EP0843073B1

EP0843073B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einsetzen eines Injektionsankers

Info

Publication number: EP0843073B1
Application number: EP97890218A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. Sauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2002-02-06
Anticipated expiration: 2017-11-04
Also published as: DE59706293D1; EP0843073A1; JPH10220197A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches Verfahren wurde z.B. durch die AT 392 517 B bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Anker oder Spieß gleichzeitig mit dem Bohrgestänge während des Bohrens eingebracht, wobei ein Kopf eines Ankers oder Spießes in einem Bohrkopf des Bohrgestänges drehfest gehalten ist. Dabei stützt sich der Kopf des Ankers oder Spießes an einer gegen das freie Ende des Bohrkopfes gerichteten Schulter desselben ab.

Nach dem Erreichen der gewünschten Tiefe des Bohrloches, wobei während des Bohrens ein Spülmittel durch den Spalt zwischen der Innenwand des Bohrgestänges und dem Anker oder Spieß geleitet wird, wird eine viskose erhärtende Masse zwischen der Innenwand des Bohrgestänges und dem Anker oder Spieß bei gleichzeitigem Herausziehen des Bohrgestänges eingegreßt, wobei zumeist Betonmilch eingepreßt wird. Dabei hat es sich gezeigt, daß es dabei auch zu einem Hochsteigen des Ankers oder Spießes kommen kann.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet ist, daß der Anker oder Spieß während des Einpressens der erhärtenden Masse seine Lage beibehält.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagene Maßnahme ist sichergestellt, daß der Anker oder Spieß von der austretenden hochviskosen Masse mitgenommen wird und daher bei der gleichzeitigen axialen Bewegung des Bohrgestänges im tiefsten Endbereich des Bohrloches verbleibt. Gleichzeitig wird durch die hochviskose Masse auch einem radialen Auswandern des Ankers oder Spießes ein sehr erheblicher Widerstand entgegengesetzt, wodurch ein hohes Maß an Lagegenauigkeit des Ankers oder Spießes sichergestellt ist. Aufgrund der durch die hochviskose Masse bedingten hohen Lagestabilität der Anker können auch Ankerseile verwendet werden.

Bei der Injektionsmasse kann es sich Ankermörtel, Kunstharze u.dgl. aber auch um pastösen Sprengstoff handeln.

Es ist grundsätzlich auch möglich die Bohrung mit einem Bohrgestänge herzustellen, in dem sich kein Anker oder Spieß befindet. Dabei wird nach der Fertigstellung der Bohrung, ein zur Zufuhr eines Spülmittels vorgesehener Spül- bzw. Verpreßkopf von dem Bohrgestänge abgeschraubt und der Anker oder Spieß in dieses eingesetzt. Anschließend wird der Spül- bzw. Verpreßkopf auf das Bohrgestänge wieder aufgesetzt, die erhärtende Masse eingepreßt und dabei gleichzeitig das Bohrgestänge aus dem Bohrloch entfernt. Dies kann je nach den Erfordernissen durch Aufbringen von Zugkräften am äußeren Ende des Bohrgestänges oder auch allein durch die von der unter Druck stehenden Injektionsmasse auf die Stirnfläche des Bohrgestänges während des Einpressens ausgeübte Kraft erfolgen.

Ein weiters Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren vorzuschlagen.

Bei einer bekannten Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 werden Anker eingesetzt, die an ihrem einen Ende eine mit einer stirnseitigen Schneide versehenen Kopf aufweisen. Dabei ist der Kopf des Ankers in axialer Richtung entgegen der Bohrrichtung abgestützt. Dadurch ist es erforderlich den Anker in den Bohrkopf einzusetzen. Dadurch ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der Anker nur eine maximale Länge aufweisen darf, als dem Rangierbereich einer das Bohrgestänge aufnehmenden Bohrlafette entspricht, oder anders ausgedrückt es muß eine der Länge des Ankers entsprechende Bohrlafette verwendet werden.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 vorzuschlagen, bei der auch Anker mit einer den Rangierbereich der eingesetzten Bohrlafette übersteigenden Länge eingesetzt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist ein weitgehender Verschluß der stirnseitigen Öffnung des Durchbruchs des Bohrkopfes sichergestellt, wobei der Bohrkopf auch ohne eingesetztem Anker voll verwendungsfähig ist. Dadurch ist es möglich zuerst die Bohrung herzustellen und danach den Anker in das Bohrgestänge einzusetzen. Dabei werden während des Bohrens Probleme mit den oft mit einem sehr erheblichen Spiel im Inneren des Bohrgestänges geführten Ankern vermieden. Außerdem fällt auch die Längenbeschränkung der Anker im Hinblick auf die Rangierlänge der verwendeten Bohrlafette weg.

Beim Einpressen der Injektionsmasse wird der Anker und der Bohrstoppel in axialer Richtung in Bohrrichtung aus dem Bohrgestänge ausgetrieben.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil einer sehr einfachen Halterung des Bohrstoppels, wobei dieser nicht von selbst aus dem Bohrkopf fallen kann, wodurch auch im wesentlichen vertikalen nach unten gerichtete Bohrungen einfach hergestellt werden können.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht sehr einfache Lösung.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 und 2 schematisch zwei um 90° gedrehte Längsschnitte durch einen Bohrkopf mit eingesetztem Anker,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Bohrkopfes mit eingesetztem Bohrstoppel,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Fig. 1 und

Fig. 5 einen auf das Bohrgestänge aufgesetzen Verpreßkopf.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 zu ersehen ist, weist der Bohrkopf 1, die an ihrer freien Stirnseite mit Bohrstiften 2 aus Hartmetall bestückt ist, einen Durchbruch 3 auf, der sich in axialer Richtung des Bohrkopfes 1 erstreckt. Dieser Durchbruch 3 weist einen unrunden Querschnitt auf und erweitert sich gegen die freie Stirnseite des Bohrkopfes zu.

Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, weist der Durchbruch 3 einen im wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt auf. In diesem, sich gegen die freie Stirnfläche des Bohrkopfes 1 1 zu erweiternden Durchbruch 3 ist ein Bohrstoppel 4 gehalten, der an seiner freien Stirnseite eine Schneide 5 aufweist. Dieser Bohrstoppel 4 ist in axialer Richtung entgegen der Bohrrichtung abgestützt und liegt an den konischen Flächen des Durchbruchs 3 an.

Weiters ist der Bohrstoppel 4 mit einer Querbohrung 6 versehen, die von einer im wesentlichen U-förmigen Feder 7 durchsetzt ist, deren Schenkel in taschenförmige Erweiterungen 8 des Durchbruchs 3 eingreifen und den Bohrstoppel durch Reibungsschluß mit den Wänden des Durchbruchs 3 halten. Dabei ist jedoch ein Ausstoßen des Bohrstoppels 4 in axialer Bohrrichtung möglich.

Der Bohrkopf 1 ist in üblicher Weise auf ein Bohrgestänge 9 aufgeschraubt, das auch mehrteilig ausgebildet sein kann.

Am antriebsseitigen Ende des Bohrgestänges 9 ist dieses mit einem Verpreßkopf 10 verbunden, der mit einer Anspeisung 11 zur Einbringung einer Injektionsmasse versehen ist. Der Verpreßkopf 10 weist in üblicher Weise eine mit der Anspeisung 11 versehene Hülse 12 auf, die an ihrer Innenseite eine umlaufende Nut 13 im Bereich der Anspeisung 11 aufweist, wobei die Hülse eine mit dem Bohrgestänge 9 drehfest verbunden Kopf 14 umschließt. Dieser Kopf 14 ist mit einer zentralen Sackbohrung 15 versehen, die gegen das Innere des Bohrgestänges 9 zu offen ist und über eine Querbohrung 16 mit der umlaufenden Nut 13 der Hülse 12 in Verbindung steht. Dabei ist die Hülse 12 gegen den Kopf 14 mittels Dichtungen 17 abgedichtet.

An dem Kopf 14 greift ein nicht dargestellter Bohrhammer an, der in die Sackbohrung 18 eingreifen kann.

In dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Zustand, ist bereits ein Anker 19 in das Bohrgestänge 9 eingesetzt, der mit vorzugsweise schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen 20 versehen ist. Wie insbesondere aus der Fig. 4 zu ersehen ist, verbleibt zwischen der Innenwand des Bohrgestänges 9 und dem Anker 19 ein Spalt 21, über den während den Bohrens ein Spülmittel zugeführt werden kann, das über einen dem Verpreßkopf 10 ähnlichen Spülkopf in das Bohrgestänge 9 eingebracht werden kann.

Bei der Herstellung eines Ankers nach der Erfindung wird mittels des Bohrkopfes 1, in der ein Bohrstoppel 4 gehalten ist und die mit einem Bohrgestänge 9 verbunden ist, eine Bohrung in die zu sichernde Gesteinsformation vorgetrieben. Dabei kann in das Bohrgestänge 9 auch ein Anker 19 eingebracht sein, erforderlich ist dies jedoch nicht.

Dabei wird während des Bohrens ein Spülmittel über das Innere des Bohrgestänges der Bohrstelle zugeführt. Die Einbringung des Spülmittels erfolgt dabei über einen Spülkopf, der auch als Verpreßkopf 10 ausgebildet sein kann.

Spätestens nach der Fertigstellung der Bohrung wird nach der Abnahme des Spülkopfes ein Anker 19 oder Spieß in das Bohrgestänge 9 eingebracht und ein Verpreßkopf 10 aufgesetzt. Anschließend wird eine Injektionsmasse mit einer Viskosität von 1 500 bis 5.000cP mittels des Verpreßkopfes 10 in das Innere des Bohrgestänges unter hohem Druck eingebracht und tritt stirnseitig aus dem Durchbruch 3 des Bohrkopfes 1 aus. Dabei wird aufgrund der hohen Viskosität der Injektionsmasse der Bohrstoppel 4 aus dem Bohrkopf 1 hinausgedrückt, wobei gleichzeitig das Bohrgestänge 9 samt Bohrkopf aus der Bohrung hinausbewegt wird. Dies kann alleine unter der Einwirkung des Auspreßdruckes der Injektionsmasse oder auch unter zusätzlicher Anwendung einer entsprechenden Zugkraft an dem Bohrgestänge 9 erfolgen.

Durch das Auspressen der Injektionsmasse und deren hoher Viskosität wird auch der Anker 19 aus dem Bohrgestänge 9 getrieben, sodaß er, eingebettet in der Injektionsmasse, im Bohrloch verbleibt, die rasch erhärtet. Dabei sorgt die Injektionsmasse, die im Bereich des Verpreßkopfes 10 im wesentlichen zentral in das Innere des Bohrgestänges 9 eintritt, auch für eine weitgehende Zentrierung des Ankers 19 im Bohrgestänge 9.

Nach dem raschen Aushärten der Injektionsmasse ergibt sich eine sehr weitgehende Sicherung der Gesteinsformation.

Claims

Verfahren zur Absicherung von nicht bzw. mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen, insbesondere bei der Herstellung von Tunneln, bei dem zunächst mit einem hohlen Bohrgestänge Bohrungen in die Formation eingebracht und in diese Spieße oder Anker mit Spiel eingesetzt werden, und anschließend eine erhärtbare Masse in die Bohrungen unter gleichzeitigem Entfernen des Bohrgestänges injiziert wird, wobei die Spieße oder Anker in den Bohrungen verbleiben, dadurch gekennzeichnet, daß eine erhärtende Masse mit einer Viskosität von 1 500 bis 5 000cP injiziert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 mit einem Bohrgestänge (9), das in axialer Richtung einen Kanal aufweist und das an seinem vorderen Ende einen Bohrkopf mit einem axialen Durchbruch (3), der zumindest über einen Teil seiner Länge von der freien Stirnseite des Bohrkopfes (1) her einen unrundem Querschnitt aufweist, wobei zwischen der Innenwand des Bohrgestänges (9) und dem Anker (19) oder Spieß und der Innenwand des Durchbruchs (3) des Bohrkopfes (1), zumindest in Bereichen des Umfanges der Querschnitte ein Spalt verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem axialen Durchbruch (3) des Bohrkopfes (1) ein in Bohrrichtung axial ausstoßbarer, mit einer Schneide (5) versehener Bohrstoppel (4) gehalten ist, der im wesentlichen in dem an der Stirnseite des Bohrkopfes (1) beginnenden Bereich des Durchbruchs (3) gehalten ist und ebenfalls einen unrunden Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstoppel (4) mit mindestens einer Feder (7) durch Reibungsschluß im Bohrkopf (1) gehalten ist, wobei die Feder(n) (7) an der Innenwand des Durchbruchs (3) des Bohrkopfes (1) anliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) im wesentlichen V-förmig gebogen ist und eine Querbohrung (6) des Bohrstoppels (4) durchsetzt und mit den freien Enden ihrer beiden Schenkel an der Innenwand des Durchbruchs (3) des Bohrkopfes (1) anliegt.