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EP0546128B1 - Injektionsrohr und verfahren zum setzen eines gebirgsankers - Google Patents

Injektionsrohr und verfahren zum setzen eines gebirgsankers Download PDF

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Publication number
EP0546128B1
EP0546128B1 EP92911316A EP92911316A EP0546128B1 EP 0546128 B1 EP0546128 B1 EP 0546128B1 EP 92911316 A EP92911316 A EP 92911316A EP 92911316 A EP92911316 A EP 92911316A EP 0546128 B1 EP0546128 B1 EP 0546128B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injection
bore
anchor rod
anchor
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP92911316A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0546128A1 (de
Inventor
Heinz Gruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GD-ANKER GmbH
Original Assignee
GD-ANKER GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4128154A external-priority patent/DE4128154C2/de
Application filed by GD-ANKER GmbH filed Critical GD-ANKER GmbH
Publication of EP0546128A1 publication Critical patent/EP0546128A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0546128B1 publication Critical patent/EP0546128B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/76—Anchorings for bulkheads or sections thereof in as much as specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to an injection pipe according to claim 1. It also relates to a method for setting a rock bolt according to claim 22.
  • Injection drill anchors are known as such. Structurally they correspond essentially to boring bars or injection pipes which are used immediately after the drilling of the rock as a rock anchor and consequently remain within the drilling as a lost tool.
  • an injection drill anchor which consists of at least one anchor rod section provided with an external thread over its entire length there is, at one end of the borehole bottom, a plate-like drill bit radially projecting beyond the anchor rod section and provided with cutting edges is welded.
  • a longitudinal channel axially extending through the anchor rod section ends in the area of the drill bit in an axial flushing bore, with further crossbores serving for flushing purposes being provided in an area immediately adjacent to the drill bit.
  • Such an injection drilling anchor is fundamentally suitable for drilling holes and then placing rock anchors, whereby a hole is first created using a suitable flushing medium, which flushing medium emerges through the flushing hole of the drill head and the above-mentioned cross holes, which picks up rock that is loosened as a result of the drilling process and rinses towards the mouth of the borehole.
  • the longitudinal channel is then used in connection with the transverse bores to introduce a hardenable medium, e.g. a mortar suspension, which in the area of the drill head enters the annular space between the outside of the anchor rod section and the inside of the borehole and this, from the bottom of the borehole to its mouth progressively filled in.
  • a hardenable medium e.g. a mortar suspension
  • Rock anchors are known to be used in tunnel and tunnel construction to stabilize cavity walls and are also used to secure slopes. Their mode of operation is essentially based on the production of a bond between the rock layers which follow one another in the longitudinal direction of the anchor. Stabilization is difficult in all cases in which the layers to be joined together are to be regarded as low in cohesion, so that special measures are always required to achieve reliable anchoring.
  • an injection pipe which is designed as a drill pipe and is equipped at its end facing a drill tip with a plurality of injection valves having lateral outlet openings.
  • the outside of the drill pipe is partially provided with a conveying helix and at its end facing away from the drill tip with a coupling member which enables the attachment of extension rods.
  • the longitudinal channel defined by the drill pipe is continued via outlet bores in the area of the drill head, so that drilling can be carried out using a flushing medium.
  • a mortar suspension is introduced over this drill pipe, which, among other things, exits laterally via the injection valves and penetrates the surrounding soil in this area.
  • a rod-shaped tie rod is inserted into the actual drill pipe, which is in turn fixed in place using a mortar suspension.
  • a similar injection tube is known from AT-A-361 857, which consists of a tubular body which is sealed on the borehole bottom side via a cover, which in turn has several is equipped axially with spaced injection valves and is otherwise profiled inside and outside thread-like.
  • the compression valves are formed by smooth-walled pipe sections with cross bores, which are surrounded on the outside by an elastically deformable sleeve.
  • the injection tube is equipped to accommodate several rod-like anchor elements as well as a centrally located injection hose.
  • cement milk is in turn pressed out laterally via the compression valves, which penetrates adjacent soil formations and forms consolidation zones which serve to improve the anchoring.
  • cement milk residues remaining within the injection tube are rinsed out and anchor elements are inserted which protrude from the injection tube at the upper end and which are in turn fixed within the injection tube by means of inserted cement milk.
  • the pipe section used is equipped with a check valve, which allows an outflow transversely from the central longitudinal channel, but blocks a backflow.
  • This check valve is intended to be used to hydraulically burst open the mortar body surrounding the pipe section in the area of this compression valve after the initial introduction of mortar into the borehole and in accordance with the supply pressure to expand the mortar suspension or other hardenable medium in terms of volume.
  • the aim is to subsequently expand the mountain area, which is penetrated by the mortar suspension and thus contribute to the bond between the rock and the injection pipe, or to the consolidation and stabilization of the rock. This results in an anchoring effect comparable to an expansion dowel, which can be spatially expanded to a high degree in accordance with the supply pressure of the mortar suspension and the nature of the surrounding mountains.
  • the injection pipe is designed in the manner of an injection drill anchor and equipped with a drill bit on the bottom of the drill hole.
  • This is the essential, but not exclusive, application of the subject matter of the invention.
  • the use of compression valves according to the above explanations naturally presupposes that after an initial filling of the drilled hole with a mortar suspension using the injection drill anchor located within the same, the already existing outlet openings of the drill head and the area of the anchor rod section near the drill head can be blocked. This can be done, for example, by inserting a displacement body, by inserting it into the longitudinal channel within the same, after filling the borehole, existing mortar suspension is displaced through the outlet openings mentioned and transferred into the mountains.
  • This displacement body then remains within the longitudinal channel and is inserted into it so far that in each case the compression valves are exposed on the inside.
  • injection drill anchors Its essential feature is at least one valve assigned to the outlet openings of the drill bit and the area of the anchor rod section near the drill bit, which is inserted into the longitudinal channel and is designed in the manner of a check valve.
  • two valves or groups of valves are located in the area adjacent to the drilling base, namely the compression valves already mentioned on the one hand and the valves assigned to the outlet openings, inter alia, of the drill bit. Both valves differ in their preload and never function at the same time.
  • the pre-tensioning of the injection valves is such that they only open at a pressure sufficient for the subsequent injection, but not at the pressure under which the rinsing liquid is initially during drilling and the mortar suspension initially introduced to fill the borehole.
  • the valves associated with the drill bit or the area near the drill bit are therefore dimensioned such that they open at a pressure under which the flushing liquid or the initially introduced mortar suspension is located. It is therefore essential that the two groups of valves mentioned always open one after the other, namely during different work phases and thus never at the same time.
  • the training of both is also essential Types of valves in the manner of non-return valves, as a result of which a flowable medium flows through these valves in only one direction, namely out of the longitudinal channel into the surrounding mountain area.
  • the compression valve is preferably arranged only in an area adjacent to the drill bit. This can be, for example, an area starting from the drill bit of up to 50% of the length of the anchor rod section adjacent to the drill bit. In this way it is ensured that in particular the area adjacent to the bottom of the borehole experiences a spreading effect and thus a secure fixation in the surrounding mountains.
  • the compression valves are preferably arranged in such a length range - starting with the drill bit - that is at most 50% of the total length of the injection drill anchor or of the anchor rod section (s). This can be determined in individual cases in accordance with the found condition of the mountain strata to be connected.
  • claims 6 and 7 are directed to a particularly simple and inexpensive embodiment of the compression valves to be used, in particular check valves.
  • These valves can be placed anywhere along the anchor rod sections. They essentially exist from a hose section made of an elastic material, which is pushed over the anchor rod section and in its final assembly position sealingly covers a transverse bore.
  • the locking rings mentioned protrude radially beyond the hose section and secure its axial position, in particular during drilling.
  • the hose section can particularly advantageously consist of a fiber-reinforced rubber material or a material of comparable elasticity, which is in any case dimensioned such that the valves remain inoperative during the initial filling of the borehole, that is to say remain in the closed state.
  • the injection valves open only when the supply pressure is increased, a prior closing of the outlet openings of the drill head and other outlet bores used for flushing purposes being required, for example by means of a closure body.
  • a locking body is provided for each bore of the anchor rod section or the tubular element of the compression valve, which is held by the enveloping body in a position sealing the bores.
  • the enveloping body forms a return spring that holds the locking body in the closed position.
  • the blocking body as such can in principle have any shape and is designed, for example, as a ball, cone, truncated cone, etc. This design of a compression valve can be regarded as particularly reliable and in particular for very suitable for high pressures.
  • claims 9 and 10 are directed to different variants insofar as the blocking body can be designed as a component which is separate from the enveloping body or is integral or integral therewith.
  • claims 11 to 13 are directed to further embodiments of the locking body and the bore interacting with it. If a reinforcing insert is used, the locking body is very rigid, which can be advantageous at very high pressures.
  • the bore has an inwardly tapering shape and the locking body is adapted to this design. In this way, an easier insertion of the locking body into the bore results when the pressure is reduced.
  • the compression valve can be particularly advantageously designed as an intermediate element between two tubular elements, for example the tubular cylinders taking over the function of locking rings correspond structurally to anchor rods, so that a central tubular element which projects beyond the tubular cylinders on both sides can be used as a screw-in for connection to an anchor rod end.
  • This has the advantage that the pressing valve does not result in structural elements protruding from the anchor rod, after said envelope body is practically flush with the tubular cylinder or locking rings.
  • This comparatively “smooth" design of the anchor rods favors the outflow of a flushing liquid loaded with rock particles during the drilling operation.
  • the locking rings can be connected to the anchor rod section in accordance with the features of claims 14 and 15 either by screwing or welding.
  • the pressure prevailing during the flushing or the initial introduction of mortar within the longitudinal channel is less than 15 bar, while a pressure of more than 15 bar, in particular 60 bar to 100 bar, is required for the subsequent blowing up of the mortar.
  • the elasticity of the hose section of the compression valves mentioned is dimensioned in such a way that they only open at the increased supply pressure that is required to blow up the mortar, but remain in the blocked state below this pressure.
  • mortar suspension can subsequently be introduced into cracks and cracks formed in this way and further into the surrounding mountains.
  • the cohesion of the rock loosens it, so that the penetration area of the mortar and surrounding rock layers is widened.
  • a spreading anchoring area is formed which penetrates deeply into the surrounding mountains and forms a secure anchorage for the rock anchor.
  • a displacement element can be exerted on the still liquid mortar suspension by a displacement body inserted into the longitudinal channel and this can be displaced out into the surrounding mountains via the outlet openings in the area of the drill head. This displacement body then remains in the longitudinal channel, specifically in a position in which all outlet openings of the drill head or the region of the anchor rod section close to the drill head are closed.
  • a valve can also be provided in the area of the drill bit, specifically within the longitudinal channel, which is designed in the manner of a non-return valve, which valve is located upstream of the outlet openings of the drill head, which are used for flushing purposes designed such that it opens at the pressure at which the mortar suspension flows during the drilling operation and during the initial filling of the borehole. This is such a pressure at which the compression valves remain locked. If such a valve is used, the mortar suspension remaining within the longitudinal channel after the initial filling of the borehole is removed only by flushing, this valve remaining in the closed state, which requires a correspondingly low pressure of the flushing medium.
  • the process of multiple hydraulic sprinkling of the hardened mortar or other medium can analogously also be used for injection pipes, which are mainly used to consolidate rock by introducing mortar.
  • FIG. 1 denotes an injection drill anchor or a so-called self-drilling injection anchor, which in the exemplary embodiment shown is composed of the anchor rod sections 2, 3 and 4.
  • Each anchor rod section is covered in a known manner on the outside over its entire length with a round thread, which among other things, the improvement the form fit with a mortar or a other hardenable medium, eg synthetic resin, which otherwise fills a borehole.
  • connecting sleeves are designated, in which the ends of the opposite anchor rod sections are screwed and by which the cohesion of the anchor rod sections is ensured.
  • the connecting sleeves are designed as tubular bodies formed with inside and outside thread-like deformations and the connecting sleeve 5 is equipped with a plurality of spacers 7 in the form of round bars welded on the outside.
  • 8 a plate-like, in terms of diameter the anchor rod section 2 clearly superior, borehole side equipped with cross-cut bits is designated, which is welded to the anchor rod section 2.
  • the anchor rod sections 2, 3 and 4 and the drill bit 8 contain a central longitudinal channel extending in the direction of the axis 10, from which further continuous transverse channels can branch off in the area of the drill head.
  • transverse channels can also be provided in the area of the anchor rod section 2 near the drill head. Said channel and the transverse bores serve in a manner known per se during the creation of a bore to guide a flushing medium and after the bore has been created to introduce one Mortar suspension, a resin or a comparable curable other medium that is suitable for producing a composite between the injection anchor 1 on the one hand and the surrounding borehole walls on the other hand.
  • the front anchor rod section 2, which carries the drill bit 8, is equipped in the exemplary embodiment shown with two compression valves 11, which are of identical design to one another. These compression valves 11 are attached along an area 12 which, starting from the drill bit 8, is at most 50% of the total length of the injection drill anchor 1.
  • the compression valves 11, which are of identical design are designed in such a way that, starting from the longitudinal channel of the boring bar section 2, they allow media to pass under pressure in the radially outward direction - in the opposite direction, namely directed radially inward, on the other hand, act as check valves.
  • the anchor rod section 2 is provided at the location of the compression valve 11 with locking rings 15 which are pushed onto the anchor rod section and are welded to the latter leaving a distance 14.
  • locking rings 15 which are pushed onto the anchor rod section and are welded to the latter leaving a distance 14.
  • a screw connection can also be considered.
  • transverse bore 16 preferably in the middle section between the locking rings 15. Also preferably, a plurality of such cross bores 16 are provided - with a uniform circumferential distribution. These transverse bores form a continuous connection to the longitudinal channel mentioned and their meaning and purpose will be explained in the following.
  • hose element 17 with a tube section sealingly surrounding the anchor rod section 2 is made of an elastic material, for example rubber, which extends between the locking rings 15, by means of which the axial position thereof is secured.
  • the thickness of the hose element 17, which expediently consists of a fabric-reinforced rubber, is carried out in such a way that it runs essentially flush with the locking rings 15.
  • the system of locking rings 15 and hose section 17 forms a compression valve which functions in the manner of a check valve, the mode of operation of which will be explained in more detail below.
  • the injection drill anchor shown in the drawings is intended for use in specially used, low-cohesive rock and it is initially used for setting like a boring bar, through the longitudinal channel of which a suitable flushing medium, e.g. water, flows during the drilling process, which flows through the central flushing hole of the drill bit 8 and optionally the further flushing bores emerging in this area, subsequently absorbs the rock material loosened by the cross-cutting of the drill bit 8 and is washed out between the inside of the borehole formed and the outside of the anchor rod sections 2, 3, 4 in the rearward direction towards the ßohrlochmuzzle .
  • the conveying process is thereby caused by the thread-like extending over the entire length of the injection drill anchor, including the connecting sleeves 5, 6 Deformation supports.
  • the drill rods are extended using connecting sleeves 5, 6 and further anchor rod sections 3, 4 until the final borehole depth is reached.
  • a hardenable medium for example a mortar suspension
  • the flushing liquid or mortar suspension within the longitudinal channel of the anchor rod sections 2, 3, 4 is under a pressure of less than 15 bar, that is, under a pressure at which the compression valves 11 are in any case in the blocked state remain.
  • the remainder of the mortar suspension remaining in the anchor channel is displaced by introducing a displacement body, which will be explained structurally below, into the central channel of the anchor by moving said displacement body in the direction of the drill bit 8 within the injection anchor.
  • the displacement body is displaced into such an area of the injection anchor 1 that is located between the drill bit 8 and the foremost compression valve 11. It is also essential for the final position of the displacement body that all of the usual flushing holes are closed by the latter, so that the longitudinal channel forms a closed space in this working phase.
  • it is particularly expedient for the remaining one in the longitudinal channel if appropriate flush out any mortar suspension still present with a rinsing medium.
  • a mortar suspension under pressure is again introduced into the injection anchor 1 via the longitudinal channel, which now exits via the transverse bores 16 of the compression valves 11 and thereby the hose section 17 is correspondingly elastic expands.
  • the escaping mortar suspension exerts an explosive effect on the mortar already in the borehole in this area or penetrates into the gaps formed in this way, so that as a result of this renewed mortar leakage in the area of the injection valves, the already existing penetration area of mortar and any loosened Mountain parts expanded or enlarged, a significant spreading effect on the structure of the overall system, consisting of mortar and rock anchor is exerted and thus helps to further secure the position of the injection drill anchor 1 in the borehole.
  • the mortar can also be blown open with rinsing liquid, e.g. Water are carried out so that a mortar suspension is only then introduced.
  • rinsing liquid e.g. Water
  • the expansion process shown above can be repeated several times if necessary. Whether the expansion process is to be repeated depends on the result of the measurement of the ability of the rock bolt to absorb tensile forces, which is carried out according to known methods.
  • the remaining mortar suspension still in the longitudinal channel is rinsed out after a first widening process, immediately after the compression valves 11 have been closed. This can be done, for example, by means of a hose which is introduced into the longitudinal channel, the rinsing liquid, e.g. Water that absorbs and flushes out mortar suspension.
  • the longitudinal channel up to the displacement body mentioned, i.e. including the compression valves 11 exposed.
  • the expansion step described above is repeated, i.e. the mortar surrounding the anchor rod section is hydraulically blasted in order to subsequently introduce further mortar suspension into the borehole.
  • the compression valves 11 can also be used to equally as during the first introduction of mortar suspension as outlet openings for this To be available.
  • the external thread interacting with the tube section 17 can also be smoothed by applying a suitable mass, vulcanization of a rubber material basically being considered. A comparable effect is achieved if there is a smooth wall profile at the locations of the anchor rod section 2, which are used to attach compression valves 11, and thus without thread-like deformation.
  • the method according to the invention and the injection drill anchor used to carry it out result in a particularly secure fit of the anchor as a result of the spreading effect exerted on the borehole walls, especially in the case of mountains with little cohesion.
  • 3 and 4 show examples of possible embodiments of a displacement body intended for use in the injection anchor.
  • 3 shows an essentially spherical displacement body 18, which consists of a metallic core 19, which in turn is surrounded by a sleeve 20 made of an elastic material.
  • the displacement body is dimensioned such that a displacement of the same within the central channel only with elastic deformation of the casing 20 is possible, which creates a significant frictional connection with the inner walls of the anchor rod sections.
  • a bore 21 penetrating the shell 20 serves to facilitate the displacement of the displacement body 18 by means of a rod which acts directly on the metallic core 19.
  • FIG. 4 shows a displacement body 22 which has a metallic, cylindrical core 23 and a rotationally symmetrical sleeve 24 which surrounds it conically, the latter in turn consisting of an elastically deformable plastic.
  • a displacement body 22 which has a metallic, cylindrical core 23 and a rotationally symmetrical sleeve 24 which surrounds it conically, the latter in turn consisting of an elastically deformable plastic.
  • displacement body can also be equipped on the outside with bristles, ribs or the like, which develop a blocking effect in particular in the rearward direction in connection with the inside of the longitudinal channel.
  • a hard plastic-soft plastic material combination can also be used.
  • FIG. 5 shows a possible embodiment of the area adjacent to the drill head 8.
  • a comparably short part of an anchor rod section is designated therein by 25, which is welded to the plate-like drill bit 8, which is equipped with cross-cutters (not shown in the drawing).
  • the anchor rod section 25 is in turn screwed into a connecting sleeve 26 and additionally welded to it. With 28 a central, in the direction of the axis 10 rinsing bore of the drill head 8 is designated.
  • the screwing of the connecting sleeve 26 to the anchor rod section 25 takes place in such a way that an unimpeded discharge of a flushing medium or a mortar suspension is possible via radially oriented flushing bores 27.
  • the connecting sleeve 26 also serves, in a manner known per se, for screwing on the inside with further anchor rod sections.
  • a displacement body to be used in the sense of the above explanations is dimensioned such that it can be inserted into the cross section 29 of the anchor rod section 25 in such a way that all flushing bores 27, 28 are closed.
  • the embodiment shown of the area adjacent to the drill bit 8 is also very advantageous from a drilling or fluidic point of view, since there is a relatively large undercut 30 directly behind the drill bit 8, which promotes the removal of the rock material loosened during the drilling process.
  • the function of the displacement bodies 18, 22 if they can be frictionally fixed in a region 31 of the connecting sleeve 26 which - in the direction of the flow of a flushing medium characterized by the arrow 32 - contains all the flushing bores 27, 28 is upstream, since in principle the rinsing bores 27 in the form of radial bores can in principle be provided in a region near the boring head, and thus also in the connecting sleeve 26. It is only essential in this case that a valve function can be performed by inserting the displacement body insofar as all of the flushing bores mentioned can be closed by this.
  • the embodiment of the region of the injection drill anchor near the drill head shown in FIG. 6 has been modified in such a way that the function of the blocking body 18, 22 is now replaced by a fixed valve 33 that fulfills the function of the check valve. It is this valve - as will be explained in more detail below - designed such that a flow in the direction of arrow 32 is made possible, but is blocked in the opposite direction to arrow 32. Insofar as a valve is suitable for fulfilling these functions, any valve, albeit with a different design, can be used here.
  • the valve 33 consists of a valve body 34, which in turn consists of a head part 35, which is designed for the largely sealing screw connection to the inside of the socket part 26, on the one hand, and a smooth, externally smooth attachment part 36, which is formed integrally with the head part 35.
  • the extension part 36 has a significantly smaller radius than the head part 35, so that - around the extension part 36 - there is an annular space 37.
  • the valve body 34 has a central bore 38, which extends coaxially to the axis 10 and is closed at its front end facing the drill bit 8.
  • hose section 39 designates a hose section made of an elastic material, for example a rubber-elastic material, which surrounds the rotationally symmetrical extension 36 and seals the same in the relaxed state transverse bores 40 which open into the bore 38.
  • an elastic material for example a rubber-elastic material
  • the hose section 39 is designed by its thickness dimensioning and / or a suitable choice of material such that its elasticity is substantially greater than that of the / hose sections 17, so that the valve 33 consequently enables a flow in the direction of the arrow 32 at pressures , in which the compression valves 11 remain in the closed state.
  • the injection anchor is initially used as a boring bar in a manner known per se via a flushing medium flowing in the direction of the arrow 32, the flushing medium flowing via the valve 33 and exiting via the flushing bores 27, 28.
  • a mortar suspension or another hardenable medium is guided in the direction of arrow 32 in a manner known per se, which, according to its pressure, likewise flows exclusively via valve 33 and not via compression valves 11, i.e. emerges in the area of the flushing bores 27, 28 and - starting from the bottom of the borehole - fills the entire borehole.
  • valve 33 now preventing a further flow in the direction of arrow 32 due to the mortar suspension acting on the outside of the hose section 39, whereas the interior of the injection drill anchor is flushed out as far as valve 33 is.
  • this flushing pressure is dimensioned such that the valve 33 never opens.
  • the rinsing liquid filling the injection bonner can remain therein, and after the mortar has hardened, this liquid can be used as a hydraulic means for blowing up the mortar surrounding the Bonranker by means of the compression valves 11. It will be the one within the Bohrankers remaining liquid column is used by this adjoining mortar to burst open, the mortar finally exits through the compression valves 11 and develops the effect already described above.
  • This embodiment can of course also be used in such a way that after the injection drill anchor has been rinsed out, the mortar is blown open directly by means of a mortar suspension.
  • the injection drill anchor according to the invention is essentially characterized by two valves or valve groups, namely a first valve 33 assigned to the drill head, which serves for flushing and initial filling of the borehole and which opens at a comparatively low pressure , ie a flow in the direction of arrow 32 enables.
  • this first valve has no function after the filling and hardening of the mortar suspension and subsequently acts as a blocking body which prevents any further flow through the flushing holes mentioned. It also acts as a non-return valve during the flow of flushing medium and initial mortar suspension, ie it prevents backflow in the opposite direction to arrow 32.
  • the second valve or the group of valves used here are the compression valves which - seen in the direction of arrow 32 - Upstream of the first valve and serve to control the flow via radial bores or transverse bores 16.
  • these compression valves are also designed in the manner of check valves, the essential feature of which, however, is that they move away from the first-mentioned valve Only open at a significantly higher pressure present within the injection drill anchor, which is greater than 15 bar, for example between 50 bar and 100 bar.
  • these compression valves are completely inoperative during flushing and the initial filling of the borehole due to their high opening pressure, ie they are in the closed state during this phase.
  • valves or valve groups viewed in the direction of flow, can be regarded as spring-loaded valves, the preload of which is of different magnitudes. Accordingly, any constructive modifications of valves can be used here which functionally correspond to the valves shown, which are under prestress.
  • a variant of a compression valve is designated, which consists of a tubular element 42 provided with an external thread and a tube-like enveloping body 43 surrounding it coaxially.
  • the tubular element 42 can be directly part of an anchor rod - but it can also be an intermediate element intended and designed for installation between two anchor rod sections.
  • the enveloping body consists of an elastic, preferably rubber-elastic material, which in turn can have a fabric reinforcement if necessary.
  • a radially inwardly tapered bore of the tubular element is designated, in which - held by the enveloping body 43 - a spherical locking body 45 is inserted. It can be seen that the blocking body 45 in connection with the elastic body in the bore 44 from the outside of the tubular member 42 elastic Pressing enveloping body 43 forms a spring-loaded check valve.
  • this compression valve 41 is designed by appropriate dimensioning or design of the enveloping body 43 in such a way that the blocking body 45 is displaced from the bore 44 against the elastic restoring force of the enveloping body 43 only at an increased pressure in the radially outward direction and flows out into enables the outside space that is required for the subsequent blasting of an initially hardened mortar body that surrounds the anchor rod on the outside and otherwise remains inoperative, that is to say remains in the closed state.
  • the locking body 45 can be made of metal, e.g. Steel. However, it can also be formed from a suitable plastic.
  • the spherical shape of the blocking body is also not mandatory and a conically shaped body can also be used for this purpose in the same way.
  • locking rings can in turn be provided in FIG. 7, which are screwed onto the outside of the tubular element 42 and extend on the outside essentially flush with the enveloping body 43.
  • the final assembly position of these locking rings can also be secured by welding to the tubular element 42.
  • the compression valve 41 completed in the above sense can also be used in the same way as the compression valve described in FIG. 2.
  • the variant of a compression valve 46 shown in FIG. 8 is again characterized by a central tubular element 47, which is designed in the same way as the tubular element 42 according to FIG. 7.
  • the tubular element 47 is characterized by four bores 48 of the same size arranged along a surface line, which bores in turn have a radially inwardly tapering configuration.
  • each bore 48 is assigned a blocking body, not shown in the drawing, which is held elastically in the bore by an enveloping body 50.
  • the bores 48 can also be arranged in different circumferential angular positions with respect to one another. With regard to the strength of the tubular element 42, however, the bores 48 should not be arranged in a common cross-sectional plane.
  • tube cylinders are designated, which are provided on the inside and outside with thread, are screwed onto the tube element on both sides of the enveloping body 50 and in this respect take over the function of locking rings. If necessary, the tube cylinders 51, 52 can be secured in the final screwing position by welding to the tube element 47.
  • the tubular element 47 can in this case be part of an anchor rod - in principle, however, the compression valve 46 in the embodiment shown in FIG. 8 can also be regarded as an intermediate element between two anchor rod ends.
  • tubular element 47 is to be regarded as part of the anchor rod, this can be connected to another end of the anchor rod using a conventional coupling sleeve.
  • the two ends of the tubular element 47 protruding from the tubular cylinders 51, 52 can also be regarded as screw-in ends which are screwed into an opposite anchor rod end which has radial dimensions and an external thread which correspond to the tubular cylinders 51, 52.
  • the tubular cylinders 51, 52 can be regarded as part of an anchor rod, and in this case there is an anchor rod which has no structural elements that project on the outside in the region of the compression valve.
  • FIG. 9 shows an enveloping body 53 which is formed in one piece with a locking body 54 which has an approximately conical shape.
  • the blocking body 54 in turn protrudes into a bore 55 of a tubular element 56 corresponding to the tubular elements 42, 47 and is held in this position in an elastically pre-stressed manner.
  • a plurality of such locking bodies can also be provided in a configuration corresponding, for example, to FIG. 8.
  • the enveloping body 53 in turn consists of an elastic plastic, possibly reinforced by fabric inserts, for example a rubber-like plastic, and its thickness is designed with regard to the function of a compression valve described above.
  • the conical shape of the locking body 54 is approximately matched to that of the bore 55, but may also have a hemispherical shape.
  • the locking body 54 is in the embodiment according to Fig. 9 made of the same material as the enveloping body 53.
  • a reinforcing body can be incorporated into the elastic material, for example in the form of a sphere or hemisphere.
  • a compression valve designed in the sense of FIGS. 7 to 9 is particularly suitable for high pressures, in particular if several compression processes are to be carried out in succession.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Injektionsrohr gemäß Anspruch 1. Sie bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Setzen eines Gebirgsankers entsprechend Anspruch 22.
  • Injektionsbohranker als solche sind bekannt. Sie entsprechen strukturell im wesentlichen Bohrstangen, bzw. Injektionsrohren, die nach Erstellung der Bohrung unmittelbar als Gebirgsanker benutzt werden und demzufolge als verlorenes Werkzeug innerhalb der Bohrung verbleiben.
  • Beispielsweise ist aus der DE-A-37 24 165 ein Injektionsbohranker bekannt, der aus wenigstens einem über seine gesamte Länge mit Außengewinde versehenen Ankerstangenabschnitt besteht, an dessen einem der Bohrlochsohle zugekehrten Ende eine plattenartige, den Ankerstangenabschnitt radial überragende, mit Schneidkanten versehene Bohrkrone angeschweißt ist. Ein den Ankerstangenabschnitt axial durchziehender Längskanal endet im Bereich der Bohrkrone in einer axialen Spülbohrung, wobei in einem der Bohrkrone unmittelbar benachbarten Bereich weitere, zu Spülzwecken dienende Querbohrungen vorgesehen sind. Ein solcher Injektionsbohranker ist grundsätzlich zum Erstellen von Bohrungen und anschließendem Setzen von Gebirgsankern geeignet, wobei zunächst unter Verwendung eines geeigneten Spülmediums eine Bohrung erstellt wird, welches Spülmedium über die genannte Spülbohrung des Bohrkopfes sowie die genannten Querbohrungen austritt, das als Folge des Bohrvorgangs gelöste Gestein aufnimmt und in Richtung auf die Bohrlochmündung hin ausspült. Anschließend wird der Längskanal in Verbindung mit den Querbohrungen zum Einbringen eines aushärtbaren Mediums, z.B. einer Mörtelsuspension benutzt, welche im Bereich des Bohrkopfes in den Ringraum zwischen der Außenseite des Ankerstangenabschnitts und der Innenseite des Bohrloches eintritt und diesen, von der Bohrlochsohle bis zu dessen Mündung hin fortschreitend in der Folge ausfüllt. Während dieses Ausfüllens werden in den einzelnen Gebirgsschichten verbleibende Risse und Spalten ausgefüllt und auf diese Weise ein zuverlässiger Verbund zwischen Gebirgsanker und Gebirge hergestellt, welcher durch das sich über die Außenseite des Ankerstangenabschnitts erstreckende Gewinde weiter verbessert wird.
  • Aus dem Prospekt "Riploy, Extension rod equipment", P. & V. (Mining & Engineering) Limited, Sheffield, England 1971 sowie der DE-A-34 00 182 sind darüber hinaus aufschraubbare Bohrköpfe für Bohrstangen bzw. Bohranker bekannt.
  • Gebirgsanker dienen im Tunnel- und Stollenbau bekanntlich zur Stabilisierung von Hohlraumwandungen und werden darüber hinaus auch zur Hangsicherung eingesetzt. Ihre Wirkungsweise beruht im wesentlichen auf der Herstellung eines Verbundes zwischen den in Längsrichtung des Ankers aufeinanderfolgenden Gebirgsschichten. Schwierig gestaltet sich die Stabilisierung in allen den Fällen, in denen die miteinander zu verbindenden Schichten als kohäsionsarm anzusehen sind, so daß zur Erzielung einer zuverlässigen Verankerung stets besondere Maßnahmen erforderlich sind.
  • Aus der FR-A-2 306 307 ist ein Injektionsrohr bekannt, welches als Bohrrohr ausgebildet ist und an seinem einer Bohrspitze zugekehrten Ende mit mehreren, seitliche Austrittsöffnungen aufweisenden Verpreßventilen ausgerüstet ist. Das Bohrrohr ist außenseitig teilweise mit einer Förderwendel und an seinem der Bohrspitze abgekehrten Ende mit einem Kupplungsorgan versehen, welches das Anbringen von Verlängerungsstangen ermöglicht. Der durch das Bohrrohr definierte Längskanal ist über Austrittsbohrungen im Bereich des Bohrkopfes fortgeführt, so daß unter Verwendung eines Spülmediums gebohrt werden kann. Über dieses Bohrrohr wird nach Erstellen einer Bohrung eine Mörtelsuspension eingeführt, welche u.a. seitlich über die Verpreßventile austritt und in diesem Bereich das umliegende Erdreich durchdringt. In das eigentliche Bohrrohr wird ein stabförmiger Zuganker eingesetzt, der innerhalb desselben wiederum über eine Mörtelsuspension fixiert wird. Ein ähnliches Injektionsrohr ist aus der AT-A-361 857 bekannt, welches aus einem bohrlochsohlenseitig über einen Deckel dicht verschlossenen Rohrkörper besteht, der wiederum mit mehreren axial mit Abstand voneinander angeordneten Verpreßventilen ausgerüstet ist und im übrigen innen- und außenseitig gewindeartig profiliert ist. Die Verpreßventile werden durch glattwandige, mit Querbohrungen versehene Rohrabschnitte gebildet, die außenseitig durch eine elastisch verformbare Manschette umgeben sind. Das Injektionsrohr ist zur Aufnahme mehrerer stabartiger Ankerelemente sowie eines zentral angeordneten Injektionsschlauches ausgerüstet. Über die Verpreßventile wird wiederum seitlich Zementmilch ausgepreßt, welche angrenzende Bodenformationen durchdringt und Verfestigungszonen bildet, die der Verbesserung der Verankerung dienen. Im Anschluß an dieses Auspressen von Zementmilch über die Verpreßventile werden innerhalb des Injektionsrohres verbliebene Zementmilchreste herausgespült und Ankerelemente eingeführt, welche am oberen Ende aus dem Injektionsrohr herausragen und welche innerhalb des Injektionsrohres wiederum über eingeführte Zementmilch festgelegt werden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Injektionsrohr der eingangs bezeichneten Gattung insbesondere mit Hinblick auf eine Verwendung bei extrem kohäsionsarmem Gebirge weiter zu verbessern. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Injektionsrohr durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Der eingesetzte Rohrabschnitt ist mit einem Rückschlagventil ausgerüstet, welches eine Ausströmung quer aus dem zentralen Längskanal hinaus ermöglicht, jedoch eine Rückströmung sperrt. Dieses Rückschlagventil ist bestimmungsgemäß dazu nutzbar, um nach anfänglichem Mörteleinbringen in das Bohrloch den den Rohrabschnitt im Bereich dieses Verpreßventils umgebenden Mörtelkörper hydraulisch aufzusprengen und entsprechend dem Zuführungsdruck der Mörtelsuspension oder eines sonstigen aushärtungsfähigen Mediums volumenmäßig aufzuweiten. Angestrebt wird in jedem Fall eine nachträgliche Erweiterung des Gebirgsbereichs, der von der Mörtelsuspension durchdrungen wird und somit zur Verbundwirkung zwischen Gebirge und Injektionsrohr bzw. zur Verfestigung sowie Stabilisierung des Gebirges beiträgt. Es ergibt sich auf diese Weise eine einem Spreizdübel vergleichbare Verankerungswirkung, die nach Maßgabe des Zuführungsdrucks der Mörtelsuspension sowie der Beschaffenheit des umliegenden Gebirges räumlich in einem hohen Maß ausdehnbar ist. Sobald die weitere Zuführung an Mörtelsuspension eingestellt wird, wird durch dieses Verpreßventil ein Rückströmen in den Längskanal des Injektionsrohres verhindert, so daß der Aushärtungsvorgang anschließend einsetzen kann. Entsprechend der unter Mitwirkung des/der Verpreßventile erzielten Aufweitung des von der Mörtelsuspension erfaßten Bereiches ergibt sich auch bei kohäsionsarmem Gebirge eine zuverlässige Verbundwirkung zwischen Injektionsrohr und Gebirge.
  • Das Injektionsrohr ist nach Art eines Injektionsbohrankers ausgebildet und bohrlochsohlenseitig mit einer Bohrkrone ausgerüstet. Es ist dies der wesentliche, jedoch nicht ausschließliche Anwendungsfall des Erfindungsgegenstands. Die Benutzung von Verpreßventilen entsprechend obigen Ausführungen setzt naturgemäß voraus, daß nach einem anfänglichen Verfüllen des erstellten Bohrlochs mit einer Mörtelsuspension unter Verwendung des innerhalb desselben befindlichen Injektionsbohrankers die ohnehin vorhandenen Austrittsöffnungen des Bohrkopfes sowie des bohrkopfnahen Bereichs des Ankerstangenabschnitts gesperrt werden können. Dies kann beispielsweise durch Einführen eines Verdrängungskörpers geschehen, durch dessen Einführung in den Längskanal die noch innerhalb desselben im Anschluß an das Verfüllen des Bohrlochs vorhandene Mörtelsuspension über die genannten Austrittsöffnungen verdrängt und in das Gebirge überführt wird. Dieser Verdrängungskörper verbleibt anschließend innerhalb des Längskanals und wird so weit in diesen eingeführt, daß in jedem Fall die Verpreßventile innenseitig freigelegt sind. Eine andere Vorgehensweise wird bei erfindungsgemäßen Injektionsbohrankern ermöglicht. Deren Wesensmerkmal ist wenigstens ein den Austrittsöffnungen der Bohrkrone sowie des bohrkronennahen Bereichs des Ankerstangenabschnitts zugeordnetes Ventil, welches in den Längskanal eingesetzt ist und nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet ist. In dem der Bohrsohle benachbarten Bereich befinden sich erfindungsgemäß somit zwei Ventile bzw. Gruppen von Ventilen, nämlich die bereits genannten Verpreßventile einerseits und die den Austrittsöffnungen unter anderem der Bohrkrone zugeordneten Ventile andererseits. Beide Ventile unterscheiden sich durch ihre Vorspannung und treten niemals gleichzeitig in Funktion. So ist die Vorspannung der Verpreßventile derart bemessen, daß diese erst bei einem für das nachträgliche Verpressen ausreichenden Druck öffnen, nicht hingegen bei dem Druck, unter dem anfänglich Spülflüssigkeit während des Bohrens steht sowie die anfänglich zwecks Bohrlochverfüllung eingeführte Mörtelsuspension. Die der Bohrkrone bzw. dem bohrkronennahen Bereich zugeordneten Ventile sind demzufolge derart bemessen, daß diese bei einem solchen Druck bereits öffnen, unter dem die Spülflüssigkeit bzw. die anfänglich eingeführte Mörtelsuspension steht. Wesentlich ist somit, daß die beiden genannten Gruppen von Ventilen stets nacheinander, nämlich während unterschiedlicher Arbeitsphasen und damit niemals gleichzeitig öffnen. Wesentlich ist auch die Ausbildung beider Ventilarten nach Art von Rückschlagventilen, wodurch eine Strömung eines fließfähigen Mediums durch diese Ventile in lediglich einer Richtung, nämlich aus dem Längskanal heraus in den umliegenden Gebirgsraum hinein ermöglicht wird.
  • Das Verpreßventil ist gemäß den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 vorzugsweise lediglich in einem der Bohrkrone benachbarten Bereich angeordnet. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Bereich ausgehend von der Bohrkrone von bis zu 50% der Länge des der Bohrkrone benachbarten Ankerstangenabschnitts handeln. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß insbesondere der der Bohrlochsohle benachbarte Bereich eine Spreizwirkung und damit eine sichere Fixierung in dem umliegenden Gebirge erfährt.
  • Es ist auch denkbar, mehrere Verpreßventile entlang des Injektionsbohrankers vorzusehen, so daß die Verankerungswirkung in einem größeren räumlichen Bereich verbessert werden kann. Auch in diesem Fall sind die Verpreßventile vorzugsweise in einem solchen Längenbereich - beginnend mit der Bohrkrone - angeordnet, der höchstens 50% der Gesamtlänge des Injektionsbohrankers bzw. des/der Ankerstangenabschnitts/Ankerstangenabschnitte beträgt. Es kann dies im Einzelfall nach Maßgabe der vorgefundenen Beschaffenheit der zu verbindenden Gebirgsschichten festgelegt werden.
  • Die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 sind auf eine besonders einfache und kostengünstige zu realisierende Ausführungsform der einzusetzenden Verpreßventile, insbesondere Rückschlagventile, gerichtet. Diese Ventile können an beliebiger Stelle entlang der Ankerstangenabschnitte angeordnet werden. Sie bestehen im wesentlichen aus einem aus einem elastischen Werkststoff bestehenden Schlauchabschnitt, der über den Ankerstangenabschnitt geschoben wird und in seiner endgültigen Montageposition eine Querbohrung dichtend überdeckt. Die genannten Arretierringe überragen radial den Schlauchabschnitt und sichern dessen axiale Position insbesondere während des Bohrens.
  • Anstelle einer Querbohrung - und zwar in gleichmäßiger Umfangsverteilung-können auch mehrere Querbohrungen vorgesehen sein, um ein möglichst gleichförmiges Austreten der Mörtelsuspension zu ermöglichen. Der Schlauchabschnitt kann besonders vorteilhaft aus einem faserverstärkten Gummiwerkstoff oder einem Werkstoff vergleichbarer Elastizität bestehen, die in jedem Fall dahingehend bemessen ist, daß während des anfänglichen Verfüllens des Bohrlochs die Ventile funktionslos bleiben, das heißt im Schließzustand verharren. Erst auf einen erhöhten Zuführungsdruck hin, wobei ein vorheriges Verschließen der Austrittsöffnungen des Bohrkopfes und sonstiger, zu Spülzwecken benutzte Austrittsbohrungen beispielsweise mittels eines Verschlußkörpers vorausgesetzt wird, öffnen die Verpreßventile.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 ist für jede Bohrung des Ankerstangenabschnitts bzw. des Rohrelements des Verpreßventils ein Sperrkörper vorgesehen, der durch den Hüllkörper in einer die Bohrungen dichtend verschließenden Position gehalten ist. Der Hüllkörper bildet in diesem Fall eine den Sperrkörper in der Schließposition haltende Rückstellfeder. Der Sperrkörper als solcher kann grundsätzlich eine beliebige Gestalt aufweisen und ist z.B. als Kugel, Kegel, Kegelstumpf usw. ausgebildet. Es ist diese Ausbildung eines Verpreßventils als besonders zuverlässig anzusehen und insbesondere für sehr hohe Drücke geeignet.
  • Die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 sind auf unterschiedliche Varianten insoweit gerichtet, als der Sperrkörper als von dem Hüllkörper getrenntes oder mit diesem zusammenhängendes bzw. einstückiges Bauteil ausgebildet sein kann.
  • Die Merkmale der Ansprüche 11 bis 13 sind auf weitere Ausgestaltungen des Sperrkörpers sowie der mit diesem zusammenwirkenden Bohrung gerichtet. Im Falle der Verwendung einer Armierungseinlage ergibt sich eine hohe Steifigkeit des Sperrkörpers, welche bei sehr hohen Drücken von Vorteil sein kann. Die Bohrung weist eine sich einwärts verjüngende Gestalt auf, und es ist der Sperrkörper an diese Gestaltung angepaßt. Auf diese Weise ergibt sich bei Reduzierung des Druckes ein erleichtertes Einführen des Sperrkörpers in die Bohrung.
  • Besonders vorteilhaft kann das Verpreßventil als Zwischenelement zwischen zwei Rohrelementen ausgestaltet sein, wobei beispielsweise die die Funktion von Arretierringen übernehmenden Rohrzylinder strukturell Ankerstangen entsprechen, so daß ein zentrales Rohrelement, welches beiderseits über die Rohrzylinder hinausragt als Einschraubende zur Anknüpfung an ein Ankerstangenende benutzt werden kann. Es bringt dies den Vorteil mit sich, daß sich durch das Verpreßventil keine aus der Ankerstange herausragende Strukturelemente ergeben, nachdem der genannte Hüllkörper praktisch bündig mit dem Rohrzylinder bzw. Arretierringen ausgebildet ist. Diese vergleichsweise "glatte" Gestaltung der Ankerstangen begünstigt während des Bohrbetriebs das Abströmen einer mit Gesteinspartikeln befrachteten Spülflüssigkeit.
  • Die Verbindung der Arretierringe mit dem Ankerstangenabschnitt kann entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 14 und 15 entweder durch Verschrauben oder Verschweißen erfolgen.
  • Die eingangs geschilderte Aufgabe ist - bezogen auf ein entsprechendes Verfahren - durch die Merkmale des Anspruchs 22 gelöst. Hiernach wird nach einem anfänglichen Einbringen von Mörtelsuspension über den Längskanal des sich in dem Bohrloch befindlichen Injektionsbohrankers dieser Längskanal von der in diesem noch befindlichen Mörtelsuspension befreit, und zwar zumindest so weit, daß die Verpreßventile radial innenseitig freigelegt sind. Erforderlich ist ferner, daß aufgrund der endgültigen Position des Verdrängungskörpers sämtliche der herkömmlichen Austrittsöffnungen in geeigneter Weise verschlossen werden. In der Folge, das heißt frühestens nach einem anfänglichen Abbinden bzw. einer beginnenden Aushärtung des den Ankerstangenabschnitt umgebenden Mörtels, wird dieser hydraulisch gesprengt. Dieser Vorgang kann durch Einführung eines flüssigen Mediums wie z.B. Wasser, jedoch auch durch Mörtelsuspension durchgeführt werden. Der während des Spülens bzw. des anfänglichen Mörteleinbringens herrschende Druck innerhalb des Längskanals beträgt weniger als 15 bar, während zum anschließenden Aufsprengen des Mörtels ein Druck von mehr als 15 bar insbesondere 60 bar bis 100 bar benötigt werden. Es ist demzufolge die Elastizität des Schlauchabschnitts der genannten Verpreßventile dahingehend bemessen, da diese erst bei dem erhöhten Zuführungsdruck öffnen, der zum Aufsprengen des Mörtels benötigt wird, unterhalb dieses Druckes hingegen im Sperrzustand verharren. Nach erfolgter Aufsprengung kann in der Folge Mörtelsuspension in auf diese Weise gebildete Spalte und Risse eingeführt und weiter in das umliegende Gebirge eingebracht werden. Als Folge des Eindringens kommt es entsprechend dem Zusammenhalt des Gebirges zu einem Auflockern desselben, so daß der Durchdringungsbereich von Mörtel und umliegenden Gebirgsschichten aufgeweitet wird. Im Ergebnis bildet sich nach Aushärtung des Mörtels ein aufgespreizter, das umliegende Gebirge tief durchdringender Verankerungsbereich aus, der eine sichere Verankerung für den Gebirgsanker bildet.
  • Ein Entfernen der in dem Längskanal nach anfänglichem Verfüllen des Bohrlochs verbleibenden Mörtelsuspension kann gemäß den Merkmalen der Ansprüche 23 und 24 auf unterschiedliche Weise erfolgen. Zunächst einmal kann durch einen in den Längskanal eingeführten Verdrängungskörper eine Verdrängungswirkung auf die noch flüssige Mörtelsuspension ausgeübt werden und diese über die im Bereich des Bohrkopfes befindlichen Austrittsöffnungen heraus in das umliegende Gebirge verdrängt werden. Dieser Verdrängungskörper verbleibt anschließend in dem Längskanal, und zwar in einer solchen Position, in der sämtliche Austrittsöffnungen des Bohrkopfes bzw. des bohrkopfnahen Bereiches des Ankerstangenabschnitts verschlossen sind. Er übt in Verbindung mit diesen Austrittsöffnungen somit die Funktion eines Ventils aus und ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß sich bei einer Bewegung in Richtung auf das dem Bohrkopf entfernt gelegene Ende des Injektionsbohrankers hin eine Sperrwirkung mit den Wandungen des Längskanals, somit eine Selbsthemmung, ergibt. Es ist die Endposition des Verdrängungskörpers innerhalb des Längskanals ferner derart angelegt, daß die genannten Verpreßventile radial innenseitig freigelegt sind.
  • Zweckmäßigerweise wird zwecks vollständiger Entfernung restlicher, noch innerhalb des Längskanals befindlicher Mörtelsuspension dieser noch ausgespült. Anstelle der nachträglichen Einführung eines Verdrängungskörpers kann im Bereich der Bohrkrone, und zwar innerhalb des Längskanals auch ein Ventil vorgesehen sein, welches nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet ist, welches Ventil den zu Spülzwecken dienenden Austrittsöffnungen des Bohrkopfes vorgelagert ist, Dieses, unter Vorspannung stehende Ventil ist derart ausgelegt, daß es bei dem Druck öffnet, unter dem während des Bohrbetriebs Spülflüssigkeit und während des anfänglichen Bohrlochverfüllens die Mörtelsuspension strömt. Es ist dies ein solcher Druck, bei dem die Verpreßventile im Sperrzustand verharren. Im Fall der Verwendung eines solchen Ventils findet ein Entfernen der nach anfänglichem Bohrlochverfüllen innerhalb des Längskanals noch verbliebenen Mörtelsuspension ausschließlich durch Spülung statt, wobei dieses Ventil im Schließzustand verharrt, welches einen entsprechenden geringen Druck des Spülmediums voraussetzt.
  • Der Vorgang des mehrfachen hydraulischen Sprengens des erhärteten Mörtels oder sonstigen Mediums kann sinngemäß auch bei Injektionsrohren Anwendung finden, die hauptsächlich der Gebirgsverfestigung durch Mörteleinbringung dienen.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Injektionsankers;
    • Fig. 2 eine Detaildarstellung der Einzelheit II der Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung;
    • Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verdrängungskörpers;
    • Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispeil eines Verdrängungskörpers;
    • Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines dem Bohrkopf benachbarten Bereiches des Injektionsbohrankers;
    • Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform eines dem Bohrkopf benachbarten Bereiches eines Injektionsankers;
    • Fig. 7 eine Schnittdarstellung der wesentlichen Teile einer bevorzugten Ausführungsform eines Verpreßventils;
    • Fig. 8 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Verpreßventils;
    • Fig. 9 eine Darstellung einer Variante eines Details IX der Fig. 7.
  • Mit 1 ist in Fig. 1 ein Injektionsbohranker bzw. ein sogenannter selbstbohrender Injektionsanker bezeichnet, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus den Ankerstangenabschnitten 2, 3 und 4 zusammengesetzt ist. Jeder Ankerstangenabschnitt ist in an sich bekannter Weise außenseitig über seine gesamte Länge mit einem Rundgewinde überzogen, welches unter anderem der Verbesserung des Formschlusses mit einem, ein Bohrloch ansonsten ausfüllenden Mörtel bzw. einem sonstigen aushärtungsfähigen Medium, z.B. Kunstharz dient.
  • Mit 5, 6 sind Verbindungsmuffen bezeichnet, in welche die Enden der einander gegenüberliegenden Ankerstangenabschnitte eingeschraubt sind und durch welche der Zusammenhalt der Ankerstangenabschnitte gewährleistet ist. Die Verbindungsmuffen sind als rohrartige, mit innen- und außenseitigen gewindeartigen Verformungen ausgebildete Körper ausgestaltet und es ist die Verbindungsmuffe 5 mit mehreren Abstandhaltern 7 in der Gestalt von außenseitig angeschweißten Rundeisen ausgerüstet. Mit 8 ist eine plattenartige, durchmessermäßig den Ankerstangenabschnitt 2 deutlich überragende, bohrlochsohlenseitig mit Kreuzschneiden bestückte Bohrkrone bezeichnet, die an dem Ankerstangenabschnitt 2 angeschweißt ist.
  • Mit 9 ist schließlich eine zum Aufschrauben auf das Ende des Ankerstangenabschnitts 4 sowie zum Zusammenwirken mit einer zeichnerisch nicht dargestellten, an sich bekannten Ankerplatte bestimmte Verspannmutter bezeichnet.
  • Die Ankerstangenabschnitte 2, 3 und 4 sowie die Bohrkrone 8 beinhalten einen zentralen, sich in Richtung der Achse 10 erstreckenden durchgehenden Längskanal, von dem im Bereich des Bohrkopfes weitere durchgehende Querkanäle abzweigen können. Grundsätzlich können Querkanäle auch im bohrkopfnahen Bereich des Ankerstangenabschnitts 2 vorgesehen sein. Der genannte Kanal sowie die Querbohrungen dienen in an sich bekannter Weise während des Erstellens einer Bohrung der Führung eines Spülmediums sowie nach erstellter Bohrung der Einführung einer Mörtelsuspension, eines Harzes oder eines vergleichbaren aushärtungsfähigen sonstigen, zur Herstellung eines Verbundes zwischen dem Injektionsanker 1 einerseits und den umliegenden Bohrlochwandungen andererseits geeigneten Mediums.
  • Der vordere, die Bohrkrone 8 tragende Ankerstangenabschnitt 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei, untereinander gleich beschaffenen Verpreßventilen 11 ausgerüstet. Diese Verpreßventile 11 sind entlang eines Bereiches 12 angebracht, der - ausgehend von der Bohrkrone 8 höchstens 50% der Gesamtlänge des Injektionsbohrankers 1 beträgt. Die untereinander gleich beschaffenen Verpreßventile 11 sind derart ausgebildet, daß diese ausgehend von dem Längskanal des Bohrstangenabschnitts 2 unter Druck einen Mediendurchtritt in radial auswärtiger Richtung ermöglichen - in umgekehrter Richtung, nämlich radial einwärts gerichtet hingegen als Rückschlagventile wirken.
  • Zur Erläuterung einer möglichen konstruktiven Ausbildung eines solchen Verpreßventils 11 wird im folgenden auf die Darstellung der Fig. 2 Bezug genommen:
  • Der Ankerstangenabschnitt 2 ist an der Stelle des Verpreßventils 11 mit Arretierringen 15 versehen, die auf den Ankerstangenabschnitt aufgeschoben und unter Belassung eines Abstands 14 mit letzterem verschweißt sind. In Betracht kommt jedoch auch eine Verschraubung.
  • Innerhalb des Abstands 14 zwischen den Arretierringen 15 befindet sich eine Querbohrung 16, und zwar vorzugsweise im Mittelabschnitt zwischen den Arretierringen 15. Ebenfalls vorzugsweise sind mehrere derartige Querbohrungen 16 - in gleichmäßiger Umfangsverteilung - vorgesehen. Diese Querbohrungen bilden eine durchgehende Verbindung zu dem genannten Längskanal und es wird ihre Bedeutung und Zweckbestimmung im folgenden noch erläutert werden.
  • Mit 17 ist ein, den Ankerstangenabschnitt 2 dichtend umgebender Schlauchabschnitt aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise Gummi bezeichnet, der sich zwischen den Arretierringen 15 erstreckt, durch welche dessen axiale Position gesichert wird. Die Dickenbemessung des Schlauchelements 17, welches zweckmäßigerweise aus einem gewebeverstärkten Gummi besteht, ist derart vorgenommen, daß dieses im wesentlichen bündig zu den Arretierringen 15 verläuft. Das System aus Arretierringen 15 und Schlauchabschnitt 17 bildet ein Verpreßventil, welches nach Art eines Rückschlagventils funktioniert, dessen Wirkungsweise im folgenden noch näher erläutert werden wird.
  • Der in den Zeichnungen dargestellte Injektionsbohranker ist für eine Verwendung in besonders gebrächem, kohäsionsarmem Gestein bestimmt und es wird dieser zum Setzen zunächst wie eine Bohrstange benutzt, durch deren Längskanal während des Bohrvorgangs ein geeignetes Spülmedium, z.B. Wasser strömt, welches durch die zentrale Spülbohrung der Bohrkrone 8 sowie gegebenenfalls die in diesem Bereich vornandenen weiteren Spülbohrungen austritt, in der Folge das durch die Kreuzschneiden der Bohrkrone 8 gelöste Gesteinsmaterial aufnimmt und zwischen der Innenseite des gebildeten Bohrlochs und der Außenseite der Ankerstangenabschnitte 2, 3, 4 in rückwärtiger Richtung auf die ßohrlochmündung hin ausschwemmt. Dabei wird der Fördervorgang durch die sich über die gesamte Länge des Injektionsbohrankers, einschließlich der Verbindungsmuffen 5, 6 erstreckende gewindeartige Verformung unterstützt. Entsprechend der Länge des Bohrloches sowie des Bohrfortschritts werden die Bohrstangen unter Verwendung von Verbindungsmuffen 5, 6 sowie weiterer Ankerstangenabschnitte 3, 4 verlängert, bis die endgültige Bohrlochtiefe erreicht ist. In der Folge wird über den genannten Längskanal ein aushärtbares Medium, beispielsweise eine Mörtelsuspension eingeführt, welche ihrerseits über die genannten Spülbohrungen im Bereich des Bohrkopfs austritt und hierbei teilweise in das umgebende Gebirge eindringt und teilweise entlang der Außenseite des Injektionsankers in Richtung auf die Bohrlochmündung hin strömt, wobei der hier bestehende Hohlraum verfüllt wird. Während des Spülens sowie des Verfüllens des genannten Hohlraums steht die Spülflüssigkeit bzw. die Mörtelsuspension innerhalb des Längskanals der Ankerstangenabschnitte 2, 3, 4 unter einem Druck von weniger als 15 bar, das heißt unter einem solchen Druck, bei dem die Verpreßventile 11 jedenfalls im Sperrzustand verharren. Nach Abschluß dieser ersten Phase des Ankersetzens wird durch Einführung eines im folgenden noch strukturell zu erläuternden Verdrängungskörpers in den zentralen Kanal des Ankers der in diesem verbliebene Rest an Mörtelsuspension verdrängt, indem der genannte Verdrängungskörper in Richtung auf die Bohrkrone 8 innerhalb des Injektionsankers bewegt wird. Es wird der Verdrängungskörper in jedem Fall bis in einen solchen Bereich des Injektionsankers 1 verschoben, der zwischen der Bohrkrone 8 und dem vordersten Verpreßventil 11 gelegen ist. Wesentlich für die endgültige Position des Verdrängungskörpers ist ferner, daß sämtliche der üblichen Spülbohrungen durch letzteren verschlossen werden, so daß der Längskanal in dieser Arbeitsphase einen abgeschlossenen Raum bildet. Besonders zweckmäßig ist es nach Einführen des Verdrängungskörpers die restliche, in dem Längskanal gegebenenfalls noch vorhandene Mörtelsuspension durch ein Spülmedium auszuschwemmen.
  • In der Folgezeit, und zwar nach einem ersten Abbinden der Mörtelsuspension, beispielsweise nach wenigstens 6 h wird über den Längskanal erneut eine Mörtelsuspension unter Druck in den Injektionsanker 1 eingeführt, welche nunmehr über die Querbohrungen 16 der Verpreßventile 11 austritt und hierbei den Schlauchabschnitt 17 entsprechend elastisch aufweitet. Die austretende Mörtelsuspension übt auf den, im Bohrloch in diesem Bereich bereits befindlichen Mörtel eine Sprengwirkung aus bzw. dringt in die so gebildeten Spalte derselben ein, so daß als Folge dieses erneuten Mörtelaustretens im Bereich der Verpreßventile der bereits vorhandene Durchdringungsbereich von Mörtel und evtl. gelösten Gebirgsanteilen aufgeweitet bzw. vergrößert wird, eine erhebliche Spreizwirkung auf die Struktur des Gesamtsystems, bestehend aus Mörtel und Gebirgsanker ausgeübt wird und so zur weiteren Sicherung der Position des Injektionsbohrankers 1 in dem Bohrloch beigetragen wird.
  • Alternativ kann ein Aufsprengen des Mörtels auch mit Spülflüssigkeit, z.B. Wasser durchgeführt werden, so daß erst anschließend eine Mörtelsuspension eingeführt wird.
  • Insbesondere bei abwärts bzw. schräg nach unten orientierten Bohrlöchern kann nach Verfüllen des Bohrlochs und Einbringen des Verdrängungskörpers sowie nachträglicher Spülung des Längskanals die innerhalb desselben verbleibende Spülflüssigkeit belassen werden, so daß eine anschließende hydraulische Sprengung des, den Injektionsbohranker innerhalb des Bohrlochs umgebenden Mörtels mittels Mörtelsuspension unter Zwischenanordnung der innerhalb des Längskanals befindlichen Flüssigkeitssäule bestehend aus Spülflüssigkeit vorgenommen werden kann.
  • Ist der Aufweitungsvorgang im obigen Sinne beendet bzw. wird der Zuführdruck der Mörtelsuspension innerhalb des Injektionsankers 1 reduziert, wird durch die Elastizität der Schlauchabschnitte 17 ein Rückströmen von Mörtel in den Injektionsbohranker 1 verhindert, so daß die Verpreßventile insoweit als Rückschlagventile fungieren.
  • Der oben dargestellte Aufweitungsvorgang kann im Bedarfsfall mehrfach wiederholt werden. Ob der Aufweitungsvorgang zu wiederholen ist, hängt von dem Ergebnis der nach bekannten Verfahren vorgenommenen Messung der Fähigkeit des Gebirgsankers zur Aufnahme von Zugkräften ab. Zu diesem Zweck wird nach einem ersten Aufweitungsvorgang, und zwar unmittelbar im Anschluß an das Schließen der Verpreßventile 11 die restliche, in dem Längskanal noch befindliche Mörtelsuspension ausgespült. Dies kann beispielsweise mittels eines Schlauches durchgeführt werden, der in den Längskanal eingeführt wird, dessen Spülflüssigkeit, z.B. Wasser, die Mörtelsuspension aufnimmt und ausschwemmt. Es wird auf diese Weise der Längskanal bis zu dem genannten Verdrängungskörper, d.h. einschließlich der Verpreßventile 11 freigelegt. Anschließend d.h. nach einem zumindest anfänglichen Abbinden der Mörtelsuspension wird der oben bereits dargelegte Schritt des Aufweitens wiederholt, d.h. es wird der, den Ankerstangenabschnitt umgebende Mörtel hydraulisch gesprengt, um anschließend weitere Mörtelsuspension in das Bohrloch einzubringen.
  • Es können die Verpreßventile 11 auch dazu benutzt werden, um gleichermaßen während des ersten Einbringens von Mörtelsuspension als Austrittsöffnungen für diese zur Verfügung zu stehen.
  • Um eine besonders zuverlässige Dichtwirkung des Verpreßventils 11 zu erreichen, kann dieses derart ausgestaltet sein, daß der Schlauchabschnitt 17 einen, aus einem relativ weichen vorzugsweise gummiartigen Werkstoff ausgebildeten Innenschlauch umgibt, der zum dichtenden Zusammenwirken mit dem Außengewinde des Ankerstangenabschnitts 2 geeignet ist und durch den äußeren Schlauchabschnitt 17 eine radiale Stützwirkung erfährt. Alternativ zur Anordnung eines Innenschlauches kann das, mit dem Schlauchabschnitt 17 zusammenwirkende Außengewinde durch Auftragen einer geeigneten Masse auch geglättet werden, wobei ein Aufvulkanisieren eines Gummiwerkstoffs grundsätzlich in Betracht kommt. Ein vergleichbarer Effekt wird erreicht, wenn an den Stellen des Ankerstangenabschnitts 2, die der Anbringung von Verpreßventilen 11 dienen, ein glatter Wandungsverlauf, somit ohne gewindeartige Verformung ansteht.
  • Das insoweit erfindungsgemäße Verfahren wie der zu dessen Ausführung dienende Injektionsbohranker führen somit im Ergebnis aufgrund der auf die Bohrlochwandungen ausgeübten Spreizwirkung zu einem besonders gesicherten Sitz des Ankers, gerade bei kohäsionsarmem Gebirge.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen lediglich beispielhaft mögliche Ausführungsformen eines zur Verwendung bei dem Injektionsanker bestimmten Verdrängungskörpers. So zeigt die Fig. 3 einen im wesentlichen kugelförmigen Verdrängungskörper 18, der aus einem metallischen Kern 19 besteht, der seinerseits von einer Hülle 20 aus einem elastischen Werkstoff umgeben ist. Der Verdrängungskörper ist derart bemessen, daß eine Verschiebung desselben innerhalb des Zentralkanals nur unter elastischer Verformung der Hülle 20 möglich ist, wodurch ein erheblicher Reibschluß mit den Innenwandungen der Ankerstangenabschnitte entsteht. Eine die Hülle 20 durchdringende Bohrung 21 dient dem erleichterten Verschieben des Verdrängungskörpers 18 mittels eines Stabes, der unmittelbar auf den metallischen Kern 19 einwirkt.
  • Fig. 4 zeigt einen Verdrängungskörper 22, der einen metallischen, zylindrischen Kern 23 und eine diesen konisch umgebende, rotationssymmetrische Hülle 24 aufweist, welch letztere wiederum aus einem elastisch verformbaren Kunststoff besteht. Hinsichtlich der Abmessungen gilt gleiches wie bei Fig. 3.
  • Es sind jedoch zahlreiche Abwandlungen des Verdrängungskörpers vorstellbar, insbesondere kann dieser auch außenseitig mit Borsten, Rippen oder dergleichen ausgerüstet sein, welche insbesondere in rückwärtiger Richtung in Verbindung mit der Innenseite des Längskanals eine Sperrwirkung entwickeln. Anstelle der Werkstoffpaarung Metall-Kunststoff kommt auch eine Werkstoffpaarung Hartkunststoff-Weichkunststoff in Betracht.
  • Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des, dem Bohrkopf 8 benachbarten Bereiches. Hierin ist mit 25 ein vergleichbar kurzes Teil eines Ankerstangenabschnitts bezeichnet, der mit der plattenartigen, mit zeichnerisch nicht näher dargestellten Kreuzschneiden bestückten Bohrkrone 8 verschweißt ist. Der Ankerstangenabschnitt 25 ist seinerseits in eine Verbindungsmuffe 26 eingeschraubt und zusätzlich mit dieser verschweißt. Mit 28 ist eine zentrale, in Richtung der Achse 10 verlaufende Spülbohrung des Bohrkopfes 8 bezeichnet.
  • Die Verschraubung der Verbindungsmuffe 26 mit dem Ankerstangenabschnitt 25 erfolgt derart, daß über radial orientierte Spülbohrungen 27 ein ungehinderter Austritt eines Spülmediums oder auch einer Mörtelsuspension möglich ist. Die Verbindungsmuffe 26 dient im übrigen in an sich bekannter Weise der innenseitigen Verschraubung mit weiteren Ankerstangenabschnitten.
  • Erfindungsgemäß ist ein im Sinne obiger Ausführungen zu verwendender Verdrängungskörper derart dimensioniert, daß er in den Querschnitt 29 des Ankerstangenabschnitts 25 derart einführbar ist, daß sämtliche Spülbohrungen 27, 28 verschlossen werden.
  • Es ist die gezeigte Ausbildungsform des der Bohrkrone 8 benachbarten Bereiches auch unter bohr- bzw. strömungstechnischen Gesichtspunkten sehr vorteilhaft, da sich unmittelbar hinter der Bohrkrone 8 eine relativ große Hinterschneidung 30 ergibt, durch welche ein Abführen des während des Bohrvorgangs gelösten Gesteinsmaterials begünstigt wird.
  • In Abweichung von obigen Ausführungen ist es für die Funktion der Verdrängungskörper 18, 22 jedoch auch ausreichend, wenn diese reibschlüssig in einem Bereich 31 der Verbindungsmuffe 26 festlegbar sind, der - in Richtung des durch den Pfeil 32 charakterisierten Flusses eines Spülmediums sämtlichen Spülbohrungen 27, 28 vorgelagert ist, da grundsätzlich insbesondere die als Radialbohrungen ausgebildeten Spülbohrungen 27 in einem bohrkopfnahen Bereich, und damit auch in der Verbindungsmuffe 26 vorgesehen sein können. Wesentlich ist in diesem Fall lediglich, daß durch das Einführen des Verdrängungskörpers insoweit eine Ventilfunktion ausübbar ist, als durch diesen sämtliche der genannten Spülbohrungen verschließbar sind.
  • Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform des bohrkopfnahen Bereichs des Injektionsbohrankers ist dahingehend abgewandelt, daß die Funktion des Sperrkörpers 18, 22 nunmehr durch einen fest eingebauten, die Funktion des Rückschlagventils erfüllenden Ventils 33 ersetzt ist. Es ist dieses Ventil - wie im folgenden noch näher dargelegt wird - derart ausgelegt, daß ein Fluß in Richtung des Pfeiles 32 ermöglicht wird, in Gegenrichtung zu dem Pfeil 32 hingegen gesperrt wird. Soweit ein Ventil zur Erfüllung dieser Funktionen geeignet ist, kann grundsätzlich jedes, wenn auch konstruktiv anders ausgebildete Ventil hier eingesetzt werden.
  • Das Ventil 33 besteht aus einem Ventilkörper 34, der seinerseits aus einem, zur weitestgehend dichtenden Verschraubung mit der Innenseite des Muffenteils 26 bestimten Kopfteil 35 einerseits und einem einstückig mit dem Kopfteil 35 ausgebildeten außenseitig glatten Ansatzteil 36 andererseits besteht. Das Ansatzteil 36 weist einen bedeutend geringeren Radius als das Kopfteil 35 auf, so daß sich - um das Ansatzteil 36 herum - ein Ringraum 37 ergibt.
  • Der Ventilkörper 34 weist eine zentrale, sich koaxial zu der Achse 10 erstreckende Bohrung 38 auf, die an ihrem, der Bohrkrone 8 zugekehrten stirnseitigen Ende verschlossen ist.
  • Mit 39 ist ein, aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem gummielastischen Werkstoff ausgebildeter Schlauchabschnitt bezeichnet, der das rotationssymmetrisch ausgebildete Ansatzteil 36 dichtend umgibt und im entspannten Zustand Querbohrungen 40 desselben, die in die Bohrung 38 einmünden, verschließt.
  • Wesentlich ist, daß der Schlauchabschnitt 39 durch seine Dickenbemessung und/oder eine zweckmäßige Werkstoffwahl derart ausgelegt ist, daß Seine Elastizität wesentlich größer ist, als diejenige des/Schlauchabschnitte 17, so daß demzufolge das Ventil 33 eine Strömung in Richtung des Pfeiles 32 bei Drücken ermöglicht, bei denen die Verpreßventile 11 im Schließzustand verbleiben.
  • Es handelt sich hierbei - wie eingangs bereits erwähnt - um Drücke von beispielsweise weniger als 15 bar.
  • Der Gebrauch eines im Sinne von Fig. 6 ausgerüsteten Injektionsbohrankers gestaltet sich wie folgt:
  • Es wird zunächst in an sich bekannter Weise über ein in Richtung des Pfeiles 32 strömendes Spülmedium der Injektionsanker als Bohrstange gebraucht, wobei das Spülmedium über das Ventil 33 strömt und über die Spülbohrungen 27, 28 austritt. Nach Erstellen des Bohrlochs wird in an sich bekannter Weise in Richtung des Pfeiles 32 eine Mörtelsuspension oder ein sonstiges aushärtungsfähiges Medium geführt, welches entsprechend seinem Druck ebenfalls ausschließlich über das Ventil 33 und nicht über die Verpreßventile 11 strömt, d.h. im Bereich der Spülbohrungen 27, 28 austritt und - von der Bohrlochsohle aus beginnend - das gesamte Bohrloch verfüllt.
  • Anschließend wird - mittels geringerem Druck - die innerhalb des Injektionsbohrankers verbliebene Mörtelsuspension ausgespült, wobei nunmehr aufgrund der die Außenseite des Schlauchabschnittes 39 beaufschlagenden Mörtelsuspension das Ventil 33 einen weiteren Fluß in Richtung des Pfeiles 32 unterbindet, wohingegen der Innenraum des Injektionsbohrankers bis zu dem Ventil 33 ausgespült ist. Es ist im übrigen dieser Spüldruck so bemessen, daß das Ventil 33 in keinem Fall öffnet. Insbesondere bei nach unten bzw. schräg nach unten verlaufenden Bohrlöchern kann die, den Injektionsbonranker ausfüllende Spülflüssigkeit in diesem verbleiben, wobei nach erfolgtem Aushärten des Mörtels diese Flüssigkeit als hydraulisches Mittel zum Aufsprengen des den Bonranker umgebenden Mörtels mittels der Verpreßventile 11 benutzt werden kann. Es wird somit die innerhalb des Bohrankers verbliebene Flüsssigkeitssäule durch sich an diese anschließenden Mörtel zum Aufsprengen benutzt, wobei der Mörtel schließlich über die Verpreßventile 11 austritt und die oben bereits geschilderte Wirkung entwickelt.
  • Es kann diese Ausführungsform naturgemäß auch derart benutzt werden, daß nach erfolgtem Ausspülen des Injektionsbohrankers ein Aufsprengen des Mörtels unmittelbar mittels einer Mörtelsuspension durchgeführt wird.
  • Man erkennt anhand obiger Ausführungen, daß der erfindungsgemäße Injektionsbohranker im wesentlichen durch zwei Ventile bzw. Ventilgruppen gekennzeichnet ist, nämlich ein, dem Bohrkopf zugeordnetes erstes Ventil 33, welches dem Spülen sowie dem anfänglichen Verfüllen des Bohrlochs dient und welches bei einem vergleichsweise geringen Druck bereits öffnet, d. h. eine Strömung in Richtung des Pfeiles 32 ermöglicht. Dieses erste Ventil ist jedoch nach dem Verfüllen und Aushärten der Mörtelsuspension funktionslos und wirkt in der Folge als Sperrkörper, der jeden weiteren Fluß über die genannten Spülbohrungen unterbindet. Es wirkt ferner während des Flusses von Spülmedium und anfänglicher Mörtelsuspension als Rückschlagventil, d.h. es unterbindet ein Rückströmen in Gegenrichtung zu dem Pfeil 32. Das genannte zweite Ventil bzw. die hier eingesetzte Gruppe von Ventilen sind die Verpreßventile, die - in Richtung des Pfeiles 32 gesehen - dem ersten Ventil vorgelagert sind und der Steuerung des Flusses über radiale Bohrungen bzw. Querbohrungen 16 dienen. Von diesen Verpreßventilen können naturgemäß mehrere vorgesehen sein und es sind auch diese Verpreßventile nach Art von Rückschlagventilen ausgebildet, deren Wesensmerkmal jedoch darin besteht, daß sie in Abkehr von dem erstgenannten Ventil erst bei einem wesentlich höheren, innerhalb des Injektionsbohrankers anstehenden Druck öffnen, welcher größer als 15 bar, beispielsweise zwischen 50 bar und 100 bar beträgt. Diese Verpreßventile sind - wie oben bereits ausgeführt - während des Spülens sowie dem anfänglichen Verfüllen des Bohrlochs aufgrund ihres hohen Öffnungsdruckes völlig funktionslos, d.h. sie befinden sich während dieser Phase im Schließzustand. Man erkennt aus diesen Ausführungen ferner, daß beide Ventile bzw. Ventilgruppen in Stömungsrichtung gesehen - als unter Federvorspannung stehende Ventile betrachtet werden können, deren Vorspannung unterschiedlich hoch bemessen ist. Es können demzufolge auch beliebige konstruktive Abwandlungen von Ventilen hier eingesetzt werden, die funktionell den dargestellten, unter Vorspannung stehenden Ventilen entsprechen.
  • Mit 41 ist in Fig. 7 eine Variante eines Verpreßventils bezeichnet, die aus einem mit Außengewinde versehenen Rohrelement 42 und einem, dieses koaxial umgebenden schlauchartigen Hüllkörper 43 besteht. Das Rohrelement 42 kann unmittelbar ein Teil einer Ankerstange sein - es kann sich jedoch auch um ein, zum Einbau zwischen zwei Ankerstangenabschnitte bestimmtes und ausgestaltetes Zwischenelement handeln. Der Hüllkörper besteht aus einem elastischen, vorzugsweise gummielastischen Werkstoff, der wiederum im Bedarfsfall eine Gewebeverstärkung aufweisen kann.
  • Mit 44 ist ein, sich radial einwärts konisch verjüngende Bohrung des Rohrelements bezeichnet, in die - durch den Hüllkörper 43 gehalten - ein kugelartiger Sperrkörper 45 eingesetzt ist. Man erkennt, daß der Sperrkörper 45 in Verbindung mit dem, diesen elastisch in die Bohrung 44 von der Außenseite des Rohrelements 42 her elastisch einpressenden Hüllkörper 43 ein federbelastetes Rückschlagventil bildet. Es ist die Federcharakteristik dieses Verpreßventils 41 durch eine entsprechende Bemessung bzw. Auslegung des Hüllkörpers 43 dahingehend ausgelegt, daß der Sperrkörper 45 entgegen der elastischen Rückstellkraft des Hüllkörpers 43 erst bei einem erhöhten Druck in radial auswärtiger Richtung aus der Bohrung 44 verdrängt wird und ein Abströmen in den Außenraum ermöglicht, der zum nachträglichen Aufsprengen eines anfänglich erhärteten, die Ankerstange außenseitig umgebenden Mörtelkörpers erforderlich ist und im übrigen funktionslos bleibt, d.h. im Schließzustand verharrt.
  • Der Sperrkörper 45 kann aus Metall, z.B. Stahl bestehen. Er kann jedoch auch aus einem geeigneten Kunststoff ausgebildet sein. Auch ist die Kugelform des Sperrkörpers nicht zwingend und es kann in gleicher Weise auch ein konisch ausgebildeter Körper zu diesem Zweck Verwendung finden.
  • Zur axialen Sicherung des Hüllkörpers 43 können wiederum in Fig. 7 zeichnerisch nicht dargestellte Arretierringe vorgesehen sein, die auf die Außenseite des Rohrelements 42 aufgeschraubt sind und sich außenseitig im wesentlichen bündig zu dem Hüllkörper 43 erstrecken. Auch kann die endgültige Montageposition dieser Arretierringe durch Verschweißung mit dem Rohrelement 42 gesichert sein.
  • Das im obigen Sinne komplettierte Verpreßventil 41 kann im übrigen in gleicher Weise wie das in Fig. 2 beschriebene Verpreßventil Verwendung finden.
  • Die in Fig. 8 gezeigte Variante eines Verpreßventils 46 ist wiederum durch ein zentrales Rohrelement 47 gekennzeichnet, welches in gleicher Weise wie das Rohrelement 42 gemäß Fig. 7 ausgebildet ist. In Abweichung von dem Rohrelement 42 ist jedoch das Rohrelement 47 durch vier, entlang einer Mantellinie angeordnete Bohrungen 48 gleicher Größe charakterisiert, welche Bohrungen wiederum eine sich radial einwärts verjüngende Ausgestaltung haben. In gleicher Weise wie bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder Bohrung 48 ein zeichnerisch nicht dargestellter Sperrkörper zugeordnet, der durch einen Hüllkörper 50 elastisch in der Bohrung gehalten ist. Alternativ können die Bohrungen 48 auch in unterschiedlichen Umfangswinkelpositionen zueinander angeordnet werden. Es sollten die Bohrungen 48 jedoch mit Rücksicht auf die Festigkeit des Rohrelements 42 nicht in einer gemeinsamen Querschnittsebene angeordnet sein.
  • Mit 51, 52 sind Rohrzylinder bezeichnet, die innen- und außenseitig mit Gewinde versehen sind, auf das Rohrlement beiderseits des Hüllkörpers 50 aufgeschraubt sind und insoweit die Funktion von Arretierringen übernehmen. Im Bedarfsfall können die Rohrzylinder 51, 52 in der endgültigen Verschraubungsposition durch Verschweißung mit dem Rohrelement 47 gesichert werden.
  • Das Rohrelement 47 kann hierbei ein Teil einer Ankerstange sein - es kann das Verpreßventil 46 in der in Fig. 8 gezeigten Ausführung prinzipiell jedoch auch als Zwischenelement zwischen zwei Ankerstangenenden betrachtet werden.
  • Ist das Rohrelement 47 als Teil der Ankerstange anzusehen, kann dieses unter Verwendung einer üblichen Kupplungsmuffe mit einem anderen Ankerstangenende verbunden werden.
  • Es können jedoch auch die beiden, aus den Rohrzylindern 51, 52 herausragenden Enden des Rohrlements 47 als Einschraubenden betrachtet werden, die in ein gegenüberliegendes Ankerstangenende eingeschraubt werden, welches radiale Abmessungen und ein Außengewinde aufweist, die den Rohrzylindern 51, 52 entsprechen. In diesem Fall können die Rohrzylinder 51, 52 als Teil einer Ankerstange angesehen werden und es ergibt sich in diesem Fall eine Ankerstange, die im Bereich des Verpreßventils keinerlei außenseitig auftragende Strukturelemente aufweist.
  • Fig. 9 zeigt einen Hüllkörper 53, der einstückig mit einem Sperrkörper 54 ausgebildet ist, der eine in etwa konische Gestalt aufweist.
  • Der Sperrkörper 54 ragt wiederum in eine Bohrung 55 eines den Rohrelementen 42, 47 entsprechenden Rohrelements 56 hinein und wird in dieser Position elastisch unter Vorspannung stehend gehalten. Auch bei dieser Variante der Ausbildung des Sperrkörpers können mehrere solcher Sperrkörper in einer, beispielsweise der Fig. 8 entsprechenden Konfiguration vorgesehen sein.
  • Der Hüllkörper 53 besteht wiederum aus einem elastischen, gegebenenfalls durch Gewebeeinlagen verstärkten Kunststoff, beispielsweise einem gummiartigen Kunststoff und ist in seiner Dicke mit Hinblick auf die oben geschilderte Funktion eines Verpreßventils hin ausgestaltet.
  • Der Sperrkörper 54 ist in seiner Konizität in etwa an diejenige der Bohrung 55 angepaßt, kann jedoch auch eine halbkugelartige Gestalt aufweisen.
  • Der Sperrkörper 54 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 aus dem gleichen Werkstoff wie der Hüllkörper 53 ausgebildet. Zur Erhöhung der Steifigkeit des ersteren kann ein Armierungskörper in den elastischen Werkstoff eingebunden werden, beispielsweise in der Form einer Kugel oder auch Halbkugel.
  • Ein im Sinne der Fig. 7 bis 9 ausgebildetes Verpreßventil ist insbesondere für hohe Drücke geeignet, insbesondere wenn mehrere Verpreßvorgänge nacheinander durchgeführt werden sollen.

Claims (30)

  1. Injektionsrohr, bestehend aus wenigstens einem, mit einer durchgehenden außenseitigen Profilierung versehenen Rohrabschnitt, durch den hindurch sich ein zentraler Längskanal erstreckt, wobei der Rohrabschnitt mit wenigstens einem, eine Strömung quer aus dem Längskanal heraus ermöglichenden Verpreßventil (11) versehen ist, das nach Art eines Rückschlagventils ausgestaltet ist, welches eine Rückströmung in Richtung des Längskanals sperrt,
    - wobei der Rohrabschnitt der Ankerstangenabschnitt (2) eines aus mehreren Ankerstangenabschnitten (2,3,4) mit Verbindungsmuffen (6) bestehenden Injektionsbohrankers (1) ist,
    - wobei der Längskanal in einer Bohrkrone (8) fortgeführt ist und in wenigstens eine Austrittsöffnung einmündet,
    - wobei der Austrittsöffnung/den Austrittsöffnungen der Bohrkrone (8) und des bohrkronennahen Bereiches des Ankerstangenabschnitts (2) wenigstens ein Ventil (33) zugeordnet ist, welches nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet ist, d.h. eine Strömung aus dem Längskanal heraus ermöglicht, eine RückStrömung in den Längskanal hingegen sperrt, und
    - wobei das wenigstens eine Verpreßventil (11) einerseits und das wenigstens eine Ventil (33) andererseits - in Strömungsrichtung gesehen - als unter Vorspannung stehende Ventile (11,33) ausgebildet sind, und zwar mit der Maßgabe, daß das Verpreßventil (11) bei höheren Drücken als das Ventil (33) öffnet.
  2. Injektionsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die durchgehende Profilierung des Rohrabschnitts als Gewinde ausgebildet ist.
  3. Injektionsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das der Bohrkrone (8) abgekehrte Ende des Ankerstangenabschnitts (2) in an sich bekannter Weise zum Anschrauben weiterer Ankerstangenabschnitte (3,4) bestimmt ist.
  4. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Verpreßventil (11) in einem, der Bohrkrone (8) benachbarten Bereich angeordnet ist.
  5. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    - daß mehrere Verpreßventile (11) in einem, der Bohrkrone (8) benachbarten Bereich vorgesehen sind, wobei dieser Bereich sich ausgehend von der Bohrkrone (8) über eine Länge von höchsten 50% der Gesamtlänge des Injektionsbohrankers (1) erstreckt.
  6. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    - das jedes Verpreßventil (11,41,46) aus wenigstens einer Bohrung (44,48,55,17) eines Rohrelements (42,47,56) oder eines Ankerstangenabschnitts (2,3, 4) besteht, welche außenseitig von einem Hüllkörper (43,50,53) oder einem Schlauchabschnitt (17) dichtend umgeben ist.
  7. Injektionsrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    - daß axial beidseitig des Hüllkörpers (43,50,53) oder des Schlauchabschnitts (17) zur axialen Positionssicherung koaxiale Arretierringe (15) oder Rohrzylinder (51,52) vorgesehen sind.
  8. Injektionsrohr nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
    - daß in jeder Bohrung (44,48,55) ein Sperrkörper (45,54) angeordnet ist, der diese dichtend verschließt und durch den Hüllkörper (43,50,53) in dieser Schließposition gehalten ist.
  9. Injektionsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (45) als getrenntes Teil ausgebildet ist und aus Metall oder Kunststoff besteht.
  10. Injektionsrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (54) als mit dem Hüllkörper (53) zusammenhängendes Teil ausgebildet ist.
  11. Injektionsrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (54) als mit dem Hüllkörper (53) werkstofflich homogenes Teil ausgebildet ist.
  12. Injektionsrohr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (54) als mit dem Hüllkörper (53) werkstofflich homogenes, jedoch mit Armierungseinlagen versehenes Teil ausgebildet ist.
  13. Injektionsrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierungseinlage die Gestalt einer Kugel, Halbkugel, eines Kegels oder eines Kegelstumpfes oder dergleichen aufweist.
  14. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Arretierringe (15) und die mit diesen in Verbindung stehenden Teile des jeweiligen Ankerstangenabschnitts (2,3,4) untereinander in vorzugsweise unlösbarer Verbindung stehen, insbesondere miteinander verschweißt sind.
  15. Injektionsrohr nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
    -   daß die Arretierringe (15) mit den entsprechenden Abschnitten des Ankerstangenabschnitts (2,3,4) verschraubt sind.
  16. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 15, gekennzeichnet
    - durch eine glattwandige Ausgestaltung des mit dem Schlauchabschnitt (17) zusammenwirkenden Bereichs des Ankerstangenabschnitts (2).
  17. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 15, gekennzeichnet
    - durch einen aus weichem, gummiartigem Werkstoff bestehenden, innerhalb des Schlauchabschnitts (17) angeordneten weiteren Schlauchabschnitt, der zum dichtenden Anliegen auf dem Außengewinde des Ankerstangenabschnitts (2) bestimmt ist.
  18. Injektionsrohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Ventil (33) aus einem, innerhalb des Längskanals - in Richtung der Strömung eines Spülmediums gesehen - vor den Austrittsöffnungen angeordneten Ventilkörper (34) besteht.
  19. Injektionsrohr nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Ventilkörper (34) aus einem zur Befestigung an der Innenseite des Ankerstangenabschnitts (2) bestimmten Kopfteil (35) und einem, von einem Schlauchabschnitt (39) aus einem elastischen Werkstoff dichtend umgebenden, vorzugsweise einstückig mit dem Kopfteil (35) ausgebildeten Ansatzteil (36) besteht,
    - daß der Ventilkörper (34) eine Längsbohrung aufweist, die mit Querbohrungen (40) zusammenwirkt, die durch den Schlauchabschnitt (39) gesperrt werden und
    - daß die Längsbohrung ansonsten nur an einer Stirnseite offen ausgebildet ist.
  20. Injektionsrohr nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Kopfteil (35) in den Ankerstangenabschnitt (2) eingeschraubt ist,
    - daß der Ventilkörper (34) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und
    - daß sich die Längsbohrung in Richtung der Achse (10) erstreckt.
  21. Injektionsrohr nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Ansatzteil (36) radial derart bemessen ist, daß sich ein außenseitig durch die Innenseite des Ankerstangenabschnitts (2) begrenzter Ringraum (37) ergibt.
  22. Verfahren zum Setzen eines Gebirgsankers unter Verwendung eines Injektionsbohrankers (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 21, wobei in einem ersten Schritt eine Bohrung unter Einsatz eines geeigneten Spülmediums erstellt wird und in einem zweiten Schritt über den Längskanal des Injektionsbohrankers (1) sowie dessen Austrittsbohrungen hindurch ein aushärtbares Medium, beispielsweise eine Mörtelsuspension in das Bohrloch eingeführt wird, welche den Ringraum zwischen der Innenseite des Bohrlochs einerseits und der Außenseite des Ankerstangenabschnitts (2,3,4) andererseits weitestgehend ausfüllt, und
    - wobei in einem dritten Schritt nach Verfüllen des Ringraumes die innerhalb des Längskanals verbliebene Mörtelsuspension entfernt wird, wobei das/die Verpreßventile (11) freigelegt werden und
    - fermer in einem vierten Schritt auf hydraulischem Wege über das wenigstens eine Verpreßventil (11) eine Sprengwirkung auf den, den Ankerstangenabschnitt (2) umgebenden Mörtel ausgeübt wird und Mörtelsuspension in vorhandene Spalte, Risse oder dergleichen eingepreßt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Entfernung der Mörtelsuspension aus dem Längskanal mittels eines Verdrängungskörpers (18, 22) durchgeführt wird, mittels welchem die Mörtelsuspension über die Austrittsöffnungen der Bohrkrone (8) sowie den bohrkronennahen Bereich des Ankerstangenabschnitts (2) verdrängt wird und
    - daß nach Ausführung des dritten Schrittes der Verdrängungskörper innerhalb der Längsbohrung verbleibt.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Entfernung der Mörtelsuspension aus dem Längskanal, insbesondere bei Verwendung eines Ventils (33) durch Ausspülen mittels einer geeigneten Spülflüssigkeit, z.B. Wasser durchgeführt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
    - daß im Anschluß an die Einführung des Verdrängungskörpers (18,27) der Längskanal mittels einer geeigneten Spülflüssigkeit, z.B. Wasser ausgespült wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
    - daß im Rahmen des vierten Schrittes durch Einführen von Mörtelsuspension eine Sprengwirkung auf den, den Ankerstangenabschnitt (2,3,4) umgebenden Mörtel ausgeübt wird und die Mörtelsuspension anschließend in vorhandene Spalte, Risse oder dergleichen eingepreßt wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
    - daß im Rahmen des vierten Schrittes durch Einführen einer Spülflüssigkeit, z.B. Wasser, eine Sprengwirkung auf den, den Ankerstangenabschnitt (2,3,4) umgebenden Mörtel ausgeübt wird und anschließend eine Mörtelsuspension eingeführt und in vorhandene Spalte, Risse oder dergleichen eingepreßt wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet,
    - daß bei mit Gefälle oder abwärts gerichteten Bohrlöchern die Spülflüssigkeit nach Vollendung des Ausspülens des Längskanals innerhalb desselben verbleibt und daß das Einführen von Mörtelsuspension im Rahmen des vierten Schrittes unter Zwischenanordnung der vorhandenen Flüssigkeitssäule bestehend aus Spülflüssigkeit erfolgt, über welche eine Sprengwirkung ausgeübt wird.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet,
    - daß im Anschluß an den vierten Schritt die innerhalb des Längskanals verbliebene Mörtelsuspension in einem fünften Schritt ausgespült wird und der genannte vierte Schritt wiederholt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften und vierten Schritte wenigstens einmal wiederholt werden.
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