚固板不接触钻孔壁，然后将可回收机械式预应力锚杆放入钻孔中使第一底座抵住钻孔底，转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔底方向运动并带动顶头向钻孔壁运动，直至顶头或者锚固板的活动端与钻孔壁接触产生预应力，持续转动螺杆至预应力施加完毕，将托盘通过第二螺纹段上的固定螺母固定在钻孔口，即完成可回收机械式预应力锚杆的安装；

③当支护任务完成后，将第二螺纹段上的固定螺母拧松，然后转动螺杆带动第一推进螺母和第二推进螺母向钻孔口方向运动并带动顶头向螺杆运动，直至顶头或锚固板与钻孔壁脱离接触，将可回收机械式预应力锚杆从钻孔中取出，即完成可回收机械式预应力锚杆的回收。