AT501979A1

AT501979A1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren, insbesondere schlag- oder drehschlagbohren, eines loches in boden- oder gesteinsmaterial

Info

Publication number: AT501979A1
Application number: AT0091205A
Authority: AT
Original assignee: Karpellus Walter Dipl Ing
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-15
Also published as: DE502006002337D1; CA2607920A1; AU2006251842A1; WO2006125242A1; US20090133933A1; EP1885997A1; ES2316067T3; ZA200709749B; CN101184906A; ATE417186T1; PL1885997T3; KR20080038276A; EP1885997B1; AT501979B1; JP2008542579A

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird. Die Erfindung bezieht sich weiters auf eine Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und zur Herstellung einer Verankerung, wobei eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch ausbildet.

Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Lochs bzw. Bohrlochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und einer nachträglichen Festlegung einer Verankerung bzw. einer Auskleidung in dem Bohrloch ist es beispielsweise aus der WO 98/21439 und der WO 98/58132 bekannt, während des Bohrvorgangs, beispielsweise einem Schlagoder Drehschlagbohren, ein Hüllrohr in das Bohrloch einzubringen, worauf nach Fertigstellung der Bohrung gegebenenfalls ein Teil der Bohrkrone gemeinsam mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt wird, während das Hüllrohr im Bohrloch verbleibt, so daß anschließend durch ein Verfüllen mit einer aushärtenden Masse ein Anker im Bohrloch ausgebildet wird. Gemäß der Ausbildung entsprechend der WO 98/58132 kann das Bohrgestänge an seinem Außenumfang mit zusätzlichen Rippen und Rillen ausgebildet sein, so daß bei einem Verbleib des Bohrgestänges im Bohrloch und einem nachträglichen Verfüllen eine entsprechend gute Ankerwirkung erzielt werden kann. Zur weiteren Verbesserung der Verankerungswirkung ist beispielsweise aus der AT-U 5644 bekannt, das Hüllrohr durch ein Aufweiten seines Außenumfangs in Anlage an die Innenwand des Bohrlochs zu bringen.

Alternativ ist es nach Herstellung eines Bohrlochs bekannt, das Bohrwerkzeug mit dem Bohrgestänge aus dem Bohrloch zu entfernen, woran anschließend ein getrennter Anker bzw. eine Ankervorrichtung in das Bohrloch eingebracht wird, wie dies beispielsweise aus der EP-B 0 241 451, der US-A 4,490,074, der DE-AS 21 05 888, der US-A 4,310,266 oder der EP-A 0 875 663 bekannt geworden ist. ·· ·· ···· · «· ···· v ········· • · · · ··· · · · · ··· • · · · · ···· ··« · • · · · ·· · · ·· ·· ··· · ·· ··· - 2 -

Nachteilig bei diesem bekannten Stand der Technik ist die Tatsache, daß in einem ersten Verfahrensschritt das Bohrloch hergestellt werden muß, worauf nach Entfernen des Bohrwerkzeugs samt dem Bohrgestänge in einem weiteren Verfahrensschritt die Ankervorrichtung in das gegebenenfalls eine große Länge aufweisende Bohrloch eingebracht wird, wonach anschließend durch Entfernen der entsprechenden Halteeinrichtung unter Aufweiten des Außendurchmessers eine Anlage an die Bohrlochwand gelingt. Es ist unmittelbar einsichtig, daß nicht nur für die zwei voneinander getrennten Arbeitsschritte ein entsprechend vergrößerter Zeitaufwand erforderlich ist, sondern daß gegebenenfalls ein nachträgliches Einbringen einer derartigen Ankervorrichtung mit großer Länge mit Schwierigkeiten verbunden ist. Weiters ist davon auszugehen, daß ein Entfernen der Bohrvorrichtung samt dem Bohrgestänge und ein nachträgliches Einbringen der Verankerungsvorrichtung lediglich in vergleichsweise festem Boden bzw. Gestein durchführbar ist, bei welchem sichergestellt sein muß, daß nicht beispielsweise während des Bohrvorgangs oder nach dem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor dem endgültigen Einbringen der Verankerungsvorrichtung Material in das Bohrloch hereinbricht, so daß das Bohrloch blockiert wäre, wodurch ein Einbringen der Ankervorrichtung nicht mehr möglich ist.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei vereinfachter Konstruktion und verringertem Zeitaufwand unmittelbar nach Fertigstellung eines Bohrlochs eine Verankerung an der Innenwand des Bohrlochs erzielbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgaben ist das erfindungsgemäße Verfahren ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrlochs eine Mehrzahl von in einem Abstand von der Bohrkrone angeordneten, entgegen der Bohrrichtung verlaufenden, insbesondere keilförmigen Spreizelementen in die Wand des Bohrlochs ausgebracht wird. Dadurch, daß nach Fertigstellung des Bohrlochs unmittelbar eine Verankerung über entgegen der Bohrrichtung verlaufende, ins- • · ·· • · • · · • · · · • · « 9 ·· ·· ··· · ·· ··· - 3 -besondere keilförmige Spreizelemente erfolgt, kann auf den zusätzlichen Arbeitsschritt eines getrennten Einbringens einer Verankerung in das fertiggestellte Bohrloch nach einem vorherigen Entfernen des Bohrgestänges und des Bohrwerkzeugs verzichtet werden, so daß sich eine entsprechende Zeitersparnis erzielen läßt. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von dem zu durchbohrenden Boden- oder Gesteinsmaterial anwenden, da eine Verankerung unmittelbar nach einem Ausbilden des Bohrlochs in dem Bohrloch vorgenommen wird, so daß selbst bei lockerem Gestein, bei welchem gegebenenfalls ein Hereinbrechen zumindest nach einem Entfernen des Bohrwerkzeugs und vor einem Einbringen einer Verankerung befürchtet werden müßte, keinerlei Schwierigkeiten wie bei nachträglich herzustellenden Verankerungen zu befürchten sind. Durch das Ausbringen bzw. Austreten der entgegen der Bohrrichtung verlaufenden, insbesondere keilförmigen Spreizelemente erfolgt unmittelbar ein Eintreten zumindest der Spitzen der Spreizelemente, welche entgegen der Bohrrichtung verlaufen, so daß eine entsprechend gute Verankerungswirkung unmittelbar nach Fertigstellung des Bohrlochs erzielbar ist. Für ein besonders einfaches Ausbringen der Spreizelemente nach Fertigstellung des Bohrlochs wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das Ausbringen der Spreizelemente durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen der Drehrichtung zur Herstellung des Bohrlochs durch die Bohrkrone ausgelöst und/oder vorgenommen wird. Es kann somit in üblicher Weise die Herstellung eines Bohrlochs durch ein Schlag- oder Drehschlagbohren durch ein Vorsehen einer bestimmten Drehrichtung während des Bohrvorgangs erzielt werden, worauf nach Fertigstellung des Bohrlochs ein Ausbringen der Spreizelemente durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen der Drehrichtung zur Herstellung des Bohrlochs ausgelöst und/oder vorgenommen wird. Für ein einfaches Einbringen der Spreizelemente ohne Behinderung des Bohrvorgangs wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausfüh- ·· ·· ···· · »t ···· *+······· * · · · ··· · · · · ··! • · · * · ···· ··· · ···· ·· · t ·· ·· ··· · ·· *·· - 4 - rungsform vorgesehen, daß die Spreizelemente während des Bohrvorgangs in Richtung zu dem Bohrgestänge vorgespannt werden.

Zur Verbesserung der Verankerungswirkung und/oder zum Unterstützen eines ordnungsgemäßen Eintretens der Spreizelemente, welche entgegen der Bohrrichtung verlaufende, insbesondere keilförmige Spitzen aufweisen, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß während des Austretens der Spreizelemente und/oder alternierend mit der Austrittsbewegung derselben das Bohrgestänge entgegen der Bohrrichtung in Richtung zum offenen Ende des Bohrlochs beaufschlagt bzw. zurückgezogen wird. Durch ein gleichzeitiges und/oder alternierendes Ziehen bzw. Beaufschlagen des Bohrgestänges und somit der Spreizelemente während der Austrittsbewegung treten die Spitzen der Spreizelemente tiefer in das Material ein, so daß sich eine entsprechende Unterstützung beim Verankerungseffekt ergibt.

Nach dem Aufspreizen bzw. Austreten der Spreizelemente wird über das im Bohrloch verbleibende Bohrgestänge sowie die Bohrkrone ein Ankerelement ausgebildet. Falls spezielle Anforderungen an die Verankerung gestellt werden, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß nach Fertigstellung des Bohrlochs und Austreten bzw. Verankern der Spreizelemente das Bohrgestänge insbesondere im Bereich der Spreizelemente unterteilt und aus dem Bohrloch entfernt wird und durch ein Ankere1ement, insbesondere einen Litzenanker ersetzt wird, welches mit dem im Bohrloch verbleibenden Teilbereich des Bohrgestänges verbunden, insbesondere verschraubt, wird. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Unterteilen des Bohrgestänges und somit der Möglichkeit eines Ent-fernens eines Teilbereichs wird ermöglicht, nach Fertigstellung des Bohrlochs und einem Austreten bzw. Verankern der Spreizelemente das Bohrgestänge durch ein entsprechend spezialisiertes Verankerungselement, beispielsweise einen Litzenanker, zu ersetzen, welcher mit dem Bohrloch im verbleibenden Teilbereich des Bohrgestänges und der Bohrkrone entsprechend verbunden, beispielsweise verschraubt wird.

Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in einem an die Bohrkrone anschließenden Teil eine Mehrzahl von insbesondere keilförmigen, entgegen der Bohrrichtung orientierten Spreizelementen vorgesehen ist, welche nach Fertigstellung des Bohrlochs in die Wand des Bohrlochs aus-bringbar sind. Durch die nach Fertigstellung des Bohrlochs austretenden, insbesondere keilförmigen und entgegen der Bohrrichtung orientierten Spreizelemente läßt sich unmittelbar eine sichere Verankerung unter entsprechender Zeitersparnis erzielen. Für ein zuverlässiges und den Bohrvorgang nicht beeinträchtigendes Einbringen der Spreizelemente wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Spreizelemente während des Bohrvorgangs in Richtung zum Bohrgestänge beaufschlagt, insbesondere durch wenigstens einen Bügel vorgespannt sind. Für ein zuverlässiges Ausbringen der Spreizelemente und zur Einbringung einer entsprechenden Verankerungskraft bzw. -Wirkung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß ein insbesondere ringförmiges Aufweitelement am Umfang des Bohrgestänges gelagert ist und bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges in einer zu einer Drehbewegung bei Durchführung des Bohrvorgangs entgegengesetzten Richtung in Richtung zur Bohrkrone entlang der Längsrichtung des Bohrgestänges verschiebbar ist und mit den keilförmigen Spreizelementen zusammenwirkt, welche schwenkbar an einem mit dem Bohrgestänge insbesondere fix verbundenen und zwischen dem Aufweitelement und der Bohrkrone angeordneten Lagerelement angelenkt sind.

Wie oben bereits angedeutet, erfolgt das Schlag- bzw. Drehschlagbohren durch eine Bewegung der Bohrkrone des Bohrgestänges in einer vorgegebenen Drehrichtung, wobei zum Ausbringen der Spreizelemente die Drehrichtung des Bohrgestänges umgekehrt wird. Um eine Beeinträchtigung des Bohrvorgangs zu vermeiden und sicher nach Fertigstellung des Bohrlochs die Spreizelemente bei einer Um- ·» ·· ···· · ·· ···· «········ • · · · ··· V Φ t · ···

• · · 9 · ···· ··« I • · · · · · · t ♦ · #· ·#· · ·· ««· - 6 - kehr der Drehbewegung des Bohrgestänges ausbringen zu können, wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß am Aufweitelement wenigstens ein Federelement vorgesehen ist, welches während des Bohrvorgangs in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung am Umfang des Aufweitelements aufnehmbar ist und bei Umkehr der Drehrichtung mit wenigstens einer zum Inneren der Vorrichtung gewandten Profilierung an wenigstens einem Spreizelement zusammenwirkt, um das Aufweitelement an einer Drehbewegung zu hindern und durch Vorsehen einer Gewindeverbindung zu einer Verschiebung entlang der Längsrichtung zu veranlassen, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Es erfolgt somit der Bohrvorgang dahingehend, daß sich das Aufweitelement nach Art einer Ratsche relativ zu den Spreizelementen bewegt, während nach Umkehr der Drehrichtung das Federelement unmittelbar mit wenigstens einer Profilierung an wenigstens einem Spreizelemente zusammenwirkt, um das Aufweitelement an einer Drehbewegung zu hindern, wobei durch Vorsehen einer entsprechend verlaufenden Gewindeverbindung eine Verschiebung des Aufweitelements in Längsrichtung des Bohrgestänges und insbesondere in Richtung zur Bohrkrone erfolgt, um die entgegen der Bohrrichtung verlaufenden, keilförmigen Spreizelemente austreten zu lassen.

Zur Erzielung einer entsprechenden Spülwirkung selbst bei Vorsehen des das Bohrgestänge umgebenden Aufweitelements ist gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß im Aufweitelement wenigstens ein in Längsrichtung der Vorrichtung verlaufender Spülkanal vorgesehen ist.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Verankerungswirkung über den Bereich des Bohrlochs ist darüber hinaus vorgesehen, daß die aufweitbaren Spreizelemente im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges verteilt angeordnet sind, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Dadurch lassen sich gleichmäßig hohe Verankerungskräfte über den Umfang des Bohrlochs und des Bohrgestänges in das umgebende Boden- bzw. Gesteinsmaterial einbringen. ·· ·· 9999 # • · · · · · i 9 · · I ··· · · · • · · · · ···· • · · · · 9 ·· ·· ··· ·

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Neben einer derartigen Vergleichmäßigung der einzubringenden Kräfte über den Umfang der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zur weiteren Erhöhung der einzubringenden Verankerungskräfte vorgesehen sein, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreizelementen in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone am Umfang des Bohrgestänges vorgesehen ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Durch derartige, in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone angeordnete, aufweitbare Spreizelemente läßt sich über eine größere Länge, insbesondere im vorderen Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine entsprechend sichere Verankerung beim Aufweiten der aufweitbaren Spreizelemente erzielen, so daß auch bei gegebenenfalls lockerem Gestein wenigstens einige der in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone angeordneten Spreizelemente, welche zusätzlich über den Umfang der erfindungsgemäßen Vorrichtung verteilt sind, eine sichere und zuverlässige Verankerung gewährleisten können.

Zur weiteren Vergleichmäßigung der Verankerungswirkung über den Umfang sowie auch einer Längserstreckung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone angeordnete Spreizelemente in Umfangsrichtung des Bohrgestänges versetzt zueinander angeordnet sind.

Zur Vereinfachung des Ausbringvorgangs der einzelnen Spreizelemente, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in unterschiedlichem Abstand von der Spitze des Bohrlochs bzw. der Bohrkrone angeordnet sind, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone angeordnete Spreizelemente mit einem gemeinsamen, entlang dem Bohrgestänge verschiebbar angeordneten Aufweitelement Zusammenwirken.

Anstelle der Ausbildung eines Ankers durch das im Bohrloch verbleibende Bohrgestänge sowie durch die Bohrkrone wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß das ·· ·· ···· · ·· ···· • · · · · · ··· • · · · ··· · · · · ···

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Bohrgestänge insbesondere im Bereich der Spreizelemente in Teilbereiche teilbar ist und ein Ankerelement, insbesondere ein Schraubenkopf eines Litzenankers, mit dem im Bohrloch verbleibenden und mit der Bohrkrone verbundenen Teilbereich des Bohrgestänges verbindbar ist. Dadurch wird es möglich, nach Fertigstellung des Bohrlochs und einem Verankern bzw. Austreten der Spreizelemente auf eine spezielle Verankerungswirkung abgestimmte Ankerelemente, insbesondere einen Litzenanker, einzubringen, welcher in besonders einfacher Weise mit dem im Bohrloch verbleibenden Teilbereich des Bohrgestänges verbindbar ist.

Zur Erzielung einer entsprechenden Spülwirkung ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, daß das Bohrgestänge in an sich bekannter Weise im Inneren mit einem Spülkanal ausgebildet ist. ein derartiger Spülkanal kann nicht nur zum Einbringen von Spülfluid während des Bohrvorgangs, sondern gegebenenfalls auch zum Einbringen eines aushärtenden Materials verwendet werden, welches in dem Bereich der Spitze und/oder dem Bereich der Spreizelemente eingebracht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung einen Schnitt, wobei entgegen der Bohrrichtung verlaufende, keilförmige Spreizelemente in die Bohrlochwand nach einer Fertigstellung der Bohrung eintreten;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III durch den Bereich der Spreizelemente sowie des Aufweitelements der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 in einer zu Fig. 1 ähnlichen Darstellung einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wo- • ·· ··♦· · • · # ♦ · • · » ♦·· » • · 4» ♦ ♦ • ♦·

» 9 bei entlang der Längsrichtung der Vorrichtung eine Mehrzahl von Spreizelementen vorgesehen ist;

Fig. 5 einen Teilschnitt ähnlich zu Fig. 4, wobei wenigstens ein Spreizelement in die Wand des umgebenden Bohrlochs ausgetreten ist

Fig. 6 in einer zu Fig. 4 ähnlichen Darstellung einen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungs-gemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Bohrgestänge im Bereich der Spreizelemente unterteilt ausgebildet ist; und

Fig. 7 in einer zu Fig. 5 ähnlichen Darstellung einen Teilschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 6, wobei der von der Bohrkrone abgewandte Teil des Bohrgestänges entfernt und durch ein Ankerelement, insbesondere einen Litzenanker, nach einem Austreten von wenigstens einem Spreizelement in die Wand des umgebenden Bohrlochs ersetzt ist.

In Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Wand eines Bohrlochs bezeichnet, welches durch eine schematisch mit 2 angedeutete Bohrkrone hergestellt wird, wobei die Bohrkrone 2 an einem mit 3 bezeichne-ten Bohrgestänge gelagert ist, wobei in bekannter Weise durch nicht näher dargestellte Einrichtungen eine Schlag- und Drehbeanspruchung des Bohrgestänges 3 zur Herstellung des Bohrlochs 1 über außerhalb des Bohrlochs 1 vorgesehene Antriebseinrichtungen erfolgt. Das Bohrgestänge 3 ist darüber hinaus mit einem schematisch mit 4 angedeuteten Spülkanal zum Spülen der Bohrkrone 2 und gegebenenfalls zum Austragen des während des Bohrvorgangs abgebauten Materials versehen.

In Abstand von der Bohrkrone 2 ist an dem Bohrgestänge 3 eine festgelegte Mutter 5 vorgesehen, woran anschließend eine Mehrzahl von sich in einer entgegen der Bohrrichtung 6 verlaufenden Richtung erstreckende, keilförmige Spreizelemente 7 entlang des Umfangs des Bohrgestänges 3 verteilt angeordnet sind. Die Spreizelemente 7 sind während des in Fig. 1 dargestellten Bohrvorgangs durch einen Bügel bzw. Spannbügel 8 in eine Lage beaufschlagt, in ·· • t · • · ··· ··♦ · ♦ ♦ ·· «·· ·· ♦· ···* · • · · · · · t · · · ··· · · • · · · · ···· • · · · · · ·♦ ·· «♦· · - 10 -welcher sich die Spreizelemente 7 innerhalb des durch die Bohrkrone 2 definierten, lichten Querschnitts des Bohrlochs 1 befinden, um den Bohrvorgang nicht zu beeinträchtigen.

Nach Fertigstellung des Bohrlochs 1, wobei die Bohrkrone 2 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 9 in Fig. 3 und somit linksdrehend gedreht wird, erfolgt eine Umkehr der Drehrichtung des Bohrgestänges 3 entgegen der Bohrrichtung 9, so daß ein zwischen wenigstens einem keilförmigen Spreizelement 7 und einem am Bohrgestänge 3 gelagerten Aufweitelement 10 vorgesehenes Federelement 11 aus einer entsprechenden Ausnehmung bzw. Vertiefung 12 am Umfang des Aufweitelements 10 austritt und mit einer Profilierung 13 am Innenumfang des Spreizelements 7 zusammenwirkt, so daß bei der Umkehr der Drehrichtung des Bohrgestänges 3 und Vorsehen einer entsprechenden Gewindeausbildung am Außenumfang des Bohrgestänges 3 sowie am Aufweitelement 10 sich das Aufweit element 10 in Richtung des Pfeils 6 in Richtung zur Bohrkrone 2 verschiebt bzw. verlagert, wie dies durch einen Pfeil 14 in Fig. 2 angedeutet ist. Durch die Verlagerung des Aufweitelements 10 in Richtung des Pfeils 14 bzw. in Bohrrichtung 6 erfolgt ein Ver-schwenken der Spreizelemente 7 in die in Fig. 2 dargestellte Lage, wobei jeweils die Spitzen 15 der Spreizelemente 7 in die umgebende Bohrlochwand 1 eintreten und somit den vom Bohrgestänge 3 und der Bohrkrone 2 gebildeten Anker sicher im hergestellten Bohrloch 1 verankern.

Zur Unterstützung bzw. Verbesserung der Verankerungswirkung kann hiebei vorgesehen sein, daß entweder gleichzeitig mit der Bewegung des Aufweitelements 10 und somit dem Ausbringen der Spreizelemente 7 in die umgebende Bohrlochwand 1 eine Zugbeanspruchung auf das Bohrgestänge 3 entgegen den Pfeilen 6 bzw. 14 vorgenommen wird, so daß sich die Spitzen 15 der keilförmigen Spreizelemente 7 entsprechend tief bzw. tiefer in die umgebende Bohrlochwand 1 eingraben bzw. -fressen. Für einen ordnungsgemäßen Abtransport des abgebauten Materials bzw. zur Erzielung einer entsprechenden Spülwirkung ist da-

11 rüber hinaus in Fig. 1 und 2 wenigstens ein Spülkanal 16 in dem Aufweitelement 10 angedeutet.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, ist eine Mehrzahl von keilförmigen Spreizelementen 7 entlang des Umfangs des Bohrgestänges 3 angeordnet, wobei in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform vier segmentartige, keilförmige Spreizelemente 7 zur Erzielung einer entsprechenden Verankerungswirkung vorgesehen sind. Die Spreizelemente 7 sind hiebei entsprechend am Vorspannbügel 8 gelagert oder schwenkbar an einem ebenfalls am Bohrgestänge 3 vorgesehenen Lagerelement angelenkt.

Entsprechend der zu erzielenden Verankerungswirkung und/oder der Beschaffenheit des umgebenden Boden- bzw. Gesteinsmaterials werden die Spreizelemente 7 in ihrer Länge, Ausbildung, Vorspannkraft und Anzahl entsprechend um den Umfang des Bohrgestänges 3 angeordnet.

In Fig. 1 ist darüber hinaus ein Sicherungsstift 20 hinter dem Aufweitelement 10 vorgesehen, um dieses gegen ein unbeabsichtigtes Bewegen oder Verlieren zu sichern. Das Ausmaß der Längsverschiebung des AufWeitelements 10 während des Ausbringens der keilförmigen Spreizelemente 7 läßt sich hiebei aus dem in Fig. 2 ersichtlichen Abstand zwischen dem Sicherungsstift 20 und dem von der Bohrkrone 2 abgewandten Ende des AufWeitelements 10 erkennen.

Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist wiederum an einem mit 3 bezeichneten Bohrgestänge eine Bohrkrone 2 zur Herstellung des Bohrlochs 1 gelagert. Während bei der Aus führungs form gemäß Fig. 1 bis 3 die keilförmigen Spreizelemente 7 im wesentlichen nebeneinander am Umfang des Bohrgestänges 3 vorgesehen sind, ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, daß in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone 2 eine Mehrzahl von mit 17 und 18 bezeichneten Spreizelementen angeordnet ist. Ähnlich wie bei der vorangehenden Ausführungsform erfolgt ein Bohren beispielsweise durch eine Bewegung des Bohrgestänges 3 entgegen dem Uhrzeigersinn, während nach Fertigstellung des Bohrlochs

12 1 durch eine Umkehr der Drehrichtung des Bohrgestänges 3 ein Ausbringen bzw. Ausfahren der Spreizelemente 17 und 18 wiederum dadurch erfolgt, daß durch ein entsprechendes Eingreifen eines Federelements 12 eine Verschiebung bzw. Verlagerung des wiederum mit 10 bezeichneten Aufweitelements in Richtung zur Bohrkrone 2 erfolgt, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist, so daß durch entsprechende rampenartige Teilbereiche 19 des Aufweitelements 10 die in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone 2 angeordneten Spreiz-elemente 17 und 18 in die Bohrlochwand 1 eintreten. Neben einem unterschiedlichen Abstand der Spreizelemente 17 und 18 von der Bohrkrone 2 kann für eine Vergleichmäßigung der Verankerungswirkung darüber hinaus vorgesehen sein, daß die Spreizelemente 17 und 18 verteilt und versetzt über den Umfang des Bohrgestänges 3 angeordnet sind, wobei dies insbesondere für Spreizelemente 17 bzw. 18 von Interesse ist, welche sich über einen geringen Teilbereich bzw. Öffnungswinkel über den Umfang des Bohrgestänges 3 erstrecken.

In der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist ähnlich wie bei der Ausbildung gemäß Fig. 4 und 5 in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone 2 eine Mehrzahl von wiederum mit 17 und 18 bezeichneten Spreizelementen angeordnet. Ähnlich wie bei der vorangehenden Aus führungs form erfolgt wiederum ein Bohren durch eine Bewegung des Bohrgestänges 3 entgegen dem Uhrzeigersinn, während nach einer Fertigstellung des Bohrlochs 1 durch eine Umkehr der Bohrrichtung des Bohrgestänges 3 ein Ausbringen bzw. Austreten der Spreizelemente 17 und 18 wiederum dadurch erfolgt, daß durch ein entsprechendes Eingreifen des Federelements 12 eine Verschiebung bzw. Verlagerung des wiederum mit 10 bezeichneten Aufweitelements in Richtung zur Bohrkrone 2 erfolgt, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Ähnlich wie bei der Aus führungs form gemäß Fig. 4 und 5 findet ein gemeinsames Aufweitelement 10 für die Mehrzahl von in Längsrichtung angeordneten Spreizelementen 17 und 18 Verwendung. ·· ···· • · « • ♦ ♦·· ··· · • · ·· ·· ···· « % • · · · · • · · ··· · · • · · · ·*·· • · · · # ·♦ ·· ··· · - 13 -

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, daß das Bohrgestänge 3 in voneinander trennbare Teilbereiche 3' und 3" unterteilt ist, wobei eine Verbindung 23 zwischen den Teilbereichen 3' und 3" des Bohrgestänges beispielsweise mit einer konischen Sechskantführung erzielt werden kann.

Nach einer Fertigstellung der Bohrung und einem Austreten von wenigstens einigen Spreizelementen, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist, erfolgt eine Trennung der Bohrgestängeelemente 3' und 3", worauf anschließend ein mit 21 bezeichneter Schraubenkopf eines mit 22 bezeichneten Litzenankers eingebracht wird und in ein Innengewinde des hohlen Bohrgestänges bzw. des im Bohrloch 1 verbliebenen Teilbereichs 3' desselben verschraubt wird. Es läßt sich somit nach Fertigstellung des Bohrlochs 1 und entsprechend sicherer Verankerung durch ein Austreten der Spreizelemente 17 bzw. 18 nach einer Umkehrung der Drehrichtung des Bohrgestänges 3, wie dies im Zusammenhang mit den vorangehenden Ausführungsform beschrieben wurde, ein beispielsweise auf die Bedingungen des umgebenden Boden- bzw. Gesteinsmaterials abgestimmtes Verankerungselement, beispielsweise in Form des Litzenankers 22, nach einer Entnahme des Teilbereichs 3" des Bohrgestänges 3 einbringen und sicher verankern. Eine derartige Vorgangsweise kann hiebei entsprechend der Materialwahl des einzubringenden Ankers 22 eine Alternative für andere, mögliche Daueranker darstellen.

Claims

·· ·· ·«·· · ·· ··»· • · · · · · ··# • · · · ··· · ♦ · · »·· • · · · · ···· ··« · • · · · · t « · ·♦ ·· ·»· · ·· «·» - 14 - Patentansprüche 1. Verfahren zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und Festlegen einer Verankerung in dem Loch, wobei durch eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrlochs eine Mehrzahl von in einem Abstand von der Bohrkrone angeordneten, entgegen der Bohrrichtung verlaufenden, insbesondere keilförmigen Spreizelementen in die Wand des Bohrlochs ausgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbringen der Spreizelemente durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges entgegen der Drehrichtung zur Herstellung des Bohrlochs durch die Bohrkrone ausgelöst und/oder vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizelemente während des Bohrvorgangs in Richtung zu dem Bohrgestänge vorgespannt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Austretens der Spreizelemente und/oder alternierend mit der Austrittsbewegung derselben das Bohrgestänge entgegen der Bohrrichtung in Richtung zum offenen Ende des Bohrlochs beaufschlagt bzw. zurückgezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Bohrlochs und Austreten bzw. Verankern der Spreizelemente das Bohrgestänge insbesondere im Bereich der Spreizelemente unterteilt und aus dem Bohrloch entfernt wird und durch ein Ankere1ement, insbesondere einen Litzenanker ersetzt wird, welches mit dem im Bohrloch verbleibenden Teilbereich des Bohrgestänges verbunden, insbesondere verschraubt, wird.
6. Vorrichtung zum Bohren, insbesondere Schlag- oder Drehschlagbohren, eines Lochs in Boden- oder Gesteinsmaterial und zur Herstellung einer Verankerung, wobei eine an einem Bohrgestänge gelagerte Bohrkrone ein Bohrloch ausbildet, dadurch gekennzeich- ·· ·· ···· · ·· ··*· φ ········· • · · · ··· · ♦ · · o« • · · · ♦ ··«· ··· « • # · · ♦ ♦ · · ·· *♦ ··· · ·· ··· - 15 - net, daß in einem an die Bohrkrone (2) anschließenden Teil eine Mehrzahl von insbesondere keilförmigen, entgegen der Bohrrichtung (6) orientierten Spreizelementen (7, 17, 18) vorgesehen ist, welche nach Fertigstellung des Bohrlochs (1) in die Wand des Bohrlochs (1) ausbringbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizelemente (7, 17, 18) während des Bohrvorgangs in Rich tung zum Bohrgestänge (3) beaufschlagt, insbesondere durch wenigstens einen Bügel (8) vorgespannt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein insbesondere ringförmiges Aufweitelement (10) am Umfang des Bohrgestänges (3) gelagert ist und bei einer Drehbewegung des Bohrgestänges (3) in einer zu einer Drehbewegung (9) bei Durchführung des Bohrvorgangs entgegengesetzten Richtung in Richtung zur Bohrkrone (2) entlang der Längsrichtung des Bohrgestänges (3) verschiebbar ist und mit den keilförmigen Spreizelementen (7, 17, 18) zusammenwirkt, welche insbesondere schwenkbar an einem mit dem Bohrgestänge (3) insbesondere fix verbundenen und zwischen dem Aufweitelement (10) und der Bohrkrone (2) angeordneten Lagerelement angelenkt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Aufweitelement (10) wenigstens ein Federelement (11) vorgesehen ist, welches während des Bohrvorgangs in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung (12) am Umfang des Aufweitelements (10) aufnehmbar ist und bei Umkehr der Drehrichtung mit wenigstens einer zum Inneren der Vorrichtung gewandten Profilierung (13) an wenigstens einem Spreizelement (7) zusammenwirkt, um das Aufweitelement (10) an einer Drehbewegung zu hindern und durch Vorsehen einer Gewindeverbindung zu einer Verschiebung (14) entlang der Längsrichtung zu veranlassen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufweitelement (10) wenigstens ein in Längsrichtung der Vorrichtung verlaufender Spülkanal (16) vorgesehen ist. •t ···· • · · ·♦ ·♦ ··«· · ·· ♦ · · ♦ · · « • · · · ··· · · ·

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitbaren Spreizelemente (7, 17, 18) im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Bohrgestänges verteilt angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von aufweitbaren Spreizelementen (17, 18) in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone (2) am Umfang des Bohrgestänges (3) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone (2) angeordnete Spreizelemente (17, 18) in Umfangsrichtung des Bohrgestänges (3) versetzt zueinander angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichem Abstand von der Bohrkrone (2) angeordnete Spreizelemente (17, 18) mit einem gemeinsamen, entlang dem Bohrgestänge (3) verschiebbar angeordneten Aufweitelement (10) Zusammenwirken.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3) insbesondere im Bereich der Spreizelemente (17, 8) in Teilbereiche (3', 3") teilbar ist und ein Ankerelement, insbesondere ein Schraubenkopf (21) eines Litzenankers (22) , mit dem im Bohrloch (1) verbleibenden und mit der Bohrkrone (2) verbundenen Teilbereich des Bohrgestänges verbindbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3) in an sich bekannter Weise im Inneren mit einem Spülkanal (4) ausgebildet ist. Wien, 27. Mai 2005 Dipl.-Ing. Walter Karpellus durch Patentanwälte Miksovsky & Pollhammer OEG