AT392517B - Verfahren und vorrichtung zur absicherung von nicht bzw. maessig standfesten kohaesionslosen bis leicht kohaesiven geologischen formationen - Google Patents

Description

AT 392 517 B

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung von nicht bzw. mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen insbesondere bei der Herstellung von Tunneln, bei dem zunächst Bohrungen in die Formation eingebracht werden, nach Fertigstellung der Bohrungen das Bohrgestänge zurückgezogen wird, wobei während des Zurückziehens eine erhärtbare Injektionsmasse zur Fixierung eines in die Bohrung eingebrachten Spießes oder Ankers in die Bohrung eingepreßt wird, wobei der Spieß oder Anker während des Herausziehens des Bohrgestänges in der Bohrung verbleibt.

Im Hohlraumbau werden längere Vortriebe in Weichgesteinen bzw. Lockergesteinen entweder vermieden oder mittels aufwendiger Maschinentechnik wie z. B. Schilde, hydrogestützte Ortsbrust u. dgl. oder mit umfangreichen Injektionsmaßnahmen bzw. mit Gefrierverfahren durchgeführt

Ein weiteres kompliziertes und teures Verfahren besteht in der Kombination von Druckluft und der neuen österreichischen Tunnelbauweise. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß zu ihrer Durchführung ein großer maschineller Aufwand erforderlich ist. Insbesondere für kürzere Tunnels bzw. für den Fall, daß nur kleinere Abschnitte eines längeren Tunnels wegen Lockergesteines aufwendigere Stützmaßnahmen erfordern, sind solche Verfahren nicht mit vertretbarem Aufwand anwendbar.

Eine weitere bekannte Variante der Voraussicherung stellen Injektionsbohranker sowie Vorpfändungen mit Vorpfändblechen, Vorpfändspießen und ähnlichem dar. Diese Sicherungen können mit relativ geringen apparativem Aufwand vor Ort eingebracht werden. Nachteilig ist jedoch beim Injektionsbohranker, daß die Bohrkrone zusammen mit dem Bohrgestänge als Anker im Bohrloch verbleibt, und damit verloren ist. Dies führt zu relativ hohem Aufwand an teurem Material.

Weiters sind Injektionsspieße (Alluvialspieße) bekannt, bei denen nach Erstellung eines Bohrloches das Bohrgestänge aus der Bohrung entfernt wird, und ein Anker bzw. ein Spieß eingeführt wird, der mittels einer erhärtbaren Injektionsmasse in das Bohrloch eingegossen wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß mehrere Arbeitsgänge zur Durchführung erforderlich sind, sodaß nur ein langsamer Arbeitsfortschritt erzielbar ist Weiters kann die Bohrung zwischen dem Entfernen des Bohrgestänges und dem Einführen des Alluvialspießes zufallen, sodaß weitere zeitaufwendige Arbeitsvorgänge erforderlich sind.

Ein eingangs erwähntes Verfahren wurde z. B. durch die US-PS 3 886 754 oder die DE-OS 28 00 370 bekannt. Bei diesen bekannten Verfahren wird der Anker erst vor dem Einpressen der erhärtenden Masse in die vom Bohrgestänge hergestellte Bohrung eingesetzt. Dies führt aber zu einem entsprechend hohen Aufwand und zu Zeitverzögerungen, da eben das Bohrgestänge für sich und nach Fertigstellung der Bohrung der Spieß oder Anker in die Bohrung eingesetzt werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Absicherung von Hohlräumen bzw. Böschungen zu schaffen, das mit geringem maschinellen Aufwand und im wesentlichen einem.einzigen Arbeitsgang auskommt.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß der Spieß oder Anker mit dem Bohrgestänge in die Bohrung eingebracht wird.

Auf diese Weise wird erreicht, daß außer dem Bohren und dem Herausziehen des Bohrers keine zusätzlichen Arbeitsgänge erforderlich sind. Der teure Bohrkopf kann dabei wiedergewonnen - und bis zu seiner Abnützung weiterverwendet werden. Die Injektionsmasse, die während des Ziehens des Bohrgestänges durch dieses eingepreßt wird, hält den Anker in seiner Lage fest, und verbindet ihn nach dem Aushärten fest mit dem umgebenden Gestein. Weiters wird auf diese Weise ein zuverlässiger Korrosionsschutz erzielt. Das Bohrgestänge entspricht im wesentlichen bekannnten Bohrgestängen, mit der Ausnahme, daß die Bohrung in axialer Richtung zur Aufnahme des Ankers vergrößert ist. Der Bohrkopf jedoch muß dem Erfindungszweck entsprechend modifiziert werden.

Es kann vorgesehen sein, daß zunächst ein Bohrinjektionsschirm mittels schräg in Vortriebsrichtung nach außen geneigter Anker oder Spieße hergestellt wird, anschließend wird der Ausbruch unter dem Bohrinjektionsschirm durchgeführt, und nach dem Ausbruch wird das umgebende Gebirge mittels Injektionsankem gesichert. Auf diese Weise kann eine optimale Verbindung einer Voraussicherung mit einer zusätzlichen Sicherung des umgebenden Gebirges durch Injektionsanker erzielt werden, die eine wesentliche Erhöhung der Tragfestigkeit des Gebirges bewirkt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzuschlagen, bei der der eingesetzte Anker oder Spieß nur einen Teil der Querschnittsfläche des Kanals ausfüllt, wie dies aus der US-PS 3 886 754 bekannt ist.

Im bekannten Falle ist der gesamte Querschnitt des Ankers oder Spießes innerhalb des Querschnittes des Kanales geführt, sodaß der Anker oder Spieß entlang des gesamten Umfanges seines Querschnittes von der erhärtenden Masse umgeben ist. Dabei ergibt sich aber der Nachteil, daß sich beim Einsetzen des Ankers oder Spießes erhebliche Probleme hinsichtlich der Führung desselben ergeben.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Querschnitt des Ankers oder Spießes in den Querschnitt des Kanales eingeschrieben ist und diesen innen berührt

Auf diese Weise kann einerseits eine Spülflüssigkeit oder eine Injektionsmasse in dem verbleibenden Querschnitt des Kanals zum Bohrkopf gepreßt werden und anderseits ist stets für eine exakte Führung des Ankers oder Spießes gesorgt

Vorzugsweise weist der Anker oder Spieß zumindest in einem Abschnitt einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt auf, der vorzugsweise im Bereich des Bohrkopfes angeordnet ist und der unverdrehbar -2-

AT392 517B von einem entsprechenden Abschnitt des Kanals aufnehmbar ist Insbesondere kann das vordere Ende des Ankers oder Spießes mit einer Einrichtung zum Bohren ausgestattet sein.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Kopf des Ankers oder Spießes druckfest auf einer Schulter im Bohrgestänge abstützbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht in axialer Richtung.

Die Figur 2 ist ein Schnitt nach Linie (Π-Π) in Figur 1.

Die Figur 3 ein Schnitt nach Linie (ΠΙ-ΙΠ) in Figur 1.

Die Figur 4 zeigt die Anwendung des «findungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Tunnelvortrieb im Längsschnitt

Die Figur 5 ist ein Schnitt nach Linie (V-V) in Figur 4.

Die Figur 6 zeigt eine Sicherung eines Hangeinschnittes im Schnitt.

Die Figur 7 die Sicherung gegen eine Hangrutschung im Schnitt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Bohrkopf (1), der fest mit einem Bohrgestänge (13) verbunden ist. Das Bohrgestänge (3) hat einen kreisringförmigen Querschnitt. Auf der Vorderseite des Bohrkopfes (1) sind HartmetaUschneiden o. ä. (2a), (2b) für den Vortrieb vorgesehen. Die Hartmetallschneiden sind entweder auf die Bohrermitte ausgerichtet (Schneiden (2a)) oder schräg angeordnet (Schneiden (2b)). Der Bohrkopf (1) hat im wesentlichen einen ovalen Außenquerschnitt dessen große radiale Abmessung (11a) über den Außendurchmesser (13) des Bohrgestänges (3) hinausgeht, und dessen kleine radiale Abmessung (11b) im wesentlichen dem Außendurchmesser (13) des Bohrgestänges (3) entspricht Auf diese Weise wird beim Vortrieb eine Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt erzielt deren Durchmesser etwa der großen radialen Abmessung (11a) des Bohrkopfes (1) entspricht. Im Inneren des Bohrgestänges (3) ist ein Anker (5) vorgesehen, der aus einem zylindrischen Körper (5a) und einem verdickten Ankerkopf (5b) besteht. Der zylindrische Körper (5a) hat dabei einen Durchmesser (15), der deutlich kleiner als der Innendurchmesser (14) des Bohrgestänges (3) ist. Auf diese Weise bleibt zwischen dem Anker (5) und dem Bohrgestänge (3) ein Ringraum (4) frei, durch den eine Spülflüssigkeit od. dgl. zum Bohrkopf (1) gepumpt werden kann. Der verdickte Ankerkopf (5b) hat einen im wesentlichen ovalen Querschnitt, dessen große radiale Abmessung (15b) größer als der Durchmesser (15) des zylindrischen Körpers (5a) ist während die kleine radiale Abmessung (15a) etwa dem Durchmesser (15) des zylindrischen Körpers (5a) entspricht. Der verdickte Ankerkopf (5b) des Ankers (5) ist in einer entbrechenden Öffnung des Bohrkopfes (1) geführt und eingerastet Der Durchtritt der Spülflüssigkeit erfolgt aus den um 90° versetzten, offenen Ellipsenabschnitten. Das Einrasten erlaubt keine Drehbewegung des Ankers (5) gegenüber dem Bohrkopf (1) bzw. dem Bohrgestänge (3) und hält den Ankerkopf (5b) druckfest im Bohrkopf (1). An seiner Spitze ist der Anker (5) mit einer Schneide (16) versehen, die beim Bohren mitwirkt. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt: In das Bohrgestänge (3) wird der Anker (5) eingeführt. Dies kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen von vorne oder von hinten geschehen. Davor oder im Anschluß daran wird das Bohrgestänge (3) mit einer nicht dargestellten Schlagbohreinheit in bekannter Weise verbunden. Nun erfolgt der Vortrieb des Bohrkopfes (1) in das zu sichernde Gebirge. Während des Vortriebs wird in üblicher Weise eine Spülflüssigkeit durch den Ringraum (4) zum Bohrkopf (1) gepreßt, um das Bohrklein wegzuspülen. Der Abtransport erfolgt über Kanäle (9), die zwischen seitlichen Abflachungen des Bohrkopfes (1) und der Wandung der Bohrung freibleiben. Sobald die Bohrung die endgültige Tiefe erreicht hat, wird der Bohrvorgang beendet, und anstelle des Spülmittels eine erhärtbare Injektionsmasse wie z. B. Spezialzementmörtel, Kunstharze, Kunststoffnaturstoffgemische und ähnliches durch den Ringraum (4) eingepreßt Gleichzeitig wird das Bohrgestänge (3) samt Bohrkopf (1) aus dem Bohrloch zurückgezogen. Durch den auf dem verdickten Kopf (5b) von der Injektionsmasse ausgeübten Druck wird erreicht daß der Anker (5) in seiner Stellung verbleibt Er wird dabei vollständig von der Injektionsmasse umgeben, sodaß er nach Erhärten der Injektionsmasse fest in das Bohrloch eingegossen ist. Bei den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Tunnelvortrieb wird mittels eines Bohrwagens (6), auf dem eine Schlagbohreinrichtung (7) schwenkbar angeordnet ist, ein Schirm von Ankern (5') eingebracht, die in Vortriebsrichtung radial nach außen angeordnet sind. Nach dem Setzen mehrerer dieser Anker (5') wird der Ausbruch beispielsweise in folgender Reihenfolge durchgeführt: (8a), (8b), (8c), (8d), (8e). Zur endgültigen Absicherung des Tunnels werden weiters Anker (5") in radialer Richtung eingebracht die eine Gewölbewirkung beim umgebenden Gestein erzeugen, und an denen eine etwaige Verkleidung des Tunnels befestigt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiters bei der Absicherung von Hangeinschnitten angewendet werden, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Ein geneigter Hang wird zunächst mit einem Einschnitt (18a) versehen. Die Flanke (19a) wird mit Ankern (5'") abgesichert. In weiterer Folge wird der Einschnitt schrittweise um die Abschnitte (18b), (18c) und (I8d) vertieft. Die Flanken (19b), (19c), (19d) werden jeweils analog mittels weiterer nicht dargestellter Anker abgesichert. Wie in Figur 7 dargestellt, ist es weiters auch möglich, Hangrutschungen zu vermeiden. Falls es zu befürchten ist, daß Lockergesteinsmassen (21) von einem Hang (20) abrutschen, kann man durch kreuzweises Anbringen von Ankern (5IV) eine solche Rutschung verhindern.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Tunnelbau, aber auch in verwandten Gebieten der Technik -3-

Claims (5)

1. AT 392 517 B Lockergesteine zuverlässig und einfach zu sichern. Neben einer Beschleunigung des Arbeitsvorganges können auch qualitative Verbesserungen beim Tunnelbau »zielt werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Absicherung von nicht bzw. mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen insbesondere bei der Herstellung von Tunneln, bei dem zunächst Bohrungen in die Formation eingebracht werden, nach Fertigstellung der Bohrungen das Bohrgestänge zurückgezogen wird, wobei während des Zurückziehens eine erhärtbare Injektionsmasse zur Fixierung eines in die Bohrung eingebrachten Spießes oder Ankers in die Bohrung eingepreßt wird, wobei der Spieß oder Anker während des Herausziehens des Bohrgestänges in der Bohrung verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spieß oder Anker (5) mit dem Bohrgestänge (3) in die Bohrung eingebracht wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der eingesetzte Anker oder Spieß nur einen Teil der Querschnittsfläche des Kanals ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ankers (5) oder Spießes in den Querschnitt des Kanales eingeschrieben ist und diesen innen berührt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) oder Spieß zumindest in einem Abschnitt einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, der vorzugsweise im Bereich des Bohrkopfes (1) angeordnet ist, und der unverdrehbar von einem entsprechenden Abschnitt des Kanals aufiiehmbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Ankers (5) oder Spießes mit einer Einrichtung zum Bohren ausgestattet ist
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (5b) des Ankers (5) oder Spießes druckfest auf einer Schulter im Bohrgestänge (3) abstützbar ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-