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Beim Bau von Tunneln und Felshohlräumen müssen ev.
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vorkommende Risse abgedichtet werden, um beispielsweise das Eindringen
von Wasser und ein Absenken des Grundwasserstandes zu verhindern oder auch um das
Ausdringen von Flüssigkeit aus den Tunneln oder Felshohlräumen zu verhindern, wenn
diese zur Lagerung oder zum Transport von Flüssigkeiten benutzt werden. Die Abdichtung
kann dadurch zustandegebracht werden, dass Zement oder anderes dichtendes Material,
beispielsweise Kunststoff, unter hohem Druck in Bohrlöcher eingepresst wird. Um
den hohen Einpressdruck aufrechtzuerhalten, sind die bekannten Einpressvorrichtungen
mit einer Dichtungsvorrichtung versehen, die gegen die Mantelfläche des Bohrloches
abdichtet. Diese Dichtungsvorrichtung ist normalerweise in Form eines Thermoskorks
ausgebildet und umfasst eine Elastomerhülse, die entweder an ihrem Aussenende auf
einem Aussengewinde am Aussenende des Einpressrohres festgeschraubt ist oder sich
mit seiner Stirnfläche gegen einen auf dem Eintrittsrohr festgeschraubten Teller
abstützt und sich an seinem Innenende gegen ein sich rundum das Eintrittsrohr erstreckendes
Mantelrohr abstützt. Auch das andere Ende des Einpressrohres besitzt ein Aussengewinde,
auf das eine Spannmutter geschraubt ist. Durch Anziehen der Spannmutter gegen das
Aussenende des Mantelrohres kann die Elastomerhülse nach aussen zur dichtenden Anlage
gegen die Mantelfläche des Bohrlochs deformiert werden. Ein Beispiel einer solchen
bekannten Einpressvorrichtung ist in der US-PS 2 960 831 gezeigt. Nachdem die erforderliche
Dichtung zwischen dem Einpressrohr und der Bohrlochwand zustandegebracht ist, beginnt
das Injizieren durch das Einpressrohr. Der Einpressdruck kann schwanken, beträgt
aber für Zement üblicherweise 5-20 kp/cm2, in Abhängigkeit von der erwünschten Eindringtiefe
in die Risse. Nach dem Injizieren ist dann der Einpressdruck während des Erstarrens
des eingepressten Materials aufrechtzuerhalten, und man lässt deshalb das Einpressrohr,
das Mantelrohr und die Aufweithülse der bekannten Einpressvorrichtung so lange im
Bohr-
loch verbleiben, bis das Dichtungsmaterial erstarrt ist.
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Die Pumpeinheit der Einpressvorrichtung wird von dem im Bohrloch verbleibenden
Teil, der sog. Manschette, gelöst und zum nächsten Bohrloch gebracht, in das injiziert
werden soll und in das man in ähnlicher Weise eine Manschette mit Einpressrohr,
Mantelrohr und Aufweitvorrichtung einsetzt. Ein Nachteil der bekannten Einpressvorrichtung
ist, dass das Einpressrohr mit seinem Mantelrohr im Bohrloch zurückgelassen werden
muss, denn teils sind viele solche Manschettensätze erforderlich, damit man weiter
arbeiten kann, während das Dichtungsmaterial in den ersten Rohrlöchern erstarrt,
und teils werden die Manschetten beim Herausziehen aus den Bohrlöchern oft zerstört.
Ausserdem können die Manschetten nur mit Schwierigkeit gelöst und zur erneuten Verwendung
gereinigt werden. Schliesslich geht infolge der Wartezeit und auch des Abstandes
in den Tunneln oder Felsenräumen, wenn man zurückgehen muss, um die Manschetten
zu lösen, viel Zeit verloren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile
der bekannten Einpressausrüstung zu beseitigen, und die Erfindung betrifft somit
eine Vorrichtung zum Einpressen von Injiziergut durch Bohrlöcher oder andere Löcher
in Gestein oder anderem festen Material, welche Vorrichtung ein sich durch ein Mantelrohr
erstreckendes Einpressrohr umfasst, das an seinem Aussenende eine lösbare, als Rückschlagventil
ausgebildete Einpressdüse und eine mit dem Mantelrohr zusammenwirkende und mit dessen
Hilfe aufweitbare Vorrichtung zur Dichtung gegen die Wand desjenigen Loches besitzt,
in das die Einpressvorrichtung eingeführt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsmässig dadurch gelöst, dass die vom
Einpressrohr lösbare Einpressdüse und eine von der Aufweitvorrichtung umfasste Aufweithülse
beim Aufweiten der Aufweitvorrichtung gegen die Lochwand miteinander verbindbar
sind, um eine die Aufweitvorrichtung darsellende, gegen die Lochwand aufgeweitete
Einheit zu bilden, welche derart angeordnet ist, dass sie vom Einpressrohr gelöst
werden und nach dem Injizieren in aufr . 5 fi »
geweitetem Zustand
im Loch verbleiben kann.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, falls die Einpressdüse einen
kuppelartigen, aus Elastomermaterial bestehenden Ventilteil hat, der das Ende des
Injizierrohres überbrückt und Durchtrittsschlitze besitzt, die sich beim Injizieren
des Dichtungsmaterials unter Druck durch das Einpressrohr öffnen und bei Aufhebung
des Druckes des Dichtungsmaterials im Einpressrohr wieder schliessen.
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Der kuppelartige Ventilteil ist aussen und vorzugsweise auch innen
konisch, und die Durchtrittsschlitze sind vorzugsweise mit Mündungen versehen, die
sich bei Betrachtung der Einpressdüse in Stirnansicht etwa längs Sehnen zur Düse
erstrecken. Dabei sollen sich die Durchtrittsschlitze schräg nach innen von der
Aussenseite des kuppelartigen Ventilteils gegen das Einpressrohr erstrecken. Durch
diese Ausbildung des kuppel artigen Ventilteils erhält man eine hohe selbstdichtende
Wirkung des Ventils, da der gegen die Aussenseite des kuppelartigen Ventilteils
ausgeübte Druck schräg nach aussen durch diesen Ventilteil gegen dessen Basisende
fortgepflanzt wird und dabei die Durchtrittsschlitze im kuppelartigen Ventilteil
zusammendrückt.
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Um eine besonders gute Dichtwirkung der Durchtrittsschlitze zu erzielen,
sind diese durch Durchschneiden des kuppelartigen Ventilteils ohne wesentliche Materialbeseitigung
auszubilden. Zu diesem Zweck wird der kuppelartige Ventilteil mittels eines lanzettenartigen
Schneidwerkzeugs durchstochen.
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Um das Aufweiten der Aufweithülse zu erleichtern, ist der mit der
Aufweithülse eingreifende Mantelflächenteil der Einpressdüse vorzugsweise kegelstumpfförmig
ausgebildet und mit seinem schmalen Ende der Aufweithülse zugekehrt, so dass dieser
kegelstumpfförmige Teil der Mantelfläche mit einer kegelstumpfförmigen, inneren
Mantelfläche in der Aufweithülse eingreifen kann. Um einen besonders hohen Anpressdruck.der
Aufweithülse gegen die Wand des umgebenden Lochs zu erzielen, ist es gemäss der
Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Einpressdüse eine Metalleinlage besitzt,
die sich im wesentlichen bis an die Basis
des kuppelartigen Ventilteils
heran erstreckt und nur von einer verhältnismässig dünnen Schicht des Elastomermaterials
umgeben ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 schematisch die erfindungsmässige Einpressvorrichtung,
Fig. 2 im Axialschnitt eine von der Vorrichtung umfasste Aufweithülse, Fig. 3 im
Axialschnitt eine von der Vorrichtung umfasste Einpressdüse, Fig. 4 in Draufsicht
die in Fig. 3 gezeigte Einpressdüse vom spitzen Ende gesehen, Fig. 5 im Axialschnitt
einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsmäs sigen Einpressvorrichtung,
und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5.
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Die erfindungsmässige Einpressvorrichtung umfasst ein Einpressrohr
10, dessen freies Ende mit einem Gewinde ausgebildet ist, auf dem ein Einpressventil
11 festgeschraubt ist. Die nähere Ausbildung dieses Einpressventils ist im folgenden
beschrieben. Das Einpressventil wirkt mit einer Aufweithülse 12 zusammen, deren
Konstruktion ebenfalls im folgenden näher beschrieben ist. Auf das Einpressrohr
10 ist ein Mantelrohr 13 gesteckt, das sich gegen die Stirnfläche der Aufweithülse
12 abstützt und an seinem anderen Ende mit einem Gleitring 14 in Eingriff steht,
welcher seinerseits mit einer Mutter 15 eingreift, die längs eines Gewindes auf
der Aussenseite des Einpressrohres 10 geschraubt werden kann. Die Mutter 15 besitzt
einen Griff 16, um dieses Schrauben zu erleichtern. Am Ende des Eintrittsrohres
ist ein weiterer Griff 17 befestigt, damit man das Einpressrohr stillhalten kann,
während die Mutter 15 mit Hilfe des Griffes 16 gegen das Mantelrohr 13 geschraubt
wird. Dadurch dass man die Mutter 15 gegen das Mantelrohr 13 schraubt, kann das
Einpressventil 11 dazu gebracht werden, in das konische Innere der Aufweitvorrichtung
12 einzudringen, um diese zur dichtenden Anlage gegen das
umgebende
Bohrloch aufzuweiten.
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Am Aussenende des Einpressrohres 10 befindet sich ein Hahn 18 zum
Schliessen des Eintrittsrohres. Schliesslich ist am Aussenende auch eine Bajonettfassung
19 vorgesehen, mit deren Hilfe die Einpressvorrichtung mit einer Pumpenausrüstung
verbindbar ist.
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Gemäss der Erfindung hat das Einpressrohr 10 also an seinem Aussenende
eine lösbar befestigte Einpressdüse in Form eines Rückschlagventils. Diese Einpressdüse
bildet zusammen mit der vom Mantelrohr 13 unterstützten Aufweithülse 12 die erforderliche
Aufweitvorrichtung zum Abdichten der Einpressvorrichtung gegen die Mantelwand des
umgebenden Loches, vorzugsweise des Bohrloches.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Aufweithülse 12 ein rohrförmiges
Glied mit einer konischen, inneren Mantelfläche 20. Der Hauptteil der Aufweithülse
besteht aus Elastomermaterial, das mit einem Druckverteilungsteller 21 zusammenvulkanisiert
ist.
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Das Einpressventil 11 besitzt einen inneren Metallkörper 22 mit einer
durchgehenden Bohrung 23, die ein Gewinde zum Aufschrauben auf das Aussenende des
Einpressrohres 10 besitzt. Die Mündung des Metallkörpers wird von einem kuppelartigen
Elastomerteil 24 überbrückt, der im dargestellten Ausführungsbeispiel die Gestalt
eines Konus mit konischer Innen- und Aussenseite hat. Dieser Konus geht in eine
sich rundum den Körper 22 erstreckende Dichtschicht 25 über, welche verhältnismässig
dünn ist. Das Einpressventil 11 hat eine Anzahl Durchtrittsschlitze 26, welche dadurch
gebildet sind, dass das Elastomermaterial im kuppelartigen Ventilteil 24 mit einem
Lanzettenmesser ohne wesentliche Materialbeseitigung durchstochen worden ist. Die
Durchtrittsschlitze 26 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel schräg nach innen
gegen die Mündung des in den Metallkörper eingeschraubten Einpressrohres gerichtet.
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Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, erstrecken sich die Durchtrittsschlitze
26 im wesentlichen längs Sehnen zum Ventilteil 24, wenn dieser in Stirnansicht gemäss
Fig. 4
betrachtet wird. Die Durchtrittsschlitze erstrecken sich
im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Konusfläche des Ventilteils 24,
wodurch man die beste Zusammendrückung der Durchtrittsschlitze erhält, wenn das
Ventil während des Erstarrens des Injiziergutes als Rückschlagventil arbeiten soll.
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Die erfindungsmässige Vorrichtung wird wie folgt benutzt.
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Zu Beginn des Injizierens ist das Einpressventil ausserhalb der Aufweithülse
12 angebracht, so dass die Aufweithülse und das Einpressventil leicht in das Bohrloch
im Gestein eingeführt werden können. Wenn beide Teile hinreichend weit hineingeführt
worden sind, wird die Mutter 15 längs des Einpressrohres 10 geschraubt, bis das
Einpressventil 11 hinreichend weit in die Aufweithülse 12 hineingezogen worden ist,
die dabei zur dichtenden Anlage gegen die Mantelfläche des umgebenden Bohrlochs
gepresst wird. Das Einpressventil und die Aufweithülse werden dabei durch Reibung
zu einer Einheit zusammengefasst. Dann beginnt das Injizieren des Dichtungsmaterials,
wie Zement oder anderen zweckdienlichen Material,- falls das Injizieren zum Zwecke
der Abdichtung vorgenommen w..rd. Der Druck des injizierten Materials wird dabei
das Elastomermaterial im kuppelartigen Ventilteil 24 strecken, so dass das Injiziergut
durch die Schlitze 26 hindurchgeführt wird.
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Wenn eine hinreichende Menge Injiziergut eingepresst worden ist, wird
der Druck im Einpressrohr entlastet, wobei der im Bohrloch vorherrschende Druck
auf der anderen Seite des kuppelartigen Ventilteils 24 auf diesen Ventilteil wirken
und die Durchtrittsschlitze 26 kräftig zusammenpressen wird, so dass kein Injiziergut
in das Einpressrohr zurückgelangen kann. Dann wird das Einpressrohr vom Gewinde
im Körper 22 losgeschraubt, wobei die gesamte Aufweitvorrichtung einschliesslich
des Einpressventils als eine Einheit im Bohrloch zurückgelassen wird. Das Mantelrohr
und das Einpressrohr können also direkt zum nächsten Bohrloch hinübergewechselt
werden, wodurch man die umständlichen Reinigungsarbeiten und die langen Wartezeiten,
bevor man die Manschette
aus dem Bohrloch herausnehmen kann, vermeidet.
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Die erfindungsmässige Einpressvorrichtung bietet also wesentliche
Vorteile, vor allem weil mit ihr weit effektiver gearbeitet werden kann, da bei
Verwendung der bekannten Ausrüstung fast die halbe Arbeitszeit durch Warten und
Fertigstellung von Material in Anspruch genommen wird. Ferner reduziert die erfindungsmässige
Vorrichtung den Bedarf an Einpressrohr und Mantelrohr, da diese Teile sofort nach
Beendigung des Injizierens entfernt werden können. Hierdurch erhält man den weiteren
Vorteil, dass diese Teile leichter zu reinigen sind, da das Injizi.ergut dann noch
immer weich ist. Auch das Ergebnis wird besser, da man bei Verwendung der jetzigen
Ausrüstung gelegentlich die Erstarrungszeit nicht genügend beachtet, beispielsweise
weil irgendein anderes Arbeitsmoment ausgeführt werden muss. Dies kann zu Schwankungen
des Druckes im Bohrloch und auch zu Leckage führen. Die Kosten der Einpressdüse
und der Aufweithülse betragen ausserdem nur einen Bruchteil der Kosten für die Lagerhaltung
und Wartung einer grossen Anzahl bekannter Manschetten.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsmässigen
Vorrichtung. Fig. 5 zeigt nur die eigentliche Einpressdüse und ein kurzes Stück
des Einpressrohres und dessen Mantelrohr. Die untere Hälfte des Schnitts zeigt die
Aufweitvorrichtung in aufgeweitetem Zustand, während die obere Hälfte des Schnitts
die Aufweitvorrichtung vor dem Aufweiten veranschaulicht. Wie aus der Figur ersichtlich,
besitzt die Vorrichtung eine Einpressdüse 30 mit einer länglichen Hülse, an deren
einem Ende ein Innengewinde-vorgesehen ist. Am anderen Ende hat die Hülse einen
nach aussen gerichteten Flansch 32, an dem ein kuppelartiger Elastomerteil 33 festvulkanisiert
ist und den Durchtritt durch die Hülse 31 überbrückt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
ist der kuppelartige Elastomerteil in Form eines Konus mit konischer Innen- und
Aussenseite. Der Konus besitzt eine Anzahl Durchtrittsschlitze 34, welche dadurch
gebildet sind, dass das Elastomermaterial des kuppelartigen Ventilteils 33- mit
einem Lanzettenmesser
ohne eigentliche Materialbeseitigung durchstochen
worden ist. Wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, sind die Durchtrittsschlitze
34 schräg nach innen gegen den Durchtritt durch die Hülse 31 gerichtet.
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Auf die Aussenseite der Hülse 31 ist eine Gummibüchse 35 gesteckt.
Ausserhalb dieser Gummibüchse befindet sich ein Gleitring 36, gegen dessen Aussenseite
ein Verriegelungsteller 37 anliegt. Gegen die Aussenseite des Verriegelungstellers
liegt ein weiterer Gleitring 38 an. Bei Verwendung der Einpressvorrichtung wird
das Einpressrohr 10 in das Innengewinde der Hülse 31 eingeschraubt, nachdem man
zuerst auf die Aussenseite des Einpressrohres ein Mantelrohr 13 gesteckt hat. Das
Mantelrohr 13 und das Einpressrohr 10 sowie der Rest der Vorrichtung sind in derselben
Weise wie bei der früher beschriebenen Ausführungsform ausgebildet.
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Beim Einführen der Einpressvorrichtung in ein Bohrloch nehmen die
Einzelteile die oben in Fig. 5 gezeigte Lage ein. Nach Einführen zur erforderlichen
Tiefe wird die Mutter 15.mit Hilfe des Griffes 16 (siehe Fig. 1) angezogen, so dass
das Mantelrohr nach innen gegen den Gleitring 38 gedrückt wird. Der Gleitring wirkt
seinerseits auf den Verriegelungsteller 37, der zusammen mit dem Gleitring 36 verschoben
wird, so-dass die Gummibüchse 35 deformiert und nach aussen zur dichtenden Anlage
gegen die Wand des Bohrlochs gedrückt wird, wie unten in Fig. 5 deutlich gezeigt
ist.
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Dadurch dass der Verriegelungsteller 37 mit Sperr- und Verriegelungszungen
38 ausgebildet ist, kann er nur nach links in bezug auf Fig. 5 verschoben werden,
weshalb die Aufweitung der von der Einpressdüse 30 und der auf diese gesteckten
Hülse 35 gebildeten Aufweitvorrichtung auch dann bestehen wird, nachdem das Aufweitrohr
10 vom Innengewinde in der Hülse 31 losgeschraubt und zusammen mit dem Mantelrohr
13 entfernt worden ist. Die Funktion ist somit die gleiche wie bei der im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschriebenen Ausrührungsform der Erfindung.
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Die Erfindung lässt sich nicht nur zum Einpressen von Injiziergut
in Bohrlöcher oder andere Löcher in Gestein oder anderem, festem Material benutzen,
sondern auch zum Einspritzen von Isolierstoffen, beispielsweise in die Hohlräume
von Schiffsrümpfen od.dgl., wobei das Loch, durch welches die Einpressvorrichtung
eingesteckt wird, beispielsweise ein Rohrstutzen statt eines Bohrlochs ist.
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Eine andere Verwendung der erfindungsmässigen Vorrichtung ist das
Injizieren von Zement oder anderem erstarrendem Material unter Betonwandplatten
zur Korrigierung von Setzungen.