§ 57. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (ч. 3)
Наиболее распространенные (рис. 180) клиновые анкеры изготавливают из мягкой стали. Такой анкер состоит из штанги, имеющей на одном конце резьбу для навинчивания натяжной гайки 4, а на другом конце — прорезь шириной 3—4 мм для клина 1, обеспечивающего закрепление анкера в породе. Клин обычно на 10—20 мм короче прорези, его грани наклонены под углом 6—9°, а конец имеет ширину около 2 мм.
Для установки на место штангу со вставленным в прорезь клином вводят в шпур до упора в его дно, после чего по концу штанги, выступающему из шпура, наносят удары при помощи отбойного молотка (резьбу предохраняют от повреждения специальной насадкой). При этом клин, входя в прорезь, раздвигает в стороны концы штанги, которые внедряются в стенки шпура (на глубину до 5 мм в породы с f = 5 ÷ 6) и прочно закрепляются в породе.
Для создания предварительного натяжения штанги на нижнем конце анкера пневматическим сболчивателем затягивают гайку, под которую помещают элемент, распределяющий давление на большую поверхность кровли: квадратная опорная шайба 3, отрезок швеллера и т.п.).
Для надежной заделки клинового анкера необходимо обеспечивать при бурении проектную глубину и диаметр шпуров. Рекомендуется уменьшать разность диаметров шпура и штанги (она не должна быть более 5—6 мм) и ширину прорези для клина.
Анкер типа А (рис. 180, а) устанавливают в шпур диаметром 30 ± 1 мм. При шпуре большего диаметра (40—42 мм) головку анкера выполняют по типу Б (рис. 180, б) и соединяют со штангой контактной сваркой.
При правильном для данных условий соотношении между диаметрами шпура и штанги и достаточной толщине клина, обычно принимаемой равной диаметру штанги, клиновые анкеры имеют надежную заделку в шпуре. Так, расчетная несущая способность заделки анкеров типов А и Б в породах с f = 6÷10 может быть принята равной соответственно 9 и 6 тс.
Изготовление клиновых анкеров дешево, просто и может быть организовано в условиях строительства. Клиновые анкеры имеют ряд недостатков, которые необходимо учитывать. Усилия от натяжения штанги передаются стенкам шпура через небольшие площадки контакта, поэтому клиновые анкеры нельзя применять как в слишком мягких, так и в слишком твердых породах в первом случае усилие натяжения вызывает на контакте концов штанги с породой пластическое течение породы, во втором — пластическое течение металла штанги). Клиновые анкеры применяют в породах, имеющих f ≥ 4 (кроме весьма крепких и окварцованных пород). При забивке штанги в шпур возникает нежелательное сотрясение кровли и, кроме того, требуется увеличение диаметра штанги, работающей при этом на сжатие. К точности бурения шпуров для клиновых анкеров предъявляют повышенные требования, так как при увеличении диаметра шпура против проектного резко падает несущая способность заделки. При слишком длинном шпуре клин не войдет в прорезь штанги достаточно глубоко, а при коротком шпуре будет затруднено затягивание гайки при натяжении штанги. Клиновые анкеры нельзя извлекать и использовать повторно.
Распорные анкеры закрепляются в шпуре за счет расширения самой головки анкера, а не концов штанги. К этому типу анкеров относятся многочисленные конструкции, действие которых основано преимущественно на расширении головки за счет взаимного смещения входящих в ее состав клиньев.
Головка анкера СКШ (рис. 181) состоит из разрезной распорной муфты 2, угол наклона внутренних поверхностей которой соответствует наклону граней клина 3, образованного на расплющенном конце штанги 4. Собранный анкер с проволочным кольцом 1, удерживающим на штанге половинки распорной муфты, вводят в шпур вместе с установочной трубой 5. При затягивании гайки 7, упирающейся в опорную шайбу 6, клин штанги перемещается вниз, раздвигая части распорной муфты и способствуя их закреплению в шпуре. После снятия трубы производят окончательное натяжение штанги при плотном примыкании опорной шайбы к поверхности кровли.
Распорные анкеры более сложны в изготовлении, но по сравнению с клиновыми имеют следующие преимущества: независимость качества заделки от глубины шпура; возможность уменьшения диаметра штанги, которая не ослабляется прорезью (постановка анкера осуществляется без забивки); возможность извлечения и повторного использования анкера; меньшее влияние точности бурения на качество заделки анкера, зависящее от разности диаметров шпура и головки анкера, которая может быть принята очень небольшой (2—3 мм); большая поверхность контакта распорной головки со стенками шпура и увеличение прочности заделки при возрастании нагрузки на анкер, что позволяет применять анкеры такого типа в сравнительно слабых скальных породах (f ≥ 3).
В аналогичных условиях возможно применение эпоксидной смолы, обеспечивающей после полимеризации надежную заделку анкера в шпуре. Стеклянный патрон, заполненный смолой и содержащий отсек с отвердителем, вводят в шпур до упора в дно имеющимся на его конце пластмассовым колпачком и закрепляют по оси шпура с помощью охватывающего патрон кольца из пенопласта.
Патрон разбивают стальным стержнем периодического профиля, при быстром вращении которого происходит перемешивание смолы с отвердителем. Несущая способность у анкера, заделанного таким способом, не меньше, чем у анкера с распорной головкой.
Предварительное натяжение анкеров имеет большое значение для повышения несущей способности породы в кровле выработки и предотвращения расслоения пластов. Чем сильнее затянут анкер, тем большие силы трения возникают на контактах между блоками, на которые порода разделена трещинами. Однако предварительное натяжение не должно быть слишком велико (обычно оно составляет 4—5 тс), так как сильное натяжение может привести к смещению заделки анкера.