Vorrichtung zur Absicherung von nicht bzw. mässig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen

Abstract

 Verfahren und Vorrichtung zur Absicherung von nicht bzw. mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen, insbesonders bei der Herstellung von Tunneln, bei dem zunächst Bohrungen in die Formation einge­bracht werden, nach Fertigstellung der Bohrungen das Bohrge­stänge (3) zurückgezogen wird, wobei während des Zurückziehens eine erhärtbare Injektionsmasse in die Bohrung eingepreßt wird, wobei mit dem Bohrgestänge (3) ein Spieß oder Anker (5) in die Bohrung eingebracht wird, der während des Herausziehens in der Bohrung verbleibt und durch die Injektionsmasse fest mit der Formation verbunden wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung von nicht bzw. mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen, insbesonders 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 in die Bohrung eingepreßt wird.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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 Anker im Bohrloch ver­bleibt, und damit verloren ist. Dies führt zu relativ hohem Aufwand an teurem Material.

[0005] Weiters sind Injektionsspieße (Aluvialspieße) 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 Aluvialspießes zufal­len, sodaß weitere zeitaufwendige Arbeitsvorgänge erforderlich sind.

[0006] 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.

[0007] Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß mit dem Bohrgestänge ein Spieß oder Anker in die Bohrung eingebracht wird, der während des Herausziehens in der Bohrung verbleibt und der durch die Injektionsmasse fest mit der Formation verbunden 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 werden und bis zu seiner Abnützung wieterverwendet 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 bekannten Bohrgestängen mit der Ausnahme, daß die Bohrung in axialer Richtung zur Aufnahme des Ankers vergrößert ist.

[0008] Vorzugsweise wird die erhärtbare Injektionsmasse über den Spülkanal des Bohrgestänges eingepreßt. Auf diese Weise kann ein besonders einfacher Aufbau des Bohrgestänges erzielt werden, da keinerlei zusätzlich Kanäle zum Einbringen der In­jektionsmasse erforderlich sind.

[0009] Es kann vorgesehen sein, daß zunächst ein Bohrinjek­tionsschirm mittels schräg in Vortriebsrichtung nach außen ge­neigter Anker oder Spieße hergestellt wird, darauf der Aus­bruch unter dem Bohrinjektionsschirm durchgeführt wird, und nach dem Ausbruch das umgebende Gebirge mittels Injektionsan­kern gesichert wird. 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.

[0010] Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Bohrgestänge, das in axialer Richtung einen Kanal aufweist, und das an seinem vor­deren Ende einen Bohrkopf besitzt. Dieses Verfahren ist da­durch gekennzeichnet daß im Kanal ein Anker oder Spieß nach vorne ausstoßbar aufnehmbar ist. Auf diese Weise ist es mög­lich, daß der Spieß während des Zurückziehens des Bohregestän­ges samt Bohrkopf im Bohrloch verbleibt. Es ist weiters vor­teilhaft, wenn der eingesetzte Anker oder Spieß nur einen Teil der Querschnittsfläche des Kanals ausfüllt. Auf diese Weise kann eine Spülflüssigkeit oder eine Injektionsmasse in dem verbleibenden Querschnitt des Kanals zum Bohrkopf gepreßt wer­den.

[0011] 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 von einem entsprechenden Ab­schnitt des Kanals aufnehmbar ist. Insbesonders kann das vor­dere Ende des Ankers oder Spießes mit einer Einrichtung zum Bohren ausgestattet sein. Durch eine drehmomentfeste Verbin­dung des Ankers oder Spießes mit dem Bohrkopf bzw. dem Bohrge­stänge und der Anordnung einer Schneide an der Spitze des An­kers kann erreicht werden, daß der Anker beim Bohren beteiligt ist. Auf diese Weise kann der Druck auf diesen Anker während des Bohrens wesentlich verringert werden.

[0012] 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 II-II in Figur 1.

Die Figur 3 ein Schnitt nach Linie III-III in Figur 1.

Die Figur 4 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen 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.

[0013] Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Bohrkopf 1, der fest mit einem Bohrgestänge 3 verbunden ist. Das Bohrgestänge 3 hat einen kreisringförmigen Querschnitt. Auf der Vorderseite des Bohrkopfes 1 sind Hartmetallschneiden 2 für den Vortrieb vorgesehen. 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 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 entsprechenden Öffnung des Bohrkopfes 1 geführt, wobei soviel Spiel vorgesehen ist, daß der Durchtritt der Spülflüssigkeit möglich ist, jedoch keine Drehbewegung des Ankers 5 gegenüber dem Bohrkopf 1 bzw. dem Bohrgestänge 3 möglich ist. An seiner Spitze ist der Anker 5 mit einer Schneide 16 versehen, die beim Bohren mitwirkt.

[0014] 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. 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 In­ jektionsmasse 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.

[0015] 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.

[0016] 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 18d vertieft. Die Flanken 19b, 19c, 19d werden jeweils analog mittels weiterer nicht dargestellter Anker abgesichert.

[0017] 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 5^IV eine sol­che Rutschung verhindern.

[0018] Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Tunnel­bau, aber auch in verwandten Gebieten der Technik Lockerge­steine zuverlässig und einfach zu sichern. Neben einer Be­schleunigung des Arbeitsvorganges können auch qualitative Ver­besserungen beim Tunnelbau erzielt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Absicherung von nicht bzw. mäßig standfesten kohäsionslosen bis leicht kohäsiven geologischen Formationen insbesonders bei der Herstellung von Tunneln, bei dem zunächst Bohrungen in die Formation eingebracht werden, nach Fertig­stellung der Bohrungen das Bohrgestänge (3) zurückgezogen wird, wobei während des Zurückziehens eine erhärtbare Injek­tionsmasse in die Bohrung eingepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bohrgestänge (3) ein Spieß oder Anker (5) in die Bohrung eingebracht wird, der während des Herausziehens in der Bohrung verbleibt und der durch die Injektionsmasse fest mit der Formation verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhärtbare Injektionsmasse über den Spülkanal des Bohrgestän­ges (3) eingepreßt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem zunächst ein Bohrinjektionsschirm mittels schräg in Vortriebs­richtung und nach außen geneigter Anker (5′) oder Spiieße her­gestellt wird, darauf der Ausbruch unter dem Bohrinjektions­schirm durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausbruch das umgebende Gebirge mittels Injektionsankern (5˝) gesichert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Bohrgestänge (3), das in axialer Richtung einen Kanal aufweist, und das an seinem vorderen Ende einen Bohrkopf (1) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß im Ka­nal ein Anker (5) oder Spieß nach vorne ausstoßbar aufnehmbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte Anker (5) oder Spieß nur einen Teil der Quer­schnittsfläche des Kanals ausfüllt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem eingesetzten Anker (5) oder Spieß und der Wand des Kanals ein Ringraum (4) freibleibt, sowie daß eine Pump­ einrichtung vorgesehen ist, die mit dem Ringraum verbunden ist, wobei sowohl ein Spülmedium als auch eine Injektionsmasse durch den Ringraum (4) einpreßbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 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 aufnehmbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Ankers oder Spießes mit einer Einrichtung zum Bohren ausgestattet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) außen Schlitze oder Abfla­chungen aufweist, in denen das Bohrklein abgeführt werden kann.

Zeichnung