Gebirgsanker

Abstract

 Ein Gebirgsanker (2) besitzt eine innerhalb eines Bohr­loches (4) zu befestigende Ankerstange (3a) und einen An­kerkopf (35, 38, 39) für eine außerhalb des Bohrloches an­bringbare Ankerplatte (32), wobei in die Abstützverbindung zwischen Ankerplatte (32) und Ankerstange (3a) ein die An­kerstange hülsenförmig umgebender, druckbelasteter Verform­teil (40) eingebunden ist.
Um einen Gebirgsanker (2) zu erreichen, der mit geringem Aufwand herstellbar ist, einen nur geringen Überstand über die Bohrlochöffnung aufweist und bei dem der den Rückhalte­widerstand des Ankers bestimmende Verformungswiderstand des Verformungsteiles (40) in seiner Charakteristik vorherbe­stimmbar ist, bildet der Verformteil (40) einen zwischen einer stangenseitigen und einer plattenseitigen Druckfläche (37, 39) sitzenden Stauchkörper.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Gebirgsanker nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Solche Gebirgsanker dienen beim untertägigen Hohlraumausbau insbesondere beim Tunnel- und Stollenbau als Sicherungsele­mente, die systematisch, etwa radial zur Tunnel- oder Stol­lenachse versetzt werden, einen mehr oder weniger großen Ge­birgsdruckanteil aufnehmen und die aufgenommenen Kräfte in die dem Bohrloch entsprechenden Tiefen des Gebirges einlei­ten, so daß es zu einem Mittragen des Gebirges kommt. Um eine Belastung der Ankerstangen über die Bruchlast zu ver­meiden und auch, weil der radiale Gebirgsdruck mit der Ver­formung sinkt, werden Gebirgsanker der eingangs genannten Art verwendet, die innerhalb gewisser Grenzen eine kontrol­lierte Gebirgsverformung zulassen und dadurch eine Verein­fachung der Stützkonstruktion beim untertätigen Hohlraum­ausbau ermöglichen.

[0003] Ein Gebirgsanker der eingangs genannten Art ist aus der AT-PS 378 823 bekannt. Dabei ragt ein an der Ankerstange befestigter Ankerkopf durch eine Öffnung der Ankerplatte nach außen und zwischen Ankerkopf und Ankerplatte ist eine Hülse eingesetzt, die bei entsprechender Belastung durch den konisch oder kugelig geformten, eindringenden Ankerkopf auf­geweitet wird, so daß eine vom Dehnverhalten der Stützhülse abhängige Nachgiebigkeit der Verankerung entsteht. Aus der DE-PS 1 583 803 ist ein Gebirgsanker bekannt, dessen an der Ankerplatte abgestützter Ankerkopf einen Ziehring bildet, der die Ankerstange mit Abstand von ihrem herausragenden, im Anbringungsbereich des Ziehringes im Durchmesser verklei­nerten Ende umschließt, so daß die geriffelte Ankerstange unter Materialabtragung bzw. Verformung durch den Ziehring ausgezogen werden kann. Beide bekannte Ausführungen sind aufgrund der erfoderlichen Werkstoffwahl und -qualität der Verformteile aufwendig und teuer, sie müssen entsprechend der gewünschten Verformlänge beträchtlich weit aus der An­kerplatte herausragen und erlauben auch nur die Aufnahme geringerer Abstützkräfte, wobei nur eine geringe Einfluß­möglichkeit auf den Verformungswiderstand des Formteiles und damit auf den Verformungsvorgang, somit auch die Cha­rakteristik des dem Einziehen der Ankerstange entgegenge­setzten Widerstandes besteht.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Nachteile und die Schaffung eines Gebirgsankers, der ratio­nell herstellbar und einfach zu versetzen ist, im Bedarfs­fall ohne weit aus dem Bohrloch vorragende Teile ausgebildet werden kann, eine in ihrer Charakteristik einstellbare bzw. wählbare nachgiebige Abstützung ergibt und unter voller Nützung der durch die Festigkeit der Ankerstange bestimmten Belastbarkeit eine Beeinflussung der Abhängigkeit zwischen Abstützkräften und Verformung zuläßt.

[0005] Die gestellte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0006] Der Stauchkörper läßt sich ohne besonderen Aufwand herstel­len und kann durch Wahl der Wandstärke, der Formgestalt, des Materials, durch Profilierungen usw. in seinem Stauchverhal­ten gut an die zu erwartenden Belastungsverhältnisse ange­paßt werden, wobei jede Gefahr eines durch Materialfehler bedingten, ruckartigen Nachgebens ausgeschlossen ist. Vor allem kann ein mit zunehmender Belastung kontrolliert an­steigender Verformungswiderstand gewählt werden, um das Gebirge progressiv zur zunehmenden Verformung abzustützen.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stauchkörpers sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben. Umfangsrillen der Hülse oder eine wellenförmige Längsprofilierung ermöglichen durch Wahl der Form und Anzahl der Rillen bzw. Wellen sowie auch der entsprechenden Tiefe eine genaue Vorausbestimmung des Stauch­verhaltens. Bei der Anbringung von Rillen gibt die Summe der Rillenbreite den möglichen Deformationsweg bei geringerem Verformungswiderstand. Wenn man gemäß Anspruch 4 vorgeht, wobei vorzugsweise die Tiefe der Rillen vom Ankerkopf weg in Richtung Befestigungsende der Ankerstange hin abnimmt, kann man den Verformungswiderstand gezielt beeinflussen und etwa einen mit dem Deformationsweg zunehmenden Verformungswider­stand erreichen. Es ist sogar möglich, die gesamte Hülse als Druckfeder auszubilden oder eine z. B. hülsenförmige Druckfeder und eine verformbare Hülse aneinanderzureihen.

[0008] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Gebirgsankers ist im Anspruch 7 angegeben. Hier kann der Stauchkörper mit dem Rohr in das Bohrloch versenkt und damit der Überstand des gesamten Ankers über das Bohrloch auf ein Minimum ver­ringert werden. Der Stauchkörper wird durch das Rohrstück vor Verschmutzungen geschützt, wobei der Verformungswider­stand überdies z. B. bei einem in Längsrichtung wellenför­mig profilierten oder sich unter Bildung von Wellen zusam­mendrückenden hülsenförmigen Stauchkörper durch das zwischen Ankerstange und Rohrstück für diese Wellung freigelassene Spiel beeinflußt werden kann.

[0009] Eine Weiterbildung dieser Grundkonstruktion entnimmt man dem Anspruch 8, wobei das Rohrstück mit seinem Ende einen Teil des Ankerkopfes bildet. Um hier eine einfache Fertigung zu ermöglichen, kann gemäß Anspruch 9 vorgegangen werden.

[0010] Eine ähnliche Möglichkeit ist im Anspruch 10 angegeben. Hier dient der Gewindebolzen als Ankerkopf. Die Längen der belie­bigen Ankerstange und des Gewindebolzens können wunschgemäß aufeinander abgestimmt werden.

[0011] Die Verformung des Gebirges ergibt eine Deformation des Stauchkörpers, wobei der äußere Endbereich der auch der Dehnung unterliegenden Ankerstange in das Bohrloch hinein­gezogen wird. Wenn man eine Ausführung nach Anspruch 11 vor­sieht, kann man die aufgetretene Verformung mit einfachen Mitteln direkt messen.

[0012] Eine in der Herstellung besonders einfache Ausgestaltung des eine Grundkonstruktion nach Anspruch 7 aufweisenden Gebirgs­ankers entnimmt man dem Anspruch 12. Bei dieser Ausführung ergibt sich ebenfalls nur ein geringer Überstand über das Bohrloch in der ersten Montagestellung, wobei die Anker­stange gegen den Widerstand des mit dem Rohrstück in das Bohrloch versenkten Stauchkörpers in das Rohrstück hinein­gezogen wird. Durch einfaches Anziehen der den Ankerkopf bildenden Mutter werden in der Einbaustellung die über das aufgeweitete Ende des Rohrstückes mitgenommene Ankerplatte gegen die äußere Bohrlochwand bzw. einen zwischen Gebirge und Ankerplatte anzubringenden z. B. großflächigen Ausbau­teil und das Rohrstück seinerseits über den Stauchkörper im Sinne eines Hineinschiebens in das Bohrloch vorgespannt.

[0013] Wenn gemäß Anspruch 13 vorgegangen wird, kann der Druckring zusätzlich durch Reibungsschluß mit der Innenwand des Rohr­stückes einen Teil der Rückhaltekraft erzeugen.

[0014] Bei der Grundkonstruktion nach Anspruch 7 und vor allem bei einer Ausführung nach Anspruch 12 kann man auch einen Stauch­körper nach Anspruch 14 vorsehen, der etwa aus weicherem Me­tall bzw. einer Metallegierung oder aus einem Kunststoff be­steht, wobei der Extrusionswiderstand des Stauchkörperma­terials durch die Durchtrittsöffnungen die Rückhaltekraft des Ankers exakt definiert.

[0015] Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.

[0016] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch den äußeren Endbe­reich einer Ankerstange und ihrer Abstützverbindung mit dem Ankerkopf in der Einbaustellung,

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform und

Fig. 5 als Detail zu Fig. 4 ein Teilstück von Ankerstange, Rohrstück und Stauchkörper bei gestauchtem Stauch­körper ebenfalls im Schnitt.

[0017] Zur Hohlraumsicherung an einer aus dem Gebirge 1 gebildeten Hohlraumleibung werden jeweils nachgiebige Gebirgsanker 2 versetzt, die den Gebirgsdruck aufnehmen und ein Mittragen des Gebirges bewirken sollen. Die Gebirgsanker 2 weisen eine Ankerstange 3, 3a auf, die bei der Ausführung nach Fig. 1 als Rohr 3 und bei den Ausführungen nach den Fig. 2 bis 5 als massive Stange 3a ausgebildet ist und die in das Bohr­loch 4 eingeführt und im Bohrlochinneren, also zumindest am inneren Endbereich sicher befestigt wird. Es kann hier eine Verklebung, Verdübelung, Vermörtelung oder Aufweitung rohr­förmiger, vorgeformter Endstücke durch Hydraulikmittelbeauf­schlagung und dadurch bedingte Verpressung der Endstücke mit dem Gestein vorgenommen werden.

[0018] Nach Fig. 1 ist auf das freie, aus dem Bohrloch 4 herausra­gende Ende der Ankerstange 3 eine einen Stauchkörper bildende Hülse 5 mit Spiel aufgesteckt, die regelmäßig verteilte Um­fangsrillen 6 aufweist. Die Hülse 5 sitzt zwischen zwei ent­sprechende Druckflächen aufweisenden Stützringen 7 und 9, wobei der äußere Stützring 7 an der Ankerstange 3 und der innere Stützring 9 innenseitig in einem in das Bohrloch ein­führbaren Rohrstück 8 eingeschweißt ist. Das Rohrstück 8 um­schließt die Hülse 5 und trägt außerhalb des Bohrloches 4 eine Gewindehülse 10 mit einem Außengewinde 11 für eine An­kermutter 12, die sich auf einer Ankerplatte 13 abstützt, welche von außen her gegen das Gebirge 1 oder wie im vorlie­genden Fall gegen eine Spritzbetonschicht 14 oder ein gege­benenfalls unter Zwischenschaltung einer plastisch verform­baren Einlage gegen das Gebirge anstellbares großflächiges Auskleidungselement drückt. Es ist auch möglich, über die Ankerplatten 13 mehrerer Gebirgsanker 2 Auskleidungselemente mit Spaltabstand vom Gebirge 1 festzuhalten und den Spalt mit Spritz- oder Ortbeton auszufüllen.

[0019] Ist der Gebirgsanker 2 ordnungsgemäß gesetzt und durch An­ziehen der Ankermutter 12 vorgespannt, kann er den auftre­tenden Gebirgsdruck bis zu einer bestimmten Grenzbelastung aufnehmen, wobei der Kraftfluß von der Gesteinswand 1 und der Spritzbetonschicht 14 od. dgl. über die Ankerplatte 13, das Rohrstück 8, den Druckring 9 und die Hülse 5 zum Druck­ring 7 und damit zur Ankerstange 3 verläuft. Übersteigen die Belastungen den Stauchwiderstand der Hülse 5 wird diese durch Stauchung verformt, also zwischen den Stützringen 7, 9 zusammengedrückt. Verlauf, Form und Zahl der Umfangsrillen 6 ermöglichen eine Beeinflussung des Verformungsverhaltens der Hülse 5, so daß die Abstützung in ihrer Nachgiebigkeit an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden kann. Die maxi­male Verformung der Hülse 5 gibt ein Maß für die zulässige aufzunehmende Verformung und man kann daher durch Wahl der Hülsengröße und -form größere Verformungsbereiche einstellen, in denen keine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Gebirgsankers statt findet und der die Haltekraft des Gebirgs­ankers definierende Verformungswiderstand genau definiert ist. Der Überstand des Ankerkopfbereiches über die Anker­platte 13 ist gering.

[0020] Zur Messung der auftretenden Verformung kann, wie strich­punktiert angedeutet wurde, in die hohle Ankerstange 3 ein Meßstab 15 eingeführt sein, der im Inneren des Bohrloches in der Ankerstange befestigt ist und durch seinen Überstand über den Rand des Rohrstückes 8 die Größe der aufgetretenen Verformung der Hülse 5 anzeigt.

[0021] Bei den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau der Hülse 5 entsprechende Hülsen 16 vorhanden, die sich mit ihrem inneren Ende an einem Stütz­ring 17 und mit ihrem äußeren Ende an einem Stützring 18 ab­stützen. Das Ende der Ankerstange 3a ist nach Fig. 2 mit einem aus dem Bohrloch herausragenden Gewindeende 19 und nach Fig. 3 mit einem im Bohrloch 3 verbleibenden Gewinde­ende 20 versehen. Auf dieses Gewindeende ist der Druckring 18, der als Mutter ausgebildet ist, aufgeschraubt, so daß die Relativlage der Hülse 16 und eines den inneren Druck­ring 17 tragenden Rohrstückes 21 zur Ankerstange durch Ver­drehen dieser Mutter eingestellt werden kann. Die den Druckring 18 bildende Mutter ist im äußeren Ende des Rohr­stückes 21 gleitverstellbar geführt. Nach Fig. 2 schließt an das Rohrstück 21 eine Gewindehülse 22 an, auf die eine An­kermutter 23 aufgeschraubt ist, welche unter Zwischenschal­tung einer Beilagescheibe 24 auf eine in der Mitte nach aus­sen gewölbte Ankerplatte 25 drückt.

[0022] Nach Fig. 3 ist in das äußere Ende des Rohrstückes 21 eine Mutter 26 eingeschweißt, die der Aufnahme eines koaxial mit der Ankerstange 3a und dem Gewindeende 20 angebrachten Ge­windebolzens 27 dient, der wieder über eine Ankermutter 28 und eine Beilagescheibe 29 auf eine Ankerplatte 30 drückt.

[0023] Nach den Fig. 4 und 5 ist die Ankerstange 3a mit einem Ge­windeende 31 ausgestattet. Es wird eine Ankerplatte 32 ver­wendet, bei der der Rand 33 einer Durchführungsöffnung für ein Rohrstück 34 leicht nach innen gezogen ist. Das Rohr­ stück 34 besitzt ein aufgeweitetes äußeres Ende 35 und ein sich konisch verengendes inneres Ende 36. Am inneren Ende 36 stützt sich ein gegebenenfalls durch Schweißung zusätzlich gesicherter Druckring 37 ab. Zwischen diesem Druckring 37 und einem mit Hilfe einer Ankermutter 38 festspannbaren Druckring 39 ist mit Spiel innerhalb des Rohrstückes 34 eine verformbare Hülse 40 angeordnet. Durch Festziehen der Anker­mutter 38 an der mit ihrem inneren Ende befestigten Anker­stange 3a wird die verformbare Hülse 40 in das Bohrloch 4 hineingeschoben und nimmt dabei das Rohrstück 40 sowie über dessen aufgeweiteten Rand 35 die Ankerplatte 32 mit, so daß diese gegen die Leibung des Gesteins 1 bzw. den zwischen Ge­stein und Ankerplatte 32 liegenden Teil 14, der wie erwähnt, Spritzbeton oder ein Auskleidungsteil sein kann, gepreßt wird. Wenn das Gebirge arbeitet, und die Verformungsbela­stung der Hülse 40 überschritten wird, kann sich die Hülse wie in Fig. 5 dargestellt, unter Wellung verformen, wobei sich die entstehenden Wellen mit ihren Scheiteln an der An­kerstange 3a und im Inneren des Rohrstückes 34 abstützen, so daß auch die Ringspaltgröße zwischen Ankerstange und Rohr­innenseite die Verformungscharakteristik und den Verformungs­widerstand mitbestimmen. Zur Erzielung einer Wellung bei der Stauchung kann die Hülse 40 vorgeformt sein, also eine wel­lige Längsprofilierung durch Ringsicken oder nach einem Ge­windegang verlaufende Sicken besitzen. Die Hülse 40 kann auch leicht konisch sein.

[0024] Nach einer nicht dargestellten Variante kann die Hülse 40 durch einen Körper aus plastisch verformbarem Material er­setzt werden, wobei in den Ringen 37 oder 39 Extrusionsöff­nungen vorgesehen werden, durch die das Material dieses Kör­pers beim Überschreiten der vorgegebenen Belastung extru­diert wird. Zusätzlich kann in diesen Körper eine verform­bare Hülse aus Metall eingebettet sein oder es können andere Bewehrungselemente innerhalb des verformbaren Körpers ange­bracht werden, um die Extrusionscharakteristik und damit den Rückhaltewiderstand der äußeren Ankerbefestigung im voraus zu bestimmen. Wie die Fig. 4 zeigt, ist der Größtdurchmes­ser der Ankermutter 38 kleiner als die Lichtweite des Rohr­stückes 34, so daß die Ankermutter 34 in das Rohrstück ein­treten kann, wenn die Hülse 40 gestaucht wird.

[0025] Wie die Fig. 2 und 3 noch zeigen, kann das Bohrloch 4 bei oder vor der Anbringung des Gebirgsankers 2 mit einem Ze­mentmörtel oder einem sonstigen Füllmittel gefüllt werden.

Ansprüche

1. Gebirgsanker (2) mit einer in einem Bohrloch (4) zu befestigenden Ankerstange (3; 3a) und einem Ankerkopf (8; 23; 25, 38, 39) für eine außerhalb des Bohrloches (4) an­bringbare Ankerplatte (13; 25; 30; 32), wobei in die Ab­stützverbindung zwischen Ankerplatte und Ankerstange ein die Ankerstange hülsenförmig umgebender, druckbelasteter Ver­formteil (5; 16, 40) eingebunden ist, dadurch gekennzeich­net, daß der Verformteil (5; 16, 40) einen zwischen einer stangenseitigen und einer plattenseitigen Druckfläche (7;9; 17, 18; 37, 39) sitzenden Stauchkörper bildet.

2. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stauchkörper eine Hülse (5; 16, 40) vorgesehen ist.

3. Gebirgsanker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5; 16) Umfangsrillen (6) aufweist.

4. Gebirgskanker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, daß die gleichmäßig axial hintereinander gereihten Rillen (6) der Hülse (5; 16) unterschiedliche Tiefe be­sitzen.

5. Gebirgsanker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (40) eine wellenförmige Längsprofilierung aufweist.

6. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, daß die Hülse (40) sich gegen das eine Ende konisch verjüngt.

7. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, daß die Hülse (5; 16, 40> mit Spiel in einem in das Bohrloch (4) einsetzbaren Rohrstück (8; 21, 34) untergebracht ist, das sich mit seinem äußeren Ende an der Ankerplatte (13; 25; 30; 32) abstützt und im Bereich seines inneren Endes einen die plattenseitige Druckfläche bildenden Bund (9; 17; 37) aufweist.

8. Gebirgsanker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauchkörper (5) zwischen einem äußeren Stützring (7) der Ankerstange (3) und einem den Bund bildenden inneren Stützring (9) des Rohrstückes (8) angeordnet ist, das über eine Ankermutter (12) an der Ankerplatte (13) angreift.

9. Gebirgsanker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (8) ein Außengewinde (11) für die Anker­mutter (12) aufweist, wobei auf das Rohrstück (8) eine das Außengewinde (11) bildende Gewindehülse (10) aufgebracht ist.

10. Gebirgsanker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (21) mit einer am stützringfreien Ende eingesetzten Mutter (18) auf einem nach außen ragenden axial an die Ankerstange anschließenden Gewindebolzen (19, 20) aufgeschraubt ist.

11. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­durch gekennzeichnet, daß die hohle Ankerstange (3) einen Meßstab (15) aufnimmt, der im Bereich des Befestigungsendes der Ankerstange fixiert und lose bis durch den Ankerkopf (8) hindurchgeführt ist.

12. Gebirgsanker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenende (35) des Rohrstückes (34) zur Abstützung am Rand (33) einer Durchführungsöffnung der Ankerplatte (32) aufgeweitet und das innere Ende (36) des Rohrstückes zur Bildung des Bundes oder zur Abstützung eines den Bund bil­denden Ringes (37) verengt ist und daß der Ankerkopf (38) aus einer in das Rohrstück (34) einführbaren, auf ein Ge­windeende (31) der Ankerstange (3a) aufschraubbaren An­kermutter (38) besteht.

13. Gebirgsanker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­net, daß zwischen Ankermutter (38) und Hülse (40) ein im Rohrstück (34) geführter Druckring (39) anbringbar ist.

14. Gebirgsanker nach einem der Ansprüche 7, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stauchkörper bildende Hülse aus plastisch verformbarem Material besteht und das Rohrstück und/oder die die Druckflächen aufweisenden Teile Durchtrittsöffnungen zum Auspressen des Hülsenmaterials freilassen.

Zeichnung