WO2008031120A1

WO2008031120A1 - Korrosionsgeschützter anker

Info

Publication number: WO2008031120A1
Application number: PCT/AT2007/000403
Authority: WO
Inventors: Michael Hosp; Michael Meidl; François Charette
Original assignee: Atlas Copco Mai Gmbh
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2008-03-20

Abstract

Um Anker vor Korrosion durch aggressive Wässer im Untergrund zu schützen, wird dem Anker (1) eine mit ihm elektrisch leitend verbundene Opferanode (6) zugeordnet. Diese Opferanode (6) kann bei Reibrohrankern ein Stab oder ein Rohr sein, der in der omega-artigen Falte (9) des Rohres (1) aufgenommen ist. Bei Bohrankern kann die Opferanode (6) eine Hülse nach Art einer Muffe sein, die auf das Außengewinde von Ankerstangen/Ankerrohren (10) geschraubt ist.

Description

Korrosionsgeschützter Anker

Die Erfindung betrifft einen korrosionsgeschützten Anker. Anker der hier in Betracht gezogenen Gattung werden zum Fest- legen bzw. Sichern von Gestein (Gebirge) und Boden verwendet. Solche Anker werden in der Regel in dem zu sichernden Bereich in größerer Anzahl gesetzt und werden beispielsweise im Tunnelbau oder zur Hangsicherung verwendet.

Anker der im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogenen Art sind beispielsweise Bohranker oder Injektionsbohranker oder Anker mit aufweitbaren Teilen (sofort wirkende Reibrohranker, auch "mit Wasser oder einem anderen Medium expandierbare Reibrohranker", z.B. Anker des Typs "Swellex" von Atlas Copco - vgl. WO2005/073510A -) , die gegebenenfalls mit Injektionsbohrankern kombiniert sein können ("Swellex Hybrid"), oder schließlich auch Bohrsysteme, z.B. verrohrte Hammerbohrungen, mit großem Durchmesser, bei welchen ein Hüllrohr und ein Teil der Bohrkrone nach dem Bohren des Loches im Boden/Gebirge verbleibt (sogenannte "Symmetrix-Systeme" von Atlas Copco) . Mögliche Anwendungen von solchen verrohrten Bohrsystemen und von Injektionsbohrankern sind:

- "Rohrschirmsystem" (horizontal oder mit leichter Neigung nach oben eng nebeneinander) als künstliche Firste (= Tunneldecke)

- "Reibpfahl", wenn vertikal oder nach unten geneigt eingebracht.

Anker sind, insbesondere wenn in dem zu sichernden Untergrund Wasser auftritt, einer erheblichen Korrosion ausgesetzt, welche ihre

Lebensdauer beeinträchtigt, sodass die Anker früher oder später die ihnen zugeordnete Funktion der Sicherung nicht mehr oder nur mehr teilweise erfüllen können.

Ein Problem bei Ankern der hier in Betracht gezogenen Art ist es, dass diese praktisch nicht vor Korrosion geschützt werden können und die Verwendung von korrosionssicheren Werkstoffen aus Kostengründen nur in Ausnahmefällen, wenn überhaupt, in Betracht kommt. Auch das Aufbringen von Korrosionsschutzüberzügen, wie Verzinken und Beschichten mit Kunststoff, ist nicht nur aufwändig, sondern auch teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen korrosionsgeschützten Anker der eingangs genannten Gattung vorzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Anker, welcher die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, dass dem Anker erfindungsgemäß eine Opferanode zugeordnet ist, ist der Anker selbst jedenfalls bis zum Aufbrauch der Opferanode durch kathodischen Korrosionsschutz vor Korrosion ge- schützt. Beim erfindungsgemäßen kathodischen Korrosionsschutz unter Verwendung einer Opferanode wird der Anker zur Kathode gemacht, indem die Opferanode mit dem Anker (elektrisch) leitend verbunden ist. Von der Opferanode, die den Pluspol einer natürlichen elektrischen Zelle bildet, fließt ein Strom zu dem zu schützenden Anker (= Kathode) und verhindert dessen Korrosion. Die Opferanode verzehrt sich unter Abgabe des Schutzstromes allmählich. Der kathodische Korrosionsschutz beruht darauf, dass durch einen Polarisationsstrom das Korrosionspotential des zu schützenden Ankers in Richtung auf das Gleichgewichtspotential der Metallauflösung verschoben wird. In praktischen Ausführungsformen kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass die Opferanode aus Aluminium, Zink oder Magnesium besteht. Die Opferanode kann auch aus einer Legierung, insbesondere einer Magnesiumlegierung bestehen. Beispielsweise bewährt sich eine Opferanode aus einer Zink- oder Magnesiumlegierung, beispielsweise aus einer Legierung aus 91% Magnesium, 6% Aluminium und 3% Zink.

Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Opferanode ein auf beliebige Art und Weise mit dem zu schützenden Anker elektrisch leitend verbundener Bauteil ist.

Im Falle von Reibrohrankern mit aufweitbaren Rohren kann die Opferanode ein Stab oder ein Rohr sein, der/das zunächst in der Falte des aufweitbaren Rohres aufgenommen ist und nach dem Aufweiten des Rohres von diesem gegen die Wandung des Bohrloches gepresst wird und dicht an der Außenseite des aufgeweiteten Rohres des Reibrohrankers anliegt, sodass die elektrisch leitende Verbindung gewähr- leistet ist. Eine rohrförmige Opferanode kann auch einen Längsschlitz aufweisen, der über einen Teil oder die ganze Länge der Opferanode reicht.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Opferanode rohrförmig ausgebildet ist und über das noch nicht aufgeweitete Rohr des Reibrohrankers gesteckt ist. Die rohrförmige Opferanode, die einen Längsschlitz aufweisen kann, wird vom entfalteten (aufgeweiteten) Rohr des Reibrohrankers im Bohrloch an einer bestimmten Stelle gehalten. Bei der Ausführungsform einer Opferanode in Form eines Rohres ist bevorzugt, dass das die Opfer- anode bildende Rohr kürzer ist als das Rohr des Reibrohrankers, damit zwischen dem Reibrohranker und der Bohrlochwand ein hinreichender Reibschluss entstehen kann.

Im Fall von Bohrankern oder Injektionsbohrankern kann die Opferanode ein Rohrstück sein, das über eine Ankerstange oder ein Ankerrohr des (Injektions-) Bohrankers gesteckt ist. Das als Opferanode dienende Rohrstück kann mit einem Innengewinde versehen sein, oder es ist. einfach ein (innen glattes) Überschubrohr .

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher die rohrförmi- ge Opferanode ein Innengewinde aufweist, und über das für gewöhnlich gerollte Gewinde der Ankerstange (des Ankerrohres) geschraubt wird, sodass die für die Wirkung der Opferanode erforderliche, elektrisch leitende Verbindung zwischen Opferanode einerseits und Ankerstange (Ankerrohr) anderseits gewährleistet ist.

Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung auch in Be- tracht gezogen ist, einen Anker mit mehreren Opferanoden zu verbinden.

Die Größe der erfindungsgemäß einem Anker zugeordneten Opferanode (n) richtet sich nach den örtlichen Bedingungen und der erwarteten chemischen Aggressivität des Gebirges bzw. der vorhandenen Wässer (Elektrolyte) einerseits und der Zeit, die der Anker einer Korrosion widerstehen, also vor Korrosion geschützt sein soll, anderseits .

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand eines Reibrohrankers und eines Bohrankers.

Es zeigt: Fig. 1 einen Reibrohranker in Ansicht, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie B-B in vergrößertem Maßstab, Fig. 5 das Rohr (Profil) des Reibrohrankers nach dem Aufweiten desselben in einem Bohrloch, Fig. 6a einen Reibrohranker mit außen aufgeschobener rohrförmiger Opferanode, Fig. 6b einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 6a, Fig. 6c einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 6a, Fig. 7 den Reibrohranker der Fig. 6a nach dem Aufweiten des Rohres, Fig. 8a einen Bohranker mit auf einem Ankerrohr angeordneter muffenformiger Opferanode, Fig. 8b einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 8a, Fig. 9a ein Hüllrohr eines verrohrten Bohrsystems und Fig. 9b einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 9a.

Reibrohranker sind bekannt, in welchem Zusammenhang beispiels- weise auf die US 4,459,067 A und die WO 2006/066 288 A verwiesen werden kann .

Reibrohranker sind Gebirgsanker (Felsanker) , die ein in Längsrichtung nach innen gefaltetes Rohr 1 aufweisen. Der Anker wird in ein Bohrloch 8 eingebracht und das Rohr 1 durch Erhöhen des Druckes im Inneren des gefalteten Rohres 1 aufgeweitet, sodass sich die Außenfläche des Rohres 1 an die Innenfläche des Bohrlochs 8 anlegt und den Anker so im Bohrloch festlegt.

Bei einem Reibrohranker ist das vordere Ende des aufweitbaren Rohres 1 durch eine Endhülse 2 geschlossen. Das Rohr 1 hat eine im Wesentlichen über seine ganze Länge nach innen (omega-artig) gefaltete Wand (Fig. 2), so dass eine nach innen weisende Längsfalte 9 vorliegt. Das hintere Ende des Rohres 1, also das Ende, das der Öffnung des Bohrlochs 8 (dem äußeren Ende des Bohrlochs 8, Fig. 5) benachbart ist, durchgreift eine Ankerplatte 3 und trägt eine In- flationshülse 4 mit Inflationsbohrung 5. Über einen an die Inflationshülse 4 angesetzten Adapter wird ein unter Druck stehendes Fluid (insbesondere Wasser) in das Innere des Rohres 1 zum Aufweiten (Entfalten der Längsfalte 9 des Rohres 1) desselben eingebracht. So ist der Reibrohranker im Bohrloch 8 über das aufgeweitete Rohr 1 durch Reibung und Formschluss festgelegt.

Im Inneren der Falte 9 des Rohres 1 ist eine Opferanode 6 in Form eines Stabes, z.B. eines Rundstabes, aufgenommen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Opferanode 6 ohne Weiteres in die Falte 9 des omega-artig gefalteten Rohres 1 des Reibrohrankers eingesetzt werden kann, bevor an dieses die Endhülse 2 und die Inflationshülse 4 angebracht werden. Die Opferanode 6 kann auch ein Rohr sein, das gegebenenfalls über seine ganze Länge oder nur über einen Teil derselben in Längsrichtung geschlitzt ist.

Wenn das Rohr 1 durch Einleiten von unter Druck stehendem Fluid (insbesondere Wasser) , das über die Inflationshülse 4 und die in dieser vorgesehenen Bohrung 5 in das Innere des Rohres 1 geleitet wird, unter mehr oder weniger weitgehendem Öffnen der Längsfalte 9 aufgeweitet ist, nimmt es den in Fig. 5 gezeigten Zustand ein. Es ist ersichtlich, dass in diesem Zustand die stabförmige (oder rohr- förmige) Opferanode 6 nicht nur dicht an der Außenseite des jetzt aufgeweiteten Rohres 1 des Reibrohrankers anliegt, sondern auch an der Innenwand des Bohrloches 8 im Untergrund (Gebirge) 7. So ist nicht nur der sichere Sitz der Opferanode 6, sondern auch die für die Wirksamkeit der Opferanode 6 erforderliche, elektrisch leitende Verbindung zwischen der Opferanode 6 und dem vor Korrosion zu schüt- — o — zenden Rohr 1 des Reibrohrankers und den übrigen mit diesem Rohr 1 elektrisch leitend verbundenen Teilen des Ankers gewährleistet.

In einer anderen Ausführungsform (Fig. 6a, b, c und Fig. 7) ist die Opferanode 6 rohrförmig ausgebildet und gegebenenfalls über ihre ganze Länge oder nur über einen Teil derselben in Längsrichtung geschlitzt. Die Opferanode 6 wird über das nicht aufgeweitete Rohr 1 des Reibrohrankers geschoben. Bei Verwendung einer Opferanode 6 in Form eines über das aufweitbare Rohr 1 geschobenen Rohres ist darauf zu achten, dass dieses kürzer ist als das Rohr 1 des Reibrohrankers selbst, damit nach dem Aufweiten desselben (Fig. 5) der für den sicheren Sitz des Reibrohrankers im Untergrund (Gebirge) nötige Reibschluss zwischen dem Rohr 1 und dem Bohrloch 8 gewährleistet ist .

Der erfindungsgemäße Gedanke, einem Anker eine Opferanode 6 zuzuordnen, ist nicht nur bei Reibrohrankern der in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Bauart möglich, sondern auch bei anderen Ankern, insbesondere auch bei Bohrankern oder Injektionsbohrankern.

Bei Injektionsbohrankern (Fig. 8a und 8b) wird die Opferanode 6 der Ankerstange/dem Ankerrohr 10 eines Bohrankers zugeordnet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Opferanode 6 ähnlich einer Muffe ausgebildet ist und über das in der Regel gerollte Gewinde der Ankerstange/des Ankerrohres 10 geschraubt wird. Dies erlaubt die Möglichkeit, mehreren Ankerstangen/Ankerrohren 10 eines Bohrankers je eine Opferanode 6 oder aber bei Bedarf jeder Ankers- tange/jedem Ankerrohr 10 mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Opferanoden 6 zuzuordnen.

Anstelle einer "muffenartigen", als Rohr ausgebildeten Opferanode 6, wie sie in Fig. 8a und 8b gezeigt ist, die also mit einem Innengewinde ausgebildet ist, kann die als Rohr bei Bohrankern oder Injektionsbohrankern 10 ausgebildete Opferanode 6 auch innen glatt, also gewindefrei, ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Opferanode 6 oder - falls notwendig oder erwünscht - auch mehrere derselben, einfach in Form eines Überschubrohres auf den Bohranker oder den Injektionsbohranker 10 aufgeschoben werden. In den Fig. 9a und 9b ist gezeigt, wie die Erfindung bei einem verrohrten Bohrsystem, beispielsweise einem solchen der Bauart "Symmetrix" von Atlas Copco, verwirklicht werden kann. Es ist ersichtlich, dass eine rohrförmige Opferanode 6 beispielsweise an der Außenseite des im Bohrloch verbleibenden Hüllrohres 11 eines ver- röhrten Bohrsystems, z.B. einer verrohrten Hammerbohrung, angeordnet ist. Die Opferanode 6 kann in einer von der Ausführungsform der Fig. 9a und 9b abweichenden Ausführungsform auch innerhalb des Hüllrohres 11 angeordnet sei. Solche verrohrten Bohrsysteme werden durch die innen und/oder außen angebrachte Opferanode 6, die röhrförmig ausge- bildet ist, insbesondere auch dann vor Korrosion geschützt, wenn diese Bohrsysteme für Brunnen- oder Entwässerungsbohrungen eingesetzt werden.

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden: Um Anker vor Korrosion durch aggressive Wässer im Untergrund zu schützen, wird dem Anker eine mit ihm elektrisch leitend verbundene Opferanode 6 zugeordnet. Diese Opferanode 6 kann bei Reibrohrankern ein Stab oder ein Rohr sein, der in der omega-artigen Falte 9 des Rohres 1 aufgenommen ist. Bei Bohrankern kann die Opferanode 6 eine Hülse nach Art einer Muffe sein, die auf das Außengewinde von Ankerstangen/Ankerrohren 10 geschraubt ist.

Claims

Ansprüche

1. Anker, insbesondere Gebirgsanker, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anker (1, 10, 11) wenigstens eine mit ihm elektrisch leitend verbundene Opferanode (6) zugeordnet ist.

2. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung besteht.

3. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) aus Zink oder einer Zinklegierung besteht.

4. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

5. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) aus einer Magnesium-Aluminium-Zink-Legierung besteht.

6. Anker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) stabförmig ist.

7. Anker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) rohrförmig ist.

8. Anker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) in der Falte (9) eines omega-artig gefalte- ten, aufweitbaren Rohres (1) eines Reibrohrankers aufgenommen ist.

9. Anker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- förmige Opferanode (6) über das aufweitbare Rohr (1) eines Reibrohrankers geschoben ist.

10. Anker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- förmige Opferanode (6) kürzer ist als das aufweitbare Rohr (1) des

Reibrohrankers .

11. Anker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) rohrförmig ist und einen Längsschlitz aufweist, der sich wenigstens über einen Teil der Länge der rohrför- migen Opferanode (6) erstreckt.

12. Anker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- förmige Opferanode (6) auf wenigstens einer Ankerstange (10) eines Bohrankers oder wenigstens einem Ankerrohr (10) eines Injektionsbohrankers angeordnet ist.

13. Anker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- förmige Opferanode (6) ein Innengewinde aufweist, das dem Außengewinde einer Ankerstange/eines Ankerrohres (10) entspricht.

14. Anker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- förmige Opferanode (6) innen gewindefrei als Überschubrohr ausge- bildet ist.

15. Anker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rohr- förmige Opferanode (6) dem Hüllrohr (11) eines verrohrten Bohrsystems zugeordnet ist.

16. Anker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) an der Außenseite des Hüllrohres (11) vorgesehen ist.

17. Anker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (6) innerhalb des Hüllrohres (11) angeordnet ist.