DE4432472A1 - Verfahren zum Setzen eines Gebirgsankers und Adapterteil zur Verwendung in einem solchen Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Adapterteil entsprechend den jeweiligen Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.

Gebirgsanker als solche dienen bekanntlich der Stabili­ sierung von Hängen bzw. der Innenwandung von Hohlräumen dadurch, indem mehrere, senkrecht zur Ebene des Hanges oder auch der Wandungen aufeinanderfolgende Gebirgs­ schichten miteinander verbunden werden. Im Falle eines selbstbohrenden Ankers wird hierbei eine Ankerstange, die an ihrem einen Ende mit einer Bohrkrone versehen ist und deren anderes Ende mit einem Bohrantrieb gekuppelt ist in einer ersten Phase wie eine Bohrstange benutzt, wobei über den zentralen, sich in Längsrichtung der Ankerstange erstreckenden Hohlraum ein Spülmedium ge­ führt wird, z. B. Wasser oder Luft, welches im Bereich der Bohrkrone austritt und die als Folge des Bohrvor­ gangs gelösten Gebirgspartikel über den Ringraum zwi­ schen der Bohrstange und den Innenwandungen des Bohr­ lochs in rückwärtiger Richtung, d. h. in Richtung auf die Bohrlochmündung hin ausschwemmt. In einer zweiten Phase wird auf dem gleichen Wege ein aushärtbares Medium, z. B. eine Mörtelsuspension oder auch ein Kunstharz in das Bohrloch eingeführt, welches nach Ausfüllung des Bohr­ lochs und nach Aushärtung einen festen Verbund zwischen den umliegenden Gebirgsschichten einerseits und der Ankerstange andererseits herstellt, so daß die verwende­ te Ankerstange als verlorenes Werkzeug in der Bohrung verbleibt und anschließend unter Verwendung von Anker­ platten im Bereich der Bohrlochmündung verspannt wird.

Aus der DE 38 40 158 C2 ist ein Verfahren zum Setzen eines Gebirgsankers bekannt, in welchem ein selbstboh­ render Anker verwendet wird, wobei während des Bohrens als Spülmedium eine Mörtelsuspension oder dergleichen verwendet wird, wobei relativ kleinere Anteile der Gebirgspartikel ausgeschwemmt werden und wobei relativ gröbere Anteile von der Mörtelsuspension umspült und während deren Aushärtens in diese eingebunden werden. Dieses Verfahren ist insbesondere zur Verwendung bei kohäsionsarmem bis kohäsionslosem Gebirge mit Vorteil einsetzbar, da sich in diesen Fällen ansonsten die Herstellung eines sicheren, zur Aufnahme ausreichender Zugkräfte geeigneten Verbundes zwischen dem Anker und dem umliegenden Gebirge schwierig gestaltet.

Die übliche Verwendung eines selbstbohrenden Ankers ist dadurch gekennzeichnet, daß während der Bohrphase der mit einem Spülkopf versehene Bohrantrieb mit der Anker­ stange gekuppelt ist und in diesem Zustand bis zur Vollendung des Bohrvorgangs verbleibt. Zum Einführen des aushärtbaren Mediums muß der Bohrantrieb von der Anker­ stange gelöst und anschließend letztere mit einem geeig­ neten Kopfteil zur Einführung des aushärtbaren Mediums gekuppelt werden. Dies bedeutet, daß vom Erstellen der Bohrung bis zu deren Verfüllung mit einem aushärtbaren Medium zahlreiche Montage- und Demontagevorgänge erfor­ derlich sind, die naturgemäß die Kostenbilanz des Set­ zens eines Gebirgsankers nachteilig beeinflussen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Adapterteil der eingangs bezeichneten Gattungen dahinge­ hend auszugestalten, daß der Vorgang des Setzens eines Gebirgsankers zeitlich beschleunigt und kostengünstig gestaltet werden kann. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, daß der Bohrantrieb unter Zwischenanordnung eines der wahlweisen oder auch umschaltbaren Führung eines Spülmediums oder eines aushärtbaren Mediums geeigneten Adapterteils mit dem Anker gekuppelt wird und daß dieser Kupplungszustand bei Verwendung eines selbstbohrenden Ankers von der Bohrpha­ se bis zur vollständigen Verfüllung des Bohrlochs mit dem aushärtbaren Medium unverändert aufrechterhalten wird. Dies bedeutet, daß sämtliche Montage- und Demonta­ gevorgänge entfallen, die ansonsten am Ende der Bohrpha­ se in Verbindung mit dem Einführen des aushärtbaren Mediums erforderlich werden. Hieraus ergibt sich eine bedeutende Ersparnis an Arbeitszeit und damit Arbeitsko­ sten, die ansonsten mit dem Setzen eines einzelnen Ankers verbunden sind. Es wird somit erfindungsgemäß ein Adapterteil verwendet, welches beispielsweise durch einfaches Umschalten von der Förderung eines Spülmediums auf die Förderung eines aushärtbaren Mediums umstellbar ist, und zwar ohne daß am Kupplungszustand des Adapter­ teils mit dem Bohrantrieb einerseits und der Ankerstange andererseits Veränderungen vorgenommen werden müssen. Im einfachsten Fall sind somit Tätigkeiten am Ende der Bohrphase auf ein bloßes Umschalten der Mediumförderung beschränkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 grundsätzlich in Verbin­ dung mit den üblicherweise eingesetzten Spülmedien sowie aushärtbaren Medien einsetzbar.

Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind auf eine vor­ teilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet. Entsprechend dem jeweils vorgefundenen Kohä­ sionszustand des Gebirges, der sich insbesondere auch abschnittsweise - in Längsrichtung des Bohrlochs gesehen - ändern kann, kann eine dem angepaßte Beschaffenheit dieses Mischungsverhältnisses zweckmäßig sein. Dieses Mischungsverhältnis sollte vorzugsweise stufenlos verän­ derbar sein, so daß eine optimale Anpassung an die jeweils vorgefundenen Gebirgsverhältnisse möglich ist. So kann in einzelnen Fällen während des Bohrvorgangs als Spülmittel ein aushärtbares Medium, nämlich eine Mörtel­ suspension verwendet werden, so daß sich bei extrem kohäsionsarmem Gebirge eine großräumige Durchdringung von gelösten Gebirgspartikeln und Mörtel und damit ein zuverlässiger Verbund zwischen Ankerstange und Gebirge ergeben. In Richtung der Bohrlochachse können Gebirgs­ schichten unterschiedlichen Kohäsionszustands aufeinand­ er folgen, so daß diesen Bedingungen durch bloße Ein­ stellung des Mischungsverhältnisses während der Bohrpha­ se ausgehend von der Förderung eines aushärtbaren Medi­ ums bis zur Förderung eines reinen Spülmediums in ein­ fachster, insbesondere an den Einzelfall angepaßten Weise Rechnung getragen werden kann, und zwar ohne daß für diese Einstellungsvorgänge komplizierte Montage- und Demontagevorgänge im Bereich des Bohrantriebs erfor­ derlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 anwendbar, wenn der Bohran­ trieb manuell geführt wird, jedoch auch dann, wenn der Bohrantrieb über eine Führung verfügt, insbesondere einen Bohrwagen. Insbesondere im letztgenannten Falle macht sich eine Zeit- und damit Kostenersparnis bemerk­ bar.

Die eingangs dargelegte Aufgabe, soweit es um ein Adap­ terteil zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Ver­ fahren geht, ist durch die Merkmale des Kennzeichnungs­ teils des Anspruchs 8 gelöst.

Der genannte Grundkörper weist einen zentralen Hohlraum auf, der in durchgängiger Verbindung lediglich mit einem Kupplungsabschnitt steht, nämlich demjenigen, der zur Ankupplung der Ankerstange bestimmt ist. Der andere Kupplungsabschnitt ist zur Ankupplung des Bohrantriebs bestimmt, jedoch hinsichtlich der Führung eines Spülme­ diums funktionslos. Indem die Ankerstange beginnend von der Bohrphase an bis zum vollständigen Verfüllen über den Bohrantrieb gehalten ist, der seinerseits auf einem Bohrwagen getragen ist, ergibt sich der weitere Vorteil einer genauen zentrischen Führung der Ankerstange, einer gleichmäßigen Mörtelüberdeckung und damit auch eines einwandfreien Korrosionsschutzes.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 ist das Gehäuseteil des Adapterteils unter Verwendung wenigstens eines elastischen Puffergliedes axial auf dem Grundkörper festgelegt. Auf diese Weise werden die, durch den Schlagbetrieb während des Bohrvorgangs bedingten mecha­ nischen Beanspruchungen des Gehäuseteils stark gedämpft, so daß die Standzeit des Adapterteils erhöht wird. Das Gehäuseteil ist hierbei ein gegenüber dem drehbaren Grundkörper feststehendes, mit wenigstens einem Rohran­ schluß versehenes Bauteil, wobei über den Rohranschluß die Zuführung wahlweise von Mörtelsuspension oder eines Kunstharzes oder auch eines Spülmediums erfolgt.

Die Kupplungsabschnitte sind entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 10 vorzugsweise als Innengewindeabschnitte ausgebildet. Es kommen jedoch auch andere Ausbildungs­ formen des Kupplungsabschnitts in Betracht, soweit diese für eine Medienförderung geeignet sind.

Die Merkmale des Anspruchs 11 sind auf eine Bemessung der Strömungswege für das aushärtbare Medium sowie das Spülmedium derart gerichtet, daß sich geringstmögliche Druckverluste ergeben. Nachdem das Adapterteil sowohl zur Führung von Spülmedium als auch zur Führung des aushärtbaren Mediums benutzt wird, ergibt sich auch der weitere Vorteil, daß durch eine große Querschnittsbemes­ sung eine Erhöhung der Zufuhr an Spülmedium und damit eine bedeutende Erhöhung der Bohrleistung möglich ist.

Eine Ausbildung des Adapterteils derart, daß einem einheitlichen Rohranschluß 2 Durchflußregelorgane zur Steuerung der Zuflüsse für das Spülmedium sowie ein aus­ härtbare Medium zugeordnet werden, stellt die einfachste Ausführungsform dar. Grundsätzlich kann der genannte Ringraum des Adapterteils jedoch auch mit zwei Rohran­ schlüssen versehen sein, die jeweils der Zuführung entweder eines Spülmediums oder eines aushärtbaren Mediums dienen.

Die Merkmale des Anspruchs 13 bringen den Vorteil mit sich, daß die, einem erheblichen Verschleiß ausgesetzten Bauteile des Adapterteils in einfachster Weise demon­ tierbar und durch neuwertige Teile austauschbar sind. Schließlich bietet die genannte Ringschulter auch einen erheblichen mechanischen Schutz dieser Verschleißteile während des Bohrbetriebes. Das erfindungsgemäße Adapter­ teil ist somit gleichzeitig als robustes und benutzer­ freundlich ausgebildetes Bauteil ausgebildet.

Ein zur Verwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich geeignetes Adapterteil wird im folgenden unter Bezugnahme auf die zeichnerische Dar­ stellung näher erläutert werden.

Mit 1 ist in der Zeichnung ein rohrartiger Grundkörper bezeichnet, dessen beide Endbereiche jeweils Kupplungs­ abschnitte 2, 3 bilden, die mit einem nach Art eines Rundgewindes ausgebildeten Innengewinde ausgerüstet sind. Der Kupplungsabschnitt 2 dient der Ankupplung eines Bohrantriebs, während der Kupplungsabschnitt 3 der Ankupplung einer Ankerstange dient. Der Kupplungsab­ schnitt 2 endet axial in der durchgehenden Trennwand 4.

Mit 5 ist ein, auf der, dem Kupplungsabschnitt 2 abge­ kehrten Seite der Trennwand 4 befindlicher zentraler Hohlraum innerhalb des Grundkörpers 1 bezeichnet, der in durchgängiger Verbindung mit dem Kupplungsabschnitt 3 steht. Der Hohlraum 5 weist im übrigen eine Reihe von in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten durchgängigen radialen Bohrungen 6 auf, deren Bedeutung im folgenden noch erläutert werden wird.

Mit 7 ist eine, aus der Außenumfangsfläche des Grundkör­ pers 1 herausragende Ringschulter bezeichnet, die auf ihrer, dem Kupplungsabschnitt 2 zugekehrten Seite eine sich radial erstreckende Stützfläche aufweist. Die Bedeutung dieser Ringschulter 7 wird im folgenden eben­ falls noch erläutert werden.

Der Bereich der Bohrungen 6 des Grundkörpers 1 wird von einem ringartigen Gehäuseteil 8 umgeben, welches in seinem mittleren Bereich in axialer und radial äußerer Richtung einen Ringraum 9 begrenzt, der die Außenseite des Grundkörpers 1 umgibt. Dieser Ringraum 9 steht somit über die Bohrung 6/die Bohrungen 6 in durchgängiger Verbindung mit dem Hohlraum 5. Der Ringraum 5 steht im übrigen über eine radiale Bohrung 10 des Gehäuseteils 8 in durchgängiger Verbindung mit einem Rohranschluß 11.

Der Grundkörper 1 ist gegenüber dem Gehäuseteil 8 dreh­ bar gelagert und es sind zu diesem Zweck beiderseits der Bohrung 6/der Bohrungen 6 Weichmetallringe 12 angeord­ net, die beispielsweise aus Messing bestehen und mit der Außenseite des Grundkörpers 1 in schleifender Berührung stehen. Die Weichmetallringe 12 weisen einen in etwa quadratischen Querschnitt auf und sind in radial innen­ seitigen Ausnehmungen des Gehäuseteils 8 derart einge­ setzt, daß ihre äußeren Stirnseiten jeweils in einer gemeinsamen Ebene mit der verbleibenden Stirnseite des Gehäuseteils liegen.

Mit 13 sind jeweils Dichtringe bezeichnet, die in Ring­ nuten der äußeren Stirnseiten des Gehäuseteils 8 einge­ setzt sind. Die Dichtringe 13 befinden sich im eingebau­ ten Zustand unter elastischer Verspannung, wobei zwi­ schen der zugekehrten Stirnseite eines Deckelringes 14 bzw. der Ringschulter 7 und den zugekehrten Stirnseiten des Gehäuseteils 8 ein geringfügiger Spalt besteht, der durch den Dichtring 13 überbrückt wird.

Mit 15 sind zwei weitere, beiderseits der Bohrung 10 befindliche Dichtringe oder auch Abstreiferringe be­ zeichnet, die in Ringnuten des Gehäuseteils 8 eingesetzt sind, und zwar auf dessen radialer Innenseite. Diese Dichtringe 15 stehen somit radial innenseitig mit der Außenseite des Grundkörpers 1 in schleifender Berührung. Der Deckelring 14 seinerseits steht mit dem Grundkörper 1 über einen Sicherungsstift 16 in verdrehschlüssiger Verbindung. Er ist im übrigen auf seiner, dem Gehäuse­ teil 8 abgekehrten Seite unter Zwischenanordnung eines elastischen Puffergliedes 17, hier einem Rundschnurring an einer Zwischenscheibe 18 axial abgestützt, die wie­ derum auf ihrer, dem Pufferglied 17 abgekehrten Seite axial über eine lösbare Sicherungsscheibe 19 axial festgelegt ist.

Die Sicherungsscheibe 19, die Zwischenscheibe 18, das Pufferglied 17 sowie der Deckelring 14 stehen verdreh­ starr mit dem Grundkörper 1 in Verbindung. Nachdem der Kupplungsabschnitt 2 mit dem Bohrantrieb in Verbindung steht, werden über diesen ein Drehmoment, jedoch auch Axialkräfte übertragen, wobei letztere jedoch aufgrund der Wirkung des Puffergliedes 17 sowie der Dichtringe 13 in Verbindung mit den geringfügigen axialen Spalten beiderseits des Gehäuseteils 18 lediglich stark gedämpft auf das Gehäuseteil 8 übertragen werden. Diese Axial­ kräfte haben geringfügige axiale Bewegungen des Gehäuse­ teils 8 auf dem Grundkörper 1 zur Folge und es sind die genannten Spalte beiderseits des Gehäuseteils 8 dement­ sprechend bemessen. Um im Bereich der Bohrung 10 sicher­ zustellen, daß im Übergangsbereich zu der Bohrung 6 des Grundkörpers 1 axiale Relativbewegungen ausschließlich im Bereich der Dichtfläche stattfinden, weist die Boh­ rung 10 im Bereich der axial relativ zueinander bewegten Fläche leicht konisch ausgebildete und in der Zeichnung angedeutete Erweiterungen 20 auf.

Der Rohranschluß 11 kann über eine entsprechende Um­ schalteinrichtung im Betrieb des Adapterteils wahlweise mit einem Spülmedium, z. B. Wasser oder auch Luft oder mit einem aushärtbaren Medium, z. B. einer Mörtelsuspen­ sion oder einem Kunstharz beaufschlagt werden, wobei diese Medien über die Bohrungen 10, 6, den Hohlraum 5 und das Kupplungsteil 3 in einer Ankerstange eines selbst­ bohrenden Ankers überführt zu werden. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann das Gehäuseteil 8 auch mit zwei, einander beispielsweise diametral gegen­ überliegenden Rohranschlüssen 11 versehen sein, die jeweils unter Zwischenanordnung von Durchflußregelorga­ nen mit einem Spülmedium bzw. mit einem aushärtbaren Medium beaufschlagt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Setzen eines Gebirgsankers, wobei neben einem Bohrantrieb zumindest ein selbstbohrender Anker verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Bohrantrieb unter Zwischenanordnung eines, der wahlweisen Führung eines Spülmediums oder eines aushärtbaren Mediums geeigneten Adapterteils mit dem Anker gekuppelt wird,
• - daß der Anker über den Bohrantrieb bis zur Verfül­ lung des Bohrlochs mit dem genannten aushärtbaren Medium gehalten wird, und
• - wobei nach Abschluß des Bohrvorgangs ohne Abkupp­ lung des Bohrantriebs das genannte Medium über das Adapterteil in das Bohrloch eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Spülmedium Wasser oder Luft verwendet wird und
• - daß als aushärtbares Medium eine Mörtelsuspension verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Spülmedium Wasser oder Luft verwendet wird und
• - daß als aushärtbares Medium ein Kunstharz verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß zumindest der Bohrvorgang nach Maßgabe eines einstellbaren Mischungsverhältnisses zwischen dem Spülmedium und dem aushärtbaren Medium durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Bohrvorgang nach Maßgabe des Kohäsionszu­ stands des vorgefundenen Gebirges abschnittsweise mit einem Spülmedium, einem aushärtbaren Medium oder einer Mischung aus diesen Medien durchgeführt wird.

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

• - daß ein Einführen eines aushärtbaren Mediums unter Drehung des Ankers erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Bohrantrieb und der Anker durch eine Füh­ rung bis zur Verfüllung des Bohrlochs gehalten wird.

8. Adapterteil zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch

• - einen rohrartigen, endseitig mit Kupplungsabschnit­ ten (2, 3) zum Ankuppeln einer Ankerstange oder eines Bohrantriebs bestimmten Grundkörper (1),
• - wobei der Grundkörper (1) einen zentralen Hohlraum (5) aufweist, der in durchgängiger Verbindung einerseits mit dem, dem Ankuppeln einer Ankerstange dienenden Kupplungsabschnitt (3) und andererseits über radiale Bohrungen (6) mit einem Ringraum (9) steht, der mit wenigstens einem Rohranschluß (11) versehen ist und
• - wobei der Ringraum (9) innenseitig durch den Grund­ körper (1) und im übrigen durch ein, den Rohran­ schluß (11) tragendes Gehäuseteil (8) umgrenzt ist.

9. Adapterteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das, den Ringraum (9) beinhaltende Gehäuseteil (8) als zylindrisches, mit dem Rohranschluß (11) versehenes Bauteil ausgebildet ist,
• - daß der Grundkörper (1) gegenüber dem Gehäuseteil (8) drehbar angeordnet ist und
• - daß das Gehäuseteil (8) unter Zwischenanordnung wenigstens eines elastischen Puffergliedes auf dem Grundkörper (1) axial festgelegt ist.

10. Adapterteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß die Kupplungsabschnitte (2, 3) als mit Innenge­ winde versehene Aufsteckabschnitte ausgebildet sind, die zum Ankuppeln des Bohrantriebs oder der Ankerstange bestimmt und bemessen sind.

11. Adapterteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Innenquerschnitte des Rohranschlusses (11), der radialen Bohrung (6) des Grundkörpers (1) sowie (10) des Gehäuseteils (8) einander gleich bemessen sind,
• - daß im Bereich der relativ zueinander bewegbaren Flächen des Grundkörpers (1) einerseits und des Gehäuseteils (8) andererseits zumindest eine Laby­ rinthdichtung angeordnet ist und
• - daß der Innenquerschnitt des Kupplungsabschnitts (3) für die Ankerstange dahingehend bemessen ist, daß sich ausgehend von dem genannten Hohlraum (5) ein stetiger Querschnittsverlauf für die Strömung des Spülmediums oder des aushärtbaren Mediums ergibt.

12. Adapterteil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ge­ kennzeichnet durch voneinander getrennte Rohran­ schlüsse zur Zuführung eines aushärtbaren Mediums sowie eines Spülmediums, die mit dem Hohlraum (5) in durchgängiger Verbindung stehen.

13. Adapterteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Grundkörper einseitig unter Zwischenanord­ nung wenigstens eines elastischen Puffergliedes an einer Ringschulter (7) des Grundkörpers (1) axial festgelegt ist.