[发明专利]一种中空注浆智能锚杆及其安装布设方法

说明书

本发明公开了一种中空注浆智能锚杆及其安装布设方法，涉及铁路隧道与边坡支护工程的智能监测技术领域，解决现有锚杆体表面开槽安装光纤传感器对锚杆体本身造成损伤的技术问题，包括锚杆体、固紧螺帽、垫板、止浆塞和锚头，所述锚头设置在锚杆体的底端，所述固紧螺帽、垫板、止浆塞从上到下依次套设在锚杆体上，还包括薄壁钢管、至少一个光纤应变传感器和至少一个光纤温度传感器，所述光纤应变传感器和光纤温度传感器嵌于薄壁钢管的外壁，所述薄壁钢管的外壁通过粘结材料与锚杆体内壁连接；本发明，不损伤锚杆体本身，通过设置的光纤应变传感器和光纤温度传感器可以实现锚固体服役状态及温度的实时监测，为锚固体的稳定性预警提供数据支撑的优点。

技术领域

本发明涉及铁路隧道与边坡支护工程的智能监测技术领域，更具体的是涉及锚杆技术领域。

背景技术

中空注浆锚杆主要应用在我国铁路隧道与边坡支护领域，能够实现对隧道的加固和超前支护，在我国高速铁路“八纵八横”网络的建设过程中，铁路隧道的安全施工及稳定运营是亟待研究的课题，尤其在2018年我国全面启动的川藏铁路规划建设中，隧道占比高达83％，因此中空注浆锚杆的需求量大幅增加。而基于中空注浆锚杆体的服役状态来监测铁路隧道的安全施工及稳定运营已成为一种有效监测手段，因此亟待一种能实时在线监测锚杆服役状态，进而监测预警锚固体稳定性的智能锚杆。

关于中空注浆智能锚杆的应用，目前只停留在一些传统的监测检测手段，无法通过实时监测锚杆的服役状态来监测锚固体的稳定性。传统监测检测手段有：通过注浆量及注浆压力等参数推断锚杆锚固质量，如专利CN 205876364 U(一种中空智能注浆锚杆)，通过在止浆塞部位粘贴压力芯片来检测注浆是否饱满，从而推断锚杆锚固质量，但无法对锚杆受力状态进行实时监测；利用锚索应力计或粘贴应变片的方式对中空注浆锚杆的轴力或少数断面的应力应变进行检测，且在锚杆体表面开槽对锚杆体本身造成损伤，如专利CN105973285 A(一种多功能智能锚杆及其安装布设方法)，公开了一种多功能智能锚杆，光纤光栅多点温度补偿传感器安装在沿锚杆纵向所开的小槽内，其结构设计对锚杆体本身造成了损伤，专利CN 208106468 U(一种锚杆应力与变形与一体化监测装置)公开了一种高强螺纹钢锚杆，通过在锚杆体表面粘贴三组应变花的方式来监测锚杆的应力与变形，其应变监测只能针对应变花粘贴断面进行；而中空注浆锚杆作为全长锚固型锚杆，需要对其全断面进行实时监测。且现有基于普通光纤光栅传感器的测力锚杆，其应变量程只能达到1～1.5％，锚固体变形极易超过锚杆应变量程，在锚固体变形较大且超过锚杆应变量程时，测力锚杆将失效。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述在锚杆体表面开槽安装光纤传感器对锚杆体本身造成损伤的技术问题，本发明提供一种中空注浆智能锚杆及其安装布设方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种中空注浆智能锚杆，包括锚杆体、固紧螺帽、垫板、止浆塞和锚头，所述锚头设置在锚杆体的底端，所述固紧螺帽、垫板、止浆塞从上到下依次套设在锚杆体上，还包括薄壁钢管、至少一个光纤应变传感器和至少一个光纤温度传感器，所述光纤应变传感器和光纤温度传感器嵌于薄壁钢管的外壁，所述薄壁钢管的外壁通过粘结材料与锚杆体内壁连接。

进一步地，所述的薄壁钢管两端套有橡胶垫圈。

进一步地，所述的光纤应变传感器的数量为四个，所述光纤温度传感器的数量为两个；所述薄壁钢管外壁沿轴向间隔设置六个卡槽，六个卡槽沿管壁周向分别位于十二点方向、三点方向、六点方向、九点方向、三点与六点角平分线方向、九点与十二点角平分线方向，四个光纤应变传感器分别安装于三点方向、六点方向、九点方向、十二点方向的卡槽内，两个光纤温度传感器分别安装于三点与六点角平分线方向、九点与十二点角平分线方向的卡槽内。

进一步地，所述薄壁钢管底端与锚杆体的底端平齐，薄壁钢管顶端与固紧螺帽顶面平齐。