DE10053499A1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Bohrvorrichtung besteht aus einer Bohrkrone (3), einem Gewindestab (1), einem den Gewindestab (1) unter Belassung eines Ringraumes (5) umgebenden Hüllrohr (4) und einem Bohrantrieb. Der Ringraum (5) ist zur Führung eines Spülmediums konzipiert und demzufolge mit Austrittsöffnungen an dem der Bohrkrone (3) zugekehrten Bereich versehen. Die Bohrvorrichtung kann zum Erstellen eines Bohrlochs nach Maßgabe eines Spülbohrbetriebes und ferner zum Setzen eines Ankers in dem Bohrloch benutzt werden, wobei der Gewindestab (1) ein Zugglied bzw. einen Anker bildet. Infolge des Hüllrohres (4) ergibt sich selbst unter ungünstigsten Bedingungen, nämlich bei völlig instabilen und demzufolge zusammenfallenden Bohrlochwandungen eine reproduzierbare Mindestüberdeckung des Ankers mit dem aushärtbaren Medium nach Maßgabe einer gleichförmigen Schichtdicke, die durch die radialen Abmessungen des genannten Ringraumes (5) bestimmt wird. Dies fürhrt zu einem zuverlässigen Korrosionsschutz. Der Bohrbetrieb dieser Vorrichtung ist infolge der allseitigen Umströmung des Gewindestabes (1) durch eine äußerst intensive Kühlung gekennzeichnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvorrichtung entsprechend dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Anker, hier Gebirgsanker dienen bekanntlich zum Stabilisieren der Wandungen eines Hohlraumes dadurch, dass aufeinanderfolgende Schichten unterschiedli­ cher Tragfähigkeit, Stabilität und Belastbarkeit aneinander befestigt werden, wobei im Regelfall davon ausgegangen wird, dass zumindest eine der aufein­ anderfolgenden Gebirgsschichten hinreichend tragfähig ist und für eine solche Verankerung grundsätzlich in Betracht kommt.

Zum Setzen eines Gebirgsankers wird regelmäßig zunächst ein Bohrloch nach Maßgabe einer hinreichenden Tiefe erstellt und in diesem unter Verwendung eines aushärtbaren Mediums, z. B. einer Mörtelsuspension oder auch eines Kunstharzes ein rohr- oder auch stabförmiges Zugglied, der eigentliche Anker festgelegt. Das aushärtbare Medium bildet das Bindeglied zwischen den Bohr­ lochwandungen und dem Zugglied. Entlang der Achse des Bohrlochs folgen hierbei Gebirgsschichten unterschiedlicher Konsistenz, so dass die Tiefe des Bohrlochs in jedem Fall dahingehend angelegt sein muß, dass wenigstens eine tragfähige Gebirgsschicht angetroffen wird.

Nach Maßgabe der örtlich vorgefundenen Gebirgsverhältnisse kann der Ge­ birgsanker mit saurem Grund- oder Sickerwasser in Wechselwirkung treten, so dass in Abhängigkeit von dieser Gefährdung besondere Maßnahmen des Kor­ rosionsschutzes erforderlich werden. Dieses Problem stellt sich insbesondere dann, wenn die Bohrlochwandungen zumindest schichtenweise äußerst kohä­ sionsarm sind und zum Teil wieder zusammenfallen, nachdem während des Erstellens des Bohrlochs diese Schichten durchdrungen worden sind. In diesen Fällen kann der Anker örtlich unmittelbar, dass heißt ohne Überdeckung durch ein aushärtbares Medium mit der Bohrlochwandung in Berührung stehen und hier den korrodierenden Einflüssen saurer Medien ausgesetzt sein. Im Zuge fortschreitender Korrosion mindert sich die Belastbarkeit des Gebirgsankers, der schließlich zu einem Sicherheitsrisiko wird.

Die im Tunnel- und Bergbau eingesetzten Bohrvorrichtungen bestehen übli­ cherweise aus einer Bohrstange, an deren einem Ende eine Bohrkrone ange­ bracht ist und die über ihr anderes Ende, gegebenenfalls unter Anbindung von Verlängerungselementen mit einem Bohrantrieb in Verbindung steht. Über die Bohrstange fließt während des Bohrbetriebs ein Spülmedium, in der Regel Wasser oder Luft, welches bohrlochsohlenseitig austritt, hierbei die infolge des Bohrvorgangs gelösten Gebirgspartikel aufnimmt und über den Ringraum zwi­ schen der Außenseite der Bohrstange und den zugekehrten Wandungen des Bohrlochs ausspült. Die Bohrstange ist hierbei nach Maßgabe eines drehenden oder auch eines Schlagbohrbetriebes, insbesondere in Abhängigkeit von den vorgefundenen und zu durchbohrenden Gebirgsschichten außerordentlich ho­ hen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Die grundsätzlich rohrartige Ausbildung der Bohrstange wirkt sich in Anbetracht dieser Beanspruchungen ungünstig aus, so dass aus Gründen der Festigkeit und Stabilität der zum Ein­ führen eines Spülmediums in das Bohrloch bestimmte Querschnitt nur relativ klein bemessen werden kann. Nachdem andererseits das Spülmedium für den Bohrbetrieb, insbesondere auch die Bohrkrone die Funktion eines Kühlmedi­ ums hat, besteht unter diesem Aspekt die Forderung, den Fluss eines Spülme­ diums zu verstärken, um den ansonsten erwärmungsbedingt auftretenden Ver­ schleiß zu mindern.

Bohrstangen bilden somit im Tunnelbau als Verschleißartikel einen bedeuten­ den Kostenfaktor.

Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Bohrvorrichtung zu konzipieren, die sich durch einen einfachen Aufbau aus­ zeichnet, kostengünstig herstellbar ist und somit geeignet ist, den Kostenanteil zu senken, der im Tunnelbau durch Bohrvorgänge bestimmt ist, sei es durch ein Bohren von Sprenglöchern oder ein Setzen von Gebirgsankern. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Bohrvorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, dass der Vollstab unter Belassung eines Ringraumes von einem Hüllrohr umgeben ist, wobei dieser Ringraum zur Füh­ rung eines fließfähigen, flüssigen oder gasförmigen Mediums bestimmt und eingerichtet ist.

Letzteres bedeutet, dass der Ringraum an seinem einen, nämlich bohrkronen­ seitigen Ende mit Austrittsöffnungen für das genannte Medium versehen ist. Letzteres bedeutet auch, dass dieser Ringraum im Bereich des Bohrantriebes mit dem jeweiligen Medium beaufschlagt wird und somit im übrigen geschlos­ sen ausgebildet ist. Diese Vorrichtung eröffnet somit die Möglichkeit, einen Vollstab nach Art einer Bohrstange und im Rahmen eines Spülbohrverfahrens zu verwenden. Diese Vorrichtung eröffnet ferner die Möglichkeit, diesen Voll­ stab in einem mit dem Bohrvorgang einheitlichen Verfahrensschritt als Anker zu verwenden. Der Vollstab wird im Rahmen dieser Vorrichtung zur Übertragung der aus dem Bohrbetrieb resultierenden Kräfte und Momente verwendet, wohingegen das Hüllrohr während dieser Arbeitsphase lediglich zur Führung eines Spülmediums dient. Das Hüllrohr verbleibt jedoch gleichermaßen wie der als Anker benutzte Vollstab im Bohrloch, nachdem das aushärtbare Medium in dieses eingebracht worden ist. Die Bohrkrone weist regelmäßig einen größeren Außendurchmesser auf als das Hüllrohr. Bei stabilen Bohrlochwandungen ist der als Anker benutzte Vollstab somit - in einer Querschnittsfläche gesehen - allseitig in eine Umhüllung bestehend aus dem aushärtbaren Medium ein­ gebunden, und zwar nach Maßgabe einer Schichtdicke, die im wesentlichen dem Außendurchmesser der Bohrkrone entspricht. Ein zuverlässiger Korrosi­ onsschutz ist somit gegeben. Bei instabilen Bohrlochwandungen hingegen ist sichergestellt, dass - in der gleichen Querschnittsebene gesehen - die den Vollstab überdeckende Schichtdicke zumindest den radialen Abmessungen des Ringraumes innerhalb des Hüllrohres entspricht. Die letztgenannte Schicht­ dicke entspricht einer solchen Schichtdicke, die selbst unter ungünstigsten Bedingungen, nämlich bei völlig kohäsionslosen Bohrlochwandungen als allsei­ tige Korrosionsschutzschicht gegeben ist. Die erfindungsgemäße Bohrvor­ richtung kann somit auch zum Setzen eines Ankers benutzt werden, der unab­ hängig von der Beschaffenheit des zu durchbohrenden Gebirges, insbesondere der Bohrlochwandungen durch einen Korrosionsschutz mit reproduzierbaren Eigenschaften gekennzeichnet ist.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 können die Austrittsöffnungen des genannten Ringraumes durch Bohrungen des Hüllrohres und/oder der Bohrkrone gebildet werden. Diese Austrittsöffnungen sind in einem der Bohr­ krone benachbarten Bereich angeordnet.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 ist der Vollstab als Gewin­ destab mit durchgängigem Außengewinde ausgebildet. Dieses Bauteil ist äu­ ßerst kostengünstig herstellbar und in beliebigen Längen bereitstellbar. Es kann insbesondere bauseitig auch auf beliebige Längen zugeschnitten werden und ist aufgrund seines Gewindeprofils nicht nur für Verschraubungszwecke, sondern auch für Verankerungszwecke geeignet. Es bildet den Kern der erfin­ dungsgemäßen Bohrvorrichtung insoweit, als es zur Übertragung der aus dem Bohrbetrieb resultierenden Kräfte und Momente bestimmt ist. Infolge seiner Vollstabeigenschaft ist der Gewindestab bereits aus mechanischen Gründen stärker belastbar als ein rohrförmiger Stab. Hinzu tritt, dass während des Bohr­ betriebs dieser Gewindestab allseitig in den Fluss eines Spülmediums einge­ bunden ist, so dass eine bedeutend intensivere Kühlwirkung als bei einer her­ kömmlichen Bohrstange erreichbar ist. Dies ergibt sich bereits aus den wesent­ lich größeren, zur Durchströmung zur Verfügung stehenden Querschnitt für das Spülmedium.

Sowohl die Gewindestange als auch das Hüllrohr können entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 5 und 6 vorzugsweise lösbar mit der Bohrkrone in Verbindung stehen, beispielsweise mit dieser verschweißt sein. Eine feste Ver­ bindung in der Form einer Verschweißung ist jedoch nicht ausgeschlossen.

Ein Wesensmerkmal der Erfindung besteht entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 in einem Adapterteil, welches das Bindeglied zwischen einem Bohrantrieb sowie einem Anschluß für die Versorgung mit einem fließfähigen, flüssigen oder gasförmigen Medium, hier einem Spülmedium und/oder einem aushärtungsfähigen Medium einerseits und dem System bestehend aus dem genannten Hüllrohr sowie dem Vollstab andererseits bildet.

Die Merkmale der Ansprüche 8 bis 12 sind auf unterschiedliche Varianten der Oberflächengestaltung der Gewindestange sowie des Hüllrohres gerichtet. We­ sentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die Endbereiche dieser beiden Bauelemente zu Verschraubungszwecken geeignet sein müssen, insbesondere dann, wenn die Anbindung an die Bohrkrone auf einer Verschraubung beruht. Wesentlich ist ferner, dass diese beiden Bauteile nach erfolgter Aushärtung des aushärtungsfähigen Mediums mit diesem ein Verbundsystem bilden, so dass ein zur Übertragung einer Zugkraft geeigneter Formschluß zwischen diesen Bauelementen einerseits und dem ausgehärteten Medium andererseits erforderlich ist. Eine Profilierung im Oberflächenbereich ist somit zweckmäßig.

Die Merkmale der Ansprüche 13 bis 16 sind auf die Beschaffenheit eines Kupplungsteils gerichtet, welches der Anbindung weiterer Hüllrohre und Bohrstangen gerichtet ist.

Dieses Kupplungsteil ist in jedem Fall zur Verschraubung mit dem Außenge­ winde der Bohrstangen bestimmt, wobei vorteilhafterweise die zu verbindenden Bohrstangen stirnseitig aneinander liegen, um eine möglichst verlustarme Ener­ gieübertragung zu der Bohrkrone zu sichern. Die Hüllrohre hingegen können mit den ihnen zugeordneten Abschnitten gleichermaßen verschraubt sein - in Betracht kommt jedoch auch eine Press- oder Schrumpfverbindung. Von Vorteil ist es ferner, wenn sich im Verbindungsbereich zweier Hüllrohre keine außenseitig auftragenden Strukturen ergeben, die sowohl während einer Spül- als auch während einer Injezierphase Strömungswiderstände bilden würden.

Die Merkmale der Ansprüche 17 und 18 sind insoweit auf eine alternative Aus­ gestaltung in der Bohrvorrichtung gerichtet, als hiernach vorgefertigte Funkti­ onseinheiten, bestehend aus einer zentral angeordneten Gewindestange und einem diese umgebenden Hüllrohr bereitgestellt werden, wobei das Hüllrohr beispielsweise an beiden Enden über ringartige, auf die Gewindestange aufge­ setzte Anschlagkörper festgelegt ist und wobei aus den Anschlagkörpern Ge­ windeabschnitte der Gewindestange herausragen. Diese Funktionseinheit kann beispielsweise an beiden Enden mit einem Kupplungsteil zwecks Verlängerung der Bohrvorrichtung verbunden werden. Nach Maßgabe der Ausgestaltung der jeweiligen Bohrkrone kann an ein Ende jedoch auch eine Bohrkrone ange­ schraubt werden. In beiden Fällen, somit im Fall der Anbindung einer Bohr­ krone oder eines Kupplungsstücks ist dafür Sorge getragen, dass der durch die Gewindestange innenseitig und das Hüllrohr außenseitig umgrenzte Ringraum über Durchgangsbohrungen des Anschlagkörpers in durchgängiger Verbindung entweder mit der Bohrkrone oder über die Bohrungen des Kupplungsstücks mit einem sich anschließenden Ringraum bringbar ist. Ein Kupplungsteil kann hierbei durch einen ringzylindrischen Grundkörper gebildet sein, in dessen Wandungen Bohrungen angeordnet sind, die im gekuppelten Zustand fluchtend zu den Bohrungen des Anschlagkörpers verlaufen, so dass eine durchgängige Verbindung zwischen zwei aufeinander folgenden Ringräumen gegeben ist. Eine außenseitige Abdichtung dieses Strömungspfades zwischen zwei Ring­ räumen kann durch Dichtungen, insbesondere Labyrinthdichtungen im Schnitt­ stellenbereich aneinander grenzender Bohrungen der Anschlagkörper einer­ seits und des Kupplungsteils andererseits vorgesehen sein. Wesentlich ist auch in diesem Fall, dass die Gewindeabschnitte, die aus den Anschlagkörpern her­ ausragen mit der Maßgabe angelegt sind, dass innerhalb eines Kupplungsteils zwei Gewindestangen stirnseitig aneinander liegen. Wesentlich ist ferner, dass das Kupplungsteil hinsichtlich seines Durchmessers mit der Maßgabe angelegt ist, dass dieses dem Außendurchmesser der zu kuppelnden Hüllrohre entspricht, so dass sich wiederum außenseitig keine radial auftragenden Struktu­ ren ergeben. Ein ungehinderter Fluss eines Spülmediums in dem Ringraum zwischen der Außenseite des Hüllrohres und den zugekehrten Innenwandun­ gen der Bohrlochwandung ist auf diese Weise sichergestellt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung besteht darin, dass innerhalb dieser äußerst preiswerte Standardbauteile Verwendung finden können, wie z. B. eine Gewindestange, ein innen- und außenseitig mit Gewinde versehenes Hüllrohr und eine Bohrkrone. Mit diesen Grundelementen können sämtliche, auch mit dem Setzen von Ankern im Tunnelbau verbundenen, Boh­ rungen beinhaltende Tätigkeiten ausgeführt werden, unter anderem das Er­ stellen von Bohrungen für Sprenglöcher, das Erstellen von Bohrungen zum Setzen von Ankern und schließlich das Setzen des Ankers selbst. Die Gewin­ destange erfüllt somit Funktionen einer klassischen Bohrstange und eines An­ kers, wobei dadurch, dass diese während des Bohrbetriebes außenseitig in den Fluss des Spülmediums eingebunden ist, eine intensive Kühlwirkung erfährt. Von besonderem Vorteil für den Bohrbetrieb ist die mechanisch wesentlich hö­ here Stabilität der Gewindestange gegenüber dem rohrförmigen Grundkörper einer klassischen Bohrstange, die darüber hinaus durch ein vergleichsweise kostenträchtiges Herstellverfahren gekennzeichnet ist. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung lassen sich somit sämtliche Kosten senken, die im Tunnelbau durch das Erstellen von Bohrungen und das Setzen von Ankern veranlasst sind.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnun­ gen schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert wer­ den. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung in teilweise Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine Ansicht eines im Rahmen der Bohrvorrichtung eingesetzten Kupp­ lungsteils im Axialschnitt;

Fig. 3 eine endseitige Teilansicht einer alternativen Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Bohrvorrichtung;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Kupp­ lungsteils im Axialschnitt.

Mit 1 ist ein im Rahmen der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung eingesetzter, als Vollstab ausgebildeter Gewindestab während der Erstellung eines Bohr­ lochs 2 bezeichnet, der bohrlochsohlenseitig mit einer Bohrkrone 3 in Verbin­ dung steht. Der Gewindestab 1 weist außenseitig durchgängig ein Gewinde­ profil auf und ist in ein Hüllrohr 4 eingesetzt, welches diesen unter Belassung eines Ringraumes 5 umgibt. Das Hüllrohr 4 kann innen- und außenseitig ebenfalls ein Gewindeprofil aufweisen.

Die Bohrkrone 3 ist mit dem Gewindestab 1 vorzugsweise verschraubt und bohrlochsohlenseitig mit einer Reihe von zeichnerisch nicht dargestellten, zum Eindringen in das Erdreich bzw. das Gestein bestimmte Schneidkanten verse­ hen und weist einen Außendurchmesser auf, der größer ist als derjenige des Hüllrohres 4. Somit ergibt sich nach Maßgabe der Stabilität der Bohrlochwan­ dungen ein weiterer Ringraum 6 zwischen der Innenseite des Bohrlochs 2 und der Außenseite des Hüllrohres 4.

Die Bohrkrone 3 weist eine Reihe von Bohrungen 7 bzw. Durchgängen auf, die eine Verbindung zwischen den Ringräumen 5, 6 bilden und zur Führung bei­ spielsweise eines Spülmittels, z. B. Wasser oder Luft bestimmt sind. Die Aus­ trittsöffnungen dieser Bohrungen 7 sind in jedem Fall nach Maßgabe der An­ lage der genannten Schneidkanten derart positioniert, das die Ausbildung einer Strömung aus dem Ringraum 5 heraus und in den Ringraum 6 hinein möglich ist. Weitere, zeichnerisch nicht wiedergegebene, die beiden Ringräume 5, 6 verbindende Bohrungen können in dem, unmittelbar an die Bohrkrone angren­ zenden Bereich 8 des Hüllrohres 4 vorgesehen sein.

Das Hüllrohr 4 steht ebenfalls mit der Bohrkrone in Verbindung und ist mit die­ ser vorzugsweise verschraubt, wobei eine innenseitige oder auch eine außen­ seitige Verschraubung in Betracht kommt. Auf eine zeichnerische Darstellung der diesbezüglichen Gewindeansätze ist jedoch verzichtet worden.

Das System bestehend aus dem Gewindestab 1 und dem Hüllrohr 4 kann unter Verwendung eines in Fig. 2 gezeigten Kupplungsteils 9 verlängert werden, wel­ ches eine Anbindung entsprechender Verlängerungsteile ermöglicht. Dieses Kupplungsteil 9 ist als rotationssymmetrischer muffenartiger, mit einer durch­ gängigen Bohrung versehener Grundkörper ausgebildet, auf dessen beiden Enden sich Abschnitte 10, 11 geringerer Außendurchmesser befinden. Diese Abschnitte 10, 11 können außenseitig glatt oder auch mit Gewinde versehen sein und sind zur Verbindung mit jeweils dem Endbereich eines Hüllrohrs 4 be­ stimmt. Sie sind in radialer Richtung derart bemessen, dass sich im angekup­ pelten Zustand eines Hüllrohres 4 außenseitig im Bereich des Kupplungsteils 9 keine radial auftragenden Strukturen ergeben und somit ein im wesentlichen glatter Wandungsverlauf eingestellt ist.

Die Abschnitte 10, 11 weisen eine gleiche axiale Erstreckung auf, so dass sich für beide angeschlossenen Hüllrohre 4 gleiche Eingriffsverhältnisse ergeben. Die Verbindung zwischen den Abschnitten 10, 11 einerseits und den Hüllrohren 4 andererseits kann auf einem Gewindeeingriff beruhen - in Betracht kommt jedoch auch eine Pressung oder eine Schrumpfverbindung.

Die Außenseite des Kupplungsteils 9 außerhalb der genannten Abschnitte 10, 11 kann gleichermaßen ein Gewindeprofil oder auch eine beliebige Profilierung aufweisen, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Der Eingriff zwischen diesen Abschnitten 10, 11 einerseits und den diesen zuge­ kehrten Enden der Hüllrohre 4 andererseits ist in jedem Fall dahingehend angelegt, dass im Verbindungsbereich von Hüllrohr 4 und Kupplungsteil 9 eine zumindest eine weitestgehende Abdichtung des Ringraumes 5 gegenüber dem Ringraum 6 gegeben ist.

Das System, bestehend aus einem Gewindestab 1, einem Hüllrohr 4 sowie ei­ ner Bohrkrone 3 bildet die einfachste Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Bohrvorrichtung, die an ihrem, der Bohrkrone 3 abgekehrten Ende mit ei­ nem Bohrantrieb in Verbindung steht.

Das Innenprofil des Kupplungsteils 9 ist zur Herstellung einer Gewindeverbin­ dung mit den Enden zweier, im wesentlichen gleich beschaffener Gewinde­ stäbe 1 bestimmt. Zu diesem Zweck ist dieses mit einem durchgängigen Innen­ gewinde versehen, wobei dafür Sorge getragen ist, dass sich gleiche Ein­ schraublängen für beide zu kuppelnden Bohrstangen 1 ergeben. Im gekuppel­ ten Zustand liegen beide Gewindestäbe 1 stirnseitig unmittelbar aneinander. Alternativ hierzu kann symmetrisch zu der Mittelebene 12 innerhalb des Kupp­ lungsteils 9 auch ein ringförmiger Anschlag für die Gewindestäbe vorgesehen sein, der eine Einschraubbegrenzung und zugleich ein Kraftübertragungsglied bildet.

Mit 13 sind eine Reihe von Bohrungen bezeichnet, deren jeweilige Achsen sich auf einer, sich koaxial zur Längsachse 14 des Kupplungsteils 9 erstreckenden Zylinderfläche befinden und die in vorzugsweise gleichförmiger Umfangsver­ teilung vorgesehen sind. Diese Bohrungen 13 bilden durchgängige Verbindun­ gen zwischen zwei aufeinander folgenden Ringräumen 5 von miteinander ge­ kuppelten Bohrsystemen bestehend jeweils aus einem Hüllrohr 4 und einem Gewindestab 1.

Man erkennt aus obigen Ausführungen, dass die Bohrvorrichtung, bestehend zumindest aus einem Gewindestab 1 und einem Hüllrohr 4 durch Verwendung von Kupplungsteilen 9 sowie Verlängerungshüllrohren sowie Verlängerungs­ gewindestäben an die jeweils benötigte Tiefe des Bohrlochs anpassbar ist.

Das der Bohrlochsohle abgekehrte, zeichnerisch nicht dargestellte Ende des genannten Systems bzw. der Bohrvorrichtung steht über ein Adapterteil mit ei­ nem Bohrantrieb in Verbindung. Das Adapterteil ist dahingehend eingerichtet, dass in den genannten Ringraum 5 beispielsweise ein Spülmittel, im Regelfall Wasser oder Luft einführbar ist, und zwar während des Bohrbetriebes. Die Nut­ zungsmöglichkeiten des obigen Systems gehen jedoch über diejenigen einer Bohrvorrichtung hinaus wie im Folgenden kurz gezeigt werden soll.

Die, aus einer Bohrkrone 3, Gewindestäben 1, Kupplungsteilen 9, Hüllrohren 4, einem Adapterteil und einem Bohrantrieb bestehende Vorrichtung kann zu­ nächst einmal zum Erstellen eines Bohrlochs 2 benutzt werden. Zu diesem Zweck wird über das Adapterteil ein Spülmedium in den Ringraum 5 eingeführt, welches nach Maßgabe der Längserstreckung der Vorrichtung die Bohrungen 13 gegebenenfalls mehrerer, aufeinanderfolgender Kupplungsteile 9 durch­ strömt, um schließlich bohrlochsohlenseitig über die Bohrungen 7 der Bohr­ krone 3 bzw. der entsprechenden bohrkronennahen Bohrungen des Hüllrohres 4 in den Ringraum 6 auszutreten. Das Spülmedium erfüllt während dieser Strö­ mung durch den Ringraum 5 und die Bohrungen 7 der Bohrkrone 3 auch die Funktion eines Kühlmittels. In dem Ringraum 6 strömt das Spülmedium entge­ gen der Strömungsrichtung des Ringraumes 5 in Richtung auf die Bohrloch­ mündung hin, um hier mit befrachtet mit Bohrpartikeln, die infolge des Bohrvor­ schubs gelöst worden sind, auszutreten.

Hat das Bohrloch 2 seine endgültige Tiefe erreicht, kann die gleiche Vorrich­ tung jedoch auch als Anker benutzt werden, indem nunmehr über das Adap­ terteil ein aushärtbares Medium, z. B. eine Zementsuspension oder ein Kunst­ harz in den Ringraum 5 eingeführt wird, welches in der Folge schließlich über die Bohrungen 7 der Bohrkrone 3 austritt um anschließend in dem Ringraum 6 in Richtung zur Bohrlochmündung hin zurückzuströmen. Ist auf diese Weise das Bohrloch 2 ausgefüllt, bildet das eingebrachte Medium nach Aushärtung einen Verbund zwischen dem nunmehr als Ankerstange benutzten Gewindestab 1 einerseits und den angrenzenden Innenwandungen des Bohrlochs 2 andererseits.

Die Tiefe, bis zu der auf diesem Wege eine Ausfüllung des Bohrlochs vorge­ nommen wird, kann den praktischen Bedürfnissen entsprechend gewählt wer­ den. Man erkennt, dass auf diese Weise in jedem Fall ein Vollstabanker gege­ ben ist, der zumindest über den Längenabschnitt, der in das aushärtbare Me­ dium eingebunden ist, einen zuverlässigen Korrosionsschutz gegenüber sauren Umgebungsmedien aufweist. Durch das Hüllrohr 4 ist nämlich sichergestellt, dass unabhängig vom Kohäsionszustand der angrenzenden Bohr­ lochwandungen ein Mindestkorrosionsschutz nach Maßgabe einer Über­ deckung des Vollstabankers durch das aushärtbare Medium gegeben ist. Die Dicke dieser dem Mindestkorrosionsschutz dienenden Schutzschicht entspricht den radialen Abmessungen des Ringraumes 5. Das luftseitige Ende dieses An­ kers kann in an sich bekannter Weise unter Verwendung einer Ankermutter sowie einer Ankerplatte gegenüber der Wandung verspannt werden, in der das Bohrloch 2 erstellt worden ist.

Der Gewindestab 1 nebst der an dieser befestigten Bohrkrone 3 werden somit wie ein sogenanntes verlorenes Werkzeug behandelt, welches in dem Bohrloch verbleibt und in der Folge als Anker benutzt wird.

Vorstehend ist davon ausgegangen worden, dass das durch den Ringraum 5 geführte Medium entweder ein Spülmedium oder ein aushärtbares Medium ist. Die Vorrichtung ist jedoch u. a. auch im Rahmen solcher Verfahren zum Setzen eines Ankers nutzbar, bei welchen ein aushärtbares Medium gleichzeitig als Spülmedium benutzt wird. Solche Verfahren sind an sich bekannt und können insbesondere bei sehr kohäsionsarmen Bohrlochwandungen vorteilhaft ange­ wendet werden. Sämtliche Parameter des Bohrbetriebes wie Bohrstangendreh­ zahl, Schlagfrequenz, Bohrstangenvorschub können hierbei jeweils nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten ausgewählt und den jeweiligen Boden- bzw. Gebirgsverhältnissen angepasst werden, beispielsweise mit dem Ziel, zumindest örtlich bezüglich der Bohrlochwandungen eine tiefere Spül- und Durch­ dringungswirkung mit dem aushärtbaren Medium und auf diesem Wege eine verbesserte und insbesondere belastbarere Verankerung zu erzielen.

Im Rahmen des Erfindungsgegenstands sind zahlreiche Abwandlungen mög­ lich und es wird im Folgenden auf die Zeichnungsfiguren 3 und 4 Bezug ge­ nommen, in denen gleiche Funktionselemente in gleicher Weise beziffert sind, so dass auf eine diesbezügliche wiederholte Beschreibung verzichtet werden kann.

Mit 15 ist in Fig. 3 ein ringartiger Anschlagkörper bezeichnet, der auf den End­ bereich eines Gewindestabes 1 aufgesetzt ist. Der Anschlagkörper 15 weist eine definierte Position auf dem Gewindestab 1 auf, und zwar nach Maßgabe der Bereitstellung eines freien Gewindeabschnitts 16. Grundsätzlich können sich an beiden Enden des Gewindestabes 1 identische Anschlagkörper 15 nach Maßgabe ebenfalls gleich langer Gewindeabschnitte 1 ö befinden. Die Gewindeabschnitte 16 sind zur Verschraubung entweder mit einem Kupp­ lungsteil oder einer Bohrkrone bestimmt. Auf der Außenseite des Anschlagkör­ pers 15 liegt der Endbereich eines Hüllrohres 4 auf und ist an dieser Außen­ seite in geeigneter Weise festgelegt. Dies kann beispielsweise derart gesche­ hen, dass die Außenseite des Anschlagkörpers 14 ein Gewindeprofil trägt, mit welchem das Innengewindeprofil des Hüllrohres 4 verschraubt ist. Eine Festle­ gung kann jedoch gleichermaßen auch auf einer Pressung oder einer Schrumpfung beruhen.

Mit 17 sind eine Reihe von Bohrungen bezeichnet, deren jeweilige Achsen sich auf einer, zu der Längsachse 14 des Gewindestabes 1 koaxial angeordneten Zylinderfläche befinden. Diese Bohrungen 17 sind nach Maßgabe vorzugs­ weise einer gleichförmigen Umfangsverteilung angeordnet. Sie bilden in jedem Fall in ihrer Gesamtheit einen stirnseitigen Ausgang für den Ringraum 5.

Komplette Funktionseinheiten, bestehend aus einer Gewindestange 1, endsei­ tig aufgesetzten Anschlagkörpern 15, mit stirnseitig herausragenden freien Gewindeabschnitten 16, können als einheitlich handhabbare Verlängerungse­ lemente der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung benutzt werden.

Die bohrkronenseitige Ausbildung eines solchen Funktionselements ist natur­ gemäß an die entsprechende Beschaffenheit der Bohrkrone angepasst.

Fig. 4 zeigt ein rohrartiges Kupplungsteil 18, welches mit einem durchgängigen Innengewinde versehen ist und dem Durchmesser des Hüllrohres 4 entspricht. Die Gewindeabschnitte 16 der oben beschriebenen Funktionseinheiten sind in Abstimmung mit der axialen Länge des Kupplungsteils 18 dahingehend ange­ legt, dass sich definierte Einschraublängen für die zu kuppelnden Gewinde­ stäbe 1 ergeben, die darüber hinaus innerhalb des Kupplungsteils 18 stirnseitig aneinander anliegen.

Mit 19 sind wiederum Bohrungen bezeichnet, deren Achsen auf einer zu der Achse 14 der Gewindestäbe 1, welche der Achse des Kupplungsteils 18 ent­ spricht, koaxialen Zylinderfläche angeordnet sind und die in gleichförmiger Umfangsverteilung angeordnet sind. Die Zahl der Bohrungen 19 einschließlich deren Abmessungen sowie deren Umfangsverteilung ist identisch mit derjeni­ gen der Bohrung 17. Es ist die durch die Länge der Gewindeabschnitte 16 ge­ gebene Einschraublänge der Gewindestäbe 1 darüber hinaus derart angelegt, dass im eingeschraubten Zustand die Bohrungen 17, 19 fluchtend zueinander verlaufen, so dass sich über ein Kupplungsteil 18 hinweg eine durchgängige Verbindung zwischen zwei aufeinander folgenden Ringräumen 15 ergibt.

Die Zahl der Bohrungen 17, 19, insbesondere die zur Verfügung stehende, durch die Summe dieser Bohrungen gegebene Querschnittsfläche sollte mög­ lichst groß bemessen sein, so dass sich möglichst geringe Druckverluste bei der Durchströmung ergeben. Darüber hinaus können die Bohrungen 17, 19 mit der Maßgabe angelegt sein, dass sich - in einem Axialschnitt gesehen - ausgehend von dem einen Ringraum 15 bis zu dem an diesen jenseits des Kupp­ lungsteils 18 angrenzenden Ringraum 15 ein Profil nach Art einer Venturidüse ergibt.

Claims (18)

1. Bohrvorrichtung, bestehend aus einem Vollstab (1), einer Bohrkrone (3), und einem Bohrantrieb, gekennzeichnet durch ein, den Vollstab (1) unter Belas­ sung eines Ringraumes (5) umgebendes Hüllrohr (4), wobei dieser Ringraum (5) zur Übertragung eines fließfähigen, flüssigen oder gasförmigen Mediums eingerichtet ist und lediglich an dem der, der Bohrkrone (3) benachbarten Bereich Austrittsöffnungen aufweist und wobei der Vollstab (1) sowie das Hüllrohr (4) mit der Bohrkrone (3) in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austritts­ öffnungen durch Bohrungen (7) der Bohrkrone (3) gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen durch Bohrungen des Hüllrohres (4) gebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollstab als Gewindestab (1) mit durchgängigem Außengewinde ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange (1) bzw. der Vollstab lösbar mit der Bohrkrone (3) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (4) lösbar mit der Gewindestange (1) bzw. dem Vollstab in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb über ein Adapterteil mit dem Hüllrohr (4) sowie der Gewindestange (1) in Verbindung steht, wobei das Adapterteil zum Einführen des genannten Mediums in den Ringraum (5) sowie zur Über­ tragung der dem Bohrvorgang zugeordneten Kräfte und Momente eingerich­ tet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange (1) zumindest an bei­ den Enden Gewindeabschnitte aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange zwischen den endseitigen Gewindeabschnitten eine zur Verbesserung des Formschlusses mit einem aushärtungsfähigen Medium geeignete Profilierung aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (4) über seine gesamte Länge zumindest ein gleichförmiges Innengewinde aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (4) zumindest an seinen Enden innen und/oder außenseitig Gewindeabschnitte aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, zwischen den end­ seitigen Gewindeabschnitten des Hüllrohres (4) eine zur Verbesserung des Formschlusses mit einem aushärtungsfähigen Medium geeignete Profilie­ rung vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12 gekenn­ zeichnet durch wenigstens ein zur Verbindung zweier Bohrstangen (1) sowie zweier Hüllrohre (4) bestimmtes Kupplungsteil (9, 18), welches als rohrförmi­ ger, mit Innengewinde versehener Grundkörper ausgebildet ist, wobei das Innengewinde zur Verschraubung mit dem Gewinde bzw. den endseitigen Gewindeabschnitten der Gewindestangen (1) bestimmt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur durch­ gängigen Verbindung zweier axial aufeinander folgender Ringräume (5) zweier Hüllrohre (4) in der Wandung des genannten Grundkörpers zumin­ dest eine Bohrung (13, 19) vorgesehen ist, die sich parallel zu der Achse (14) des Kupplungsteils (9, 18) erstreckt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper des Kupplungsteils (9) an beiden Enden mit Abschnitten (10, 11) von geringerem Außendurchmesser versehen ist, wobei diese Ab­ schnitte (10, 11) zur Anbindung jeweils eines Hüllrohres (4) bestimmt und eingerichtet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verminde­ rung des Außendurchmessers des Grundkörpers in Abhängigkeit von der Wanddicke des Hüllrohres (4) mit der Maßgabe angelegt ist, dass sich im gekuppelten Zustand zweier Hüllrohre (4) im Verbindungsbereich, insbeson­ dere im Bereich des Kupplungsteils (9) ein im wesentlichen glatter Außen­ wandungsverlauf ergibt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Ende eines Gewindestabes (1) ein ringartiger Anschlag­ körper (15) unter Belassung eines freien Gewindeabschnitts (16) angeordnet ist, dass der Gewindeabschnitt (16) zum Einschrauben in ein Kupplungsteil (18) eingerichtet ist, dass der Anschlagkörper (15) mit Bohrungen (17) ver­ sehen ist, die im angekuppelten Zustand des Kupplungsteils (18) fluchtend zu dessen Bohrungen (19) verlaufen, und dass die Gewindeabschnitte (16) hinsichtlich ihrer Länge in Abhängigkeit von der Länge des Kupplungsteils (18) mit der Maßgabe angelegt sind, dass im gekuppelten Zustand zweier Gewindestangen (1) diese innerhalb des Kupplungsteils (18) stirnseitig an­ einander liegen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem An­ schlagkörper (15), diesen überdeckend, ein Hüllrohr (4) angeordnet ist.