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Im modernen Tunnel- und Stollenbau werden nach der sogenannten neuen österreichischen Tunnelbauweise zur Sicherung der Tunnel- bzw. Stollenwand gegen Einsturz besonders bei brüchigem Gestein sogenannte Felsanker, d. s. tief in die Wand versenkte im Bohrloch durch Dübelhülsen oder durch Klebepatronen fest verankerte Stahlstäbe verwendet, an deren aus der Wand herausragenden, mit einem Schraubgewinde versehenen Schaftende Ankerplatten aufgeschraubt werden, die den Druck des Berges abfangen und das Herabfallen lockeren Gesteins verhindern müssen. Obwohl entsprechend stark dimensionierte Ankerstäbe - in der Regel mit einem Durchmesser zwischen 20 und 32 mm-verwendet werden, hat es sich in der Praxis gezeigt, dass diese der überaus grossen Belastung durch den Gebirgsdruck häufig nicht standhalten können und im Bereiche des Schraubgewindes abreissen.
Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, dass das Ende des Ankerschaftes durch die Aufbringung des (gerollten) Gewindes eine beträchtliche Verminderung des Stabquerschnittes erfährt. Diese liegt nach den Normgrössen des metrischen Gewindes, wonach der Durchmesser des Gewindekerns (ohne Berücksichtigung der Gewindeflanken) etwa 0, 92 des Durchmessers des unbearbeiteten Ankerschaftes beträgt, was eine Verminderung der Querschnittsfläche um etwa 16% gegenüber dem noch nicht bearbeiteten massiven Ankerstab bedeutet.
Es ist somit leicht erklärlich, warum es häufig zum Abreissen des Ankerstabes im Bereiche des Schraubengewindes als dem schwächsten Teil kommt. Dem konnte zwar durch Verwendung eines wesentlich stärkeren Ankers entgegengewirkt werden, doch hat dies neben einer entsprechenden Verteuerung und Gewichtsvermehrung auch zur Folge, dass solche dicke Felsanker, wenn ihre Länge die lichte Tunnelhöhe übersteigt, nicht mehr in das Bohrloch eingebracht werden können, weil ihnen die notwendige Biegsamkeit fehlt.
Die nötige Festigkeit und Stärke des Ankerschaftes an dessen rückwärtigem Ende könnte zwar auch durch eine dort vorgenommene zylindrische Verstärkung erfolgen, doch wäre dies nur auf sehr aufwendige Weise möglich.
Es hat sich auch gezeigt, dass es zum Abreissen des Gewindestückes bzw. häufig auch zum Abscheren der Gewindegänge meist nur in der allerersten Zeit nach dem Versetzen des Felsankers kommt, so dass schon nach einer Zeitdauer von wenigen Stunden, wenn das in Bewegung geratene Gestein offenbar zur Ruhe gekommen ist, kaum mehr ein Anker abreisst. Dieser Setzungsvorgang des Gebirges hat zumeist eine Gesteinsverschiebung von nur einigen Zentimetern zur Folge. Es gilt daher, diese verlässlich abzufangen und ein Abreissen der aus dem Bohrloch herausragenden Ankerenden zu vermeiden, weil sonst der im Bohrloch einbetonierte Ankerstab ohne praktische Wirkung bleibt.
Vorschläge zur Lösung dieses Problems sind nach dem bisher bekannten Stand der Technik nur am Rande gemacht worden. In den FR-PS Nr. 2. 036. 023, Nr. 2. 109. 203 und Nr. 2. 159. 758 sowie in der US-PS Nr. 3, 702, 060 ist für einzelne Ausführungsformen von Felsankern zwar eine aufgewölbte federnde Scheibe bzw. ein entsprechend gestalteter Ring als Zwischenglied zwischen Felswand und Befestigungsmutter vorgesehen, doch haben diese offenbar nur den Zweck, wie ein Federring ein selbsttätiges Lösen der Schraubenmutter auszuschliessen, ohne dass ein starkes Anziehen derselben nötig wäre.
In der DE-OS 3019095 ist für eine Ausführungsform ein keilförmig gestalteter massiver Druckkörper mit einer sphärischen Aufwölbung nach aussen vorgesehen, der die Aufgabe hat, durch seitlichen Druck das im Bereich der Bohrlochmündung lockere Gestein zusammenzupressen und dadurch zu verfestigen.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die oben angeführten Nachteile zu vermeiden und das Abreissen des Felsankerstabes im Bereiche des Schraubgewindes oder dessen Abscheren durch ein hinreichend starkes aber doch etwas nachgiebiges Zwischenglied zwischen Stollen- bzw. Tunnelwand und der Befestigungsmutter den auftretenden hohen Druck bis zur Beruhigung des Gebirges verlässlich abzufangen.
Die Erfindung besteht zunächst darin, dass der auf die Ankerplatte noch in vollem Ausmass wirkende Gebirgsdruck durch eine zentrale Aufwölbung der Ankerplatte teilweise abgefangen und dadurch dieser in seiner Wirksamkeit auf die Schraubbefestigung am Schaftende des Felsankers entsprechend herabgemindert wird. Diese Aufwölbung kann sphärisch durch Bildung einer kalottenförmigen Kuppe oder auch als aus der Platte herausragender Kegelstumpf gebildet sein. Im Zentrum dieser Aufwölbung ist eine gegenläufig zu dieser konisch verjüngte trichterförmige Bohrung vorhanden, durch welche der Felsankerschaft mit seinem das Schraubengewinde tragenden Ende ragt.
Dieser Durchbruch im aufgewölbten Teil der Ankerplatte kann auch in Form eines ovalen, exzentrischen Durchbruches (ähnlich einem Langschlitz)
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gestaltet sein, um bei seitlichen Druckeinwirkungen dem Ankerschaft ein entsprechendes seitliches Ausweichen zu ermöglichen, wodurch die Bruchgefahr wesentlich herabgesetzt wird. Dieser Massnahme bedarf es dann nicht, wenn als Distanzierung zwischen aufgeschraubter Mutter und der dann plan gehaltenen Ankerplatte eine entsprechend auf gewölbte kleinere Zwischenplatte mit zentraler, trichterförmig ausgeführter Bohrung verwendet wird.
In diesem Fall soll zweckmässigerweise die auf der Felswand plan aufliegende Ankerplatte eine zentrale Bohrung aufweisen, die beträchtlich grösser ist als die Dicke des Ankerschaftes, um diesem einen gewissen seitlichen Spielraum zum Ausweichen zu geben.
In jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele bedarf es überdies der Verwendung eines zweckmässigerweise halbkugelförmig gestalteten Zwischenstückes mit zentraler Bohrung als Druckkörper, das zwischen der Befestigungsmutter und der auf gewölbten Platte so eingefügt wird, dass die Halbkugel mit ihrer Kalotte in der trichterförmigen Bohrung der Aufwölbung zu liegen kommt. Dieser Druckkörper kann auch als Kegelstumpf geformt sein.
Wichtig für das richtige Funktionieren dieser Anordnung ist dabei, dass die Grösse des Basisdurchmessers und Höhe sowie Form der Aufwölbung und die Dicke des verwendeten Stahlbleches so bemessen ist, dass unter Berücksichtigung der Druck- und Biegefestigkeit sowie Elastizität des verwendeten Stahlmaterials die für das Eindrücken (Plattdrücken) der Aufwölbung nötige Kraft unterhalb der Bruchgrenze der Schraubspindel am Ende des Ankerschaftes liegt. Zur Erhöhung der Bruchlastgrenze des Ankerschaftes kann nach einer besonderen Ausführungsform der halbkugelförmige Druckkörper fest mit dem Ankerschaft verbunden bzw. auch auf diesem aufgeschweisst sein. Die Herstellung dieser halbkugelförmigen Verdickung am Ende des Ankerschaftes kann auch durch Aufstauchen in warmem Zustand erfolgen.
Zur Erfüllung der eingangs als wesentlicher Patentzweck beschriebenen Aufgabe, wonach durch die Aufwölbung der Ankerplatte der Gebirgsdruck dadurch verlässlich abgefangen werden soll, dass von diesem nur die Aufwölbung plattgedrückt wird und es somit nicht zum Abreissen des Ankerschaftes kommt, ist es erforderlich, dass der Basisdurchmesser und die Höhe und Form der Aufwölbung so bemessen ist, dass sich unter Berücksichtigung der Stärke, Elastizität und Verformbarkeit des verwendeten Stahlblechs und Ankermaterials eine Belastbarkeit der aufgewölbten Platte bis zum Plattdrücken der Aufwölbung ergibt, die etwas unter der Bruchlast des Ankerschaftes im Bereiche des aufgerollten Schraubgewindes liegt.
Praktische Versuche haben ergeben, dass bei Verwendung des für die Ankerplatte besonders geeigneten Stahls der Qualität St 37 und bei Fertigung des Ankerstabes aus dem gut geeigneten Stahl Type RT oder TX 60 nach Ö-Norm 4200 die Stärke der Ankerplatten zweckmässigerweise etwa 3/10 bis 5/10 des Ankerschaftdurchmessers betragen und die konische oder sphärische Aufwölbung einen Basishalbmesser von etwa 1/3 der üblichen Plattenseitenlänge, zirka 20 cm, somit etwa 6 bis 7 cm bei einem Böschungswinkel der konischen Aufwölbung von zirka 300 haben soll. Bei einer sphärischen Aufwölbung versteht sich dieser Winkel als mittleres Mass, entsprechend dem Neigungswinkel einer ungefähr in der radialen Mittellinie der Kalotte berührenden und die Mittelachse der Zentralbohrung schneidenden Tangente.
Bei einer solchen Dimensionierung von Anker, Ankerplatte und Aufwölbung liegt im Hinblick auf die Eigenschaft des Plattenstahls St 37 und des Ankerstahls RT bzw. TX 60, wie die durch zahlreiche Versuche bestätigten Berechnungen ergeben haben, die Kraft, die zum Plattdrücken der Aufwölbung und damit zum Abfangen des Bergdruckes führt, ungefähr 5 bis 10% unter der Bruchlast des Ankerschaftes im Bereiche des aufgerollten Gewindes. Ein Abreissen des Ankerschaftes wird daher vermieden, sofern der Bergdruck - was meist nach dem Plattdrücken der Aufwölbung der Fall ist-dann durch Beruhigung des Gebirges nachlässt.
Eine andere Möglichkeit der verlässlichen Sicherung des Druckkörpers gegen Abstreifen vom Ankerschaft kann auch dadurch erreicht werden, dass das. auslaufende Ende des Schaftes in geringem Masse konisch verdickt ist, so dass der Druckkörper, wenn auf ihn Druck ausgeübt wird, in der Längsachse des Felsankerstabes nach rückwärts verschoben wird und im Bereich der konischen Verdickung einen festen Presssitz erhält.
Diese zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zwar wesentlich belastbarer, doch fehlt weitgehend die Möglichkeit einer Distanzverstellung, wie sie durch ein Schraubgewinde gegeben ist. Es muss daher bei der Montage eines derart gestalteten Felsankers in besonderer Weise vorgegangen werden :
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In das entsprechend der Länge des Felsankers mit einem geringen Übermass hergestellte Bohrloch werden zunächst ein bis zwei, bei Bedarf auch mehr Klebepatronen bis in das Bohrlochtiefste einge- schoben, sodann wird das Bohrloch mit Betonmörtel vollgespritzt und schliesslich wird die Ankerstange, nachdem diese durch die zentrale Bohrung der mit ihrer Wölbung gegen das verdickte Schaftende gerichteten Anker- bzw.
Zwischenplatte hindurchgesteckt wurde, so tief in das Bohrloch hineingedrückt, bis die am Ende des Ankerschaftes vorhandene halbkugelförmige oder konische Verdickung bzw. der entsprechend gestaltete, vorher auf die Ankerstange aufgeschobene Druckkörper fest in der trichterförmigen Bohrung der Aufwölbung der Ankerplatte aufsitzt.
In den Zeichnungen, u. zw. in Fig. l bis 4, ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem fest am Ende des Ankerschaftes aufgesetzten halbkugelförmigen Druckkörper und entsprechend konisch aufgewölbter Ankerplatte dargestellt. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das herausragende Ende des Ankerschaftes konisch verdickt ist. Fig. l zeigt die Ankerstange in Längsansicht, wobei aus Platzgründen das lange Mittelstück zwischen Ankerspitze und Schaftende weggeschnitten ist. Fig. 2 stellt eine Stirnansicht der Ankerstange samt Druckkörper von der Seite dar. In Fig. 3 ist die Anker-bzw.
Zwischenplatte in Draufsicht aus Blickrichtung zum Bohrloch dargestellt und Fig. 4 stellt schliesslich eine Seitenansicht der Ankerplatte, von der der linke obere Quadrant entlang der Schnittlinie A - Z - B in Fig. 3 weggeschnitten ist, dar. Fig. 5 zeigt das konisch verdickte Ende eines Ankerschaftes.
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rückwärtigen Schaftende --3-- ist der in Form einer Halbkugel gestaltete Druckkörper --4-- unverrückbar fest auf dem Ankerschaft aufgesetzt.
In Fig. 4 ist eine Druckplatte mit einer als Kegelstumpf gestalteten Aufwölbung dargestellt. Die plane Auflagefläche der Druckplatte ist mit --5--, der hochgewölbte Teil des Kegelstumpfes mit --8--, die Zentralbohrung mit --6-- und die trichterförmige Schrägfläche mit --7-- bezeichnet.
In Fig. 5 ist der Ankerschaft mit --1-- und dessen nach aussen leicht konisch verdicktes Ende mit - bezeichnet. Der halbkugelig geformte Druckkörper --4-- besitzt eine Zentralbohrung --4a--, die geringfügig grösser ist als der Durchmesser des nicht verdickten Ankerschaftes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Felsanker zum Sichern von Stollen- und Tunnelwänden gegen Einsturz bzw. Herabfallen von Gesteinsteilen, bestehend aus einer meist langen Ankerstange und einer an dem aus dem Bohrloch herausragenden Ende des Ankerschafts zu befestigenden Ankerplatte, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass die Ankerplatte (5) im Zentralbereich in Richtung gegen das darüber hinausragende Ende des Ankerschaftes (3) sphärisch aufgewölbt und die im Zentrum dieser Kalotte (8) zum Durchstecken der Ankerstange (1) vorhandene Bohrung (6) in der gleichen Richtung trichterförmig (7) ausgeweitet ist, in welche ein entsprechend dimensionierter, vornehmlich als Halbkugel gestalteter Druckkörper (4) mit seiner sphärischen Wölbung eingreift, der verlässlich, z.
B. durch eine starke Schraubenmutter gegen
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