EP2836680A2 - Verfahren zum bohren von löchern in boden- bzw. gesteinsmaterial und zum festlegen eines ankers in einem bohrloch sowie vorrichtung hierfür - Google Patents

Verfahren zum bohren von löchern in boden- bzw. gesteinsmaterial und zum festlegen eines ankers in einem bohrloch sowie vorrichtung hierfür

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EP2836680A2
EP2836680A2 EP13720746.0A EP13720746A EP2836680A2 EP 2836680 A2 EP2836680 A2 EP 2836680A2 EP 13720746 A EP13720746 A EP 13720746A EP 2836680 A2 EP2836680 A2 EP 2836680A2
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EP
European Patent Office
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borehole
drill
anchor rod
anchor
expansion element
Prior art date
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EP13720746.0A
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English (en)
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EP2836680B1 (de
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Karl BÖHM
Walter Karpellus
Wolfgang Dolsak
Dieter GLANTSCHNEGG
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Dywidag Systems International GmbH Austria
Original Assignee
Dywidag Systems International GmbH Austria
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Publication date
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E02D5/80—Ground anchors
    • E02D5/805—Ground anchors with deformable anchoring members

Definitions

  • the present invention relates to a method for drilling holes in soil material and for anchoring an anchor in a wellbore, wherein an expansion element fixed to a drill collar or anchor rod and a aufweitendes, in particular sleeve-shaped expansion element is provided with the drill bit with a drill or anchor rod simultaneously with the formation of the borehole in the soil or rock material, in particular by a rotating and beating or rotating drilling, the expansion element after completion of the Borehole is expanded by retraction of the drill or anchor rod and the expansion element disposed thereon in the interior of the expansion element in abutment against the borehole wall and secured the drill or anchor rod at its end projecting from the hole with an anchor plate on a borehole outside will, as well a device for drilling holes in soil material and for fixing an anchor in a borehole, comprising a drill bit fixed to a drill or anchor rod and an expansion element fixed to the drill or anchor rod and an expandable, in particular sleeve-shaped Spreizele- ment, wherein on the drill or anchor rod at the end
  • the introduced anchor is often finally determined by a subsequent introduction of a curable suspension, such as cement milk, in the borehole.
  • a curable suspension such as cement milk
  • the anchoring or expansion of the spreader is here, as described for example in AT-PS 409 785, by a retraction of An expansion rod fixed to an anchor rod or by retraction of an expansion element in an expansion sleeve, after which the expansion sleeve is brought into abutment against the borehole wall reached.
  • it is necessary for the completion of the borehole to cut off the projecting length of an anchor rod by retracting it from the borehole, and subsequently to attach and anchor an anchor plate to the free end of the boring bar in a separate operation.
  • either a further determination of the anchor can be made by introducing a curable suspension or the anchorage formed by the spreading of the expansion element into the mountain interior or the widening of the expansion element to the borehole wall is completed.
  • the present invention now seeks to provide a method for drilling holes in soil material and for securing an anchor in a borehole as well as a device therefor, which succeeds in a single operation all
  • the inventive method is characterized in that the drill or anchor rod is acted upon by the expansion of the expansion element by a rotating movement in the direction of the borehole interior to a stop against the Bohrlchsnnere and that the drill or anchor rod through clamping the Ankerpiaite mittete a trained as a neck element for a Einbringvor- direction nut is fixed to the borehole exterior.
  • the inventive method is further developed so that the drill or anchor rod after the expansion of the expansion by an application is introduced into the borehole interior until fracture of a shear pin projecting into or passing through the boring or anchor rod and projecting into a recess of the expansion element.
  • the drill or anchor rod After expanding the expansion element by the retraction of the drill or anchor rod and the introduction of the expansion element in the expansion element, the drill or anchor rod is held in the interior of the expansion element by a radial compressive stress exploited by the expansion element, so that in a recent attempt To turn the drill rod, this movement is much more difficult to perform than the original or bouncing movement of the drill or anchor rod for the formation of the wellbore.
  • this is performed so that the trained as a threaded rod drill or anchor rod for applying the shear pin is applied exclusively rotating.
  • Such a procedure ensures that the expansion element is not unintentionally driven out of the interior of the expansion element by an optionally excessive impact stress, whereby the anchoring would be loosened or rendered useless.
  • the anchor plate is braced by the exclusively rotating acting on the Bohr- or anchor rod fixed by an internal thread nut on the Bohrlochoter- ren, it is possible by the exclusively rotating applying the
  • it is therefore unnecessary not only cut off the anchor rod, but it also succeeds in a single process step, all elements that are required for a determination of an anchor in soil or Felsmaterialmateriai introduce or set.
  • an apparatus for drilling holes in soil or rock material and for fixing an anchor in the wellbore is further characterized in that the expansion element is formed at its end facing the well inside with at least one recess which cooperates with at least one engaging in this recess, projecting beyond the outer contour of the drill or anchor rod shear pin.
  • the expansion element is formed at its end facing the bore hole inside with at least one recess which cooperates with at least one engaging in this recess on the outer contour of the drill or anchor rod projecting shear pin, it succeeds on the one hand, the expander element during the retraction of Bohr or retract anchor rod securely into the interior of the expansion element or carry on the other hand, in a renewed introduction of the drill or anchor rod in the interior of the well by simply turning the shear pin exclusively the boring bar are introduced into the interior and the expansion element is held in a secure bond with the expansion element and thus ensures anchoring of the anchor to the borehole wall.
  • the drill or anchor rod is designed as a threaded rod and the threaded rod cooperates with an internal thread of the expander, manages the movement of the retraction of the drill or anchor rod and the renewed screwing the same in the Bohriochsnnere even more reliable form, since an unintentional displacement of the expander on the boring bar is held up with certainty.
  • the thread of the expander extends over a portion of the length of the expander, it is in particular to keep the wedge-shaped tapered parts of the expander free of a thread and thus not unnecessarily further weaken and still safe Stop the expansion element to the anchor rod to provide.
  • the spreader is designed as a spring sleeve, which has a at least over a part in the length extending slot.
  • the device is designed so that the drill or anchor rod interacts with the insertion device for the drill or anchor rod via a nut for fixing the anchor plate, on the one hand geiingt, all for To introduce the formation of an anchorage required parts in one step and on the other hand to achieve a minimization required for the placement of an anchor elements.
  • a nut is, as corresponds to a development of the invention, essentially characterized in that it has an inner and an outer thread.
  • the inventive device is developed to the effect that in a conventional manner on the drill or anchor rod with a drill or anchor rod pressed stop sleeve is provided for the expansion element.
  • a reliable spreading of the expansion element and thus a secure system is ensured at the borehole inner wall.
  • Fig. 2 is a plan view of a modified variant of the apparatus of Fig. 1
  • Fig. 3 is a schematic view partly in section of the apparatus of Fig. 2 in the fixed state of the borehole wall, and
  • Fig. 4 is an enlarged sectional view of the borehole closure.
  • Fig. 1 denotes a drill or anchor rod, at whose directed to a bore hole interior end 15 a drill bit 2 is set to be inextricably.
  • the drill or anchor rod 1 is in this case formed over its entire length as a threaded rod on which a widening element 3 is set so that the recesses formed in the expansion element 3 4 a over an outer circumference of Bohrz. Anchor rod 1 projecting shear pin 5 overlap.
  • the expansion elements 3 can be formed here either entirely or at least partially in their inner circumference, which is not apparent in the drawing, with a thread cooperating with the thread 6 of the drill or anchor rod 1. Such a design ensures captive holding the expansion element 3 at its selected position and in particular prevents unintentional tearing of the shear pin fifth
  • the spreader 7 is in this case designed so that the longitudinal contactor 8 extends only over part of the length of the expansion element 7 and that the borehole wall directed part of the expansion element 7 is formed with a kind of toothing 10.
  • the toothing 10 is provided here for a better engagement in the borehole wall.
  • the drill rod 1 At its end facing the borehole exterior, the drill rod 1 with a
  • Closure element 11 for the borehole an applied to the closure element 11 anchor plate 12 and a nut 13, which is provided as a projection element for a schematically indicated insertion device 14, provided.
  • the closure element 1 1 is in this case in the form of a cone, which tapers to Bohrlochin-neren to seal the well formed safely and reliably.
  • the kerplatte 12 may be a conventional anchor plate 12, which is brought by a pressure load from the outside, for example, on a tunnel wall in abutment.
  • the nut 13 formed as a projection element for the introduction device 14 can here be embodied as a nut 13 with both an internal thread and an external thread in order to be guided reliably and reliably on the anchor rod 1 on the one hand, and a secure engagement of the introduction device 14 on the other hand to ensure on the outer surface of the nut 13.
  • the reference symbols of FIG. 1 are retained as far as possible.
  • FIG. 2 differs from that of FIG. 1 only in that the expansion element 7 is designed as a spring sleeve formed with a continuous slot 8. Furthermore, the expansion element 7 designed as a spring sleeve has no structuring or contouring on its outer circumference.
  • FIG. 3 which shows the device according to FIG. 2 in the state clamped in the borehole interior 15 in abutment with the borehole wall
  • the reference numerals of FIGS. 1 and 2 are retained.
  • the illustration of FIG. 3 is hereby removed that after retraction of the expansion element 3 in the expansion element 7 and a renewed introduction into the wellbore, the drill bit 1 is in contact with the Bohriochinneren 15.
  • the drill or anchor rod 1 was withdrawn together with the drill bit 2 and the expansion element 3 in the interior of the expansion element 7, wherein an axial displacement in the direction of the borehole outer of the expansion element 7 by the provision of the pressed with the anchor rod 1 Sleeve 9 is prevented.
  • the expansion element 7 By introducing the expansion element 3, the expansion element 7 is widened until it is in abutment with the borehole wall, which is indicated schematically at 16. After completion of the Aufwettvorgangs the drill pipe 1 is acted upon by a renewed application, in particular rotational loading by means of a not shown in FIG. 3, introduction device 14 which engages the nut 13, in turn towards the Bohriochinneren 15. Due to the forces acting in the radial direction of the expansion element 7 on the expander element 3, a rotation of the expander element 3 in the interior is now prevented during this rotary loading. Ren of the expansion element 7 prevents and by the rotating action on the drill rod 1 only in Fig.
  • Fig. 4 is a sectional view, partially in the perspective of a possible variant of a borehole closure 1 1 shown.
  • the borehole closure 1 1 is in this case supported by internal thread 17 on the drill or anchor rod 1 to a rotating movement and has a diameter which increases in the direction of the borehole outer due to the conical design of the BohriochverInstitutes 1 1.
  • it is not only possible to form a borehole, but also to secure this against inadvertent leakage of material or unintentional leakage of possibly simultaneously with the formation of the anchoring to be introduced, hardening material, such as cement slurry.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Bohren von Löchern in Boden- bzw. Gesteinsmaterial und zum Festlegen eines Ankers in einem Bohrloch wird ein an einer Bohr-bzw. Ankerstange (1) festgelegtes Aufweitelement (3) sowie ein aufzuweitendes, insbesondere hülsenförmiges Spreizelement (7) mit der mit einer Bohrkrone (2) versehenen Bohr-bzw. Ankerstange (1) gleichzeitig mit der Ausbildung des Bohrlochs in das Boden- bzw. Gesteinsmaterial, insbesondere durch ein drehendes und schlagendes bzw. drehendes Bohren eingebracht, das Spreizelement nach Fertigstellen des Bohrlochs durch ein Zurückziehen der Bohr- bzw. Ankerstange (1) und des daran angeordneten Aufweitelements (3) in das Innere des Spreizelements (7) in Anlage an die Bohrlochwand aufgeweitet und die Bohr- bzw. Ankerstange (1) an ihrem aus dem Bohrloch ragenden Ende mit einer Ankerplatte (12) an einer Bohrlochaußenseite gesichert wird, wobei die Bohr- bzw. Ankerstange (1) nach dem Aufweiten des Spreizelements (7) durch eine drehende Bewegung in Richtung zum Bohrlochinneren (15) bis zu einem Anschlagen an das Bohrlochinnere (15) beaufschlagt wird und die Bohr- bzw. Ankerstange (1) durch ein Verspannen der Ankerplatte (12) mittels einer als Ansatzelement für eine Einbringvorrichtung (14) ausgebildeten Mutter (13) an dem Bohrlochäußeren festgelegt wird, sowie eine Vorrichtung hierfür.

Description

VERFAHREN ZUM BOHREN VON LÖCHERN IN BODEN- BZW.
GESTEINSMATERIAL UND ZUM FESTLEGEN EINES ANKERS IN EINEM BOHRLOCH SOWIE VORRICHTUNG HIERFÜR Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren von Löchern in Boden- bzw. Gesteinsmaterial und zum Festiegen eines Ankers in einem Bohrloch, wobei ein an einer Bohr- bzw. Ankerstange festgelegtes Aufweitelement sowie ein aufzuweitendes, insbesondere hülsenförmiges Spreizelement mit der mit einer Bohrkrone versehenen Bohr- bzw. Ankerstange gleichzeitig mit der Ausbildung des Bohrlochs in das Boden- bzw. Gesteinsmaterial, insbesondere durch ein drehendes und schlagendes bzw. drehendes Bohren eingebracht wird, das Spreizelement nach Fertigstellung des Bohrlochs durch ein Zurückziehen der Bohr- bzw. Ankerstange und des daran angeordneten Aufweitelements in das Innere des Spreizelements in Anlage an die Bohrlochwand aufgeweitet wird und die Bohr- bzw. Ankerstange an ihrem aus dem Bohr- loch ragenden Ende mit einer Ankerplatte an einer Bohrlochaußenseite gesichert wird, sowie eine Vorrichtung zum Bohren von Löchern in Boden- bzw. Gesteinsmaterial und zum Festiegen eines Ankers in einem Bohrloch, umfassend eine an einer Bohr- bzw. Ankerstange festgelegte Bohrkrone sowie ein an der Bohr- bzw. Ankerstange festgelegtes Aufweitelement und ein aufweitbares, insbesondere hülsenförmigen Spreizele- ment, wobei an der Bohr- bzw. Ankerstange an dem dem Bohrlochäußeren zuwandten Endbereich eine Ankerplatte angeordnet ist, im Zusammenhang mit einem Festlegen bzw. Verankern eines mit einem Spreizelement ausgestatteten Ankers in einem Bohrloch ist es bekannt, einen derartigen Anker mit wenigstens einem an seinem Umfang im vorderen Endbereich angeordneten, aufweitbaren Elemeni entweder in ein vorab fertig gestelltes Bohrloch einzubnngen oder dieses gleichzeitig mit der Ausbildung eines Bohrlochs einzutragen, um nachfolgend durch ein Aufweiten des aufweitbaren Elements ein Festlegen des Ankers, insbesondere Spreizankers in dem Bohrloch bzw. eine Anlage des aufweitbaren Elements an der Bohrlochwandung auszubilden. Nach einer derartigen provisorischen Festlegung bzw. Verankerung des Ankers an der Bohrlochwand wird häufig der eingebrachte Anker durch ein nachfolgendes Einbringen einer aushärtbaren Suspension, wie beispielsweise Zementmilch, in dem Bohrloch endgültig festgelegt. Das Verankern bzw. das Aufweiten des Spreizeiements wird hierbei, wie dies beispielsweise in der AT-PS 409 785 beschrieben ist, durch ein Zurückziehen des an einer Ankerstange festgelegten Spreizelements oder aber durch Zurückziehen eines Aufweitelements in eine Spreizhülse, worauf die Spreizhülse in Anlage an die Bohr- lochwand gebracht wird, erreicht. In beiden Fällen ist es für die Fertigstellung des Bohrlochs erforderlich, die durch das Zurückziehen aus dem Bohrloch vorragende Länge einer Ankerstange abzulängen und in der Folge in einem gesonderten Arbeitsgang eine Ankerpiatte an dem freien Ende der Bohr- bzw. Ankerstange anzubringen und diese zu verspannen, wobei entweder eine weitere Festlegung des Ankers durch Einbringen von einer aushärtbaren Suspension vorgenommen werden kann oder aber die durch das Verspreizen des Spreizelements in das Berginnere bzw. das Aufweiten des Aufweitelements an die Bohrlochwandung ausgebildete Verankerung fertiggestellt wird.
Eine derartige Vorgangsweise ist einerseits mit zeitaufwändigen Arbeitsschritten verbunden und überdies müssen sämtliche eine fertig zu stellende Verankerung ausbildenden Elemente jeweils nach Beendigung eines vorangehenden Arbeitsschritts an der entsprechenden Vorrichtung angebaut bzw. an diese angelenkt werden und in die für ihren Endeinsatzzweck gedachte Position gebracht werden. Eine derartige Vorgangsweise ist neben dem Faktum, dass sie zeitaufwändig ist, auch kostenintensiv und es werden insbesondere auch nicht unbeträchtliche Längen der Bohrstangen durch das Absägen auf die endgültig erforderliche Länge verworfen, wodurch einerseits eine Verkürzung der gesamten Verankerungslänge bewirkt wird und andererseits eine
Mehrzahl von zusätzlichen, nicht automatisierbaren Arbeitsschritten erforderlich werden.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zum Bohren von Löchern in Boden- bzw. Gesteinsmaterial und zum Festlegen eines Ankers in einem Bohrloch ebenso wie eine Vorrichtung hierfür zur Verfügung zu stellen, mit welchem/welcher es gelingt, in einem einzigen Arbeitsgang sämtliche für eine endgültige Verankerung erforderlichen Elemente zu positionieren und mit welchem/welcher es überdies gelingt, die Gesamtlänge einer eingebrachten Bohr- bzw. Ankerstange für das Verankern heranzu- ziehen und somit einen gegenüber herkömmlichen Verankerungen zuverlässigere Verankerung zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr- bzw. Ankerstange nach dem Aufweiten des Spreizelements durch eine drehende Bewegung in Richtung zum Bohrlochinneren bis zu einem Anschlagen an das Bohrlochsnnere beaufschlagt wird und dass die Bohr- bzw. Ankerstange durch ein Verspannen der Ankerpiaite mittete einer als Ansatzelement für eine Einbringvor- richtung ausgebildeten Mutter an dem Bohrlochäußeren festgelegt wird. Indem die Bohr- bzw. Ankerstange nach dem Aufweiten des Spreizelements durch eine drehende Bewegung in Richtung zum Bohrlochinneren bis zu einem Anschlagen an das Bohr- lochinnere beaufschlagt wird, gelingt es einerseits, die gesamte Länge der Ankerstange für eine Verankerung zur Verfügung zu stellen bzw. auszunützen und andererseits wird es durch eine derartige Verfahrensführung unnötig, das aus dem Bohrloch herausragende Ende der Ankerstange abzulängen und somit eine nicht unbeträchtliche Schwächung der gesamten Verankerung zu bewirken. Indem weiterhin die Bohr- bzw. Ankerstange, insbesondere während dem neuerlichen Einbringen der Ankerstange in das Bohrloch durch ein Verspannen der Ankerpiaite mittels einer als Ansatzelement für die Einbringvorrichtung ausgebildeten Mutter an dem Bohrlochäußeren festgelegt wird, gelingt es in ein und demselben Arbeitsgang, sämtliche für die Ausbildung einer bleibenden Verankerung erforderlichen Elemente zu positionieren und es kann mit einer derartigen Verfahrensführung nicht nur nicht unbeträchtlicher Zeitgewinn durch die Automatisierung des Verfahrens, sondern insbesondere eine bedeutend sicherere Verankerung erzielt werden, da ein zwischenzeitliches Lösen bzw. nachträgliches Festlegen von Einzelelementen vermieden wird. Damit die Bohr- bzw. Ankerstange nach dem Aufweiten des Spreizelements sicher und insbesondere ohne Lockerung der Verankerung an der Bohrlochwand neuerlich in das Bohrlochinnere eingebracht werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet, dass die Bohr- bzw. Ankerstange nach dem Aufweiten des Spreizelements durch ein Beaufschlagen bis zum Bruch eines an der Bohr- bzw. Ankerstange festge- legten oder diese durchsetzenden in eine Ausnehmung des Aufweitelements vorragenden Scherstifts in das Bohrlochinnere eingebracht wird. Nach dem Aufweiten des Spreizelements durch das Zurückziehen der Bohr- bzw. Ankerstange und das Einbringen des Aufweitelements in das Spreizelement wird die Bohr- bzw. Ankerstange im Inneren des Aufweitelements durch eine durch das Spreizelement ausgenützte, radiale Druckbeanspruchung gehalten, so dass bei einem neuerlichen Versuch die Bohrstange zu drehen, diese Bewegung bedeutend schwieriger auszuführen ist als die ursprüngliche drehende bzw. schlagende Bewegung der Bohr- bzw. Ankerstange für das Ausbilden des Bohrlochs. Durch dieses radiale Klemmen der Bohr- bzw. Ankerstange und das unter Zwang in Bewegung setzten der Bohr- bzw. Ankerstange wird ein an der Bohr- bzw. Ankerstange festgelegter bzw. diese durchsetzender in eine Ausnehmung des Aufweitelements vorragender Scherstift bis zum Bruch beansprucht, so dass nach einem Abbrechen des Scherstifts eine Drehbewegung der Ankerstange aus dem Aufweitelement heraus in Richtung zum Bohrlochinneren ermöglicht wird, so dass die Bohrstange wiederum durch eine drehende Bewegung in Anlage an das Bohrlochinne- re gebracht werden kann. Das Aufweitelement selbst wird bei einer derartigen Verfah- rensführung durch die radiale Druckbeanspruchung des Spreizelements und gegebenenfalls durch eine dafür vorgesehene Muffe ortsfest gehalten.
Um insbesondere ein Abbrechen des Scherstifts mit Sicherheit zu gewährleisten, ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dieses so geführt, dass die als Gewindestange ausgebildete Bohr- bzw. Ankerstange für das Beaufschlagen des Scherstifts ausschließlich drehend beaufschlagt wird. Durch eine derartige Verfahrensführung wird sichergestellt, dass das Aufweitelement nicht durch eine gegebenenfalls übermäßige schlagende Beanspruchung unbeabsichtigt aus dem Inneren des Spreizelements herausgetrieben wird, wodurch die Verankerung gelockert würde bzw. unbrauchbar würde.
Indem, wie dies einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, die Ankerplatte durch das ausschließlich drehende Beaufschlagen der auf der Bohr- bzw. Ankerstange mittels eines Innengewindes festgelegten Mutter an dem Bohrlochäuße- ren verspannt wird, gelingt es durch das ausschließlich drehende Beaufschlagen der
Bohr- bzw. Ankerstange zum Einbringen derselben in das Bohriochinnere nach einem Aufweiten des Spreizelements zusätzlich und insbesondere gleichzeitig, die auf der Bohr- bzw. Ankerstange angeordnete Ankerpiatte, welche mittels einer ein Innengewinde aufweisenden Mutter an der Ankerstange festgelegt ist, zu verspannen. Bei einer derartigen Verfahrensführung erübrigt es sich somit, nicht nur die Ankerstange abzulängen, sondern es gelingt auch in einem einzigen Verfahrensschritt, sämtliche Elemente, welche für ein Festlegen eines Ankers in Boden- oder Gesteinsmateriai erforderlich sind, einzubringen bzw. festzulegen. Um gegebenenfalls auch ein in das Bohrlochinnere einzubringendes, aushärtendes
Material mit Sicherheit in dem Bohrloch zu halten und einen Materialverbund mit der Ankerstange und dem Bohrloch zu gewährleisten, wird, wie dies einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, das Verfahren so geführt, dass für ein Abdichten des Bohrlochs zum Äußeren ein in Richtung zum Bohrlochinneren an der Ankerplatte anliegender Bohrlochverschluss gleichzeitig mit dem Verspannen der Ankerpiatte in das Bohrloch eingebracht wird. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung zum Bohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial und zum Festlegen eines Ankers in dem Bohrloch im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweitelement an seinem zum Bohrlochinneren gewandten Endbereich mit wenigstens einer Ausnehmung ausgebildet ist, welche mit wenigstens einem in diese Ausnehmung eingreifenden, über die Außenkontur der Bohr- bzw. Ankerstange vorragenden Scherstift zusammenwirkt. Indem das Aufweitelement an seinem zum Bohrlochinneren gewandten Endbereich mit wenigstens einer Ausnehmung ausgebildet ist, welche mit wenigstens einem in diese Ausnehmung eingreifenden über die Außenkontur der Bohr- bzw. Ankerstange vorragenden Scherstift zusammenwirkt, gelingt es einerseits, das Aufweit- element während des Zurückziehens der Bohr- bzw. Ankerstange sicher in das Innere des Spreizelements zurückzuziehen bzw. mitzuführen und andererseits kann bei einem neuerlichen Einbringen der Bohr- bzw. Ankerstange in das Innere des Bohrlochs durch ein einfaches Abdrehen des Scherstifts ausschließlich die Bohrstange in das Innere eingebracht werden und das Aufweiteiement wird in einem sicheren Verbund mit dem Spreizelement gehalten und somit eine Verankerung des Ankers an der Bohrlochwan- dung sichergestellt. indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, die Bohr- bzw. Ankerstange als Gewindestange ausgebildet ist und die Gewindestange mit einem Innengewinde des Aufweitelements zusammenwirkt, gelingt es, die Bewegung des Zurückziehens der Bohr- bzw. Ankerstange und das neuerliche Eindrehen derselben in das Bohriochsnnere noch zuverlässiger auszubilden, da ein unbeabsichtigtes Verschieben des Aufweitelements an der Bohrstange mit Sicherheit hinangehalten ist.
Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das Gewinde des Aufweitelements sich über einen Teilbereich der Länge des Aufweitelements erstreckt, geiingt es insbesondere die keilförmig zulaufenden Teile des Aufweitelements frei von einem Gewinde zu halten und somit nicht unnötig weiter zu schwächen und trotzdem einen sicheren Halt des Aufweitelements an der Ankerstange zur Verfügung zu stellen.
Ein besonders einfaches Aufweiten des Spreizelements geiingt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, dass das Spreizelement als Federhülse ausgebildet ist, welche einen sich wenigstens über einen Teil in der Länge erstreckenden Schlitz aufweist. Mit einer derartigen Vorrichtung geiingt es einerseits, einen sicheren Halt des Spreszelements an der Ankerstange und andererseits ein zuverlässiges Verspreizen desselben an der Bohrlochwandung zur Verfügung zu stellen. Eine derartige Federhülse kann hierbei entweder mit einer glatten Außenkontur oder mit einer gezahnten Außenkontur nach Art eines "Dübels" ausgebildet sein.
Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht, die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Bohr- bzw. Ankerstange mit der Einbringvorrichtung für die Bohr- bzw. Ankerstange über eine Mutter zum Festlegen der Ankerplatte wechselwirkt, geiingt es einerseits, sämtliche für das Ausbilden einer Verankerung erforderlichen Teile in einem Arbeitsschritt einzubringen und andererseits eine Minimierung der für das Setzen eines Ankers erforderlichen Elemente zu erreichen. Eine derartige Mutter ist, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Innen- und ein Außengewinde aufweist. Mit einer derartigen Ausbildung gelingt es, die Mutter über das Innengewinde an der als Gewindestange ausgebildeten Ankerstange beliebig zu einer Verdrehung zu beaufschlagen und somit beispielsweise die Ankerplatte an dem Bohrlochäußeren festzulegen und andererseits durch ein Angreifen der Einbringvorrichtung an dem Außengewinde die gesamte Vorrichtung sicher und zuverlässig in das Bohrlochinnere einzubringen bzw. um den erforderlichen Weg für ein Aufspreizen des Spreizelements zu- rückzuziehen und in der Folge neuerlich einzudrehen.
Insbesondere um eine Automatisierung des Einbringens einer Bohr- bzw. Ankerstange zu erzielen und um in einem Arbeitsgang sämtliche Elemente, welche für das Ausbilden einer Verankerung erforderlich sind, einzubringen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an der Bohr- bzw. Ankerstange ein an der Ankerplatte anliegender im Wesentlichen kegelstumpfförmiger Bohrlochverschluss angeordnet.
Um ein zuverlässiges Aufweiten des Spreszelements sicherzustellen, ist die erfindungs- gemäße Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass in an sich bekannter Weise an der Bohr- bzw. Ankerstange eine mit der Bohr- bzw. Ankerstange verpresste Anschlagmuffe für das Spreizelement vorgesehen ist. Durch eine derartige Vorrichtung wird ein zuverlässiges Aufspreizen des Spreizelements und somit eine sichere Anlage an der Bohrlochinnenwand gewährleistet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, in diesem zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausbilden eines Bohrlochs sowie zum Festlegen der Bohr- bzw. Ankerstange im Inneren des gebildeten Bohrlochs,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Variante der Vorrichtung von Fig. 1 , Fig. 3 eine schematische Ansicht teilweise im Schnitt der Vorrichtung von Fig. 2 in dem an der Bohrlochwandung festgelegten Zustand, und
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Bohrlochverschlusses.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Bohr- bzw. Ankerstange bezeichnet, an deren zu einem Bohrlochinneren 15 gerichteten Ende eine Bohrkrone 2 unverlängerbar festgelegt ist. Die Bohr- bzw. Ankerstange 1 ist hierbei über ihre gesamte Länge als Gewindestange ausgebildet, auf welcher ein Aufweitelement 3 so festgelegt ist, dass die in dem Aufweitelement 3 ausgebildeten Ausnehmungen 4 einen über einen Außenumfang der Bohrbzw. Ankerstange 1 vorragenden Scherstift 5 übergreifen. Die Aufweitelemente 3 können hierbei entweder zur Gänze oder wenigstens teilweise in ihrem innenumfang, wel- eher in der Zeichnung nicht ersichtlich ist, mit einem mit dem Gewinde 6 der Bohr- bzw. Ankerstange 1 zusammenwirkenden Gewinde ausgebildet sein. Eine derartige Ausbildung stellt ein unverlierbares Halten des Aufweitelements 3 an seiner gewählten Position sicher und verhindert insbesondere ein unbeabsichtigtes Abreißen des Scherstifts 5.
In Abstand von dem Aufweitelement 3 ist an der Bohr- bzw. Ankerstange 1 ein Spreiz- eiement 7, welches über einen Teil seiner Länge mit einem Längsschlitz 8 versehen ist, mittels einer auf der Bohr- bzw. Ankerstange 1 verpressten Muffe 9 gehalten. Das Spreizefement 7 ist hierbei so ausgebildet, dass der Längsschütz 8 sich lediglich über einen Teil der Länge des Spreizelements 7 erstreckt und dass der zur Bohrlochwand gerichtete Teil des Spreizelements 7 mit einer Art Verzahnung 10 ausgebildet ist. Die Verzahnung 10 ist hierbei für einen besseren Eingriff in die Bohrlochwandung vorgesehen. An ihrem zum Bohrlochäußeren gewandten Endbereich ist die Bohrstange 1 mit einem
Verschlusselement 11 für das Bohrloch, einer an dem Verschlusselement 11 anliegenden Ankerplatte 12 sowie einer Mutter 13, welche als Ansatzelement für eine schematisch angedeutete Einbringvorrichtung 14 vorgesehen ist, versehen. Das Verschlusselement 1 1 ist hierbei in Form eines Kegels ausgebildet, welcher sich zum Bohrlochin-neren verjüngt, um das gebildete Bohrloch sicher und zuverlässig abzudichten. Die An- kerplatte 12 kann eine herkömmliche Ankerplatte 12 sein, welche durch eine Druckbelastung von außen beispielsweise an einer Tunnelwand in Anlage gebracht wird.
Die ais Ansatzelement für die Einbringvorrichtung 14 ausgebildete Mutter 13 kann hier- bei als eine Mutter 13 mit sowohl einem Innengewinde als auch einem Außengewinde ausgebildet sein, um einerseits sicher und zuverlässig an der Ankerstange 1 geführt zu werden, und andererseits einen sicheren Angriff der Einbringvorrichtung 14 an der Außenoberfläche der Mutter 13 zu gewährleisten. Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 sind die Bezugszeichen von Fig. 1 soweit als möglich beibehalten.
Die Ausbildung von Fig. 2 unterscheidet sich hierbei von jener gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, dass das Spreizelement 7 als eine mit einem durchgehenden Schlitz 8 ausge- bildete Federhülse ausgebildet ist. Weiterhin weist das als Federhülse ausgebildete Spreizelement 7 an seinem Außenumfang keinerlei Strukturierung bzw. Konturierung auf.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 3, welche die Vorrichtung gemäß Fig. 2 in dem im Bohriochinneren 15 verspannten in Anlage der Bohrlochwand gehaltenen Zustand zeigt, sind wiederum die Bezugszeichen der Fig. 1 und Fig. 2 beibehalten. Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist hiermit entnehmbar, dass nach einem Zurückziehen des Aufweitelements 3 in das Spreizelement 7 und einem neuerlichen Einbringen in das Bohrloch die Bohrkrone 1 sich in Anlage an dem Bohriochinneren 15 befindet. Hierfür wurde in einem ersten Schritt die Bohr- bzw. Ankerstange 1 gemeinsam mit der Bohrkrone 2 sowie dem Aufweitelement 3 in das Innere des Spreizelements 7 zurückgezogen, wobei eine axiale Verschiebung in Richtung zum Bohrlochäußeren des Spreizelements 7 durch das Vorsehen der mit der Ankerstange 1 verpressten Muffe 9 verhindert ist. Durch das Einbringen des Aufweitelements 3 wird das Spreizelement 7 so weit aufge- weitet, bis es sich in Anlage an der schematisch mit 16 bezeichneten Bohrlochwand befindet. Nach Beendigung des Aufwettvorgangs wird das Bohrgestänge 1 durch eine neuerliche Beaufschlagung, insbesondere drehende Beaufschlagung mittels einer in Fig. 3 nicht dargestellten Einbringvorrichtung 14, welche an der Mutter 13 angreift, wiederum in Richtung zum Bohriochinneren 15 beaufschlagt. Bei dieser drehenden Be- aufschlagung wird nun aufgrund der in radialer Richtung wirkenden Kräfte des Spreizelements 7 auf das Aufweitelement 3 eine Verdrehung des Aufweitelements 3 im Inne- ren des Spreizelements 7 verhindert und durch die drehende Beaufschlagung der Bohrstange 1 wird ausschließlich der in Fig. 3 nicht mehr ersichtliche Scherstift 5 abgerissen, so dass die Bohrstange 1 sich im Inneren des Aufweitelements 3 nunmehr frei drehen kann. Die Drehbewegung der Bohrstrange 1 wird hierbei so weit fortgeführt, bis die Bohrkrone 2 sich in Anlage an der Bohrlochwandung 15 befindet. Während diesem neuerlichen Eindrehen der Bohrstange 1 in das Bohrlochinnere 15 werden gleichzeitig mit der Mutter 13 die Ankerplatte 12 sowie das Verschlusselement 1 1 beaufschlagt, so dass diese beiden Element das ausgebildete Bohrloch von außen abschließen. Mit einer derartigen Vorrichtung gelingt es somit einerseits, die Bohr- bzw. Ankerstange 1 über die gesamte Länge des ausgebildeten Bohrlochs in das Bohrloch einzubringen und somit ein Herausragen eines Endes der Ankerstange 1 aus dem gebildeten Bohrloch mit Sicherheit hintanzuhalten, und andererseits in einem einzigen Arbeitsvorgang sämtliche für die Ausbildung eines Bohrlochs und die Festlegung einer Verankerung in dem Bohrloch nötigen Arbeits schritte durchzuführen.
In Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung, teilweise in der Perspektive einer möglichen Variante eines Bohrlochverschlusses 1 1 gezeigt. Der Bohrlochverschluss 1 1 ist hierbei über Innengewinde 17 an der Bohr- bzw. Ankerstange 1 zu einer drehenden Bewegung gelagert und weist einen in Richtung zum Bohrlochäußeren sich vergrößernden Durchmesser aufgrund der konischen Ausbildung des Bohriochverschlusses 1 1 auf. Mit einer derartigen Vorrichtung gelingt es nicht nur ein Bohrloch auszubilden, sondern auch dieses gegen ein unbeabsichtigtes Austreten von Material bzw. auch ein unbeabsichtigtes Austreten von gegebenenfalls gleichzeitig mit der Ausbildung der Verankerung einzubringenden, aushärtenden Material, wie Zementmilch zu sichern.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Bohren von Löchern in Boden- bzw. Gesteinsmaterial und zum Festlegen eines Ankers in einem Bohrloch, wobei ein an einer Bohr- bzw. Ankerstange (1) festgelegtes Aufweitelement (3) sowie ein aufzuweitendes, insbesondere hülsenförmi- ges Spreizelement (7) mit der mit einer Bohrkrone (2) versehenen Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) gleichzeitig mit der Ausbildung des Bohrlochs in das Boden- bzw. Gesteinsmaterial, insbesondere durch ein drehendes und schlagendes bzw. drehendes Bohren eingebracht wird, das Spreizelement (7) nach Fertigstellung des Bohrlochs durch ein Zurückziehen der Bohr- bzw. Ankerstange (1) und des daran angeordneten Aufweitelements (3) in das Innere des Spreizelements (7) in Anlage an die Bohrlochwand aufgeweitet wird und die Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) an ihrem aus dem Bohrloch ragenden Ende mit einer Ankerplatte (12) an einer Bohrlochaußenseite gesichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) nach dem Aufweiten des Spreiz- elements (7) durch eine drehende Bewegung in Richtung zum Bohrlochinneren (15) bis zu einem Anschlagen an das Bohrlochinnere (15) beaufschlagt wird und dass die Bohrbzw. Ankerstange (1) durch ein Verspannen der Ankerpiaite (12) mitteis einer als Ansatzelement für eine Einbringvorrichtung (14) ausgebildeten Mutter (13) an dem Bohr- iochäußeren festgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr- bzw. Ankerstange (1) nach dem Aufweiten des Spreizelements (7) durch ein Beaufschlagen bis zum Bruch eines an der Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) festgelegten bzw. diese durchsetzenden in eine Ausnehmung (4) des Aufweitelements (3) vorragenden Scherstifts (5) in das Bohrlochinnere (15) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Gewindestange ausgebildete Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) für das Beaufschlagen des Scherstifts (5) ausschließlich drehend beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (12) durch das ausschließlich drehende Beaufschlagen der auf der Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) mittels eines Innengewindes festgelegten Mutter (13) an dem Bohrlochäußeren verspannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Abdichten des Bohrlochs zum Äußeren ein in Richtung zum Bohrlochinneren (15) an der Ankerplatte (12) anliegender Bohrlochverschluss (1 1 ) gleichzeitig mit dem Verspannen der Ankerplatte (12) in das Bohrloch eingebracht wird.
6. Vorrichtung zum Bohren von Löchern in Boden- bzw. Gesteinsmaterial und zum Festlegen eines Ankers in einem Bohrloch, umfassend eine an einer Bohr- bzw. Ankerstange (1) festgelegte Bohrkrone (2) sowie ein an der Bohr- bzw. Ankerstange (1) festgelegtes Aufweitelement (3) und ein aufweitbares, insbesondere hülsenförmigen Spreizelement (7), wobei an der Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) an dem dem Bohrlochäußeren zuwandten Endbereich eine Ankerplatte (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweitelement (3) an seinem zum Bohrlochinneren (15) gewandten Endbereich mit wenigstens einer Ausnehmung (4) ausgebildet ist, welche mit wenigstens einem in diese Ausnehmung (4) eingreifenden, über die Außenkontur der Bohr- bzw. Ankerstange (1) vorragenden Scherstift (5) zusammenwirkt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) als Gewindestange ausgebildet ist und dass die Gewindestange mit einem Innengewinde des Aufweitelements (3) zusammenwirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde des Aufweiteiements (3) sich über einen Teilbereich der Länge des Aufweitelements (3) erstreckt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dass das Spreizelement (7) als Federhülse ausgebildet ist, welche einen sich wenigstens über einen Teil ihrer Länge erstreckenden Schlitz (8) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) mit der Einbringvorrichtung (14) über die Mutter (13) zum
Festlegen der Ankerpiatte (12) wechselwirkt.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (13) ein Innen- und ein Außengewinde aufweist. 12, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) ein an der Ankerplatte (12) anliegender im Wesentlichen kegelstumpfförmiger Bohrlochverschluss (17) angeordnet ist. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise an der Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) eine mit der Bohr- bzw. Ankerstange (1 ) verpresste Anschlagmuffe (9) für das Spreizeiement (7) vorgesehen ist.
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