DE3840158C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Ein Setzen von Ankern in gebrächem bzw. kohäsionsarmen bis kohäsionslosem Gebirge macht bekanntlich stets besondere Maßnahmen erforderlich, um eine stabile Posi­ tion des Ankers zu erreichen. Bereits die Erstellung eines Bohrloches in derartigen Gebirgsarten bereitet insoweit Probleme, als dessen Wandungen stabilisiert werden müssen, um zu vermeiden, daß dieses nach dem Herausziehen einer Bohrstange zusammenfällt. Ein verrohrtes Bohren stellt häufig keine geeignete Problemlösung dar, da ein in die verrohrte Bohrung eingebrachter, mit Zementmörtel verpreßter Anker in keinem hinreichenden Verbund mit dem umgebenden Gebirge steht und mitsamt dem ihn umgebenden Mörtelmantel herausziehbar ist. Es ist bekannt, in diesen Fällen die verrohrt gebohrten Bohrlöcher mit Zementmörtel zu verpressen, wobei gleich­ zeitig das Rohr herausgezogen wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß der injizierte Zementmörtel auch in die unmittelbare Umgebung des Bohrlochs eindringt. Die ausgehärtete Bohrlochfüllung wird dann nochmals aufgebohrt und in die dann erstellte Bohrung ein Anker eingeführt und mittels Zementmörtel festgelegt. Bei den hier eingesetzten Ankern handelt es sich häufig um Injektionsanker, so daß eine sichere Füllung des erstellten Bohrlochs erreicht ist. In der letztgenannten Weise ist zwar ein Setzen von Ankern in den genannten Gebirgsarten möglich - es ist diese Vorgehensweise jedoch mit einem vergleichsweise hohen Zeit- und damit Kostenaufwand verbunden.

Es sind darüber hinaus Gebirgsanker bekannt, die gleich­ zeitig als Bohrstange benutzbar sind und demzufolge aus einem rohrförmigen Grundkörper bestehen, an dessen vorderem Ende sich eine Bohrkrone befindet. Der genannte Grundkörper ist zur Herstellung einer Verbundwirkung mit einer Mörtelummantelung profiliert ausgebildet und weist in seinem Mantelbereich eine Reihe von Bohrungen auf. Während des Bohrens wird durch die Bohrkrone sowie die genannten Bohrungen ein Spülmittel, z. B. Wasser geführt, wobei nach vollendeter Bohrung das auf diesem Wege erstellte Bohrloch über den genannten Grundkörper mit einer Mörtelsuspension ausgefüllt wird. Unter den obengenannten Bedingungen kann jedoch in vielen Fällen keine hinreichende Durchdringung des das Bohrloch umgebenden Gebirges mit Zementmörtel erreicht werden, woraus sich eine unzureichende Haftung des Ankers ergibt. Ein solcher, gleichzeitig als Bohrstange benutzbarer Gebirgsanker ist beispielsweise aus der DE 37 24 165 A1 bekannt. Dieser besteht aus einem rohrartigen, über seine gesamte Länge mit einem angenäherten Rundgewinde versehenen Grundkörper, an dessen einem Ende eine Bohrkrone angeschweißt ist. Dieser, die Bohrstange bildende Grundkörper trägt lediglich an seinem vorderen, d. h. der Bohrkrone zugekehrten Bereich umfangsseitig Bohrungen, und zwar einem solchen Bereich, der sich über eine Strecke von höchstens 20 cm - ausgehend von der Bohrkrone - erstreckt. Ein solcher Injektionsbohranker wird beim Setzen zunächst wie eine Bohrstange benutzt, wobei über die zentrale Längsbohrung der Bohrstange ein Spülmittel strömt, welches über die axiale Spülbohrung der Bohrkrone einerseits und die genannten Bohrungen der Bohrstange andererseits ausströmt, hierbei das durch den Bohrvorgang abgetragene Bohrklein aufnimmt und zwischen der Außenseite der Bohrstange einerseits und der Innenseite des Bohrlochs andererseits in Richtung auf die Bohrlochmündung hin ausschwemmt. Nachdem auf diese Weise das Bohrloch seine endgültige Tiefe erreicht hat, wird über den zentralen Längskanal der Bohrstange eine Mörtelsuspension geführt, über welche das Bohrloch - im Bereich der Bohrlochsohle beginnend - mit Mörtel ausgefüllt wird, der nach Aushärtung einen Verbund zwischen der Bohrstange und dem umliegenden Gebirge herstellt.

Aus der GB 21 69 050 A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines solchen Injektionsbohrankers bekannt, der zunächst wie eine, ein Spülmittel führende Bohrstange benutzt wird, wobei nach Erstellung eines Bohrlochs ein aushärtungsfähiges Medium über die Bohrstange in das Bohrloch eingeführt wird, wobei durch langsame Umdrehungen der Bohrstange ein geeigneter Mischungszustand der Komponenten des eingeführten Mediums erreicht wird.

Aus der DE-PS 3 77 021 ist ein Spülkopf für biegsame Rohrwellen bekannt, welcher dem Drehantrieb der Rohrwellen und der Einführung eines flüssigen Spülmittels, z. B. Wasser in diese Rohrwellen dient. Der Spülkopf besteht aus einem zentralen, mit der anzutreibenden Rohrwelle über einen Innengewindeabschnitt zu kuppelnden Wellenstück, welches an seinem, dem Gewindeabschnitt abgekehrten Ende geschlossen ausgebildet ist und unmittelbar der Kupplung mit einem Antriebsmotor dient. An den Gewindeabschnitt schließt sich eine konzentrische Bohrung an, an deren, dem Bohrgrund benachbarten Bereich eine Reihe von Radialbohrungen in gleichmäßiger Umfangsverteilung abgezweigt sind, die in einen ringförmigen Aufnahmeraum einer das Wellenstück umgebenden Muffe führen. Die Muffe ist an beiden axialen Endbereichen über mit Muttern gesicherte Stopfbüchsen festgelegt, durch welche der genannte Aufnahmeraum, an den eine Zuführleitung für ein Spülmittel angeschlossen ist, gegenüber dem sich drehenden Wellenstück axial abgedichtet ist. Die Einschraublänge der Rohrwelle wird durch die Länge des Innengewindeabschnittes bestimmt, wobei die sich anschließende Bohrung einen geringeren Durchmesser aufweist.

Diese bekannten Verfahren zum Setzen von Ankern in kohäsionsarmem bis kohäsionslosem Gebirge sind entweder als arbeits- und kostenintensiv anzusehen, erfordern demzufolge einen aufwendigen Maschineneinsatz oder sind entsprechend der Kohäsion des jeweiligen Gebirges nur beschränkt einsetzbar.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwerfen, mittels welchem insbesondere unter Verwendung von im wesentlichen stan­ dardmäßig verfügbaren Werkzeugen bzw. Bauteilen auch unter den genannten schwierigen Bedingungen eine zuverlässige und stabile Positionierung von Ankern möglich ist. Diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist, daß im Rahmen dieses Verfahrens ein an sich bekannter Injektions-Bohranker benutzt wird, der lediglich in seinem vorderen, d. h. der Bohrkrone benachbarten Bereich mit Austrittsöffnungen versehen ist, welche ebenso wie dessen zentrale Spülbohrung bereits während des Bohrens der Führung einer Mörtelsuspension oder einer vergleichbaren Substanz dienen. Es wird somit unmittelbar während des Bohrvorgangs, und zwar synchron mit dem Fortschritt der Bohrung das, das Bohrloch umgebende Gebirge mit einer Mörtelsuspension verpreßt, so daß jegliche Maßnahmen zur Stabilisierung einer Bohrlochwandung entfallen. Da als Folge dieser Vorgehensweise durch die Mörtelsuspension kleinere Partikel, die als Folge des Bohrvorgangs gelöst werden, ausgeschwemmt werden, bildet sich in der Umgebung der Bohrstange ein großvolumiges Gemenge, bestehend aus gröberen, losgelösten Partikeln und der Mörtelsuspension. Es wird auf diesem Wege eine vergleichsweise tiefe Durchdringung des das Bohrloch umgebenden Gebirges und damit eine zuverlässige Sicherung bzw. Festlegung des Ankers erreicht. Ein weiterer Vorteil liegt in der lückenlosen und damit zuverlässigen Ummantelung des Gebirgsankers mit einer Mörtelsuspension, so daß durch die, sich in der unmittelbaren Umgebung des Ankers ein­ stellende alkalische Atmosphäre ein sicherer Korrosions­ schutz gegeben ist.

Die Merkmale des Anspruchs 2 sind auf eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1 gerichtet. Da der genannte Ausschwemmeffekt bei gegebenem Zuführungsdruck der Mörtelsuspension sich aufgrund der geringen mechanischen Stabilität des die Bohrung umgebenden Gebirges seitlich ausbreitet, werden erfindungsgemäß die radialen Abmessungen der Mörtelummantelung des Ankers über die Bohrdrehzahl und damit den Bohrfortschritt gesteuert. Dies eröffnet einfache Möglichkeiten zur Anpassung an unterschiedliche Gebirgsarten.

Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zu entwerfen. Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 3 gelöst. Wesentlich ist hierbei die Verwendung eines an sich bekannten Injektionsbohrankers, an dessen, der Bohrkrone abgekehrtem Ende sich ein Adapterteil befindet, über welches gleichzeitig der Drehantrieb sowie die Zuführung von Mörtelsuspension erfolgt.

Die Merkmale des Anspruchs 4 sind auf eine einfache, besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Adapterteils gerichtet. Dieses ist lediglich aus wenigen Grundelementen aufgebaut und zu Wartungs- bzw. Inspektionszwecken leicht zerlegbar.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens zum Setzen von Ankern;

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Pfeil II der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Adapterteils.

Mit 1 ist in Fig. 1 die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzusetzende Bohrstange bezeichnet, welche gleichzeitig als Anker benutzt wird. Die Bohrstange 1 wird durch einen hohlen zylindrischen Grundkörper gebil­ det, der außenseitig über seine gesamte Länge mit einer gewindeartigen Verformung nach Art eines Rundgewindes versehen ist, welches vorteilhafterweise durch einen Kaltverformungsprozeß, beispielsweise durch Walzen oder Rollen hergestellt ist.

Die Bohrstange 1 trägt an ihrem einen Ende eine Bohr­ krone 2, welche in an sich bekannter Weise mit einer zentralen, koaxial zu der Bohrstange 1 verlaufenden Spülbohrung 3 versehen ist, die koaxial zur Bohrstange 1 bzw. deren zentraler axialer Bohrung 4 verläuft.

Die Bohrkrone 2 ist als plattenartiger, hier quadra­ tischer Grundkörper ausgebildet, der sich senkrecht zur Achse der Bohrstange 1 erstreckt und dessen Umfangssei­ ten mit zylindrischen Einformungen 5 versehen sind. Es sind diese Einformungen 5 derart bemessen, daß deren jeweils tiefste Punkte einen das Außengewinde umschrei­ benden Außenkreis gerade tangieren.

Die Bohrkrone trägt auf ihrer, der Bohrlochsohle zuge­ kehrten Seite eine sternförmige Anordnung prismenähn­ licher, als Schneidkanten fungierender Vorsprünge 6, die sich in Richtung auf die Ecken des quadratischen Grund­ körpers erstrecken. Es sind die Vorsprünge 9 um die seitlichen Begrenzungskanten des genannten Grundkörpers herumgeformt und enden mit geringem Abstand vor der Stelle, an der die Bohrstange 1 angesetzt ist. Auf diese Weise sind die Vorsprünge 9 bzw. Schneidkanten nicht nur im Stirn- sondern auch im Umfangsbereich wirksam. Die Vorsprünge 6 enden bohrlochsohlenseitig im mittleren Bereich des Grundkörpers in abgeschrägten Flächen 7, die in Richtung auf die Mündungsöffnung der Spülbohrung 3 hin geneigt ausgebildet sind. Die Bohrkrone 2 ist in ihren axialen Abmessungen, d.h. in Richtung der Pfeile 8 so kurz wie mögIich bemessen. Die Verbindung zwischen der Bohrkrone 2 und der Bohrstange 1 ist im übrigen vorzugsweise lösbar ausgebildet.

Indem die Bohrkrone 2 in Richtung der Pfeile 8 so kurz wie möglich bemessen ist, wird erreicht, daß beim Be­ trieb der Bohrstange das im stirnseitigen Endbereich des Bohrkopfes gelöste Gesteinsmaterial auf kürzestem Wege sowie mit geringstmöglichen Strömungswiderständen in den, der Bohrlochsohle abgekehrten Seitenbereich der Bohrkrone gefördert werden kann. Indem die Bohrkrone 2 lösbar an der Bohrstange 1 angebracht ist, wird erreicht, daß ein Auswechseln der Bohrkrone zwecks Anpassung der Bohrstange an unterschiedliche Boden- bzw. Gebirgsbe­ schaffenheiten bzw. Bohrlochdurchmesser möglich ist.

Es ist die Bohrstange in ihrem, der Bohrkrone 2 benach­ barten Bereich, d.h. ausgehend von der Bohrkrone bei­ spielsweise in einer Länge von 0,5 m mit Bohrungen 9 versehen, durch welche eine Verbindung zwischen dem Außenraum und der zentralen Bohrung 4 der Bohrstange 1 hergestellt ist.

Zeichnerisch nicht dargestellt sind Muffenstücke, mittels welchen ein oder auch mehrere Verlängerungsabschnitte an die Bohrstange 1 angekuppelt werden, welche in ihren äußeren Abmessungen und in ihrer sonstigen Beschaffen­ heit der Bohrstange 1 entsprechen, jedoch keinerlei Bohrungen 9 aufweisen.

An dem der Bohrkrone 2 abgekehrten Ende der ggf. im oben beschriebenen Sinne verlängerten Bohrstange 1 befindet sich ein Adapterteil 10, welches schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Dieses Adapterteil 10 ist mit einem Anschlußteil 11 versehen, an welches eine zeichnerisch nicht dargestellte Zuleitung für Ankermörtel angeschlos­ sen ist. An der Stelle 12 befindet sich ein zeichnerisch ebenfalls nicht näher dargestelltes Kupplungsteil zum Anschluß eines herkömmlichen Bohrantriebs.

Das Adapterteil 10 besteht gemäß Fig. 3 aus einem Muffen­ teil 13, welches innenseitig mit einem an das Außengewin­ de der Bohrstange 1 angepaßten Innengewinde versehen ist. Das Muffenteil 13 ist - wie an der Stelle 14 ange­ deutet - innenseitig geschlossen ausgebildet und an der Stelle 12 wiederum mit einem Innengewinde versehen, welches das Kupplungsglied für einen zeichnerisch nicht dargestellten Bohrantrieb bildet. Mit 15 ist ein auf dem Mantel des Muffenteils 13 fest angeordneter Anschlag­ körper bezeichnet, dessen Funktion im folgenden noch erläutert werden wird.

Das Muffenteil 13 wird von einem feststehenden Gehäuse­ teil 16 umgeben, an welchem das Anschlußteil 11 ange­ bracht ist und welches mit einem innenseitig angeordne­ ten Ringraum 17 versehen ist. Der Ringraum 17 steht in zeichnerisch nicht dargestellter Weise mit dem Anschluß­ teil 11 in Verbindung, so daß über dieses in Richtung des Pfeiles 18 eine Mörtelsuspension in den Ringraum 17 einführbar ist. Dem Ringraum 17 radial unmittelbar gegenüberliegend ist in den Außenmantel des Muffenteils 13 eine zylindrische Ausnehmung 19 eingearbeitet, welche mit einer Reihe von radialen Bohrungen 20 versehen ist.

Mit 21 ist ein Anschlagmittel, hier ein vergleichsweise kurzer, mit Außengewinde versehener Rohrzylinder bezeich­ net, der in das Muffenteil 13 eingeschraubt ist, und zwar bis zu der Stelle 14, an welcher der Innenraum des Muffenteils verschlossen ist. Es ist das Anschlagmittel 14 mit einer Reihe von radialen Bohrungen 22 versehen, die fluchtend zu den Bohrungen 20 verlaufen, so daß zwischen dem Ringraum 17 und dem Innenraum des Anschlag­ mittels 21 eine für die Mörtelsuspension durchlässige Verbindung besteht. Durch das Anschlagmittel 21 ist gewährleistet, daß beim Einschrauben des Endes einer Bohrstange in das Muffenteil 13 die Einschraubtiefe der Bohrstange begrenzt wird, so daß durch letztere insbeson­ dere keine Überdeckung der Bohrungen 20 eintritt. Das das Muffenteil 13 im übrigen mit geringem Spiel umgebende Gehäuseteil 16 wird in seiner, an dem Anschlagkörper 15 mit geringem Spiel anliegenden Stellung mittels eines axial bezüglich des Muffenteils 13 beweglichen weiteren Anschlagkörpers 23 gehalten, der auf dem Muffenteil 13 mittels einer Reihe von Klemmschrauben 24 arretiert ist. Im Betrieb des Adapterteils 10 wird somit das Gehäuseteil 16 ortsfest zwischen den sich mit dem Muffenteil drehen­ den Anschlagkörpern 15, 23 gehalten.

Die vorstehend anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Vorrichtung wird erfindungsgemäß zum Setzen von Ankern vorzugsweise in kohäsionsarmem bis kohäsionslosem, gebrächem Gebirge eingesetzt, wobei während des Bohrens anstelle eines üblichen Spülmittels eine Mörtelsuspen­ sion bzw. Zementmilch benutzt wird, welche über das Anschlußteil 11 unter Druck zugeführt wird. Während des Bohrfortschritts tritt diese Mörtelsuspension sowohl aus der Spülbohrung 3 der Bohrkrone 2 als auch den Bohrungen 9 der Bohrstange 1 aus, wobei relativ feinkörniges, als Folge des Bohrvorgangs gelöstes Material abgeschwemmt wird, wohingegen relativ gröberes Material im Bohrloch verbleibt, jedoch unmittelbar ein Gemenge mit der Mörtel­ suspension bildet, um zu einem späteren Zeitpunkt zusammen mit dieser zu erhärten. Es wird somit die zur Herstellung eines Verbundes zwischen dem Anker einerseits und dem umliegenden Gebirge erforderliche Mörtelsuspension bereits während des Bohrvorgangs unter Druck in das Bohrloch eingebracht, wodurch nicht nur eine bereits beim Bohren erreichte Stabilisierung des Bohrlochs, sondern auch eine relativ großräumige Durchdringung des das Bohrloch umgebenden Gebirges mit Mörtelsuspension erreicht wird. Letzterer Effekt wird durch das Aus­ schwemmen von relativ feinkörnigem Material noch ver­ stärkt. In dem schließlich fertigen Bohrloch ist erfin­ dungsgemäß der Anker von einer betonartigen Ummantelung, bestehend aus einem Gemenge aus Mörtelsuspension und relativ gröberen Gesteinspartikeln umgeben, wobei sich aufgrund der großvolumigen Durchdringung des umgebenden Gebirges mit Mörtelsuspension eine Stabilisierung dessel­ ben und eine sichere Befestigung des Ankers ergeben.

Claims (4)

1. Verfahren zum Setzen von Ankern in losem, kohäsions­ armem bis kohäsionslosem Gebirge unter Verwendung eines Ankers, der gleichzeitig als Bohrstange (1) einsetzbar ist, dessen zentrale, axial verlaufende Spülbohrung lediglich an ihrem, der Bohrkrone (2) zugekehrten Ende mit radialen Bohrungen (9) versehen ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß während des Bohrens über die Spülbohrung eine Mörtelsuspension oder dergleichen geführt wird, wobei relativ feinere Anteile des gelösten Materials ausgespült werden und wobei relativ gröbere Anteile des gelösten Materials von der Mörtelsuspension umspült und während deren Aushärtens in diese eingebunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der den Anker umgebenden, unter anderem aus Mörtel bestehenden Ummantelung bei gegebenem Zuführungsdruck der Mörtelsuspension durch Variierung der Bohrdrehzahl gesteuert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bestehend aus einem Anker, der gleichzeitig als Bohrstange (1) verwendbar ist, welche außenseitig mit einer Profilierung, vorzugsweise einem Rundgewinde versehen ist und lediglich in ihrem, der Bohrkrone (2) benachbarten Bereich radiale Bohrungen (9) aufweist, die mit der Spülbohrung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Bohrstange (1) an ihrem, der Bohrkrone (2) abgekehrten Ende - gegebenenfalls unter Zwischenanordnung von Verlängerungsstücken - mit einem Adapterteil (10) versehen ist, über welches der Drehantrieb der Bohrstange (1) sowie die Zufuhr von Mörtelsuspension erfolgen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Adapterteil (10) aus einem, zur Aufnahme des einen Endes der Bohrstange (1) sowie zur Drehmoment­ übertragung bestimmten Muffenteil (13) und einem feststehenden, der Einführung von Mörtelsuspension dienenden Gehäuseteil (16) besteht, daß das Muffenteil (13) im Bereich des Gehäuseteils (16) umfangsseitig mit Öffnungen (20) und innenseitig mit Anschlagmitteln (21) für die Bohrstange (1) versehen ist, daß das Gehäuseteil (16) mit einem, zur Verteilung der Mörtelsuspension bestimmten, das Muffenteil (13) umgebenden Ringraum (17) versehen ist und daß das Gehäuseteil (16) zwischen einem festen bzw. unlösbaren und einem lösbaren, das Muffenteil mit geringem Spiel umgebenden Anschlagkörper (15, 23) fixiert ist.