EP0196451B1

EP0196451B1 - Zugglied für einen Felsbolzen oder dergleichen

Info

Publication number: EP0196451B1
Application number: EP86102426A
Authority: EP
Inventors: & Widmann Aktiengesellschaft Dyckerhoff
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1988-08-31
Also published as: ATE36893T1; JPS61207800A; DE3507732A1; AU565512B2; EP0196451A1; AU5424986A; US4664555A; JPH0519640B2; ZA861450B; NO860728L; CA1270129A; DE3507732C2

Description

Die Erfindung betrifft ein aus einem Bündel von Stahldrähten bestehendes Zugglied für einen Felsbolzen oder dergleichen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Felsbolzen haben im wesentlichen die Aufgabe, beim Auffahren von Hohlräumen in einem natürlich anstehenden Gebirge mit Klüftungen Felspakete zu einem möglichst frühen Zeitpunkt gegen Verschiebungen zu sichern. Eine typische Beanspruchungsart solcher Felsbolzen ist eine kombinierte Zug- und Scherbeanspruchung mit großen Scherwegen. Zugglieder, die als Felsbolzen verwendet werden, müssen daher ein hohes Arbeitsvermögen aufweisen, um die großen Verbiegungen mitmachen zu können. Die Steifigkeit eines massiven Querschnitts, wie ihn z. B. ein Stahlstab hat, ist dafür ein Hindernis.
Bekannt sind auch rohrförmige Zugglieder aus Stahl mit dünner Wandung, die z. B. mittels hydraulischen Drucks gegen die Bohrlochwand gepreßt werden und durch Reibung die Kraft übertragen. Rohrförmige Zugglieder dieser Art haben einen noch geringeren Scherwiderstand als stabförmige Anker; sie erlauben aber einen größeren Scherweg, da der Hohlraum des Bohrloches im wesentlichen frei bleibt. Rohrförmige Zugglieder haben keinen Korrosionsschutz und sind nicht in beliebigen Längen herstellbar. An ihrer glatten Außenfläche lassen sich Verankerungskörper nicht anbringen.
Schließlich ist auch ein Gebirgsanker bekannt, dessen Zugglied im Mittelteil eine definierte Nachgiebigkeitszone aufweist, in der das aus rostfreiem, austenitischem Stahl bestehende Zugglied einen geringeren Querschnitt hat als in den Endteilen (DE-C-3 320 460). In diesem Mittelteil kann das Zugglied auch aus einem Bündel von Stahldrähten bestehen. Um in dieser Nachgiebigkeitszone einen Verbund des Zugglieds mit dem das Bohrloch ausfüllenden Kleber zu verhindern, ist es dort von einer Beschichtung umgeben. Am luftseitigen Ende des Zugglieds ist zur Verankerung mittels einer Mutter ein Gewinde vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zugglied für einen Felsbolzen zu schaffen, das auf wirtschaftliche Weise in beliebigen Längen herstellbar ist, das ein hohes Arbeitsvermögen hat, um auch starke Verbiegungen mitmachen zu können und das darüber hinaus die Möglichkeit gibt, Verankerungskörper, z. B. in Form von Gewindemuttern oder dergleichen anbringen zu können.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem aus einem Bündel von Stahldrähten bestehenden Zugglied dadurch gelöst, daß die Stahldrähte unter Belassung eines zentralen Hohlraumes in einen rohrförmigen Körper aus einem erhärtenden, plastischen Material, z. B. Kunstharz, eingebettet sind und der rohrförmige Körper an seiner Außenfläche eine Profilierung aufweist.
Durch Auflösen des für die Übertragung der Ankerkraft erforderlichen Stahlquerschnitts in eine Anzahl von um einen zentralen Hohlraum herum angeordneten Drähten mit Einzelquerschnitten mit kleinem Widerstandsmoment und deren Einbettung in ein Material, aus dem sie sich bei großer Scherbeanspruchung lösen können, wird die Biegsamkeit des gesamten Zuggliedes so erhöht, daß die bei einer kombinierten Scher- und Biegebeanspruchung auftretenden Knicke ausgerundet werden können. Dabei kann der bzw. können die am stärksten beanspruchte Draht bzw. Drähte sich aus dem Verbund mit dem rohrförmigen Körper lösen und in den zentralen Hohlraum ausweichen. Durch die gegenüber Stäben mit massivem Querschnitt und Rohren höhere Biegsamkeit wird vor allem bei solchen Bolzen der Einbau erleichtert, die in größerer Länge von kleinen Räumen aus eingebaut werden müssen, was bei der Auffahrung von Stollen, Tunnels oder dergleichen oft notwendig ist.
Zweckmäßig werden die Stahldrähte radialsymmetrisch in dem rohrförmigen Körper angeordnet, der selbst vorteilhaft kreisförmigen Querschnitt aufweist. Auch der zentrale Hohlraum hat zweckmäßig einen kreisförmigen Querschnitt.
Die Profilierung des Zuggliedes an seiner Außenfläche, die auch an einer Umhüllung des rohrförmigen Körpers, z. B. aus einem thermoplastischen Kunstharz, ausgebildet sein kann, dient, insbesondere dann, wenn sie als Schraubgewinde ausgebildet ist, zum Fixieren des Zuggliedes am Kopf mittels eines entsprechend ausgebildeten Verankerungskörpers. Hierfür reicht im allgemeinen eine Verspannung gegenüber der Oberfläche des unterirdischen Hohlraumes aus, da zur Wirksamkeit des Felsbolzens meist nur ein Kraftschluß zu dieser Oberfläche erforderlich ist.
Der zentrale Hohlraum des Zugglieds erlaubt, sofern er nach dessen Einbau in das Bohrloch noch offen ist, eine Kontrolle eventueller Scherbewegungen oder das Einführen von Meßsonden. Er kann auch zum Injizieren eines erhärtenden Materials in das Bohrloch oder zum Entlüften verwendet werden, falls erhärtendes Material auf andere Weise injiziert wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zumindest in Teilbereichen der Länge des Zugglieds entlang mindestens einer Mantellinie vom zentralen Hohlraum nach außen gerichtete Durchbrechungen vorgesehen sind, die ventilartig ausgebildet sein können.
Nach der Erfindung kann sich die Profilierung der Außenfläche des Zugglieds auch nur über Teilbereiche seiner Länge erstrecken, während zwischen den mit einer Profilierung versehenen Bereichen Bereiche mit glatter Außenfläche vorgesehen sind.
Wenn die mit der Profilierung versehenen Bereiche nur so lang sind, wie jeweils zur Verankerung der auftretenden Kräfte erforderlich und zwischen den profilierten Bereichen jeweils ein glatter Bereich angeordnet ist, in dem sich kein Verbund zwischen dem Zugglied und dem den übrigen Teil des Bohrloches ausfüllenden erhärtenden Material ausbilden kann, erlaubt üieser bei einer Verbiegung des Zugglieds infolge einer Scherbeanspruchung die Aktivierung einer größeren Stahllänge. Dies entspricht in besonderer Weise den Anforderungen an Felsbolzen, die kleinere Schichtpakete zusammenhalten sollen, wozu durch verbundfreie Bereiche voneinander getrennte Zwischenverankerungen besonders günstig sind.
Schließlich gewährt ein Zugglied nach der Erfindung auch einen ausgezeichneten Korrosionsschutz, da die Stahldrähte vollständig in Kunstharz eingebettet sind; dies gilt vor allem dann, wenn dieses noch dazu von einer Umhüllung umgeben ist. Zugglieder dieser Art können deshalb auch als Daueranker eingesetzt werden und fördern so den Weg zu einem einschaligen Ausbau des unterirdischen Hohlraums.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich noch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Zuggliedes. Dabei wird in einem kontinuierlichen Verfahren zunächst ein den zentralen Hohlraum bildendes Innenrohr aus thermoplastischem Kunstharz, z. B. PE, hergestellt. Noch vor dem Aushärten des Materials des Innenrohres werden sodann entlang seiner Außenfläche die Stahldrähte zugeführt und in seine Oberfläche eingedrückt. Diese Stahldrähte werden danach durch eine plastische, erhärtende Masse, z. B. ein Polyesterharz, eingehüllt. Schließlich wird entweder im Zuge dieses Verfahrens oder in einem eigenen nachgeschalteten Verfahrensschritt eine z. B. aus einem thermoplastischen Material, wie PVC, bestehende Umhüllung aufgebracht.
Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß es auf diese Weise gelingt, in einem kontinuierlichen Verfahren ein Zugglied für einen Felsbolzen herzustellen, das auf beliebige Längen geschnitten werden kann und, wenn die Profilierung an seiner Außenfläche als Schraubgewinde ausgebildet ist, außerdem das Aufschrauben eines Verankerungskörpers an beliebigen Stellen erlaubt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig.1 einen Längsschnitt durch einen Felsbolzen mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Zugglied,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die luftseitige Verankerung des Felsbolzens entlang der Linie II-11 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 111-111 in Fig. 1,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Felsbolzen gemäß Fig. 1 nach einer Verbiegung infolge einer kombinierten Schere und Biegebeanspruchung, die
Fig.5 bis 7 aufeinanderfolgende Phasen der Herstellung des Zuggliedes und
Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Felsbolzen mit einer anderen Ausführungsform des Zugglieds.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt, Fig. 2 in Draufsicht und Fig. 3 im Querschnitt einen Felsbolzen mit einem Zugglied nach der Erfindung. Das Zugglied 1 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus insgesamt acht Stahldrähten 2, die in einen rohrförmigen Körper 3 aus einer erhärtenden Masse, z. B. aus einem Kunstharz, vorzugsweise Polyesterharz, eingebettet sind. Im Inneren des rohrförmigen Körpers 3 befindet sich ein zentraler Holraum 4; seine Außenfläche weist eine Profilierung 5, z. B. in Form eines groben Gewides auf, das zum Aufschrauben eines Verankerungskörpers, z. B. Mutter, geeignet ist.
Das Zugglied 1 ist in ein Bohrloch 6 eingesetzt, das selbstverständlich in beliebiger Richtung zu dem zu sichernden unterirdischen Hohlraum geneigt sein kann und am Grunde des Bohrloches durch ein erhärtendes Material 7, z. B. ein Kunstharz oder Zementmörtel, festgelegt. Dieses erhärtende Material kann, wie bei sogenannten Kunstharzklebeankern üblich, in Form einer zwei Kleberkomponenten enthaltenden Patrone in das Bohrloch 6 eingebracht werden, die beim Einführen des Zugglieds zerstört wird, wodurch der Kleber aktiviert wird. Das erhärtende Material kann aber auch entweder durch den zentralen Hohlraum 4 oder unmittelbar in den äußeren Ringraum injiziert werden; im letzteren Fall kann der zentrale Hohlraum 4 als Entlüftungsleitung dienen.
An der Bohrlochmündung ist das Zugglied 1 durch einen Verankerungskörper 8 mit einem versenkten Schraubteil 9' festgelegt, das sich mittels eines umgebördelten Randes 9" gegen eine Widerlagerplatte 10 mit einer zentralen Durchbrechung 11 abstützt. Die Widerlagerplatte 10 ist im Bereich der Durchbrechung 11 aufgebogen, wodurch ein Kraftschluß in Form einer federnden Verspannung erreicht wird. Diese versenkte Anordnung des Schraubteils 9' des Verankerungskörpers 8 hat den Vorteil, daß das Schraubteil 9', das bei der gegenüber Stahl geringeren Festigkeit des rohrförmigen Körpers 3 eine große Länge haben muß, nicht um diese Länge über die Oberfläche des unterirdischen Hohlraums nach innen in diesen hineinragt.
In Fig. 4 ist angegeben, wie sich das Zugglied 1 bei einer infolge einer gegenseitigen Verschiebung von Felspaketen auftretenden lokalen Scherbeanspruchung verformen kann. Die Verformung ist hier in dem Bereich des Felsbolzens angenommen, in dem das Zugglied keinen Verbund zum Gebirge besitzt. Dabei ist unterstellt, daß sich einer der Stahldrähte 4 aus seiner Einbettung in dem rohrförmigen Körper 3 gelöst hat und in den zentralen Hohlraum 4 hinein ausgewichen ist; dies ist für den Draht 2' im Querschnitt der Fig. 3 gestrichelt angedeutet.
Das Zugglied nach der Erfindung, das Längen von 4 bis 6 m, gegebenenfalls auch bis 8 m aufweisen kann, besteht beispielsweise bei einem Außendurchmesser von ca. 25 mm aus Stahldrähten mit 6 mm Durchmesser; der zentrale Hohlraum 4 hat dann einen Durchmesser von 9 mm. Das Zugglied kann beispielsweise durch Extrudieren hergestellt werden, wobei die Drähte dem Extrudierkopf seitlich zugeführt werden müssen, um sie vollständig einhüllen zu können.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung eines Zuggliedes nach der Erfindung ist in den Fig. 5 bis 7 in einzelnen Phasen dargestellt. Dabei wird in einem kontinuierlichen Verfahren zunächst ein Innenrohr 3' aus einem thermoplastischen Material, z. B. PVC, durch Extrudieren hergestellt, das den zentralen Hohlraum 4 bildet (Fig. 5). Noch bevor das Material des Innenrohrs 3' vollständig erhärtet ist, werden in radialer Richtung von außen die Drähte 2 zugeführt und in regelmäßiger Folge entlang des Außenumfanges des Innenrohrs 3' in dessen Umfangsfläche eingedrückt (Fig. 6).
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Drähte 2 durch die erhärtende Masse 3", z. B. ein reagierendes Kunstharz, wie ein Polyesterharz oder dergleichen, eingehüllt. Auf dieses kann schließlich noch ein äußeres Hüllrohr 12 aus einem thermoplastischen Kunstoff, z. B. PVC, aufextrudiert werden. Bei dieser Ausführungsform weist dieses äußere Hüllrohr 12 das grobe Gewinde auf, das zum Aufschrauben der Verankerungsmutter dient.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt. Das Zugglied 1', das hier analog wie in Fig. 1 als Felsbolzen dient, ist nicht über seine gesamte Länge mit einem Gewinde versehen, sondern nur über Teilbereiche 13, die jeweils von Bereichen 14 mit glatter Oberfläche unterbrochen sind. Bei diesem Zugglied bilden die mit Gewinden versehenen Bereiche 13 Verankerungen gegenüber dem das, Bohrloch 6 in voller Länge ausfüllenden erhärtenden Material 7. Die glatten Bereiche 14 gehen keinen Verbund mit dem erhärtenden Material 8 ein, so daß das Zugglied 1' sich in den Bereichen 14 zwischen den Zwischenverankerungen 13 stärker dehnen kann.
Der rohrförmige Körper 3, in den die Drähte 2 eingebettet sind, kann in den Bereichen zwischen den Stahldrähten 2 noch mit radialen Durchbrechungen versehen sein. Diese Durchbrechungen, die auch nur in Teilbereichen über die Länge des Zugglieds angeordnet sein können, dienen als Injizier- und/oder Entlüftungsöffnungen. Das Injizieren des nach dem Einsetzen des Zuggliedes in das Bohrloch verbliebenen Ringraumes mit einem erhärtenden Material, z. B. Zementmörtel, kann durch den zentralen Hohlraum und die Durchbrechungen hindurch erfolgen. Um den zentralen Hohlraum nachträglich wieder frei zu machen, kann das darin verbliebene Injektionsmaterial herausgespült werden.
Die Durchbrechungen können aber auch ventilartig ausgebildet sein, etwa in der Weise, daß sie bei einem Injizieren des Ringraumes durch eine in diesem angeordnete gesonderte Injizierleitung als Entlüftungsöffnungen dienen, d. h. vom äußeren Ringraum zum zentralen Hohlraum hin nur die eingeschlossene Luft entweichen lassen, nicht aber das Injiziermaterial oder etwa hieraus abgesondertes Wasser.

Claims

1. Aus einem Bündel von Stahldrähten (2) bestehendes Zugglied für einen Felsbolzen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahldrähte unter Belassung eines zentralen Hohlraumes (4) in einen rohrförmigen Körper (3) aus einem erhärtenden, plastischen Material, z. B. Kunstharz eingebettet sind und der rohrförmige Körper (3) an seiner Außenfläche eine Profilierung (5) aufweist.

2. Zugglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahldrähte (2) im Querschnitt radialsymmetrisch angeordnet sind.

3. Zugglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (3) kreisförmigen Querschnitt aufweist.

4. Zugglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hohlraum (4) kreisförmigen Querschnitt aufweist.

5. Zugglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (5) als Schraubgewinde ausgebildet ist.

6. Zugglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profilierung nur über Teilbereiche (13) der Länge des Zuggliedes (1') erstreckt und daß zwischen den mit einer Profilierung versehenen Bereichen (13) Bereiche (14) mit glatter Außenfläche vorgesehen sind.

7. Zugglied nach eienm der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (3) von eienr Umhüllung (12) umschlossen ist, an der die Profilierung (5) ausgebildet ist.

8. Zugglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (12) aus einem thermoplastischen Kunstharz, z. B. PVC, besteht.

9. Zugglied nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in Teilbereichen der Länge des Zugglieds entlang mindestens einer Mantellinie vom zentralen Hohlraum nach außen gerichtete Durchbrechungen vorgesehen sind.

10. Zugglied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen ventilartig ausgebildet sind.

11. Verfahren zum Herstellen eines Zuggliedes nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem kontinuierlichen Verfahren zunächst ein den zentralen Hohlraum (4) bildendes Innenrohr (3') aus thermoplastischem Kunstharz, z. B. PE, hergestellt wird, daß vor dem Aushärten des Materials des Innenrohres (3') entlang seiner Außenfläche sodann die Stahldrähte (2) zugeführt und in seine Oberfläche eingedrückt werden und daß die Stahldrähte (2) danach durch eine plastische, erhärtende Masse (3"), z. B. ein Polyesterharz, eingehüllt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß abschließend die z. B. aus einem thermoplastischen Kunstharz, wie PVC, bestehende Umhüllung (12) aufgebracht wird.