DE2105888A1

DE2105888A1 - Verfahren und Einrichtung zum Ver ankern von Gesteinsbolzen

Info

Publication number: DE2105888A1
Application number: DE19712105888
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Williams, Chester Irving, Grand Ra pids Mich (VStA)
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1971-08-12
Also published as: GB1323037A; JPS5518840B1; GB1323034A; GB1323036A; GB1323033A; SU393845A3; ZA71333B; GB1323031A; GB1323035A; US3695045A; DE2105888B2; DE2105888C3; CA948898A

Description

W 662

Or.--:: .... - , CHKE

Dipl.:?· · ■ -'ULAR

93

Chester I. Williams, Grand Rapids / Michigan (V„St*v»A*)

Verfahren und Einrichtung zum Verankern von ü-esteinsbolzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstärken einer tiesteinsformation mittels tfesteinsbolzen, wobei ein Vorspannungszustand erzeugt wird, bei dem die Auslösung einer Bewegung der Formation verhindert wird, sowie eine U-esteinsbolzenanordnung, die bei der Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann.

Es ist allgemein bekannt, dass eine geschichtete oder eine zerbrochene i'elsformation ortsfest gehalten werden kann unter Verwendung von .Bolzen, die sich von der Oberfläche des Gesteins in den i'els bis zu einer Tiefe erstrecken, in der die gegebenen Anforderungen erfüllt werden können,, .Bolzen mit einer Länge von 12 Metern sind nicht ungewöhnlich. Es wurde ferner festgestellt, dass Gesteinsschichten mit einander verriegelt werden können mit Hilfe von Bolzen, so dass sie selbsttragend die Decken von Tunnels oder anderen Ausschachtungen bilden können. Es ist allgemein üblich, an den innen gelegenen Enden der Bolzen

Verankerungen vorzusehen, so dass, in gewissem Grade eine Spannung erzeugt werden kann zwischen der Verankerungsstelle und einer Lagerplatte, die über die an der Oberfläche gelegene Öffnung einer Bohrung gelegt wird, in die der .Bolzen eingesetzt wird» Diese Bolzen werden häufig mit einem Schutzbelag versehen, und eine Verbindung mit dem Gestein wird dadurch he-rgestellt, dass in die Bohrung um den Bolzen herum Mörtel oder eine Vergussmasse eingespritzt wird.

Eine ±se sondert he it von unter Spannung stehenden Materialien hat zu Schwierigkeiten bei der Ausführung und bei dem Einsetzen dieser Gesteinsbolzen geführt. Um eine Spannung erzeugen zu können, muss ein Gesteinsbolzen grundsätzlich gereckt werden. Hieraus folgt, dass ein ohne eine gewisse Vorspannung eingesetzter Gesteinsbolzen erst dann an der tiesteinsf ormation wirksam wird, nachdem diese sich tatsächlich zu bewegen beginnt» Dies ist genau der Vorgang, den der eingesetzte .bolzen verhindern soll» Es ist nicht nur erwünscht, die Festigkeit der Gesteinsformation so weit wie möglieh, zu erhalten, sondern auch die Reibung auszunutzen, so dass ein bewegbarer Gegenstand am Standort viel leichter festgehalten werden kann, bevor der Gegenstand sich zu bewegen beginnt.

Die bisher bekannten Verankerungsvorrichtungen haben sich allgemein als ungeeignet erwiesen, die volle Belastungsfähigkeit der Bolzen auszunutzen, so dass eine Verbindung zwischen dem Bolzen und der Gesteinsformation durch den umgebenden Mörtel hergestellt werden musste, damit die Belastbarkeit eines bestimmten Gesteinsbolzens an einer gegebenen Stelle voll ausgenutzt werden konnte_o Solange auf den Mörtel zurückgegriffen werden musste, konnte zweifellos nur eine verhältnismäßig geringe Vorspannung erzeugt werden«. Bei allen Anlagen, bei denen Gesteinsbolzen verwendet werden, mussten diese Einschränkungen berücksichtigt werden, wach dem Verfestigen oder Abbinden des Mörtels konnte eine weitere Vorspannung nicht vorgesehen und durchgeführt werden, weil der Bolzen an dessen gesamter Jbänge mit der Gesteinsformation fest verbunden war. Der Bolzen konnte daher nicht weiter gereckt werden, wie zum Erhöhen der Spannung erforderlich wäre. Bei den herkömmlichen Verankerungsvorrichtungen

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"besteht noch, die weitere Schwierigkeit, dass es im allgemeinen unmöglich ist, den Anker zusammen mit der Bolzenstange zu vermörteln und zwar deswegen, weil bei diesen Vorrichtungen eine Strömung des Mörtels am gesamten Bolzen unter Einschluss der Verankerung entlang nicht möglich ist und auch nicht ein Fluss des Mörtels neben der Verankerung. Es muss entweder ein hohler Bolzen oder eine gesonderte Rohrleitung in der gesamten Länge der Anordnung vorgesehen werden, und natürlich kann der Mörtel nicht mit Sicherheit hinter dem Ende der Anordnung abgesetzt werden« Es ist auch fast unmöglich, unter diesen Bedingungen eine Überprüfung der fertigen Bolzenanordnung und der Vermörtelung durchzuführen ο Die bisher bekannten Gesteinsbolzenanordnun- t| gen waren daher nicht so eingerichtet, dass bei Überprüfungen die Ordnungsmäßigkeit und Geeignetheit der Anlage festgestellt werden kann, welche Überprüfung natürlich auf die Außenseite der Einrichtung beschränkt ist_e

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Befestigen einer Gesteinsformation am Standort vor,, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass in die Gesteinsformation ein Loch gebohrt wird, dass in das Loch eine mit einer Verankerung ausgestattete Gesteinsbolzenanordnung eingesetzt wird, dasa die Verankerungsvorrichtung an der Gebrauchssteile abgesetzt wird, dass die Gesteinsbolzenanordnung vorgespannt wird bis zu mindestens 67$ der Streckgrenze des Bolzenschaftes der Gesteins- ä bolzenanordnung, und dass das Bohrloch mit Mörtel um den Bolzenschaft herum im wesentlichen vollständig ausgefüllt wird.

Die Erfindung sieht ferner eine Gesteinsbolzenanordnung vor, die aufweist eine Verankerungsvorrichtung, die an dem innen gelegenen Ende mindestens eines Bolzenschaftabschnittes ange_ bracht ist, sowie eine Oberflächenplatte mit einem Bolzenschaftloch und einen nahe am genannten .Loch gelegenen Durchlass für eine verhältnismäßig kleine Rohrleitung, eine Mutter, die mit einem außerhalb der genannten Blatte gelegenen Abschnitt des Bolzenschaftes verschraubt ist, und eine undurchbrochene Rohrleitung, die sich im wesentlichen vollständig durch die Gesteinsbolzenanordnung und durch die Verankerung hindurcherstreckt, welche Anordnung gekennzeichnet ist durch Mittel, die einen

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axialen Zementierungskanal bildet, der durch mindestens eine Seite der Verankerungsvorrichtung bei allen Expansions be dingungen führte

Die Erfindung sieht ferner eine G-esteinsbolzenanordnung vor, die aufweist einen an dem einen Ende mit einem Gewinde versehenen Bolzenschaft, eine Verankerungsanordnung mit einem kegelförmigen Glied, das mit dem genannten Gewinde verschraubt ist, ein Druckglied, das normalerweise mit dem Bolzenschaft axial ortsfest ist, eine expandierbare Hülse mit einem C-föirmigen Querschnitt, die das kegelförmige Glied umgibt und zwischen dem Druckglied und dem Kegel angeordnet ist, welches kegelförmige Glied am Umfang mit einem Keilsteg versehen ist, der in der Unterbrechung des C-förmigen Querschnittes gelegen ist, welche Anordnung gekennzeichnet ist durch Mittel, die eine Schulter am größeren Ende des kegelförmigen Gliedes bilden, welche Schulter mit einem Spalt versehen ist.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

I"ig. 1 eine Schnitt zeichnung, die den Einbau einer Gesteinsbolzenanordnung in eine Bohrung in einer Gesteinsformation zeigt, welche Anordnung vom Eingangsende aus schräg nach oben verläuft,

Fig „2 eine Schnitt zeichnung, die eine Verankerungsvorrichtung in unexpandiertem Zustand zeigt,

Pig*3 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Seitenansicht der in der Fig_o2 dargestellten Mechanik in expandiertem Zustand,

Figo4 ein Querschnitt nach der Linie 4-4 in der Figo2 in größerem Maßstab,

Fig.5 eine schematische Darstellung einer typischen Anordnung von eingesetzten Gesteinsbolzen zum .Befestigen einer Gesteinsformation über einem Tunnel,

Fig.6 eine schaubildliche Darstellung einer Verankerung, die mit einer federnden Futterhülse versehen ist,

Fig«7 eine vergrößert gezeichnete schaubildliche Darstellung

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der in der Fig.6 gezeigten Putterhülse,

j}^lig_e8 ein ausschnitt aus einem axialen Schnitt durch eine expandierbare Hülse, die am Umfang mit einer Vertiefung versehen ist,

ein Ausschnitt aus einem axialen Schnitt durch eine expandierbare Hülse, die am Umfang mit treppenförmigen Ausnehmungen versehen ist,

ein Diagramm, das die Spannungsbedingungen in einer ü-esteinsf ormation nach dem Einsetzen einer Anzahl von Gesteinsbolzen zeigt,

3?ig,11 eine Darstellung der an der Oberfläche gelegenen Bauteile einer eingesetzten ü-esteinsbolzenanordnung, wobei das Einspritzen des Zementes gezeigt wird,

ü'ig_e12 eine Draufsicht auf die Oberflächenlagerplatte,

Pig.13 eine schaubildliche Darstellung eines in den Eingang eines i3olzenloch.es einzusetzenden Stopfens mit einem Entlüftungsrohr, das in einen am Stopfen vorgesehenen seitlichen Kanal eingeführt wird,

Pig«14 eine Draufsicht auf einen abgeschrägten Beilagering, der zusammen mit den an der Oberfläche befindlichen Bauteilen der Gesteinsbolzenanordnung verwendet wird,

Pig. 15 eine Seitenansicht des in der Jj'ig_e14 dargestellten Beilage ringes,

Jj'igo16 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführung einer Lagerplatte, die eine sehr weitgehende Anpassung an die Oberfläche der (xesteinsformation und an die Abweichungen dee Gesteinsbolzen von der Senkrechten in bezug auf die genannte Oberfläche ermöglicht,

i^lig«17 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Darstellung einer Ausführung einer Kupplung, mit der Abschnitte eines Bolzenschaftes mit einander verbunden werden können,

Fig,-18 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Darstellung einer anderen Ausführung einer Kupplung mit einer Sperrvorrichtung, die eine Bückwärtsdrehung einer zwei Kolbenschaft-

abschnitte mit einander verbindenden Kupplung verhindert,'

Pige19 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Darstellung einer weiteren anderen Ausführung einer Kupplung zum Verbinden von zwei Bolzenschaftabschnitten mit einander und die

Fig.20 eine schaubildliche Darstellung einer anderen Ausführung einer Verankerung mit einer verhältnismäßig größeren Hülsenfläche, die bei einem weichen Gestein ein Hindurchrutschen des kegelförmigen Gliedes verhinderte

Die Figol zeigt einen typischen Einbau einer Gesteinsbolzenanordnung in eine Gesteinsformation 30, wobei von der Oberfläche 32 aus ein .Bohrloch 31 bis zu einer Tiefe gebohrt worden ist, die zum Absichern der Gesteinsformation durch den Gesteinsbolzen ausreicht. Die Gesteinsbolzenanordnung besteht aus der Verankerungsvorrichtung 33, einem .Bolzenschaft 34 (der aus einem Stück oder aus mehreren, axial mit einander bernundenen Abschnitten bestehen kann), aus einer Oberflächenplatte 35» einem abgeschrägten Beilagering 36 und aus einer normalen kutter 37. Die Mg₀I zeigt den Zustand des Einbaus unmittelbar nach der Zementierung, wobei in das .Bohrloch 31 um den Bolzenschaft und die Verankerung herum flüssiger Zement eingespritzt wird, der die genannten .Bauteile mit einer Schutzschicht umgibt und innerhalb der gesamten Länge der Anordnung mit"der Gesteinsformation verbindet. Um dieses Einzementieren zu ermöglichen, wird in den Eingang des .Bohrloches 31 um den Bolzenschaft herum eine Abdichtungspackung eingepresst (38), auf die die lagerplatte 35 aufgelegt wirdo Durch diese Packung hindurch führt ein biegsames Rohr 39, durch das der Zement in das Bohrloch eingespritzt werden kann β

Der Zement soll immer am unteren Ende eines Bohrloches eingespritzt werden, wobei für eine Abführung der eingeschlossenen Luft gesorgt werden muss. Da bei dem Einbau nach der Ji'ig.1 das Bohrloch vom Eingangsende schräg nach oben verläuft, so wird der Zement durch das Rohr 39 eingespritzt, das im vorliegenden Jj'alle am unteren Ende des Bohrloches gelegen ist» Wenn der Zement das Bohrloch allmählich ausfüllt, wird die Luft durch den Kanal abgeführt, der von dem Hohlraum im Bolzenschaft 34

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gebildet wird, wobei das Einspritzen des Zementes fortgesetzt wird, bis das .Bohrloch vollständig gefüllt ist, welcher Zustand dadurch angezeigt wird, dass der Zement sich nach unten durch den Bolzenschaft hindurch bis zu der Stelle bewegt, an der der Zement an der Oberfläche austritt, wie in der tfig_e11 dargestellte Das Einspritzen des Zementes kann mittels einer herkömmlichen Zementpumpe durchgeführt werden, deren Auslassrohr 49 mit einem Passglied 41 versehen ist, das das Rohr 39 aufnimmt» Der am Ende des Bolzenschaftes 34 austretende Zement ist eine sichere Anzeige dafür, dass das Bohrloch mit Zement vollständig ausgefüllt ist«, nach dem Durchführen der Einzementierung wird die Bohrung im Bolzenschaft 34, aus dem der Zement austritt, wie in der Figo 11 dargestellt, zusammen mit dem Rohr 39 verschlossen, wie in der Pigol dargestellt, so dass im Bohrloch 31 mindestens ein Teil des Zementdruckes erhalten bleibt, bis der Zement sich verfestigt hato Hiernach ist das Rohr 39 überflüssig. Die lichte Weite der Bohrung im Bolzenschaft 34 und des Rohres 39 beträgt ungefähr 6,3 pu& oder mehr, je nach dem Außendurchmesser des Bolzenschaftes, wobei sich ferner gezeigt hat, dass Stopfen in Form von Golfballkegeln sich zum Verschließen der Bohrungen als sehr geeignet und leicht zu handhaben erwiesen haben, nach dem Abbinden oder Verfestigen des Zementes können diese Stopfen entfernt werden. Verläuft das Bohrloch 31 vom Eingangsende aus schräg nach unten, so wird der Zement in der umgekehrten Richtung durch den Bolzenschaft eingespritzt, da dieser eine Rohrleitung bildet, die zum unteren Ende des Bohrloches in der Uesteinsformation führt. Der durch das Rohr 39 austretende Zement würde die vollständige Füllung des Bohrloches mit Zement anzeigen. Dies wird in jedem Jj'alle dadurch gesichert, dass der Zement im Bohrloch 31 über die Länge der Gesteinsbolzenanordnung hinweg mindestens kurzzeitig wieder in Umlauf gesetzt wird. Anstelle des in den Zeichnungen dargestellten Hohlen Gesteinsbolzens werden auch massive ttesteinsbolzen verwendet, In diesem ü'alle wird ein dem Rohr 39 ähnliches Seitenrohr am Bolzenschaft befestigt, das vorzugsweise die gleiche Länge aufweist, wie die ge samte Gesteinsbolzenanordnung, Die Verwendung von hohlen Bolzenschäften weist jedoch den Vorzug auf, dass das Rohr in

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der vollen Länge frei verschiebbar ist, welcher Vorgang unter Umständen auftreten kann, wenn die Verankerungsvorrichtung 31 durch Drehen des Schaftes von der Oberfläche aus an der Gebrauchsstelle befestigt wird.

Das Befestigen der Verankerungsvorrichtung 33 ist in den Figuren 2 und 3 darge stellt, die die an dem mit einem Gewinde versehenen Ende 43 des Schaftabschnittes 34 befestigten Bauteile zeigen. Ein kegelförmiges Glied 44 ist mit einer durchgehenden Gewindebohrung 44 versehen und wird auf den Schaftabschnitt 43 aufgeschraubt. Auf den am weitesten innen gelegenen Teil dieses Gewindes ist ferner ein Druckring 45 aufgeschraubt« Das kegelförmige Glied 44 ist von einer expandierbaren Hülse 46 umgeben, die zwischen dem Kegel und dem Druckring 45 gelegen ist. Eine relative Drehung zwischen dem Schaftabschnitt 34 und dem kegelförmigen Glied 44 führt zu einer Bewegung des Kegels 44 in Sichtung zu dem axial feststehenden Druckring 45 mit der Folge, dass die Hülse 46 expandiert wirdo Diese Hülse weist einen C-förmigen Querschnitt auf, wie am besten aus der Figo4 zu ersehen ist. Damit die Hülse aich auf dem Kegel 44 nicht .drehen kann, ist der Kegel mit einem Keilsteg 47 versehen, der in dem Spalt 48 der Hülse 46 sitzt. Dieser Spalt ermöglicht die Expansion der Hülse und wirkt mit einer geschwächten Stelle zusammen, die von einer axial verlaufenden Jüut 49 an der entgegengesetzten Seite der Hülse gebildet wird. Dieser Teil der Hülse wirkt gleich einem Gelenk, wenn der Kegel 44 nach den .figuren 2 und nach links verschoben wird. Y/enn der Kegel 44 sich aus der in der Fig»2 dargestellten Stellung in die in der Fig.3 dargestellte Stellung bewegt, so erfolgt ein Bruch der Hülse an dem mit der Wut 49 versehenen Teil der Hülse,, Die .befestigung der Verankerung muss bis zu dem Punkt durchgeführt werden, an dem die Hülse fest gegen die Wandung des Bohrloches 31 geklemmt wird, so dass die Verankerung die volle Arbeitsbelastung des Bolzenschaftes 34 aufnehmen kann, die der Streckfestigkeit einer gewählten Stahlstange mit einem Durchmesser von 2ii,4 mm bis 50,8 mm oder mehr entspricht.

Während die Befestigung anfangs durch Drehen des Schaftes 34 erfolgt, so führt, wie aus der 1⁴'ΐ^·_β2 zu ersehen ist, eine

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weitere Bewegung des Schaftes nach links nach dem Festklemmen der Hülse 33 an die G-esteinsf ormation zu einer Bewegung des Kegels in die Hülse hinein zusammen mit einer Entfernung des Druckringes 44 vom angrenzenden Ende der Hülse, wenn der Schaft eine axiale Bewegung ausführt. Es ist trotzdem vorzuziehen, dass die anfängliche Befestigung der Verankerungsvorrichtung durch Drehen zur Aufnahme der ausgeübten Belastung ausreicht. Dieser Grad der Verankerung ermöglicht eine viel leichtere Vorspannung, die durch fortschreitendes Anziehen der Mutter 37 bis zu einem bestimmten Drehmoment bewirkt wird, das von der Streckfestigkeit des für den Bolzenschaft 34 gewählten Stahls bestimmt wird sowie vom Querschnitt dieses Schaftes. Diese Anforderungen an das Drehmoment sind so hoch, dass sie eine wirkliche Schwierigkeit bei der axialen Befestigung des Druckringes 45 darstellen«. Wegen des Auftretens großer Kräfte besteht eine starke Tendenz, dass; während der Befestigung eine Drehung des Druckringes in bezug auf den Bolzenschaft durch Eeibung verursacht wird mit der Folge, dass die Schraubverbindung zwischen dem Druckring 45 und dem Bolzenschaft sich löst. Ss wird daner vorzugsweise eine Schulte r vorgesehen, an die sich der Druckring anlegen kann, und ferner wird bei dem Druckring die Länge des Gewindes vorzugsweise ungefähr gleich dem Durchmesser bemessen» Auf diese Weise kann der Durchmesser des Druckringes genügend kleiner bemessen werden als der Durchmesser der unexpandierten Hülse 46, wodurch das Einführen der Verankerung in das Bohrloch 31 erleichtert und jede wesenbliche Behinderung der axialen Strömung des Zementes zu dem oder vom Ende der Verankerung aus durch den Spalt der Hülse über die gehärteten Beilagescheiben und Druckringe vermieden wird» Um die relative Drehung zwischen dem Druckring 45 und der Hülse 46 weiterhin zu erleichtern, werden vorzugsweise zwei gehärtete G-leitringe 50, 51 vorgesehen, die einen Belag aus Öl oder Schmierfett tragen, der die Übertragung des Drehmomentes zwischen der Hülse und dem Druckring vermindert.

Die obengenannten Proportionen deu Druckringes aind am besten wirksam bei einer bestimmten Kegeligkeit des kegelförmigen Gliedes 44· Die Außenseite des Kegela 44 bildet mit der Achse

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des Schaftes 34 einen Winkel von weniger als 15°, wobei mit einem Winkel von 10° die besten Ergebnisse erzielt werden. Me kegelige Außenseite 52 steht mit einer entsprechend ausgestalteten Innenseite der Hülse 46 in Berührung, deren ,Vandung in axialer Sichtung einen keilförmigen Querschnitt aufweist. Als Folge des .Bruches der Hülse bei fortschreitender Expansxon werden eine Anzahl von Keilen am umfang des Kegels 44 erzeugt, die die Verankerung an den Wandungen des .Bohrloches 31 festhaltene Während der Expansion der Verankerung bewegen sich die'se keilförmigen Abschnitte aus der zur ursprünglichen Lage parallelen lage heraus, wobei mindestens der Hauptteil der Außenseite 53 der Hülse parallel zur Achse des Bolzenschaftes 34 verbleibt,

Die Figuren 12 bis 15 zeigen die an der Oberfläche gelegenen .Bauteile der Gesteinsbolzenanordnung. Die Oberflächenplatte ist mit einer schlüssellochförmigen Öffnung versehen, durch deren in der Mitte gelegenen Teil 54 der Bolzenschaft 34 hindurchgeführt wird. Die seitliche Verlängerung 55 ist zu klein, um den Bolzenschaft aufnehmen zu.können und dient lediglich zum Hindurchführen eines biegsamen Rohres 39» Durch diese Anordnung wird verhindert, dass der G-eateinsbolzen sich in eine Lage bewegt, in der das biegsame Rohr 39 abgequetscht wird. Die Länge des Teiles 55 der Öffnung ist so bemessen, dass er über den Durchmesser des in den Ji'iguren 14 und 15 dargestellten abgeschrägten Beilageringes 36 hinausreicht. Das Rohr kann daher aus der Platte 35 an einer Stelle austreten, an der es vom Bolzenschaft nicht abgequetscht werden kann und ebensowenig vom abgeschrägten Beilagering oder von der Hutter 37. Bei Verwendung nur eines einzelnen Beilageringes 36 kann eine Anpassung der Bauteile an eine bestimmte Schräglage der Oberfläche der G-esteinsformation in bezug auf die Achse des (rest einsbolz ens nur annähernd durchgeführt wer den. Dies wird jedoch mit ü-enauigkeit möglich, wenn zwei oder drei dieser Beilageringe verwendet werden, so dass, die Lagerkräfte gleichmäßig um die Öffnung 54 herum übertragen werden und nicht nur ausschließlich an einer Stelle. Zwei Beilageringe können durch Drehen bei an einander anliegenden abgeschrägten Seiten so eingestellt werden, dass der Winkel zwischen den beiden Außenseiten genau übereinstimmt

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mit der Ausrichtung der Bolzenachse und der an die Außenseite der Gesteinsformation angepressten Platte ο Werden die beiden Beilageringe in dieser relativen Schrägstellung zusammengehalten, so können die Ringe zusammen in die richtige Einstellung in bezug auf die Platte gedreht werden. Die Anordnung von zwei solcher Beilageringe zum Durchführen einer derartigen Einstellung erfordert einen etwas größeren Spielraum zwischen der Außenseite des Bolzenschaftes und der Innenkante der Beilageringe, da diese auf dem Bolzenschaft eine Schräglage einnehmen.

Der in der Fig«, 13 dargestellte Stopfen 56 kann anstelle der in der Fig»1 dargestellten Abdichtungspackung 38 verwendet werden. Der Stopfen 56 wirkt in der gleichen Weise wie in Flaschenkorken und ist mit einer kleinen öffnung 57 versehen, die axial innerhalb einer Seitenwandung verläuft und das Rohr 39 aufnimmt. Der Stopfen 56 wird vorzugsweise aus Gummi oder einem ähnlichen Material hergestellte Die ü'ig.16 zeigt eine andere Anordnung der Bauteile an der Oberfläche der Gesteinsformation, wobei eine Lagerplatte 58 zusammen mit einem Bolzenschaft 59 verwendet wird, und wobei die Schräglage größer ist als die Schräglage, die mit Hilfe der in den Figuren H und 15 dargestellten aieilageringe ausgeglichen werden kann. Die Mutter 60 liegt entweder direkt oder über einen geeigneten Zwischenring an den geneigten und gekrümmten Flanschen 61 an und überträgt die Spannkräfte des Bolzens über die !lagerplatte 59 auf die Geoteinsformaticn_c Derartige Lagerplatte werden üblicherweise aus verhältnismäßig schweren und schmiedbaren Gusseisen hergestellt.

Die unvermeidbaren Veränderungen der Zustände in einer Gesteinsformation, die bei dem Einsetzen einer großen Anzahl von Gesteinsbolsen zu erwarten sind, können dazu führen, dass häufig eine Verankerung wieder gelöst werden muss, die nur zum Teil befestigt worden ist. Dieser Fall liegt vor, v;enn die Gesteinsformation anscheinend zu weich ist, um die volle Belastung der Verankerung aufnehmen zu können, oder wenn die Verankerung in Bruchgestein eingesetzt worden ist, das nicht genügend dicht ist, um den erforderlichen Drücken widerstehen

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zu können,. Es ist in solchen i'ällen erwünscht, die Verankerung aus der Stellung nach der Pige3 in die Stellung nach der Pigo2 zurückzudrehen, Da es allgemein üblich ist, die Bolzenstangen aus einer Anzahl von durch Kupplungen mit einander verbundenen Abschnitten zusammenzusetzen, so entstehen natürlich Schwierigkeiten bei dem Versuch, die Bolzenanordnung zurückzudrehen, Ua zu sichern, dass ein solches Zurückdrehen an der Verankerung erfolgt und nicht an einer der Kupplungen, so kann die in den figuren 17? 18 und 19 dargestellte Anordnung verwendet werden» 7/ie aus der S¹Ig₀I? zu ersehen ist, enden die Gewinde an den Eolzenabsehnitten 61 und 62 an einer Stelle, an der diese BoI-zenabsohnitte in die ,Kupplung 63 bis zum. größten Ausmaß eingeschraubt Bind, bevor die Enden der üolzenabschnitte 61 und 62 zusammenstoßen. Die an den Enden der Gewindeteile der Boiz-enabsciinittö erseiigte Heilwirkung führt zu einer Verklebung, wenn die Kupplung so fest angezogen wird, dass ein Reibungswider st and gegen ein Zurückdrehen erzeugt wird, der das Zurilckdrehiaomeni; übersteigt, das zum iiösen der Verankerung erforderlich ist β Sis .glx.ieiie Wirkung wird in ganz anderer Weise mit der Anordnung iiaer oar 3fig_a18 erzielt, bei der die Bolzenabsölinitts 64 iirid 65 -''ζνοϊι die Kupplung 66 mit einander verbunden sind* 3e± dieser- A>i-,rdnung wurde nicht versucht, die Länge der ung su be.r Timmen) jedoch wird zwischen den Enden der mitte ein Verriegelungsring eingesetzt. Wird die Kupplung "bis zur dargestellten Stellung fest angezogen, so verhindert der Ysrriegelungsring ein Zurückdrehen, bei der sich die Kupplyrig loakern würde. Bei der in der Pig.19 dargestellten Anordnung wird im Prinzip die gleiche Wirkung erzielt, wie bei der Anordnung nach der Pig. 17. In diesem i'alle sind die Gewinde an den Boizenabscknitten 68 und 69 so bemessen, dass deren Länge größer ist als als die halbe I&nge der Kupplung 70 beträgt, während dia ilspplung selbst in der Mitte einen gewindefreien Seil 71 aufweist, Beide Bolzenabschnitte 68 und 69 werden daher in die Kupplung soweit wie möglich eingeschraubt und fest angezogen, so aase am gewindelosen Teil der Kupplung eine Verklemmung erfolgt* Die Mittelbohrung an den Enden der Bolzenenden soll aiifgeweitet werden, so dass in allen fällen der

Strömungswiderstand für der. Zement gering gehalten wird.

Die Figuren 8 und 9 zeigen andere Ausführungen der Verankerungshülse, mit denen die erforderlichen Reibungs- und Druckkräfte für die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Verankerung erzeugt werden können. Es ist allgemein üblich, die Anker mit einer im Schnitt sägezahnförmigen Außenseite zu versehen, wobei die radial verlaufenden Seiten der Zäh^.e den den Anker herauszuziehen suchenden Kräften zugewandt sind. M_ea»W., die Verankerungshülse soll etwa längs der Linie einer Reibahle wirken. Der Anmelder hat festgestellt, dass dieses Prinzip weniger wirksam ist als die Verwendung einer vollständig entgegengesetzten Λ Orientierung von Unregelmäßigkeiten an der Außenseite« Oder anders ausgedrückt, der Widerstand der Verankerung gegen ein Herausziehen hängt nur von der Abscherfestigkeit der die Verankerung unmittelbar umgebenden Sesteinsformation ab, wobei wahrscheinlich eine schwächere Haltekraft ausgeübt wird als der starke Druck, der normalerweise auf die schrägen Flächen 72-74 der in der Fig«9 dargestellten Hülse 75· Die in der Fig_e8 dargestellte Hülse 76 ist mit einer gekrümmten Vertiefung 77 versehen. Diese Vertiefung sowie die Zähne 72-74 nach der Fig«9 werden vorzugsweise ringförmig ausgestaltet. Die schrägen Flächen 72-74 bilden mit der Achse des Bolzenschaftes vorzugsweise einen Winkel von ungefähr 10°. Dementsprechend sollen die Tangenten an der gekrümmten Fläche 77 und im besonderen am innen gelegenen (rechten) Ende der Hülse mit der Achse des Bolzenschaftes ungefähr einen Winkel von 10° bilden·

In den Figuren 6 und 7 sind Anordnungen dargestellt, die benutzt werden können, wenn die Weite des Bohrloches in bezug auf die einzusetzende Verankerung anscheinend etwas zu groß bemessen ist. Die einen G-förmigen Querschnitt aufweisende Futterhülse 78 ist bei 79 mit einem Spalt versehen und kann sich daher zusammen mit der expandierbaren Hülse 80 ausdehnen, auf die die Futterhülse 78 aufgeschoben ist, wie in der Fig_e6 dargestellt. Die Verankerung weist der gleichen Aufbau auf, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, mit dem auf den Bolzensohaft 83 aufgesetzten Kegel 81 und dem Druckring 82. Die Futterhülse kann mit eine? beliebigen Anzahl von Löchern versehen werden, wie

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bei 84 dargestellt, die den Angriff an der G-esteinsformation erleichtern, jedoch ebensogut auch weggelassen werden können. Wie bei 85 und 86 dargestellt, sind an der Futterhülse nach innen abgebogene Zungen -vorgesehen, die axial an den Enden der Hülse 80 anliegen und die Futterhülse in bezug auf die Verankerung an der G-ebrauchsstelle festhalten*

Die Figo20 zeigt eine Ausführung einer Verankerungsanordnung, die besonders gut für verhältnismäßig weiche Gesteinsformationen geeignet ist, bei denen eine größere Oberfläche der Hülse erwünscht ist. Sin Vergleich der Figuren 20 und 1 mit einander zeigt, dass die in der Figo20 dargestellte Hülse wesentlich langer ist«. Die Außenseite des Kegels 86 liegt an der entsprechend ausgestalteten Innenseite der Hülse 87 an, wobei der Druckring 88 eine axiale Verschiebung der Hülse verhindert. .Nach der Fig_o20 wird in diesem ü'alle ein massiver Bolzen 89 verwendet, wobei der Druckring 88 an der Gebrauchsstelle von der geschmiedeten Abplattung 90 festgehalten wird» Der Kegel ist mit einer Schulter 91 versehen, die von einer zylindrischen Erweiterung des Kegels an dieser Stelle gebildet wird, und die bei 92 einen Spalt aufweist_β Dieser Spalt ist zu dem Zweck vorgesehen, darrit der Zement durch einen Bezirk strömen kann, der anderenfalls wegen der Schulter nicht zugänglich wäre. Damit der Zement mit Sicherheit vollständig um alle freiliegenden Flächen des Kegels herumströmen kann, wird der Keilsteg 93 vorzugsweise gegenüber dem Spalt 92 angeordnet, wobei der Spalt an dieser Stelle etwas weiter als der Keilsteg bemessen wird. Um die Strömung des Zements weiterhin zu erleichtern, wird das Ende des Keilsteges 93 bei 94 vorzugsweise abgeschrägt, so dass der Keilsteg an dieser Stelle keine plötzlich abfallende Schulter aufweist» Mit der Annäherung an den Spalt 92 fällt die Höhe des Keilsteges 93 auf den Wert jmuII ab«

Die Figo5 zeigt einen typischen Einbau einer Reihe von Gesteinsbolzen, die die Gesteinsformation im oberen Teil eines Tunnels zusammenhalten. Die Bolzenanordnungen 95-105 sind in die Gesteinsformation in der gleichen Weise eingesetzt, wie in der Fig.1 dargestellt, jedoch in verschiedenen Lagen in bezug auf die Waagerechte, so dass zum Einzementieren die bereits

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beschriebenen unterschiedlichen Verfahren angewendet werden müssen. Durch die Vorspannung dieser Bolzen können die verschiedenen Schichten oder .Lagen der G-esteinsf ormation 106 so mit einander verbunden werden, dass die Wirkung eines Gewölbes im oberen feil des funnels eraielt wird, wie in der lig_o10 schematisch dargestellt ist» Die Figo 10 zeigt eine G-i-uppe von Bolzen, die längs der mit unterbrochenen Linien dargestellten Achsen eingesetzt sind, die allgemein radial zur Krümmung des Tunnels verlaufen, wobei diese Anordnung von dei- i<· der i''ig«5 dargestellten Anordnung erheblich abweichen kann« Die Innenseite des Sunnels ist mit 107 bezeichnet, und jeder Bolzen umfasst einen g Ilompressionsbezirk, der von der Eintrittestelle an der lunnelfläche kegelig verläuft \md von der Oberfläehenpigtte ausgehend einen Winkel von ungefähr 45° umfasst« Diese Kompressionsbezirke sind in d-sr !-ige. 10 axt miterbrochenen Linien dargestellt. An der Stelle, szi der die Kosprsssio/iju; v,ir^1f<> teiia^iibarter Bolzen sich uberlappen_s bildet sich r.zz se-ii'ai'iiertt;- Bssirk 108, der von der Bolzenanordnung unter !D^-öU: gasetct wirn« Dor· ^i^ioKe Zustand besteht an den ent ge £-3"..'. ^:^ ..?-b'*t%n E^'Ioj. '".ϊ.ϊ i^v/en., Der schraffierte Bezirk veranlasst tlia G-esteinsf ormatiou v/ie ein Konstruktionsträger zu wirken« Me Bolzen erzeugen riieLt nur die erforderlich© Kompression, um die Schienten für die Übertragung von Scherkräften mit einander au ver- riegeln, sondern die Bolzen suchen SM(M- zn verhindern, dass Abschnitte der Geateinsformation von % der Hache 107 herabfallen. Dies wird bei den meisten Tunnelbauljen weiterhin dadurch verhindert, dass an den freiliegenden BoXasnenden Drahtnetze befestigt werden und zwar an den außerhalb der Muttern gelegenen Gewindeenden. Wenn gewünscht, können an den Drahtnetzen auch Schichten von Gips aufgetragen werden.

Patentansprüche

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Befestigen einer Gesteinsformation am Standort, wobei in die iformation ein Bohrloch gebohrt wird, in das eine mit einer Verankerungsvorrichtung ausgestattete Gesteinsbolzenanordnung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung an der Gebrauchsstelle befestigt wird, dass die Gesteinsbolzenanordnung bis mindestens 67$ der Streckfestigkeit des Bolzenschaftes der Gesteinsbolzenanordnung vorgespannt wird, und dass die Gesteinsbolzenanordnung im Bohrloch einzementiert wird derart, dass das Bohrloch um den Bolzenschaft herum im wesentlichen vollständig mit Zement ausgefüllt ist»

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement in das Bohrloch am unteren Ende über eine Rohrleitung eingefüllt wird, bis der Zement unter Druck im Bohrloch innerhalb der gesamten Länge der Gesteinsbolzenanordnung vieder in Umlauf gesetzt wird.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass später das Bohrloch verstopft wird, so dass der noch flüssige Zement im Bohrloch unter Druck sich verfestigen oder abbinden kann»

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung anfangs

so stark befestigt wird, dass die genannte Vorspannung durchgeführt werden kann.

Gesteinsbolzenanordnung zum Befestigen einer Gesteinsformation am Standort, welche Anordnung in ein in die Gesteinsformation gebohrtes Bohrloch eingesetzt wird und aufweist mindestens einen Bolzenschaftabschnitt und eine am innen gelegenen Ende des Abschnittes angebrachte

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Verankerungsvorriclitung, sowie eine Qberflächenplatte mit einem Bolzenloch und einem neben dem Bolzenloch vorgesehenes Loch, durch das eine verhältnismäßig kleine Rohrleitung hindurchgeführt werden kann, eine Mutter, die auf einen Abschnitt des Bolzensehaftes außerhalb der Oberflächenplatte aufgeschraubt ist, und eine undurchbrochene Leitung, die sich in das Bohrloch hineinerstreckt, gekennzeichnet durch Mittel (47>48), die einen axialen Kanal für die Zementströmung an mindestens einer Seite der Verankerungsvorrichtung (33) bei allen Expansionsbedingungen bilden.

6β Gesteinsbolzenanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekenn- ^j zeichnet, dass der Zementströmungskanal von einem die Verankerungsvorrichtung umgebenden und einen O-förmigen Querschnitt aufweisenden Hülsenglied (46) gebildet wirde

7β Gesteinsbolzenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge-kennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung ein kegelförmiges Glied (44) aufweist, das mit dem Bolzenschaftabschnitt (43) verschraubt ist, dass das einen C-förmigen Querschnitt aufweisende Hülsenglied (46) das kegelförmige Glied (44) umgibt, dass das Hülsenglied an der Innenseite der form des kegeiförmigen Gliedes entsprechend ausgestaltet ist, so dass der axiale Querschnitt der Wandung des i Hülsengliedes die form eines Keiles aufweist, und dass das Hülsenglied an der Innenseite mit ortsbestimmenden Mitteln versehen ist, die an den axial entgegengesetzten Enden des kegelförmigen Gliedes anliegen.

8« Gesteinsbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsvorrichtung ein kegelförmiges Glied (44) aufweist, das mit dem Endteil des Bolzenschaftee verschraubt ist, dass Anschlagmittel vorgesehen sind, die normalerweise axial ortsfest sind in bezug auf den genannten Endteil, mit dem Ende des Hülsengliedes in Eingriff gebracht werden können und die Hülse zwischen dem kegelförmigen Glied und den Anschlagmitteln

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einschließen, und dass am Umfang des Hülsengliedes Mittel vorgesehen sind, die mindestens eine Vertiefung bilden, deren axial innen gelegenes Ende mit der Achse des Gesteinsbolzens einen Innenwinkel von mindestens 170° bildet.

9β Gesteinsbolzenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vertiefung ringförmig ausgestaltet ist.

1Oo Gesteinsbolzenancrdnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vertiefung einen gekrümmten axialen Querschnitt aufweist.

11p Gesteinsbolzenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vertiefung einen Jsackenförmigen axialen Querschnitt aufweist.

12« Gesteinsbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 5-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptteil der genannten Umfangsfläche bei allen Graden des axialen Eingriffs zwischen dem kegelförmigen Glied und dem Hülsenglied parallel zur Achse des Bolzenschaftes verläuft.

13» Gesteinsbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 8 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass das kegelförmige Glied (44) so angeordnet ist, dass das kleinere Ende einem Druckring(45) zugewandt ist, dass zwischen der nie igung der Außenseite des kegelförmigen Gliedes und dem Verhältnis Durchmesser:Länge des Druckringes eine bestimmte Beziehung besteht, bei der ein Element der Außenseite des kegelförmigen Gliedes mit der Achse des Bolzenschaftes einen Innenwinkel von weniger als 15° bildet, und dass der Durchmesser des Druckringes kleiner ist als der Durchmesser des unexpandierten Hülsengliedes, während die iiänge des kegelförmigen Druckringes im wesentlichen gleich ist oder größer als der Durchmesser dea Druckringes β

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14» Gesteinsbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 5-13» gekennzeich net durch ein Mittel, das am größeren Ende des kegelförmigen Gliedes eine Schulter "bildet, die mit einem Spalt versehen isto

15« ü-esteinsbolzenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt gegenüber dem Ende eines Keilsteges angeordnet und weiter bemessen ist als der Keilsteg.

16« üesteinsbolzenanordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Keilsteges in Richtung zum λ Spalt fortlaufend geringer wirdο

17β Q-esteinsbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 5-16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenschaft aus mehreren, durch Schraubkupplungen iii:; t-Inander verbundenen Bolzenschalt abschnitt en bezieht, und dass an den genannten Kupplungen normalerweise aiit einander in Singriff stehende Mittel vorgesehen sind, ·, - ^iner Eüokdrehung des Bolzenschaftes einen größeren Widerstand entgegensetzen als das Drehmoment, das zum Zurückdrehen der Verankerungsvorrichtung erforderlich ist»

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