本实用新型涉及一种围岩支护结构，尤其是一种可机械锚定的开缝钢管及抗剪锚管索支护结构。
背景技术：
现有的巷道支护方式，使用锚杆锚索支护已较为普遍。发明人提出acc抗剪锚管索(anchorcableandc-shapedtube)的支护概念，并对这种支护结构进一步做了相关的改进。其作用机理是锚管索支护结构安装完成，随着围岩变形，开缝钢管与围岩贴合后，开缝钢管开始体现出承压、抗剪、护索的作用，开缝钢管部分在支护中起到承受围岩压力，保护锚索的作用，并通过开缝钢管与围岩产生的摩擦锚固力与锚索树脂锚固端对围岩施加的轴向力耦合，共同阻止围岩的径向变形。
巷道支护原则之一是要求及时支护，实际工程中围岩钻孔孔径往往会大于开缝钢管外径，巷道自开挖之后就开始变形，且变形是不可逆转的，但是开缝钢管安装后无法第一时间与围岩紧密贴合，需等锚管索支护结构安装完成后随着围岩变形开缝钢管逐渐与围岩贴合，且抗剪锚管索结构相对于普通锚杆锚索施工时间跨度较长，在等待锚管索支护结构安装完成这一时间跨度内，孔壁处于裸露状态，且开缝钢管在钻孔中不与孔壁接触，一方面开缝钢管在钻孔中无法临时固定，对于大仰角钻孔容易发生开缝钢管脱落的情况，另一方面极易导致孔口处的孔壁出现垮塌。因此减小开挖和支护的时间间隔以更好地抑制巷道变形显得尤为重要。
发明人的一项在先发明专利cn103967509b(能承担横向剪切力的锚管索支护结构)，具体公开了在围岩上打孔，孔径32mm，钢管外径33mm，将孔靠近外端的部分进行扩孔，在扩孔的部位安装开缝钢管，将开缝钢管打入孔内，一方面开缝钢管全长孔径大于钻孔孔径，施工难度较大，另一方面增加扩孔工艺降低了施工效率。
因此需要改进目前的抗剪锚管索支护结构，在无需扩大孔径的前提下开缝钢管容易安装进围岩钻孔，既能够临时固定，又能够对孔口产生一定临时支护作用，避免孔口坍塌。
技术实现要素：
鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种可机械锚定的开缝钢管及抗剪锚管索支护结构，能够在安装后实现快速锚定，同时能够对孔口区围岩局部形成主动支护。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型首先提供一种可机械锚定的开缝钢管，用于抗剪锚管索支护结构，该开缝钢管由管体和垫片构成，其中：
所述管体沿管壁开设有一条纵向通长的管缝，并且管体具有等径段和扩径段，所述等径段位于钢管钻进方向的前段，所述扩径段位于钢管钻进方向的后段，扩径段延伸一定长度；
所述垫片固定安装在扩径段的尾端，并且垫片上开设有通孔，通孔用于穿设锚索；
所述等径段、扩径段以及垫片共同形成漏斗形结构。
作为一种具体改进，围岩钻孔孔径为32mm，所述等径段外径为28mm，扩径段为梯形结构，扩径段最大外径为36mm。
作为一种具体改进，围岩钻孔孔径为32mm，所述等径段外径为28mm，扩径段为矩形结构，扩径段外径为36mm。
作为一种具体改进，在所述等径段和扩径段之间还具有一渐变径连接段。
作为一种具体改进，所述扩径段长度不短于30cm。
作为一种具体改进，所述垫片为圆环形钢垫片，焊接固定在扩径段的尾端。
作为一种具体改进，该圆环形钢垫片外径90mm，通孔直径36mm。
作为一种具体改进，该圆环形钢垫片厚度为3cm。
本实用新型进一步提供一种可机械锚定的抗剪锚管索支护结构，包括开缝钢管、锚索、锚固剂、锚固垫板和锚具，所述开缝钢管为所述的可机械锚定的开缝钢管，其中，
锚索穿设于开缝钢管中与开缝钢管一同安装于围岩钻孔内；
开缝钢管位于锚索的自由段，并且开缝钢管的扩径段和垫片与围岩钻孔的孔壁紧密接触，垫片位于围岩钻孔的孔口处；
锚固剂填充于锚索前端的锚固段，锚固剂与锚固段的锚索共同形成锚固体；
锚固垫板安装于围岩钻孔的孔口处并与垫片紧贴，锚固垫板以锚具锚固固定。
本实用新型相对于现有技术的有益效果是：本实用新型提供的一种可机械锚定的开缝钢管及抗剪锚管索支护结构，将现有开缝钢管管体尾端一定长度范围内设计为扩径段，在开缝钢管被机械贯入围岩钻孔中后，扩径段与围岩紧密机械贴合，同时管缝闭合，可在应力释放区即围岩表层较为破碎的区段，局部形成主动支护。同时开缝钢管受到围岩的挤压作用，也不会发生滑移退管。28mm的钢管能够轻松进入32mm的钻孔中，不会再发生钢管难以入孔的现象，无需扩孔即可安装，提高了施工效率。垫片为安装时提供支撑点，安装后紧紧夹在围岩和锚固垫板之间，对开缝钢管起到固定作用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本实用新型一个实施方式的开缝钢管结构示意图；
图2为本实用新型一个实施方式的开缝钢管纵向剖面示意图；
图3为图2的ⅰ-ⅰ剖面示意图；
图4为本实用新型一个实施方式的垫片结构示意图；
图5为本实用新型另一个实施方式的开缝钢管纵向剖面示意图；
图6为本实用新型一个实施方式的支护结构示意图；
图7为本实用新型另一个实施方式的支护结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参见图1-4，本实用新型首先提供一种可机械锚定的开缝钢管，用于抗剪锚管索支护结构，该开缝钢管由管体1和垫片2构成，其中：
如图3所示，管体1沿管壁开设有一条纵向通长的管缝101，并且管体1具有等径段102和扩径段103，等径段位于钢管钻进方向的前段，扩径段位于钢管钻进方向的后段，扩径段延伸一定长度；
垫片2固定安装在扩径段103的尾端，并且垫片2上开设有通孔201，通孔用于穿设锚索；
等径段102、扩径段103以及垫片2共同形成漏斗形结构，形成一种漏斗形开缝钢管。
本实用新型在现有开缝钢管的基础上，将管体尾端一定长度范围内设计为扩径段，扩径段与管缝配合，在开缝钢管被机械贯入围岩钻孔中后，开缝钢管尾端扩径段与围岩紧密机械贴合，同时管缝闭合，可在应力释放区即围岩表层较为破碎的区段，局部形成主动支护，及时对钻孔孔壁的裸露围岩形成有效地临时支护，缩短开挖和支护的时间间隔，更好地抑制巷道变形。同时开缝钢管受到围岩的挤压作用，也不会发生滑移退管。
作为一种具体改进实施例，参见图2，为了使得示图含义更加明确，图中尺寸未按比例绘制。本实用新型中围岩钻孔孔径为32mm，等径段外径28mm，扩径段为梯形结构，扩径段最大外径为36mm。
再参见图5，作为另外一种实施例，围岩钻孔孔径为32mm，等径段外径28mm，扩径段为矩形结构，扩径段外径为36mm。
本实用新型的开缝钢管采用16mn钢制作，其尾端外径为36mm、头端外径为26mm，头端形成锥形缩径段，以便于在孔中推进，缩径段长约1-2cm，开缝钢管整体长度为1.2～2.5m、缝宽为12mm、壁厚为1.5mm。
实际操作时，28mm的钢管能够轻松进入32mm的钻孔中，不会再发生钢管难以入孔的现象，且扩径段相比于等径段虽然只扩大了4mm，半径扩大了2mm，但基本能够确保钢管管壁与钻孔的孔壁紧密接触，并在钢管向孔内机械贯入的过程中，对孔口处的孔壁围岩产生向外的推挤作用，从而在局部形成主动支护。
需要说明的是，基于常规钻孔孔径28mm设计，扩径段的直径本发明优选为36mm，当然这完全可以根据钻孔孔径进行适当调整，满足比钻孔孔径稍大即可。
继续参见图5，作为另外一种实施例，在等径段102和扩径段103之间还具有一渐变径连接段104，渐变径连接段104使得钢管便于向钻孔内贯入，同时其也能够一定程度上对围岩产生一个主动支护作用。
过短的扩径段无法起到主动支护的作用，作为一种具体改进实施例，本实用新型扩径段长度不短于30cm，如此能够确保对松动区的有效主动支护。
参见图4，作为一种具体改进实施例，本实用新型中的垫片2为圆环形钢垫片，焊接固定在扩径段的尾端。垫片为安装时提供支撑点，方便锚杆钻机把钢管贯入围岩钻孔中，同时能够与后期的锚固垫板紧密接触，锚索安装后，垫片紧紧夹在围岩和锚固垫板之间，对开缝钢管起到固定作用。
作为一种具体改进实施例，圆环形钢垫片外径90mm，通孔直径36mm，通孔孔径与扩径段外径相同，便于在扩径段尾端焊接固定，同时也便于供锚索穿过。
作为一种具体改进实施例，该圆环形钢垫片厚度为3cm，以提供稳定的支撑强度。
在此基础上，本实用新型提供一种可机械锚定的抗剪锚管索支护结构，参见图6-7，包括开缝钢管、锚索4、锚固剂3、锚固垫板5和锚具6，其中
锚索4穿设于开缝钢管中与开缝钢管一同安装于围岩钻孔内；
开缝钢管位于锚索的自由段，并且开缝钢管的扩径段103和垫片2与围岩钻孔的孔壁紧密接触，垫片2位于围岩钻孔的孔口处；
锚固剂3填充于锚索前端的锚固段，锚固剂与锚固段的锚索共同形成锚固体；
锚固垫板5安装于围岩钻孔的孔口处并与垫片2紧贴，锚固垫板5以锚具6锚固固定。
至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本实用新型的示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍然可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
1.一种可机械锚定的开缝钢管，用于抗剪锚管索支护结构，其特征在于：该开缝钢管由管体和垫片构成，其中：
所述管体沿管壁开设有一条纵向通长的管缝，并且管体具有等径段和扩径段，所述等径段位于钢管钻进方向的前段，所述扩径段位于钢管钻进方向的后段，扩径段延伸一定长度；
所述垫片固定安装在扩径段的尾端，并且垫片上开设有通孔，通孔用于穿设锚索；
所述等径段、扩径段以及垫片共同形成漏斗形结构。
2.根据权利要求1所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，围岩钻孔孔径为32mm，所述等径段外径为28mm，扩径段为梯形结构，扩径段最大外径为36mm。
3.根据权利要求1所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，围岩钻孔孔径为32mm，所述等径段外径为28mm，扩径段为矩形结构，扩径段外径为36mm。
4.根据权利要求3所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，在所述等径段和扩径段之间还具有一渐变径连接段。
5.根据权利要求1所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，所述扩径段长度不短于30cm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，所述垫片为圆环形钢垫片，焊接固定在扩径段的尾端。
7.根据权利要求6所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，该圆环形钢垫片外径90mm，通孔直径36mm。
8.根据权利要求7所述的可机械锚定的开缝钢管，其特征在于，该圆环形钢垫片厚度为3cm。
9.一种可机械锚定的抗剪锚管索支护结构，包括开缝钢管、锚索、锚固剂、锚固垫板和锚具，其特征在于所述开缝钢管为根据权利要求1-8任一项所述的可机械锚定的开缝钢管，其中，
锚索穿设于开缝钢管中与开缝钢管一同安装于围岩钻孔内；
开缝钢管位于锚索的自由段，并且开缝钢管的扩径段和垫片与围岩钻孔的孔壁紧密接触，垫片位于围岩钻孔的孔口处；
锚固剂填充于锚索前端的锚固段，锚固剂与锚固段的锚索共同形成锚固体；
锚固垫板安装于围岩钻孔的孔口处并与垫片紧贴，锚固垫板以锚具锚固固定。
技术总结