EP0096431A2 - Einrichtung zur Gewinnung von Bodenproben im Bereiche von Bahngleisen zum Zwecke der Ermittlung von bodenmechanischen Kennwerten - Google Patents

Abstract

Zur arbeⁱtsmassigen Vereinfachung, zur Witterungsunabhängigkeit und zur Vermehrung der erhältlichen Werte werden mittels eines Bohraggregates (1) im Bereiche von Gleisanlagen Erdbohrungen vorgenommen und Bohrkerne gewonnen. Die Bohrkerne dienen der labortechnischen Untersuchung als Prüflinge. Das Bohrrohr (4) des Bohraggregates (1) weist ein Fenster (45) auf. Dieses Fenster erstreckt sich über mindestens einen halben Umfang des Bohrrohres (4) und ist verschliessbar.

Description

• Insbesondere auch im Hinblick auf die Vergrösserung der Geschwindigkeit von Eisenbahnzügen sowie der Last pro Achse, hat sich in neuester Zeit das Bedürfnis gezeigt, eine Reihe von Angaben über den Zustand und die Zusammensetzung des Gleisunterbaues zu erhalten, wobei unter Gleisunterbau nicht nur der unmittelbar unter den Schienen liegende Schotter, sondern ebenfalls der Untergrund, d.h. die Auflagefläche dieses Schotters, verstanden werden soll.
• Nur im Sinne von Beispielsangaben interessiert aus den eingangs genannten Gründen hinsichtlich des Schotters u.a. die Kornzusammensetzung und der Verschmutzungsgrad, während im Zusammenhang mit dem Untergrund u.a. das Traglastverhalten, der Feuchtigkeitsgehalt und die Kornzusammensetzung der betr. Erdschichten im Vordergrund stehen.
• Da eventuell notwendige Sanierungsmassnahmen, sei es hinsichtlich des Schotters oder des Untergrundes, mit erheblichen Umtrieben und Aufwendungen verbunden ist, besteht ein eminentes Interesse, über die bereits erwähnten Kriterien und gegebenenfalls noch weitere möglichst genaue Aufschlüsse zu erhalten.
• Das Bedürfnis, durch geeignete Untersuchungen nähere Angaben in bezug auf die wesentlichsten Kriterien zu erhalten, ist an sich nicht neu. Bekannt sind vor allem zwei Verfahren. Das eine besteht darin, den Schotter zwischen zwei benachbarten Schwellen von Hand oder mechanisch auszuräumen, um sich dann sowohl hinsichtlich des Schotters als auch des Untergrundes von Auge ein sehr ungefähres Urteil über den Zustand des Unterbaues zu machen. Es ist klar, dass diese Methode sehr arbeitsaufwendig ist, und dies insbesondere auch darum, weil der ausgeräumte Schotter wieder eingefüllt werden muss. Des weiteren können die Beobachtungsresultate durch Witterungseinflüsse (z.B. Regen) völlig verfälscht werden. Schliesslich kann bei der üblichen Methode nach dem Wiedereinfüllen des Schotters eine Beeinträchtigung der Lagestabilität nicht ausgeschlossen werden. Entscheidend ist aber, dass keine Möglichkeit bestand, mit diesem bis anhin verwendeten Verfahren genügend genaue Aufschlüsse über die Beschaffenheit des Schotterbettes und des Untergrundes zu erhalten, die als solche gestattet hätten, gezielte und wirksame Sanierungsmassnahmen zu treffen.
• Eine zweite vorbekannte Methode besteht darin, einen Schürfschlitz im Schotterbett herzustellen und in den Untergrund mit vorbestimmter Geschwindigkeit einen Dorn einzutreiben. Aufgrund der für diesen Eintrieb notwendigen Kraft kann dann im Hinblick auf gewisse mathematische Zusammenhänge auf das Traglastverhalten des Untergrundes geschlossen werden. Diese Methode besitzt den entscheidenden Nachteil, dass nur gerade das Traglastverhalten, und auch dieses nur mit angenäherter Genauigkeit, festgestellt werden kann, während in bezug auf alle anderen Kriterien, wie z.B. die Kornzusammensetzung und der Verschmutzungsgrad des Schotters sowie die Kornzusammensetzung der Erdschichten und deren Feuchtigkeitsgehalt, keine weiteren Angaben erhältlich sind.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein witterungsunabhängiges Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung zu schaffen, welches Verfahren zur Gewinnung von Bodenproben im Bereiche von Bahngleisen zum Zwecke der Ermittlung von bodenmechanischen Kennwerten geeignet ist und gegenüber den vorbekannten Verfahren den entscheidenden Vorteil besitzt, dass es weniger arbeitsaufwendig ist, auch bei eingleisigen Anlagen den durchgehenden Zugsverkehr nicht behindert und vor allem wesentlich mehr Angaben über die Beschaffenheit des Schotters und des Untergrundes liefert, d.h. beispielsweise Angaben über die Kornzusammensetzung und den Verschmutzungsgrad des Schotters, das Traglastverhalten des Unterbaues, die Kornzusammensetzung der Erdschichten und den Feuchtigkeitsgehalt, um für den Bau bzw. die Sanierung relevante Daten betreffend die Art und den Umfang der zu ergreifenen Massnahmen zu gewinnen.
• Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels eines Bohrgerätes im Bereiche von Gleisanlagen Erdbohrungen vorgenommen und Bohrkerne gewonnen werden, welche letzten dann als Prüflinge für labortechnische Untersuchungen dienen können.
• Zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignet ist eine Einrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bohrgerät auf einem Eisenbahnwagen montiert ist.
• In der folgenden Beschreibung ist eine beispielsweise Ausführungsart des betreffenden Verfahrens erläutert, und in der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen sowie gewisse konstruktive Einzelheiten z.T. schematisch dargestellt.
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer in einen Eisenbahnwagen eingebauten ersten Ausführungsform unter Weglassung eines Zylinder-Kolben-Aggregates,
• Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
• Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten, auf einem Eisenbahnwagen aufgebauten Ausführungsform,
• Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3,
• Fig. 5 eine Draufsicht.
• Fig. 6 und 7 sind schematische Darstellungen verschiedener Arbeitsstellungen des Bohraggregates.
• Fig. 8 zeigt das Mitnehmerende des Bohrrohres samt Mitnehmer in perspektivischer Darstellung bei teilweise weggelassener Deckplatte,
• Fig. 9 einen Axialschnitt durch eine besondere Ausführungsform des Bohrzylinders und
• Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 9.
• Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 sind zwei generell mit 1 bezeichnete Erdbohraggregate vorgesehen, deren wesentliche Teile ein Antriebsmotor 2, eine Uebertragungswelle 3 und ein vom Motor her über die Welle 3 angetriebenes Bohrrohr 4 sind. Auf noch zu beschreibende Weise sind beim dargestellten Ausführungebeispiel gemäss Fig. 1 und 2 zwei identische Erdbohraggregate 1 vorgesehen, wobei aber durchaus auch die Möglichkeit bestünde, sich mit einem einzigen solchen Aggregat zu begnügen.
• Die beiden in Fig. 1 und 2 dargestellten Zwillingsaggregate 1 sind auf noch zu beschreibende Weise in einem Teil eines Eisenbahnwagens 5, der vermittels Rädern 6 auf Schienen 7 fahrbar ist, rechtwinklig zur Gleisachse verschiebbar angeordnet. Die übrigen Teile des Eisenbahnwagens 5 können auf beliebige Weise ausgestaltet sein. So wäre es möglich, einen Aufenthaltsraum für die Bedienungsmannschaft, einen Materialraum sowie ein Abteil für die Bohrkerne vorzusehen.
• Der Einfachheit halber bezieht sich die folgende Beschreibung auf eines der beiden Zwillingserdbohraggregate 1, da diese beiden Aggregate in identischer Weise aufgebaut und eingebaut sind. Jedes der betr. Aggregate ist auf je einem Schlitten 8 befestigt, der in entsprechenden Führungen 9 einer Schwenkplatte 10 läuft. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur der Motor 2 mit dem Schlitten 8 fest verbunden, während das Bohrrohr 4 innerhalb des ebenfalls auf der Schwenkplatte 10 befestigten Klobens 11 gleitbar gelagert ist. Es würde aber auch die Möglichkeit bestehen, dem Bohrrohr 4 einen Schlitten zuzuordnen. Oben am Schlitten 8 ist die Betätigungsplatte 12 vorgesehen, an welcher die Zylinder-Kolben-Aggregate 13 angreifen, vermittels welcher der Schlitten 8 samt dem Erdbohraggregat 1 längs der Schwenkplatte 10 (in der dargestellten Ausgangslage rechtwinklig zur Gleisebene) bewegt werden kann.
• Mit der Schwenkplatte 10 fest verbunden ist die eine Rasterplatte 14, welche zusammen mit der Schwenkplatte 10 und dem Bohraggregat 1 um die geometrische Achse 15 schwenkbar ist. Mit der Rasterplatte 14 arbeitet die Rasterplatte 16 zusammen, welche ihrerseits fest mit dem Rahmenteil 17 verbunden ist, der zusammen mit dem weiteren Rahmenteil 18 sowie dem Querbalken 19 den Rahmen 20 bildet.
• Um die Zeichnung nicht zu überlasten, sind die Einzelheiten der beiden Rasterplatten 14 und 16 in der Zeichnung nicht dargestellt. So besitzt von den beiden Rasterplatten die eine federnd vorstehende Teile, welche in entsprechende Ausnehmungen der andern Rasterplatte eintreten können. Des weiteren sind an der Schwenkplatte 10 befestigte, nicht dargestellte Bedienungsteile vorgesehen, mit welchen die Schwenkplatte samt dem Bohraggregat um die Achse 15 entsprechend der Rasterteilung der beiden Rastscheiben 14 und 16 verschwenkt werden kann.
• Zwischen den beiden Rahmenteilen 17 und 18 und einem festen Teil des Eisenbahnwagens ist je ein Zylinder-Kolben-Aggregat 21 angeordnet. Des weiteren besitzt jeder Rahmenteil 17 und 18 einen seitlich abstehenden Zapfen 22, welche Zapfen in entsprechende Laschen 23 der einen Säule 24 (die andere ist mit 25 bezeichnet) eines Hauptrahmens 26 eintreten, so dass die Schwenkplatte 10 mittels der beiden Zylinder-Kolben-Aggregate 21 um die geometrische Achse der Lagerzapfen 22 verschwenkt werden kann.
• Der Hauptrahmen 26 ist am Verschieberahmen 27 aufgehängt, der im wesentlichen aus zwei Längsholmen 28 (in der Zeichnung ist nur einer sichtbar) und zwei Querholmen 29 besteht. Beide Längsholme 28 laufen in je einer mit Wälzrollen 30 ausgerüsteten und quer zur Gleisachse angeordneten U-Schienen 3, so dass der Verschieberahmen 27 samt allen daran befestigten Teilen, wie beispielsweise den beiden Zwillingserdbohraggregaten 1, rechtwinklig zur Gleisachse hin und her verschoben werden kann.
• Wenn, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, die beiden Zwillingserdbohraggregate 1 innerhalb der beiden Schienen 7 angeordnet sind, so gestattet die beschriebene Verschiebungsmöglichkeit, den Verschieberahmen 27 so zu bewegen, dass sich ein Erdbohraggregat 1 ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Schienen 7 befindet, während das andere ausserhalb des Eisenbahnwagenprofiles und damit auch ausserhalb des Gleises zu liegen kommt, so dass simultan sowohl zwischen den beiden Schienen 7 als auch ausserhalb des Gleises Bohrungen vorgenommen werden können.
• Die Bohrkerne können dann entweder im Eisenbahnwagen selber labortechnisch untersucht, oder aber an eine geeignete Stelle transportiert werden. Wie bereits erwähnt, dienen dann diese Bohrkerne zur Gewinnung von bodenmechanischen Erkenntnissen.
• In den Fig. 3-7 ist schematisch eine weitere Aus-. führungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, wobei insbesondere hinsichtlich der Mittel zur Bewegung (Verdrehung und Verschwenkung) des Erdbohraggregates 1 auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellte konstruktive Möglichkeit verwiesen wird.
• Beim betreffenden Ausführungsbeispiel ist am einen Ende eines Eisenbahnwagens 5 eine Grundplatte 32 vorgesehen, welche fest mit einem Zahnrad 33 verbunden ist. Dieses Zahnrad 33 kann vermittels eines mit ihm kämmenden Ritzels 34 in Umlauf versetzt werden, wobei das betreffende Ritzel mit irgendwelchen Bedienungsmitteln versehen ist. An ihrem dem Wagenende zugewendeten Rand besitzt die Grundplatte 32 zwei Laschen, durch welche, wie ebenfalls durch solche (39) der Schwenkplatte 37, die Schwenkachse 36 durchtritt. Dabei ist die Lage der Schwenkachse 36 so gewählt, dass, wenn die um diese Achse drehbare Schwenkplatte 37 rechtwinklig zur Gleisebene aufgestellt ist, das auf dieser Schwenkplatte 37 verschiebbar gelagerte Erdbohraggregat 1 über das Wagenende hinauskragt.
• Zwischen der Grundplatte 32 und der Schwenkplatte 37 sind seitlich der Schwenkplatte 37 zwei Zylinder-Kolben-Aggregate 38 vorgesehen, mittels welchen die Schwenkplatte 37 und damit das Erdbohraggregat 1 gegenüber der durch die Grundplatte 32 gegebenen Ebene verschwenkt werden kann.
• Die Schwenkplatte 37 ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, über zwei Rastscheiben mit dem Rahmen 39 verbunden, welcher letzte mittels des Zylinder-Kolben-Aggregates 38 um die Achse 36 verschwenkt werden kann.
• Von den Rastplatten 40 und 41 ist, entsprechend der konstruktiven Lösung beim ersten Ausführungsbeispiel, die eine (40) mit der Schwenkplatte 37 und die andere (41) mit dem Rahmen 39 fest verbunden. Von diesen Platten 40 und 41 weist wie üblich die eine nicht dargestellte federnde, vorstehende Rastmittel auf, welche dazu bestimmt und geeignet sind, in entsprechende Ausnehmungen der andern Rastplatte einzugreifen.
• Wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 besitzt die Schwenkplatte 37 auf ihrer Aussenseite eine Führung für einen Schlitten 42, auf welchem letzten das Erdbohraggregat 1 befestigt ist. Dieser Schlitten, der dank der erwähnten Führungen parallel zur Achse der Schwenkplatte 37 auf dieser letzten verschiebbar angeordnet ist, besitzt einen Betätigungsfortsatz 43, an welchem seitlich je ein nicht dargestelltes Zylinder-Kolben-Aggregat angreift, vermittels dessen das Erdbohraggregat 1 längs der Führung von der in Fig. 3 dargestellten Stellung rechtwinklig zur Gleisebene in eine Entnahmestellung parallel zu dieser Ebene gebracht werden kann.
• Dank der Rastplatten 40 und 41 besteht weiterhin die Möglichkeit, das Erdbohraggregat gegenüber der Senkrechten zur Gleisebene in eine frei wählbare Zwischenstellung zu bringen, so dass grundsätzlich Bohrproben nicht nur in schräger Richtung ausserhalb des Gleises, sondern auch von der Auflage ummittelbar unter den Schwellen 44 entnommen werden können. Diese Belange sind schematisch in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
• Vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das in den Figuren 3-7 dargestellte vor allem dadurch, dass das Zwillingserdbohraggregat gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel durch ein einzelnes Erdbohraggregat ersetzt ist, und dass anstelle der beim ersten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Verschiebbarkeit der Zwillingserdbohraggregate ein einzelnes solches Aggregat am Ende eines Eisenbahnwagens auf einer verdrehbaren Platte 32 angeordnet ist.
• Wie bereits erwähnt, geht es bei der betreffenden Einrichtung darum, an gewissen Stellen im Bereiche eines Eisenbahngleises Bohrproben zu entnehmen, die dann einer labortechnischen Untersuchung unterworfen werden können. Bei einer zweckmässigen Ausführungsform dieser Einrichtung ist darauf Bedacht genommen, dass die Bohrkerne auf möglichst einfache Art und Weise dem Bohrrohr entnommen werden können.
• Biezu dient bereits die bei beiden Ausführungsbeispielen vorgesehene Möglichkeit der Verschwenkung des Bohrrohres in eine horizontale Ebene, was im Hinblick auf eine weitere beispielsweise Ausführungsform des Bohrrohres die Entnahme der Bohrkerne entscheidend vereinfacht.
• So besitzt das Bohrrohr ein sich über die Länge eines normalen Bohrkernes erstreckendes und über den halben Umfang reichendes Fenster 45, welches bei verschwenktem Bohrrohr nach oben gedreht und geöffnet wird, so dass der Bohrkern ohne weiteres entnommen werden kann. In Fig. 8 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines solchen Bohrrohres dargestellt. Dabei ist mit 46 der vom Motor angetriebene Mitnehmer bezeichnet, der in entsprechende T-förmige Nuten 47 des Bohrrohres 4 eintritt. Diese Ausgestaltung des Mitnehmers 46 und des Bohrrohroberteils gestattet nicht nur Drehbewegungen, sondern auch die Uebertragung einer axialen Kraft, wie sie beispielsweise beim Herausziehen des Bohrrohres aus dem Bohrloch aufgewendet werden muss.
• Aus Fig. 8 ergibt sich weiter die Grösse des Fensters, dessen Anordnung in Richtung der geometrischen Achse des Bohrrohres 4 der Länge eines üblichen Bohrkernes entspricht, und welches sich über den halben Bohrrohrumfang erstreckt. Während des Bohrvorganges ist das Fenster 45 durch die Platte 48 überdeckt, welche in Fig. 8 zur Erleichterung des Verständnisses teilweise weggelassen ist. Der seitliche Fensterrand sowie der mit ihm zusammenarbeitende Plattenrand besitzen entsprechende Absetzungen, während längs des Unterrandes der Plattenrand mit einer vorstehenden Rippe 49 den Fensterrand untergreift. Der Oberrand der Platte ist mittels auf der Zeichnung nicht ersichtlichen, versenkten Schrauben mit einem Verstärkungsring 50 verbunden, so dass die Platte 48 während des Bohrvorganges einen Abschluss des Fensters 45 bildet, ohne dass durch radial vorstehende Teile einer Drehbewegung ein zusätzlicher Widerstand entgegengesetzt würde.
• Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung des Bohrrohres 4 ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt und besteht darin, dass der Mantel des Bohrrohres 4 geschlitzt ist. Durch den Schlitz 51 kann demzufolge eine Grobbeurteilung der verschiedenen Zonen vorgenommen werden, wobei dieser Schlitz 51 noch zusätzlich gestattet, seitlich kleinere Bohrrohre 52 einzuführen, um an bestimmten Stellen dem Bohrkern Bodenproben entnehmen zu können.
• Auf diese Weise gelingt es, Bodenproben im Bereiche von Bahngleisen zum Zwecke der Ermittlung von bodenmechanischen Kennwerten zu entnehmen, welche eine Vielzahl von wesentlichen Angaben vermitteln, ohne dass die Nachteile der bisher bekannten Verfahren in Kauf genommen werden müssten.
• Des weiteren gestattet die ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung, auf einfache und arbeitssparende Art und Weise diese Bodenproben zu gewinnen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Gewinnung von Bodenproben im Bereiche von Bahngleisen zum Zwecke der Ermittlung von bodenmechanischen Kennwerten, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Bohrgerätes im Bereiche von Gleisanlagen Erdbohrungen vorgenommen und Bohrkerne gewonnen werden, welche letzten dann als Prüflinge für labortechnische Untersuchungen dienen können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der geometrischen Achse des Bohrgerätes und einer Senkrechten auf die Gleisebene veränderbar ist.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät auf einem Eisenbahnwagen montiert ist.

4. Einrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät um eine horizontale Achse schwenkbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die horizontale Achse in Richtung der Schienen oder senkrecht dazu erstreckt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät ein mit einem verschliessbaren Fenster versehenes Bohrrohr aufweist.

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