DE2838186C2 - Vorrichtung zum Verpressen von Injiziergut - Google Patents

Description

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Beim Bau von Tunneln und Felshohlräumen müssen eventuell vorkommende Risse abgedichtet werden, um beispielsweise das Eindringen von Wasser und ein Absenken des Grundwasserstar.des zu verhindern oder auch um das Ausdringen von Flüssigkeit aus den so Tunneln oder Felshohlräumen zu verhindern, wenn diese zur Lagerung cder zum Transport von Flüssigkeiten benutzt werden. Die Abdichtung kann dadurch zustandegebracht werden, daß Zement oder anderes dichtendes Material, beispielsweise Kunststoff, unter hohfjm Druck in Bohrlöcher eingepreßt wird. Um den hohen Einpreßdruck aufrechtzuerhalten, sind die bekannten Einpreßvorrichtungen mit einer Dichtungsvorrichtung versehen, die gegen die Mantelfläche des Bohrloches abdichtet Diese Dichtungsvorrichtung ist normalerweise in Form eines Thermoskorks ausgebildet und umfaßt eine Elastomerhülse, die entweder an ihrem Außenende auf einem Außengewinde am Außenende des Einpreßrohres festgeschraubt ist oder sich mit seiner Stirnfläche gegen einen auf dem Eintrittsrohr festgeschraubten Teller abstützt und sich an seinem Innenende gegen ein sich rund um das Eintrittsrohr erstreckendes Mantelrohr abstützt. Auch das andere Ende des Einpreßrohres besitzt ein Außengewinde, auf das eine Spannmutter geschraubt ist Durch Anziehen der Spannfutter gegen das Außenende des Mantelrohres kann die Elastomerhülse nach außen zur dichtenden Anlage gegen die Mantelfläche des Bohrlochs deformiert werden. Ein Beispiel einer solchen bekannten Einpreßvorrichtung ist in der US-PS 29 60 831 gezeigt

Nachdem die erforderliche Dichtung zwischen dem Einpreßrohr und der Bohrlochwand zustände»ebracht ist, beginnt das Injizieren durch das Einpreßrohr. Der Einpreßdruck kann schwanken, beträgt aber für Zement üblicherweise 5—20kp/cm², in Abhängigkeit von der erwünschten Eindringtiefe in die Risse. Nach dem Injizieren ist dann der Einpreßdruck während des Erstarrens des eingepreßten Materials aufrechtzuerhalten, und man läßt deshalb das Einpreßrohr, das Mantelrohr und die Aufweithülse der bekannten Einpreßvorrichtung so lange im Bohrloch verbleiben, bis das Dichtungsmaterial erstarrt ist Die Pumpeinheit der Einpreßvorrichtung wird von dem im Bohrloch verbleibenden TeD, der sog. Manschette, gelöst und zum nächsten Bohrloch gebracht, in das injiziert werden soll und in das man in ähnlicher Weise eine Manschette mit Einpreßrohr, Mantelrohr und Aufweitvorrichtung einsetzt Ein Nachteil der bekannten Einpreßvorrichtung ist, daß das Einpreßrohr mit seinem Mantelrohr im Bohrloch zurückgelassen werden muß, denn teils sind viele solche Manschettensätze erforderlich, damit man weiter arbeiten kann, während das Dichtungsmaterial in den ersten Bohrlöchern erstarrt, und teils werden die Manschetten beim Herausziehen aus den Bohrlöchern oft zerstört Außerdem können die Manschetten nur mit Schwierigkeit gelöst und zur erneuten Verwendung gereinigt werden. Schließlich geht infolge der Wartezeit und auch des Abstandes in den Tunneln oder Felsenräumen, wenn man zurückgehen muß, um die Manschetten zu lösen, viel Zeit verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der schneller und ohne den ständigen Verlust von Einpreß- und Mantelrohr injiziert werden kann.

Die eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 betreffende Einrichtung löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die vom Einpreßrohr lösbare Einpreßdüse und eine Aufweithülse beim Aufweiten miteinander verbindbar sind und eine die Aufweitvorrichtung darstellende Einheit bilden, welche in aufgeweitetem Zustand vom Einpreßrohr lösbar und nach dem Einbringen des Injizierguts im Bohrloch zurücklaßbar ist

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einpreßdüse einen kuppelartigen, aus Elastomermaterial bestehenden Ventilteil hat, der das Auslaßende des Injizierrohres überbrückt und Durchtrittsschlitze besitzt, die beim Injizieren des Dichtungsmaterials unter Druck zu öffnen und bei Aufhebung des Druckes wieder verschließbar sind.

Der kuppelartige Ventilteil ist außen und vorzugsweise auch innen konisch, und die Durchtrittsschlitze sind vorzugsweise mit Mündungen versehen, die in Stirnansicht der Einpreßdüse etwa sehnenförmig zum Grundriß der Düse verlaufen. Dabei sollen sich die Durchtrittsschlitze schräg nach innen von der Außenseite des kuppelartigen Ventilteils gegen das Einpreßrohr hin erstrecken. Durch diese Ausbildung des kuppelartigen Ventilteils erhält man eine hohe selbstdichtende Wirkung des Ventils, da der gegen die Außenseite des kuppelartigen Ventilteils ausgeübte Druck schräg nach

außen durch diesen Υς,ιοΠεΙΙ gegen Jessen ßasjsende fortgepflanzt wird und dabei die Durchtrittssehlitze im kuppejartigen Ventilteil zusammendrückt

Um eine besonders gute Dichtwirkung der Durchtrittsschlitze zu erzielen, sind diese in den kuppelartigen Ventilteil eingeschnittea Zu diesem Zweck wird der kuppelartige Ventilteil mittels eines lanzettenartigen Schneidwerkzeugs durchstoßen.

Um das Aufweiten der Aufweithülse zu erleichtern, ist der mit der Aufweithülse eingreifende Mantelfiächenteil der Einpreßdüse vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet und mit seinem schmalen Ende der Aufweithülse zugeHehrt, so daß dieser kegelstumpfförmige Teil der Mantelfläche mit einer kegelstumpfförmigen, inneren Mantelfläche in der Aufweithülse eingreifen kann. Um einen besonders hohen Anpreßdruck der Autweithülse gegen die Wand des umgebenden Lochs zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einpreßdüse eine Metalleinlage besitzt, die sich im wesentlichen bis an die Basis des kuppelartigen Ventflteils heran erstreckt und nur von einer verhältnismäßig dünnen Schicht des Elastomermaterials umgeben ist

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die erfindungsgemäße Einpreßvorrichtung,

Fig.2 im Axialschnitt eine von der Vorrichtung umfaßte Aufweithülse,

Fig.3 im Axialschnitt eine von der Vorrichtung umfaßte Einpreßdüse,

F i g. 4 in Draufsicht die in F i g. 3 gezeigte Einpreßdüse vom spitzen Ende gesehen,

Fig.5 im Axialschnitt einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsmäßigen Einpreßvorrichtung, und

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in F i g. 5. Die erfindungsmäßige Einpreßvorrichtung umfaßt ein Einpreßrohr 10, dessen freies Ende mit einem Gewinde ausgebildet ist, auf dem ein Einpreßventil 11 festgeschraubt ist Die nähere Ausbildung dieses Einpreßventils ist im folgenden beschrieben. Das Einpreßventil wirkt mit einer Aufweithülse 12 zusammen, deren Konstruktion ebenfalls im folgenden näher beschrieben ist Auf das Einpreßrohr 10 ist ein Mantelrohr 13 gesteckt, das sich gegen die Stirnfläche der Aufweithülse 12 abstützt und an seinem anderen Ende mit einem Gleitring 14 in Eingriff steht, welche· seinerseits mit einer Mutter 15 eingreift, die längs eines Gewindes auf der Außenseite des Einpreßrohres 10 geschraubt werden kann. Die Mutter 15 besitzt einen Griff 16, um dieses Schrauben zu erleichtern. Am Ende des Eintrittsrohres ist ein weiterer Griff 17 befestigt, damit man das Einpreßrohr stillhalten kann, während die Mutter 15 mit Hilfe des Griffes 16 gegen das Mantelrohr 13 geschraubt wird. Dadurch, daß man die Mutter 15 gegen das Mantelroisr 13 schraubt kann das Einpreßventil 11 dazu gebracht werden, in das konische Innere der Aufweitvorrichtung 12 einzudringen, um diese zur dichtenden Anlage gegen das umgebende Bohrloch aufzuweiten.

Am Außenende des Einpreßrohres 10 befindet sich ein Hahn 18 zum Sehließen des Eintrittsröhres. Schließlich isl am Außenende auch eine Bajonettfassung 19 vorgesehen, mit deren Hilfe die Einpreßvorrichtung mit einer Pumpenausriistung verbindbar ist

Gemäß der Erfindung hat das Einpreßrohr 10 also an seinem Außenende eine lösbar befestigte Einpreßdüse in Form eines Rückschlagventils. Diese Einpreßdüse bildet zusammen mit der vom Mantelrohr I3anterstützten Aufweithulse 12 die erforderliche Aufweitvorrichtung zum Abdichten der Einpreßvorricbtung gegen die Mantelwand des umgebenden Loches, vorzugsweise des Bohrloches,

Wie aus F i g, 2 hervorgeht, ist die Aufweithülse 12 ein

rohrförmiges Glied mit einer konischen, inneren

Mantelfläche 20, Der Hauptteil der Aufweithülse

besteht aus ElastomermateriaL das mit einem Druckver-

' ° teilungsteiler 21 zusammenvulkanisiert ist

Das Einpreßventil 11 besitzt einen inneren Metallkörper 22 mit einer durchgehenden Bohrung 23, die ein Gewinde zum Aufschrauben auf das Außenende des Einpreßrohres 10 besitzt Die Mündung des Metallkörpers wird von einem kuppelartigen Elastomerteil 24 überbrückt der im dargestellten Ausführungsbeispiel die Gestalt eines Konus mit konischer Innen- und Außenseite hat Dieser Konus geht in ?ine sich rund um den Körper 22 erstreckende Dichtschicht 25 über, welche verhältnismäßig dünn ist Das Einpreßventil 11 hat eine Anzahl Durchtrittsschlitze 2*v welche dadurch gebildet sind, daß das Elastomermater/ol im kuppelartigen Ventilteil 24 mit einem Lanzettenmesser ohne wesentliche Materialbeseitigung durchstochen worden ist Die Durchtrittsschlitze 26 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel schräg nach innen gegen die Mündung des in den Metallkörper eingeschraubten Einpreßrohres gerichtet

Wie aus F i g. 3 und 4 hervorgeht erstrecken sich die Durchtrittsschlitze 26 im wesentlichen längs Sehnet; zum Ventilteil 24, wenn dieser in Stirnansicht gemäß Fig.4 betrachtet wird. Die Durchtrittsschlitze erstrekken sich im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Konusfläche des Ventilteils 24, wodurch man die beste Zusammendrückung der Durchtrittsschlitze erhält wenn das Ventil während des Erstarrens des Injiziergutes als Rückschlagventil arbeiten solL

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird wie folgt benutzt

Zu Beginn des Injizierens ist das Einpreßventil außerhalb der Aufweithülse 12 angebracht, so daß die Aufweithülse und das Einpreßventil leicht in das Bohrloch im Gestein eingeführt werden könnea Wenn beide Teile hinreichend weit hineingeführt werden sind, « wird die Mutter 15 längs des Einpreßrohres 10 geschraubt, bis das Einpreßventil 11 hinreichend weit in die Aufweithülse 12 hineingezogen worden ist, die dabei zur dichtenden Anlage gegen die Mantelfläche des umgebenden Bohrlochs gepreßt wird. Das Einpreßventil und die Aufweithülse werden dabei durch Reibung zu einer Einheit zusammengefaßt Dann beginnt das Injizieren des Dichtungsmaterials, wie Zement oder anderem zweckdienlichen Material, falls das Injizieren zum Zwecke der Abdichtung vorgenommen wird. Der Druck des injizierten Materials wird dabei das Elastomermaterial im kuppelartigen Ventilteil 24 strecken, so daß das Injiziergut durch die Schlitze 26 hindurchgeführt wird. Wenn eine hinreichende Menge Injiziergut eingepreßt worden ist, wird der Druck im Einpreßrohr entlastet, wobei der im Bohrloch vorherrschende Druck auf der anderen Seite des kuppelartigen Ventilteils 24 auf diesen Ventilteil wirken und die Durchtrittsschlitze 26 kräftig zusammenpressen wird, so daß kein Injiziergut in das Einpreßrohr zurückgelangen kann. Dann wird das Einpreßrohr vom Gewinde im Körper 22 icsgeschra;h|, wobei die gesamte Anfwr.itvorrichtung einschließlich des Einpreßventils als eine Einheit im Bohrloch zurückeelassen wird. Das Mantel-

rohr und das Einpreßrohr können also direkt zum nächsten Bohrloch hinübergewechselt werden, wodurch man die umständlichen Reinigungsarbeiten und die langen Wartezeiten, bevor man die Manschette aus dem Bohrloch herausnehmen kann, vermeidet.

Die erfindungsmäßige Einpreßvorrichtung bietet also wesentliche Vorteile, vor allem weil mit ihr weit effektiver gearbeitet werden kann, da bei Verwendung der bekannten Ausrüstung fast die halbe Arbeitszeit durch Warten und Fertigstellung von Material in Anspruch genommen wird. Ferner reduziert die erfindungsmäßige Vorrichtung den Bedarf an Einpreßrohr und Mantelrohr, da diese Teile sofort nach Beendigung des Injizierens entfernt werden können. Hierdurch erhält man den weiteren Vorteil, daß diese Teile leichter zu reinigen sind, da das Injiziergut dann noch immer weich ist Auch das Ergebnis wird besser, da man bei Verwendung der jetzigen Ausrüstung gelegentlich die Erstarrungszeit nicht genügend beachtet, beispielsweise weil irgendein anderes Arbeitsmoment ausgeführt werden muß. Dies kann zu Schwankungen des Druckes im Bohrloch und auch zu Leckage führen. Die Kosten der Einpreßdüse und der Aufweithülse betragen außerdem nur einen Bruchteil der Kosten für die Lagerhaltung und Wartung einer großen Anzahl bekannter Manschetten.

Fig.5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsmäßigen Vorrichtung. Fig. 5 zeigt nur die eigentliche Einpreßdüse und ein kurzes Stück des Einpreßrohres und dessen Mantelrohr. Die untere Hälfte des Schnitts zeigt die Aufweitvorrichtung in aufgeweitetem Zustand, während die obere Hälfte des Schnitts die Aufweitvorrichtung vor dem Aufweiten veranschaulicht Wie aus der Figur ersichtlich, besitzt die Vorrichtung eine Einpreßdüse 30 mit einer länglichen Hülse, an deren einem Ende ein Innengewinde vorgesehen ist Am anderen Ende hat die Hülse einen nach außen gerichteten Flansch 32, an dem ein kuppelartiger Elastomerteil 33 festvulkanisiert ist und den Durchtritt durch die Hülse 31 überbrückt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der kuppelartige Elastomerteil in Form eines Konus mit konischer Innen- und Außenseite. Der Konus besitzt eine Anzahl Durchtrittsschlitze 34, welche dadurch gebildet sind, daß das Elastomermaterial des kuppelartigen Ventilteils 33 mit einem Lanzettenmesser ohne eigentliche Materialbeseitigung durchstochen worden ist Wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Durchtrittsschlitze 34 schräg nach innen gegen den Durchtritt durch die Hülse 31 gerichtet.

Auf die Außenseite der Hülse 31 ist eine Gummibuchse 35 gesteckt. Außerhalb dieser Gummibüchse befindet

ί sich ein Gleitring 3*, gegen dessen Außenseite ein Verriegelungsteller 37 anliegt. Gegen die Außenseite des Verriegelungstellers liegt ein weiterer Gleitring 38 an. Bei Verwendung der Einpreßvorrichtung wird das Einpreßrohr 10 in das Innengewinde der Hülse 31

in eingeschraubt, nachdem man zuerst auf die Außenseite des Einpreßrohres ein Mantelrohr 13 gesteckt hat. Das Mantelrohr 13 und das Einpreßrohr 10 sowie der Rest der Vorrichtung sind in derselben Weise wie bei der früher beschriebenen Ausführungsform ausgebildet.

π Beim Einführen der Einpreßvorrichtung in ein Bohrloch nehmen die Einzelteile die oben in F i g. 5 gezeigte Lage ein. Nach Einführen zur erforderlichen Tiefe wird die Mutter 15 mit Hilfe des Griffes 16 (siehe Fig. 1) angezogen, so daß das Mantelrohr nach innen gegen den Cileitnng 38 gedrückt wird. Der Cjleitring wirkt seinerseits auf den Verriegelungsteller 37, der zusammen mit dem Gleitring 36 verschoben wird, so daß die Gummibüchse 35 deformiert und nach außen zur dichtenden Anlage gegen die Wand des Bohrlochs

-' gedrückt wird, wie unten in F i g. 5 deutlich gezeigt ist.

Dadurch, daß der Verriegelungsteller 37 mit Sperr- und Verriegelungszungen 38 ausgebildet ist, kann er nur nach links in bezug auf Fig. 5 verschoben werden, weshalb i/ie Aufweitung der von der Einpreßdüse 30 und

^Jo der auf diese gesteckten Hülse 35 gebildeten Aufweitvorrichtung auch dann bestehen wird, nachdem das Aufweitrohr 10 vom Innengewinde in der Hülse 31 losgeschraubt und zusammen mit dem Mantelrohr 13 entfernt worden ist. Die Funktion ist somit die gleiche wie bei der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung läßt sich nicht nur zum Einpressen von Injiziergut in Bohrlöcher oder andere Löcher in Gestein oder anderem, festem Material benutzen, sondern auch zum Einspritzen von Isolierstoffen, beispielsweise in die Hohlräume von Schiffsrümpfen od. dgl, wobei das Loch, durch welches die Einpreßvorrichtung eingesteckt wird, beispielsweise ein Rohrstutzen statt eines Bohrlochs ist. Eine andere Verwendung der erfindungsmäßigen

Vorrichtung ist das Injizieren von Zement oder anderem erstarrendem Material unter Betonwandplatten zur Korrigierung von Setzungen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   L Vorrichtung zum Verpressen von Injiziergut durch in festem Material ausgebildete Bohrungen, insbesondere m Gesteifisformatiqnen angeordnete Bohrlöcher, welche ein sich durch ein Mantelrohr erstreckendes Einpreßrohr aufweist, das an seinem Außenende eine lösbare, als Rückschlagventil ausgebildete Einpreßdüse und eine durch das Mantelrohr aufweitbare Vorrichtung zur abdichten- ι ο den Anlage gegen die Wand des Bohrlochs besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Einpreßrohr (10) lösbare Einpreßdüse (11) und eine Aufweithülse (12) beim Aufweiten miteinander verbindbar sind und eine die Aufweitvorrichtung darstellende Einheit bilden, welche in aufgeweitetem Zustand vom Einpreßrohr (10) lösbar und nach dem Einbringen des Injizierguts im Bohrloch zurücklaßbar ist
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft die Einpreßdüse (11) einen kuppelartigen, aus Elastoraermaterial bestehenden Ventilteil (24) aufweist, der das Auspreßende des Einpreßrohrs (10) überbrückt und Durchtrittsschlitze (26) besitzt, die beim Injizieren des Dichtungsmaterials unter Druck zu öffnen und bei Aufhebung des Druckes wieder verschließbar sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kuppelartige Ventilteil (24) außen und vorzugsweise auch innen konisch ist, und daß die Durchtrittsschlitze (26) Mündungen aufweisen, die in Stirnansicht Jer Einpreßdüse (11) gesehen etwa sehnenförmig zum Gnmdriß d-.v Düse (11) verlaufen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Du-chtrittsschlitze (26) schräg nach innen von der Außenseite des kuppelartigen Ventilteils (24) gegen das Einpreßrohr (10) hin erstreckea
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsschlitze (26) in den kuppelartigen Ventilteil (24) eingeschnitten sind.