CZ20003670A3 - Třecí horninový svorník - Google Patents

Description

Vynález se týká konstrukčního řešení třecího horninového svorníku pro zpevňování a kotvení horninového masivu, zejména při tunelování a raženi podzemních děl.

Dosavadní stav techniky

Existuje řada různých typů svorníků pro zpevňování a kotveni hornin, tj. k udrženi soudržnosti horninového masivu, jehož soudržnost je zvolňována při tunelování, ražení podzemních děl a prováděni některých zemních prací. Jednu konkrétní skupinu svorníků tvoří třecí (frikční) horninové svorníky, které se zapravují do vrtů v horninovém masivu a soudržnost horniny zajišťují vyvozením třecí síly kotevní části svorníku o stěnu vrtu. Komerčně nejznámější v této skupině svorníků je třecí horninový svorník typu Swellex. Známe jsou rovněž svorníky o komerčním názvu Split-Set, Rock-Nail, Cotter-Pin, Pipe anchor, Pipe Bolt a BOLTEX. K nejnovějším řešením třecích svorníků se řádí pak systém horninových svorníků podle mezinárodní patentové přihlášky č. PCT/AU91/00315. Všechny tyto známé třecí horninové svorníky mají jeden hlavní společný znak, kterým je technické řešení kotevní části, která je tvořena jednou trubkou různého průřezu a to buď uzavřeného nebo otevřeného, podélně různým tvarem zborceného nebo promáčknutého. Kotvícího účinku je u těchto známých svorníků dosaženo třecí silou na obvodové ploše těchto trubkovitých těles vyvozovanou expanzí trubky. Třecího odporu v důsledku expanze je využíváno buď v místě přímého dotyku expandované trubky se stěnou vrtu, nebo zprostředkovaně prostřednictvím dalšího rozpěrného pláště kolem expanzní trubky, který je tvořen například podélně rozřezanou trubkou. Nevýhodou tohoto známého konstrukčního systému třecích horninových svorníků je jejích limitovaná pevnost, tj. únosnost svorníků. Únosnost svorníku je závislá na velikosti průřezu expanzní trubky kotevní části, popř. zvětšeného o rozpěrný plášť a na pevnosti ocele expanzní trubky a rozpěrného pláště. Volba velikosti průřezu expanzní trubky je přitom rovněž omezena možným průměrem trubky pro daný vrt a tloušťkou stěny jejího pláště dovolující expanzi trubky ve vrtu přivedeným tlakovým mediem u kotvení svorníku. Dosažitelná únosnost těchto svorníků je často nedostatečná pro jejich použití v náročných geologických poměrech. Využíváním kvalitnějších ocelí pro výrobu expanzních trubek svorníkových těles lze sice únosnost svorníku zvýšit, avšak pouze do určité meze z těchto důvodů. Kvalitnější ocele o vyšší pevnosti jsou dražší, čímž se zvyšuje cena svorníku s vyšší únosnosti. Kvalitnější ocele s vyšší pevnosti se však vyznačují horší tvárnosti, což znesnadňuje jednak výrobu zborcených tvarů expanzních trubek svorníkových těles z kvalitnějších ocelí, ale i jejich expanzi ve vrtu do potřebného objemu.

• ·

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje nové konstrukční řešení třecího horninového svorníku podle tohoto vynálezu. Řešení vychází ze známé fyzikální skutečnosti, že velikost třecího odporu mezi dvěma dotýkajícími se tělesy není závislá na velikosti styčných ploch těles, ale jen na přítlačné síle působící mezi nimi a koeficientu tření styčných ploch těles. Podstata řešení třecího horninového svorníku podle vynálezu, který obsahuje kotevní část a hlavovou část nebo pouze kotevní část, spočívá v tom, že jeho kotevní část je tvořena jednou nebo větším počtem sdružených tyčí o plném průřezu a paralelně přilehlým rozpínacím elementem pro přitlačení tyče nebo tyčí ke stěně vrtu. Dále je podstatou řešení to, že přítlačný rozpínací element tyčí je tvořen uzavřenou trubkou, která je opatřena plnicí koncovkou a pro umístění každé kotevní tyče podélně vyválcovaným zborcením průřezu trubky ve tvaru žlábku. Podstatou řešení podle vynálezu je rovněž to, že tyč může být na konci své hlavové části opatřena závitem pro matici a přítlačnou podložkou a že v provedení kotevní části svorníku se dvěmi a více kotevními tyčemi jsou jejich konce v hlavové části a plnicí koncovka rozpínacího elementu uchyceny ve společném sedle, že tyče s rozpínacím elementem mohou být spolu spojeny v hlavové části hlavicí plnicí koncovky rozpínacího elementu, přičemž povrch kotevních tyčí může být opatřen žebrováním pro zvýšení kotevního účinku.

Řešení třecího horninového svorníku podle vynálezu je evidentně značně výhodnější oproti dosud známým, neboť se jim umožňuje dosáhnout teoreticky neomezené nosnosti svorníku. Při reálně dosažitelném koeficientu tření 1, žebrováním povrchu tyčí kotevní části svorníku bude projektování výše jeho nosnosti limitováno prakticky pouze maximálně možným počtem tyčí kotevní části svorníku, umístitelných spolu s expanzním elementem do vrtu. Na základě tohoto řešení je možno vytvořit celou novou generaci třecích horninových svorníků s poměrně přesně projektovanou potřebnou nosností. Tyto budou mít všechny výhody jednak současných třecích svorníků, tzn. rychlé, spolehlivé a účinné kotvení a jednak výhody velké nosnosti současných tyčových svorníků s možností využití jakéhokoliv materiálu plného průřezu.

Přehled obrázků na výkrese

Na připojených výkresech je znázorněno několik příkladných provedení třecího horninového svorníku podle vynálezu umístěných ve vrtu zpevňované horniny. Na obr.1 je v příčném řezu svorník tvořený jednou tyčí a hydraulickým expanzním elementem ve tvaru půlměsíce před expanzí. Obr.2 znázorňuje v příčném řezu svorník dle obr.1 po expanzi hydraulického expanzního elementu. Obr.3 znázorňuje v příčném řezu svorník se třemi tyčemi a hydraulickým expanzním elementem ve tvaru trojlístku před expanzí. Na obr.4 je znázorněn svorník dle obr.3 po expanzi hydraulického expanzního elementu. Obr.5 znázorňuje v příčném řezu svorník se čtyřmi tyčemi a hydraulickým expanzním elementem ve tvaru čtyřlístku před expanzí. Na obr.6 je znázorněn svorník dle obr.5 po expanzi hydraulického expanzního

Oo - JC9-0 elementu. Obr.7 znázorňuje v příčném řezu svorník tvořený jednou tyčí a chemickým expanzním elementem ve tvaru půlměsíce před expanzí. Na obr.8 je znázorněn svorník dle obr.7 po expanzi chemického expanzního elementu. Na obr.9 je znázorněn v podélném řezu svorník dle obr.2 nebo obr.8. Obr. 10 znázorňuje v podélném řezu svorník v situaci dle obr.4. Na obr.11 je znázorněn v podélném řezu svorník v situaci dle obr.6.

Popis příkladu technického řešení

Třecí horninový svorník podle vynálezu má jako každý jiný svorník kotevní část umístěnou ve vrtu a hlavovou část před ústím vrtu. V nejjednodušším provedení je kotevní část svorníku tvořena jednou tyčí 1 z kulatiny plného průřezu a rozpínacím elementem 2, kterým je tenkostěnná trubka 3, jejíž kruhový průřez je válcováním zborcený do tvaru půlměsíce tak, že je na ní vytvořen podélný žlábek 4 , v němž je přilehle umístěna tato tyč 1 , jak je znázorněno na obr. 1 a 7. Trubka 3 je na konci kotevní části svorníku zaslepena svarem a v hlavové části svorníku opatřena plnicí koncovkou 5 a tyč 1 vnějším závitem 6 s maticí U pro přitažení podložky 12 k překrytí ústi vrtu 13, jak je znázorněno na obr.9. Pro dosažení větší nosnosti třecích svorníků je jejich kotevní část tvořena větším počtem tyčí 1 plného průřezu např. třemi nebo čtyřmi a jedním paralelně přilehlým rozpínacím elementem 2. V tomto případě jim bude rovněž uzavřená tenkostěnná trubka 3, avšak se zborceným průřezem ve tvaru trojlístku, čtyřlístku nebo vicelístku. V jejích žlábcích 4 je umístěn odpovídající počet tyčí 1, podobně jako u provedení kotevní části svorníku s jednou tyčí 1 jak je znázorněno na obrázku 3 a 5. Tyče 1 spolu s plnicí koncovkou 5 trubky 3 jsou příkladně uchyceny ve společném sedle 7 kulovitého tvaru, kterým je přitlačena podložka 12 na ústí vrtu 13, jak je znázorněno na obr.10. Vzájemné spojení tyčí 1 s rozpínacím elementem 2, to je trubkou 3, je možno provést objímkou 8 na konci kotevní části svorníku a hlavicí 9 plnicí koncovky 5 trubky 3, jak je znázorněno na obr.11 nebo pouze hlavicí 9. Rozpínací element 2 ve formě trubky 3 jak je popsáno výše je rozpínán hydraulicky pomocí tlakové vody do tvarů znázorněných na obr.2, 4 a 6. Může být rozpínán rovněž mediem v trubce 3 ve tvaru podle obr.7 expandujícím chemickou reakcí a způsobující její roztažení do tvaru jak je znázorněn na obr.8. Rozpínací element 2 může být proveden pro zvláštní podmínky ve formě mechanického přítlačného zařízení, např. jako šroub s přítlačnými klíny nebo čelistmi. Přivedeným hydraulickým mediem do trubky 3 nebo reakcí chemického media v trubce 3 dojde ke zvětšení jejího objemu a tím k přitlačení tyče nebo tyčí 1 ke stěně vrtu 13. U provedení kotevní části svorníku s jednou tyčí 1 a se čtyřmi tyčemi 1 dojde k roztažení trubky 3 natolik, že se rovněž tato přitlačí ke stěně vrtu 13, jak je znázorněno na obr.2,6 a 8. Tímto se zvětší styčná plocha svorníku s otvorem 13, což se projeví zmenšením možnosti jeho prokluzu v otvoru 13. Třecími svorníky podle vynálezu se dosáhne kotevního účinku, který je úměrný součtu pevností tyčí 1 a rozpínacího elementu 2 a koeficientu tření jejich styčných ploch. Nejvyšší koeficient tření je přitom možno

dosáhnout použitím tyčí 1. sžebrovaným povrchem jak je znázorněno na obr.3, 4, 7, 8, 9 a 10, např. vyrobených z žebírkové ocele.

Průmyslová využitelnost

Řešení podle vynálezu je využitelné při konstrukci dokonalejších třecích horninových svorníků pro zpevňování a kotvení hornin. Vynález je proto použitelný při výrobě tyčových vyztužovacích zařízení, potřebných v rudném a úhelném hornictví a podzemním stavitelství hlavně při výstavbě tunelů a podzemních děl a zpevňováni svahů.

Claims (6)

1. Třecí horninový svorník obsahující kotevní část a hlavovou část nebo pouze kotevní část vyznačený tím, že kotevní část svorníku je tvořena nejméně jednou tyčí (1) plného průřezu a rozpínacím elementem (2) paralelně přilehlým k tyči (1) pro její přitlačení ke stěně vrtu (13).

2. Třecí horninový svorník podle nároků 1 vyznačený tím, že rozpínacím elementem (2) je uzavřená trubka (3), která je opatřena pro umístění každé tyče (1) podélným zhořčením průřezu trubky (3) ve tvaru žlábku (4) a plnicí koncovkou (5) v hlavové části svorníku.

3. Třecí horninový svorník podle nároků 1 a 2 vyznačený tím, že konec tyče (1) je v hlavové části opatřen vnějším závitem (6).

4. Třecí horninový svorník podle nároků 1 a 2 vyznačený tím, že u kotevní části svorníku se dvěma a více tyčemi (1) jsou jejich konce v hlavové části a plnicí koncovka (5) rozpínacího elementu (2) uchyceny ve společném sedle (7).

5. Třecí horninový svorník podle nároků 1 a 2 vyznačený tím, že u kotevní částí svorníku se dvěma a více tyčemi (1) jsou tyče (1) spolu s rozpínacím elementem (2) spojeny v hlavové části svorníku hlavicí (9) plnicí koncovky (5) rozpínacího elementu (2).

6. Třecí horninový svorník podle nároků 1 až 3 nebo 1, 2 až 4 anebo 1, 2 a 5 vyznačený tím, že tyč (1) kotevní části svorníku je na svém povrchu opatřena žebrováním (10) pro zvýšení kotevního účinku.