1.一种涨壳式低预应力吸能锚杆,其特征在于,包括锥头(1)、涨壳片(2),内杆(4)和套杆(6),所述锥头(1)的后端和内杆(4)在轴向上相连接,其中:所述锥头(1)由前到后包括轴向上相连接的圆锥段、圆台段和圆柱段,所述圆锥段的尖端向前,所述圆台段的小头端向后;所述涨壳片(2),为圆柱形壳体,同轴套设于锥头(1)外,其前端位于圆台段的接近一半长度处,内径与其所在处的锥头(1)的外径相一致;所述涨壳片(2)的后端位于圆柱段的接近后端处;在所述锥头(1)朝向后端涨壳片(2)方向移动时,圆台段的大直径部分向后进入涨壳片(2),所述涨壳片(2)径向向外变形,外壁紧贴并卡于钻孔内壁;所述内杆(4),为柱状杆体,其后段的上下壁上均设置有多个第一弧形凸起,多个第一弧形凸起间隔设置,且上下壁上的弧形凸起的位置相对应;所述套杆(6),为柱状壳体状,其由两个半圆柱壳体扣合而成,在各半圆柱壳体的内壁上,沿其长度方向间隔设置有多个第二弧形凸起(62);所述套杆(6)同轴套设于所述内杆(4)外,所述第二弧形凸起(62)和第一弧形凸相咬合;在岩土体变形产生的力的作用下,所述套杆(6)可沿所述内杆(4)向后轴向移动,且在移动时,所述第二弧形凸起(62)和第一弧形凸起由咬合错位状态变为位置相一致,使所述套杆(6)径向向外扩涨,与孔壁摩擦阻力增大;在所述套杆(6)的后末端旋拧有帽头螺母(9),所述帽头螺母(9)用于:在其旋拧时,带动所述套杆(6)、内杆(4)和锥头(1)向后端移动;所述套杆(6)的长度与所述内杆(4)的后段的长度相一致,所述套杆(6)的前后两端各轴向连接一锥状壳体,且与锥状壳体的大头端相连接,在各锥状壳体的尖端各同轴一体连接一圆柱管,所述锥状壳体和圆柱管均由半壳体围合而成;所述圆柱管的内壁与内杆(4)的相贴合;在后端的圆柱管上,且位于所述帽头螺母(9)上套设有垫板(8),在所述垫板(8)和圆柱管间套设有护筒(7)。
2.如权利要求1所述的一种涨壳式低预应力吸能锚杆,其特征在于,所述涨壳片(2)由多个弧形壳体组成,多个弧形壳体在环向上顺次相连接;在所述涨壳片(2)外的后端同轴套设有涨壳连接环(3),所述涨壳连接环(3)用于固定多个弧形壳体。
3.如权利要求2所述的一种涨壳式低预应力吸能锚杆,其特征在于,所述弧形壳体外壁环绕有多个弧形纹(22),多个所述弧形纹(22)沿的前后走向间隔排布。
4.如权利要求3所述的一种涨壳式低预应力吸能锚杆,其特征在于,所述涨壳连接环(3)上间隔设置有多个开口朝向前端或后端的U形缺口(31),所述U形缺口(31)的个数与弧形壳体的个数相同,各所述U形缺口(31)位于弧形壳体的凸起处。
5.如权利要求4所述的一种涨壳式低预应力吸能锚杆,其特征在于,在后端的锥状壳体内的后端设置有圆形的止浆板(10),在后端的半圆柱管上,且靠近所述止浆板(10)处开设有多个注浆孔(11),后端的圆柱管的端部用于连接注浆装置,浆液由注浆孔(11)溢出进入钻孔内,用于钻孔内锚杆全长注浆。
6.如权利要求1-5中任一项所述的一种涨壳式低预应力吸能锚杆的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1、钻孔:在已开挖隧道洞内向岩土体钻孔,向孔内放置锚固剂药卷;步骤S2、锚杆安装:将预装好的锚杆插入孔内,所述垫板(8) 位于孔外,且紧贴孔外周边壁面,所述锥头(1)推动锚固剂药卷到达孔底并刺破锚固剂药卷,锚固剂硬化;预装好的锚杆,第二弧形凸起(62)和第一弧形凸起相咬合;步骤S3、锚固:旋转所述帽头螺母(9),使套杆(6)、内杆(4)和锥头(1)向后移动,锥头(1)的大直径部分向后进入涨壳片(2),驱使涨壳片(2)扩涨,使涨壳连接环(3)在缺口(31)处断裂,涨壳片(2)径向变形,外壁紧贴并卡于钻孔内壁,完成涨壳固定;步骤S4、预应力施加:继续旋转帽头螺母(9),使得锚杆体弹性伸长,锚杆回缩过程中轴向预紧力通过锚杆体、帽头螺母(9)和垫板(8)传递给锚孔岩壁面,完成锚杆预应力施加,所述锚杆体包括:套杆(6)、内杆(4)和锥头(1);在岩土体朝向隧道已开挖空间变形移动时,钻孔内的套杆(6)受力,所述套杆(6)沿所述内杆(4)向后轴向移动,在移动时,所述第二弧形凸起(62)和第一弧形凸起由咬合错位状态变为位置相一致,使所述套杆(6)径向向外扩涨,所述套杆(6)与孔壁摩擦阻力增大,限制岩土体变形。
7.如权利要求1-5中任一项所述的一种涨壳式低预应力吸能锚杆的注浆加固方法,其特征在于,步骤一、钻孔:在已开挖隧道洞内向岩土体钻孔,孔的内径与套杆(6)的直径相匹配;步骤二、锚杆安装:将预装好的锚杆插入孔内,所述垫板(8) 位于孔外,且紧贴孔外周边壁面,预装好的锚杆,第二弧形凸起(62)和第一弧形凸起相咬合;步骤三、锚固:旋转所述帽头螺母(9),使套杆(6)、内杆(4)和锥头(1)向后移动,锥头(1)的大直径部分向后进入涨壳片(2),驱使涨壳片(2)扩涨,使涨壳连接环(3)在缺口(31)处断裂,涨壳片(2)径向变形,外壁紧贴并卡于钻孔内壁,完成涨壳固定;步骤四、预应力施加:继续旋转帽头螺母(9),使得锚杆体弹性伸长,锚杆回缩过程中轴向预紧力通过锚杆体、帽头螺母(9)和垫板(8)传递给锚孔岩壁面,完成锚杆预应力施加,所述锚杆体包括:套杆(6)、内杆(4)和锥头(1);步骤五、注浆:由套杆(6)后端注浆液,浆液由注浆孔(11)溢出、进入钻孔,直至填满钻孔,完成钻孔内锚杆全长注浆。