EP0368838B1 - Vorrichtung zur Absicherung von nicht bzw. mässig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen - Google Patents
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- E21D21/0053—Anchoring-bolts in the form of lost drilling rods
Definitions
- the invention relates to a device for producing a fuse in non or only moderately stable non-cohesive to slightly cohesive geological formations, in particular in the manufacture of tunnels, with a hollow drill rod provided for receiving an anchor provided with a head, the clear cross section of which is larger than the cross section of the anchor, with a hard metal cutting and a breakthrough drill head is arranged at the free end of the drill pipe, the breakthrough has a diameter that is larger than the outer diameter of the anchor rod, and the flow of hardenable mass can be applied to the drill pipe is
- Such a device has been e.g. known from DE-OS 24 31 113.
- the drill head connected to the drill pipe has a round cross section and a round opening, which is penetrated by the anchor.
- the head of the anchor protrudes from the drill head of the drill pipe and is designed as a further drill head.
- this additional drill head represents a lost drill head, since it remains in the bore with the anchor and is cast with the hardening mass. Since most of the drilling work has to be carried out when drilling this drilling head, it is necessary to design this drilling head in a correspondingly complex manner and to provide it with appropriate hard metal cutting edges. However, this results in the disadvantage that, in the known case, a very expensive and complex drill head is lost when each anchor is set.
- the aim of the invention is to avoid this disadvantage and to propose a device of the type mentioned at the outset in which repeated use of the drill head is possible and the anchor can nevertheless be used simultaneously with the production of the borehole.
- this is achieved in that hard metal cutting edges are held on the end face of the drill head and the drill head has a non-circular cross-section, in which the outer circumferential line is at a minimum distance from the outer center thereof Circumference has a smallest of its center, which corresponds to the radius of the outer boundary of the drill pipe, and the opening of the drill head also has a non-circular cross-section, the circumference of which is at a minimum distance from its center, which is smaller than the greatest distance of the outer circumference of the likewise non-circular cross-section of the head of the anchor from its center, the smallest distance of the circumferential line of the cross-section of the head of the anchor from its center being approximately equal to the outer radius of the cross-section of the section of the anchor adjoining the head.
- the measure according to the invention makes it possible that the drill head, which is connected to the drill pipe, can always be recovered and nevertheless the anchor is inserted simultaneously with the drilling into the hole to be produced and when pulling out the drill pipe and simultaneously introducing a hardening mass into the finished hole can be left. This makes it possible to use the drill head several times.
- the head of the armature due to the proposed measures, can be accommodated in the opening of the drill head in a rotationally secure manner and can therefore be used simultaneously with the production of the borehole.
- the configuration according to the invention results in the advantage that the drill head can always be recovered, the drill head can be made very robust and does not need to be provided with movable cutting edges, as is the case in the known case.
- the area of the free end of the head of the armature is shaped into a cutting edge.
- a cutting edge to which no special requirements have to be made, the only purpose is to break away the rock in the core area of the bore.
- Such a cutting edge can also be dispensed with, provided that the drill head is designed accordingly.
- the device according to the invention consists of a drill head 1 which is fixedly connected to a drill pipe 3.
- the drill pipe 3 has an annular cross section.
- the drill head 1 essentially has an oval outer cross section, the large radial dimension 11a of which extends beyond the outer diameter 13 of the drill pipe 3, and the small radial dimension 11b of which essentially corresponds to the outer diameter 13 of the drill pipe. In this way, a bore with a circular cross section is obtained during the advance, the diameter of which corresponds approximately to the large radial dimension 11a of the drill head 1.
- an anchor 5 is provided, which consists of a cylindrical body 5a and a thickened anchor head 5b.
- the cylindrical body 5a has a diameter 15 which is significantly smaller than the inner diameter 14 of the drill pipe 3. In this way, an annular space 4 remains free between the armature 5 and the drill pipe 3, through which an irrigation liquid or the like can be pumped to the drill head 1.
- the thickened anchor head 5b has a substantially oval cross section, the large radial dimension 15b of which is larger than the diameter 15 of the cylindrical body 5a, while the small radial dimension 15a corresponds approximately to the diameter 15 of the cylindrical body 5a.
- the thickened anchor head 5b of the anchor 5 is guided in a corresponding opening of the drill head 1, so much play being provided that passage of the flushing liquid is possible, but no rotary movement of the anchor 5 relative to the drill head 1 or the drill rod 3 is possible.
- the armature 5 is provided with a cutting edge 16, which participates in the drilling.
- the anchor 5 is inserted into the drill pipe 3. This can be done from the front or from the rear depending on the respective requirements. Subsequently, the drill pipe 3 is connected to a blow drilling unit, not shown, in a known manner. Now the drilling head 1 is driven into the mountains to be secured. During the advance, a flushing liquid is pressed through the annular space 4 to the drill head 1 in order to flush away the cuttings. The removal takes place via channels 9, which remain free between the side flats of the drill head 1 and the wall of the bore.
- the drilling process is ended and, instead of the flushing agent, a hardenable injection compound such as special cement mortar, synthetic resins, plastic-natural material mixtures and the like pressed through the annular space 4.
- a hardenable injection compound such as special cement mortar, synthetic resins, plastic-natural material mixtures and the like pressed through the annular space 4.
- the drill pipe 3 together with the drill head 1 is withdrawn from the borehole.
- the pressure exerted on the thickened head 5b by the injection compound ensures that the armature 5 remains in its position. It is completely surrounded by the injection compound so that after the injection compound has hardened it is firmly poured into the borehole.
- a screen of anchors 5 ' is introduced by means of a drilling carriage 6, on which a hammer drilling device 7 is pivotably arranged, which are arranged radially outward in the direction of advance.
- the excavation is carried out, for example, in the following sequence: 8a, 8b, 8c, 8d, 8e.
- anchors 5 ′′ are also introduced in the radial direction, which produce a vaulting effect on the surrounding rock and to which any cladding of the tunnel can be attached.
- the method according to the invention can also be used for securing slope cuts, as shown in FIG. 6.
- An inclined slope is first provided with an incision 18a.
- the flank 19a is secured with anchors 5 ′′′.
- the incision is then gradually deepened around the sections 18b, 18c and 18d.
- the flanks 19b, 19c, 19d are each secured analogously by means of further anchors, not shown.
- the method according to the invention allows loose rock to be reliably and easily secured in tunnel construction, but also in related fields of technology. In addition to accelerating the work process, qualitative improvements in tunnel construction can also be achieved.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer Sicherung in nicht bzw. nur mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen, insbesondere bei der Herstellung von Tunneln, mit einem hohlen, zur Aufnahme eines mit einem Kopf versehenen Ankers vorgesehenen Bohrgestänge, dessen lichter Querschnitt größer als der Querschnitt des Ankers ist, wobei an dem freien Ende des Bohrgestänges ein Hartmetallschneiden tragender und einen Durchbruch aufweisender Bohrkopf angeordnet ist, welcher Durchbruch einen Durchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Ankergestänges ist, und das Bohrgestänge mit einer fließfähigen erhärtenden Masse beaufschlagbar ist
- Eine solche Vorrichtung wurde z.B. durch die DE-OS 24 31 113 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung weist der mit dem Bohrgestänge verbunden Bohrkopf einen runden Querschnitt und einen runden Durchbruch aus, der vom Anker durchsetzt ist. Dabei ragt aber der Kopf des Ankers aus dem Bohrkopf des Bohrgestänges vor und ist als weiterer Bohrkopf ausgebildet.
- Dieser weitere Bohrkopf stellt aber einen verlorenen Bohrkopf dar, da dieser mit dem Anker in der Bohrung verbleibt und mit der erhärtenden Masse umgossen wird. Da beim Bohren dieser Bohrkopf den größten Teil der Bohrarbeit leisten muß, ist es erforderlich diesen Bohrkopf entsprechend aufwendig zu gestalten und mit entsprechenden Hartmetallschneiden zu versehen. Dadurch ergibt sich aber der Nachteil, daß im bekannten Falle beim Setzen eines jeden Ankers ein sehr teurer und aufwendiger Bohrkopf verloren geht.
- Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine mehrmalige Verwendung des Bohrkopfes möglich ist und trotzdem der Anker gleichzeitig mit der Herstellung des Bohrloches eingesetzt werden kann.
- Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Hartmetallschneiden an der Stirnseite des Bohrkopf gehalten sind und der Bohrkopf einen unrunden Querschnitt aufweist, bei dem die äußere Umfangslinie einen kleinsten Abstand von dessen Mitteläußere Umfangslinie einen kleinsten bestand von dessen Mittelpunkt aufweist, der dem Radius der äußeren Begrenzung des Bohrgestänges entspricht, und der Durchbruch des Bohrkopfes einen ebenfalls unrunden Querschnitt aufweist, dessen Umfangslinie einen geringsten Abstand von dessen Mittelpunkt aufweist, der kleiner als der größte Abstand der äußeren Umfangslinie des ebenfalls unrunden Querschnittes des Kopfes des Ankers von dessen Mittelpunkt ist, wobei der kleinste Abstand der Umfangslinie des Querschnittes des Kopfes des Ankers von dessen Mittelpunkt etwa gleich dem äußerem Radius des Querschnittes des an den Kopf anschließenden Abschnittes des Ankers ist.
- Durch die erfindungsgemäßen Maßnahme ist es ermöglicht, daß der Bohrkopf, der mit dem Bohrgestänge verbunden ist, stets geborgen werden kann und trotzdem der Anker gleichzeitig mit dem Bohren in das herzustellende Loch eingesetzt und beim Herausziehen des Bohrgestänges und gleichzeitigem Einbringen einer erhärtenden Masse im fertigen Loch belassen werden kann. Dadurch ist es möglich den Bohrkopf mehrmals zu verwenden.
- Der Kopf des Ankers, kann aufgrund der vorgeschlagenen Maßnahmen in dem Durchbruch des Bohrkopfes verdrehsicher aufgenommen und daher gleichzeitig mit der Herstellung des Bohrloches eingesetzt werden.
- Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß eben der Bohrkopf stets geborgen werden kann, wobei der Bohrkopf sehr robust ausgeführt werden kann und nicht mit beweglichen Schneiden, wie dies im bekannten Falle gegeben ist, zu versehen werden braucht.
- Weiters kann vorgesehen sein, daß der Bereich des freien Endes des Kopfes des Ankers zu einer Schneide ausgeformt ist. Mit einer solchen Schneide, an die keine besondere Anforderungen gestellt werden müssen, dient lediglich dazu im Kernbereich der Bohrung das Gestein wegzubrechen. Auf eine solche Schneide kann aber auch, eine entsprechende Gestaltung des Bohrkopfes vorausgesetzt, ohne weiteres verzichtet werden.
- Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht in axialer Richtung,
- Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1,
- Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1,
- Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung beim Tunnelvortrieb,
- Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in der Fig. 4,
- Fig. 6 eine Sicherung eines Hangeinschnittes im Schnitt und
- Fig. 7 eine Sicherung gegen Hangrutschung im Schnitt.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Bohrkopf 1, der fest mit einem Bohrgestänge 3 verbunden ist. Das Bohrgestänge 3 hat einen kreisringförmigen Querschnitt. Auf der Vorderseite des Bohrkopfes 1 sind Hartmetallschneiden 2 für den Vortrieb vorgesehen. Der Bohrkopf 1 hat im wesentlichen einen ovalen Außenquerschnitt dessen große radiale Abmessung 11a über den Außendurchmesser 13 des Bohrgestänges 3 hinausgeht, und dessen kleine radiale Abmessung 11b im wesentlichen dem Außendurchmesser 13 des Bohrgestänges entspricht. Auf diese Weise wird beim Vortrieb eine Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt erzielt, deren Durchmesser etwa der großen radialen Abmessung 11a des Bohrkopfes 1 entspricht. Im Inneren des Bohrgestänges 3 ist ein Anker 5 vorgesehen, der aus einem zylindrischen Körper 5a und einem verdickten Ankerkopf 5b besteht. Der zylindrische Körper 5a hat dabei einen Durchmesser 15, der deutlich kleiner als der Innendurchmesser 14 des Bohrgestänges 3 ist. Auf diese Weise bleibt zwischen dem Anker 5 und dem Bohrgestänge 3 ein Ringraum 4 frei, durch den eine Spülflüssigkeit od. dgl. zum Bohrkopf 1 gepumpt werden kann. Der verdickte Ankerkopf 5b hat einen im wesentlichen ovalen Querschnitt, dessen große radiale Abmessung 15b größer als der Durchmesser 15 des zylindrischen Körpers 5a ist, während die kleine radiale Abmessung 15a etwa dem Durchmesser 15 des zylindrischen Körpers 5a entspricht. Der verdickte Ankerkopf 5b des Ankers 5 ist in einer entsprechenden Öffnung des Bohrkopfes 1 geführt, wobei soviel Spiel vorgesehen ist, daß der Durchtritt der Spülflüssigkeit möglich ist, jedoch keine Drehbewegung des Ankers 5 gegenüber dem Bohrkopf 1 bzw. dem Bohrgestänge 3 möglich ist. An seiner Spitze ist der Anker 5 mit einer Schneide 16 versehen, die beim Bohren mitwirkt.
- Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt: In das Bohrgestänge 3 wird der Anker 5 eingeführt. Dies kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen von vorne oder von hinten geschehen. Im Anschluß daran wird das Bohrgestänge 3 mit einer nicht dargestellten Schlagbohreinheit in bekannter Weise verbunden. Nun erfolgt der Vortrieb des Bohrkopfes 1 in das zu sichernde Gebirge. Während des Vortriebs wird in üblicher Weise eine Spülflüssigkeit durch den Ringraum 4 zum Bohrkopf 1 gepreßt, um das Bohrklein wegzuspülen. Der Abtransport erfolgt über Kanäle 9, die zwischen seitlichen Abflachungen des Bohrkopfes 1 und der Wandung der Bohrung freibleiben. Sobald die Bohrung die endgültige Tiefe erreicht hat, wird der Bohrvorgang beendet, und anstelle des Spülmittels eine erhärtbare Injektionsmasse wie z.B. Spezialzementmörtel, Kunstharze, Kunststoffnaturstoffgemische und ähnliches durch den Ringraum 4 eingepreßt. Gleichzeitig wird das Bohrgestänge 3 samt Bohrkopf 1 aus dem Bohrloch zurückgezogen. Durch den auf dem verdickten Kopf 5b von der Injektionsmasse ausgeübten Druck wird erreicht, daß der Anker 5 in seiner Stellung verbleibt. Er wird dabei vollständig von der Injektionsmasse umgeben, sodaß er nach Erhärten der Injektionsmasse fest in das Bohrloch eingegossen ist.
- Bei den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Tunnelvortrieb wird mittels eines Bohrwagens 6, auf dem eine Schlagbohreinrichtung 7 schwenkbar angeordnet ist, ein Schirm von Ankern 5' eingebracht, die in Vortriebsrichtung radial nach außen angeordnet sind. Nach dem Setzen mehrerer dieser Anker 5' wird der Ausbruch beispielsweise in folgender Reihenfolge durchgeführt: 8a, 8b, 8c, 8d, 8e. Zur endgültigen Absicherung des Tunnels werden weiters Anker 5'' in radialer Richtung eingebracht, die eine Gewölbewirkung beim umgebenden Gestein erzeugen, und an denen eine etwaige Verkleidung des Tunnels befestigt werden kann.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiters bei der Absicherung von Hangeinschnitten angewendet werden, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Ein geneigter Hang wird zunächst mit einem Einschnitt 18a versehen. Die Flanke 19a wird mit Ankern 5‴ abgesichert. In weiterer Folge wird der Einschnitt schrittweise um die Abschnitte 18b, 18c und 18d vertieft. Die Flanken 19b, 19c, 19d werden jeweils analog mittels weiterer nicht dargestellter Anker abgesichert.
- Wie in Figur 7 dargestellt, ist es weiters auch möglich, Hangrutschungen zu vermeiden. Falls es zu befürchten ist, daß Lockergesteinsmassen 21 von einem Hang 20 abrutschen, kann man durch kreuzweises Anbringen von Ankern 5IV eine solche Rutschung verhindern.
- Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Tunnelbau, aber auch in verwandten Gebieten der Technik Lockergesteine zuverlässig und einfach zu sichern. Neben einer Beschleunigung des Arbeitsvorganges können auch qualitative Verbesserungen beim Tunnelbau erzielt werden.
Claims (3)
- Vorrichtung zur Herstellung einer Sicherung in nicht bzw. nur mäßig standfesten, kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen, insbesondere bei der Herstellung von Tunneln, mit einem hohlen, zur Aufnahme eines mit einem Kopf (5b) versehenen Ankers (5) vorgesehenen Bohrgestänge (3), dessen lichter Querschnitt größer als der Querschnitt des Ankers ist, wobei an dem freien Ende des Bohrgestänges (3) ein Hartmetallschneiden (2) tragender und einen Durchbruch aufweisender Bohrkopf (1) angeordnet ist, welcher Durchbruch einen Durchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Ankergestänges (3) ist, und das Bohrgestänge mit einer fließfähigen erhärtenden Masse beaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß Hartmetallschneiden (2) an der Stirnseite des Bohrkopfs (1) gehalten sind und der Bohrkopf (1) einen unrunden Querschnitt aufweist, bei dem die äußere Umfangslinie einen kleinsten Abstand von dessen Mittelpunkt aufweist, der dem Radius der äußeren Begrenzung des Bohrgestänges (3) entspricht, und der Durchbruch des Bohrkopfes (1) einen ebenfalls unrunden Querschnitt aufweist, dessen Umfangslinie einen geringsten Abstand von dessen Mittelpunkt aufweist, der kleiner als der größte Abstand der äußeren Umfangslinie des ebenfalls unrunden Querschnittes des Kopfes (5b) des Ankers (5) von dessen Mittelpunkt ist, wobei der kleinste Abstand der Umfangslinie des Querschnittes des Kopfes (5b) des Ankers (5) von dessen Mittelpunkt etwa gleich dem äußeren Radius des Querschnittes des an den Kopf (5b) anschließenden Abschnittes (5a) des Ankers (5) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) lediglich an seiner freien Stirnseite mit festen Schneiden (2) versehen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des freien Endes des Kopfes (5b) des Ankers (5) zu einer Schneide (16) ausgeformt ist.
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