Способ установки анкеров и используемый в этом способе анкер
Изобретение относится к способу установки анкеров, таких как анкеры для закладки в грунт и анкеры для закладки в горную породу. Заявленный анкер с продольно-складчатой трубкой и с предусмотренным на находящемся внутри отверстия конце анкера, выполненным с возможностью открытия под давлением концевым элементом вводится в отверстие и за счет использования внутреннего давления расширяется с раскрытием трубки до тех пор, пока трубка не войдет в контакт с отверстием с фрикционным замыканием и/или геометрическим замыканием. После чего давление в анкере повышают так, что передний конический конец концевого элемента отделяется. Затем в отверстие через анкер нагнетается затвердевающая масса, чтобы заполнить полые пространства в области находящегося у дна отверстия конца анкера и основания (земля или грунт, горная порода), в которой установлен анкер, и находящиеся в прилегающем основании полые пространства или трещины. В качестве затвердевающей массы может использоваться, в частности, гидравлически связывающаяся масса на основе цемента. Технический результат изобретения состоит в том, что обеспечивается быстро достигаемое и надежное в течение продолжительного времени удержание анкера. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к способу установки анкеров, таких как анкеры для закладки в грунт и анкеры для закладки в горную породу, с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Далее, изобретение касается анкера, который может использоваться в соответствующем изобретению способе.
Из US 4459067 А известен способ названного вначале типа.
В этом известном способе анкер (анкер для закладки в горную породу или анкер для закладки в скальную породу), который имеет складчатую вовнутрь и в продольном направлении трубку, вводится в отверстие и расширяется посредством увеличения давления внутри складчатой трубки так, что внешняя поверхность трубки прилегает к внутренней поверхности отверстия и таким образом фиксирует анкер в отверстии.
В известном анкере для закладки в горную породу (далее - горный анкер) передний конец трубки закрыт, а задний конец трубки, то есть конец, который является смежным со входом отверстия (внешним концом отверстия), соединен со шлангом или трубой, через которую вовнутрь трубки с целью ее расширения может подаваться находящаяся под давлением текучая среда (в частности, вода).
Недостатком известного способа и известного анкера для закладки в горную породу является то, что анкер фиксируется в отверстии исключительно за счет трения и геометрического замыкания, а положительные сопутствующие эффекты инжекторного анкера, такие как закрепление окружающего отверстие грунта или окружающей отверстие горной породы, не используются.
В основе изобретения лежит задача предоставления способа названного в начале типа и используемого в этом способе анкера, который не имеет описанных недостатков, и при этом обеспечивается быстро достигаемое и надежное в течение продолжительного времени удержание анкера.
Эта задача решается в части способа за счет признаков независимого пункта на способ, а в части анкера - за счет признаков независимого пункта на анкер.
Особенные и предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Устанавливаемый посредством соответствующего изобретению способа анкер надежно устанавливается и длительно фиксируется, поскольку он плотно прилегает к внутренней поверхности отверстия, так как стенка расширенной трубки анкера деформируется с геометрическим замыканием и трением, возникающим в щелях, трещинах и/или областях с более мягким материалом, а также имеет то преимущество, что горная порода или грунт, в которые вводится анкер, упрочняется в области наиболее глубокого конца (дна) отверстия за счет введенной затвердевающей массы, а имеющиеся, во всяком случае в самом глубоком месте (дне), отверстия щели или трещины заполняются массой.
Соответствующий изобретению анкер представляет собой усовершенствование известных фрикционных трубчатых анкеров, как они известны, например, из вышеназванного US 4459067 А и которые также называются "Swellex". В соответствующем изобретению анкере передача усилий осуществляется в строительный грунт как посредством трения, так и посредством механического (по типу геометрического замыкания) соединения со строительным грунтом.
Соответствующий изобретению анкер имеет также то преимущество, что он может использоваться также в качестве инжекционного копья для стабилизации (улучшения) грунта. Улучшение грунтовых условий на заданных глубинах (или начиная с заданной глубины) является очень важным, в частности, если бы лежащие над ними у земной поверхности слои грунта или лежащие перед ними в туннельном строительстве слои горной породы повреждались бы давлением формования таким образом, что общая стабильность (устойчивость) сооружения ввиду известных условий была бы подвергнута опасности.
В качестве затвердевающих масс (инжекционный материал) в рамках изобретения принципиально могут использоваться анкерные растворы, портландцементы и другие цементы с достаточно небольшим размером частиц, а также синтетические смолы и другие инжекционные материалы.
В качестве затвердевающих масс в соответствующем изобретению способе могут также использоваться гидравлически связывающиеся массы, например "инжекция" (по существу смесь из воды, цемента и, при необходимости, тонких заполнителей, как, например, летучая зола) или "растворы" (по существу смесь из воды, цемента и заполнителей с малым размером частиц). В этом случае соответствующий изобретению способ еще имеет то преимущество, что внутренняя часть анкера защищена от коррозии посредством отвержденной массы.
В качестве затвердевающей массы могут использоваться также полимерные вещества, которые вводятся, например, в расплавленном состоянии и отверждаются посредством охлаждения или после введения затвердевают за счет химической реакции.
Другими словами используемый в соответствующем изобретению способе принцип действия может описываться следующим образом.
Выполняют отверстие необходимой длины и, соответственно, необходимого для используемого изделия (анкера) диаметра. В это отверстие вводят расширяемый анкер. Затем его соединяют, в частности, используя адаптер, с насосом, заполняют водой и нагружают давлением, пока профиль анкера не раскроется и трубка не войдет полностью в контакт со стенкой отверстия. Далее профиль расширяется таким образом, что также заполняются нерегулярности в стенке отверстия. В трещинах или полых пространствах профиль расширяется до своего максимально возможного диаметра, вследствие чего в сравнении с ограниченным расширением в регулярном отверстии также возникает механическое (по типу геометрического замыкания) закрепление. После того как это достигается, давление повышают дальше, пока вершина не откроется, в частности, в области предусмотренной для нее канавки и не отделится в самом глубоком месте (дне) отверстия. Тогда использовавшийся до сих пор адаптер, через который вводилась вода, заменяют инжекционным адаптером и вводят инжектируемую массу через открытую вершину анкера в грунт. Введение формовочной массы (инжектируемой массы) также осуществляют под давлением, причем давление ввиду трения и механического соединения анкер/строительный грунт соответственно рассчитываемого анкера воспринимается таким образом, что анкер не выдавливается по типу поршня из отверстия.
Используемый в соответствующем изобретению способе анкер на своем переднем конце, то есть на конце, которым он вводится в отверстие, имеет концевой элемент, который закреплен, например, на предусмотренной там втулке, которая соединена с трубкой, причем концевой элемент открывается при давлении, которое выше, чем используемое при расширении трубки для обеспечения ее прилегания к внутренней стороне отверстия давление, так что затвердевающая масса может нагнетаться через трубку и затем открытый концевой элемент в отверстие.
Соответствующий изобретению анкер на своем расположенном у отверстия конце может нести пластину анкера, которая опирается обращенной к грунту или горной породе стороной на внешнюю концевую втулку анкера.
Соответствующие изобретению анкеры также могут комбинироваться с инжекционным буровым анкером. Это имеет то преимущество, что соответствующий изобретению анкер гарантирует быструю несущую способность, а инжекционный анкер - длительную несущую способность.
Другие подробности, отличия и преимущества изобретения следуют из дальнейшего описания со ссылками на приложенные чертежи.
На чертежах показано:
Фиг.1 - схематичный вид в перспективе горного анкера;
Фиг.2 - трубка горного анкера в разрезе в центральной области;
Фиг.3 - трубка горного анкера в разрезе в области конца;
Фиг.4 - концевой элемент на переднем конце горного анкера в первом варианте осуществления изобретения;
Фиг.5 - схематично расширенная в контакте с внутренней поверхностью отверстия трубка горного анкера;
Фиг.6 - концевой элемент горного анкера во втором варианте осуществления изобретения;
Фиг.7 - предусмотренный на заднем, т.е. смежном с открытым концом отверстия, конце горного анкера адаптирующий приемный элемент;
Фиг.8 - адаптер для подачи рабочей среды для расширения трубки горного анкера;
Фиг.9 - адаптер для подачи затвердевающей массы в отверстие;
Фиг.10 - анкер частично в разрезе; и
Фиг.11 - другой вариант осуществления анкера частично в разрезе.
Хотя в дальнейшем изобретение описывается преимущественно на примере горных анкеров, они также представлены на чертежах, следует исходить из того, что изобретение принципиально применимо для всех видов анкеров, прежде всего названных вначале типов, т.е. также для использования в почвах (земле) и тому подобном мягком грунте.
Показанный на фиг.1 горный анкер имеет трубку 1, которая в своей центральной области имеет показанную на фиг.2 в разрезе форму поперечного сечения. То есть трубка 1 имеет ориентированную внутрь продольную складку 3, причем сложенная внутрь часть стенки трубки 1 в центральной области (фиг.2) выглядит омегообразной, вследствие чегов области концов трубки 1 сложенная внутрь продольная складка 3 имеет две по существу параллельные друг другу стеновые части 5 (фиг.3).
С концами трубки 1, которые как упомянуто, имеют показанную на фиг.3 форму поперечного сечения, соединены насажанные на эти концы втулки 7 и 9. В частности, втулки 7, 9 соединены с концами трубки 1 посредством сварного шва 11.
С внутренним концом трубки 1, в частности, с соединенной с этим концом трубки втулкой 9, соединен концевой элемент 13.
Концевой элемент 13 является закрытым, но выполнен таким образом, что при определенном давлении (давлении, которое выше, чем давление, необходимое для расширения трубки 1) открывается иосвобождает доступ к внутреннему пространству концевой части 13 или, соответственно, трубки 1. Возможные варианты осуществления изобретения для концевого элемента 13 показаны на фиг.4 и 6, а также 10 и 11.
В показанном на фиг.4 варианте осуществления изобретения концевой элемент 13 имеет остросходящийся конец 15, который соединен с трубчатой частью концевого элемента 13 канавкой 17, т.е. местом утонения. При достижении определенного давления во внутреннем пространстве трубки 1 стенка концевого элемента 13 прорывается в области канавки 17 так, чтосоединенный с втулкой 9, например, посредством сварного шва 10 конец трубки 1 становится открытым.
В показанном на фиг.6 варианте осуществления изобретения концевой элемент 13 выполнен в виде трубки, свободный конец 19 которой снабжен внутренней резьбой. Во внутреннюю резьбу вкручена пробка 21 так, что концевой элемент 13 показанного на фиг.6 варианта осуществления изобретения первоначально закрыт. При достижении определенного внутреннего давления в трубке 1 или, соответственно, во втулке 9 пробка 21 выдавливается наружу из выполненного в виде держателя пробки конца 19 концевого элемента 13 так, что в данном варианте осуществления изобретения в дальнейшем внутреннее пространство трубки 1 также связано с внешней средой, т.е. с внутренним пространством отверстия.
С другим изображенным на фиг.7 концом трубки 1, который противоположен внутреннему концу трубки 1 со втулкой 9 и концевым элементом 13, соединен посредством втулки 7 адаптирующий приемный элемент 31. Адаптирующий приемный элемент 31 соединен со втулкой 7, например, посредством сварного шва 33. Адаптирующий приемный элемент 31 расположен в области открытого конца отверстия, в котором должен быть установлен горный анкер. Адаптирующий приемный элемент 31 может быть снабжен обратным клапаном 34, который открыт только в направлении потока в трубку 1 и таким образом предотвращает выход текучей среды под давлением и затвердевающей массы из горного анкера.
К адаптирующему приемному элементу 31 может подсоединяться показанный на фиг.8 адаптер 35 для ввода находящейся под давлением текучей среды, в частности воды, во внутреннее пространство трубки 1. Альтернативно, на адаптирующий приемный элемент 31 может насаживаться адаптер 37, который показан на фиг.9, и служить для нагнетания затвердевающей массы, в частности гидравлически схватывающейся массы, например инжекции или раствора.
Адаптер 37 согласно фиг.9 может быть оснащен быстроразъемным соединением 38 так, что идущий от насоса, который подает затвердевающую массу, шланг может быстро подсоединяться.
Адаптеры 35 и 37 могут быть снабжены внешней резьбой 39, которая может вкручиваться во внутреннюю резьбу 41 адаптирующего приемного элемента 31.
К адаптирующему приемному элементу 31 могут прикрепляться детали, например рым-болты (DIN 580), после того как горный анкер будет установлен в отверстие, как это еще будет описано в дальнейшем.
Для установки описанного горного анкера (анкера для скальных горных пород) в отверстие осуществляется следующее:
Сначала горный анкер своим концевым элементом вводится в предварительно выполненное отверстие. Как только это произошло, через прикрепленный к адаптирующему приемному элементу 31 посредством вкручивания адаптер 35 во внутреннее пространство трубки 1 подается находящаяся под давлением текучая среда (например, вода с давлением порядка 100-500 бар). Под действием имеющегося во внутреннем пространстве трубки 1 давления трубка 1 расширяется с раскрытием своей продольной складки 3 так, что она плотно прижимается своей наружной поверхностью к внутренней поверхности отверстия (фиг.5). Как только это произошло, адаптер 35 может демонтироваться из адаптирующего приемного элемента 31 за счет его выкручивания и заменяться адаптером 37 (фиг.9) посредством вкручивания этого адаптера 37 в адаптирующий приемный элемент 31. Посредством адаптера 37 (фиг.9) теперь под давлением нагнетается затвердевающая масса, в частности инжекция или раствор, которая подается из соответствующего насоса. При этом давление в затвердевающей массе выше, чем имеющееся перед этим в процессе расширения трубки 1 за счет текучей среды давление, так что концевой элемент 13 открывается или вследствие отделения (фиг.4) конического конца 15 от концевого элемента 13 за счет разрыва стенки в области канавки 17 или вследствие выталкивания наружу (фиг.6) пробки 21 из держателя 19 пробки. Как только это произошло, из трубки 1 через втулку 9 и концевой элемент 13 выходит сначала текучая среда, которая применялась для расширения трубки 1, в частности вода, и затем затвердевающая масса. Затвердевающая, в частности, гидравлически связывающаяся масса теперь заполняет оставшееся после расширения трубки 1 пространство 8 между оставшейся частью складки 3 и внутренней поверхностью отверстия (фиг.5). Дополнительно, затвердевающая масса проникает в трещины или разрывы, которые отходят от переднего конца отверстия и таким образом упрочняет материал (горные породы, скальные породы и тому подобное), в который горный анкер устанавливался, прежде всего в области, которая окружает дно отверстия.
В измененном способе работы также может осуществляться то, что сначала вводимой через адаптер 35 согласно фиг.8 текучей средой создается давление, которое является достаточным для расширения трубки 1 с раскрытием ее складки 3 для того, чтобы трубка 1 своей наружной поверхностью входила в контакт с отверстием (фиг.5), после чего давление в текучей среде повышается так, что концевой элемент 13 открывается, и только затем адаптер 35 согласно фиг.8 заменяется на адаптер 37 согласно фиг.9.
Дополнительно описанный способ работы предоставляет то преимущество, что внутреннее пространство горного анкера, который, в частности, выполнен из стали, предохраняется от коррозии. Для случая, когда используется гидравлически связывающаяся масса на основе цемента, дополнительно обеспечивается щелочная среда, что также является преимуществом.
С помощью соответствующего изобретению способа работы и применения соответствующего изобретению горного анкера в комбинации с инжекционными буровыми анкерами (так называемый "гибридный анкер") преимущества имеющего возможность расширения при приложении внутреннего давления горного анкера (быстрая прочность и надежная посадка) объединяются с преимуществами установленного посредством затвердевающей, например, гидравлически связывающейся массы инжекционного бурового анкера, поскольку затвердевающая масса проникает во все имеющиеся свободные пространства в области отверстия между внешней стороной инжекционного бурового анкера, а также проникает в трещины или щели, которые исходят от отверстия, и таким образом упрочняет горную породу (горный массив), землю (почву) или, соответственно, в целом общее состояние строительного грунта вокруг отверстия.
В изображенном на фиг.10 варианте осуществления изобретения анкер вновь состоит из фасонной трубки 1 и двух предусмотренных на ее концах втулок 7 и 9. Втулки 7 и 9 соединены с фасонной трубкой 1 анкера посредством запрессовывания и сваривания. Ко втулке 7 в изображенном на фиг.10 примере осуществления изобретения приварен концевой элемент 31, в который по выбору могут вкручиваться показанные на фиг.8 и 9 адаптеры. Для этого концевой элемент 31 имеет внутреннюю резьбу, по которой для расширения фасонной трубки 1 может вкручиваться показанный на фиг.8 соединительный элемент. Через это соединение подается вода под давлением, чтобы расширить фасонную трубку 1 и затем отделить конический конец анкера.
У концевого элемента 31 с анкером может также соединяться (прикручиваться) инжекционный адаптер согласно фиг.9, после того как удалено соединение согласно фиг.8.
К переднему концу анкера через втулку 9 за счет сварного шва 10 присоединен концевой элемент 13 с коническим концом 15. На стенке концевого элемента 13 вблизи основания конического конца 15 предусмотрена открытая наружу канавка 14. Посредством этой канавки 14 после превышения расширяющего давления вызывается разрушение материала и в дальнейшем происходит отделение конического конца 15 так, что через анкер может впрыскиваться связывающая основание (грунт) масса.
В показанном на фиг.11 варианте осуществления изобретения анкер вновь состоит из фасонной трубки 1, закрепленных на концах фасонной трубки 1 за счет запрессовывания и/или сваривания втулок 7 и 9, а также соединенного (сваренного) со втулкой 7 концевого элемента 31. К передней втулке 9 посредством сварного шва 55 присоединен снабженный наружной резьбой соединительный элемент 54. Посредством этого соединительного элемента 54 прикручивается снабженный внутренней резьбой соединительный элемент 53, к которому посредством сварного шва 10 присоединен концевой элемент 13 с коническим концом 15. В показанном на фиг.11 примере осуществления изобретения канавка 17 у основания конического конца 15 открыта по отношению к внутренней стороне концевого элемента 13 от нее.
Конический конец 15 может выполняться с различными углами, отличающимися от изображенного на чертежах варианта осуществления изобретения. Могут использоваться также концевые элементы 13 с изогнутым (выпуклым) передним концом или с плоским передним концом.
В итоге, пример осуществления изобретения может быть описан следующим образом.
Анкер с продольно-складчатой трубкой 1 и с предусмотренным на располагающемся внутри отверстия конце анкера и выполненным с возможностью открытия под давлением концевым элементом 13 вводится в отверстие и расширяется под действием внутреннего давления при раскрытии трубки 1 до тех пор, пока трубка 1с фрикционным замыканием и/или геометрическим замыканием не войдет в контакт с отверстием, после чего давление в анкере повышается так, что отделяется передний конический конец 15 концевого элемента 13. Затем через анкер в отверстие нагнетается затвердевающая масса, чтобы заполнить полые пространства в области находящегося у дна отверстия конца анкера и основания (земли или, соответственно, почвы, горной породы), в которой установлен анкер, и находящиеся в прилегающем основании полые пространства или трещины. В качестве затвердевающей массы может использоваться, в частности, гидравлически связывающаяся масса на основе цемента.
1. Способ установки анкера с имеющей, по меньшей мере, одну продольную складку трубкой (1), причем трубку (1) расширяют за счет применения внутреннего давления после того, как она была вставлена в отверстие, отличающийся тем, что после расширения трубки (1) повышают внутреннее давление до тех пор, пока предусмотренный на внутреннем конце анкера концевой элемент (13) не откроется и не обеспечит соединение между внутренним пространством трубки (1) анкера и отверстием, после этого через трубку (1) нагнетают затвердевающую массу, причем затвердевающей массой заполняют свободные пространства (8) между передним концом трубки (1) и отверстием, щели и трещины, которые исходят от отверстия, и в заключении затвердевающую массу отверждают.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве затвердевающей массы используют гидравлически связывающуюся массу.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве затвердевающей массы используют гидравлически связывающуюся массу на основе цемента.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве затвердевающей массы используют полимерный материал.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют затвердевающий посредством химических реакций полимерный материал.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют эпоксидную смолу.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве затвердевающей массы используют полимерный материал, который нагнетают в расплавленном состоянии.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для расширения трубки (1) в трубку (1) анкера вводят текучую среду, в частности воду, под давлением 100-500 бар.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что давление во введенной для расширения трубки (1) текучей среде после расширения трубки (1) увеличивают, чтобы открыть концевой элемент (13).
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что концевой элемент (13) открывают посредством разрыва в области заданного места разрыва (канавка 17).
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что концевой элемент (13) открывают посредством выдавливания наружу закрывающей пробки (21).
12. Анкер для использования при осуществлении способа по п.1 с трубкой (1), которая имеет, по меньшей мере, одну продольную складку (3), отличающийся тем, что на заднем, первоначально вводимом в отверстие конце трубки (1) предусмотрен сначала закрытый концевой элемент (13), причем концевой элемент (13) выполнен с возможностью открывания под действием имеющегося в трубке (1) давления.
13. Анкер по п.12, отличающийся тем, что на обоих концах трубки (1) предусмотрены втулки (7, 9), которые герметично соединены с трубкой (1).
14. Анкер по п.13, отличающийся тем, что концевой элемент (13) соединен с предусмотренной на внутреннем конце трубки (1) анкера втулкой (9).
15. Анкер по п.12, отличающийся тем, что концевой элемент (13) имеет на своем закрытом конце (15) заданное место разрыва (канавка 17).
16. Анкер по п.15, отличающийся тем, что находящийся за пределами заданного места разрушения (канавка 17) конец концевого элемента (13) имеет конический конец (15).
17. Анкер по п.12, отличающийся тем, что концевой элемент (13) имеет вставленную в свой внешний конец (19) пробку (21).
18. Анкер по п.17, отличающийся тем, что пробка (21) вставлена, в частности вкручена, в области снабженного внутренней резьбой конца (19) концевого элемента (13).
19. Анкер по п.12, отличающийся тем, что концевой элемент (13) представляет собой трубку, которая соединена с внутренней втулкой (9) анкера.
20. Анкер по п.12, отличающийся тем, что на противолежащем концевому элементу (13), наружном конце трубки (1) анкера предусмотрен адаптирующий приемный элемент (31), который выполнен с возможностью установки в него по выбору адаптера (35) для ввода находящейся под давлением текучей среды и адаптера (37) для ввода затвердевающей массы, в частности гидравлически связывающейся массы.
21. Анкер по п.20, отличающийся тем, что адаптирующий приемный элемент (31) имеет внутреннюю резьбу (41), а адаптеры (35, 37) выполнены с возможностью вкручивания своей внешней резьбой (39) в адаптирующий приемный элемент (31).
22. Анкер по п.20 или 21, отличающийся тем, что адаптер (37) для ввода затвердевающей массы снабжен быстроразъемным соединением (38) для подсоединения подающего шланга для затвердевающей жидкости.
23. Анкер по п.20, отличающийся тем, что в адаптирующем приемном элементе (31) предусмотрен обратный клапан (34).
Приоритет установлен по заявке А2164/2004 от 23.12.2004.
