AT395341B

AT395341B - Vorrichtung zur entnahme von proben aus bohrloechern

Info

Publication number: AT395341B
Application number: AT0024690A
Authority: AT
Original assignee: Keller Grundbau Gmbh
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1992-11-25
Also published as: DE3906227C1; ATA24690A

Description

AT395 341B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Grundwasser-, Suspensions- oder Bodenproben aus Bohrlöchern. DerartigeProben werden bei Gründungsmaßnahmen routinemäßig vor Beginn und nach Durchführung entsprechender Injektionsschritte gezogen, um die Voraussetzungen für die anzuwendenden Verfahren und deren Ergebnis sicher beurteilen zu können. Es ist daher wünschenswert, hierfür Vorrichtungen und Verfahren bereitzu-5 stellen, die die übrigen Arbeitsabläufe möglichst wenig beeinträchtigen und die mit guter Sicherheit im Hinblick auf die Entnahmetiefe der Proben durchgeführt werden können.

Aus der EP 148 996B1 ist eine Vorrichtung zur Entnahme derartiger Proben bekannt, die an einem Kabel in ein Bohrloch abgelassen wird und elektrisch gesteuert die Proben aus dem Bohrloch in einer bestimmten Tiefe entnimmt. Eine derartige Vorrichtung hat verschiedene wesentliche Nachteile. Es müssen hierbei obererdig zusätzliche 10 Steuerungsvorrichtungen vorgesehen werden, die bei der Durchführung von üblichen Bohrmaßnahmen nicht vorhanden sind. Das Einbringen der Vorrichtung in das Bohrloch kann sehr langwierig sein, wenn im Bohrloch eine Stützflüssigkeit steht, die das Absinken in Folge des Auftriebs der Vorrichtung stark verlangsamt.

Ist das Bohrloch nach Durchführung eines jet-grouting-Verfahrens, das heißt nach Hochdruckinjektion von Zementsuspension mit einer Mischung aus Erdreich, Wasser und Zement gefüllt, kann ein Absenken der Vorrichtung 15 in das Bohrloch vollständig unmöglich werden.

Eine Vorrichtung der genannten Art ist nur in offenen Bohrlöchern ersetzbar und somit zur Entnahme von Bodenproben, d. h. von Erdreich gänzlich ungeeignet Das erforderliche Kabel, an dem die Vorrichtung abgelassen wird, istBeschädigungen in starkem Maße ausgesetzt. Die Vorrichtung selber erscheint aufgrund ihres komplizierten Aufbaus als aufwendig, teuer und störanfällig. 20 Sollen in einen Arbeitsgang zwei Bodenproben zum Beispiel in unterschiedlichen Tiefen entnommen werden, sind hierzu zwei vollständige gleichartige Vorrichtungen einzusetzen, das heißt, es verdoppelt sich der Aufwand.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mitder sichProben jeglicher Art, d. h. Grundwasser-, Suspensions- oder Bodenproben entnehmen lassen, bei deren Einsatz die Durchführung der Bohrung selber nur wenig beeinträchtigt wird und die 25 robust aufgebaut und mit einfachen vorhandenen Mitteln steuerbar ist Die Lösung hierfür besteht in einer Vorrichtung mit einem Anschlußteil für ein Bohrgestänge am oberen Ende, einem Bohrkronenträger am unteren Ende und einem Mantelzylinder mit einem Gewinde am oberen Ende, das mit dem Anschlußteil verschraubbar ist, und mit einem Gewinde am unteren Ende, das mit dem Bohrkronenträger verschraubbar ist, mit einem innerhalb des Mantelzylinders mittels einer Feder abgestützen axial verschiebbaren Innenzylinder mit zumindest einer Deckel-30 fläche, mit zumindest einem zum Mantelzylinder führenden Druckmittelkanal im Anschlußteil, durch den die Deckelfläche zur Verschiebung des Innenzylinders gegen die Kraft der Feder mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist, sowie mit zumindest jeweils einer Öffnung in den Mantelflächen des Mantelzylinders und des Innenzylinders, die bei weitestmöglich entspannter Feder in unterschiedlichen Höhen liegen und die bei gespannter Feder zumindest teilweisedeckungsgleichzueinander liegen. Eine derartigeVorrichtungwird bestimmungsgemäß unmittelbar hinter 35 der Bohrkrone in ein Bohrgestänge integriert und ist somit ohne Behinderung des Bohrvorganges problemlos und ohne zeitlichen Verzug in das Bohrloch einzubringen.

Bei einfachen Verhältnissen im Bohrloch, das heißt wenn zum Beispiel das Bohrloch bereits erstellt ist und nur Grundwasser oder Stützflüssigkeit ansteht, kann auf das Aufsehen einer Bohrkrone verzichtet werden und der Bohrkionentiäger mit einer einfachen Schutzkappe und/oder Verschlußkappe abgedeckt werden. Die beim Proben-40 entnahmevorgang erreichte Tiefe läßt sich an der Länge des eingebrachten Bohrgestänges exakt ermitteln. Die Kombination mit dem Bohrgestänge läßt einen Entnahmevorgang während des Bohrens zu, so daß auch Bodenproben entnommen werden können, ohne daß diese bereits durch Stützflüssigkeit verunreinigt sind. Das Bohrgestänge kann dabei zur Unterstützung des Entnahmevorgangs in Rotation gehalten und/oder einer Auf- und Abbewegung ausgesetzt werden. 45 Zur Betätigung der Vorrichtung kann insbesondere eine Druckluftführung herangezogen werden, die in bestimmten Bohrgestängen, die bei der Verwendung von sogenannten Imlochhammem oder bei der Anwendung des jet-grouting-Verfahrens benutzt werden, bereits vorhanden sind. Es kann also auf vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden und bedarf hinsichtlich des Bohrgestänges keiner Sonderkonstruktion.

Die Wirkungsweise ergibt sich ohne weiteres aus der vorstehend genannten Merkmalskombination. Die Vorrich-50 tung wird ohne Druckluftaufgabe beim Bohren mit dem Bohrgestänge abgesenkt. Der Innenzylinder ist dabei bei weitestmöglich entspannter Feder in einer Position, in der die Öffnungen im Mantelzylinder von der Wandung des Innenzylinders verschlossen sind, die Öffnungen im Innenzylinder also in anderer Höhenposition liegen.

In dem Moment, in dem die Probe entnommen werden soll, wird Druckluft auf eine der Bodenflächen des Innenzylinders aufgegeben, sodaß dieser gegen die Kraft der Feder soweit insbesondere bis gegen einen Anschlag 55 verschoben wird, daß die Öffnungen im Mantelzylinder und im Innenzylinder zumindest teilweise in Überdeckung liegen. Soweit Grundwasser ansteht odereine fließfähige Aufschwemmung im Bohrloch vorhanden ist, strömt diese durch die Öffnungen in den Innenzylinder ein. Zur Entnahme von Bodenproben kann das Bohrgestänge gleichzeitig -2-

AT 395 341B in Drehung und/oder in Auf- und Abbewegung versetzt werden. Nach dem Füllen des Innenzylinders wird die Druckluftaufgabe zurückgenommen und das Bohrgestänge in üblicher Weise gezogen. Ein Zugang zum Innenzylinder wird dadurch hergestellt, daß der Mantelzylinder entweder vom Anschlußstück zum Bohrgestänge oder der Bohrkronenträger vom Mantelzylinder abgeschraubt wird. 5 Sofern der Innenzylinder beispielsweise nach unten offen ist, kann zunächst der Mantelzylinder mit dem

Bohrkronenträger vom Anschlußteil abgeschraubt werden, die beiden Teile dann um 180° umgedreht und der nun obenliegende Bohrkronenträger abgeschraubt werden.

In einer günstigen Ausgestaltung sind im Mantelzylinder und im Innenzylinder jeweils mehrere umfangsverteilte Öffnungen vorgesehen, die so zueinander liegen, daß in jeder beliebigen Winkelstellung des Innenzylinders zum 10 Mantelzylinder zumindest ein Teil der Öffnungen sich zumindest teilweise in Überdeckung befindet Dies hat den

Vorteil, daß der Innenzylinder frei drehbar in den Mantelzylinder eingesetzt werden kann, ohne daß besondere FUhrungsmittel vorgesehen sein müssen, die gegen Verschmutzen geschützt werden müßten.

Nach einer anderen Ausführung sind solche Führungsmittel zur Sicherung einer verdrehfesten Lage des Innenzylinders im Mantelzylinder vorgesehen, beispielsweise in Längsnuten im Mantelzylinder eingreifende Stifte 15 am Innenzylinder, die eine Winkelstellung des Innenzylinders zum Mantelzylinder sichern, in der sich die Öffnungen im Umfangssinn weitestmöglich in Überdeckung befinden. Hiermit läßt sich der größtmögliche Eintrittsquerschnitt sicherstellen, sodaß die Entnahme einer hinreichend großen Probe auch bei Bodenproben möglich ist.

In günstiger Ausgestaltung hat der Innenzylinder einen oberen entfembaren Deckel und einen unteren festen Deckel, so daß eine schnelle Entnahme und ein Austausch des Innenzylinders in der Lage erfolgen kann, in der das 20 Gestänge gezogen worden ist, ohne daß die Probe, insbesondere aus flüssigem Material verloren gehen kann.

Soweit der Innenzylinder mit einem unteren Deckel versehen ist, wird die Feder bevorzugt als Druckfeder unterhalb des Innenzylinders anzuordnen sein, die sich unmittelbar am eingeschraubten Bohrkronenträger abstützt. Soweit jedoch nach einer abweichenden Ausgestaltung der Innenzylinder unten offen ist, ist die Feder oberhalb des Innenzylinders anzuordnen und als Druckfeder auszulegen, die ihr Widerlager am Anschlußteil für das Bohrgestänge 25 hat und auf die eine in das Anschlußteil greifende Verlängerung des Innenzylindere einwirkt.

Wie bereits im einzelnen dargelegt, ist eine mit Druckluft beaufschlagbare Druckluftzuführung im Anschlußteil zum Bohrgestänge notwendiger Bestandteil der Erfindung, der den Einsatz eines entsprechenden Bohrgestänges erfordert. Nach einer günstigen Weiterbildung sind im Anschlußteil für das Bohrgestänge und im Bohrkronenträger Kanäle für Bohrepülungsmittel vorgesehen, die miteinander in Verbindung stehen. Dies setzt eine weitere Leitungs-30 führung für Bohrepülungsmittel im Bohrgestänge voraus. Die Zuführung eines solchen Bohrepülungsmittels zur Bohrkrone ist eine übliche Maßnahme.

In einer ersten günstigen Ausführung des vorstehend genannten Prinzips ist der Mantelzylinder doppelschalig ausgebildet und der darin gebildete Ringraum als Verbindungsleitung der entsprechenden Bohrepülungskanäle im Anschlußteil und im Bohrkronenträger vorgesehen. Nach einer anderen Ausführung kann ein zentrales Innenrohr, 35 das durch den Innenzylinder hindurchgeführt ist, vorgesehen sein, um die Verbindung zwischen den Bohrspülungs kanälen im Anschlußteil und im Bohrkronenträger darzustellen. Eine dritte einfache Möglichkeit besteht darin, eine Verbindung über eine außerhalb des Mantelzylinders liegende Leitung herzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einfachen Mitteln so abgewandelt werden, daß während eines einzigen Bohrvorganges verschiedene Proben aus unterschiedlichen Tiefen entnommen werden können. Hierzu sind 40 in sinnvoller Ausgestaltung innerhalb des Mantelzylinders mehrere durch Federn gegeneinander abgestützte Innenzylinder mit oberen und unteren Deckelflächen vorgesehen und in der Mantelfläche des Mantelzylinders in verschiedenen Höhen zumindest jeweils eine Öffnung angeordnet, die gegenüber Öffnungen in den Innenzylindem bei entspannten Federn in unterschiedlichen Höhen liegen und bei zunehmender Vorspannung der Federn nacheinander mit den zugeordneten Öffnungen in jeweils einem anderen der Innenzylinder in Überdeckung kommen. Mit 45 zunehmendem Druck werden hierbei nacheinander jeweils einzelne Innenzylinder in ihre Position zur Probenentnahme gebracht, während gleichzeitig bereits mit Proben gefüllte Innenzylinder wieder verschlossen werden. Zu Zwecken einer besseren Differenzierung können die Federn unterschiedliche Kennung aufweisen.

Wie bereits oben erwähnt, besteht ein besonders günstiges Verfahren darin, daß zur Entnahme von Proben die Vorrichtung bei offenstehenden Öffnungen des Innenzylinders gedreht und/oder auf- und abbewegt wird. 50 Drei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und dienen dem besseren Verständnis der

Erfindung. Übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezugsziffem belegt und jeweils nur einmal genannt

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit beidseitig geschlossenem Innenzylinder und untenliegender Druckfeder

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung nach Figur 1 mit äußerer Bohrspülungsmittelführung

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit unterem offenen Innenzylinder und obenliegender Druckfeder. 55 In Fig. 1 ist eine Vorrichtung mit einem Anschlußteil für ein Bohrgestänge (1), einem darauf aufgeschraubten

Mantelzylinder (2) und einem in diesen eingeschraubten Bohrkronenträger (3) gezeigt Im Mantelzylinder (2) ist ein Innenzylinder (4) geführt. Dieser stützt sich mittels einer Druckfeder (5) am Bohrkronenträger (3) ab. Der -3-

Claims

AT 395 341B Innenzylinder ist mit einem eingeschraubten oberen Deckel (6) versehen, an den ein Vierkant (7) zum Aufschrauben angesetzt ist, und mit einem unteren einstückigen Deckel (8) abgeschlossen, an den sich unten ein Zapfen (9) anschließt, der mittels einer Gleithülse (10) in einer Innenbohrung (11) des Bohrkronenträgers geführt ist. Der Bohrkronenträger (3) hat ein Außengewinde (12) zum Einschrauben in die Bohrkrone. Das Anschlußteil (1) hat ein 5 Innengewinde (13) zum Einschrauben eines Bohrgestängeabschnittes und Druckmittelkanäle (14), (15), die in einen Zylinderraum (16) münden, der zum Deckelteil (6) des Innenzylinders (4) offen ist. Der Innenzylinder ist in der Position bei weitestgehend entspannter Feder (5) ohne Druckmittelaufgabe dargestellt, hierbei befinden sich Öffnungen (17), (18) im Innenzylinder (4) oberhalb von Öffnungen (19), (20) im Außenzylinder, so daß letztere durch die Mantelfläche des Innenzylinders (4) verschlossen werden. Bei Druckmittelaufgabe wird die Feder (5) 10 zusammengedrückt und an die Öffnungen (17), (18) im Innenzylinder (4) kommen zur Überdeckung mit den Öffnungen (19), (20) im Mantelzylinder (2). In Fig. 2 ist abweichend von Fig. 1 der Mantelzylinder (2) zweischalig aus einem Innenrohr (21) und einem Außenrohr (22) ausgeführt, wobei beide an ihren Enden und um die Öffnung (19) im Mantelzylinder herum gegeneinander abgedichtet sind, so daß ein geschlossener Ringkanal entsteht Dieser steht mit einem zentral eintretenden 15 Bohrspülungsmittelkanal (23) im Anschlußteil (1) und mit einem zentral austretenden Bohrspülungsmittelkanal (24) im Bohrkronenträger (3) in Verbindung. Im Anschlußteil (1) ist nur einer der Druckmittelkanäle (14) dargestellt. Weiterhin ist jeweils nur eine Öffnung (19) im Mantelzylinder (2) und eine entsprechende Öffnung (17) im Innenzylinder (4) vorgesehen, sodaß bevorzugt eine nicht dargestellte Verdrehsicherung des Innenzylinders (4) gegenüber dem Mantelzylinder (2) vorzusehen ist. 20 In Fig. 3 ist abweichend von den Figuren 1 und 2 ein das Anschlußteil (1) im Bohrkronenträger (3) und den Innenzylinder (4) durchsetzendes Zentralrohr (25) in das Anschlußteil fest eingeschweißt und in den Bohrkronenträger (3) eingesteckt, wobei eine Dichtung (26) im Einsteckbereich vorgesehen ist. Das Innenrohr steht mit dem Bohrspülungsmittelkanal (23) im Anschlußteil (1) um mit dem zentral austretenden Bohrspülungsmittelkanal (24) im Bohrkronenträger (3) in Verbindung. Der Innenzylinder (4) hat einen einstückig angesetzten oberen Deckel (6), 25 der mittels Dichtungen (27) gegenüber dem Mantelzylinder (2) und Dichtungen (28) gegenüber dem Zentralrohr (25) abgedichtet ist. Ein unterer Deckel ist nicht vorgesehen. Am Deckel (6) ist ein nach oben führendes Rohr (29) mit einem aufgeschraubten Widerlager (30) angesetzt, das in eine Zylinderbohrung (31) im Anschlußteil (1) eingreift. Das Widerlager (30) liegt auf einer Druckfeder (5) auf, die sich an einem in die Bohrung (31) unten eingeschraubten Widerlager (32) abstützt. Im Anschlußteil (1) ist nur ein einziger Druckmittelkanal (15) dargestellt Wie in Fig. 1 30 weist der Innenzylinder zwei Öffnungen (17), (18) und der Außenzylinder zwei Öffnungen (19), (20) auf, die in der dargestellten Stellung bei entspannter Druckfeder jeweils außerhalb einer Überdeckung in verschiedenen Höhen liegen. 35 PATENTANSPRÜCHE 40 1. Vorrichtung zur Entnahme von Grundwasser-, Suspensions- oder Bodenproben aus Bohrlöchern, gekennzeichnet durch ein Anschlußteil (1) für ein Bohrgestänge am oberen Ende, einen Bohrkronenträger (3) am unteren Ende und einen Mantelzylinder (2), der mit dem Anschlußteil und dem Bohrkronenträger verschraubt ist, mit einem innerhalb 45 des Mantelzylinders (2) mittels einer Feder (5) abgestützten axial verschiebbaren Innenzylinder (4) mit zumindest einer Deckelfläche, mit zumindest einem zum Mantelzylinder (2) führenden Druckmittelkanal (14,15) im Anschlußteil (1), durch den der Innenzylinder (4) zurVerschiebung gegen die Kraft der Feder (5) mit einem Druckmittelbeaufschlagbar ist, sowie mit zumindest jeweils einer Öffnung in den Mantelflächen des Mantelzylinders (2) und des In-nenzylinders (4), die bei weitestmöglich entspannter Feder (5) in unterschiedlichen Höhen liegen und die bei 50 gespannter Feder (5) zumindest teilweise deckungsgleich zueinander liegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere umfangsverteilte Öffnungen (17,18; 19, 20) im Innenzylinder (4) und im Mantelzylinder (2) vorgesehen sind, die so zueinander angeordnet sind, daß in jeder Winkelstellung des Innenzylinders (4) zum Mantelzylinder (2) zumindest ein Teil der Öffnungen sich im Umfangssinn 55 in Überdeckung befinden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsmittel zur Sicherung einer verdrehfesten Lage des Innenzylinders (4) im Mantelzylinder (2) vorgesehen sind, die eine Winkelstellung des Innenzylinders (4) -4- AT 395 341B zum Mantelzylinder (2) sichern, in der sich die Öffnungen (17,18; 19,20) im Umfangssinn weitestmöglich in Überdeckung befinden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere am oberen und unteren Ende des Innenzylinders (4) außenliegende Dichtungsringe (27) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (4) mit einem oberen, insbesondere entfembaien Deckel (6) versehen ist
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (4) mit einem unteren, insbesondere unlösbaren Deckel (8) versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohikronenträger (3) das Abstützmittel für eine unter dem Innenzylinder (4) liegende Druckfeder ist
8. Vernichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (1) das Abstützmittel für eine über dem Innenzylinder (4) liegende Druckfeder (5) ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußteil (1) für das Bohrgestänge und im Bohrkronenträger(3)Kanäle (23,24) für Bohrspülungsmittel vorgesehen sind,die miteinander in Verbindung stehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelzylinder (2) doppelschalig ausgebildet ist und der darin gebildete Ringraum die Veibindung zwischen dem Bohrspülungskanal (23) im Anschlußteil (1) und dem Bohrspülungskanal (24) im Bohrkionenträger (3) darstellt (Fig. 2)
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Innenzylinder (4) durchsetzendes, in das Anschlußteil (1) und den Bohrkronenträger (3) eingestecktes zentrales Durchgangsrohr (25) die Verbindung zwischen dem Bohrspülungskanal (23) im Anschlußteil (1) und dem Bohrspülungskanal (24) im Bohrkronenträger (3) darstellL (Fig. 3)
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine außerhalb des Mantelzylinders (2) verlaufende Leitung die Veibindung zwischen dem Bohrspülungskanal (23) im Anschlußteil (1) und dem Bohrspülungskanal (24) im Bohrkronenträger (3) darstellt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantelzylinders (2) mehrere durch Federn gegeneinander abgestützte Innenzylinder (4) mit jeweils oberen und unteren Deckelflächen (6,8) vorgesehen sind, daß in der Mantelfläche des Mantelzylinders (2) in verschiedenen Höhen jeweils zumindest eine Öffnung vorgesehen ist, die gegenüber zumindest jeweils einer Öffnung in den Innenzylindem bei entspannten Federn in unterschiedlichen Höhen liegen und bei unterschiedlicher Spannung der Federn mit den zugeordneten Öffnungen in jeweils einem der Innenzylinder in Überdeckung kommen.
14. Verfahren zur Entnahme von Proben mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entnehmen einerProbe die Vorrichtung mittels eines angeschlossenen Bohrgestänges bei sich überdeckenden Öffnungen (17,18,19,20) im Innenzylinder (4) und im Mantelzylinder (2) in Drehung versetzt wird.
15. Verfahren zur Entnahme von Proben mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entnehmen einer Probe die Vorrichtung mittels eines angeschlossenen Bohrgestänges bei sich überdeckenden Öffnungen (17,18,19,20) im Innenzylinder (4) und im Mantelzylinder (2) in eine Auf- und Abbewegung versetzt wird. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-