DE4128154A1 - Injektionsrohr und verfahren zum setzen eines gebirgsankers - Google Patents
Injektionsrohr und verfahren zum setzen eines gebirgsankersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Injektionsrohr ent
sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie bezieht
sich ferner auf ein Verfahren zum Setzen eines Gebirgs
ankers entsprechend dem Oberbegriff das Anspruchs 17.
Injektionsbohranker als solche sind bekannt. Sie ent
sprechen strukturell im wesentlichen Bohrstangen, bzw.
Injektionsrohren, die nach Erstellung der Bohrung unmit
telbar als Gebirgsanker benutzt werden und demzufolge
als verlorenes Werkzeug innerhalb der Bohrung verblei
ben.
Beispielsweise ist aus der DE 37 24 165 C2 ein Injek
tionsbohranker bekannt, der aus wenigstens einem, über
seine gesamte Länge mit Außengewinde versehenen Anker
stangenabschnitt besteht, an dessen einem, der Bohrloch
sohle zugekehrten Ende eine plattenartige, den Anker
stangenabschnitt radial überragende, mit Schneidkanten
versehene Bohrkrone angeschweißt ist. Ein den Ankerstan
genabschnitt axial durchziehender Längskanal endet im
Bereich der Bohrkrone in einer axialen Spülbohrung,
wobei in einem, der Bohrkrone unmittelbar benachbarten
Bereich weitere, zu Spülzwecken dienende Querbohrungen
vorgesehen sind. Ein solcher Injektionsbohranker ist
grundsätzlich zum Erstellen von Bohrungen und enschlie
ßendem Setzen von Gebirgsankern geeignet, wobei zunächst
unter Verwendung eines geeigneten Spülmediums eine
Bohrung erstellt wird, welches Spülmedium über die
genannte Spülbohrung des Bohrkopfes sowie die genannten
Querbohrungen austritt, das als Folge des Bohrvorgangs
gelöste Gestein aufnimmt und in Richtung auf die Bohr
lochmündung hin ausspült. Anschließend wird der Längska
nal in Verbindung mit den Querbohrungen zum Einbringen
eines aushärtbaren Mediums, z. B. einer Mörtelsuspension
benutzt, welche im Bereich des Bohrkopfes in den Ring
raum zwischen der Außenseite des Ankerstangenabschnitts
und der Innenseite des Bohrloches eintritt und diesen,
von der Bohrlochsohle bis zu dessen Mündung hin fort
schreitend in der Folge ausfüllt. Während dieses Ausfül
lens werden in den einzelnen Gebirgsschichten verbleiben
de Risse und Spalten ausgefüllt und auf diese Weise ein
zuverlässiger Verbund zwischen Gebirgsanker und Gebirge
hergestellt, welcher durch das, sich über die Außenseite
des Ankerstangenabschnitts erstreckende Gewinde weiter
verbessert wird.
Aus dem Prospekt "Riploy, Extension rod equipment", P. +
V. (Mining 8 Engineering) Limited, Sheffield, England
1971 sowie der DE 34 00 182 C2 sind darüber hinaus
aufschraubbare Bohrköpfe für Bohrstangen bzw. Bohranker
bekannt.
Gebirgsanker dienen im Tunnel- und Stollenbau bekannt
lich zur Stabilisierung von Hohlraumwandungen und werden
darüber hinaus auch zur Hangsicherung eingesetzt. Ihre
Wirkungsweise beruht im wesentlichen auf der Herstellung
eines Verbundes zwischen den, in Längsrichtung des
Ankers aufeinanderfolgenden Gebirgsschichten. Schwierig
gestaltet sich die Stabilisierung in allen den Fällen,
in denen die miteinander zu verbindenden Schichten als
kohäsionsarm anzusehen sind, so daß zur Erzielung einer
zuverlässigen Verankerung steta besondere Maßnahmen
erforderlich sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Injektionsrohr der
eingangs bezeichneten Gattung insbesondere mit Hinblick
auf eine Verwendung bei extrem kohäsionsarmem Gebirge zu
verbessern. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungs
gemäßen Injektionsrohr durch die Merkmale des Kennzeich
nungsteils des Anspruchs 1.
Erfindungswesentlich ist hiernach, daß der Rohrabschnitt
mit einem Rückschlagventil ausgerüstet ist, welches eine
Ausströmung aus dem zentralen Längskanal hinaus ermög
licht, jedoch eine Rückströmung sperrt. Dieses Rück
schlagventil ist bestimmungsgemäß dazu nutzbar, um nach
anfänglichem Mörteleinbringen in das Bohrloch den den
Rohrabschnitt im Bereich dieses Verpreßventils umgeben
den Mörtelkörper hydraulisch aufzusprengen und entspre
chend dem Zuführungsdruck der Mörtelsuspension oder
eines sonstigen aushärtungsfähigen Mediums volumenmäßig
aufzuweiten. Angestrebt wird in jedem Fall eine nach
trägliche Erweiterung des Gebirgsbereichs, der von der
Mörtelsuspension durchdrungen wird und somit zur Ver
bundwirkung zwischen Gebirge und Injektionsrohr bzw. zur
Verfestigung sowie Stabilisierung des Gebirges beiträgt.
Es ergibt sich auf diese Weise eine, einem Spreizdübel
vergleichbare Verankerungswirkung, die nach Maßgabe des
Zuführungsdrucks der Mörtelsuspension sowie der Beschaf
fenheit des umliegenden Gebirges räumlich in einem hohen
Maß ausdehnbar ist. Sobald die weitere Zuführung an
Mörtelsuspension eingestellt wird, wird durch dieses
Verpreßventil ein Rückströmen in den Längskanal des
Injektionsrohres verhindert, so daß der Aushärtungsvor
gang anschließend einsetzen kann. Entsprechend der unter
Mitwirkung des/der Verpreßventile erzielten Aufweitung
des, von der Mörtelsuspension erfaßten Bereiches ergibt
sich auch bei kohösionsarmem Gebirge eine zuverlässige
Verbundwirkung zwischen Injektionsrohr und Gebirge. Das
Injektionsrohr kann hiernach im einfachsten ein bohr
lochsohlenseitig geschlossenes und mit wenigstens einem
Verpreßventil ausgerüstetes Rohr sein, welches außensei
tig eine durchgehende Profilierung trägt.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 ist das Injektions
rohr nach Art eines Injektionsbohrankers ausgebildet und
bohrlochsohlenseitig mit einer Bohrkrone ausgerüstet. Es
ist dies der wesentliche, jedoch nicht ausschließliche
Anwendungsfall des Erfindungsgegenstands.
Die Benutzung von Verpreßventilen entsprechend obigen
Ausführungen setzt naturgemäß voraus, daß nach einem
anfänglichen Verfüllen des erstellten Bohrlochs mit
einer Mörtelsuspension unter Verwendung des innerhalb
desselben befindlichen Injektionsbohrankers die ohnehin
vorhandenen Austrittsöffnungen des Bohrkopfes sowie des
bohrkopfnahen Bereiches des Ankerstangenabschnitts
gesperrt werden können. Dies kann beispielsweise durch
Einführen eines Verdrängungskörpers geschehen, durch
dessen Einführung in den Längskanal die noch innerhalb
desselben im Anschluß an das Verfüllen des Bohrlochs
vorhandene Mörtelsuspension über die genannten Aus
trittsöffnungen verdrängt und in das Gebirge überführt
wird. Dieser Verdrängungskörper verbleibt anschließend
innerhalb des Längskanals und wird so weit in diesen
eingeführt, daß in jedem Fall die Verpreßvertile innen
seitig freigelegt sind. Eine andere Vorgehensweise wird
bei Injektionsbohrankern entsprechend den Merkmalen der
Ansprüche 3 und 4 ermöglicht. Deren Wesensmerkmal ist
ein, den Austrittsöffnungen der Bohrkrone sowie des
bohrkronennahen Bereichs des Ankerstangenabschnitts
zugeordnetes Ventil, welches in den Längskanal einge
setzt ist und nach Art eines Rückschlagventils ausgebil
det ist. In dem, der Bohrsohle benachbarten Bereich
befinden sich erfindungsgemäß somit zwei Ventile bzw.
Gruppen von Ventilen, nämlich die bereits genannten
Verpreßventile einerseits und die, den Austrittsöffnun
gen unter anderem der Bohrkrone zugeordneten Ventile
andererseits, wobei beide Ventile sich hauptsächlich
durch ihre Vorspannung unterscheiden, welches zur Folge
hat, daß diese Ventile niemals gleichzeitig in Funktion
treten. So ist die Vorspannung der Verpreßventile derart
bemessen, daß diese erst bei einem, für das nachträgli
che Verpressen ausreichenden Druck öffnen, nicht hinge
gen bei dem Druck, unter dem anfänglich Spülflüssigkeit
während des Bohrens steht sowie die anfänglich zwecks
Bohrlochverfüllung eingeführte Mörtelsuspension. Die der
Bohrkrone bzw. dem bohrkronennahen Bereich zugeordneten
Ventile sind demzufolge derart bemessen, daß diese bei
einem solchen Druck bereits öffnen, unter dem die Spül
flüssigkeit bzw. die anfänglich eingeführte Mörtelsus
pension steht. Wesentlich ist somit, daß die beiden
genannten Gruppen von Ventilen stets nacheinander,
nämlich während unterschiedlicher Arbeitsphasen und
damit niemals gleichzeitig öffnen. Wesentlich ist auch
die Ausbildung beider Ventilarten nach Art von Rück
schlagventilen, wodurch eine Strömung eines fließfähigen
Mediums durch diese Ventile in lediglich einer Richtung,
nämlich aus dem Längskanal heraus in den umliegenden
Gebirgsraum hinein ermöglicht wird.
Das Verpreßventil ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs
6 vorzugsweise lediglich in einem der Bohrkrone benach
barten Bereich angeordnet. Es kann sich hierbei bei
spielsweise um einen Bereich ausgehend von der Bohrkrone
von bis zu 5% der Länge des der Bohrkrone benachbarten
Ankerstangenabschnitts handeln. Auf diese Weise ist
sichergestellt, daß insbesondere der der Bohrlochsohle
benachbarte Bereich eine Spreizwirkung und damit eine
sichere Fixierung in dem umliegenden Gebirge erföhrt.
Es ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 jedoch auch
denkbar, mehrere Verpreßventile entlang des Injektions
bohrankers vorzusehen, so daß die Verankerungswirkung in
einem größeren räumlichen Bereich verbessert werden
kann. Auch in diesem Fall sind die Verpreßventile vor
zugsweise in einem solchen Längenbereich - beginnend mit
der Bohrkrone - angeordnet, der höchstens 50% der Ge
samtlänge des Injektionsbohrankers bzw. des/der Anker
stangenabschnitts/Ankerstangenabschnitte beträgt. Es
kann dies im Einzelfall nach Maßgabe der vorgefundenen
Beschaffenheit der zu verbindenden Gebirgsschichten
festgelegt werden.
Die Merkmale der Ansprüche B und 9 sind auf eine beson
ders einfache und kostengünstig zu realisierende Ausfüh
rungsform der einzusetzenden Verpreßventile, insbesonde
re Rückschlagventile gerichtet. Diese Ventile können an
beliebiger Stelle entlang der Ankerstangenabschnitte
angeordnet werden. Sie bestehen im wesentlichen aus
einem, aus einem elastischen Werkstoff bestehenden
Schlauchabschnitt, der über den Ankerstangenabschnitt
geschoben wird und in seiner endgültigen Montageposition
eine Querbohrung dichtend überdeckt. Die genannten
Arretierringe überragen radial den Schlauchabschnitt und
sichern dessen axiale Position insbesondere während des
Bohrens.
Anstelle einer Querbohrung - und zwar in gleichmäßiger
Umfangsverteilung mehrere Querbohrungen vorgesehen sein,
um ein möglichst gleichförmiges Austreten der Mörtel
suspension zu ermöglichen. Der Schlauchabschnitt kann
besonders vorteilhaft aus einem faserverstärkten Gummi
werkstoff oder einem Werkstoff vergleichbarer Elastizi
tät bestehen, die in jedem Fall dahingehend bemessen
ist, daß während des anfänglichen Verfüllens des Bohr
lochs die Ventile funktionslos bleiben, das heißt im
Schließzustand verharren. Erst auf einen erhöhten Zu
führungsdruck hin, wobei ein vorheriges Verschließen der
Austrittsöffnungen des Bohrkopfes und sonstiger, zu
Spülzwecken benutzte Austrittsbohrungen beispielsweise
mittels eines Verschlußkörpers vorausgesetzt wird,
öffnen die Verpreßventile.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ist für jede Bohrung
des Ankerstangenabschnitts bzw. des Rohrelements des
Verpreßventils ein Sperrkörper vorgesehen, der durch den
Hüllkörper in einer, die Bohrungen dichtend verschließen
den Position gehalten ist. Der Hüllkörper bildet in
diesem Fall, eine den Sperrkörper in der Schließposition
haltende Rückstellfeder. Der Sperrkörper als solcher
kann grundsätzlich eine beliebige Gestalt aufweisen und
ist zum Beispiel als Kugel, Kegel, Kegelstumpf usw.
ausgebildet. Es diese Ausbildung eines Verpreßventils
als besonders zuverlässig anzusehen und insbesondere für
sehr hohe Drücke geeignet.
Die Merkmale der Ansprüche 11 und 12 sind auf unter
schiedliche Varianten insoweit gerichtet, als der Sperr
körper als von dem Hüllkörper getrenntes oder mit diesem
zusammenhängendes bzw. einstückiges Bauteil ausgebildet
sein kann.
Die Merkmale der Ansprüche 13 bis 15 sind auf weitere
Ausgestaltungen des Sperrkörpers sowie der, mit diesem
zusammenwirkenden Bohrung gerichtet. Im Falle der Verwen
dung einer Armierungseinlage ergibt sich eine hohe
Steifigkeit des Sperrkörpers, welche bei sehr hohen
Drücken von Vorteil sein kann. Die Bohrung weist eine
sich einwärts verjüngende Gestalt auf und es ist der
Sperrkörper an diese Gestaltung angepaßt. Auf diese
Weise ergibt sich bei Reduzierung des Druckes ein er
leichtertes Einführen des Sperrkörpers in die Bohrung.
Besonders vorteilhaft kann das Verpreßventil als Zwischen
element zwischen zwei Rohrelementen ausgestaltet sein,
wobei beispielsweise die, die Funktion von Arretierrin
gen übernehmenden Rohrzylinder strukturell Ankerstangen
entsprechen, so daß ein zentrales Rohrelement, welches
beiderseits über die Rohrzylinder hinausragt als Ein
schraubende zur Anknüpfung an ein Ankerstangenende
benutzt werden kann. Es bringt dies den Vorteil mit
sich, daß durch das Verpreßventil sich keinerlei aus der
Ankerstange herausragende Strukturelemente ergeben,
nachdem der genannte Hüllkörper praktisch bündig mit den
Rohrzylinder bzw. Arretierringen ausgebildet ist. Diese
vergleichsweise "glatte" Gestaltung der Ankerstangen
begünstigt während des Bohrbetriebes das Abströmen einer
mit Gesteinspartikeln befrachteten Spülflüssigkeit.
Die Verbindung der Arretierringe mit dem Ankerstangenab
schnitt kann entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 16
und 17 entweder durch Verschrauben oder Verschweißen
erfolgen.
Die eingangs geschilderte Aufgabe ist - bezogen auf ein
gattungsgemäßes Verfahren durch die Merkmale des Kenn
zeichnungsteils des Anspruchs 24 gelöst. Hiernach wird
nach einem anfänglichen Einbringen von Mörtelsuspension
über den Längskanal des sich in dem Bohrloch befindli
chen Injektionsbohrankers dieser Längskanal von der in
diesem noch befindlichen Mörtelsuspension befreit, und
zwar zumindest so weit, daß die Verpreßventile radial
innenseitig freigelegt sind. Erforderlich ist ferner,
daß aufgrund der endgültigen Position des Verdrängungs
körpers sömtliche der herkömmlichen Austrittsöffnungen
in geeigneter Weise verschlossen werden. In der Folge,
das heißt frühestens nach einem anfänglichen Abbinden
bzw. einer beginnenden Aushärtung des den Ankerstangen
abschnitt umgebenden Mörtels wird dieser hydraulisch
gesprengt. Dieser Vorgang kann durch Einführung eines
flüssigen Mediums wie z. B. Wasser, jedoch auch durch
Mörtelsuspension durchgeführt werden. Der während des
Spülens bzw. des anfänglichen Mörteleinbringens herr
schende Druck innerhalb des Längskanals beträgt weniger
als 15 bar, während zum anschließenden Aufsprengen des
Mörtels ein Druck von mehr als 15 bar insbesondere 60
bar bis 100 bar benötigt werden. Es ist demzufolge die
Elastizität des Schlauchabschnitts der genannten Ver
preßventile dahingehend bemessen, da diese erst bei dem
erhöhtem Zuführungsdruck öffnen, der zum Aufsprengen des
Mörtels benötigt wird, unterhalb dieses Druckes hingegen
im Sperrzustand verharren. Nach erfolger Aufsprengung
kann in der Folge Mörtelsuspension in auf diese Weise
gebildete Spalte und Risse eingeführt und weiter in das
umliegende Gebirge eingebracht werden. Als Folge des
Eindringens kommt es entsprechend dem Zusammenhalt des
Gebirges zu einem Auflockern desselben, so daß der
Durchdringungsbereich von Mörtel und umliegenden Ge
birgsschichten aufgeweitet wird. Im Ergebnis bildet sich
nach Aushärtung des Mörtels ein aufgespreizter, das
umliegende Gebirge tief durchdringender Verankerungsbe
reich aus, der eine sichere Verankerung für den Gebirgs
anker bildet.
Ein Entfernen der in dem Längskanal nach anfänglichem
Verfüllen des Bohrlochs verbleibenden Mörtelsuspension
kann gemäß den Merkmalen der Ansprüche 25 und 26 auf
unterschiedliche Weise erfolgen. Zunächst einmal kann
durch einen, in den Längskanal eingeführten Verdrän
gungskörper eine Verdrängungswirkung auf die noch flüs
sige Mörtelsuspension ausgeübt werden und diese über die
im Bereich des Bohrkopfes befindlichen Austrittsöffnun
gen heraus in das umliegende Gebirge verdrängt werden.
Dieser Verdrängungskörper verbleibt anschließend in dem
Längskanal, und zwar in einer solchen Position, in der
sämtliche Austrittsöffnungen des Bohrkopfes bzw. des
bohrkopfnahen Bereiches des Ankerstangenabschnitts
verschlossen sind. Er übt in Verbindung mit diesen
Austrittsöffnungen somit die Funktion eines Ventils aus
und ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß sich
bei einer Bewegung in Richtung auf das, dem Bohrkopf
entfernt gelegene Ende des Injektionsbohrankers hin eine
Sperrwirkung mit den Wandungen des Längskanals, somit
eine Selbsthemmung ergibt. Es ist die Endposition des
Verdrängungskörpers innerhalb des Längskanals ferner
derart angelegt, daß die genannten Verpreßventile radial
innenseitig freigelegt sind. Zweckmäßigerweise wird
zwecks vollständiger Entfernung restlicher, noch inner
halb des Längskanals befindlicher Mörtelsuspension
dieser noch ausgespült. Anstelle der nachträglichen
Einführung eines Verdrängungskörpers kann im Bereich der
Bohrkrone, und zwar innerhalb des Längskanals auch ein
Ventil vorgesehen sein, welches nach Art eines Rück
schlagventils ausgebildet ist, welches Ventil den zu
Spülzwecken dienenden Austrittsöffnungen des Bohrkopfes
vorgelagert ist. Dieses, unter Vorspannung stehende
Ventil ist derart ausgelegt, daß es bei dem Druck öff
net, unter dem während des Bohrbetriebs Spülflüssigkeit
und während des anfänglichen Bohrlochverfüllens die
Mörtelsuspension strömt. Es ist dies ein solcher Druck,
bei dem die Verpreßventile im Sperrzustand verharren. Im
Fall der Verwendung eines solchen Ventils findet ein
Entfernen der nach anfänglichem Bohrlochverfüllen inner
halb des Längskanals noch verbliebenen Mörtelsuspension
ausschließlich durch Spülung statt, wobei dieses Ventil
im Schließzustand verharrt, welches einen entsprechenden
geringen Druck des Spülmediums voraussetzt.
Der Vorgang des mehrfachen hydraulischen Sprengens des
erhärteten Mörtels oder sonstigen Mediums kann sinngemäß
auch bei Injektionsrohren Anwendung finden, die haupt
sächlich der Gebirgsverfestigung durch Mörteleinbringung
dienen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das
in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht
eines erfindungsgemäßen Injektionsankers;
Fig. 2 eine Detaildarstellung der Einzelheit II der Fig.
1 in teilweise geschnittener Darstellung;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verdrängungs
körpers;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispeil eines Verdrängungs
körpers;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines dem Bohrkopf benach
barten Bereiches des Injektionsbohrankers;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungs
form eines dem Bohrkopf benachbarten Bereiches eines
Injektionsankers;
Fig. 7 eine Schnittdarstellung der wesentlichen Teile
einer bevorzugten Ausführungsform eines Verpreßventils;
Fig. 8 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform eines
Verpreßventils;
Fig. 9 eine Darstellung einer Variante eines Details IX
der Fig. 7.
Mit 1 ist in Fig. 1 ein Injektionsbohranker bzw. ein
sogenannter selbstbohrender Injektionsanker bezeichnet,
der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus den Anker
stangenabschnitten 2, 3 und 4 zusammengesetzt ist. Jeder
Ankerstangenabschnitt ist in an sich bekannter Weise
außenseitig über seine gesamte Länge mit einem Rundge
winde überzogen, welches unter anderem der Verbesserung
des Formschlusses mit einem, ein Bohrloch ansonsten
ausfüllenden Mörtel bzw. einem sonstigen aushärtungsfä
higen Medium, z. B. Kunstharz dient.
Mit 5, 6 sind Verbindungsmuffen bezeichnet, in welche
die Enden der einander gegenüberliegenden Ankerstangen
abschnitte eingeschraubt sind und durch welche der
Zusammenhalt der Ankerstangenabschnitte gewährleistet
ist. Die Verbindungsmuffen sind als rohrartige, mit
innen- und außenseitigen gewindeartigen Verformungen
ausgebildete Körper ausgestaltet und es ist die Verbin
dungsmuffe 5 mit mehreren Abstandhaltern 7 in der Gestalt
von außenseitig angeschweißten Rundeisen ausgerüstet.
Mit 8 ist eine plattenartige, durchmessermäßig den
Ankerstangenabschnitt 2 deutlich überragende, bohrloch
sohlenseitig mit Kreuzschneiden bestückte Bohrkrone
bezeichnet, die an dem Ankerstangenabschnitt 2 ange
schweißt ist.
Mit 9 ist schließlich eine zum Aufschrauben auf das Ende
des Ankerstangenabschnitts 4 sowie zum Zusammenwirken
mit einer zeichnerisch nicht dargestellten, an sich
bekannten Ankerplatte bestimmte Verspannmutter bezeich
net.
Die Ankerstangenabschnitte 2, 3 und 4 sowie die Bohrkro
ne 8 beinhalten einen zentralen, sich in Richtung der
Achse 10 erstreckenden durchgehenden Längskanal, von dem
im Bereich des Bohrkopfes weitere durchgehende Querkanä
le abzweigen können. Grundsätzlich können Querkanäle
auch im bohrkopfnahen Bereich des Ankerstangenabschnitts
2 vorgesehen sein. Der genannte Kanal sowie die Querboh
rungen dienen in an sich bekanntar Weise während des
Erstellens einer Bohrung der Führung eines Spülmediums
sowie nach eretellter Bohrung der Einführung einer
Mörtelsuspension, eines Harzes oder eines vergleichbaren
aushärtungsfähigen sonstigen, zur Herstellung eines
Verbundes zwischen dem Injektionsanker 1 einerseits und
den umliegenden Bohrlochwandungen andererseits geeigne
ten Mediums.
Der vordere, die Bohrkrone 8 tragende Ankerstangenab
schnitt 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit
zwei, untereinander gleich beschaffenen Verpreßventilen
11 ausgerüstet. Diese Verpreßventile 11 sind entlang
eines Bereiches 12 angebracht, der - ausgehend von der
Bohrkrone 8 höchstens 50% der Besamtlänge des Injek
tionsbohrankers 1 beträgt. Die untereinander gleich
beschaffenen Verpraßventile 11 sind derart ausgebildet,
daß diese ausgehend von dem Längskanal des Bohrstangen
abschnitts 2 unter Druck einen Mediendurchtritt in
radial auswärtiger Richtung ermöglichen - in umgekehrter
Richtung, nämlich radial einwärts gerichtet hingegen als
Rückschlagventile wirken.
Zur Erläuterung einer möglichen konstruktiven Ausbildung
eines solchen Verpreßventils 11 wird im folgenden auf
die Darstellung der Fig. 2 Bezug genommen:
Der Ankerstangenabschnitt 2 ist an der Stelle des Ver
preßventils 11 mit Arretierringen 15 versehen, die auf
den Ankerstangenabschnitt aufgeschoben und unter Belas
sung eines Abstands 14 mit letzterem verschweißt sind.
In Betracht kommt jedoch auch eine Verschraubung.
Innerhalb des Abstands 14 zwischen den Arretierringen 15
befindet sich eine Querbohrung 16, und zwar vorzugsweise
im Mittelabschnitt zwischen den Arretierringen 15.
Ebanfalls vorzugsweise sind mehrere derartige Querboh
rungen 16 - in gleichmäßiger Umfangsverteilung - vorge
sehen. Diese Querbohrungen bilden eine durchgehende
Verbindung zu dem genannten Längskanal und es wird ihre
Bedeutung und Zweckbestimmung im folgenden noch erläu
tert werden.
Mit 17 ist ein, den Ankerstangenabschnitt 2 dichtend
umgebender Schlauchabschnitt aus einem elastischen
Werkstoff, beispielsweise Gummi bezeichnet, der sich
zwischen den Arretierringen 15 erstreckt, durch welche
dessen axiale Position gesichert wird. Die Dickenbemes
sung des Schlauchelements 17, welches zweckmäßigerweise
aus einem gewebeverstärkten Gummi besteht, ist derart
vorgenommen, daß dieses im wesentlichen bündig zu den
Arretierringen 15 verläuft. Das System aus Arretierrin
gen 15 und Schlauchabschnitt 17 bildet ein Verpreßven
til, welches nach Art eines Rückschlagventils funktio
niert, dessen Wirkungsweise im folgenden noch näher
erläutert werden wird.
Der in den Zeichnungen dargestellte Injektionsbohranker
ist für eine Verwendung in besonders gebrächem, kohä
sionsarmem Gestein bestimmt und es wird dieser zum
Setzen zunächst wie eine Bohrstange benutzt, durch deren
Längskanal während des Bohrvorgangs ein geeignetes
Spülmedium, z. B. Wasser strömt, welches durch die zen
trale Spülbohrung der Bohrkrone B sowie gegebenenfalls
die in diesem Bereich vorhandenen weiteren Spülbohrungen
austritt, in der Folge das durch die Kreuzschneiden der
Bohrkrone 8 gelöste Gesteinsmaterial aufnimmt und zwi
schen der Innenseite des gebildeten Bohrlochs und der
Außenseite dar Ankerstangenabschnitte 2, 3, 4 in rück
wärtiger Richtung auf die Bohrlochmündung hin ausschwemmt.
Dabei wird dar Fördervorgang durch die sich über die
gesamte Länge des Injektionsbohrankers, einschließlich
der Verbindungsmuffen 5, 6 erstreckende gewindeartige
Verformung unterstützt. Entsprechend der Länge des
Bohrloches sowie des Bohrfortschritts werden die Bohr
stangen unter Verwendung von Verbindungsmuffen 5, 6
sowie weiterer Ankerstangenabschnitte 3, 4 verlängert,
bis die endgültige Bohrlochtiefe erreicht ist. In der
Folge wird über den genannten Löngskanal ein aushärtba
res Medium, beispielsweise eine Mörtelsuspension einge
führt, welche ihrerseits über die genannten Spülbohrun
gen im Bereich des Bohrkopfs austritt und hierbei teil
weise in das umgebende Gebirge eindringt und teilweise
entlang der Außenseite des Injektionsankers in Richtung
auf die Bohrlochmündung hin strömt, wobei der hier
bestehende Hohlraum verfüllt wird. Während des Spülens
sowie des Verfüllens des genannten Hohlraums steht die
Spülflüssigkeit bzw. die Mörtelsuspension innerhalb des
Längskanals der Ankerstangenabschnitte 2, 3, 4 unter
einem Druck von weniger als 15 bar, das heißt unter
einem solchen Druck, bei dem die Verpreßventile 11
jedenfalls im Sperrzustand verharren. Nach Abschluß
dieser ersten Phase des Ankersetzens wird durch Einfüh
rung eines im folgenden noch strukturell zu erläuternden
Verdrängungskörpers in den zentralen Kanal des Ankers
der in diesem verbliebene Rest an Mörtelsuspension
verdrängt, indem der genannte Verdrängungskörper in
Richtung auf die Bohrkrone B innerhalb des Injektionsan
kers bewegt wird. Es wird der Verdrängungskörper in
jedem Fall bis in einen solchen Bereich des Injektions
ankers 1 verschoben, der zwischen der Bohrkrone 8 und
dem vordersten Verpreßventil 11 gelegen ist. Wesentlich
für die endgültige Position des Verdrängungskörpers ist
ferner, daß sämtliche der üblichen Spülbohrungen durch
letzteren verschlossen werden, so daß der Längskanal in
dieser Arbeitsphase einen abgeschlossenen Raum bildet.
Besonders zweckmäßig ist es nach Einführan des Verdrän
gungskörpers die restliche, in dem Längskanal gegebenen
falls noch vorhandene Mörtelsuspension durch ein Spülme
dium auszuschwemmen.
In der Folgezeit, und zwar nach einem ersten Abbinden
der Mörtelsuspension, beispielsweise nach wenigstens 6 h
wird über den Längskanal erneut eine Mörtelsuspension
unter Druck in den Injektionsanker 1 eingeführt, welche
nunmehr über die Querbohrungen 16 der Verpreßventile 11
austritt und hierbei den Schlauchabschnitt 17 entspre
chend elastisch aufweitet. Die austretende Mörtelsuspen
sion übt auf den, im Bohrloch in diesem Bereich bereits
befindlichen Mörtel eine Sprengwirkung aus bzw. dringt
in die so gebildeten Spalte derselben ein, so daß als
Folge dieses erneuten Mörtelaustretens im Bereich der
Verpreßventile der bereits vorhandene Durchdringungsbe
reich von Mörtel und evtl. gelösten Gebirgsanteilen
aufgeweitet bzw. vergrößert wird, eine erhebliche Spreiz
wirkung auf die Struktur des Gesamtsystems, bestehend
aus Mörtel und Gebirgsanker ausgeübt wird und so zur
weiteren Sicherung der Position des Injektionsbohrankers
1 in dem Bohrloch beigetragen wird.
Alternativ kann ein Aufsprengen des Mörtels auch mit
Spülflüssigkeit, z. B. Wasser durchgeführt werden, so daß
erst anschließend eine Mörtelsuspension eingeführt wird.
Insbesondere bei abwärts bzw. schräg nach unten orien
tierten Bohrlöchern kann nach Verfüllen des Bohrlochs
und Einbringen des Verdrängungskörpers sowie nachträgli
cher Spülung des Längskanals die innerhalb desselben
verbleibende Spülflüssigkeit belassen werden, so daß
eine anschließende hydraulische Sprengung des, den
Injektionsbohranker innerhalb des Bohrlochs umgebenden
Mörtels mittels Mörtelsuspension unter Zwischenanordnung
der innerhalb des Längskanals befindlichen Flüssigkeits
säule bestehend aus Spülflüssigkeit vorgenommen werden
kann.
Ist der Aufweitungsvorgang im obigen Sinne beendet bzw.
wird der Zuführdruck der Mörtelsuspension innerhalb des
Injektionsankers 1 reduziert, wird durch die Elastizität
der Schlauchabschnitte 17 ein Rückströmen von Mörtel in
den Injektionsbohranker 1 verhindert, so daß die Ver
preßventile insoweit als Rückschlagventile fungieren.
Der oben dargestellte Aufweitungsvorgang kann im Be
darfsfall mehrfach wiederholt werden. Ob der Aufwei
tungsvorgang zu wiederholen ist, hängt von dem Ergebnis
der nach bekannten Verfahren vorgenommenen Messung der
Fähigkeit des Gebirgsankers zur Aufnahme von Zugkräften
ab. Zu diesem Zweck wird nach einem ersten Aufweitungs
vorgang, und zwar unmittelbar im Anschluß an das Schlie
ßen der Verpreßventile 11 die restliche, in dem Längs
kanal noch befindliche Mörtelsuspension ausgespült. Dies
kann beispielsweise mittels eines Schlauches durchge
führt werden, der in den Längskanal eingeführt wird,
dessen Spülflüssigkeit, z. B. Wasser, die Mörtelsuspen
sion aufnimmt und ausschwemmt. Es wird auf diese Weise
der Längskanal bis zu dem genannten Verdrängungskörper,
d. h. einschließlich der Verpreßventile 11 freigelegt.
Anschließend d. h. nach einem zumindest anfänglichen
Abbinden der Mörtelsuspension wird der oben bereits
dargelegte Schritt des Aufweitens wiederholt, d. h. es
wird der, den Ankerstangenabschnitt umgebende Mörtel
hydraulisch gesprengt, um anschließend weitere Mörtel
suspension in das Bohrloch einzubringen.
Es können die Verpreßventile 11 auch dazu benutzt wer
den, um gleichermaßen während des ersten Einbringens von
Mörtelsuspension als Austrittsöffnungen für diese zur
Verfügung zu stehen.
Um eine besonders zuverlässige Dichtwirkung des Verpreß
ventils 11 zu erreichen, kann dieses derart ausgestaltet
sein, daß der Schlauchabschnitt 17 einen, aus einem
relativ weichen vorzugsweise gummiartigen Werkstoff
ausgebildeten Innenschlauch umgibt, der zum dichtenden
Zusammenwirken mit dem Außengewinde des Ankerstangenab
schnitts 2 geeignet ist und durch den äußeren Schlauch
abschnitt 17 eine radiale Stützwirkung erfährt. Alterna
tiv zur Anordnung eines Innenschlauches kann das, mit
dem Schlauchabschnitt 17 zusammenwirkende Außengewinde
durch Auftragen einer geeigneten Masse auch geglättet
werden, wobei ein Aufvulkanisieren eines Gummiwerkstoffs
grundsätzlich in Betracht kommt. Ein vergleichbarer
Effekt wird erreicht, wenn an den Stellen des Ankerstan
genabschnitts 2, die der Anbringung von Verpreßventilen
11 dienen, ein glatter Wandungsverlauf, somit ohne
gewindeartige Verformung ansteht.
Das insoweit erfindungsgemäße Verfahren wie der zu
dessen Ausführung dienende Injektionsbohranker führen
somit im Ergebnis aufgrund der auf die Bohrlochwandungen
ausgeübten Spreizwirkung zu einem besonders gesicherten
Sitz des Ankers, gerade bei kohäsionsarmem Gebirge.
Die Fig. 3 und 4 zeigen lediglich beispielhaft mögliche
Ausführungsformen eines zur Verwendung bei dem Injek
tionsanker bestimmten Verdrängungskörpers. So zeigt die
Fig. 3 einen im wesentlichen kugelförmigen Verdrängungs
körper 18, der aus einem metallischen Kern 19 besteht,
der seinerseits von einer Hülle 20 aus einem elastischen
Werkstoff umgeben ist. Der Verdrängungskörper ist derart
bemessen, daß eine Verschiebung desselben innerhalb des
Zentralkanals nur unter elastischer Verformung der Hülle
20 möglich ist, wodurch ein erheblicher Reibschluß mit
den Innenwandungen der Ankerstangenabschnitte entsteht.
Eine die Hülle 20 durchdringende Bohrung 21 dient dem
erleichterten Verschieben des Verdrängungskörpers 18
mittels eines Stabes, der unmittelbar auf den metalli
schen Kern 19 einwirkt.
Fig. 4 zeigt einen Verdrängungskörper 22, der einen
metallischen, zylindrischen Kern 23 und eine diesen
konisch umgebende, rotationssymmetrische Hülle 24 auf
weist, welch letztere wiederum aus einem elastisch
verformbaren Kunststoff besteht. Hinsichtlich der Abmes
sungen gilt gleiches wie bei Fig. 3.
Es sind jedoch zahlreiche Abwandlungen des Verdrängungs
körpers vorstellbar, insbesondere kann dieser auch
außenseitig mit Borsten, Rippen oder dergleichen ausge
rüstet sein, welche insbesondere in rückwärtiger Rich
tung in Verbindung mit der Innenseite des Längskanals
eine Sperrwirkung entwickeln. Anstelle der Werkstoffpaa
rung Metall-Kunststoff kommt auch eine Werkstoffpaarung
Hartkunststoff-Weichkunststoff in Betracht.
Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des, dem Bohr
kopf 8 benachbarten Bereiches. Hierin ist mit 25 ein
vergleichbar kurzes Teil eines Ankerstangenabschnitts
bezeichnet, der mit der plattenartigen, mit zeichnerisch
nicht näher dargestellten Kreuzschneiden bestückten
Bohrkrone 8 verschweißt ist. Der Ankerstangenabschnitt
25 ist seinerseits in eine Verbindungsmuffe 26 einge
schraubt und zusätzlich mit dieser verschweißt. Mit 28
ist eine zentrale, in Richtung der Achse 10 verlaufende
Spülbohrung des Bohrkopfes 8 bezeichnet.
Die Verschraubung der Verbindungsmuffe 26 mit dem Anker
stangenabschnitt 25 erfolgt derart, daß über radial
orientierte Spülbohrungen 27 ein ungehinderter Austritt
eines Spülmediums oder auch einer Mörtelsuspension
möglich ist. Die Verbindungsmuffe 26 dient im übrigen in
an sich bekannter Weise der innenseitigen Verschraubung
mit weiteren Ankerstangenabschnitten.
Erfindungsgemäß ist ein im Sinne obiger Ausführungen zu
verwendender Verdrängungskörper derart dimensioniert,
daß er in den Querschnitt 29 des Ankerstangenabschnitts
25 derart einführbar ist, daß sämtliche Spülbohrungen
27, 28 verschlossen werden.
Es ist die gezeigte Ausbildungsform des der Bohrkrone 8
benachbarten Bereiches auch unter bohr- bzw. strömungs
technischen Gesichtspunkten sehr vorteilhaft, da sich
unmittelbar hinter der Bohrkrone 8 eine relativ große
Hinterschneidung 30 ergibt, durch welche ein Abführen
des während des Bohrvorgangs gelösten Gesteinsmaterials
begünstigt wird.
In Abweichung von obigen Ausführungen ist es für die
Funktion der Verdrängungskörper 18, 22 jedoch auch
ausreichend, wenn diese reibschlüssig in einem Bereich
31 der Verbindungsmuffe 26 festlegbar sind, der - in
Richtung des durch den Pfeil 32 charakterisierten Flus
ses eines Spülmediums sämtlichen Spülbohrungen 27, 28
vorgelagert ist, da grundsätzlich insbesondere die als
Radialbohrungen ausgebildeten Spülbohrungen 27 in einem
bohrkopfnahen Bereich, und damit auch in der Verbin
dungsmuffe 26 vorgesehen sein können. Wesentlich ist in
diesem Fall lediglich, daß durch das Einführen des
Verdrängungskörpers insoweit eine Ventilfunktion ausüb
bar ist, als durch diesen sämtliche der genannten Spül
bohrungen verschließbar sind.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform des bohrkopf
nahen Bereichs des Injektionsbohrankers ist dahingehend
abgewandelt, daß die Funktion des Sperrkörpers 18, 22
nunmehr durch einen fest eingebauten, die Funktion des
Rückschlagventils erfüllenden Ventils 33 ersetzt ist. Es
ist dieses Ventil - wie im folgenden noch näher darge
legt wird - derart ausgelegt, daß ein Fluß in Richtung
des Pfeiles 32 ermöglicht wird, in Gegenrichtung zu dem
Pfeil 32 hingegen gesperrt wird. Soweit ein Ventil zur
Erfüllung dieser Funktionen geeignet ist, kann grund
sätzlich jedes, wenn auch konstruktiv anders ausgebilde
te Ventil hier eingesetzt werden.
Das Ventil 33 besteht aus einem Ventilkörper 34, der
seinerseits aus einem, zur weitestgehend dichtenden
Verschraubung mit der Innenseite des Muffanteils 26
bestimten Kopfteil 35 einerseits und einem einstückig
mit dem Kopfteil 35 ausgebildeten außenseitig glatten
Ansatzteil 36 andererseits besteht. Das Ansatzteil 36
weist einen bedeutend geringeren Radius als das Kopfteil
35 auf, so daß sich - um das Ansatzteil 36 herum - ein
Ringraum 37 ergibt.
Der Ventilkörper 34 weist eine Zentrale, sich koaxial zu
der Achse 10 erstreckende Bohrung 38 auf, die an ihrem,
der Bohrkrone 8 zugekehrten stirnseitigen Ende ver
schlossen ist.
Mit 39 ist ein, aus einem elastischen Werkstoff, bei
spielsweise einem gummielastischen Werkstoff ausgebilde
ter Schlauchabschnitt bezeichnet, dar das rotationssym
metrisch ausgebildete Ansatzteil 36 dichtend umgibt und
im entspannten Zustand Querbohrungen 40 desselben, die
in die Bohrung 38 einmünden, verschließt.
Wesentlich ist, daß der Schlauchabschnitt 39 durch seine
Dickenbemessung und/oder eine zweckmäßige Werkstoffwahl
derart ausgelegt ist, daß seine Elastizität wesentlich
größer ist, als diejenige des/Schlauchabschnitte 17, so
daß demzufolge das Ventil 33 eine Strömung in Richtung
des Pfeiles 32 bei Drücken ermöglicht, bei denen die
Verpreßventile 11 im Schließzustand verbleiben.
Es handelt sich hierbei - wie eingangs bereits erwähnt -
um Drücke von beispielsweise weniger als 15 bar.
Der Gebrauch eines im Sinne von Fig. 6 ausgerüsteten
Injektionsbohrankers gestaltet sich wie folgt:
Es wird zunächst in an sich bekannter Weise über ein in Richtung des Pfeiles 32 strömendes Spülmedium der Injek tionsanker als Bohrstange gebraucht, wobei das Spülme dium über das Ventil 33 strömt und über die Spülbohrun gen 27, 28 austritt. Nach Erstellen des Bohrlochs wird in an sich bekannter Weise in Richtung des Pfeiles 32 eine Mörtelsuspension oder ein sonstiges aushärtungsfä higes Medium geführt, welches entsprechend seinem Druck ebenfalls ausschließlich über das Ventil 33 und nicht über die Verpreßventile 11 strömt, d. h. im Bereich der Spülbohrungen 27, 28 austritt und - von der Bohrlochsoh le aus beginnend - das gesamte Bohrloch verfüllt.
Es wird zunächst in an sich bekannter Weise über ein in Richtung des Pfeiles 32 strömendes Spülmedium der Injek tionsanker als Bohrstange gebraucht, wobei das Spülme dium über das Ventil 33 strömt und über die Spülbohrun gen 27, 28 austritt. Nach Erstellen des Bohrlochs wird in an sich bekannter Weise in Richtung des Pfeiles 32 eine Mörtelsuspension oder ein sonstiges aushärtungsfä higes Medium geführt, welches entsprechend seinem Druck ebenfalls ausschließlich über das Ventil 33 und nicht über die Verpreßventile 11 strömt, d. h. im Bereich der Spülbohrungen 27, 28 austritt und - von der Bohrlochsoh le aus beginnend - das gesamte Bohrloch verfüllt.
Anschließend wird - mittels geringerem Druck - die
innerhalb des Injektionsbohrankers verbliebene Mörtel
suspension ausgespült, wobei nunmehr aufgrund der die
Außenseite des Schlauchabschnittes 39 beaufschlagenden
Mörtelsuspension das Ventil 33 einen weiteren Fluß in
Richtung des Pfeiles 32 unterbindet, wohingegen der
Innenraum des Injektionsbohrankers bis zu dem Ventil 33
ausgespült ist. Es ist im übrigen dieser Spüldruck so
bemessen, daß das Ventil 33 in keinem Fall öffnet.
Insbesondere bei nach unten bzw. schräg nach unten
verlaufenden Bohrlöchern kann die, den Injektionsbohran
ker ausfüllende Spülflüssigkeit in diesem verbleiben,
wobei nach erfolgtem Aushärten des Mörtels diese Flüs
sigkeit als hydraulisches Mittel zum Aufsprengen des den
Bohranker umgebenden Mörtels mittels der Verpreßventile
11 benutzt werden kann. Es wird somit die innerhalb des
Bohrankers verbliebene Flüsssigkeitssäule durch sich an
diese anschließenden Mörtel zum Aufsprengen benutzt,
wobei der Mörtel schließlich über die Verpreßventile 11
austritt und die oben bereits geschilderte Wirkung
entwickelt.
Es kann diese Ausführungsform naturgemäß auch derart
benutzt werden, daß nach erfolgtem Ausspülen des Injek
tionsbohrankers ein Aufsprengen des Mörtels unmittelbar
mittels einer Mörtelsuspension durchgeführt wird.
Man erkennt anhand obiger Ausführungen, daß der erfin
dungsgemäße Injektionsbohranker im wesentlichen durch
zwei Ventile bzw. Ventilgruppen gekennzeichnet ist,
nämlich ein, dem Bohrkopf zugeordnetes erstes Ventil 33,
welches dem Spülen sowie dem anfänglichen Verfüllen des
Bohrlochs dient und welches bei einem vergleichsweise
geringen Druck bereits öffnet, d. h. eine Strömung in
Richtung des Pfeiles 32 ermöglicht. Dieses erste Ventil
ist jedoch nach dem Verfüllen und Aushärten der Mörtel
suspension funktionslos und wirkt in der Folge als
Sperrkörper, der jeden weiteren Fluß über die genannten
Spülbohrungen unterbindet. Es wirkt ferner während des
Flusses von Spülmedium und anfänglicher Mörtelsuspension
als Rückschlagventil, d. h. es unterbindet ein Rückströ
men in Gegenrichtung zu dem Pfeil 32. Das genannte
zweite Ventil bzw. die hier eingesetzte Gruppe von
Ventilen sind die Verpreßventile, die - in Richtung des
Pfeiles 32 gesehen - dem ersten Ventil vorgelagert sind
und der Steuerung des Flusses über radiale Bohrungen
bzw. Querbohrungen 16 dienen. Von diesen Verpreßventilen
können naturgemäß mehrere vorgesehen sein und es sind
auch diese Verpreßventile nach Art von Rückschlagventi
len ausgebildet, deren Wesensmerkmal jedoch darin be
steht, daß sie in Abkehr von dem erstgenannten Ventil
erst bei einem wesentlich höheren, innerhalb des Injek
tionsbohrankers anstehenden Druck öffnen, welcher größer
als 15 bar, beispielsweise zwischen 50 bar und 100 bar
beträgt. Diese Verpreßventile sind - wie oben bereits
ausgeführt - während des Spülens sowie dem anfänglichen
Verfüllen des Bohrlochs aufgrund ihres hohen Öffnungs
druckes völlig funktionslos, d. h. sie befinden sich
während dieser Phase im Schließzustand. Man erkennt aus
diesen Ausführungen ferner, daß beide Ventile bzw.
Ventilgruppen in Stömungsrichtung gesehen - als unter
Federvorspannung stehende Ventile betrachtet werden
können, deren Vorspannung unterschiedlich hoch bemessen
ist. Es können demzufolge auch beliebige konstruktive
Abwandlungen von Ventilen hier eingesetzt werden, die
funktionell den dargestellten, unter Vorspannung stehen
den Ventilen entsprechen.
Mit 41 ist in Fig. 7 eine Variante eines Verpreßventils
bezeichnet, die aus einem mit Außengewinde versehenen
Rohrelement 42 und einem, dieses koaxial umgebenden
schlauchartigen Hüllkörper 43 besteht. Das Rohrelement
42 kann unmittelbar ein Teil einer Ankerstange sein -
es kann sich jedoch auch um ein, zum Einbau zwischen
zwei Ankerstangenabschnitte bestimmtes und ausgestalte
tes Zwischenelement handeln. Der Hüllkörper besteht aus
einem elastischen, vorzugsweise gummielastischen Werk
stoff, der wiederum im Bedarfsfall eine Gewebeverstärkung
aufweisen kann.
Mit 44 ist ein, sich radial einwärts konisch verjüngende
Bohrung des Rohrelements bezeichnet, in die - durch den
Hüllkörper 43 gehalten - ein kugelartiger Sperrkörper 45
eingesetzt ist. Man erkennt, daß der Sperrkörper 45 in
Verbindung mit dem, diesen elastisch in die Bohrung 44
von der Außenseite des Rohrelements 42 her elastisch
einpressenden Hüllkörper 43 ein federbelastetes Rück
schlagventil bildet. Es ist die Federcharakteristik
dieses Verpreßventils 41 durch eine entsprechende Bemes
sung bzw. Auslegung des Hüllkörpers 43 dahingehend
ausgelegt, daß der Sperrkörper 45 entgegen der elastischen
Rückstellkraft des Hüllkörpers 43 erst bei einem erhöh
ten Druck in radial auswärtiger Richtung aus der Bohrung
44 verdrängt wird und ein Abströmen in den Außenraum
ermöglicht, der zum nachträglichen Aufsprengen eines
anfänglich erhärteten, die Ankerstange außenseitig
umgebenden Mörtelkörpers erforderlich ist und im übrigen
funktionslos bleibt, d. h. im Schließzustand verharrt.
Der Sperrkörper 45 kann aus Metall, z. B. Stahl bestehen.
Er kann jedoch auch aus einem geeigneten Kunststoff
ausgebildet sein. Auch ist die Kugelform des Sperrkörpers
nicht zwingend und es kann in gleicher Weise auch ein
konisch ausgebildeter Körper zu diesem Zweck Verwendung
finden.
Zur axialen Sicherung des Hüllkörpers 43 können wiederum
in Fig. 7 zeichnerisch nicht dargestellte Arretierringe
vorgesehen sein, die auf die Außenseite des Rohrelements
42 aufgeschraubt sind und sich außenseitig im wesentli
chen bündig zu dem Hüllkörper 43 erstrecken. Auch kann
die endgültige Montageposition dieser Arretierringe
durch Verschweißung mit dem Rohrelement 42 gesichert
sein.
Das im obigen Sinne komplettierte Verpreßventil 41 kann
im übrigen in gleicher Weise wie das in Fig. 2 beschrie
bene Verpreßventil Verwendung finden.
Die in Fig. 8 gezeigte Variante eines Verpreßventils 46
ist wiederum durch ein zentrales Rohrelement 47 gekenn
zeichnet, welches in gleicher Weise wie das Rohrelement
42 gemäß Fig. 7 ausgebildet ist. In Abweichung von dem
Rohrelement 42 ist jedoch das Rohrelement 47 durch vier,
entlang einer Mantellinie angeordnete Bohrungen 48
gleicher Größe charakterisiert, welche Bohrungen wiederum
eine sich radial einwärts verjüngende Ausgestaltung
haben. In gleicher Weise wie bei dem in Fig. 7 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist jeder Bohrung 48 ein zeichnerisch
nicht dargestellter Sperrkörper zugeordnet, der durch
einen Hüllkörper 50 elastisch in der Bohrung gehalten
ist. Alternativ können die Bohrungen 48 auch in unter
schiedlichen Umfangswinkelpositionen zueinander angeord
net werden. Es sollten die Bohrungen 48 jedoch mit
Rücksicht auf die Festigkeit des Rohrelements 42 nicht
in einer gemeinsamen Querschnittsebene angeordnet sein.
Mit 51, 52 sind Rohrzylinder bezeichnet, die innen- und
außenseitig mit Gewinde versehen sind, auf das Rohrlement
beiderseits des Hüllkörpers 50 aufgeschraubt sind und
insoweit die Funktion von Arretierringen übernehmen. Im
Bedarfsfall können die Rohrzylinder 51, 52 in der endgül
tigen Verschraubungsposition durch Verschweißung mit dem
Rohrelement 47 gesichert werden.
Das Rohrelement 47 kann hierbei ein Teil einer Ankerstan
ge sein - es kann das Verpreßventil 46 in der in Fig. 8
gezeigten Ausführung prinzipiell jedoch auch als Zwischen
element zwischen zwei Ankerstangenenden betrachtet
werden.
Ist das Rohrelement 47 als Teil der Ankerstange anzuse
hen, kann dieses unter Verwendung einer üblichen Kupplungs
muffe mit einem anderen Ankerstangenende verbunden
werden.
Es können jedoch auch die beiden, aus den Rohrzylindern
51, 52 herausragenden Enden des Rohrlements 47 als
Einschraubenden betrachtet werden, die in ein gegenüber
liegendes Ankerstangenende eingeschraubt werden, welches
radiale Abmessungen und ein Außengewinde aufweist, die
den Rohrzylindern 51, 52 entsprechen. In diesem Fall
können die Rohrzylinder 51, 52 als Teil einer Ankerstan
ge angesehen werden und es ergibt sich in diesem Fall
eine Ankerstange, die im Bereich des Verpreßventils
keinerlei außenseitig auftragende Strukturelemente
aufweist.
Fig. 9 zeigt einen Hüllkörper 53, der einstückig mit
einem Sperrkörper 54 ausgebildet ist, der eine in etwa
konische Gestalt aufweist.
Der Sperrkörper 54 ragt wiederum in eine Bohrung 55
eines den Rohrelementen 42, 47 entsprechenden Rohrelements
56 hinein und wird in dieser Position elastisch unter
Vorspannung stehend gehalten. Auch bei dieser Variante
der Ausbildung des Sperrkörpers können mehrere solcher
Sperrkörper in einer, beispielsweise der Fig. 8 entspre
chenden Konfiguration vorgesehen sein.
Der Hüllkörper 53 besteht wiederum aus einem elastischen,
gegebenenfalls durch Gewebeeinlagen verstärkten Kunst
stoff, beispielsweise einem gummiartigen Kunststoff und
ist in seiner Dicke mit Hinblick auf die oben geschilder
te Funktion eines Verpreßventils hin ausgestaltet.
Der Sperrkörper 54 ist in seiner Konizität in etwa an
diejenige der Bohrung 55 angepaßt, kann jedoch auch eine
halbkugelartige Gestalt aufweisen.
Der Sperrkörper 54 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 9 aus dem gleichen Werkstoff wie der Hüllkörper 53
ausgebildet. Zur Erhöhung der Steifigkeit des ersteren
kann ein Armierungskörper in den elastischen Werkstoff
eingebunden werden, beispielsweise in der Form einer
Kugel oder auch Halbkugel.
Ein im Sinne der Fig. 7 bis 9 ausgebildetes Verpreßven
til ist insbesondere für hohe Drücke geeignet, insbeson
dere wenn mehrere Verpreßvorgänge nacheinander durchge
führt werden sollen.
Claims (32)
1. Injektionsrohr bestehend aus wenigstens einem, mit
einer durchgehenden Profilierung versehenen Rohrab
schnitt, durch den hindurch sich ein zentraler,
Längskanal erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rohrabschnitt mit wenigstens einem, eine Strömung aus
dem Längskanal heraus ermöglichenden Verpreßventil
(11) versehen ist und daß das Verpreßventil (11) nach
Art eines Rückschlagventils ausgestaltet ist, welches
eine Rückströmung in Richtung des Längskanals sperrt.
2. Injektionsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Rohrabschnitt ein mit einer durchgehen
den Profilierung, insbesondere einem Gewinde versehe
ner Ankerstangenabschnitt (2) eines Injektionsbohran
kers (1) ist und daß der Längskanal in einer Bohrkro
ne (8) fortgeführt ist und in wenigstens einer Aus
trittsöffnung einmündet.
3. Injektionsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der/den Austrittsöffnung(en) der Bohrkrone
(8) und des bohrkronennahen Bereichs des Ankerstan
genabschnitts (2) wenigstens ein Ventil (33) zugeord
net ist, welches nach Art eines Rückschlagventils
ausgebildet ist, d. h. eine Strömung aus dem Längska
nal heraus ermöglicht, eine Rückströmung in den
Längskanal hingegen sperrt.
4. Injektionsrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das wenigstens eine Verpreßventil (11)
einerseits und das wenigstens eine Ventil (33) ande
rerseits - in Strömungsrichtung gesehen - als unter
Vorspannung stehende Ventile (11, 33) ausgebildet
sind, und zwar mit der Maßgabe, daß das Verpreßventil
(11) bei höheren Drücken als das Ventil (33) öffnet.
5. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das der Bohrkrone (8)
abgekehrte Ende des Ankerstangenabschnitts (2) in an
sich bekannter Weise zum Anschrauben weiterer Anker
stangenabschnitte (3, 4) bestimmt ist.
6. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verpreßventil (11) in
einem, der Bohrkrone (8) benachbarten Bereich ange
ordnet ist.
7. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verpreßventile
(li) in einem, der Bohrkrone (8) benachbarten Bereich
vorgesehen sind, wobei dieser Bereich sich ausgehend
von der Bohrkrone (8) über eine Länge von höchstens
50% der Gasamtlänge des Injektionsbohrankers (1)
erstreckt.
8. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verpreßventil
(11, 41, 46) aus wenigstens einer Bohrung (44, 48, 55, 17)
eines Rohrelements (42, 47, 56) bzw. eines Ankerstangen
abschnitts (2, 3, 4) besteht, welche außenseitig von
einem Hüllkörper (43, 50, 53) bzw. einem Schlauchab
schnitt (17) dichtend umgeben ist.
9. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß axial beidseitig des
Hüllkörpers (43, 50, 53) bzw. des Schlauchabschnitts
(17) zur axialen Positionssicherungen koaxialer
Arretierringe (15) bzw. Rohrzylinder (51, 52) vorgese
hen sind.
10. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Bohrung (44, 48,
55) ein Sperrkörper (45, 54) angeordnet ist, der diese
dichtend verschließt und durch den Hüllkörper (43, 50,
53) in dieser Schließposition gehalten ist.
11. Injektionsrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß der Sperrkörper (45) als getrenntes Teil
ausgebildet ist und aus Metall bzw. Kunststoff besteht.
12. Injektionsrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß der Sperrkörper (54) als mit dem Hüllkörper
(53) zusammenhängendes Teil ausgebildet ist.
13. Injektionsrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß der Sperrkörper (54) als mit dem Hüllkörper
(53) werkstofflich homogenes Teil ausgebildet ist.
14. Injektionsrohr nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekenzeichnet, daß der Sperrkörper (54) als mit dem
Hüllkörper werkstofflich homogenes, jedoch mit Armie
rungseinlagen versehenes Teil ausgebildet ist.
15. Injektionsrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß die Armierungseinlage die Gestalt einer
Kugel, Halbkugel, eines Kegels oder eines Kegelstumpfes
oder dergleichen aufweist.
16. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierringe (15)
und die mit diesen in Verbindung stehenden Teile des
jeweiligen Ankerstangenabschnitts (2, 3, 4) untereinan
der in vorzugsweise unlösbarer Verbindung stehen,
insbesondere miteinander verschweißt sind.
17. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierringe (15)
mit den entsprechenden Abschnitten des Ankerstangen
abschnitts (2, 3, 4) verschraubt sind.
18. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprü
che 8 bis 17, gekennzeichnet durch eine glattwandige
Ausgestaltung des mit dem Schlauchabschnitt (17)
zusammenwirkenden Bereichs des Ankerstangenabschnitts
(2).
19. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprü
che 8 bis 17, gekennzeichnet durch einen, aus wei
chem, gummiartigen Werkstoff bestehenden, innerhalb
des Schlauchabschnitts (17) angeordneten weiteren
Schlauchabschnitts der zum dichtenden Anliegen auf
dem Außengewinde des Ankerstangenabschnitts (2)
bestimmt ist.
20. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprü
che 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil
(33) aus einem, innerhalb des Längskanals - in Rich
tung der Strömung eines Spülmediums gesehen - vor den
Austrittsöffnungen angeordneten Ventilkörper (34)
besteht.
21. Injektionsrohr nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich
net, daß der Ventilkörper (34) aus einem zur Befesti
gung an der Innenseite des Ankerstangenabschnitts (2)
bestimmten Kopfteil (35) und einem, von einem Schlauch
abschnitt (39) aus einem elastischen Werkstoff dich
tend umgebenen, vorzugsweise einstückig mit dem
Kopfteil (35) ausgebildeten Ansatzteil (36) besteht,
daß der Ventilkörper (34) eine Längsbohrung aufweist,
die mit Querbohrungen (40) zusammenwirkt, die durch
den Schlauchabschnitt (39) gesperrt werden und daß
die Längsbohrung ansonsten nur an einer Stirnseite
offen ausgebildet ist.
22. Injektionsrohr nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich
net, daß das Kopfteil (35) in den Ankerstangenab
schnitt (2) eingeschraubt ist, daß der Ventilkörper
(34) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und daß
sich die Längsbohrung in Richtung der Achse (10)
erstreckt.
23. Injektionsrohr nach Anspruch 21 oder 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ansatzteil (36) radial derart
bemessen ist, daß sich ein außenseitig durch die
Innenseite des Ankerstangenabschnitts (2) begrenzter
Ringraum (37) ergibt.
24. Verfahren zum Setzen eines Gebirgsankers unter Ver
wendung eines Injektionsbohrankers (1) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche 2 bis 23, wobei in einem
ersten Schritt eine Bohrung unter Einsatz eines
geeigneten Spülmediums erstellt wird und in einem
zweiten Schritt über den Längskanal des Injektions
bohrankers (1) sowie dessen Austrittsbohrungen hin
durch ein aushärtbares Medium, beispielsweise eine
Mörtelsuspension in das Bohrloch eingeführt wird,
welche den Ringraum zwischen der Innenseite des
Bohrlochs einerseits und der Außenseite des Anker
stangenabschnitts (2, 3, 4) andererseits weitestgehend
ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem drit
ten Schritt nach Verfüllen des Ringraumes die inner
halb des Längskanals verbliebene Mörtelsuspension
entfernt wird, wobei das/die Verpreßventile (li)
freigelegt werden und daß in einem vierten Schritt
auf hydraulischem Wege über das wenigstens eine
Verpreßventil (11) eine Sprengwirkung auf den, den
Ankerstangenabschnitt (2) umgebenden Mörtel ausgeübt
wird und Mörtelsuspension in vorhandene Spalte, Risse
oder dergleichen eingepreßt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entfernung der Mörtelsuspension aus dem
Längskanal mittels eines Verdrängungskörpers (18, 22)
durchgeführt wird, mittels welchem die Mörtelsuspen
sion über die Austrittsöffnungen der Bohrkrone (8)
sowie des bohrkronennahen Bereiches des Ankerstangen
abschnitts (2) verdrängt wird und daß nach Ausführung
des dritten Schrittes der Verdrängungskörper inner
halb der Längsbohrung verbleibt.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entfernung der Mörtelsuspension aus dem
Längskanal, insbesondere bei Verwendung eines Ventils
(33) durch Ausspülen mittels einer geeigneten Spül
flüssigkeit, z. B. Wasser durchgeführt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß im Anschluß an die Einführung des Verdrängungs
körpers (18, 27) der Längskanal mittels einer geeigne
ten Spülflüssigkeit, z. B. Wasser ausgespült wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß im Rahmen des vierten Schrittes
durch Einführen von Mörtelsuspension eine Sprengwir
kung auf den, den Ankerstangenabschnitt (2, 3, 4)
umgebenden Mörtel ausgeübt wird und die Mörtelsuspen
sion anschließend in vorhandene Spalte, Risse oder
dergleichen eingepreßt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß im Rahmen des vierten Schrittes
durch Einführen einer Spülflüssigkeit, z. B. Wasser
eine Sprengwirkung auf den, den Ankerstangenabschnitt
(2, 3, 4) umgebenden Mörtel ausgeübt wird und anschlie
ßend eine Mörtelsuspension eingeführt und in vorhan
denen Spalte, Risse oder dergleichen eingepreßt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß bei mit Gefälle bzw. abwärts
gerichteten Bohrlöchern die Spülflüssigkeit nach
Vollendung des Ausspülens des Längskanals innerhalb
desselben verbleibt und daß das Einführen von Mörtel
suspension im Rahmen des vierten Schrittes unter
Zwischenanordnung der vorhandenen Flüssigkeitssäule
bestehend aus Spülflüssigkeit erfolgt, über welche
eine Sprengwirkung ausgeübt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß im Anschluß an den vierten Schritt
die innerhalb des Längskanals verbliebene Mörtelsuspen
sion in einem fünften Schritt ausgespült wird und der
genannte vierte Schritt wiederholt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,
daß die fünften und vierten Schritte wenigstens
einmal wiederholt werden.
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