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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Auspressvorrichtung zum Auspressen einer
Masse aus einem selbstbohrenden, chemischen Gebirgsanker für den Berg- und
Tunnelbau, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Zur
Stabilisierung der Wandungen bergmännisch hergestellter Hohlräume, z.
B. in Tunneln, Stollen und dergleichen, werden Gebirgsanker verwendet,
welche senkrecht zur Wandung aufeinanderfolgende Gebirgsschichten
aneinander befestigen. Dabei werden die unmittelbar in Wandungsnähe liegenden,
in vielen Fällen
infolge der Erstellung des Hohlraums in ihren mechanischen Eigenschaften,
insbesondere ihrer Tragfähigkeit,
beeinträchtigten
Gebirgsschichten an weiter entfernt liegenden, unbeschädigten Gebirgsschichten
befestigt.
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Zum
Setzen eines chemisch verankerten Gebirgsankers in Gestein von geringer
bis mittlerer Härte
wird mit einem Bohrgerät
ein Bohrloch in das zu sichernde Gebirge eingetrieben und eine aushärtbare Masse
in das Bohrloch eingeführt.
Anschliessend wird eine Ankerstange in das Bohrloch eingebracht,
die zumindest im freien Endbereich ein Aussengewinde aufweist. Nachdem
die aushärtbare Masse
eine gewisse Festigkeit erreicht hat, wird mit einer Spannmutter
der Gebirgsanker im Untergrund vorgespannt.
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Jeder
der genannten Arbeitsschritte bedingt unterschiedliche Arbeitsgeräte, welche
jeweils montiert bzw. demontiert werden müssen. Dies führt zu einem
erheblichen zeitlichen Aufwand beim Setzen eines jeden Gebirgsankers.
Zu Beginn der Sicherungsarbeiten besteht zudem ein gewisses Sicherheitsrisiko
für den
Anwender, da er die anfallenden Arbeiten zum Teil in ungesicherten
Bereichen des erstellten Hohlraums ausüben muss.
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Aus
der
DE 197 00 701
A1 ist eine Drehbohrmaschine zum Setzen eines Gebirgsankers
bekannt, die mehrere Arbeitsschritte ausführt. Diese Drehbohrmaschine
weist ein Gehäuse,
einen Motor und vom Motor antreibbare, drehbar im Gehäuse gelagerte
und axial unverschiebliche Hülsen
auf. Jede Hülse
weist ein erstes Ende mit einer Einstecköffnung, an der eine Aufnahme
für ein
Drehmitnahmemittel für
den drehenden Antrieb des Bohrers bzw. des Gebirgsankers vorgesehen
ist, und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende mit
einer Durchführöffnung sowie
eine Hülsenachse
auf. Weiter weist die Drehbohrmaschine eine Zuführnase auf, durch die als Medium
Spülwasser
während
dem Bohrvorgang zuführbar
ist. Die Hülsen
sind auswechselbar in einer Aufnahme der Drehbohrmaschine festlegt.
Nach dem Bohren des Bohrlochs wird eine Hülse mit einer Bohrstangen-Drehmitnahme
durch eine Hülse
mit einer Ankerstangen-Drehmitnahme ausgewechselt und die Ankerstange
in das Bohrloch gesetzt sowie anschliessend verspannt. Nachteilig an
der bekannten Lösung
ist, dass das Wechseln der Hülsen
besonders unter den Untertage herrschenden Bedingungen aufwändig ist.
Zudem bildet das aus dem Bohrloch herausragende, freie Ende der
Ankerstange einen Anschlag aus, welcher die Zuführung der Drehbohrmaschine
in Richtung der Wandung begrenzt, so dass zum Verspannen des Gebirgsankers
zumindest ein separates Werkzeug verwendet werden muss. Da die Erstreckung
des aus dem Bohrloch ragenden Abschnitts von dem Setzvorgang und
dem Untergrund sowie der Art und Ausgestaltung des Gebirgsankers
abhängt,
ist diese nicht konstant.
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Um
die Anzahl der Verfahrensschritte zum Setzen eines Gebirgsankers
weiter zu reduzieren, wurden so genannte selbstbohrende, chemische
Gebirgsanker entwickelt. Aus der
US 4,055,051 A ist ein selbstbohrender, chemischer
Gebirgsanker mit einem Rohrelement bekannt, das an einem Ende mit einem
Bohrkopf versehen ist und am gegenüberliegenden Ende ein Drehmimahmemittel
für den
drehenden Antrieb des Gebirgsankers aufweist. Im Innern ist der
Rohranker teilweise mit einer aushärtbaren Masse gefüllt. Am
Bohrkopf oder im setzrichtungsseitigen Endbereich des Rohrelements
sind Austrittsöffnungen
für die
aushärtbare
Masse vorgesehen. Mit einer Drehbohrmaschine wird der selbstbohrende,
chemische Gebirgsanker in den Untergrund drehend eingetrieben. Nach
dem Erreichen der gewünschten
Bohrlochtiefe wird die aushärtbare Masse
mittels eines Kolbens ausgepresst. Sobald die ausgebrachte Mörtelmasse
eine ausreichende Festigkeit erreicht hat, wird eine Spannmutter
zum Verspannen des Gebirgsankers an dem freien Ende aufgeschraubt,
bis der Gebirgsanker im Untergrund verspannt ist.
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Nachteilig
an der bekannten Lösung
ist, dass auch bei dieser Vorrichtung das aus dem Bohrloch herausragende,
freie Ende der Ankerstange einen Anschlag ausbildet, welcher die
Zuführung
der Drehbohrmaschine in Richtung der Wandung begrenzt, und zum Verspannen
des Gebirgsankers ein separates Werkzeug verwendet werden muss.
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Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Auspressvorrichtung zum Setzen eines
selbstbohrenden, chemischen Gebirgsankers zu schaffen, mit welcher
das Setzen und insbesondere das Verspannen des im Bohrloch verankerten
Gebirgsankers vereinfacht werden.
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Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Gemäss der Erfindung
umfasst die Auspressvorrichtung zum Auspressen einer Masse aus einem
selbstbohrenden, chemischen Gebirgsanker für den Berg- und Tunnelbau ein
Gehäuse,
eine von einem Motor antreibbare, drehbar im Gehäuse gelagerte und axial unverschieblich
gehaltene Hülse
sowie eine Zuführnase,
durch die Medien dem Gebirgsanker zuführbar sind. Die Hülse weist
ein erstes Ende mit einer Einstecköffnung, an der eine Aufnahme
für ein
Drehmimahmemittel des Gebirgsankers vorgesehen ist, und ein dem
ersten Ende gegenüberliegendes
zweites Ende mit einer Durchführöffnung sowie
eine Hülsenachse
auf. Ein Aufnahmeraum für ein
freies Ende des Gebirgsankers ist zwischen dem ersten Ende und dem
zweiten Ende der Hülse
vorgesehen, der sich von der Aufnahme für das Drehmitnahmemittel in
Richtung des zweiten Endes der Hülse
erstreckt und einen Innenquerschnitt aufweist, der kleiner als der
Querschnitt der Aufnahme für
das Drehmitnahmemittel ausgebildet ist. Die Zuführnase ragt durch die Durchführöffnung der
Hülse in
den Aufnahmeraum hinein und ist zur Schaffung eines Freiraums für das freie
Ende des Gebirgsankers beabstandet zu der Innenkontur der Hülse angeordnet. Durch
die Zuführnase
ist ein Auspressmedium zum Auspressen der Masse aus dem Gebirgsanker
zuführbar.
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Mit
der erfindungsgemässen
Auspressvorrichtung ist der Setzvorgang eines selbstbohrenden, chemischen
Gebirgsankers wesentlich vereinfacht. Der Gebirgsanker wird mit
ein und derselben Vorrichtung gebohrt, ausgepresst und verspannt,
wobei keine Umrüstarbeiten
anfallen. Durch die Anordnung der Zuführnase und der Ausgestaltung
des Aufnahmeraums ist ein ausreichender Verfahrweg der Auspressvorrichtung
zum Verspannen des im Bohrloch verankerten Gebirgsankers vorgehalten,
wobei die Spannmutter während
dem gesamten Verspannvorgang entlang des aus dem Bohrloch herausragenden,
mit einem Aussengewinde versehenen freien Endes des Gebirgsankers
geführt
und drehangetrieben wird.
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Während dem
Bohrvorgang wird durch die Zuführnase
selbst oder im Bereich derselben Spülwasser als Spülmedium
dem Gebirgsanker zugeführt.
Zum Auspressen der in dem Gebirgsanker angeordneten aushärtbaren
Masse wird anschliessend beispielsweise Wasser unter Hochdruck als
Auspressmedium durch die Zuführnase
dem Gebirgsanker zugeführt.
Die erfindungsgemässe
Auspressvorrichtung zeichnet sich zudem durch ihre einfache konstruktive
Ausbildung mit wenigen beweglichen Teilen aus, womit die Auspressvorrichtung
eine hohe Prozesssicherheit auch bei den Untertage herrschenden
Bedingungen aufweist. Mit der erfindungsgemässen Auspressvorrichtung sind
neben chemisch verankerten Gebirgsankern auch mechanisch verankerte
Gebirgsanker einfach setzbar und verspannbar.
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Die
Innenkontur der Aufnahme ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass
in dieser das Drehmitnahmemittel für den drehenden Antrieb des
Gebirgsankers sowie eine Spannmutter aufgenommen werden kann. So
sind mit ein und derselben Hülse
sämtliche Verfahrensschritte
zum Setzen des Gebirgsankers ausführbar.
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Das
Drehmimahmemittel ist vorteilhaft mit einem hülsenförmigen Abschnitt versehen,
der mit Sollbruchstellen versehen ist und der das freie Ende des
Gebirgsankers zumindest bereichsweise umgreift. Zudem weist der
hülsenförmige Abschnitt
des Drehmitnahmemittels einen offenen Bodenabschnitt auf, durch
den die Zuführnase
hindurchführbar
ist. Sobald die aus dem Gebirgsanker ausgebrachte Mörtelmasse
eine ausreichende Festigkeit erreicht hat, wird der Motor nochmals
betätigt,
wobei der hülsenförmige Abschnitt
des Drehmitnahmemittels im Bereich der Sollbruchstellen bricht und
der Teil des Drehmitnahmemittels, der die Mitnahmekontur aufweist,
zum Verspannen des Gebirgsankers analog einer Spannmutter entlang
des Aussengewindes des Gebirgsankers in Richtung der Wandung bewegt wird.
Alternativ ist das Drehmitnahmemittel für den drehenden Antrieb des
Gebirgsankers als Spannschraube ausgebildet, die im freien Endbereich
z. B. mittels Löt-
oder Schweisspunkten temporär
festgelegt ist. Wenn der Gebirgsanker vorgespannt werden soll, wird
die temporäre
Festlegung beispielsweise durch mechanische Kräfte aufgehoben und der Gebirgsanker
mittels der Spannmutter verspannt.
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Vorzugsweise
weist der Aufnahmeraum einen Querschnitt auf, der 2- bis 4-mal grösser als
der Querschnitt der Zuführnase
ist. Damit ist bezogen auf die Hülsenachse
in radialer Richtung ein ausreichender Aufnahmeraum für das freie
Ende des Gebirgsankers geschaffen. Das freie Ende des Gebirgsankers
kann bei dieser Ausführungsform
während
dem Verspannen des Gebirgsankers und beim Verfahren der Auspressvorrichtung
in Richtung der Wandung nicht mit der Zuführnase in Kontakt kommen und
diese beschädigen.
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Bevorzugt
weist der Aufnahmeraum eine axiale Erstreckung entlang der Hülsenachse
auf, die 2- bis 5-mal grösser
als die mittlere Abmessung des Innenquerschnitts der Hülse ist.
Somit wird ein ausreichender Verfahrweg der Auspressvorrichtung
zum Verspannen des Gebirgsankers vorgehalten.
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Vorzugsweise
steht ein Einsteckende zur Anordnung der Auspressvorrichtung an
einer Werkzeugaufnahme eines Bohrgerätes mit der Hülse in Wirkverbindung,
so dass die Auspressvorrichtung an einem herkömmlichen Bohrgerät angeordnet
werden kann. Vorteilhaft ist zur Schaffung eines einteiligen Bauteils
das Einsteckende an der Hülse
ausgeformt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist eine Antriebskontur
an einer Aussenseite der Hülse vorgesehen, über welche
die Hülse
direkt von dem Motor oder indirekt über ein Getriebe von dem Motor antreibbar
ist. Die Antriebskontur ist beispielsweise als eine Zahnung ausgebildet,
die zur Drehmomentübertragung
mit dem Motor zusammenwirkt.
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Vorzugsweise
ist eine mehrkanalige Zuführeinheit
vorgesehen, über
die Spülwasser
als Spülmedium
und/oder das Auspressmedium zuführbar
ist. Beim Bohrvorgang wird dem Gebirgsanker Spülwasser zugeführt. Wenn
die gewünschte
Bohrtiefe erreicht ist, wird die Zufuhr des Spülwassers abgestellt und durch
die Zuführeinheit
das Auspressmedium dem Gebirgsanker zugeführt, wobei die im Gebirgsanker
angeordnete aushärtbare
Masse ausgebracht wird. Um diese Arbeitsschritte ausführen zu können, muss
einzig die Zufuhr der entsprechenden Medien umgestellt werden, ohne
dass die Auspressvorrichtung verfahren wird.
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Aus
der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich
weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Merkmalskombinationen der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Auspressvorrichtung im Schnitt;
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2 die
in 1 gezeigte Auspressvorrichtung während dem
Bohrvorgang eines Verbundankers im Schnitt;
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3 die
in 1 gezeigte Auspressvorrichtung nach Beendigung
des Setzvorgangs des Verbundankers im Schnitt; und
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4 eine
Drehbohrmaschine mit integrierter Auspressvorrichtung als zweites
Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Schnitt.
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Grundsätzlich sind
in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Die
in den 1 bis 3 dargestellte Auspressvorrichtung 11 zum
Auspressen einer Masse 2 aus einem selbstbohrenden, chemischen
Gebirgsanker 1 für
den Berg- und Tunnelbau umfasst ein Gehäuse 12, eine von einem
Motor antreibbare, drehbar im Gehäuse 12 gelagerte und
axial unverschieblich gehaltene Hülse 21 sowie eine
Zuführnase 31,
durch die Medien dem Gebirgsanker 1 zuführbar sind. Die Hülse 21 weist
ein erstes Ende 22 mit einer Einstecköffnung 23, an der
eine Aufnahme 24 für
ein Drehmitnahmemittel 3 des Gebirgsankers 1 vorgesehen
ist, und ein dem ersten Ende 22 gegenüberliegendes zweites Ende 25 mit
einer Durchführöffnung 26 sowie eine
Hülsenachse 27 auf.
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Zwischen
dem ersten Ende 22 und dem zweiten Ende 25 der
Hülse 21 ist
ein Aufnahmeraum 28 für
ein freies Ende 4 des Gebirgsankers 1 vorgesehen,
der sich von der Aufnahme 24 für das Drehmitnahmemittel 3 in
Richtung des zweiten Endes 25 der Hülse 21 erstreckt und
einen Innenquerschnitt aufweist, der kleiner als der Querschnitt
der Aufnahme 24 für
das Drehmitnahmemittel 3 ausgebildet ist. Die Zuführnase 31 ragt
durch die Durchführöffnung 26 der
Hülse 21 in
den Aufnahmeraum 28 hinein und ist zur Schaffung eines
Freiraums für
das freie Ende 4 des Gebirgsankers 1 beabstandet
zu der Innenkontur 29 der Hülse 21 angeordnet.
Durch die Zuführnase 31 ist
ein Auspressmedium, z. B. Wasser unter Hochdruck, zum Auspressen
der Masse 2 aus dem Gebirgsanker 1 dem Gebirgsanker 1 zuführbar.
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Der
Aufnahmeraum 28 weist einen Querschnitt auf, der 2.5-mal
grösser
als der Querschnitt der Zuführnase 31 ist.
Weiter weist der Aufnahmeraum 28 eine axiale Erstreckung
L entlang der Hülsenachse 27 auf,
die 3-mal grösser
als die mittlere Abmessung des Innenquerschnitts der Hülse 21 ist.
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An
der Hülse 21 ist
ein Einsteckende 36 ausgeformt, so dass die Auspressvorrichtung
an einer Werkzeugaufnahme eines Bohrgerätes (hier nicht gezeigt) anordnenbar
ist.
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Nachfolgend
wird anhand der 2 und 3 der Setzvorgang
des Gebirgsankers 1 mit der Auspressvorrichtung 11 beschrieben.
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Das
Drehmitnahmemittel 3 des Gebirgsankers 1 umfasst
einen hülsenförmigen Abschnitt 6,
der mit Sollbruchstellen 7 versehen ist und das freie Ende 4 des
Gebirgsankers 1 bereichsweise umgreift. Der hülsenförmige Abschnitt 6 weist
einen offenen Bodenabschnitt 8 auf, durch den die Zuführnase 31 in den
Gebirgsanker 1 hineinragt.
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Während dem
Bohrvorgang (siehe 2) des Gebirgsankers 1 ist
zwischen dem freien Ende 4 des Gebirgsankers 1,
das durch die Einstecköffnung 23 in
den Aufnahmeraum 28 ragt, und dem Ende des Aufnahmeraums 28,
der dem zweiten Ende 25 der Hülse 21 zugewandt ist,
ein Abstand A vorhanden. Durch eine Spülwasserzuleitung 32 wird
während dem
Bohrvorgang Spülwasser
als Spülmedium
durch die Kanäle 33 dem
Gebirgsanker 1 zugeführt.
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Sobald
die erforderliche Bohrtiefe erreicht ist, wird die Zufuhr von Spülwasser
abgestellt und über
eine separate Zuleitung 34 durch den Zuleitungskanal 35 als
Auspressmedium Wasser unter Hochdruck dem Gebirgsanker 1 zugeführt, wobei
die im Gebirgsanker 1 befindliche aushärtbare Masse 2 ausgebracht
wird. Sobald Masse 2 am Bohrlochmund 10 austritt,
erkennt der Anwender, dass der Spalt zwischen dem Gebirgsanker 1 und
der Bohrlochwandung verfüllt
ist, und stellt die Zuführung
des Auspressmediums ab.
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Wenn
die ausgebrachte Masse 2 eine ausreichende Festigkeit erreicht
hat, wird der Motor nochmals betätigt,
wobei der Hülsenabschnitt 6 des Drehmitnahmemittels 3 im
Bereich der Sollbruchstellen 7 bricht und der in der Aufnahme 24 der
Hülse verbleibende
Abschnitt des Drehmitnahmemittels 3 analog einer Spannmutter
zum Verspannen des Gebirgsankers 1 entlang dessen Aussengewinde 9 in Richtung
der Wandung 5 bewegt wird. Wie aus der 3 ersichtlich,
kann das freie Ende 4 des Gebirgsankers 1 in den
Aufnahmeraum 28 eindringen, bis der Bodenabschnitt 8 des
hülsenförmigen Abschnitt 6 an
dem, dem zweiten Ende 25 der Hülse 21 zugewandten
Ende des Aufnahmeraums 28 anstösst. Der Abstand A ist derart
gewählt,
dass der erforderliche Verfahrweg der Auspressvorrichtung 11 zum
Verspannen des Gebirgsankers 1 gegeben ist.
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Die
Auspressvorrichtung 51 gemäss der 4 ist in
einer Drehbohrmaschine 41 integriert, weist jedoch ebenfalls
eine mit der Hülse 21 vergleichbare
Hülse 56 auf.
Im Unterschied zu dieser weist jedoch die Hülse 56 für ihren
drehenden Antrieb an ihrer Aussenseite 57 als Antriebskontur 58 eine Zahnung
auf, die mit einer Zahnung eines von einem Motor 42 angetriebenen
Zahnrades 43 formschlüssig zusammenwirkt.
Weiter ist eine mehrkanalige Zuführeinheit 61 an
dem Gehäuse 44 der
Drehbohrmaschine 41 vorgesehen, über die einerseits Spülwasser
und andererseits ein Auspressmedium zum Ausbringen der im Gebirgsanker 46 vorhandenen
aushärtbaren
Masse 47. Das Setzverfahren und die Funktion der einzelnen
Bauteile dieser Ausführungsform
der Erfindung entsprechen im Wesentlichen dem Bauteilen der in den 1 bis 3 dargestellten
und beschriebenen Auspressvorrichtung 11.