EP0259755B1

EP0259755B1 - Gebirgsanker

Info

Publication number: EP0259755B1
Application number: EP87112726A
Authority: EP
Inventors: Heinz Gruber
Original assignee: GD-ANKER GmbH
Current assignee: GD-ANKER GmbH
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1987-09-01
Publication date: 1991-08-28
Anticipated expiration: 2007-09-01
Also published as: US4946314A; JPH01500680A; EP0259755A1; AU598048B2; WO1988002058A1; JPH072799Y2; JPH0594400U; DE3724165A1; ES2023861B3; DE3724165C2; AU8029487A; CA1295155C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gebirgsanker entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 3.
Bekanntlich muß beim Ausbau eines Hohlraumes in einem gebrächen, nur bedingt bohrbaren Gebirge letzterer durch Einsetzen von Ankern stabilisiert bzw. verfestigt werden. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, sogenannte Injektions-Rohranker einzusetzen. Diese bestehen üblicherweise aus einem starkwandigen Rohr, dessen eines Ende geschlossen sowie spitz zulaufend ausgebildet ist und dessen anderes Ende ein Gewindeteil trägt. Die Mantelfläche des Rohres ist mit zahlreichen Öffnungen versehen. Derartige Rohranker werden in vorhandene Bohrungen eingesetzt, wobei anschließend durch Einpressen von Zementmörtel, der über die genannten Öffnungen austritt, der Raum zwischen der Bohrung und dem Rohranker ausgefüllt wird. Da auf diese Weise der Zementmörtel auch in die das Bohrloch umgebenden Gebirgshohlräume eindringt, wird nach Aushärtung das umliegende Gebirge verfestigt, wobei der Rohranker in bekannter Weise als Zugstange dient. Da der Rohranker jedoch nur in Ausnahmefällen unmittelbar in das Gebirge eingerammt werden kann, setzt diese Vorgehensweise der Stabilisierung eines Hohlraumes üblicherweise das vorherige Herstellen einer Bohrung voraus.
Das Einbringen von Bohrungen, die eine Tiefe von bis zu 12 m erreichen können, bereitet in gebrächem Gebirge jedoch häufig deshalb Schwierigkeiten, weil die Rückgewinnung der Bohrstange problematisch und demzufolge oft mit dem Verlust derselben verbunden ist. Der sich auf diese Weise aus der Erstellung der Bohrung ergebende Zeit- und Kostenaufwand stellt eine erhebliche Belastung des Tunnelbaus dar, welche sich insbesondere bei Bohrungstiefen von mehr als 4 m bemerkbar macht, da in diesen Fällen das eingesetzte Bohrgestänge verlängert werden muß. Falls das Bohrgestänge verlängert werden muß, kann ferner bei wechselnden Gebirgsformationen die Geradlinigkeit der Bohrung oft nich genau eingehalten werden. Die hierdurch bedingten Fluchtungsfehler erschweren nach der Erstellung der Bohrung die Einführung des Gebirgsankers.
Es ist bekannt, Bohrstangen gleichzeitig als Anker zu verwenden, wobei nach Einbringen der Bohrstange über die im Bohrkopf befindliche Spülbohrung Zementmörtel unter Druck in das Bohrloch eingebracht wird. Es ist in diesen Fällen jedoch die Ausbreitung des Zementmörtels in dem Bohrloch sehr begrenzt, so daß praktisch nur die Spitze der Bohrstange in dem umliegenden Gebirge einzementiert ist, wohingegen die restliche Bohrstange in keinem Verbund mit dem Gebirge steht. Die sich hieraus ergebende Verschlechterung der Stabilisierung des Gebirges kann jedoch in vielen Fällen nicht in Kauf genommen werden.
Aus der DE-C- 936 082 ist ein gleichzeitig als Gebirgsanker zu verwendender Bohrer für das Trockenbohren bekannt, dessen Bohrstange mit einer zentralen Längsbohrung versehen ist, von der Querbohrungen abgezweigt sind, und zwar in gleichmäßiger Verteilung über deren gesamte Länge. Die Achsen der Bohrungen erstrecken sich ausgehend von der genannten Längsbohrung unter Winkeln zu einer Querschnittsebene in Richtung auf die Bohrlochsohle hin. Die Bohrstange ist auf ihrer Außenseite mit einer schraubenlinienförmigen Oberflächenstruktur versehen, welche durch einen angeschweißten bzw. angelöteten Draht oder dergleichen, beispielsweise angeschmiedete Wülste gebildet wird. Die genannten Querbohrungen dienen dem Ansaugen von Gesteinsstaub, welcher während einer Bohrphase im Bereich der Bohrkrone entwickelt wird und über die zentrale Längsbohrung abgeführt wird. Nach Vollendung der Bohrung wird über diese Querbohrungen Zementmilch in das Bohrloch eingepreßt, durch welche das umliegende Gebirge verfestigt wird und wobei mittels der genannten Oberflächenstruktur der Bohrstangenaußenseite der Verbund zwischen der aushärtenden Zementfüllung einerseits und der Bohrstange andererseits verbessert wird. Falls dieser bekannte Bohrer zum Einführen von Zementmörtel benutzt werden soll, ergibt sich jedoch das Problem, daß eine gleichmäßige Füllung des Bohrloches nicht hinreichend sichergestellt werden kann, und zwar aufgrund des in Richtung auf die Bohrlochmündung hin abnehmenden Ausströmwiderstandes der Querbohrungen.
Aus der US-A- 4 055 051 ist ein weiterer, ebenfalls als Bohrstange benutzbarer Gebirgsanker bekannt, der aus einem rohrförmigen, bohrlochsohlenseitig kegelartig spitz zulaufenden Grundkörper besteht, wobei in dem genannten kegeligen, einen Bohrkopf bildenden Teil Austrittsöffnungen für ein, der Verankerung des Gebirgsankers an der Bohrlochwandung dienendes aushärtbares Kunstharz angeordnet sind. Das Kunstharz befindet sich innerhalb des genannten Grundkörpers in einer Kapsel. Wesensmerkmale des kegeligen Bohrkopfes ist, daß dieser durchmessermäßig nicht größer als der Grundkörper bemessen ist. Es trägt der Bohrkopf lediglich Schneiden, die über den Radius des Grundkörpers hinausragen, so daß sich während des Bohrvorganges zwischen der Mantelfläche des Grundkörpers und der Bohrlochwandung ein Ringraum ergibt. Mittels eines von außen in den Grundkörper einpreßbaren Kolbens wird das in der Kapsel befindliche Kunstharz über die Bohrungen im Bereich des Bohrkopfes ausgepreßt und in den Ringraum zwecks Verankerung des Gebirgsankers überführt.
Diese bekannten, gleichzeitig als Gebirgsanker benutzbaren Bohrstangen weisen Mängel auf, welche die Einführung des Zementmörtels in das Bohrloch, insbesondere die gleichmäßige Verteilung der Mörtelfüllung betreffen. Von letzterer hängt wiederum die Qualität der durch das Setzen der Gebirgsanker erzielbaren Verbundwirkung zwischen den unterschiedlichen Gebirgs- bzw. Gesteinsformationen ab, deren Position zu stabilisieren ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Gebirgsanker zu konzipieren, der bei gleichzeitiger Verwendbarkeit als Bohrstange in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine zuverlässige Vermörtelung mit dem das Bohrloch begrenzenden Gebirge, insbesondere eine gleichmäßige Mörtelverteilung im Bohrloch ermöglicht. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Gebirgsanker durch die Merkmale des Kennzeichnugnsteils des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist der Gebirgsanker lediglich in seinem vorderen, d.h. der Bohrkrone benachbarten Bereich mit Austrittsöffnungen versehen. Es handelt sich hierbei um die Öffnungen im Umfangsbereich der Bohrstange einerseits sowie die zentrale axiale Spülbohrung der Bohrkrone andererseits. Hierdurch wird erreicht, daß während des Gebrauchs als Bohrgestänge nicht nur eine zuverlässige Kühlung der Bohrkrone, sondern auch eine rasche Abschwemmung des durch das Bohren abgetragenen Bohrkleins stattfindet, welches an der Außenseite der Bohrstange aus dem Bohrloch herausströmt. Eine ausreichende Abschwemmung von Bohrklein findet somit selbst dann statt, wenn die zentrale Spülbohrung der Bohrkrone zumindest zeitweilig verstopft sein sollte. Da die Bohrkrone üblicherweise einen größeren Durchmesser aufweist als die übrige Bohrstange, steht für ein Rückströmen der das Bohrklein enthaltenden Suspension ein hinreichender Ringraum in dem Bohrloch zur Verfügung. Nach der Erstellung des Bohrlochs unter Verwendung des erfindungsgemäßen, als Bohrstange benutzbaren Gebirgsankers wird durch dessen Innenraum Ankermörtel in das Bohrloch eingepreßt. Dieser Mörtel tritt hauptsächlich über die im vorderen Bereich des Bohrankers befindlichen umfangsseitigen Bohrungen aus. Die durch die erfindungsgemäße Anordnung der im vorderen Bereich des Bohr- bzw. Gebirgsankers befindlichen Bohrungen erreichten vorteilhaften Wirkungen bestehen im wesentlichen darin, daß das Bohrloch stets ausgehend von der Bohrlochsohle - in Richtung auf die Bohrlochmündung hin fortschreitend - mit Mörtel gefüllt wird, welcher während des Zurückströmens entlang der Außenseite der Bohrstange auch die im Bereich der Bohrlochwandung befindlichen Hohlräume des umgebenden Gebirges ausfüllt. Der Mörtel muß somit am Ausgang der genannten Bohrung mit einem solchen Druck anstehen, der ausreichend ist, um die auf der Rückströmstrecke entlang der Außenseite der Bohrstange vorhandenen Strömungswiderstände zu überwinden. Als vorderer Bereich der Bohrstange, innerhalb welchem die genannten Bohrungen in gleichmäßiger Verteilung angeordnet sind, soll hier ein Bereich verstanden werden, der sich ausgehend von der Bohrkrone über eine Strecke von höchstens 20 cm erstreckt. Es ergibt sich auf diesem Wege ein mechanisch sehr einfacher Aufbau des Gebirgsankers, der bei längeren Bohrungen in an sich bekannter Weise unter Zwischenanordnung von Verlängerungsstücken verlängert werden kann. Aufgrund der plattenartigen, d.h. axial kurzen Ausbildung der Bohrkrone wird der, sich bei deren Umströmung einstellende Strömungswiderstand für die mit Bohrklein befrachtete Spülflüssigkeit gering gehalten. Indem auf diese Weise während des Bohrvorgangs für eine kontinuierliche Umströmung der Bohrkrone gesorgt ist, wird gleichzeitig zu einer wirksamen Kühlung derselben beigetragen. Auch wird durch die plattenartige Ausbildung erreicht, daß der Bohranker beim Injizieren im Bohrloch gehalten wird. Durch die umfangsseitigen Einformungen der Bohrkrone werden die Strömungsverhältnisse weiter verbessert und damit auch die Abführmöglichkeit des Bohrkleins sowie der entwickelten Wärme.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird erreicht, daß die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des rohrförmigen Grundkörpers praktisch derjenigen in den Bohrungen im vorderen Bereich der Bohrstange entspricht. Auf diesem Wege wird der Druckverlust beim Durchströmen der Bohrstange gering gehalten und damit der Energieaufwand sowohl für die Förderung von Spülflüssigkeit als auch von Ankermörtel günstig beeinflußt. Die Querschnittsgleichheit des Innenquerschnitts der Bohrstange kann hierbei entweder lediglich mit den Bohrungen der Bohrstange, jedoch grundsätzlich auch mit allen Bohrungen des vorderen Bereichs derselben bestehen, d.h. einschließlich der zentralen Spülbohrung der Bohrkrone.
Die eingangs gestellte Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Gebirgsanker auch durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 3 gelöst. Die Bohrstange wird durch ein starkwandiges, im Umfangsbereich mit Bohrungen versehenes Rohr gebildet, an dessen einem Ende sich ein Bohrkopf und an dessen anderem Ende sich ein Gewindeabschnitt befindet, der der Ankupplung eines Antriebsaggregats für den Bohrvorgang bzw. von Kupplungsmuffen für Verlängerungsstangen dient. Das innerhalb der Bohrstange mit Abstand von deren Innenwandungen angebrachte Rohr wird zur Führung einer Spülflüssigkeit benutzt, welche im Bereich des Bohrlochwerkzeugs bzw. der Bohrkrone eingesetzt wird. Das genannte Rohr dient jedoch gleichzeitig auch zum Fördern einer AnkerMörtelsuspension, welche in den, das Bohrloch begrenzenden Gebirgsraum unter Druck eingebracht werden muß. Wesentlich ist, daß die Austrittsöffnung des genannten Rohres sich in geringem Abstand vor der axialen Spülbohrung der Bohrkrone befindet. Dies hat zur Folge, daß sowohl während des Bohrens als auch während des Mörteleinbringens die eingebrachten Stoffe zunächst über die Spülbohrung der Bohrkrone austreten und den umgebenden Gebirgsraum ausfüllen. Da das genannte Rohr in der Bohrstange jedoch mit Abstand von der Bohrkrone angeordnet ist, findet innerhalb der Bohrstange ein Rücktrömen der Mörtelsuspension statt, sobald der, das Kopfteil des Bohrloches bestimmende Hohlraum weitestgehend ausgefüllt ist. Dieses Rückströmen der Mörtelsuspension hat zur Folge, daß - beginnend mit den, der Bohrkrone benachbart angeordneten Bohrungen - im Mantel des Grundköprers die Mörtelsuspension zunehmend auch seitlich austritt, bis der gesamte, durch das Bohrloch definierbare Hohlraum ausgefüllt ist. Der Kerngedanke der Erfindung beruht hierbei somit darauf, daß in einer ersten Phase des Mörteleinbringens dieser überwiegend oder ausschließlich im Bereich des Bohrwerkzeugs, beispielsweise über die Spülbohrungen austritt und daß in einer zweiten Phase die Mörtelsuspension über die Bohrungen im Mantel der Bohrstange austritt, und zwar beginnend mit dem, der Bohrkrone benachbarten Bereich und bis zu dem genannten Gewindeabschnitt fortschreitend. Es ergibt sich auf diese Weise eine zuverlässige und allseitige Verbindung des Bohrankers mit dem umliegenden Gebirge. Die Austrittsöffnung des innerhalb der Bohrstange angeordneten Rohres muß hinsichtlich der in Bohrkrone vorhandenen Spülbohrungen räumlich so angeordnet und dimensioniert sein, daß die aus dem Rohr austretende Mörtelsuspension hauptsächlich in die Spülbohrung weitergeführt wird. Es ist auf diese Weise gleichzeitig auch erreicht, daß die in dem Rohr geführte Spülfüssigkeit ebenfalls die bei herkömmlichen Bohrstangen hauptsächlich über die Spülbohrung im Bereich des Bohrkopfes austritt, hierbei eine Kühlwirkung ausübt und gleichzeitig das während des Bohrvorgangs entwickelte Bohrklein aufnimmt und an der Außenseite der Bohrstange abschwemmt.
Die Merkmale des Anspruchs 4 stellen eine vorteilhafte Ausgestaltung dar, so daß der rückwärtige Teil der Bohrstange in jedem Fall dicht abgeschlossen ist.
Die Merkmale des Anspruchs 5 bringen den Vorteil mit sich, daß nachdem der Vorgang des Einbringens von Ankermörtel beendet ist, das genannte Rohr praktisch wie ein Rückschlagventil fungiert, durch welches ein Austreten von Mörtel aus dem Grundkörper verhindert wird. Das Rohr kann zu diesem Zweck aus einem entsprechenden Kunststoff hergestellt sein, es kommt grundsätzlich jedoch auch ein Metall in Betracht.
Die Merkmale des Anspruchs 7 haben sich praktisch als besonders vorteilhaft erwiesen.
Aufgrund des sich über die gesamte Länge der Bohrstange außenseitig erstreckenden Rundgewindes wird während des Bohrens über die gesamte Mantelfläche der Bohrstange eine gewisse Mitnahmewirkung auf die aus dem Bohrloch herausgeförderte, mit Bohrklein befrachtete Suspension ausgeübt. Insbesondere wenn in der Suspension größere Partikel enthalten sind, wird auf diesem Wege der Bildung von Verstopfungen entgegengewirkt. Das hier vorzugsweise eingesetzte Rundgewinde bringt ferner in an sich bekannter Weise auch eine Verbesserung der Verbundwirkung zwischen dem aushärtenden Zementmörtel einerseits und der Bohrstange andererseits mit sich. Es handelt sich in jedem Fall um ein verhältnismäßig grobes Gewinde, welches mit Rücksicht auf die Festigkeit der Bohrstange grundsätzlich spanlos, beispielsweise durch Walzen, Rollen oder dergleichen hergestellt werden sollte.
Die Merkmale des Anspruchs 9 bringen den Vorteil mit sich, daß während des Bohrvorganges die in dem Mantel der Bohrstange angebrachten Bohrungen sich nicht mit dem angeschwemmten Bohrklein zusetzen können.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gebirgsankers;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gebirgsanker entsprechend Pfeil II der Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Bohrkrone des Gebirgsankers gemäß Pfeil III der Fig. 1;
Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebirgsankers;
Fig. 5 eine Darstellung eines Radialschnittes in einer Ebene V-V der Fig. 4.

Mit 1 ist in Fig. 1 eine Bohrstange bezeichnet, an deren einem Ende sich eine Bohrkrone 2 befindet. Die Bohrkrone 2 ist an der Bohrstange 1 angeschweißt.
Die Bohrstange 1 ist über ihre gesamte Länge außenseitig mit einem angenäherten Rundgewinde 3 versehen, welches ausgehend von dem rohrförmigen Grundkörper der Bohrstange 1 vorszugsweise durch spanlose Formgebung, nämlich durch Walzen oder Rollen hergestellt ist.
Innerhalb der Bohrstange 1 verläuft eine zentrale axiale Bohrung 4, die innerhalb der Bohrkrone 2 in einer ebenfalls axial verlaufenden Spülbohrung 5 fortgeführt ist. Die Bohrung 4 hat einen Innendurchmesser von vorzugsweise mindestens 15 mm.
Es ist die Bohrstange 1 im übrigen in ihrem, der Bohrkrone 2 benachbarten Bereich umfangsseitig mit sich quer zur Längsachse erstreckenden Bohrungen 6 versehen, deren Achsen - ausgehend von dem Innenraum der axialen Bohrung 4 unter einem Winkel zu Querschnittsebenen verlaufen, und zwar in Richtung von der Bohrkrone 2 fort. Die Bohrungen 6 sind im übrigen über den Umfang der Bohrstange 1 gleichmäßig verteilt, wobei unter dem genannten vorderen Bereich der Bohrstange ein solcher Bereich verstanden werden soll, der sich ausgehend von der Bohrkrone 2 über eine Länge von vorzugsweise höchstens 20 cm erstreckt. Es sind die Bohrungen sowie die Spülbohrung 5 derart bemessen, daß die Summe deren Durchströmungsquerschnitte ungefähr dem Durchströmungsquerschnitt der axialen Bohrung 4 entspricht.
Das Rundgewinde 3 dient in an sich bekannter Weise der Ankupplung eines Bohrhammers bzw. eines sonstigen Antriebsaggregats für die Bohrstange 1 und kann unter Zwischenanordnung entsprechender, zeichnerisch hier nicht dargestellter Muffen verlängert werden, und zwar vorzugsweise unter Verwendung solcher Verlängerungsbohrstangen, die außenseitig ebenfalls über ihre gesamte Länge ein dem Rundgewinde 3 entsprechendes Gewinde tragen.
Die in den Fig. 2 und 3 in unterschiedlichen Ansichten vergrößert wiedergegebene Bohrkrone 2 besteht aus einem plattenartigen Grundkörper 7, der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine ungefähr quadratische Form aufweist, dessen Seiten jedoch mit kreisabschnittförmigen Einformungen 8 versehen sind. Es sind diese Einformungen 8 im übrigen derart bemessen, daß deren jeweils tiefste Punkte einen das Rundgewinde 3 umschreibenden Außenkreis gerade tangieren. Auf die Bedeutung dieser Ausbildung wird im folgenden noch näher eingegangen werden.
Der Grundkörper 7 trägt auf seiner Außenseite, d.h. auf der der jeweiligen Bohrlochsohle zugekehrten Seite eine sternförmige Anordnung prismenähnlicher Vorsprünge 9, deren Kanten 10 sich in Richtung auf die Ecken des quadratischen Grundkörpers 7 erstrecken und Schneidkanten für den Bohrvorgang bilden. Es sind diese Vorsprünge 9 um die seitlichen Begrenzungskanten des Grundkörpers herumgeformt und enden mit geringem Abstand vor der Stelle, an der die Bohrstange 1 angeschweißt ist. Die auf diese Weise definierbaren Schneidkanten sind somit nicht nur im Stirn- sondern auch im Umfangsbereich wirksam. Die Kanten 10 enden im mittleren Bereich des Grundkörpers in abgeschrägten Flächen 11, die in Richtung auf die Mündungsöffnung der Spülbohrung 5 hin geneigt sind.
Es ist die Bohrkrone 2, insbesondere der Grundkörper 7 hinsichtlich seiner axialen, d.h. sich in Richtung der Pfeile 12 erstreckenden Abmessungen so kurz wie möglich ausgebildet.
Die anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterte Vorrichtung stellt einen Gebirgsanker dar, der gleichzeitig als Bohrstange verwendet wird. Seine praktische Handhabung wird im folgenden kurz erläutert werden:
Es wird diese Vorrichtung zunächst wie eine Bohrstange benutzt, d.h. an das Rundgewinde 3 wird ein Antriebsaggregat angekuppelt, wobei während des Bohrens über die axiale Bohrung 4 eine Spülflüssigkeit gepumpt wird. Über den, aus der Spülbohrung 5 austretenden Flüssigkeitsstrom wird das im Bereich der Bohrkrone 2 entwickelte Bohrklein aufgenommen und an der Außenseite der Bohrstange 1 aus dem Bohrloch herausbefördert. Da die einen größeren Außendurchmesser als die Bohrstange 1 aufweisende Bohrkrone 2 umfangsseitig mit Einformungen 8 versehen ist, wird eine leichte Abschwemmung des entwickelten Bohrkleins in die Bereiche hinter der Bohrkrone 2 ermöglicht. Zur strömungsgünstigen Führung dieser das Bohrklein enthaltenden Suspension trägt auch die geringe axiale Länge der Bohrkrone 2 bei. Durch die oben genannte Querschnittsbemessung der Bohrungen 6 in Verbindung mit der Spülbohrung 5 wird gleichzeitig ein gleichmäßiger Fluß des Spülmittels gewährleistet. Da die Achsen der Bohrungen 6 nach hinten, d.h, von der Bohrkrone fort gerichtet sind, unterstützt der hier austretende Spülmittelfluß das Abschwemmen des Bohrkleins in Richtung auf die Bohrlochmündung. Durch das sich über die gesamte Länge der Bohrstange 1 erstreckende Rundgewinde 3 ergibt sich weiterhin eine Förderwirkung auf das Bohrklein, wodurch insbesondere größere Partikel sicher erfaßt und der Bildung von Verstopfungen entgegengewirkt wird.
Entsprechend der Länge des Bohrloches werden mehrere Bohrstangen aneinandergekuppelt, die ebenfalls über ihre gesamte Außenlänge ein Rundgewinde tragen. Nach Vollendung der Bohrung wird über die axiale Bohrung 4 nunmehr Zementmörtel eingeführt, der hauptsächlich über die im vorderen, d.h. der Bohrkrone 2 benachbarten Bereich angeordneten umfangsseitigen Bohrungen 6 austritt, so daß das Bohrloch - an der Bohrlochsohle beginnend - durch den an der Außenseite der Bohrstange 1 "rückwärts strömenden" Mörtel bis zur Bohrlochmündung kontinuierlich ausgefüllt wird, wobei gleichzeitig aufgrund des auf der rückwärtigen, d.h. der Bohrlochsohle zugekehrten Fläche der Bohrkrone 2 anstehenden Mörteldruckes der Gebirgsanker im Bohrloch gehalten wird. Hierbei dringt der Mörtel auch im Bereich der Bohrlochwandung vorhandene Hohlräume des Gebirges ein, welches auf diesem Wege verfestigt wird. Durch das Rundgewinde 3 wird in an sich bekannter Weise der Verbund zwischen diesem erfindungsgemäßen Gebirgsanker einerseits und dem aushärtenden Mörtel verbessert.
Mit 13 ist in Fig. 4 die Bohrstange eines weiteren Ausführungsbeispiels bezeichnet, an deren einem Ende sich eine Bohrkrone 14 befindet. Die Bohrkrone 14 kann an der Bohrstange 13 angeschweißt, angeschraubt oder auch direkt aufgepreßt sein.
Das der Bohrkrone 14 abgekehrte Ende der Bohrstange 13 ist außenseitig mit einem groben linksgängigen Rundgewinde 15 versehen, über welches in an sich bekannter Weise ein Bohrhammer oder ein sonstiges Antriebsaggregat für die Bohrstange 13 ankuppelbar ist. Unter Zwischenanordnung entsprechender, zeichnerisch nicht dargestellter Muffen können über das Rundgewinde 15 ebenfalls auch weitere Bohrstangen 13 zwecks Verlängerung angeschlossen werden.
Die Bohrkrone 14 ist in an sich bekannter Weise mit einer zentralen Bohrung 16 versehen, welche der Führung von Spülflüssigkeit dient. Die Bohrung 16 geht auf der Innenseite der Bohrkrone 14 über eine trichterartige Erweiterung 17 in die Bohrstange 13 über.
Mit 18 der ist ein Klemmstück bezeichnet, welches in die Bohrstange 13 eingesetzt, beispielsweise eingeschraubt ist. Das beispielsweise aus Metall bestehende Klemmstück 18 dient der Fixierung eines sich koaxial zu dem Innenraum 19 in der Bohrstange 13 erstreckenden Rohres 20, dessen eine Austrittsöffnung im Bereich der trichterartigen Erweiterung 17 der Bohrkrone 14 angeordnet ist. Das Rohr 20 kann aus einem steifen Kunststoff, jedoch auch aus Metall bestehen und ist derart dimensioniert, daß es etwa ein Viertel bis eine Hälfte der Querschnittsfläche des Innenraumes der Bohrstange 13 einnimmt. Das Rohr 20 ist in dem Klemmstück 18 dichtend eingesetzt, wobei die Verbindung zwischen dem Klemmstück 18 und der Innenwandung der Bohrstange 13 ebenfalls dichtend ausgebildet ist. Der lichte Querschnitt des Rohres 20 ist kleiner als derjenige der Bohrung 16.
Mit 21 sind Bohrungen in der Wandung der Bohrstange 13 bezeichnet, deren Achsen unter einem Winkel zur Längsachse der Bohrstange 13 verlaufen, und zwar derart, daß sich die Bohrungen 21 zum rückwärtigen Ende der Bohrstange 13 hin, d.h. von der Bohrkrone 14 fort erstrecken. Die Achsen der Bohrungen 21 sind darüber hinaus jedoch auch noch - in einer Querschnittsebene der Bohrstange 1 gesehen - gegenüber der radialen Richtung unter einem Winkel geneigt angeordnet, und zwar in Gegenrichtung zur Bohrdrehrichtung.
Der letztgenannte Gesichtspunkt ist in Fig. 5 erläutert, in welcher mit 22, 23 die Projektionen der Achsen zweier Bohrungen 21 (Fig. 4) und mit 24 die Umdrehungsrichtung der Bohrstange 13 beim Bohrvorgang bezeichnet sind. Die anhand der Fig. 4 und 5 erläuterte Vorrichtung stellt eine Bohrstange mit Bohrkrone und gleichzeitig einen Gebirgsanker dar. Ihre praktische Handhabung wird im folgenden kurz erläutert:
Die Vorrichtung wird zunächst wie eine Bohrstange benutzt, d.h. über das Rundgewinde 15 wird ein Bohrhammer oder ein sonstiges Antriebsaggregat angekuppelt, wobei während des Bohrens über das zentrale Rohr 20 Spülflüssigkeit gepumpt wird, die über die Bohrung 16 in der Bohrkrone 14 das vorort entwickelte Bohrklein aufnimmt und an der Außenseite der Bohrstange 13 aus dem Bohrloch heraus befördert. Die Mündung des Rohres 20 im Bereich der Bohrkrone 14 ist derart angeordnet, daß die austretende Spülflüssigkeit mit hohem Druck direkt durch die Bohrkrone hindurchgepreßt wird und nur ein kleiner Anteil im Innenraum 19 verbleibt. Diese Führung der Spülflüssigkeit wird durch einen geringen Abstand der Mündung des Rohres 20 von der Bohrung 16 einerseits und durch die bereits beschriebenen Querschnittsdimensionierungen des Rohres 20 einerseits und der Bohrung 16 andererseits erreicht. Aufgrund der oben beschriebenen Winkelorientierungen der Bohrungen 21, und zwar sowohl in Radial- als auch in Axialebenen wird verhindert, daß sich während des Bohrvorganges Bohrklein in diesen Bohrungen 21 festsetzt und gegebenenfalls in den Innenraum 19 eindringt.
Nach Fertigstellung der Bohrung, bei welcher gegebenenfalls mehrere Bohrstangen über das Rundgewinde 15 und entsprechende Muffen zusammengesetzt werden, wird das obengenannte Antriebsaggregat bzw. der Bohrhammer durch Umkehren der Drehrichtung von dem Rundgewinde getrennt und es wird anschließend nach Aufschrauben eines entsprechenden Kupplungsstückes über das Rohr 20 unter hohem Druck eine Ankermörtelsuspension in die Bohrstange 13 eingeführt. Diese Suspension tritt im Bereich der Erweiterung 17 aus dem Rohr 20 aus und gelangt über die Bohrung 16 der Bohrkrone 14 in den umgebenden Gebirgsraum, der vollständig ausgefüllt wird. Sobald dieser Ausfüllvorgang so weit fortgeschritten ist, daß sich ein merklicher Druckanstieg im Bereich vor der Bohrkrone ergibt, fließt die Suspension in dem das Rohr 20 ringartig umgebenden Innenraum 19 in Gegenrichtung und tritt über die Bohrungen 21, beginnend jeweils mit den, in Achsrichtung gesehen vordersten, d.h. der Bohrkrone14 am nächsten gelegenen Bohrungen 21 ebenfalls aus. In der Folgezeit wird auf diese Weise, indem die Suspension in dem genannten Innenraum weiter rückwärts strömt der gesamte, die Bohrstange 13 umgebende Gebirgsraum kontinuierlich ausgefüllt, so daß die Bohrstange schließlich auf ihrer gesamten Länge in die genannte Suspension eingebettet ist. Nachdem die weitere Zufuhr an Suspension eingestellt ist, wirkt insbesondere dann, wenn das Rohr 20 aus einem elastischen Werkstoff, z.B. Kunststoff hergestellt ist, dieses als Rückschlagventil, durch welches ein rückwärtiges Ausfließen der Suspension verhindert wird. Das nunmehr aus dem Bohrloch herausragende Rundgewinde 15 kann anschließend mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Ankerplatte und einer aufgeschraubten Mutter nach Aushärtung des Mörtels gegen das Gebirge verspannt werden.

Claims

Gebirgsanker, bestehend aus einer rohrförmigen, mit Gewinde (3) und umfangsseitigen Bohrungen (6) versehenen Bohrstange (1) die endseitig eine Bohrkrone (2) trägt, welche das Gewinde (3) der Bohrstange (1) seitlich überragt, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Gewinde (3) über die gesamte Länge der Bohrstange (1) außenseitig als Rundgewinde (3,15) eingeformt ist,

- daß die Bohrungen (6) ausschließlich in einem der Bohrkrone (2) benachbarten Bereich der Bohrstange angeordnet sind,

- daß die Bohrungen (6) im Mantel der Bohrstange (1) unter einem Winkel zu einer Radiuslinie verlaufen, und zwar sich von innen nach außen in Gegenrichtung zur Bohrdrehungsrichtung (24) erstrecken,

- daß die Bohrkrone (2) plattenartig, d.h. axial kurz ausgebildet ist, axial mit einer durchgehenden Bohrung (5) , bohrlochsohlenseitig mit Schneidkanten bildenden Vorsprüngen (9), umfangsseitig mit Einformungen (8) zur Verbesserung des Flusses eines aus der Bohrung (5) austretenden Spülmediums versehen ist und mit der Bohrstange (1) unlösbar verbunden ist.
Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt aller Bohrungen (6) zumindest dem Innenquerschnitt der Bohrstange (1) entspricht.
Gebirgsanker bestehend aus einer rohrförmigen, mit Gewinde (15) und umfangsseitigen Bohrungen (21) versehenen Bohrstange (1), die endseitig eine Bohrkrone (14) trägt, welche das Gewinde (15) der Bohrstange (1) seitlich überragt, dadurch gekennzeichnet,
- daß innerhalb der Bohrstange (1) mit Abstand von deren Innenwandungen ein Rohr (20) angeordnet ist,

- daß die Bohrkrone (14) axial mit einer durchgehenden Bohrung (16) ausgerüstet ist,

- daß die Austrittsöffnung des Rohres (20) sich in geringem Abstand vor der axialen Bohrung (16) der Bohrkrone (14) befindet und

- daß das Rohr (20) ansonsten dichtend in die Bohrstange (1) eingesetzt ist.
Gebirgsanker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (20) mittels eines, dichtend an einem Ende der Bohrstange eingesetzten Klemmstückes (18) ebenfalls dichtend in diesem gehalten ist.
Gebirgsanker nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (20) aus einem elastischen Werkstoff, nämlich einem Kunststoff besteht.
Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des Rohres (20) geringer bemessen ist als derjenige der axialen Bohrung (16).
Gebirgsanker nach einem der vorangegangenen Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des Rohres die Größe von ungefähr 25% bis 50% der Größe des Gesamtquerschnittes des Innenraumes (19) der Bohrstange (1) umfaßt.
Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (21) im Mantel der Bohrstange (1) unter einem Winkel zu einer Radiuslinie verlaufen, und zwar sich von innen nach außen in Gegenrichtung zur Bohrdrehungsrichtung (24) erstrecken.
Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (6,21) in dem Mantel der Bohrstange (1) - in einem Axialschnitt gesehen - unter einem Winkel zur Achse der Bohrstange (1) verlaufen, und zwar sich von innen nach außen von der Bohrkrone (2,14) forterstrecken.