DE3320460C1

DE3320460C1 - Nachgiebiger Gebirgsanker

Info

Publication number: DE3320460C1
Application number: DE19833320460
Authority: DE
Inventors: Josef 5106 Düren Bauer; Dietmar 4236 Hamminkeln Ulbricht
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-10-18
Also published as: FR2547351A1; FR2547351B1; GB2141804A; GB8414253D0; BE899784A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gebirgsanker, der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen Gattung.

Mehr oder weniger nachgiebige Bauarten von Gebirgsankern sind bekannt und werden insbesondere im untertägigcn Berg- und Tunnelbau dort eingesetzt, wo aufgrund von großer Konvergenz eine gewisse Nachgiebigkeit des Ankerausbaues erforderlich ist.

Bei einem aus der DE-PS 25 11 706 bekannten Gebirgsanker wird die Nachgiebigkeit z. B. dadurch erreicht, daß zwei den Gebirgsanker bildende Teile unter Last gegeneinander verschiebbar miteinander verbunden sind. Über die Länge des Ankers können mehrere derartige Verbindungsstellen vorgesehen werden, die H) dann unter Last nachgeben, so daß eine gebremste Entspannungsbewegung des Gebirges zugelassen wird. Abgesehen von der aufwendigen Herstellungsweise eines derartigen Ankers ist das Einbringen aufwendig und eine genaue Vorgabe der gebremsten Entspannungsbewcgung nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich.

In Glückauf 117 (1981), Nr. 18, Seiten 1185 bis 1186 sind sogenannte Gleitanker beschrieben, die aus der eigentlichen Ankerstange und einem Blockierungsteil bestehen. Als Blockierungsteil dient ein mit Mörtel gefülltes Gleitrohr, durch das das mit Schernocken versehene Ankerende hindurchgezogen werden muß. Die für das Zerspanen des Mörtels benötigte Kraft ist gleich der Ansprech- und Gleitkraft.

Andere Anker weisen einen ähnlichen Nachgiebigkeitsmechanismus auf, bei der die aus kalt verformbarem Stahl bestehende Ankerstange durch eine Ziehnuß hindurchgezogen werden muß. Ähnliche weitere Vorschläge sind in der Beschreibung wiedergegeben. Nachteilig bei all diesen zweiteiligen Gleitankern ist der beschriebene hohe Herstellungsaufwand für die Ankerstangen an sich und für die Bohrlöcher im untertägigen Bereich bzw. im Bereich der Baugruben und Baustellen. Abgesehen davon, ist die Wirksamkeit derartiger Anker nicht unwesentlich von der Sorgfalt abhängig, mit der diese eingebaut werden.

Gegenstand der Erläuterung in Glückauf 117 (1981), Nr. 17, Seite 1113 ist der weiter vorn bereits beschriebene Gleilanker mit einer mit Schernocken versehenen Ankerstange, die durch einen Scherbelag hindurchgezogen werden müssen. Sie weist die gleiche, wie oben beschrieben, Problematik auf und ist daher durch einen hohen Herstellungsaufwand gekennzeichnet.

Gegenstand der DE-AS 15 83 803 ist ein Stahlankerbolzen aus Rundstahl, der auf der Außenseite schraubenförmige Verankerungsrippen aufweist. Er ist mit einem besonders ausgebildeten Ziehring versehen, mit dem die richtige Verspannkraft aufgebracht und eingehalten werden kann. Von einem Gleitanker kann daher im vorliegenden Fall nicht gesprochen werden, vielmehr handelt es sich um einen üblichen Gebirgsanker, der zwar begrenzt auch nachgeben kann, aber bei auftretenden Schcrbcanspruchungen frühzeitig bricht.

Nachteilig bei den vorstehend beschriebenen Gebirgsankern ist, daß diese aus mindestens zwei Teilen bestehen, wobei das sogenannte Nachgiebigkeitselement einen größeren Durchmesser als die eigentliche Ankerstange aufweist. Es ist daher notwendig, mehrstufige Bohrlöcher oder entsprechend größer dimensiobo nierte Bohrlöcher ins Gebirge zu stoßen, was einen erheblichen Mehraufwand darstellt. Aufwendig ist außerdem die 1 Jcrstellung derartiger Gebirgsanker, wobei zusätzlich beim Einbringen der Gebirgsanker in die Bohrlöcher besondere Sorgfalt erforderlich ist, um eine volle Wirksamkeit des Ankers zu gewährleisten.

Bei dem aus dem DE-GM 73 33 050 bekannten, gattungsbildcnden Gebirgsanker ist die Nachgiebigkeit bzw. das Dehnungsvermögen durch einen Schrumpf-

schlauch erhöht worden, um so beim Aufreißen einer Kluft die auftretenden Bruchspannungen oder Scherbeanspruchungen leicht durch Dehnung abzubauen. Auch bei einem derartigen Gebirgsanker ist eine gezielte Nachgiebigkeit nicht vorgesehen und erreichbar, zumal bei den im Steinkohlengebirge auftretenden Scherbeanspruchungen durch das Aufreißen von Klüften das Dehnungsvermögen der Gebirgsanker frühzeitig überbeansprucht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Aufbau einfachen und insgesamt einen geringen Außendurchmesser aufweisenden, nachgiebigen Gebirgsanker mit definierbarem Dehnungsvermögen zu schaffen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das dehnbare Zugglied aus rostfreiem, austenitischem Stahl besteht.

Ein derartiger Gebirgsanker weist einen Durchmesser auf, der dem starrer Gebirgsanker entspricht, so daß die dafür erforderlichen Bohrlöcher mit üblichen Bohrhämmern ohne großen Aufwand hergestellt werden können. Da die Bohrlöcher durchgehend einstufig eingestellt werden, ist der Herstellungsaufwand weiter verringert und die Herstellungszeit niedriger. Dies hat den Vorteil, daß auch bei gebrächem Gebirge durch sofortiges Einbringen der Ankerstange einem Zusetzen des Bohrloches entgegengewirkt werden kann. Mit Hilfe des aus austenitischem Stahl hergestellten Zuggliedes kann die erforderliche hohe Einstellkraft kurzfristig erreicht werden, da sich dieses bei Verformung zusätzlich verfestigt, wobei die Ankerstange insgesamt über eine große Dehnung bei insgesamt flacher Dehnungskennlinie verfügt. Damit nähert sich die Kennlinie der optimalen Arbettskennlinie von nachgiebigen Gebirgsankern, wobei der Verschiebeweg durch Anordnung und Ausbildung des Materials den Gegebenheiten anzupassen ist.

Als austenitisches Material zur Herstellung der Ankerstangen hat sich eine Stahllegierung mit Nickel- und Chromanteil als vorteilhaft erwiesen, wobei als Material zweckmäßig eine Stahllegierung mit 12 bis 18% Chrom und 6 bis 10, vorzugsweise 6 bis 8% Nickel Verwendung findet. Eine derartige Stahllegierung führt unter Zugbelastung und dadurch erfolgender plastischer Verformung zu einer Kaltverfestigung, da durch die Verformung eine mehr oder weniger starke Umwandlung in Martensit erfolgt. Die Härtung oder Kaltverfestigung kann dabei über den Nickelanteil gesteuert werden, so daß andererseits die Wirkung des Gebirgsankers den Gegebenheiten anzupassen ist.

Um eine einwandfreie Wirksamkeit des nachgiebigen Gebirgsankers zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn das Zugglied eine definierte Nachgiebigkeitszone aus einem Stab mit geringerem Durchmesser aufweist. Dabei wird die notwendige Nachgiebigkeit in dieser Nachgiebigkeitszone erreicht, während die beiden Enden mit dem Gebirge verbunden sind, so daß das Mittelteil entsprechend auf Zug belastbar ist. Die Nachgiebigkeitszone kann dabei durch Wahl der eingebundenen Endbereiche des Zuggliedes genau in die Mitte des Zuggliedes oder mehr in die Nähe des Bohrlochmundes oder des Bohrlochtiefsten verlegt werden, je nachdem, wie es die vorgefundenen Gegebenheiten erfordern.

Da die eingebundenen Enden zur Nachgiebigkeit des Gebirgsankers nichts beitragen müssen, kann es zweckmäßig sein, das Mittelteil des Zuggliedes mit der Nachgiebigkeitszone aus austenitischem und die Enden aus Normalstahlmaterial herzustellen. Damit kann kostengünstigeres Material für diese Bereiche verwendet werden, ohne daß die Wirksamkeit des Gebirgsankers insgesamt dadurch negativ beeinflußt wird.

Der Gebirgsanker kann auch mit Hilfe der dem Bohrlochmund zugeordneten Ankerplatte und der Mutter im Bohrloch verspannt werden. Dann ist es zweckmäßig, das aus dem Bohrloch herausragende Ende des Zuggliedes aus Normalstahlmaterial herzustellen und mit dem Mittelteil vorzugsweise zu verschweißen. Das Aufbringen der Ankerplatte und der Mutter und dabei der Ver-Spannkräfte ist so vorteilhaft möglich. Da sich das Material in diesem Bereich nicht oder nur geringfügig längt, kann die Mutter bei Erfordernis auch zum Nachspannen später auf dem Gewinde des unteren Endes verschoben werden.

is Das Gleiten des Zuggliedes im Bohrloch bzw. insbesondere des Mittelteils mit der Nachgiebigkeitszone wird durch den Kleber nicht behindert und blockiert, wenn, wie an sich bekannt, die das Mittelteil des Zuggliedes bildende Nachgiebigkeitszone insgesamt mit einer dehnfähigen Beschichtung versehen ist. Als dehnfähige Beschichtung ist beispielsweise ein Schrumpfschlauch einzusetzen, wie er aus der DE-GM 75 33 050 grundsätzlich bekannt ist. Damit ist sichergestellt, daß der Kleber auch bei dem im Bohrloch unter Umständen herrschenden Druck nicht bis auf den Außenmantel der Ankerstange bzw. des Mittelteils dringen kann.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Nachgiebigkeitszone dadurch variiert werden, daß das Zugglied ein Mittelteil aus einem Bündel von Stäben oder Drähten aufweist. Derartige Bündel bzw. Litzenanker sind grundsätzlich aus »Tiefbau, Ingenieurbau, Straßenbau« 8/1980, Seiten 674 bis 677 bekannt, dort allerdings wie übliche einteilige Gebirgsanker eingesetzt. Im Gegensatz dazu bestehen bei der erfindungsgemäßen Ausbildung alle Stäbe aus austenitischem rostfreiem Stahl, wobei sie einzeln oder insgesamt zweckmäßig von einer dchnfähigen Beschichtung bzw. einem Schrumpfschlauch umhüllt sind. Durch Durchmesserwahl, Vielzahl und Anordnung der Stäbe kann die Nachgiebigkeit des Gebirgsankers hier zusätzlich variiert werden.

Je nach Einsatzbereich des Gebirgsankers ist es vorteilhaft, das Zugglied im Bohrlochtiefsten zu verkleben und dann mit Hilfe der Ankerplatte und der Mutter zu verspannen oder aber beide Endbereiche des Zuggliedes mit dem Gebirge wirksam über den Kleber zu verbinden. Dabei kann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise das Mittelteil von Kleber freigehalten werden, indem das Zugglied als Injizierlanze ausgebildet ist, wie

so dies beispielsweise aus der DE-OS 25 5b 493 bekannt ist. Über die Injizierlanze ist das im Bohrloch eingeführte Ende oder gleichzeitig auch das gegenüberliegende Ende gezielt zu verkleben bzw. im Bohrloch festzulegen. Durch die gezielte Injizierung entweder mit Hilfe einer Bohrung und der entsprechenden Kanälen in dem Zugglied oder aber auch durch gesonderte dünne Injizierlanzen kann das Zugglied auch bei großen Längen gezielt dort befestigt bzw. mit dem Gebirge verbunden werden, wo dies für die Wirksamkeit des gesamten Ge-

fao birgsankers von Vorteil ist.

Zur Erleichterung des Einführens des Zuggliedes in das Bohrloch, beispielsweise durch Verkanten oder Festsetzen an Vorsprüngen oder Klüften, dient die Ausbildung der Erfindung, nach der der Durchmesser des

b5 Mittelteils zusammen mit der aufgebrachten Beschichtung dem der Enden entspricht. Damit ist ein durchgehend gleichmäßiger Stab geschaffen, der wie erwähnt sicher und ohne großen Arbeitsaufwand in das Bohrloch

eingeführt werden kann. Eine Verschweißung des austenitischen Mittelteils mit den Normalstahlenden ist ohne nachteilige Auswirkungen möglich, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Schweißstelle im Abstand zum Übergang zur definierten Nachgiebigkeitszone im Bereich der Stange mit größerem Durchmesser angeordnet ist.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein nachgiebiger Gebirgsanker geschaffen ist, der einfach herzustellen und zu verwenden ist, der eine annähernd optimale Arbeitskennlinie mit hoher Einstellkraft aufweist und der darüber hinaus aufgrund des Chromanteiles rostfrei und somit insbesondere auch als Erdanker zu verwenden ist. Aufgrund der Rostfreiheit behält er auch nach langen Standzeiten seine volle Wirksamkeit, wobei durch Einstellung der Legierung, Form und Zuordnung der Nachgiebigkeitszone eine Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten vorhanden ist. Der erfindungsgemäße Gebirgsanker verfügt bei annähernd optimaler Einstellkraft über eine hohe Dehnung von flacher Dehnungskennlinie, so daß er die Bedingungen, die an Gleitanker gestellt werden, voll erfüllt.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Gebirgsanker im Einsatz, Fig.2 einen Schnitt des Gebirgsanker im Bereich jo der Nachgiebigkeitszone,

F i g. 3 einen Schnitt durch den Gebirgsanker im Bereich der Nachgiebigkeitszone, wobei mehrere Stäbe das Mittelteil bilden,

F i g. 4 einen Schnitt gemäß F i g. 3 mit anders ausgebildeter Beschichtung und

Fig.5 einen Schnitt durch einen gleichzeitig als Injizierlanze ausgebildeten Gebirgsanker.

F i g. 1 zeigt ein ins Gebirge 1 eingebrachtes Bohrloch 2, in das ein nachgiebig ausgebildeter Gebirgsanker 5 eingeführt ist. Dieser Gebirgsanker 5 ist mit seiner Ankerspitze 6 bis dicht ans Bohrlochtiefste 8 herangeführt und dort mit Hilfe eines Klebers 9 festgelegt. Der das Bohrloch auch im übrigen zusätzlich zum Gebirgsanker 5 ausfüllende Kleber verbindet auch das dem Bohrlochmund 7 zugewandte Ende des Gebirgsankers wirksam mit dem Gebirge 1. Das gesamte Zugglied to, dessen aus dem Bohrlochmund 7 herausragendes Ende ein Gewinde 11 trägt, kann mit Hilfe der Ankerplatte 12 und der · Mutter 13 im Bohrloch 2 verspannt werden oder sie wird an beiden Enden eingeklebt.

Die notwendige Nachgiebigkeit erhält der Gebirgsanker 5 gemäß F i g. 1 durch eine mittig angeordnete und ausgebildete Nachgiebigkeitszone 15. Während die beiden Enden 16,17 des Zuggliedes 10 über den Kleber 9 mit dem Gebirge verbunden sind, weist das Mittelteil 18 eine Beschichtung 19 auf, so daß der Kleber 9 die Verschiebung des aus austenitischem Material hergestellten Mittelteils 18 nicht behindern kann. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Enden ω 16,17 aus Normalstahl mit dem aus einer austcnitischcn Stahllegierung bestehenden Mittelteil 18 verschweißt. Die Schweißstellen sind mit 20 bezeichnet.

Der in F i g. 1 dargestellte Gebirgsanker 5 ist im Bereich der Nachgiebigkeitszone 15 bzw. des Mittelteils 18 geschnitten und als solcher in Fig.2 dargestellt. Das Zugglied 10 bzw. das Mittelteil 18 ist wie dargestellt mit einer beispielsweise aus einem Schrumpfschlauch bestehenden Beschichtung 19 umhüllt. Mit 26 ist der Außenrand des Endes 17 des Zuggliedes 10 bezeichnet. Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, bei der das Mittelteil 18 aus einem Bündel von Stäben 22, 23, 24 besteht. Die Stäbe 22 bis 24 bestehen aus der beschriebenen auslenitischen Stahllegierung und sind von einer Beschichtung 19 umgeben. Diese Beschichtung 19 kann nach F i g. 3 als das Bündel umhüllender Mantel oder als einbindende Außenhaut ausgebildet sein.

F i g. 5 schließlich zeigt einen Schnitt durch das Zugglied im Bereich des Endes 16 oder 17, wobei hier das Zugglied 10 als Injizierlanzc ausgebildet und dementsprechend mit einer durchgehenden Bohrung 27 versehen ist. Im Bereich der Enden 16,17 oder nur eines der beiden Enden sind Kanäle 28 vorgesehen, über die das Verpreßmalcrial oder der Kleber in den jeweils vorgesehenen Ringraum eindringen kann, um das Zugglied 10 so zu verkleben und mit dem Gebirge 1 zu verbinden. Dabei kann ein vorteilhaft geringer Bohrlochdurchmesser zum Einsatz kommen, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führt, allerdings Mehrkosten bei der Herstellung des Zuggliedes 10 erbringt.

Eine Verschweißung des austenitischen Materials mit dem Normalstahl kann sicher vorgenommen werden, da gemäß Fig. 1 die Schweißstellen in den Bereich des Zuggliedes mit normalem Durchmesser gelegt sind. Damit ist gleichzeitig sichergestellt, daß eine Gefügeänderung durch den Schweißvorgang im Bereich der definierten Nachgiebigkeitszone nicht eintreten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gebirgsanker zur Sicherung von Strecken und Räumen im Berg- und Tunnelbau sowie Baugruben u. ä., der aus einem im Bohrlochtiefsten und am Bohrlochmund festlegbaren Zugglied sowie gegebenenfalls einer an das Gebirge bzw. die Abgrenzung anpreßbaren Ankerplatte besteht, wobei das Zugglied aus einem dehnbaren Stahl hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnbare Zugglied (10) aus rostfreiem, austenitischem Stahl besteht.

2. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (10) aus einer Stahllegierung mit Nickel- und Chromanteil hergestellt ist.

3. Gebirgsanker nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (10) ganz oder teilweise aus einer Stahllegierung besteht, die 12 bis 18% Chrom und 6 bis 10% Nickel aufweist.

4. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (10) eine definierte Nachgiebigkeitszone (15) aus einem Stab mit geringerem Durchmesser aufweist.

5. Gebirgsanker nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (18) des Zuggliedes (10) mit der Nachgiebigkeitszone (15) aus austenitischem und die Enden (16, 17) aus Normalstahlmaterial besteht.

6. Gebirgsanker nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur das aus dem Bohrloch (2) hervorragende Ende des Zuggliedes (10) aus Normalstahlmaterial hergestellt und mit dem Mittelteil (18) vorzugsweise verschweißt ist.

7. Gebirgsanker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Mittelteil (18) des Zuggliedes (10) bildenden Nachgiebigkeitszone (15) in an sich bekannter Weise mit einer dehnfähigen Beschichtung (19) versehen ist.

8. Gebirgsanker nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (10) einen Mittelteil (18) aus einem an sich bekannten Bündel von Stäben (22,23,24) oder Drähten aufweist.

9. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (10) in an sich bekannter Weise als Injizierlanze ausgebildet ist, über die das in das Bohrloch (2) eingeführte Ende (17) oder gleichzeitig auch das gegenüberliegende Ende (16) gezielt zu verkleben bzw. im Bohrloch festzulegen sind.

10. Gebirgsanker nach Anspruch 4 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Mittelteils (18) zusammen mit der Beschichtung (19) dem der Enden (16,17) entspricht.

11. Gebirgsanker nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstelle (20) im Abstand zum Übergang (21) zur definierten Nachgiebigkeitszone (15) angeordnet ist.