用于在土壤或岩石材料中钻孔及用于形成锚固的方法和装置.pdf

本发明涉及用于在土壤或岩石材料中钻孔(2)，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔(2)及用于形成锚固的方法和装置。其中孔(2)通过插入钻头(4)形成，而与钻头(4)耦合的张紧元件(10)在钻孔过程中插入到孔(2)中其中在制成孔(2)后，将钻杆(5)与钻头(4)脱开并从孔(2)中取出，其中钻杆(5)设计有一基本上在钻杆(5)的纵向方向上延伸的空腔(22)，用于在从孔(2)中取出钻杆(5)时将可硬化的流体加入到孔(2)中，本发明规定，用于锚固在孔内壁上的锚固或固定元件(14)设置在钻头(4)上在远离工作面的端部和/或张紧元件(10)上，并且为了张紧和定心，张紧元件(10)在从孔(2)伸出的端可加载扭转或扭绞，同时缩短了它们的有效长度，因此在可硬化的材料完全硬化之前可以实施张紧元件(10)的定心和必要时临时的张紧。

1.  一种用于在土壤或岩石材料中钻出，尤其是冲击钻出或旋转冲击钻出孔(2)及用于在所述孔(2)中形成锚固的方法，其中孔(2)通过插入支承在钻杆(5)上的钻头(4)形成，并且在钻孔过程中将与钻头(4)耦合的张紧元件(10)插入到孔(2)中，其中在制成孔(2)后将钻杆(5)与钻头(4)脱开并从孔(2)中取出，并且在从孔(2)中取出钻杆(5)期间，将可硬化的流体经由在钻杆(5)中的空腔(22)加入到孔(2)中，其特征在于：钻头(4)和/或张紧元件(10)在面向孔内部的端部区域上紧固在孔壁上；并且通过部分扭转或扭绞在缩短张紧元件(10)的有效长度的情况下实施张紧元件(10)的张紧和/或定心。

2.  按照权利要求1所述的方法，其特征在于，张紧元件(10)的张紧和/或定心在取出钻杆(5)和加入可硬化的流体之后实施。

3.  按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，张紧元件(10)以本身已知的方式由多根基本上在径向上围绕钻杆(5)的钢丝或钢绳构成，所述钢丝或钢绳在钻孔(2)期间相对于孔壁不可旋转地支承。

4.  按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，张紧元件(10)紧固在设置于钻头远离钻头(4)工作面的端部上的套筒形元件(9)上。

5.  按照权利要求4所述的方法，其特征在于，套筒形元件(9)紧固在钻头的远离钻头(4)工作面的端部上。

6.  按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，套筒形元件(9)在上述张紧元件(10)的张紧和/或定心期间至少在它的圆周和/或纵向延伸部的部分区域上扩张。

7.  按照权利要求1-6其中之一所述的方法，其特征在于，在用可硬化的流体填充孔(2)并且上述可硬化的流体以本身已知的方式硬化之后，通过进一步扭转或扭绞实施张紧元件(10)的进一步张紧。

8.  一种用于在土壤或岩石材料中钻出，尤其是冲击钻出或旋转冲击钻出孔(2)及用于形成锚固的装置，其中孔(2)通过插入钻头(4)形成，并在钻孔过程中将与钻头(4)耦合的张紧元件(10)插入到孔(2)中，其中在制成孔(2)后将钻杆(5)与钻头(4)脱开并从孔(2)中取出，其中钻杆(5)设计有一个基本上在钻杆(5)的纵向方向上延伸的空腔(22)，用于在从孔(2)的取出钻杆(5)期间将可硬化的流体加入到孔(2)中，其特征在于：用于锚固在孔内壁上的锚固或固定元件(14)设置在钻头(4)上远离工作面的端部上和/或设置在张紧元件(10)上；并且为了张紧或定心，张紧元件(10)在从孔(2)伸出的端部(12)上可加载扭转或扭绞，同时缩短它们的有效长度。

9.  按照权利要求8所述的装置，其特征在于，张紧元件(10)用本身已知的方式由多根基本上在径向上围绕钻杆(5)的钢丝或钢绳(10)构成，并且所述钢丝或钢绳(10)在形成孔(2)期间相对于孔壁不可旋转地支承在钻头(4)上。

10.  按照权利要求8或9所述的装置，其特征在于，在钻头(4)的远离工作面的端部上，一套筒形元件(9)支承在钻头(4)或者与其协同工作的冲击靴座(8)上，其中张紧元件(10)固定在套筒形元件(9)上。

11.  按照权利要求10所述的装置，其特征在于，套筒形元件(9)具有一沿纵向延伸的缝(16)，并可在上述张紧元件(10)张紧和/或定心期间扩张。

12.  按照权利要求10或11所述的装置，其特征在于，套筒形元件(9)在从钻头(4)的工作面延伸并具有一逐渐增加的外径的固定区域(20)中紧固到钻头(4)或者与其协同工作的冲击靴座(8)上。

13.  按照权利要求7-12其中之一所述的装置，其特征在于，固定元件由至少一个从钻头(4)和/或套筒形元件(9)的外圆周伸出的特别是可折叠的钩件(14)或类似物构成。

用于在土壤或岩石材料中钻孔及用于形成锚固的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在土壤或岩石材料中钻出，尤其是冲击钻出或旋转冲击钻出孔及用于在上述孔中形成锚固的方法，其中孔通过插入支承在钻杆上的钻头形成，并且在钻孔过程中将与钻头耦合的张紧元件插入到孔中，其中在制成孔后将钻杆与钻头脱开并从孔中取出，并且其中在从孔中取出钻杆期间，经由在钻杆中的空腔将可硬化的流体加入到孔中。本发明还涉及用于在土壤或岩石材料中钻孔，尤其是冲击钻孔或旋转冲击钻孔及用于形成锚固的装置，其中孔通过插入钻头形成，并且在钻孔过程中将与钻头耦合的张紧元件插入到孔中，其中在制成孔后将钻杆与钻头上脱开并从孔中取出，其中钻杆设有一空腔，所述空腔基本上是沿钻杆的纵向方向延伸，用于在从孔取出钻杆期间将可硬化的流体加入到孔中。
背景技术
上述这种方法和装置例如由DE-OS 1634237得知。在用于在土壤中产生杆柱的方法中，用包括钻头和钻杆的钻孔设备将张紧元件或张紧杆插入到孔中，并且在制成孔后通过空心的钻杆将可硬化的流体加入到孔中。尤其是，那种已种的方法和装置目的在于在钻孔过程同时将张紧元件插入到孔中，因为，按照上述已知方法，在制成孔并取出钻孔装置后，张紧元件是用分开的操作步骤插入到孔中，接着将可硬化的流体加到孔中。那些已知的实施方式中包括下述缺点，即可硬化的流体的硬化必须等待以便张紧元件的张紧和定心，因为如果张紧元件在可硬化的流体硬化之前张紧，则可直接将张紧元件从孔中拉出并取出，因为在可硬化的流体硬化之前没有提供张紧元件的锚固或紧固。
发明内容
本发明目的在于从开头所述的那种方法和装置出发，能在制成孔和加入可硬化的流体后基本上对张紧元件进行立即定心和至少开始或临时张紧，而不必等待可硬化的流体在可能具有大的长度的孔中可能长久地硬化。
为了达到这些目的，开头所述的方法重要的是其特征在于：钻头和/或张紧元件在面向孔内部的端部区域中紧固到孔壁上；及通过部分扭转或扭绞而同时缩短张紧元件的有效长度实施张紧元件的张紧和/或定心。由此按照本发明，钻头和/或张紧元件紧固在孔壁上尤其是紧固在面向孔内部的端部上，随后可行的是，即使在通过空心的钻杆加入到孔内部中的可硬化的流体硬化之前，也使张紧元件从孔的外部经受拉伸或张紧载荷和这样地对张紧元件进行定心和/或至少临时张紧。张紧元件的这种临时张紧和/或定心保证张紧元件在孔内在总长度上适当地延伸，并均匀分布地设置在孔中，因此在可硬化的材料最终硬化和对张紧元件进一步张紧之后，通过张紧元件保证在孔的总横截面上均匀的力导入和分配。因此，按照本发明可以防止张紧元件例如在插入或推进孔时基本上是松动地设置在孔内并必要时具有折弯的区域或拐点，从而对于这种情况，为了张紧上述张紧元件，必须象现有技术中那样等待可硬化的材料的硬化，则可能会造成在孔的横截面上不均匀的力导入和分配。通过按本发明紧固钻头和/或与其连接的张紧元件，并定心或至少临时张紧上述张紧元件而同时缩短它们的有效长度，可以防止张紧元件的这种不均匀的设置，和尤其是可靠地保证所有的张紧元件基本上均匀分布地、在孔的横截面上适当张紧和线性延伸地设置，以便能在可硬化的材料硬化之后导入和吸收相应高的力。
按照优选实施例建议，张紧元件的张紧和/或定心是在取出钻杆和加入可硬化的流体之后实施，因此，尤其是在扭转或扭绞以便上述张紧元件定心和张紧期间，必须担心不受基本上设置在孔的中心的钻杆的影响，穿过该钻杆将可硬化的流体加入到孔的内部中。
为了导入均匀分布地在孔的横截面上可供使用的大的力，按照另一优选实施例可以设想，张紧元件以本身已知的方式由多根基本上在径向上围绕钻杆的钢丝或钢绳组成，其在钻孔期间相对于孔壁不可旋转地支承。通过相应数量的基本上在径向上绕钻杆设置的钢丝或钢绳形成张紧元件，随后均匀力的导入基本上通过张紧元件保证，另外在钻孔过程中能可靠地插入张紧元件。在这种情况下，按照本发明规定，尽管必要时提供钻头并因此提供钻杆的旋转运动，但张紧元件相对于孔壁不可旋转地支承，以便避免在钻孔过程中张紧元件绕由钻杆所限定的孔轴线的扭转或扭绞，而同时缩短了张紧元件的有效长度。
尤其是在钻孔过程中对于合适地支承或容纳张紧元件，按照另一优选实施例规定，将张紧元件紧固到在钻头远离钻头工作面的端部设置的套筒形元件上。
为了结构简单而可靠的连接，以便在钻头的挖掘运动下钻孔过程中插入张紧元件，按照另一优选实施例规定，将套筒形元件紧固到钻头远离钻头工作面的端部上。
如上所述，按本发明提供将钻头和/或张紧元件尤其是紧固在面向孔内部的端部上，用于上述张紧元件随后的定心及随后的至少临时张紧。尤其是在面向孔内部的端部区域中，这种紧固的固定可以通过在上述张紧元件张紧和/或定心时，套筒形元件至少在其圆周的部分区域和/或纵向延伸部分上扩张而得到支持，如与按照本发明所述方法的另一优选实施例相一致。因此从首先通过张紧上述张紧元件暂时和分开紧固出发，套筒形元件可以从孔朝拔出运动的方向扩张防止从孔中拔出，因此通过套筒形元件的扩张可以提供大的力防止从孔中拔出，并由此造成贴靠在孔内壁上。
如上所述，在可硬化的流体硬化之后，上述张紧元件额外的张紧是可行的，其中，在这方面，按照另一优选实施例提出，在用于硬化的流体填充孔和可硬化的流体以本身已知的方式硬化之后，通过进一步扭转或扭绞进一步张紧上述张紧元件。
为了达到开头所述的目的，另外，上述类型的装置重要的是其特征在于：将用于锚固到孔内壁上的锚固或固定元件设置在钻头上在它面向远离工作面的端部上和/或设置在张紧元件上；及为了张紧或定心的张紧元件能在它们从孔伸出的端部上加载以便扭转或扭绞，而同时缩短它们的有效长度。因此，能将钻头和/或张紧元件可靠地紧固在尤其是面向孔内部的端部上，以便能在可硬化的材料硬化之前紧接着对上述张紧元件定心和/或至少临时或暂时张紧。这样缩短张紧元件的有效长度可以用特别简单的方式通过张紧元件的扭转或扭绞实现，以便提供张紧元件在孔横截面上的合适分配，并保证均匀地导入或吸收力。
为了均匀的分配待导入或吸收的力，另外，优选地提出，张紧元件用本身已知的方式由多根基本上是在径向上围绕钻杆的钢丝或钢绳组成，其在形成孔期间相对于孔不可旋转地支承在钻头上。另外，通过在插入张紧元件期间上述张紧元件相对于孔不可旋转地支承在钻头上，保证了可靠地插入张紧元件。
为了在钻孔过程中可靠地夹带张紧元件，按照另一优选实施例规定，在钻头面向远离工作面的端部上，将套筒形元件支承在钻头或与其协同工作的冲击靴座上，同时将张紧元件固定到套筒形元件上。
为了支持紧固或锚固钻头和/或张紧元件以便定心或至少临时张紧，按照另一优选实施例规定，套筒形元件具有一纵向上延伸的缝，并在上述张紧元件张紧和/或定心期间可扩张。
另外，通过把套筒形元件紧固到钻头或者与其协同工作的冲击靴座上，保证套筒形元件在结构上简单而可靠地固定张紧元件及在定心或张紧期间在从钻头的工作面延伸离开的并具有逐渐增加的外径的固定区域上可靠地扩张所述冲击靴座，如其与按照本发明所述装置的另一优选实施例一致。
为了将所述装置可靠而合适地紧固或固定尤其在面向孔内部的端部上，按照另一优选实施例规定，固定元件由至少一个从钻头和/或套筒形元件的外圆周伸出的钩件或类似物尤其是可折叠的钩构成。这些钩件进入周围的岩石或土壤材料中，并因此在套管张紧时提供紧固。通过将钩件的旋转轴线尤其设置在钩件的面向孔内部的端部上，在张紧期间拉回所述装置或张紧元件时可实现钩件的基本上自动露出，因此不需要额外的和可能昂贵的机构来引出或取出固定或锚固元件。
附图说明
下面，借助附图中示意示出的实施例更详细地说明本发明，其中：
图1示出在利用按照本发明所述的装置实施按照本发明所述的方法时，不同步骤的示意侧视图，图1a示出按照本发明所述钻孔过程的步骤，图1b示出在钻杆已经取出的情况下将钻头和/或张紧元件紧固到孔壁上的步骤，而图1c示出张紧元件张紧和/或定心的步骤；
图2是用于实施本发明方法的按照本发明所述的装置的示意透视图；
图3以放大的比例示出穿过钻头及与其连接的冲击靴座(Schlagschuh)以及用于固定和插入张紧元件的套管形元件的区域的剖视图；和
图4以放大的比例示出固定元件的示意图，所述固定元件用来将装置和/或张紧元件尤其是紧固在面向孔内部的端部上，图4a示出完全伸出或扩张的固定元件的状态，而图4b示出固定元件的中间位置。
具体实施方式
图1示出用一种总体以附图标记1表示的、用于在土壤或岩石材料中钻出尤其是冲击钻出或旋转冲击钻出孔2的装置制造孔的不同步骤，上述土壤或岩石材料用附图标记3示意表示。
在按照图1和2所示的视图中，设置一示意表示的钻头4，上述钻头4经由在图1a中用附图标记5表示的钻杆通过一未详细示出的驱动装置加载冲击和/或旋转冲击运动，以便形成孔2，其中在钻头4上示出挖掘元件6。
冲击靴座8通过一中间元件7连接在钻头4上，上述中间元件7在下面和尤其是参照图3和4更详细地说明，冲击靴座8尤其是从图3中更清楚地显而易见，其中一套筒形元件9支承在冲击靴座8上，以便在钻孔过程中，紧固和夹带尤其是由钢绳或钢丝形成的张紧元件10。
如图1a中所示，张紧元件10以相对于孔壁2不可旋转方式朝箭头11的方向插入到孔中，其中如从图2中更清楚地看到的，除了固定在套筒形元件9的区域中之外，尤其是在从土壤或岩石材料3中伸出的端部上设置一支承板或支承环12，由钢丝或钢绳所形成的张紧元件10支承在所述支承板或支承环上。
在制成孔2后，将钻杆5逆着驱动或钻孔方向11朝箭头13方向从孔中取出，同时在取出钻杆5期间将可硬化的流体加入到制成的孔2中。
在取出钻杆5和同时将可硬化的流体加入到孔2内部中之后，使固定元件或锚固元件14从中间元件7支承在孔壁2上，其中这种状态在图1b中示出，如以下参照图4更详细的说明。在紧固钻头4和套筒形元件9和中间连接中间元件7的锚固元件14之后，紧接着实施朝图1c中箭头15的方向旋转支承环或支承板12，以便使张紧元件10扭绞，而同时减少它们的有效长度及在孔2中对张紧元件10进行定心和至少暂时张紧。此时，加入到孔2中的可硬化的流体还未完全硬化，从而可靠地实施张紧元件10的所希望的定心或至少暂时的张紧。在这情况下，锚固元件14防止在图1c所示的定心和张紧期间从孔2中取出整个装置1。
另外，套筒形元件9设计成具有一纵向上延伸的缝16，其中将套筒形元件9设计成尤其是在它面向孔内部的端部上成圆锥形地缩小，以便贴靠在冲击靴座8上的相应反向表面上，如图3中更清楚地示出。当张紧和扭转或扭绞张紧元件10时，套筒形元件9朝拔出的方向13稍稍加载，而通过设置纵向缝16使套筒形元件9外圆周的扩张是可行的，因此套筒形元件9贴靠在孔内壁上，为了清楚起见，所述孔内壁在图1c中未示出，从而支持固定元件14防止朝箭头13的方向拔出的锚固效果。
在可硬化的材料硬化后，可以在支承环或支承板12的区域中进一步实施张紧元件10的张紧。
从图2显然可看出，张紧元件10紧固在相应的在套管形元件9远离孔内部的端部上的插口18中。另外，在图2中还示出在纵向上延伸的缝16，其中在面向孔内部的端部区域中示出另外的槽19，其能合适地扩张。
从按照图3所示的放大图显然可看出，在钻头4上连接一个冲击靴座8，所述冲击靴座8用与套筒形元件9的圆锥形缩小的部分区域25类似的方式，在其远离孔内部的端部上设有一成圆锥形变宽的部分区域20，以便在在图3中未详细示出的张紧元件张紧期间，通过套筒形元件9也朝附图标记13所表示的拔出方向的运动，实施套筒形元件9面向孔内部的部分区域25的扩张，和随后通过纵向缝16，也实施套筒形元件9的与其相连的圆筒形部分区域的扩张。
另外，图3表明，其最前面部分用附图标记21表示的钻杆不仅具有一中间的空腔或通道22，其例如用于在钻孔过程中将冷却剂加到钻头或钻头4的区域中，而且还设置出料口23，通过该出料口在如图1a中所示制成孔后取出钻杆5期间，能通过中间的输入口或中间的通道22同时将可硬化的流体加入到孔2的内部。
图4示意示出固定元件14，所述固定元件14尤其是在面向孔内部一侧上用来打开或锚固钻头4和/或张紧元件10和套筒形元件9，其中很显然，固定元件14由可绕轴线24偏转的钩形元件构成，其在朝图1的箭头13的方向张紧或定心张紧元件10期间与孔内壁接合，该孔内壁用附图标记2示意表示，因而，从图4b中所表示的中间状态开始到达图4a所示的状态，以便可靠地锚固。固定元件14可以相应均匀沿圆周分布地设置在用附图标记7表示的、基本上是直接连接到钻头4的中间元件上，因此固定元件14提供可靠的锚固，从而在张紧元件10随后的张紧和/或定心期间形成锚固器的装置1不能朝图1c中箭头13的方向从孔2中拔出，并能在可硬化的流体最终硬化之后，利用装置1或锚固器及位于其中的可硬化的流体，通过张紧元件10可以吸收和导入大的张力。