SE512113C2 - Förfarande och anordning för injektering av härdbara massor i hålrum varvid massan sätts i vibration - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512113 2 san är ändamålsstridig. Sålunda föreligger en uttalad tendens att bruket under inverkan av det höga trycket avvattnas på ett sätt som motverkar inträngning av själva cementpartiklarna i bergsstrukturens allra finaste kanaler. För att bättre förstå detta avvattningsfenomen kan det tankeexperimentet göras att blandningsmassan av vatten och de fina, fasta cementpartiklarna tillförs en säck med porösa, vätskegenomträngliga väggar, var- efter massan sätts under tryck. Eftersom vattnet är lättfly- tande och följer minsta motstàndets lag kommer i första hand just vattnet att passera porerna i säckväggen, medan majorite- ten av de fasta partiklarna kvarblir i säcken utan att följa med vattnet. På samma sätt förhåller sig cementmassan då den- samma injekteras med högt tryck i borrade rum i berg eller jord. Det grova borrhålet fylls snabbt och enkelt ut av cement- massan, men när massan därefter skall passera ut i de finare kanalerna i anslutning till hålet avvattnas massan så att i första hand själva vattnet tränger in i kanalerna. Visserligen kommer även de fasta cementpartiklarna att delvis tränga in i kanalerna, men ju längre och finare dessa är desto mer uttalad blir tendensen att de innersta och längst från borrhålet befintliga kanalpartierna fylls med eller passeras av vatten, medan cementpartiklarna hejdas närmare borrhàlrummet. Resulta- tet av en medioker fyllnadsgrad i bergstrukturens finaste kanaler blir naturligtvis en struktur med måttlig täthet och styrka.

Upnfinninqens svften och särdraq Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda brist vid tidigare känd injekteringsteknik. Ett grund- läggande syfte med uppfinningen är därför att skapa ett injek- teringsförfarande som förmår ge avsevärt förbättrad täthet i sådana berg- eller jordstrukturer som inbegriper såväl fina som långa kanaler i form av sprickor, porer och liknande.

Enligt uppfinningen nås ovannämnda syften medelst de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Ett fördelaktigt utförande av det uppfinningsenliga förfarandet definieras i det osjälvständiga kravet 2.

I en andra aspekt hänför sig uppfinningen även till en anordning med vars hjälp förfarandet låter sig genomföras på W U 20 25 30 35 512115 3 ett enkelt sätt. Särdragen hos denna anordning framgår av patentkravet 3. Ett fördelaktigt utförande av den uppfinnings- enliga anordningen är vidare definierad i det osjälvständiga patentkravet 4.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en längdsektion genom en injekteringsanordning enligt uppfinningen, Fig 2 en partiell längdsektion genom ett alternativt utförande av anordningen, varvid en expanderbar ring visas i ett utgångsläge, Fig 3 en analog längdsektion visande samma ring i ett expande- rat, fixerande tillstànd, Fig 4 en sektion visande anordningen enligt fig 1 i ett till- stånd omedelbart före införande i ett borrat hål, Fig 5 en sektion visande samma anordning införd i borrhàlet, varvid bruk injekteras i detta, och Fig 6 en sektion visande borrhålet efter avslutad injektering.

Detalieradibeskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen Den i fig 1 visade anordningen inbegriper ett i sin hel- het med 1 betecknat injekteringsrör vilket uppvisar en främre ände 2 och en bakre ände 3. Rörets inre 4 öppnar sig vid den främre änden 2 i en mynning 5 genom vilken cementbruk eller annan injekteringsmassa kan matas ut ur röret. Mynningen 5 bil- dar sålunda ett utlopp för bruket.

I området av injekteringsrörets främre ände är anordnad en elastisk och expanderbar ring 6, t ex av gummi. Denna gummi- ring är anordnad utanpå en koniskt avsmalnande hylsa 7 som är förbunden med en manschett 8, vilken i sin tur är vridstyvt förbunden med en mutter 9 vars invändiga gänga står i ingrepp med en utvändig gänga 10 på injekteringsröret. Med hjälp av muttern kan manschetten och hylsan förskjutas axiellt utmed injekteringsröret, varvid hylsans 7 konicitet utnyttjas för att expandera gummiringen 6. Expansion av gummiringen 6 har den dubbla funktionen att dels fixera injekteringsröret i önskat hàlrum, dels avtäta den ringformiga passagen mellan injekte- ringsrörets utsida och hàlrummets insida. n.

N U 20 25 35 512115 4 I fig 2 och 3 visas ett alternativt utförande vid vilket en gummiring 6' är anordnad direkt utanpå injekteringsröret 1, närmare bestämt mellan en axiellt rörlig manschett 8' och en fast stoppring 11. Då manschetten 8' är fjärmad från stopp- ringen 11, såsom visas i fig 2, har gummiringen 6' minimal yttre diameter. Då manschetten med hjälp av den förskruvbara muttern 9 förflyttas axiellt i riktning mot stoppringen, såsom visas i fig 3, pressas gummiringen 6' ihop i axiell riktning, varvid ytterdiametern ökar. På så sätt kan ringen 6' fixera och avtäta injekteringsröret i förekommande hålrum.

I fig 1 visas hurusom en slang 12 år ansluten till injekteringsanordningen. Genom denna slang kan bruket eller massan tillföras från en yttre källa (icke visad), som inbegri- per en för ändamålet lämpad pump.

Så långt den uppfinningenliga anordningen hittills beskrivits är densamma i allt väsentligt tidigare känd. Vid tidigare kända injekteringsanordningar har emellertid tillför- selslangen eller -ledningen 12 varit ansluten till den bakre änden av injekteringsröret 1 i axiell förlängning av detta.

Härjämte har cementbruket tillförts under högt tryck, (10-20 kg/cmÜ.

Karakteristiskt för den uppfinningsenliga anordningen är att ett grenrör 13 är anslutet till det egentliga injekterings- röret 1, närmare bestämt i en punkt på visst avstånd från injekteringsrörets bakre ände 3. Vid en fri, från injekterings- röret fjärmad ände uppvisar detta grenrör 13 en med 14 beteck- nad inloppsmynning. I praktiken är denna mynning innesluten i en schematiskt visad koppling 15 för hopkoppling av slangen 12 med grenröret. I eller i anslutning till kopplingen 15 kan med fördel även finnas en avstängningsventil (ej visad).

I området av rörets 1 bakre ände finns en gavelvägg eller ett gavelstycke 16 med ett lämpligen centralt beläget, genomgående lopp 17. I detta lopp är anordnad en fram och äter rörlig kropp 18. Denna kropp har långsmal form och karaktären av en kolv, som kan utgöras av exempelvis en cylindrisk stång.

En första ände 18' av denna kolv är belägen innanför gavel- stycket 16, medan en motsatt ände 18" är belägen utanför gavel- stycket 16. Det utanför gavelstycket befintliga ändpartiet 18" kan anslutas till en (icke visad) slagmekanism, t ex en konven- 10 15 20 25 30 35 512113 5 tionell spettmaskin. Vid 19, 20 visas schematiskt två stopp- organ som har till uppgift att förhindra att kolven faller ur tillhörande lopp. Med hjälp av slagmekanismen kan kolven för- sättas i snabba, intermittenta rörelser som påför det i injek- teringsrörets inre befintliga bruket stötrörelser som försätter bruket i vibration. Med fördel är kolvens 18 främre ändparti 18' lokaliserat ungefär i skärningspunkten mellan det vinkel- ställda grenröret 13 och själva injekteringsröret 1. Ehuru grenrörets 13 vinkel relativt injekteringsröret kan variera högst avsevärt, bör densamma i praktiken ligga inom området 30- 60°, varvid grenröret sträcker sig snett utåt/bakåt från injek- teringsröret.

I injekteringsrörets 1 cylindervägg kan vara anordnad en avluftningsventil 21 som normalt är stängd, men som vid behov kan öppnas i och för avluftning av injekteringsrörets inre.

Nu hänvisas till fig 4-6 som illustrerar det uppfin- ningsenliga förfarandet.

I fig 4 visas hurusom ett hàlrum 22 förefinns i en berg- vägg 23 som i detta exempel tânkes sträcka sig vertikalt. Hål- rummet 22 har ástadkommits genom borrning, varför detsamma upp- visar cylindrisk grundform. Med 24 betecknas en spricka som visas i överdrivet stor skala. I praktiken förefinns i berg med jämförelsevis lucker struktur en mångfald olika, små sprickor eller porer vilka kommunicerar dels inbördes, dels med hålrum- met 22. Ändamålet med injektering är att förstärka bergväggens ytskikt genom att i möjligaste mån fylla ut de sprickor, porer eller andra fina kanaler som förefinns i bergets ytskikt i anslutning till väggen 23. Djupet hos detta ytskikt kan ligga inom området 0,5-1 m.

I fig 4 visas anordningen enligt fig 1 i ett tomt till- stånd utanför hålrummet 22, varvid en schematiskt illustrerad slagmekanism 25 visas ansluten till vibrationsstången 18.

I fig 5 visas anordningen med injekteringsrörets 1 främre ändparti infört i hàlrummet 22. I ett första steg efter införande bringas gummiringen 6 att expandera tills densamma med stor kraft anpressas mot hålrummets 22 insida. Härigenom fixeras injekteringsröret i hålrummet samtidigt som den ring- formiga passagen mellan rörets utsida och hålrummets insida avtätas. I nästa steg tillförs cementbruk 26 till injekterings- 10 15 20 25 30 35 512113 6 rörets inre via tillförselslangen 12 och grenröret 13. Enligt uppfinningen skall bruket matas in under lågt tryck, t ex inom omrâdet 2-8, lämpligen 3-5 kg/cmz. Samtidigt som bruket förs in i injekteringsröret aktiveras slagmekanismen 25, vilken försät- ter kolven 18 i rörelse fram och åter, närmare bestämt i inter- mittenta, snabba rörelser. Detta får till följd att det till injekteringsrörets inre ankommande cementbruket underkastas axiellt riktade stötrörelser, vilka fortplantar sig axiellt i den i injekteringsröret resp. hàlrummet 22 inneslutna cement- brukssträngen och fràn denna vidare ut i de finare kanalerna 24 i berget i anslutning till hàlrummet 22. Genom att cementbruket tillförs hàlrummet under lågt tryck undanröjs den risk för avvattning av bruket som är karakteristisk för bruk som utsätts för höga tryck. Konsekvensen härav blir att bruket bibehåller sin homogenitet även in i de finare kanaler i berget som kommu- nicerar med hàlrummet. Härvid har de vibrationer som páförs bruket visat sig medföra att brukets fasta partiklar tränger in pà ett effektivt sätt i kanalerna. Det nätverk av inbördes kom- municerande, fina kanaler i form av sprickor och porer som ingår i berget fylls därför ut i huvudsak fullständigt under àstadkommande av stor styrka och täthet i det ytskikt av berget som omger det enskilda, injekterade hàlrummet.

För att ytterligare effektivisera injekteringen är det enligt uppfinningen även tänkbart att utnyttja den uppfinnings- enliga anordningen för renspolning av bergets fina kanaler före injektering. Vid dylik spolning fixeras och tätas injekterings- röret 1 på samma sätt som ovan beskrivits, men i stället för cementbruk matas vatten in i detsamma och vidare ut i hàlrummet jämte det komplicerade nätverk av fina kanaler som kommunicerar med hàlrummet. Utförda prov har visat att spolning under 10 à 20 minuter är tillräcklig för att effektivt avlägsna lösa par- tiklar ur kanalsystemet inne i berget. Efter verkställd spol- ning kan torkning ske under lämplig tid.

I fig 6 visas hurusom det injekterade hàlrummet kan för- slutas medelst en propp 27, t ex av trä eller gummi, sedan cementbruket börjat stelna och injekteringsröret avlägsnats ur hàlrummet.

I stället för just cementbruk är det även möjligt att använda andra massor som låter sig härdas och stelna efter att 512115 7 initialt ha haft flytande form. När det gäller just injektering av berg föredras dock ett rent cementbruk med ytterst finmalda cementpartiklar. Uppfinningen kan även tillämpas för injekte- ring av jordmassor eller byggnadskonstruktioner av tegel, betong och liknande, varvid andra injekteringsmassor kan bli aktuella.

Claims (4)

10 15 20 25 30 512113 Patentkrav

1. Förfarande för injektering av härdbara massor i hàlrum (22) med hjälp av ett injekteringsrör (l) med främre och bakre ändar (2, 3), och med dels en inloppsmynning (14) genom vilken massa i flytande form utifrån matas in i rörets inre, dels en i rörets främre ände (2) befintlig utloppsmynning (5) genom vil- ken massan matas vidare in i det hàlrum (22) som skall injekte- ras, varvid röret (1) fixeras och avtätas i hålrummet med hjälp av en elastisk, expanderbar ring (6) pà rörets utsida, k ä n n e t e c k n a t därav, att den flytande massan (26) tillförs under lågt tryck till injekteringsrörets (1) inre via ett grenrör (13) som är anslutet till injekteringsröret i en punkt på avstånd från injekteringsrörets bakre ände, (3) och underkastas intermittenta och axiellt relativt injekteringsrö- ret riktade stötrörelser som försätter densamma i vibration.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det enskilda hålrummet (22) jämte med detta kommunicerande, finare kanaler (24), såsom sprickor, porer och liknande, i ett steg före injektering renspolas med vatten som tillförs hàlrum- met via sagda injekteringsrör (1) och grenrör (13), och som - i analogi med den härdbara massan - underkastas intermittenta och axiellt relativt injekteringsröret riktade stötrörelser som försätter vattnet i vibration.

3. Anordning för injektering av härdbara massor i hàlrum, inne- fattande ett injekteringsrör (1) med främre och bakre ändar (2, 3), och med dels en inloppsmynning (14) för att utifrån till- föra massa i flytande form till injekteringsrörets inre, dels en i injekteringsrörets främre ände (2) befintlig utloppsmyn- ning (5) för att mata massan vidare in i det hàlrum (22) som skall injekteras, varvid injekteringsröret på sin utsida uppvi- sar åtminstone en elastisk, expanderbar ring (6, 6') för fixe- ring och avtätning av detsamma i hàlrummet, k ä n n e t e c k n a d därav, att inloppsmynningen (14) ingår i ett grenrör (13) som är anslutet till injekteringsröret i en punkt pà avstånd från dettas bakre ände (3), och att i ett bakre gavelstycke (16) till injekteringsröret är urtaget ett lopp (17) för en fram och åter relativt gavelstycket rörlig 512 113 9 kropp (18) med uppgift att pàföra den inuti injekteringsröret befintliga massan intermittenta och axiellt relativt injekte- ringsröret riktade stötrörelser som försätter massan i vibra- tion.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att sagda kropp utgörs av en lángsmal kolv (18) som har ett första ändparti (18') beläget innanför gavelstycket (16) och ett andra ändparti (18") beläget utanför gavelstycket i och för anslut- ning till en slagmekanism (25).