DE29803279U1

DE29803279U1 - Gebirgsankersystem

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Publication number: DE29803279U1
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Original assignee: SCHRAN BERGBAU BAUMASCHINEN BO
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Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2008-02-26

Description

4320/1 Schrart Bergbau-Baumaechinen-Bohrtechnik .**·&iacgr;** · ?· I &idigr; **'»* 24. Februar 1998

BESCHREIBUNG

Gebirgsankersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gebirgsankersystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gebirgsanker dienen u. a. im Berg-, Tunnel- und Tiefbau der Stabilisierung von Hohlräumen indem mehrere, senkrecht zur Wandung des Hohlraumes aufeinanderfolgende Gebirgsschichten unterschiedlichen Kohäsionszustands miteinander verbunden werden. Schichten von geringerer Tragfähigkeit werden somit an stabilen, tragfähigen Schichten befestigt.

Gebirgsanker sind in zahlreichen Formen bekannt geworden, wobei das Setzen eines Gebirgsanker in jedem Fall das Erstellen eines Bohrlochs und das Einbringen eines aushärtbaren Mediums in das Bohrloch beinhaltet, um einen Ankerkörper in einen festen Verbund mit den, diesen umgebenden Bohrlochwandungen zu bringen. Als besonders arbeitsökonomisch haben sich hierbei solche Anker^ systeme erwiesen, bei denen der eigentliche Ankerkörper durch eine Bohrstange gebildet wird, die nach erstelltem Bohrloch als &ldquor;verlorenes Werkzeug" im Bohrloch verbleibt und deren Spülkanal zum Einbringen des aushärtbaren Mediums in das Bohrloch benutzbar ist. Ein solches Ankersystem ist beispielsweise aus der AU 406956 bekannt.

Wesensmerkmal dieses bekannten Ankersystems ist ein rohrartiges, gleichzeitig als Bohrstange eingesetztes Zugglied, an dessen einem Ende sich ein mit Spülbohrungen ausgerüsteter Bohrkopf befindet. Zum Setzen eines Ankers wird das Zugglied unter Verwendung eines Spülmediums in die zu stabilisierenden Schichten eingetrieben, wobei anschließend, nachdem die erforderliche Eindringtiefe erreicht ist, ein Verpreßmedium über das Zugglied in die auf diese Weise erstelte Bohrung eingebracht wird. Das Zugglied kann im Bedarfsfall unter Verwendung von Kupplungsmuffen auf die benötigte Länge verlängert werden. Wäh-

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rend des Einführens des Verpreßmediums, &zgr;. B. einer Mörtelsuspension kann das Zugglied axial bewegt werden, um die örtliche Durchdringung des umliegenden Gebirges zu verbessern. Das Verpreßmedium tritt aufgrund der auf den Bereich des Bohrkopfes beschränkten Spülbohrungen gleichermaßen wie das Spülmedium jedoch nur bohrlochsohlenseitig aus dem Zugglied aus und soll von hier ausgehend einen aus einem Gemenge aus Verpreßmedium und Gebirgspartikeln bestehenden Verankerungskörper bilden, der sich jedoch nach Maßgabe der örtlichen Gebirgsverhältnisse unterschiedlich ausbilden kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Gebirgsankersystem mit Hinblick auf reproduzierbare Arbeitsergebnisse und eine einwandfreie Einbindung des Ankerkörpers in das aushärtbare Medium hin zu verbessern. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Gebirgsankersystem durch die Merkmale des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist, daß ein Spülrohr zum Einsatz kommt, dessen Verwendung jedoch auf die Spülphase beschränkt ist somit auf den, auf die Erstellung eines Bohrlochs gerichteten Arbeitschritt. Das Zugglied ist wenigstens bereichsweise mit Bohrungen versehen, die ihrerseits erst in der Injizierphase zum Einsatz kommen. Dies bedeutet, daß das Spülmedium, z. B. Wasser oder Luft und das Injizier- oder Verpreßmedium das Zugglied - von eventuellen geringfügigen Leckageströmen abgesehen - nicht auf dem gleichen Wege verlassen. Der Bereich des Zuggliedes, entlang welchem die genannten Bohrungen vorgesehen sind, richtet sich in seiner räumlichen Anordnung nach dem Bereich entlang der Achse des Zuggliedes, der über das Injiziermedium in einen Verbund mit den angrenzenden Bohrlochwandungen gebracht werden soll. Es kann dies auch die gesamte Länge des Zuggliedes sein. Das Spülmedium hingegen verläßt das Zugglied ausschließlich über die Spülbohrungen des Bohrkopfes, so daß während der Spülphase die Bohrungen des Zuggliedes funktionslos sind. Umgekehrt können die Spülbohrungen des Bohrköpfes in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des bohrlochsohlenseitigen Gebirges ihrerseits während der Injizierphase funktionslos sein. Das System aus Zugglied und Bohrkopf bildet den eigentlichen Ankerkörper, der im Bohrloch verbleibt, wohingegen das Spülrohr dem Zugglied entnommen

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und einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Die Bohrungen des Zuggliedes sind zweckmäßigerweise rotationssymmetrisch verteilt angeordnet, um ein allseitig gleichförmiges Austreten eines Injiziermediums sicherzustellen. Dadurch, daß die genannten Bohrungen in ihrer räumlichen Verteilung entlang des Zuggliedes an den Bereich desselben angepaßt sind, um den herum die Bereitstellung eines Verankerungskörpers beabsichtigt ist, kann dieser in kürzester Zeit gebildet werden. Lange, unter Umständen die Stabilität des Bohrlochs beeinträchtigende Strömungswege des Injiziermediums lassen sich somit verhindern. Gleichzeitig wird frühzeitig auf die Bohrlochwandungen eine Stützwirkung ausgeübt, ein Gesichtspunkt, der insbesondere bei kohäsionsarmem Gebirge bzw Erdreich von großer Bedeutung ist. Das erfindungsgemäße Gebirgsankersystem führt somit nach Maßgabe der räumlichen Anordnung bzw Verteilung der Bohrungen zu reproduzierbaren Arbeitsergebnissen hinsichtlich der Einbringung des Injiziermediums und der gleichförmigen Einbindung des Zuggliedes, und zwar unabhängig von den örtlich nicht genau bekannten Gebirgsverhältnissen entlang der Achse eines Bohrlochs.

Die Merkmale des Anspruchs 2 bringen den Vorteil mit sich, daß eine exakte Führung des Spülmediums dahingehend erfolgt, daß dieses ausscließlich über die Spülbohrungen des Bohrkopfes austritt. Dabei kann die zur Bereitstellung einer hinreichenden Dichtwirkung erforderliche Anpreßkraft luftseitig über einen Spül- bzw. Injizierkopf oder den Bohrantrieb aufgebracht werden. Dadurch, daß die Bohrungen des Zuggliedes bzw des Grundkörpers mit Rückschlagventilen ausgerüstet sind, ist die Möglichkeit von Nachverpreßvorgängen gegeben. Nahezu jedes Bauelement, welches zur Ausübung einer Durchflußsperrwirkung in einer Richtung geeignet ist, kann in diesem Zusammenhang als Rüchschlagventil eingesetzt werden. Hierauf wird im folgenden noch näher eingegangen werden.

Die Merkmale des Anspruchs 3 dienen der Verbesserung des Formschlusses zwischen dem Zugglied einerseits und dem, dieses umgebenden, aus Injiziermedium bestehenden Verankerungskörper. Es können nahezu beliebige Profilierungen zu diesem Zweck eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise sollten sich diese Profilierungen gleichförmig über die gesamte Länge des Zuggliedes erstrecken. *

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Die Merkmale des Anspruchs 4 dienen primär der Zentrierung des Zuggliedes innerhalb des Bohrlochs. Gleichzeitig geht von diesen Abstandhalten jedoch auch eine Verbesserung des Formschlusses u. a. mit dem Verankerungskörper aus. 5

Die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 sind auf weitere praktische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gebirgsankersystems gerichtet. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen schematisch wiedergegegebene Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Ankersystems während der Erstellung eines Bohrlochs, somit während der Spülphase; Fig.2 einen vergrößerten Axialschnitt eines bei dem Ankersystem gemäß Fig. 1 eingesetzten Bohrkopfes;

Fig. 3 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Ankersystems während der Injizierphase;

Fig. 4 eine vergrößerte Teildarstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen

Ankersystems im Axialschnitt.
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Es wird im Folgenden zunächst auf die zeichnerischen Darstellungen gemäß den Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Im Einzelnen ist mit 1 das rohrartige Zugglied eines Gebirgsanker bezeichnet, welches während des Erstellens eines Bohrlochs 2 zunächst nach Art einer Bohrstange benutzt wird und demzufolge an seinem einen Ende mit einem Bohrkopf 3 versehen ist. Das Zugglied steht an seinem, dem Bohrkopf 3 abgekehrten Ende, somit luftseitig mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Spül- bzw. Injektiohskopf sowie einem Bohrantrieb in Verbindung.

Das Zugglied 1 ist zumindest an seinem, dem Bohrkopf zugekehrten Ende mit einem Gewindeabschnitt versehen, der zur Verschraubung mit einem Innengewindeabschnitt 4 des Bohrkopfes 3 bestimmt ist. Grundsätzlich kann der Bohrkopf 3 mit dem Zugglied 3 auch verschweißt sein.

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Der Bohrkopf 3 ist durch einen zentralen Hohlraum 5 gekennzeichnet, dessen Länge im wesentlichen derjenigen des Innengewindeabschnitts 4 entspricht und der somit zur Aufnahme eines Zuggliedes 1 bestimmt ist. Koaxial zu diesem Hohlraum 5, somit in Richtung der Achse 6 des Bohrkopfes 3 verläuft unter Zwischenanordnung einer ringartigen, sich senkrecht zu der Achse 6 erstreckenden Anlagefläche 7 eine Spülbohrung 8, deren Durchmesser geringer als derjenige des Hohlraumes 5 bemessen ist. Von der genannten Spülbohrung 8 sind weitere Spülbohrungen 9,10 abgezweigt, deren Achsen sich unter stumpfen Winkeln zu der Achse 6 erstrecken und deren Austrittsöffnungen sich somit seitlich befinden.

Mit 11 ist ein aus einem beispielsweise elastomeren Werkstoff bestehender Dichtring bezeichnet, der auf der Anlagefläche 7 gehalten ist und dessen Funktion im folgenden noch erläutert werden wird.

Zum Erstellen einer Bohrung 2 zwecks Setzens eines Gebirgsanker wird zunächst in das mit einem Bohrkoüf 3 bestückte Zugglied 1 ein Spülrohr 2 eingeführt, dessen bohrkopfseitige Stirnseite auf dem Dichtring 11 dichtend anliegt. Das vorzugsweise metallische Spülrohr 12 wird in dieser Anlage unter Mitwirkung des zeichnerisch nicht dargestellten Spülkopfes bzw. des Bohrantriebes gehalten. Während der sich anschließenden Bohrphase strömt ein Spülmittel, &zgr;. &Bgr;. Wasser oder auch Luft in Richtung der Pfeile 13 durch das Spülrohr 12 und verläßt dieses bohrlochsohlenseitig über die Spülbohrungen 8 bis 10 des Bohrkopfes 3 um die infolge des Bohrvorgangs gelösten Gebirgspartike! aufzunehmen und diese anschließend über den Ringraum zwischen der Innenseite 14 des Bohrlochs 2 und der Außenseite 15 des Zuggliedes 1 in Richtung der Pfeile 16 auszuspülen. Sowohl das Spülrohr 12 als auch das Zugglied 1 können nach Maßgabe der absoluten Länge des Bohrlochs 2 unter Zwischenanordnung geeigneter Kupplungsmuffen in an sich bekannter Weise verlängert werden. Ist auf diese Weise die endgültige Tiefe des Bohrlochs 2 erreicht, dessen Wandungen in Abhängigkeit vom Kohäsionszustand der entlang der Achse 6 aufeinanderfolgenden Gebirgsformationen eine unterschiedliche Stabilität haben können, werden sowohl der Bohrantrieb als auch der Spülkopf von dem Zugglied gelöst und anschließend das Spülrohr 12 entfernt. Es schließt sich nunmehr die Injizierphase

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an und es wird zur Erläuterung dieses Vorgangs ergänzend auf die Zeichnungsfigur 3 Bezug genommen.

Das Zugglied 1 ist entlang seiner Achse 6 mit einer Reihe von Bohrungen 17 versehen, die während der Spülphase aufgrund der dichtenden Anlage des Spülrohres 12 an dem Dichtring 11 funktionslos sind. Zeichnerisch nicht dargestellt sind Rückschlagventile, die einer jeden der Bohrungen 17 zugeordnet sind und die dahingehend eingerichtet sind, daß ein Ausströmen eines fließfähigen Mediums aus dem Zugglied 1 ermöglicht, ein Rückströmen durch die Bohrung in das Zugglied hingegen unterbunden wird. Auf die Bedeutung dieser Rückschlagventile wird im folgenden noch näher eingegangen werden. Die Bohrungen 17 können entlang des gesamten Zuggliedes vorgesehen sein - sie können gleichermaßen auch auf wählbare Längenabschnitte bzw auf einen, entlang des Zuggliedes jeweils nach Maßgabe der vorgefundenen Gebirgsverhältnisse plazierten Längenabschnitt beschränkt sein.

Zur Einleitung der Injizierphase wird nunmehr der Injektionskopf mit dem luftseitigen Ende des Zuggliedes verbunden, wobei ein aushärtbares Medium, z. B. eine Mörtelsuspension oder ein Kunstharz unter Druck in das Zugglied eingebracht wird. Dieses aushärtbare Medium tritt über die Bohrungen 17 und - zu einem geringeren Teil - auch über die Spülbohrungen 8 bis 10 aus, um in der Folge das Bohrloch 2, insbesondere den eingangs genannten Ringraum vollständig auszufüllen. Die Injizierphase ist abgeschlossen, sobald dieser Ringraum verfüllt ist.

Nach Aushärtung des genannten Mediums ergibt sich ein Verbund zwischen den Innenseiten 14 des Bohrlochs 2 einerseits und den zukehrten Außenseiten 15 des Zuggliedes 1 andererseits, welch letztere zur Verbesserung eines Formschlußes im Oberflächenbereich profiliert sein können. Die luftseitige Verspannung des Zuggliedes erfolgt in an sich bekannter Weise, worauf im folgenden nicht näher eingegangen werden wird. Sowohl das Zugglied 1 als auch der Bohrkopf 3 werden bei dem erfindungsgemäßen Gebirgsankersystem als verlorenes Werkzeug betrachtet, welches in der Bohrung verbleibt, wohingegen das Spülrohr 12 für eine Verwendung beim Setzen eines weiteren Gebirgsanker zur Verfügung steht.

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Das Zugglied 1 steht während des Injizierens still und es findet das Einbringen des aushärtbaren Mediums im Regelfall erst nach erfolgtem Entfernen des Spülrohres 12 statt. Es ist jedoch auch möglich, diesen Vorgang zeitgleich mit dem Zurückziehen des Spülrohres ablaufen zu lassen.

Das erfindungsgemäße Gebirgsankersystem ermöglicht nach erfolgtem primären Injizieren auch ein Nachverpressen. Die bereits genannten Rückschlagventile verhindern während des primären Injizierens ein Rückströmen des aushärtbaren Mediums in das Zugglied 1, so daß anschließend, daß heißt vor einem beginnenden Aushärten ein Nachverpressen möglich ist, indem dieses Medium nunmehr unter erhöhtem Druck in das Zugglied eingeführt wird, hierbei eine Verdrängungswirkung auf die, sich noch innerhalb des Zuggliedes 1 befindlichen Anteile aus aushärtbarem Medium ausübt wird der, das Zugglied innerhalb des Bohrlochs umgebende primäre Verankerungskörper aus aushärtbarem Medium hydraulisch aufgesprengt, so daß das Verpreßmedium weitergehend in das umliegende Gebirge eindringen kann und sich demzufolge eine verbesserte Verankerungswirkung ergibt. Ein dem Nachverpressen vorausgehendes Ausspulen des Innenraums des Zuggliedes ist zwar möglich, jedoch nicht erforderlich.

Zur Verbesserung der zentrischen Führung des Zuggliedes 1 innerhalb des gebildeten Bohrlochs 2 kann ersteres mit besonderen Führungsmitteln wie Abstandshaltern versehen sein. Diese können, wie Fig. 4 zeigt, durch wendelartige, mit der Außenseite des Zuggliedes vorzugsweise durch Schweißung verbundene Stegteile 18 gebildet werden. Derartige Abstandhalter können sich kontinuierlich über die gesamte Länge des Zuggliedes 1 erstrecken - sie können jedoch gleichermaßen auch in der Form von einzelnen, sich jeweils über Teillängen erstreckenden Abstandhalterelementen vorgesehen sein.

Diese Abstandhalter üben eine Zentrierungswirkung auf das Zugglied 1 aus und tragen dazu bei, daß eine einseitige Anlage des Zuggliedes an der Wandung des Bohrlochs verhindert wird. Hinzutritt, daß der Formschluß zwischen dem Zugglied 1 einerseits und dem dieses umgebenden Ringkörper aus aushärtbarem Medium

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verbessert wird. Schließlich kann durch durch solche Abstandhalter auch eine stabilisierende Wirkung auf Bohrlochwandungen ausgeübt werden.

Es sind zahlreiche Varianten hinsichtlich der praktischen Vorgehensweise beim Setzen eines Gebirgsankers unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gebirgsankersystems möglich. So kann das Spülmedium beispielsweise auch aus einer bindemittelhaltigen Suspension bestehen.

Claims

4320/1 Schran Bergbau-Baumaschinen-Bohrtechnik .**·· · J* ', '. ··· 24. Februar 1998 ANSPRÜCHE

1. Gebirgsankersystem, bestehend aus einem, an einem Ende mit einem Bohrkopf (3) versehenen, rohrartigen, zur Verwendung sowohl als Bohrstange als auch als Zugglied (1) eines Gebirgsankers bestimmter Grundkörper, wobei der Bohrkopf (3) mit wenigstens einer Spülbohrung ((8,9,10) versehen ist,

gekennzeichnet durch
10

- ein auswechselbar innerhalb des Grundkörpers angeordnetes, sich über dessen gesamte Länge erstreckendes, mit der wenigstens einen Spülbohrung (8,9,10) kommunizierendes Spülrohr (12),

- wobei der Grundkörper wenigstens abschnittsweise mit Bohrungen (17) versehen ist.

2. Gebirgsankersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Spülrohr (12) innerhalb des Bohrkopfes (3) stirnseitig dichtend anliegt und

- daß jede der Bohrungen (17) mit einem Rückschlagventil oder einem vergleichbaren Funktionselement ausgerüstet ist, welches dazu bestimmt und eingerichtet ist, einen Medienfluß aus dem Grundkörper heraus zu ermöglichen, in umgekehrter Richtung hingegen zu sperren.

3. Gebirgsankersystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet

- daß der Grundkörper außenseitig zumindest abschnittsweise mit einer Profilierung versehen ist.

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4. Gebirgsankersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,
5

- daß der Grundkörper außenseitig zumindest abschnittsweise mit einem stegartigen Abstandhalter versehen ist, dessen radiale Abmessungen im wesentlichen denjenigen des Bohrkopfes (3) entsprechen.

5. Gebirgsankersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Grundkörper über seine gesamte Länge mit Bohrungen (17) versehen ist und

- daß der Abstandhalter als schraubenlinienförmig gewundene, mit dem Grundkörper in fester Verbindung stehende Wendel ausgebildet ist.

6. Gebirgsankersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Grundkörper zumindest an seinen Endbereichen mit Gewindeabschnitten zum Ankuppeln des Bohrkopfes (3), eines Spül- und/oder Injektionskopfes oder einer Kupplungsmuffe zum Anbinden eines weiteren Grundkörpers zwecks Verlängerung des Gebirgsankers versehen ist.