CN101189410A - 用于在土壤或岩石材料中钻孔特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔的方法和装置 - Google Patents
用于在土壤或岩石材料中钻孔特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于在土壤材料或岩石材料中钻孔特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔并且在孔中固定锚固装置的方法和装置，其中通过支承在钻杆(2)上的钻头(3)形成一钻孔，本发明提出，钻杆(2)在背离钻头(3)的工作面(5)的背侧特别是与钻头(3)间隔距离地被一锚固元件(4)包围，该锚固元件的外形尺寸至少部分地超出由钻头(3)制成的钻孔的圆周，由此可以以在构造上简单且可靠的方式实现锚固装置在钻孔中的固定。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在土壤材料或岩石材料中钻孔特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔并在孔中固定锚固装置(Verankerung)的方法，其中通过支承在钻杆上的钻头形成一钻孔，以及涉及一种用于在土壤材料或岩石材料中钻孔特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔并且在在孔中固定锚固装置的装置，其中通过支承在钻杆上的钻头形成一钻孔。
背景技术
与在土壤材料或岩石材料中制出一孔或一钻孔并随后在钻孔中固定一锚固装置或衬套相关地，例如由WO 98/21439和WO98/58132已公知，在诸如冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔的钻孔过程期间，将套管***到钻孔中，由此在完成孔之后必要时将钻头的一部分与钻杆一起从钻孔中取出，而套管则保留在钻孔中，从而接着通过填充可硬化物质在钻孔中形成锚。根据与WO98/58132相应的结构，在钻杆的外圆周上构造有附加的肋和槽，从而在钻杆保留在钻孔中和随后填充的情况下可以相应地实现良好的锚固作用。
作为替代方案，制出钻孔之后公知的是，将钻孔工具与钻杆从钻孔中取出，接着将锚或锚固装置***到钻孔中，其中例如由EP-B 0 241451、US-A 4,490,074、DE-AS 21 05 888、US-A 4,310,266、EP-A 0 875663和其它文献位置已知一些实施方式，在这些实施方式中，随后待***的、例如管状的锚固装置被相应的保持元件保持在相对于最终状态减小的直径，然后在完全***到钻孔中之后贴靠在钻孔壁上以实现所希望的锚固作用。现有技术中的缺点在于，一方面在第一方法步骤中必须制出一钻孔，此后在将包括钻杆在内的钻孔工具取出之后，在另一方法步骤中将锚固装置***到必要时具有大的长度的钻孔中，接着使锚固装置贴靠在钻孔壁上。显然，不仅两个相互分开的工序需要相应地耗费较长的时间花费，而且必要时随后将这种较长的锚固装置***有困难。此外应认识到，将包括钻杆在内的钻孔装置取出和事后***锚固装置只能在比较坚固的土壤或岩石中进行，其中必须确保，例如在钻孔过程期间或者在取出钻孔工具之后并且在彻底将锚固装置***之前，材料不落入到钻孔中，从而钻孔可能会堵塞，由此再也不能***锚固装置了。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供开头部分所述类型的装置以及方法，其中利用结构简单的机构可已在钻孔过程期间实现临时固定并且钻孔过程结束之后紧接着实现可靠的锚固。
为了解决所述目的，开头部分所述类型的方法的主要特征在于，将包围钻杆的锚固元件特别是与钻头间隔距离地摩擦锁合地***到钻孔中，并且在完成钻孔之后使锚固元件扩张。通过根据本发明将包围钻杆的锚固元件摩擦锁合地***到钻孔中确保通过锚固元件的外圆周和钻孔的内圆周之间的摩擦作用获得临时的锚固作用，从而在每个时间点都可实现对由钻头和设置于其上的锚固元件构成的锚的临时固定。通过根据本发明在完成钻孔之后将锚固元件附加地扩张至贴靠到钻孔壁上，在紧接完成钻孔之后相应地获得牢固的且可靠的锚固作用，特别是无需与现有技术现比的额外的步骤，在现有技术中在完成钻孔之后将钻杆和钻头取出，接着***带有设置在圆周上的锚固元件的锚件。
为了在完成钻孔之后特别简单且可靠地将锚固元件锚固，根据一种优选的实施方式提出，在完成钻孔之后将钻杆朝向锚固元件的方向回拉，并且通过在钻头的背离工作面的一侧支承在钻杆上的扩张元件扩张锚固元件。通过锚固元件根据本发明摩擦锁合地并由此位置固定地***到钻孔的内部，可以将钻杆连同钻头从钻孔中回拉出相应于钻头和锚固元件之间的区段的长度，之后通过支承在钻杆上的扩张元件将锚固元件扩张至贴靠到钻孔上并附加地压紧。
为了确定可通过由钻杆产生的锚的锚固装置实现的锚固作用或固定作用，根据另一优选实施方式提出，在扩张锚固元件之后锚固的强度或抵抗能力特别是通过在钻杆上在从钻孔中伸出的一端安装检测装置来检测。这种检测可采用不同的方式并由此可推断出所获得的锚固功效和/或锚固作用的时间过程或锚固作用的保持。
对于如下情况，即例如通过土壤层或岩石层特别是在所制出的钻孔的附近区域中的持续活动期间的移动确定出在锚区域中的位移和必要时由此确定出锚固作用的减小，则根据另一实施方式提出，在确定出锚固装置的抵抗能力减小时或之后，再次对钻杆加载，用于钻孔、特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔，以便增加钻孔长度。因此采用本发明的方法可以在提供必要时只是临时的锚固之后，在确定不足够的或有时缺少的锚固作用时，通过扩张锚固元件在使用位于钻孔中的钻杆以及支承在钻杆上的钻头的情况下继续进行钻孔过程，并且为了增加钻孔长度，特别是在通过相应的附加的钻杆元件延长之后，将孔或钻孔更深地推入到土壤材料或岩石材料中，并且必要时如此地伸入到具有改善的锚固作用的层中。由此，锚固元件即使在继续进行钻孔过程时也与钻头紧邻间隔地被带动，它可以在通过再次摩擦锁合地或与钻孔壁贴靠地***的锚固元件如此地增加钻孔长度时，通过扩张实现锚固元件的临时固定和随后容易的固定。
为了在持续的钻孔活动结束之后获得必要时较大的锚固作用或锚固功效，根据另一优选实施方式提出，在增加钻孔长度之后将锚固元件扩张至相对于第一扩张过程加大的外圆周上。
此外为了达到开头部分所述的目的，上述类型的装置的主要特征在于，钻杆在背离钻头的工作面的背侧特别是与钻头间隔地被锚固元件包围，锚固元件的外形尺寸至少部分地超出由钻头产生的钻孔的圆周。如上所述，由于其外形尺寸至少部分地超出由钻头产生的钻孔的圆周的锚固元件在钻孔过程期间基本上摩擦锁合地***到钻孔的内部，所以可以实现在钻孔中的简单的临时固定。
为了实现可靠地将至少部分具有相对于钻头的外圆周较大的外形尺寸的锚固元件***到钻孔内部中，而不会引起过大的力，根据一种优选的实施方式提出，锚固元件由特别是纵向开槽的管和/或其部分区域具有减小的外圆周的管构成。这种开槽的管或其部分区域具有减小的外圆周或减小的外形尺寸的管也可以与不同的地质情况适应地局部地略微改变其圆周，其中始终确保，至少在局部区域存在摩擦锁合的接触，由此可以实现在制出的钻孔期间对锚固元件的临时固定。
为了可以实现简单且可靠地***一具有至少局部地超出钻头的外圆周的外形尺寸的锚固元件，根据另一优选实施方式规定，锚固元件在其面向钻头的一端构造有一斜面。在锚固元件的面向钻头的一端上的这种斜面或变细部分防止特别是在钻孔过程期间***锚固元件时在钻孔内壁上卡住或楔住。
此外为了简单且可靠地扩张锚固元件提出，在背离钻头的工作面的一侧设有从钻头朝向锚固元件变细的扩张元件，该扩张元件在完成钻孔之后可以通过钻杆从钻孔中的回拉而***到可扩张的锚固元件中，如这相应于本发明的装置的另一优选的实施方式。这种朝向锚固元件方向变细的扩张元件允许扩张元件简单且可靠地伸入到锚固元件的面向钻头的端部区域中，其中通过呈锥状地变细部或扩张部在越来越深入地***到锚固元件内部时可以实现在压靠在钻孔内壁上的情况下锚固元件的相应的逐渐扩张。
如上所述，对于如下情况来说，即例如在时间过程中，特别是在进行其它工作时，在紧邻的钻孔附近区域中应可确定出锚固作用的减小，则通过重新进行钻孔过程来容易地增加钻孔长度。在这方面，特别是朝向锚固元件的方向呈锥形地变细的扩张元件在加载钻杆时可以相应容易地从锚固元件中取出，并且在进一步的顺序中钻孔过程通过前接的钻头继续进行。
为了既在钻孔过程期间又在用于获得所希望的锚固作用的扩张过程期间实现对锚固元件的符合规定且可靠的定位，根据另一优选实施方式提出，在锚固元件的背离钻头的端部上设有可固定在钻杆上的止挡。这种可固定在钻杆上的止挡例如可以根据螺母或设有螺纹的环状元件的类型来形成，该环状元件在构造有螺纹的钻杆上可与锚固元件的待设定的定位相适应地固定在钻杆上。
为了在必要时需要继续进行钻孔过程以便增加钻孔长度时实现简单地减小所扩张的锚固元件的外形尺寸，由此在继续钻孔过程期间过多的摩擦力不会从锚固元件引入到钻孔内壁上，根据另一优选实施方式提出，锚固元件至少在其面向钻头的端部区域中由朝向外形尺寸减小的方向预紧的且具有记忆效应的材料构成。在将扩张元件从锚固元件中取出之后，锚固元件至少局部地或者在面向钻头的部分区域中基本复位到其初始的外形尺寸，从而在继续的钻孔过程期间也可以可靠地将锚固元件***。
为了避免在钻孔过程期间由于至少局部地具有与钻头相比较大的外圆周或外形尺寸的锚固元件引入过多的对钻孔过程起反作用的摩擦力，根据另一优选实施方式提出，在钻孔过程期间锚固元件的外形尺寸超出钻头的外圆周最大10％，优选约3％至5％。
附图说明
下面借助附图中所示的实施例对本发明加以详细说明。图中示出：
图1为在钻孔过程期间用于实施本发明的方法的本发明的装置的第一实施方式的示意的局部剖视图；
图2为根据图2的实施方式的侧视图；
图3根据图1的箭头III的钻头的主视图；
图4为沿着图2的线IV-IV的剖视图；
图5为根据图1和2的实施方式的侧视图，其中钻杆被拉回，用于至少部分地扩张锚固元件；
图6为根据图5的实施方式的剖视图；和
图7用于实施本发明的方法的本发明的装置的变型的实施方式的相应于图2的侧视图；和
图8为沿着图7的线VIII-VIII的剖视图。
具体实施方式
图1和2中用于制出未详细示出的钻孔的总体上标有1的装置，其中在特别是中空构成的钻杆2上支承一钻头3，该钻头通过未详细示出的驱动装置驱动成旋转运动和/或冲击运动，用于开出未详细示出的钻孔，所述驱动装置作用在钻杆2的从钻孔中伸出的端部上。
与钻头3间隔地设有一锚固元件4，其外圆周或外直径略微大于钻头3的外圆周或外直径，如图3和4所示，其中示出，钻头3的直径D(1)小于锚固元件4的直径D(2)。
此外在背离钻头3的工作面5的端部上，在钻头3和锚固元件4之间一扩张元件6支承在钻杆2上，该扩张元件具有朝向锚固元件4缩小或减小的横截面。
此外可看到，在锚固元件4的背离钻头的端部一例如环7形式的止挡设置在钻杆2上，锚固元件4顶靠在该止挡上。
为了在钻孔过程期间将锚固元件4可靠地***，锚固元件4在其面向钻头3的端部具有斜面或变细部分8，其可以在摩擦锁合地贴靠在钻孔内壁上期间实现简单的***。
此外由图4可见，圆柱状或管状的锚固元件4具有沿纵向沿伸的槽9，该槽根据钻孔内壁的尺寸防止引入过多的摩擦力。
为了在***锚固元件4期间不必克服过多的摩擦力，此外可看到，锚固元件4的外形尺寸在钻孔过程期间超出钻头3的外圆周最大10％，例如约5％，如图3和4所示。
在图5和6中示出，例如在钻孔过程结束之后，钻杆2以及钻头3与扩张元件6一起按照箭头10与钻孔方向相反地朝锚固元件4的方向被拉回，其中通过***在朝向钻头3的方向上锥形扩张的扩张元件6，锚固元件4在面向钻头3的端部被相应地扩张，并且被置于钻孔壁上的额外加固的位置。
如果通过未示出的且本已公知的在钻杆2的在从钻孔中伸出的端部上根据夹紧螺母的类型来确定的装置要确定，至少部分扩张的锚固元件4的锚固功效或锚固作用例如由于岩石移动等降低，那么可以以简单的方式通过重新施加于钻杆2的从钻孔中伸出的端部上的作用将扩张元件容易地从锚固元件4中逆着图5中的箭头10取出，并且钻孔过程通过钻头3相应地继续。
在获得较长的钻孔之后，扩张元件6与钻头3重新拉回到锚固元件4中，其中例如为了提高固定作用或锚固作用，扩张元件6可以超出图5和6中所示的状态更深地***或拉回到锚固元件4中，从而为了实现较大的锚固作用可以相应地对锚固元件4的外圆周进行较大的扩张。
在图7和8所示的装置1中使用标有11的锚固元件，与图1至6所示的实施方式相反，该锚固元件未设有纵向槽，而是在其外圆周上具有直径减小或尺寸减小的部分区域12，其同样防止在钻孔过程期间过大的摩擦力。在该实施方式中还构造有锚固元件11的不同于部分区域12的部分区域，其具有大于钻孔3的直径或外形尺寸。
与前述实施方式相同，在制出钻孔之后，将钻头3以及同样标有6的扩张元件拉回到锚固元件11的面向钻头3的且同样构造有斜面8的端部中，用于扩张锚固元件11和用于实现相应改善的锚固作用。在根据图7的实施方式中为了对锚固元件11进行定位还设有环状的止挡7。
为了进一步有助于减小锚固元件4或11的外直径或外形尺寸，特别是在为了实现钻孔较大的长度而继续钻孔时，此外可以至少在面向钻孔3的部分区域中使用带有记忆效应的材料，以便在取出扩张元件6之后实现外形尺寸的相应的减小，由此在继续钻孔过程期间不产生过多的摩擦力。
锚固元件4或11的长度及其与钻头3和扩张元件6的距离可以通过止挡根据情况来选择。另外，由以上视图可见，挖下的材料可以通过在锚固元件4或11和钻杆2的外圆周之间形成的空腔或环形腔13毫无问题地排出到锚固元件4或11后面的区域中，为此还在止挡7的区域中设有相应的穿孔。
此外在使用中空的钻杆2时可以以本已公知的方式使冷却液或冲洗液施加到钻头3的区域中。此外经由钻杆2的这种中心管道14，特别是在最终完成钻孔之后，也可以将可硬化的物质，如果需要的话，特别是施加到钻头3以及锚固元件4或11的区域中，用于进一步提高锚固作用。
Claims (12)
1.一种用于在土壤材料或岩石材料中钻出特别是冲击式钻出或旋转冲击式钻出一个孔并且在所述孔中固定一锚固装置的方法，其中通过支承在钻杆(2)上的钻头(3)制成一钻孔，其特征在于，将包围所述钻杆(2)的锚固元件(4，11)特别是与所述钻头(3)间隔距离地摩擦锁合地***到所述钻孔中，并且在完成所述钻孔之后使所述锚固元件(4，11)扩张。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在完成所述钻孔之后将所述钻杆(2)朝向所述锚固元件(4，11)的方向回拉，并且通过在所述钻头(3)的背离工作面的一侧支承在所述钻杆(2)上的扩张元件(6)将所述锚固元件(4，11)扩张。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在扩张所述锚固元件(4，11)之后，锚固装置的强度或抵抗能力特别是通过在所述钻杆(2)上在从所述钻孔中伸出的一端上固定一检测装置来检测。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在确定锚固装置的抵抗能力减小时或之后，再次对所述钻杆(2)加载，用于钻孔、特别是冲击式钻孔或旋转冲击式钻孔，以便增加所述钻孔的长度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在增加所述钻孔的长度之后，将所述锚固元件(4，11)扩张至相对于第一扩张过程加大的外圆周上。
6.一种用于在土壤材料或岩石材料中钻出特别是冲击式钻出或旋转冲击式钻出一个孔并在所述孔中固定锚固装置的装置，其中通过支承在钻杆(2)上的钻头(3)形成一钻孔，其特征在于，所述钻杆(2)在背离所述钻头(3)的工作面(5)的背侧特别是与所述钻头(3)间隔距离地被锚固元件(4，11)包围，所述锚固元件的外形尺寸至少部分地超出由所述钻头(2)制成的钻孔的圆周。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述锚固元件由特别是纵向开槽的管(4)和/或其部分区域(12)具有减小的外圆周的管(11)构成。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述锚固元件(4，11)在其面向所述钻头的一端构成有一斜面(8)。
9.如权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，在背离所述钻头(3)的工作面(5)的一侧设有从所述钻头(3)朝向所述锚固元件(4，11)的方向变细的扩张元件(6)，该扩张元件在完成钻孔之后可以通过所述钻杆(2)从所述钻孔中的回拉而***到所述可扩张的锚固元件(4，11)中。
10.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，在所述锚固元件(4，11)的背离所述钻头(3)的端部上设置一可固定在所述钻杆(2)上的止挡(7)。
11.如权利要求6至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述锚固元件(4，11)至少在其面向所述钻头的端部区域中由一朝向外形尺寸减小的方向预紧的且具有记忆效应的材料构成。
12.如权利要求6至11中任一项所述的装置，其特征在于，在钻孔过程期间，所述锚固元件(4，11)的外形尺寸超出所述钻头(3)的外圆周最大10％，优选约3％至5％。
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