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Dokumentenidentifikation DE202006003409U1 14.09.2006
Titel Rohrschirm mit gesteckten Hüllrohren
Anmelder Maschinenbau Kolk GmbH, 45665 Recklinghausen, DE
Vertreter Schneiders & Behrendt Rechts- und Patentanwälte, 44787 Bochum
DE-Aktenzeichen 202006003409
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 14.09.2006
Registration date 10.08.2006
Application date from patent application 04.03.2006
IPC-Hauptklasse E21D 9/04(2006.01)A, F, I, 20060304, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrschirm zum Abschirmen eines Tunnelbauwerks gegen Gebirgsschlag, mit einer Vielzahl von Hüllrohren, die am Profilumfang des Tunnelbauwerks angeordnet sind und sich im Wesentlichen längs des Tunnelbauwerks durch das Gebirge erstrecken, wobei zumindest ein Hüllrohr aus mindestens zwei miteinander verbundenen Hüllrohrabschnitten zusammengesetzt ist, die jeweils ein gewindeloses, mit einem Innenkonus versehenes Muffenende und ein gewindeloses, mit einem Außenkonus versehenes Zapfenende aufweisen und wobei die Hüllrohrabschnitte dadurch verbunden sind, dass das Zapfenende des ersten Hüllrohrabschnitts in das Muffenende des zweiten Hüllrohrabschnitts eingesteckt ist.

Stand der Technik

Es ist bekannt, beim Auffahren von Tunneln oder Strecken in lockerem Gestein oder geringen Teufen den Tunnel bzw. die Strecke durch einen Rohrschirm gegen Gebirgsschlag abzusichern. Hierfür wird am Profilumfang des Tunnelbauwerks eine Vielzahl von Hüllrohren in das Gebirge eingebracht, die sich im Wesentlichen längs – meist unter einem Winkel von etwa 5° – entlang des Tunnelbauwerks erstrecken. Diese Hüllrohre werden mit einer Füllmasse wie Beton verfüllt und bilden so ein reusenartiges, das Tunnelbauwerk umgebendes Netz. Beschrieben wird ein derartiger Rohrschirm in der DE 200 09 667 U1.

Die Hüllrohre werden mit Hilfe eines Doppelrohr-Bohrverfahrens – ein Schlag- oder Drehschlagbohren – in das Gebirge eingebracht. Dabei wird eine Bohrkrone über ein Innengestänge durch den Bohrhammer drehschlagend angetrieben und zieht zugleich ein koaxial zum Bohrgestänge angeordnetes Hüllrohr in das entstehende Bohrloch hinein, um es von innen auszukleiden. Nach Niederbringen der Bohrung wird das Innengestänge und gegebenenfalls auch die Bohrkrone entfernt, das Hüllrohr aber verbleibt im Bohrloch und wird Zement gefüllt. Ein derartiges Doppelrohr-Bohrverfahren ist in der AT 407895 B beschrieben.

Da mit großen Bohrlochtiefen recht lange Hüllrohre einhergehen, sind diese zur besseren Handhabbarkeit in der Regel aus mehreren miteinander verbundenen Hüllrohrabschnitten zusammengesetzt. Die Bohrlafette, die die Bohrungen für den Rohrschirm niederbringt, ist mit einem Magazin ausgestattet, aus dem die einzelnen Hüllrohrabschnitte nacheinander entnommen und dann miteinander verbunden werden. Eine Bohrlafette beim Anfertigen eines Rohrschirms ist in 1 dargestellt.

1: Bohrlafette beim Rohrschirmbohren (Stand der Technik).

Es existieren unterschiedliche Konzepte, die Hüllrohre eines Rohrschirms miteinander zu verbinden. Weit verbreitet sind geschraubte Rohrverbindungen, bei denen die Hüllrohre jeweils endseitig ein Innen- bzw. ein Außengewinde aufweisen. Das Innengewinde wird in das Außengewinde eingeschraubt. Nachteil dieser geschraubten Hüllrohre ist, dass sich diese voneinander lösen können, wenn die Bohrkrone rückwärts gedreht werden muss. Dies ist dann der Fall, wenn sich die Bohrkrone verhakt. Schon teilweise gelöste Schraubverbindungen vermögen nicht mehr die erforderlichen Biegemomente zwischen den Hüllrohrabschnitten zu übertragen, so dass die Tragfähigkeit des Rohrschirms an dieser Stelle nicht gegeben ist. In der Regel muss dann neu gebohrt werden.

Es sind auch gewindelos verbundene Hüllrohre bekannt. So wird bei einem aus der AT 407895 B bekannten Bohrverfahren ein separates Koppelstück verwendet, welche zwei aufeinanderstoßende Hüllrohre miteinander verbindet. Nachteil dieser Lösung ist, dass mit den Koppelelementen neben den Hüllrohrabschnitten weitere Bauteile in das Bohrloch eingebracht und entsprechend gehandhabt werden müssen. Darüber hinaus können solche Koppelelemente nur geringe Biegemomente übertragen.

Des Weiteren ist aus der DE 10 2004 020 065 B3 eine für das Rohrschirmbohren geeignete Rohrverbindung bekannt, bei der die Hüllrohrabschnitte jeweils ein Zapfenende und ein Muffenende aufweisen. Das außenkonische Zapfenende wird an das innenkonische Muffenende eingesteckt, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Hüllrohrabschnitten ohne zusätzliche Koppelelemente entsteht. Allerdings sieht diese Lösung eine plastische Verformung der Wandung des Muffenendes derart vor, dass nach innen verpresster Werkstoff in dafür vorgesehene Nuten des Zapfenendes eingreift und somit eine zusätzliche, unlösbare formschlüssige Verbindung mit der notwendigen Festigkeit bildet. Nachteil dieser Lösung ist das prinzipbedingte radiale Verpressen des Werkstoffs des Muffenendes. Hierzu ist nämlich eine raumgreifende Vorrichtung erforderlich, die an der Bohrlafette angeordnet werden muss. Wie in 1 ersichtlich, ist in dem mit „A" gekennzeichneten Bereich, am äußersten Rand der Ortsbrust, wo die Hüllrohrabschnitte miteinander verbunden werden, nur wenig Platz, so dass eine Anordnung einer Verpresseinrichtung sich konstruktiv schwierig gestaltet. Ungünstigenfalls können die geringen Rohrschirmwinkel von etwa 5° nicht eingehalten werden. Die Vorrichtung zum Verpressen der Hüllrohrabschnitte erhöht zudem das von der Lafette zu bewegende Gewicht erheblich, sodass die Bewegungshydraulik der Lafette entsprechend ertüchtigt werden muss.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rohrschirm so weiterzubilden, dass sich seine einzelnen Hüllrohrabschnitte gewindelos, ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Kopplungselementen und ohne eine zusätzliche, raumgreifende Verpresseinrichtung dauerfest verbinden lassen.

Lösung

Dies gelingt dadurch, dass das Zapfenende mit mindestens einer, radial über den Außenkonus hervorstehenden Nase versehen wird, dass das Zapfenende an seiner Außenseite weiter mit mindestens einer, radial hinter dem Außenkonus zurückstehenden Zapfennut versehen wird, wobei der Außenkonus sich ausschließlich zwischen Zapfen und Nase erstreckt, und dass das Muffenende mit einer radial hinter dem Innenkonus zurückstehenden Muffennut versehen wird, in welche die Nase einrastet.

Bei dem erfindungsgemäßen Rohrschirm werden die Hüllrohre somit durch eine aus Nase und Muffennut gebildete Schnappverbindung formschlüssig gefügt. Eine plastische Verformung des Muffenwerkstoffs findet nicht statt, da sich das Zapfenende dank der Zapfennut, welche das Widerstandsmoment des Zapfenendes verringert, beim Zusammenschieben lediglich im elastischen Bereich verformt und schließlich mit der Nase federnd in die Muffennut einrastet. Aus diesem Grunde wird keine zusätzliche Verpressvorrichtung benötigt. Vielmehr können die Hüllrohre wahlweise mit dem ohnehin an der Bohrlafette vorhandenen Hammervorschub oder alternativ mit einem eigens hierzu vorgesehenen Linearzylinder gefügt werden. Ein derartiger Linearzylinder könnte sich längs der Bohrlafette erstrecken und würde somit nicht in den engen, in 1 mit „A" gezeichneten Arbeitsraum hineinragen.

Es sei klargestellt, dass die Hüllrohre des erfindungsgemäßen Rohrschirms nicht allein formschlüssig über die in die Muffennut einrastende Nase, sondern darüber hinaus auch kraftschlüssig über die ineinander gesteckten Konen gefügt sind. Die Spannung im Kegelsitz wird dadurch begünstigt, dass sich der Außenkonus ausschließlich zwischen Zapfennut und Nase erstreckt. Beim Aufbau des Rohrschirms ist somit sichergestellt, dass sich die Hüllrohrabschnitte selbst bei Rückwärtslaufen der Bohrkrone nicht voneinander lösen und jederzeit das notwendige Biegemoment übertragen. Zusätzliche Kopplungselemente entfallen.

Die vorliegende Erfindung lässt sich in zwei Varianten ausführen, nämlich in der bereits beschriebenen ersten Variante gemäß Anspruch 1, bei der sich die Nase am Zapfenende befindet. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Anspruch 3 befindet sich die Nase am Muffenende und rastet in eine entsprechende Zapfennut am Außenkonus ein.

Wenn sich die Nase gemäß Ausführungsform 1 am Zapfenende befindet, ist es vorteilhaft, dieses axial zu schlitzen, so dass sich die durch den Schlitz entstehenden Nasen beim Zusammenschieben besser einfedern. Das bessere Einfederverhalten erlaubt die Verwendung einer größeren, radial weiter hervorstehenden Nase, die wiederum dank ihrer größeren Kontaktfläche eine bessere Kraftübertragung zwischen Zapfenende und Muffenende gestattet.

Ausführungsbeispiele

Die vorliegende Erfindung soll nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Hierfür zeigen:

1: Bohrlafette beim Rohrschirmbohren (Stand der Technik);

2a: Hüllrohrabschnitte gemäß Ausführungsform 1 ungefügt;

2b: Hüllrohrabschnitte gemäß Ausführungsform 1 gefügt;

3a: Hüllrohrabschnitte gemäß Ausführungsform 2 ungefügt;

3b: Hüllrohrabschnitte gemäß Ausführungsform 2 gefügt.

Das Errichten eines Rohrschirms 1 beim Auffahren eines Tunnelbauwerks 2 im Gebirge 3 ist in 1 dargestellt. Hierzu werden an der Ortsbrust 4 des Tunnelbauwerks 2 eine Vielzahl von Hüllrohren 5 im Wesentlichen längs – also unter einem Winkel von etwa 5° – entlang des Profilumfangs des Tunnelbauwerks 2 mittels einer Bohrlafette 6 in das Gebirge 3 eingebracht. Die Hüllrohre 5 werden nach Entfernen des inneren Bohrgestänges mit Zement verfüllt und leiten somit den von oben anstehenden Gebirgsdruck um das Profil des Tunnelbauwerks 2 herum ab. Die Ortsbrust 4 wird erst weiter vorangetrieben, wenn die zuletzt eingebrachten Hüllrohre 5 tragfähig sind.

Die Hüllrohre 5 sind aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Hüllrohrabschnitten 7 zusammengesetzt. Das Zusammensetzen erfolgt mit einer entsprechenden Handhabungseinrichtung der Bohrlafette 6. Diese entnimmt die Hüllrohrabschnitte 7 aus einem Magazin und verbindet sie miteinander, indem sie ein an dem nächsten Hüllrohrabschnitt 7 befindliches Zapfenende 8 in ein am vorhergehenden Hüllrohrabschnitt 7 befindliches Muffenende 9 einsteckt.

Zapfenende 8 und Muffenende 9 einer ersten Ausführungsform der Hüllrohre 7 des erfindungsgemäßen Rohrschirms 1 sind in den 2a und 2b dargestellt. Jeder Hüllrohrabschnitt 7 besitzt ein Zapfenende 8 und ein Muffenende 9. Die Hüllrohrabschnitte 7 werden dadurch verbunden, dass das Zapfenende 8 des ersten Hüllrohrabschnitts 7 (in 2a links) in das Muffenende 9 des zweiten Hüllrohrabschnitts 7 (in 2a rechts) eingesteckt wird.

2b zeigt zwei ineinander gesteckte Hüllrohrabschnitte 7. Die Kraftübertragung erfolgt zum einen kraftschlüssig über einen Kegelsitz, der sich aus einem Außenkonus 10 am Zapfenende 8 und aus einem Innenkonus 11 am Muffenende 9 zusammensetzt. Zusätzlich rastet eine am Zapfenende 8 befindliche Nase 12 in eine am Muffenende 9 befindliche Muffennut 13 ein. Hierdurch entsteht ein zusätzlicher Formschluss zwischen den Hüllrohrabschnitten 7.

Bei verbundenen Hüllrohrabschnitten 7 ist das Zapfenende 8 lediglich im elastischen Bereich verformt. Die Dehnung beim Zusammenschieben ist im Bereich einer Zapfennut 14 am größten, da der Hüllrohrabschnitt in diesem Bereich sein geringstes Widerstandsmoment aufweist. Zusätzlich ist das Zapfenende 8 axial geschlitzt, sodass am Umfang des Zapfenendes 8 mehrere Nasen 12 entstehen, die beim Einschieben in das Muffenende 9 unter einem geringeren Kraftaufwand einfedern; vgl. 2a.

Nach einer in den 3a und 3b dargestellten, zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Nase 12 am Muffenende 9 des Hüllrohrabschnitts 7 angeordnet. Im gefügten Zustand rastet die Nase 12 in eine Zapfennut 14 am Zapfenende 8 des benachbarten Hüllrohrabschnitts 7 ein. Beim in 3a dargestellten Zusammenschieben der Hüllrohrabschnitte 7 entsteht die größte Dehnung im Bereich der Muffennut 13.


Anspruch[de]
  1. Rohrschirm (1) zum Abschirmen eines Tunnelbauwerks (2) gegen Gebirgsschlag,

    a) mit einer Vielzahl von Hüllrohren (5), die am Profilumfang des Tunnelbauwerks (2) angeordnet sind und sich im Wesentlichen längs des Tunnelbauwerks (2) durch das Gebirge (3) erstrecken,

    b) wobei zumindest ein Hüllrohr (5) aus mindestens zwei miteinander verbundenen Hüllrohrabschnitten (7) zusammengesetzt ist, die jeweils ein gewindeloses, mit einem Innenkonus (11) versehenes Muffenende (9) und ein gewindeloses, mit einem Außenkonus (10) versehenes Zapfenende (8) aufweisen,

    c) und wobei die Hüllrohrabschnitte (7) dadurch verbunden sind, dass das Zapfenende (8) des ersten Hüllrohrabschnitts (7) in das Muffenende (9) des zweiten Hüllrohrabschnitts (7) eingesteckt ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    d) dass das Zapfenende (8) mindestens eine, radial über den Außenkonus (10) hervorstehende Nase (12) aufweist,

    e) dass das Zapfenende (8) an seiner Außenseite mindestens eine, radial hinter dem Außenkonus (10) zurückstehende Zapfennut (14) aufweist,

    f) wobei der Außenkonus (10) sich ausschließlich zwischen Zapfennut (14) und Nase (12) erstreckt,

    g) und dass das Muffenende (9) eine radial hinter dem Innenkonus (11) zurückstehende Muffennut (13) aufweist, in welche die Nase (12) einrastet.
  2. Rohrschirm (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zapfenende (8) axial geschlitzt ist.
  3. Rohrschirm (1) zum Abschirmen eines Tunnelbauwerks (2) gegen Gebirgsschlag,

    a) mit einer Vielzahl von Hüllrohren (5), die am Profilumfang des Tunnelbauwerks (2) angeordnet sind und sich im Wesentlichen längs des Tunnelbauwerks (2) durch das Gebirge (3) erstrecken,

    b) wobei zumindest ein Hüllrohr (5) aus mindestens zwei miteinander verbundenen Hüllrohrabschnitten (7) zusammengesetzt ist, die jeweils ein gewindeloses, mit einem Innenkonus (11) versehenes Muffenende (9) und ein gewindeloses, mit einem Außenkonus (10) versehenes Zapfenende (8) aufweisen,

    c) und wobei die Hüllrohrabschnitte (7) dadurch verbunden sind, dass das Zapfenende (8) des ersten Hüllrohrabschnitts (7) in das Muffenende (9) des zweiten Hüllrohrabschnitts (7) eingesteckt ist, dadurch gekennzeichnet,

    d) dass das Muffenende (9) mindestens eine, radial über den Innenkonus (11) hervorstehende Nase (12) aufweist,

    e) dass das Muffenende (9) an seiner Innenseite mindestens eine, radial hinter dem Innenkonus (11) zurückstehende Muffennut (13) aufweist,

    f) wobei der Innenkonus (11) sich ausschließlich zwischen Muffennut (13) und Nase (12) erstreckt,

    g) und dass das Zapfenende (8) eine radial hinter dem Außenkonus (10) zurückstehende Zapfennut (14) aufweist, in welche die Nase (12) einrastet.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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