一種錨桿端部擴腔裝置及其施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種錨桿端部擴腔裝置及其施工方法，屬于機械領域，包括頭部擴腔器、中部桿體、套管和中部轉換器；中部桿體與頭部擴腔器和中部轉換器通過焊接進行連接；套管與頭部擴腔器和中部桿體通過螺紋連接。本發明通過錨桿端部擴腔裝置將錨桿錨固端在水平方向實現體積的擴展，以有效提升錨固端的懸吊能力，配合該錨桿端部擴腔裝置設計一整套利用錨桿注漿加固圍巖的施工方法，使應對軟弱圍巖的支護能力得到有效地提升，最終保證了地下工程的安全穩定。
【專利說明】
一種錨桿端部擴腔裝置及其施工方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于機械領域，具體涉及一種錨桿端部擴腔裝置及其施工方法。
【背景技術】
[0002]在地下工程的掘進過程中，開挖之后應及時對圍巖進行支護，而圍巖展現出多樣性與特殊性，使支護難度大大增加，尤其是對于軟弱圍巖的支護，軟弱圍巖整體性差，易風化，遇水易膨脹、崩解，由于地下水的作用，在遇水或潮濕的環境下，圍巖發生膨脹、崩解現象，自穩能力大大降低，且在這種情況下，普通錨桿的錨固端往往會逐漸喪失錨固能力，使得圍巖處于極不穩定的環境中，甚至發生冒頂、坍塌等危險情況。這就要求錨桿的錨固端具有較高的錨固能力，通過一定的方法有效提高錨固能力，即使是在錨桿錨固段失效的前提下，錨桿的錨固端依然可以發揮一定的作用。
[0003]為了提高錨桿錨固端的錨固能力，可以對錨桿錨固端的形狀進行設計，傳統的打鉆形成的圓柱形空孔洞發揮的能力有限。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種錨桿端部擴腔裝置及其施工方法，克服了現有技術的不足，通過錨桿端部擴腔裝置將錨桿錨固端在水平方向實現體積的擴展，以有效實現錨固端的懸吊能力，配合該錨桿端部擴腔裝置設計一整套利用錨桿注漿加固圍巖的施工方法，使應對軟弱圍巖的支護能力得到有效地提升。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]—種錨桿端部擴腔裝置，包括頭部擴腔器、中部桿體、套管和中部轉換器;所述中部桿體為中空圓柱形桿體，與頭部擴腔器和中部轉換器通過焊接進行連接;所述套管的表面設置有外螺紋，所述頭部擴腔器和中部桿體內均設置有與套管表面的外螺紋相配合的內螺紋，所述套管與頭部擴腔器和中部桿體通過螺紋連接；
[0007]所述頭部擴腔器的頂部設置有2個對稱分布的擴腔器噴射口；
[0008]所述頭部擴腔器內設置有若干對稱分布的圓柱形擴腔器進水通道；
[0009]所述頭部擴腔器包括第一伸縮節、第二伸縮節、第三伸縮節和第四伸縮節，第一伸縮節、第二伸縮節、第三伸縮節、第四伸縮節之間通過滑桿進行連接，第一伸縮節和第四伸縮節的內壁之間通過彈簧進行連接，第四伸縮節的外端部連接有破巖刀頭；
[0010]所述套管包括套管端部，套管端部的下方設置有套管外壁，套管外壁的相對兩側向外開有依次分布的套管孔口，套管外壁的其中一側分布的套管孔口和另一側分布的套管孔口對稱分布；
[0011]所述中部桿體的中下部設置有旋轉卡口，用于連接外部轉動設備；
[0012]所述中部轉換器包括進液管，用于連接外部高壓栗。
[0013]優選地，所述滑桿的外側端部設置有橡膠墊層層。
[0014]優選地，所述破巖刀頭包括齒狀刀頭、面狀刀頭、片狀刀頭、刀頭桿體以及刀頭底座，所述齒狀刀頭設置在刀頭底座的中間，所述面狀刀頭設置在齒狀刀頭的一側，所述片狀刀頭設置在齒狀刀頭的另一側，所述片狀刀頭設置在刀頭桿體上，所述刀頭桿體設置在刀頭底座上，所述破巖刀頭通過帶有螺紋的刀頭底座與第四伸縮節固定連接。
[0015]優選地，所述片狀刀頭包括全片狀刀頭和半片狀刀頭。
[0016]優選地，所述中部轉換器包括中部轉換器主體，所述中部轉換器主體內設置有橡膠隔離層。
[0017]優選地，所述套管和進液管均為中空圓柱形桿體。
[0018]優選地，所述頭部擴腔器的外壁、中部桿體的外壁以及進液管的外壁均采用不銹鋼材質，且厚度范圍均為3_6mm。
[0019]優選地，所述頭部擴腔器在完全擴展的情況下，其水平長度范圍為100-200mm，在完全收縮的情況下，其水平長度范圍為40-100mm。
[0020]此外，本發明還提到一種錨桿端部擴腔裝置的施工方法，該方法采用上述的一種錨桿端部擴腔裝置，包括以下步驟:
[0021 ]步驟I:按設計要求鉆桿打孔結束后，首先將錨桿端部擴腔裝置置入孔腔內，直至放入最底端，然后加入外部轉動設備，放置在中部桿體的旋轉卡口處；
[0022]步驟2:將套管向上旋擰，使套管端部與頭部擴腔器的頂部接觸，使得套管的中部和下部的套管孔口封閉，套管的上部的套管孔口與頭部擴腔器的頂部連通，將外部高壓栗與中部轉換器內的進液管連接；
[0023]步驟3:啟動外部轉動設備，使錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動，轉速為4000-6000轉/分鐘，之后啟動外部高壓栗，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在1.5-2MPa范圍內，高壓水最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動外部轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為20-50mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動6_10次；
[0024]步驟4:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將套管向下旋轉使其中部和下部的套管孔口與擴腔器進水通道分別相吻合；
[0025]步驟5:啟動外部轉動設備，使錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動，轉速為4000-6000轉/分鐘，啟動外部高壓栗向頭部擴腔器注水，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在5-8MPa范圍內，第二伸縮節、第三伸縮節、第四伸縮節逐漸擴展打開，破巖刀頭與孔腔壁接觸，開始二次破巖，通過外部轉動設備使錨桿端部擴腔裝置自上而下移動，移動速度為3-5mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動10-20次；
[0026]步驟6:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將套管向上旋轉使套管端部與頭部擴腔器的頂部接觸，使得套管的中部和下部的套管孔口封閉，套管的上部的套管孔口與頭部擴腔器的頂部連通；
[0027]步驟7:啟動外部轉動設備，轉速為4000-6000轉/分鐘，啟動外部高壓栗，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在0.8-1.2MPa范圍內，高壓水最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為10-30mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動5-8次；
[0028]步驟8:將注入外部高壓栗內的液體換為速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在I.5_2MPa范圍內，注入速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，凝膠時間為100-160s，水玻璃漿液最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為20-50mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動6-10次；
[0029]步驟9:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將錨桿端部擴腔裝置緩緩從孔腔內完全取出；
[0030]步驟10:向孔腔內置入注漿錨桿，然后向擴大的錨桿端部腔體內注入緩凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，凝膠時間為300-500S，保持注漿終壓為1.2-1.6MPa，最終形成具有端部放大效果的錨桿加固體系。
[0031 ]本發明所帶來的有益技術效果:
[0032]本發明錨桿端部擴腔裝置通過設計可伸縮的頭部擴腔器配合可上下旋轉移動的套管，通過高壓噴射水將圍巖軟化，并實現初次破巖，然后通過高壓水的壓力使頭部擴腔器逐漸擴展，通過轉動設備帶動錨桿端部擴腔裝置高速旋轉，利用破巖刀頭進行二次破巖;破巖刀頭底座上的片狀刀頭最先接觸圍巖，通過片狀刀片法向切割將圍巖劃分成多個離散片段，然后齒狀刀頭沿正面切割，間隔地將離散的圍巖切割下來，最后面狀刀頭沿正面全面切害J，將圍巖完全切割下來，通過三次逐次增加切割強度切割圍巖，有利于提高破巖效率與能力；通過二次高壓水噴射將切割后的圍巖表面松散顆粒清除干凈，使得裸露的圍巖為穩固接觸面，然后噴射速凝類漿液，實現對表面圍巖的快速封閉，然后注入緩凝類漿液形成穩固的錨固端;通過對頭部擴腔器內部壓力的控制以及彈簧的伸縮，可很好地對水平擴腔的半徑進行控制，已達到最佳效果;通過可以上下旋轉移動的套管可控制注入液體的進入通道，向上旋轉至最大程度實現了高壓噴射水破巖的目的，向下旋轉至最大程度實現了高壓水打開頭部擴腔器的目的；中部轉換器使得即使上部的頭部擴腔器、中部桿體和套管在高速旋轉的過程中，進液管可以不被帶動旋轉，并且在橡膠隔離層的作用下，保證了注入液體的密封性。
[0033]本發明錨桿端部擴腔裝置的施工方法通過預先打孔，置入錨桿端部擴腔裝置，通過高壓噴射水旋噴對孔腔底部的圍巖進行浸濕、軟化，并且實現初次破巖;通過對頭部擴腔器施加壓力，將其逐漸打開，通過高速旋轉的刀盤實現二次破巖;通過噴射水清洗破巖后的圍巖表面，使得圍巖表面松散顆粒被沖刷掉落，保證裸露的圍巖能與漿液穩定接觸;在達到預先設計的破巖效果之后，通過擴腔器噴射口注入速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，實現了對圍巖表面的快速封堵，并且提高了整個擴大腔體的穩定能力;然后通過注漿錨桿注入緩凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，最終實現在錨桿端部形成一個穩固的較大體積的錨固體。
[0034]本發明錨桿端部擴腔裝置及其施工方法，實現了錨桿錨固端在水平方向上體積的擴展，同時使得錨桿錨固端的體積大大增加，使錨桿的錨固能力顯著提升;解決了現有的傳統錨桿有限體積的錨固端在地下工程的軟弱圍巖環境中，由于圍巖風化或地下室導致圍巖的崩解、膨脹，極易造成錨固端無法有效承載外部荷載而失效的情況，通過科學的施工方法使得錨桿即使是在錨固端失效的前提下也能夠發揮一定的錨固作用，尤其是在地下工程中針對整體性差的軟弱圍巖，在實際工程中，錨桿錨固端通過與圍巖的膠結，無法提升錨固力的情況下，該錨桿端部擴腔裝置及其施工方法通過擴腔形成放大的錨固端最大程度地提升錨固能力，使軟弱圍巖的支護效果得到有效提升，最終保證地下工程的安全穩定。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發明錨桿端部擴腔裝置的整體剖面圖。
[0036]圖2為本發明錨桿端部擴腔裝置中頭部擴腔器的剖面圖。
[0037]圖3為本發明錨桿端部擴腔裝置中頭部擴腔器俯視圖
[0038]圖4為本發明錨桿端部擴腔裝置中套管的剖面圖。
[0039]圖5為本發明錨桿端部擴腔裝置中破巖刀頭的正視圖。
[0040]圖6為本發明錨桿端部擴腔裝置中破巖刀頭的俯視圖。
[0041 ]圖7為本發明錨桿端部擴腔裝置中片狀刀頭的俯視圖。
[0042]圖8為本發明錨桿端部擴腔裝置中中部轉換器的剖面圖。
[0043]圖9為本發明錨桿端部擴腔裝置中旋轉卡口的正視圖。
[0044]圖10為本發明錨桿端部擴腔施工方法的流程框圖。
[0045]其中，1-頭部擴腔器;2-中部桿體;3-套管;4-中部轉換器;5-擴腔器進水通道;6_第三伸縮節;7-滑桿;8-第二伸縮節;9-第一伸縮節；10-套管端部；11-擴腔器噴射口 ； 12-橡膠墊層;13-彈簧;14-破巖刀頭；15-第四伸縮節；16-套管孔口 ； 17-套管外壁;18-齒狀刀頭；19-面狀刀頭；20-片狀刀頭；21-刀頭桿體;22-刀頭底座；23-全片狀刀頭；24-半片狀刀頭；25-橡膠隔離層;26-中部轉換器主體;27-進液管;28-旋轉卡口。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖以及【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明:
[0047]實施例1:
[0048]如圖1-9所示，一種錨桿端部擴腔裝置，包括頭部擴腔器1、中部桿體2、套管3和中部轉換器4;所述中部桿體2為中空圓柱形桿體，與頭部擴腔器I和中部轉換器4通過焊接進行連接;所述套管3的表面設置有外螺紋，所述頭部擴腔器I和中部桿體2內均設置有與套管3表面的外螺紋相配合的內螺紋，所述套管3與頭部擴腔器I和中部桿體2通過螺紋連接。
[0049]所述頭部擴腔器I的頂部設置有2個對稱分布的擴腔器噴射口11。
[0050]所述頭部擴腔器I內設置有若干對稱分布的圓柱形擴腔器進水通道5;根據不同的圍巖情況設計不同的擴腔器進水通道5，這里設計4個擴腔器進水通道5。
[0051]所述頭部擴腔器I包括第一伸縮節9、第二伸縮節8、第三伸縮節6和第四伸縮節15，第一伸縮節9、第二伸縮節8、第三伸縮節6和第四伸縮節15之間通過滑桿7進行連接，第一伸縮節9和第四伸縮節15的內壁之間通過彈簧13進行連接，第四伸縮節15的外端部連接有破巖刀頭14。
[0052]所述套管3包括套管端部10，套管端部10的下方設置有套管外壁17，套管外壁17的相對兩側向外開有依次分布的套管孔口 16，套管外壁17的其中一側分布的套管孔口 16和另一側分布的套管孔口 16對稱分布;根據不同的圍巖情況設計不同的套管孔口 16，套管孔口16的個數與擴腔器噴射口 11和擴腔器進水通道5的總數相等，并且當套管端部10與頭部擴腔器I的頂部接觸時，套管3的中部和下部的套管孔口 16封閉，套管3的上部的套管孔口 16與頭部擴腔器I的頂部連通;當套管3在最低端時，套管3的中部和下部的套管孔口 16與擴腔器進水通道5分別相吻合。
[0053]這里在套管外壁17的相對兩側向外開有3對套管孔口16，分別是上部2個、中部2個、下部2個，當套管端部10與頭部擴腔器I的頂部接觸時，套管3的中部和下部的4個套管孔口 16封閉，套管3的上部的2個套管孔口 16與頭部擴腔器I的頂部連通;將套管3向下旋轉至最大程度時，其中部和下部的4個套管孔口 16與4個擴腔器進水通道5分別相吻合。
[0054]所述中部桿體2的中下部設置有旋轉卡口28，用于連接外部轉動設備。
[0055]所述中部轉換器4包括進液管27，用于連接外部高壓栗。
[0056]所述滑桿7的外側端部設置有橡膠墊層12。
[0057]所述破巖刀頭14包括齒狀刀頭18、面狀刀頭19、片狀刀頭20、刀頭桿體21以及刀頭底座22，所述齒狀刀頭18設置在刀頭底座22的中間，所述面狀刀頭19設置在齒狀刀頭18的一側，所述片狀刀頭20設置在齒狀刀頭18的另一側，所述片狀刀頭20設置在刀頭桿體21上，所述刀頭桿體21設置在刀頭底座22上，所述破巖刀頭14通過帶有螺紋的刀頭底座22與第四伸縮節15固定連接。
[0058]所述片狀刀頭20包括全片狀刀頭23和半片狀刀頭24。
[0059]所述中部轉換器4包括中部轉換器主體26，所述中部轉換器主體26內設置有橡膠隔尚層25。
[0060]所述套管3和進液管27均為中空圓柱形桿體。
[0061]所述頭部擴腔器I的外壁、中部桿體2的外壁以及進液管27的外壁均采用不銹鋼材質，且厚度范圍均為3_6mm。
[0062]所述頭部擴腔器I在完全擴展的情況下，其水平長度范圍為100-200mm，在完全收縮的情況下，其水平長度范圍為40-100mm。
[0063]實施例2:
[0064]在上述實施例的基礎上，在埋深為300m，圍巖等級為IV類的軟弱圍巖，開拓直墻半圓拱形巷道，頂板距離底板最大距離為3.Sm，在頂板上中部鉆孔，孔深2m，鉆孔直徑60mm，本發明提供一種錨桿端部擴腔裝置的施工方法(如圖10所示)，用于實現在錨桿端部形成一個穩固的較大體積的錨固體，其中，按照如下步驟進行:
[0065]步驟I:按設計要求鉆桿打孔結束后，設計錨桿端部擴腔裝置的頭部擴腔器，其在完全擴展的情況下，其水平長度為120mm，在完全收縮的情況下，其水平長度為40mm;將錨桿端部擴腔裝置置入孔腔內，直至放入最底端;然后加入外部轉動設備，放置在中部桿體的旋轉卡口處，支撐整個錨桿端部擴腔裝置保持穩定，并且可以帶動整個錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動；
[0066]步驟2:將套管向上旋擰，使套管端部與頭部擴腔器的頂部接觸，使得套管的中部和下部的套管孔口封閉，套管的上部的套管孔口與頭部擴腔器的頂部連通，將外部高壓栗與中部轉換器內的進液管連接；
[0067]步驟3:啟動外部轉動設備，使錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動，轉速為4000-6000轉/分鐘，之后啟動外部高壓栗，調節外部高壓栗出水口壓力，使栗出水口壓力為1.6MPa，高壓水最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動外部轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為30mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動8次；
[0068]步驟4:停止外部高壓栗工作，之后停止外部轉動設備工作，將套管向下旋轉至最大程度，使其中部和下部的4個套管孔口與4個擴腔器進水通道相吻合；
[0069]步驟5:啟動外部轉動設備，使錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動，轉速為6000轉/分鐘，啟動外部高壓栗向頭部擴腔器注水，栗出水口壓力為6MPa，第二、三、四伸縮節逐漸擴展打開，破巖刀頭與孔腔壁接觸，開始二次破巖;通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置自上而下移動，移動速度為3mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動12次；
[0070]步驟6:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將套管向上旋轉使套管端部與頭部擴腔器的頂部接觸，使得套管的中部和下部的套管孔口封閉，套管的上部的套管孔口與頭部擴腔器的頂部連通；
[0071 ]步驟7:啟動外部轉動設備，轉速為6000轉/分鐘，啟動外部高壓栗，調節外部高壓栗出水口壓力，使外部高壓栗出水口壓力為0.8MPa，水最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，對錨桿孔腔產生一定的沖擊，對破巖后的圍巖表面起到清洗作用;然后通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為20mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動6次；
[0072]步驟8:將注入外部高壓栗內的液體換為速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，調節外部高壓栗出水口壓力，使外部高壓栗出口壓力為1.5MPa，注入速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，凝膠時間為120s，水玻璃漿液最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，對已經擴大的腔體外壁表面進行封堵，保證腔體的穩定，并且起到很好的堵水效果;然后通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為30mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動8次；
[0073]步驟9:停止外部高壓栗工作，之后停止外部轉動設備工作，將錨桿端部擴腔裝置緩緩從孔腔內完全取出；
[0074]步驟10:向孔腔內置入注漿錨桿，然后向擴大的錨桿端部腔體內注入緩凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，凝膠時間為360s，保持注漿終壓為1.2MPa，最終形成具有端部放大效果的錨桿加固體系。
[0075]本發明錨桿端部擴腔裝置及其施工方法，實現了錨桿錨固端在水平方向上體積的擴展，同時使得錨桿錨固端的體積大大增加，使錨桿的錨固能力顯著提升;解決了現有的傳統錨桿有限體積的錨固端在地下工程的軟弱圍巖環境中，由于圍巖風化或地下室導致圍巖的崩解、膨脹，極易造成錨固端無法有效承載外部荷載而失效的情況;通過擴腔形成放大的錨固端提升了錨固能力，使軟弱圍巖的支護效果得到有效提升，最終保證地下工程的安全穩定。
[0076]當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:包括頭部擴腔器、中部桿體、套管和中部轉換器;所述中部桿體為中空圓柱形桿體，與頭部擴腔器和中部轉換器通過焊接進行連接;所述套管的表面設置有外螺紋，所述頭部擴腔器和中部桿體內均設置有與套管表面的外螺紋相配合的內螺紋，所述套管與頭部擴腔器和中部桿體通過螺紋連接； 所述頭部擴腔器的頂部設置有2個對稱分布的擴腔器噴射口； 所述頭部擴腔器內設置有若干對稱分布的擴腔器進水通道； 所述頭部擴腔器包括第一伸縮節、第二伸縮節、第三伸縮節和第四伸縮節，第一伸縮節、第二伸縮節、第三伸縮節、第四伸縮節之間通過滑桿進行連接，第一伸縮節和第四伸縮節的內壁之間通過彈簧進行連接，第四伸縮節的外端部連接有破巖刀頭； 所述套管包括套管端部，套管端部的下方設置有套管外壁，套管外壁的相對兩側向外開有依次分布的套管孔口，套管外壁的其中一側分布的套管孔口和另一側分布的套管孔口對稱分布； 所述中部桿體的中下部設置有旋轉卡口，用于連接外部轉動設備； 所述中部轉換器包括進液管，用于連接外部高壓栗。2.根據權利要求1所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述滑桿的外側端部設置有橡膠墊層。3.根據權利要求1所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述破巖刀頭包括齒狀刀頭、面狀刀頭、片狀刀頭、刀頭桿體以及刀頭底座，所述齒狀刀頭設置在刀頭底座的中間，所述面狀刀頭設置在齒狀刀頭的一側，所述片狀刀頭設置在齒狀刀頭的另一側，所述片狀刀頭設置在刀頭桿體上，所述刀頭桿體設置在刀頭底座上，所述破巖刀頭通過帶有螺紋的刀頭底座與第四伸縮節固定連接。4.根據權利要求3所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述片狀刀頭包括全片狀刀頭和半片狀刀頭。5.根據權利要求1所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述中部轉換器包括中部轉換器主體，所述中部轉換器主體內設置有橡膠隔離層。6.根據權利要求1所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述套管和進液管均為中空圓柱形桿體。7.根據權利要求1所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述頭部擴腔器的外壁、中部桿體的外壁以及進液管的外壁均采用不銹鋼材質，且厚度范圍均為3-6_。8.根據權利要求1所述的錨桿端部擴腔裝置，其特征在于:所述頭部擴腔器在完全擴展的情況下，其水平長度范圍為100-200mm，在完全收縮的情況下，其水平長度范圍為40-1OOmm09.一種錨桿端部擴腔裝置的施工方法，其特征在于:采用如權利要求1所述的一種錨桿端部擴腔裝置，按照如下步驟進行: 步驟1:按設計要求鉆桿打孔結束后，首先將錨桿端部擴腔裝置置入孔腔內，直至放入最底端，然后加入外部轉動設備，放置在中部桿體的旋轉卡口處； 步驟2:將套管向上旋擰，使套管端部與頭部擴腔器的頂部接觸，使得套管的中部和下部的套管孔口封閉，套管的上部的套管孔口與頭部擴腔器的頂部連通，將外部高壓栗與中部轉換器內的進液管連接； 步驟3:啟動外部轉動設備，使錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動，轉速為4000-6000轉/分鐘，之后啟動外部高壓栗，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在1.5-2MPa范圍內，高壓水最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動外部轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為20-50mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動6-10次； 步驟4:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將套管向下旋轉使其中部和下部的套管孔口與擴腔器進水通道分別相吻合； 步驟5:啟動外部轉動設備，使錨桿端部擴腔裝置沿軸向轉動，轉速為4000-6000轉/分鐘，啟動外部高壓栗向頭部擴腔器注水，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在5-8MPa范圍內，第二伸縮節、第三伸縮節、第四伸縮節逐漸擴展打開，破巖刀頭與孔腔壁接觸，開始二次破巖，通過外部轉動設備使錨桿端部擴腔裝置自上而下移動，移動速度為3-5mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動10-20次； 步驟6:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將套管向上旋轉使套管端部與頭部擴腔器的頂部接觸，使得套管的中部和下部的套管孔口封閉，套管的上部的套管孔口與頭部擴腔器的頂部連通； 步驟7:啟動外部轉動設備，轉速為4000-6000轉/分鐘，啟動外部高壓栗，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在0.8-1.2MPa范圍內，高壓水最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為10-30mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動5-8次； 步驟8:將注入外部高壓栗內的液體換為速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，調節外部高壓栗出水口壓力，使之在1.5-2MPa范圍內，注入速凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，凝膠時間為100-160S，水玻璃漿液最終從擴腔器噴射口旋轉噴出，然后通過轉動設備使錨桿端部擴腔裝置緩緩向下移動，移動速度為20-50mm/s，移動到指定位置后，以相同速度向上移動，根據不同的地質條件，往復移動6-10次； 步驟9:使外部高壓栗停止工作，之后使外部轉動設備停止工作，將錨桿端部擴腔裝置緩緩從孔腔內完全取出； 步驟10:向孔腔內置入注漿錨桿，然后向擴大的錨桿端部腔體內注入緩凝類硅酸鹽水泥與水玻璃漿液，凝膠時間為300-500S，保持注漿終壓為1.2-1.6MPa，最終形成具有端部放大效果的錨桿加固體系。
【文檔編號】E21B10/60GK105863694SQ201610250840
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】宋偉杰, 喬衛國, 林登閣, 宋雪梅, 李偉, 吳多華
【申請人】山東科技大學