一种隧道施工用可回收钻头的自进式锚杆的制作方法

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道施工用可回收钻头的自进式锚杆。

背景技术：

在隧道施工中，自进式锚杆具有钻、注、锚一体化的功能，是一种先进的锚固体系，解决了大管棚施工时的塌孔问题，能够保证复杂地质条件下的注浆效果。自进式锚杆所对应的规格长度一般有2m、3m、4m甚至更长，其钻的锚孔也相应为2m、3m甚至更深，而自进式锚杆的杆体直径一般为25mm至60mm，因此，自进式锚杆的长细比比值很大。

现有的自进式锚杆由中空杆体、连接套、钻头、垫板以及螺母组成。使用时，利用一般的钻孔机械如手持式风钻驱动中空杆体、再由中空杆体驱动钻头在岩层中前进，当钻至所需的锚孔深度以后，由于钻头的大小刚好与锚孔孔径适配，同时由于岩层与钻头之间的摩擦作用，因此，钻头均无法取出。所以，现有的自进式锚杆的钻头均为一次性使用。随着现在国家的基础交通设施发展，隧道工程逐年增多，所需的自进式锚杆数以千万根，因此，有必要对自进式锚杆的钻头进行优化，力争自进式锚杆的钻头可由锚孔中取出再重复利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隧道施工用可回收钻头的自进式锚杆，欲在施工后可将自进式锚杆的钻头由锚孔中取出以再次重复利用。

为达到上述目的，本发明的基础方案为：一种隧道施工用可回收钻头的自进式锚杆，

包括连接套、垫板、螺母，所述连接套、垫板以及螺母从左至右依次安装设置，还包括中空杆体以及采用弹簧钢一体成型的张缩钻头，所述张缩钻头包括同轴设置的第一圆锥部、第一圆柱部以及第二圆柱部；所述第一圆柱部上设有十字钻刀，所述十字钻刀沿张缩钻头的轴向设置、且十字钻刀的刀尖朝向第一圆锥部；所述第二圆柱部沿其轴向同轴线设有一个盲孔，所述盲孔的左侧设有半弧形的空槽、盲孔的右侧沿其轴向设有内螺纹段；所述中空杆体的左端设有可伸入空槽内的突出连接部，所述突出连接部沿其轴向设有与内螺纹段螺纹配合的外螺纹段，所述内螺纹段长度短于外螺纹段长度。

所述张缩钻头还包括有一个可在盲孔内左右自由滚动的金属球体，所述金属球体位于突出连接部和半弧形的空槽之间；所述盲孔、突出连接部以及中空杆体同轴线设置；所述张缩钻头沿其轴向上设有至少两个切槽，所述切槽沿张缩钻头的轴向贯穿于盲孔至张缩钻头的左端，所述切槽由张缩钻头的轴向法线贯穿张缩钻头的径向；所述第一圆锥部和第二圆柱部由切槽分为至少两个活瓣式结构，所述十字钻刀数量至少为两个，所述十字钻刀沿第一圆柱部的周向均布。

本发明的发明点以及有益效果在于：现有的自进式锚杆所采用的钻头，因为钻头的钻孔半径无法调整，导致在锚孔的长细比比值较大的情况下，钻头无法从锚孔中取出，无法再次回收利用。本发明提供了一个可以改变钻孔孔径的张缩钻头，将其组合安装在自进式锚杆上，其工作原理如下：

张缩钻头采用弹簧钢一体成型，同时，张缩钻头沿其轴向上设有至少两个切槽，所述切槽沿张缩钻头的轴向贯穿于盲孔至张缩钻头的左端，所述切槽由张缩钻头的轴向法线贯穿张缩钻头的径向，这样的结构设置使张缩钻头设置了切槽的部分可在外力作用下产生弹性形变，同时在外力消失后又能恢复至发生形变之前的状态。

本方案中，采用了由盲孔、金属球体以及中空杆体来实现张缩钻头的弹性形变。中空杆体的突出连接部通过螺纹连接的方式，向盲孔内推进并挤压金属球体，金属球体在突出连接部的挤压下不断对盲孔内的空槽施加压力，由于切槽贯穿至盲孔处，在张缩钻头在受到金属球体的挤压的同时，切槽间距逐渐增加，而第一圆锥部和第一圆柱部会沿张缩钻头的径向向外扩展，设置于第一圆柱部上的十字钻刀所形成的钻孔有效孔径值也将增大。通过金属球体挤压后，张缩钻头完成了钻孔孔径扩张功能，此时可对锚孔进行钻孔切削。

待完成了锚孔的钻孔切削后，通过旋拧中空杆体，使突出连接部逐步退出盲孔、并使之不再对金属球体进行挤压，在张缩钻头的金属弹性恢复下，张缩钻头将恢复至未受到金属球体挤压的状态也即初始状态，此时由第一圆柱部上的十字钻刀所形成的钻孔切削半径低于已成型的锚孔半径，所以可由锚孔中退出张缩钻头。

本发明利用了弹簧钢的弹性形变，以及通过设置金属球体和利用中空杆体设置的结构，实现了张缩钻头的钻孔切削半径实现可大小调节，由此达到了自进式锚杆施工完成后，可由锚孔中取出张缩钻头的结果。本发明中的张缩钻头与中空杆件等组合后形成的自进式锚杆，不但可回收张缩钻头多次重复利用，而且也方便安装拆卸中空杆件以及金属球体等，具有极强的可操作性，重复利用张缩钻头也为隧道的自进式锚杆施工节约了一大笔费用，利国利民。

作为优选，所述中空杆体与张缩钻头之间设置有金属垫片，所述金属垫片套装在突出连接部上。金属垫片限制了通过金属垫片限制中空杆体的突出连接部进入盲孔的深度，从而限制三个活瓣式结构的张缩角度，通过增加和减少金属垫片的数量、可以方便调节张缩钻头的钻孔切削孔径值，使张缩钻头使用起来非常便利，利于调节。

作为优选，所述张缩钻头的第二圆柱部上开有一个沿其周向的环形凹槽，所述环形凹槽内卡入有金属抱箍圈，所述金属抱箍圈沿其环向设有开口且不封闭。采用金属抱箍圈对张缩钻头的有效钻孔切削半径进行限制，一方面防止张所站头因过度扩张而导致形变无法恢复，另一方面当遇到隧道的地质为高强度的岩石时，可提前将金属抱箍圈套装在第二圆柱部上，进一步防止张缩钻头因活瓣式结构受到坚硬岩石的反作用力、而导致张缩钻头的第一钻圆锥部和第一圆柱部产生扭曲，进而有效保护张缩钻头结构不受破坏。

作为优选，盲孔左端与金属球体之间设置有弹簧，弹簧的左端与盲孔抵触、弹簧的右端与金属球体抵触。弹簧利于金属球体由盲孔中取出，便于操作。

作为优选，第一圆柱部的周向上开有至少两个与十字钻刀的刀身滑动配合的卡槽，卡槽在第一圆柱部的周向上均布，十字钻刀的刀身通过卡槽卡接在第一圆柱部上。十字钻刀通过卡槽卡接在第一圆柱部，这样安装十字钻刀的方式一方面利于安装，另一方面利于当十字钻刀在锚孔内脱落时、可利用中空杆体和张缩钻头在锚孔内旋转和前后启动而在此将十字钻刀安装好。

作为优选，卡槽的数量为三个，所述十字钻刀的数量为三个，所述切槽的数量为三个，卡槽、十字钻刀以及切槽一一对应设置。设置三个钻头、切槽以及卡槽的数量方式，并使之一一对应，可在张缩钻头的周向上使之受力均匀，同时也是作为本发明的一种优选，实践中操作起来钻孔效果好，张缩钻头不易因岩层坚硬而受损害，同时钻进锚孔时也较为平稳。

附图说明

图1是本发明的自进式锚杆安装示意图；

图2是图1中张缩钻头和中空杆件的结构示意图；

图3是张缩钻头初始状态示意图；

图4是张缩钻头受金属球体挤压后的扩张状态示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：十字钻刀1、张缩钻头2、连接套3、中空杆体4、垫板5、螺母6、第一圆锥部21、第一圆柱部22、金属抱箍圈7、第二圆柱部23、金属球体8、突出连接部41、弹簧9、空槽231、内螺纹段232、金属垫片10、开口71、切槽212。

如图1、图2、图3以及图4所示：一种隧道施工用可回收钻头的自进式锚杆，包括螺母6、垫板5、连接套3、中空杆体4以及张缩钻头2，张缩钻头2由弹簧钢材质一体成型。张缩钻头2从左至右依次包括有第一圆锥部21、第一圆柱部22和第二圆柱部23，在张缩钻头2的第一圆柱部22上安装有攻岩石用的十字钻刀1，十字钻刀1为现有技术的外购件，十字钻刀1可通过螺钉或者焊接的方式安装在张缩钻头2上。本优化的实施例中，沿第一圆柱部22的周向上开有三个与十字钻刀1的刀身滑动配合的卡槽，三个卡槽在第一圆柱部22的周向上均布设置，而十字钻刀1的刀身通过卡槽卡接在第一圆柱部22上。

张缩钻头2沿其轴上开有一个盲孔，盲孔的左侧为半弧形的空槽231、盲孔的右侧沿张缩钻头2的轴向设置有内螺纹段232。如图2所示，中空杆体4的左端设有一突出连接部41，突出连接部41的外壁上设有与盲孔内的内螺纹段232相配合的外螺纹段，而内螺纹段232的长度短于外螺纹段的长度在本发明中也是必要的。突出连接部41旋拧入盲孔的内螺纹段232内，突出连接部41与张缩钻头2螺纹连接。本方案中，盲孔内的空槽231内还放置有一个金属球体8，金属球体8由高速工具钢制成，金属球体8的球面与盲孔的内壁球面相抵接。金属球体8位于突出连接部41和空槽231之间、并可由突出连接部41推动在盲孔内向左移动。

如图3所示，张缩钻头2沿其轴向上设有三个切槽212，切槽212沿张缩钻头2的轴向贯穿于盲孔至张缩钻头2的左端、且切槽212由张缩钻头2的轴向法线贯穿张缩钻头2的径向，由此，切槽212将张缩钻头2的第一圆锥部21和第二圆柱部23分为三个活瓣式结构，通过将中空杆体4不断的旋拧进入至张缩钻头2的盲孔内时，由中空杆体4的突出连接部41推动金属球体8向左移动，不断向左移动的金属球体8可对三个活瓣式结构进行挤压，遭受挤压的活瓣式结构则沿张缩钻头2的径向张开，由此完成张缩钻头2的径向扩张过程。本方案中，十字钻刀1和卡槽均分别设置设置于三个活瓣式结构内，由此，可使十字钻刀1沿张缩钻头2的径向等距张开。这也是本方案中的张缩钻头2采用弹簧9钢材质制成的原因，因为张缩钻头2的三个活瓣式结构在受到金属球体8挤压以后会产生金属形变，但在反向旋拧中空杆体4并使突出连接部41逐步退出盲孔中时，三个活瓣式结构又将恢复至初始的状态。

本优化的方案中，如图2所示，中空杆体4与张缩钻头2之间还增加设置有金属垫片10，金属垫片10套装在突出连接部41上。本方案中的金属垫片10起限位的作用，金属垫片10用以限制突出连接部41深入盲孔的最大长度。在张缩钻头2处于初始未钻孔切削的状态时，金属球体8位于张缩钻头2的盲孔内，当然也可以将金属球体8由盲孔内取出单独放置。当需要使用时，先将金属球体8放置于张缩钻头2的盲孔中，然后在中空杆体4的突出连接部41上套装上金属垫片10，当然套装金属垫片10并非必须的步骤，因为金属垫片10是在当需要对张缩钻头2需要进行限位保护时才进行使用，本实施例以安装有金属垫片10的自进式锚杆进行详细的使用说明。

通过将突出连接部41不断的旋拧进入至张所钻头的盲孔内，突出连接部41不断的对金属球体8进行挤压、并促使金属球体8在盲孔内向左移动。在张缩钻头2的初始状态下，张缩钻头2上设置的三个十字钻刀1所形成的有效钻孔切小半径小于施工所需的锚孔半径。当不断向左移动的金属球体8对张缩钻头2的第一圆锥部21和第一圆柱部22进行挤压，推动张缩钻头2的第一圆锥部21和第一圆柱部22同时沿切槽212的槽面张开。在第二圆柱部23沿切槽212的槽面张开的同时，安装在第二圆柱部23上的十字钻刀1沿张缩钻头2的径向向外移动。当本方案中的三个十字钻刀1沿张缩钻头2的径向、移动至施工锚孔所需的钻孔切削半径时，也即中空杆体4和张缩钻头2完成了安装，然后再从左至右依次安装设置好连接套3、垫板5、螺母6以及钻孔机械如手持式风钻，通过风钻驱动本方案中的自进式锚杆完成钻孔。当锚孔打到钻进深度以后，反向旋拧中空杆体4，金属球体8不再向左挤压盲孔，张缩钻头2引起自身的金属形变恢复能力恢复至初始状态，由于此时三个十字钻刀1所形成的有效钻孔切削半径小于施工所需锚孔半径，因此可轻易的拉动杆体并将张缩钻头2由锚孔中取出。

本优化的实施例中，通过金属垫片10限制中空杆体4的突出连接部41进入盲孔的深度，从而限制三个活瓣式结构的张缩角度，通过增加和减少金属垫片10的数量、可以方便调节张缩钻头2的钻孔切削孔径值，使张缩钻头2使用起来非常便利。如图2和图3所示，十字钻刀1通过卡槽卡接在第一圆柱部22，这样安装十字钻刀1的方式一方面利于安装，另一方面，如果采用焊接或者螺纹连接的方式，一旦张缩钻头2偶遇特硬的岩层，可能会导致十字钻刀1因为受到强力反冲击而脱落在锚孔内，由于锚孔孔径小而又较深，因此很难取出脱落的十字钻刀1。本方案中由于采用了卡槽卡接十字钻刀1的方式，通过操作旋转中空杆体4，可通过旋转并在锚孔内前后移动的方式重新将十字钻刀1卡入卡槽，虽然麻烦，但是实际可行，亦不至于由锚孔内取不出十字钻刀1。

为了进一步对三个活瓣式结构的张开半径进行限位，同时对其进行有效的保护，防止张缩钻头2扭曲变形，本优化的实施例中，在张缩钻头2的第二圆柱部23上还开有一个沿其周向的环形凹槽、并在环形凹槽内卡入有一个金属抱箍圈7，金属抱箍圈7沿其环向设有开口71且不封闭，类似一个可以环向收缩和张开的圆环。如图4所示，通过金属抱箍圈7可以进一步对张缩钻头2进行保护，此种方式并非本发明必要的手段，当遇到隧道的地质探测到由高强度的岩石时，可提前将金属抱箍圈7套装在第二圆柱部23上，进一步防止张缩钻头2因活瓣式结构受到坚硬岩石的反作用力、而导致张缩钻头2的第一钻圆锥部和第一圆柱部22产生扭曲，进而遭受损坏。

本优化的实施例中，在第一圆柱部22内的盲孔左端与金属球体8之间，还设置了一个弹簧9，弹簧9的左端与盲孔抵触、弹簧9的右端与金属球体8抵触，因此，弹簧9并未有与张缩钻头2和金属球体8物理连接而仅是放置于盲孔内、且位于金属球体8和盲孔之间。当中空杆体4的突出连接部41逐步向右退出盲孔时，在金属弹簧9的作用下，金属球体8可快速的由盲孔中滚落出，利于由盲孔内拆卸出金属球体8。

以上所述的仅是本发明的优化实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。