-
Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Verformungen in Gebirgspfeilern
Es ist bekannt, an den Längsstößen eines Pfeilers z. B. im Bergbau die der Stoßfläche
durch den auflagernden Gebirgsdruck messend zu beobachten, um durch die beobachteten
Verformungen Rückschlüsse auf die Pfeilerauflast ziehen zu können. Diese Messung
wird bisher gewöhnlich markscheiderisch durch mit Höhenmarken versehene Lote durchgeführt,
die in gewissem Abstand vom Pfeilerstoß angebracht und laufend, meßtechn-isch in
der Weise geprüft werden, daß die Abstände zwischen Stoß und Lot gemessen, registriert
und aufgetragen werden. An den an den zwei Pfeilerstößen genau gegenüberliegend
angebrachten Meßstellen können und werden sich bei gleichzeitigem Einmessen verschiedene
Verformungen ergeben, da die Richtung der Wirkungslinie des Auflagerdruckes von
einer Reihe von Einflüssen, beispielsweise dem Einfallen der Hangendschichten, der
Entfernung und der Größe der benachbarten Abbaue usw., abhängt. Es ist sogar denkbar,
daß durch diese unterschiedlichen Einwirkungen. der eine Pfeilerstoß konvex und
der zweite Stoß des gleichen Pfeilers konkav verformt wird, also eine Durchbiegung
des Pfeilers eintritt. Normal werden sich beide Pfeilerstöße durch den Auflagerdruck
aber konvex nach außen verformen. Die bisher bekannte Art, der Messung derartiger
Verformungen. ist umgenau., ermöglicht überhaupt keine Beurteilung der Verformungen
im Innern von Pfeilern und vermag auch kenne Ergebnisse zu liefern, aus denen gesetzmäßige
Beoiehungen abgeleitet werden könnten.
-
Insbesondere ist nicht erkennbar, ob der Pfeiler über seine gesamte
Stärke oder nur noch in Zonen
trägt, beispielsweise durch Aufblätterungsbiegung
geschwächt ist. Zur Messung von Veränderungen im Gebirge sind außerdem sogenannte
Bohrlochmessungen bekannt. So hat man in das Hangende senkrechte Firstbohrlöcher
eingebracht, um die Bewegungen des Hangenden zu verfolgen. In dem Bohrloch wird
dabei im Bereich der Bohrlochsohle ein Innenanker verkeilt und ein Übertragungsstab
zu einem Festpunkt außerhalb des Bohrloches geführt. Die Längenänderung der Meßstrecke
zwischen Innenanker und Festpunkt läßt sich an Hand der Verschiebung des Stabes
gegen den Festpunkt verfolgen, auch Richtungsänderungen der Bohrlochachse können
so erfaßt werden. Eine einwandfreie Klärung der Gebirgsverhältnisse und Bewegungen
ist mit dieser Meßvorrichtung selbst bei einfachen Verhältnissen im Hangenden nicht
möglich, so daß mittels Teleskoprohr genauere Analysen der Bohrlochwandungen durchgeführt
werden müssen, um beispielsweise Aufblätterungen und federnde Formänderungen eindeutig
unterscheiden zu können.
-
Zur Bestimmung der Verformungen von Pfeilern zwecks Erzielung von
Aussagen über deren Tragfähigkeit sind derartige Bohrlochmessungen nicht durchgeführt
worden und wegen der über die Pfeilerstärke sogar richtungsmäßig unterschiedlichen
Verformungsmöglichkeit auch nicht geeignet, da sie keine eindeutigen Aussagen über
die Verformungen in einzelnen Zonen und damit über die Beanspruchungen der Tragfähigkeit
der Pfeiler zulassen. Soweit Bohrlochmessungen in waagerechten Bohrlöchern bekannt
sind, wurden sie nur 2zls Druckmessungen an den einzelnen Meßstellen durchgeführt,
die keinen Aufschluß über Längenänderungen in einzelnen Zonen längs der Bohrlochachse
geben konnten.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Beanspruchungen von
Pfeilern eindeutig zu ermitteln, um daraus sichere Rückschlüsse auf deren Tragfähigkeit
zu ziehen.
-
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch Ausbiegung, Aufblätterung
u. dgl. Schwächungen des tragenden Pfeilerquerschnittes eintreten können, und gibt
an, wie solche Ausbiegungen und Aufblätterungen auf einfache Weise, nämlich durch
Messung der über die Pfeilerstärke unterschiedlichen Verformungen von Pfeilerzonen,
ermittelt werden können. Damit gelangt die Erfindung zu Aussagen über noch tragende
Teile des Pfeilers, die Pfeilerbeanspruchungen und die Pfeilertragfähigkeit.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Verformungen
in Gebirgspfeilern, wobei in mindestens einer im wesentlichen zur Hauptdruckrichtung
rechtwinkligen Bohrung des Pfeilers ein Meßpunkt festgelegt und seine Abstandsänderung
gegenüber einem außerhalb des Bohrloches bestimmten Festpunkt gemessen wird. Die
Erfindung besteht darin, über die Gesamtstärke des Pfeilers gleichmäßig verteilt,
mehrere Meßpunkte in der den Pfeiler durchdringenden Bohrung festzulegen und ihre
Abstandsänderungen gegenüber einem gemeinsamen Festpunkt an mindest einem Außenstoß
des Pfeilers jeweils einzeln zu messen.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß an jedem jeweils einem
Meßpunkt zugeordneten Innenanker je ein biegungssteifes Übertragungselement für
die Abstandsänderungen befestigt ist, welches über je ein Längenmeßgerät mit dem
gemeinsamen äußeren Festpunkt in Verbindung steht. Die Übertragungselemente für
die Abstandsänderungen zwischen den einzelnen Meßpunkten im Bohrloch und dem äußeren
Festpunkt können aus konzentrisch angeordneten Rohren bestehen. Die Innenanker zur
unverrückbaren Verankerung im Bohrloch weisen zweckmäßig zwei oder mehr nach
außen in die Bohrlochwandung eindrückbar bewegliche, zugespitzte Teile auf, wobei
die beweglichen Teile der Innenanker durch Drehung einer mit geeigneten Nocken versehenen
Achse zwangläufig nach außen an die Bohrlochwandung anpreßbar sind. Die beweglichen
Teile der Innenanker können auch durch axiales Verschieben eines Konus zwangläufig
nach außen an die Bohrlochwandung anpreßbar sein. Auch besteht die Möglichkeit,
daß die beweglichen Teile der Innenanker unter der Wirkung von Federn stehen, welche
die beweglichen Teile in eingezogener Stellung zu halten suchen. Ein weiterer Vorschlag
der Erfindung geht dahin, die beweglichen Teile der Innenanker durch Druckmittelzylinder
und -kolben oder aufweitbare Gummikissen od. dgl. an die Bohrlochwandung anpreßbar
zu gestalten. Ähnlich besteht die Möglichkeit, für die beweglichen Teile der Innenanker
Druckfedern vorzusehen, welche sich gegen die Bohrlochwandung federnd anpressen,
wobei die Federn während des Einführens der Innenanker in das Bohrloch zurückziehbar
sind. Bewegliche Teile der Innenanker können dabei durch elektromagnetische Rückziehmittel
oder auch durch druckmittelbetätigte Rückziehmittel zurückziehbar sein.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher beschrieben.
-
Fig. i veranschaulicht in schematischer Darstellung einen Pfeiler
i mit einer Querbohrung 2 und mehreren Innenankern 3 in der Bohrung 2. Übertragungselemente
sind durch Anker 5 an beiden Seiten des Pfeilers i hindurchgeführt und Meßuhren
6 vorgesehen, welche die Verformungen anzeigen. An Stelle von Meßuhren 6 können
natürlich auch beliebig andere Meßvorrichtungen, z. B. Saitenmeßgeber, induktive
Geber, Setzdehnungsmesser od. dgl., vorgesehen sein. Die Meßeinrichtungen können
natürlich auch mit einer beliebigen Aufzeichnungsvorrichtung kombiniert sein, so
daß eine stetige Beobachtung und Ablesung der Bewegungsvorgänge möglich ist.
-
Fig. 2 bis 6 zeigen eine besondere Ausbildung der in Fig. i nur schematisch
angedeuteten Meßvorrichtung, und zwar Fig.2 eine Gesamtansicht einer Meßvorrichtung,
Fig.3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach
Linie
IV-IV der Fig. 2, F ig. 5 die Stirnansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2,
Fig. 6 die Stirnansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2.
-
Zur Fixierung der Innenanker 3 in der Bohrung 2 des dargestellten
Pfeilers i sind auf einer Achse 7 Halter 8 vorgesehen, die gegenüberliegende bewegliche
Messchneiden 9 aufweisen. Durch Drehung elliptischer Scheiben io der Achse 7 werden
die Messchneiden aus der Stellung der Fig.3 nach außen fest gegen die Wandung des
Bohrlochs 2 gepreßt und dadurch die Meßpunkte fixiert. Die Übertragungsmittel, welche
die Abstandsänderungen der Innenanker 3 zu den Gegenankern 5 übertragen, bestehen
bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 6 aus Stangen 4. Zwischen deren Enden
und den Gegenankern 5 sind Meßuhren 6 eingeschaltet. Im rechten Teil der Fig.2 und
in Fig.4 ist eine etwas andere Ausführung der im Bohrloch 2 zu verankernden Innenanker
3 dargestellt. Hier sind an Stelle von zwei beweglichen Messchneiden 9 mehr als
zwei, nämlich sechs radial bewegliche Messtifte ii vorgesehen, die durch einen verstellbaren
Konus 12 gegen die Bohrlochwand 2 angepreßt werden können und dadurch die jeweilige
Messtelle fixieren.
-
Fig. 7 bis 9 veranschaulichen schematisch in Ansicht und in zwei Querschnitten
ein anderes Ausführungsbeispiel der Meßvorrichtung, bei dem ebenfalls radial bewegliche
Messtifte i i zur Verankerung der Innenanker 3 in der Bohrlochwand 2 vorgesehen
sind, die Messtifte aber unter der Wirkung von Federn 13 stehen. Im einzelnen tragen
hierbei die -Messtifte i i Teller 12, auf welche Druckfedern 13 in Form von Schraubenfedern
wirken und die Messtifte in die Bohrlochwandung 2 drücken. Zur Einführung der einzelnen
Innenanker 3 in das Bohrloch sind die Messtifte i i als Anker von Elektromagneten
14 ausgebildet. Durch .Erregung der Elektromagneten 14 ziehen diese die Messtifte
i i entgegen der Wirkung der Federn 13 in sich ein, so das die Innenanker 3 in der
zurückgezogenen Stellung der Messtifte in das Bohrloch eingeschoben werden können.
Laufrollen 15 erleichtern das Einfahren der Messtellen bzw. Innenanker 3 und zentrieren
diese gleichzeitig im Bohrloch 2. Sind die einzelnen Innenanker 3 jeweils bis an
die vorgesehene Stelle eingefahren, werden die Elektromagneten 14 ausgeschaltet,
so das die Messtifte i i sich nun unter der Wirkung der Druckfedern 13 in die Bohrlochwandung
2 drücken.
-
Die Übertragung der Verformungen zwischen den einzelnen Innenankern
3 und den Gegenankern 5 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 bis 9 durch
konzentrisch ineinandersteckende Rohre 23, die in der Mittelachse der einzelnen
Innenanker 3 und entsprechend auch in der Mittelachse des Bohrloches 2 verlaufen.
-
Fig. io und ii zeigen in Stirnansicht und. in Seitenansicht und jeweils
zur Hälfte im Schnitt eine weitere Ausführungsform der im Bohrloch 2 eines Pfeilers
i zu verankernden Innenanker unter Verwendung von Messchneiden ähnlich Fig. 3. Abweichend
von Fig.3. ist zur Erzeugung des Anpreßdrucks, mit dem die Messchneiden 9 an der
Bohrlochwandung verankert werden, jedoch ein aufweitbares Gummikissen 16 vorgesehen.
Das Einfahren der Innenanker 3 an die vorgesehenen Messtellen erfolgt bei entlastetem
Gummikissen und in entsprechend zurückgezogener Stellung der Gießschneiden 9. Sind
die Messtellen erreicht, wird das Gummikissen 16 durch einen bell 17 angeschlossenen
Schlauch mit Wasser, Preßluft oder einem anderen Druckmittel gefüllt und aufgeweitet,
und es werden dadurch die Messchneiden 9 nach außen gegen die Bohrlochw andung 2
gepreßt.. In Fig. 12 ist dieser Vorgang schematisch besonders dargestellt. Die Übertragung
der Verformungen kann wie in den anderen Ausführungsbeispielen durch Stangen 4 oder
auch durch Me8saiten 24 erfolgen, für deren Befestigung an den einzelnen Meßpunkten
z. B. Bohrungen 18 in den Messchneiden 9 vorgesehen sind. Natürlich kann das aufweitbare
Gummikissen 16 auch dadurch ersetzt sein, das die Messchneiden 9 die Kolben eines
Zylinders bilden, in den bei Erreichen der richtigen Messtellen ein Druckmittel
eingeführt wird, so das die Meßschneidenkolben nach außen an die Bohrlochwandung
gedrückt werden.
-
Nach Fig. 13 ist an den Messaiten 2.4 nach Führung durch den Außenanker
5 des Pfeilers i eine Meßmarke 18' befestigt, die ein Meßgerät, z. B. eine Meßuhr
6, beeinflußt. Die Messaiten 24 werden nach dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
dadurch straff gehalten, das sie über eine bewegliche Rolle oder ein bewegliches
Rollensegment i9 geführt und am Ende durch ein geeignetes Spanngewicht belastet
werden.
-
Fig. 14 zeigt im Querschnitt eine Ausführung der Innenanker ebenfalls
mit Messchneiden 9, die ähnlich den Messtiften i i der Fig. 7 bis 9 unter dem Einfluß
einer Druckfeder 2o stehen. Dabei wird aber die Druckfeder mit den Messchneiden
9 zum Einfahren der Innenanker an die richtigen Stellen des Bohrloches 2 durch Einleiten
eines Druckmittels, z. B. Druckluft, in einen Zylinder 21 mit Kolben 22 zusammengezogen.
Bei Erreichen der Messtellen werden die Messchneiden 9 durch Ablassen des Druckmittels
unter dem Einfluß der Feder 20 gegen die Bohrlochwandung 2 nach äußen gepreßt.