CH676131A5

CH676131A5 -

Info

Publication number: CH676131A5
Application number: CH382188A
Authority: CH
Inventors: Andreas Dipl-Ing Biehler
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau
Priority date: 1987-11-03
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1990-12-14
Also published as: DE3737259C1

Description

1

CH 676 131 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Hochdruckinjektion nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 8.

Die Hochdruckinjektionstechnik wird im Tiefbau zur Herstellung von Unterfangungskörpern und Dichtwänden eingesetzt. In Vortriebsrichtung oberhalb des Bohrkopfes befindet sich dabei mindestens eine quer zur Bohrerlängsachse ausgerichtete Injektionsdüse, die über das Kanalgestänge mit einer erhärtenden Suspension versorgt wird. Nach Erreichen der Endteufe wird die Suspension über die Injektionsdüse unter Hochdruck ausgebracht, wo sie sich im Erdreich verfestigt. Durch Drehen des Gestänges beim Zurückziehen entstehen säulenförmige Injektionskörper. Deren Grösse und Festigkeit kann durch die Wahl von Ziehgeschwindigkeit, Pumpendruck und Düsendurchmesser vorher bestimmt werden. Die gewünschte Form und Ausdehnung der Unterfangungskörper oder plattenförmigen Injektionen für Sohldichtungen erhält man durch Verbindung mehrerer derartiger Säulen.

Es ist ferner bekannt, das Bohrloch während des Abteufens auszuspülen, indem über die Injektions-düse(n) eine Spülflüssigkeit ausgebracht wird, mit welcher gelöstes Erdreich nach oben befördert wird. Nachdem der Bohrvorgang beendet ist, erfolgt die Umschaltung auf die Suspension, und der Spülvorgang muss eingestellt werden.

Um der Suspension einen möglichst grossen Impuls zu verleihen, damit es das Gefüge des anstehenden Bodens möglichst zerstört und dann ersetzt, müssen relativ hohe Injektionsdrücke verwendet werden. Es muss dabei jedoch verhindert werden, dass sich der Druck im Boden aufbaut, weil sonst an der Erdoberfläche Erhebungen auftreten, die insbesondere bei der Herstellung von Unterfangungskörpern absolut unerwünscht sind.

Damit ein Druckaufbau während der Injektion ausgeschlossen wird, verwendet man Bohrkronen, deren Durchmesser grösser ist als der des Bohrgestänges, so dass zwischen Bohrgestänge und Bohrloch ein mehr oder weniger grosser Ringraum verbleibt, über welchen überschüssige Suspension, die sogenannte Rücklaufsuspension, zur Erdoberfläche hin abfliessen soll.

Es kann bei der Anwendung derartiger Hochdruckinjektionsverfahren in feinteilreichen Böden beobachtet werden, dass sich die Rücklaufsuspension sehr stark mit Bodenfeinteilen auflädt, so dass sie sehr schwer- und zähflüssig wird. Dies kann dazu führen, dass der Rücklaufstrom im Ringraum zum Erliegen kommt. Dabei besteht die Gefahr, dass der sich im Boden aufbauende Druck nicht abgebaut wird, was zu den unerwünschten Hebungen an der Erdoberfläche führt.

Die Verstopfungen wurden bisher so beseitigt, dass das Bohrgestänge im Bohrloch auf- und abbewegt wurde, wobei die Injektionsdüsen nur mehr mit geringem Druck beaufschlagt werden durften. Dieses «Freiwaschen» ist insbesondere dann sehr aufwendig, wenn das Bohrgestänge von einer kurzen

Lafette aus stückweise auf- und abgeschraubt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher Verstopfungen des Ringraums verhindert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Kanalgestänge mit mindestens einem Spülmedium-Ka-nal versehen ist, und dass mindestens eine entgegen der Vortriebsrichtung gerichtete Spüldüse zur Beaufschlagung des Ringraums mit dem Spülmedium vorhanden ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass unabhängig vom Ausbringen der Injektions-Suspension ein Spülmedium in den Ringraum ausgebracht werden kann. Das Spülmedium verdünnt die an die Erdoberfläche zurückfliessende Suspension, setzt dessen Wichte herab und kann ferner den Rücklauf beschleunigen, wenn die Austrittsgeschwindigkeit entsprechend gewählt wird.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass über die gesamte Länge des Kanalgestänges verteilt Spüldüsen vorhanden sind. Das hat den Vorteil, dass der Rückfluss der Suspension kontinuierlich unterstützt wird.

Hierbei kann es zweckmässig sein, dass der Abstand der Spüldüsen mit abnehmender Entfernung von der Erdoberfläche verringert ist. Durch diese Massnahme wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Verdickung der Suspension mit zunehmender Annäherung an die Erdoberfläche zunimmt. Durch eine höhere Dichte der Spüldüsen ist die Zuführung einer entsprechend grösseren Menge von Spülflüssigkeit möglich.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass mehrere Spüldüsen in Umfangsrichtung am Kanalgestänge angeordnet sind. Somit wird eine gleichmässige Beaufschlagung des Ringraumes erreicht.

Die Spüldüsen werden vorteilhafterweise dadurch gebildet, dass das Kanalgestänge mit unter einem spitzen Winkel zur Gestängelängsachse verlaufenden Bohrungen versehen ist.

Alternativ dazu können die Spüldüsen auch dadurch auf einfache Weise hergestellt werden, dass auf dem Aussenzylinder des Kanalgestänges jeweils ein nach oben geöffnetes Umlenkblech angeordnet ist, welches einer Düsenöffnung zugeordnet ist.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zwei unabhängige Kanäle und entsprechende Spüldüsen zur Zuführung und zum Ausbringen von unterschiedlichen Spülmedien vorhanden sind. Dies bietet den Vorteil, dass gasförmiges und flüssiges Medium in einer frei wählbaren Kombination zur Unterstützung des Suspensionsrückflusses ausgebracht werden kann.

Verfahrensmässig erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass als Spülmedium ein Gas, im einfachsten Fall Luft, verwendet wird. Ein gasförmiges Medium hat den Vorteil, dass die Rücklaufmenge durch das Spülmedium nicht vergrössert wird, so dass die Kosten für die Beseitigung des Rücklaufs relativ niedrig gehalten werden können.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung besteht

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

CH 676 131 A5

4

verfahrensmässig darin, dass dem Spülmedium ein Mittel beigegeben wird, welches das Ansteifen des in der Rücklaufsuspension enthaltenen Zements verzögert. Diese Massnahme wirkt unterstützend bei der Verhinderung von Verstopfungen, da die flüssige Phase der Suspension möglichst lange erhalten bleibt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles weiterbeschrieben.

Die Figur zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Bohrvorrichtung.

Eine Bohrvorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist, ist unter Bildung eines Bohrloches 11 im Erdreich 12 abgeteuft. Die Bohrvorrichtung besteht aus einem Kanalgestänge 2, an dessen unterem Ende ein Bohrkopf 13 angebracht ist. Da der Durchmesser des Bohrkopfes 13 grösser ist als der Durchmesser des Kanalgestänges 2, befindet sich im Bohrloch 11, zwischen dem Kanalgestänge 2 und der Bohrlochwand, ein Ringraum 5.

Das Kanalgestänge 2 besteht aus einem Hohlrohr mit einem Hochdrucksuspensionskanal 14, einem Spülmediumkanal 15 sowie in dem hier gezeigten Beispiel einem weiteren Spülmediumkanal 16. Grundsätzlich kann auch ausreichend sein, dass ein einziger Spülmediumkanal vorhanden ist, wobei das Kanalgestänge 2 doppelwandig ausgebildet sein kann und der Spülmediumkanal als Ringraum um den Hochdrucksuspensionskanal ausgebildet ist.

Oberhalb der Bohrkrone befindet sich ein Hoch-druckinjektions-Düsenkörper 1 mit mindestens einer senkrecht zur Gestängelängsachse ausgerichteten Injektionsdüse 6. Die über den Hochdrucksuspensionskanal 14 zugeführte Suspension wird unter grosser Geschwindigkeit über die Injektionsdüse 6 in das Erdreich injiziert, wobei durch Drehen und Zurückziehen der Bohrvorrichtung 10 ein sich verfestigender zylinderförmiger Injektionskörper 17 erzeugt wird.

Überschüssige Hochdrucksuspension gelangt über den Ringraum 5 an die Erdoberfläche, wo sie entsorgt wird.

Die Spülmediumkanäle 15,16 sind jeweils mit Spüldüsen 3 versehen, die mit einem Spülmedium beaufschlagt werden. Die Spüldüsen 3 sind unter einem spitzen Winkel 4 bezüglich der Kanallängsachse ausgerichtet, so dass das austretende Spülmedium nach oben in Richtung auf die Erdoberfläche gemäss Pfeilen 8 gerichtet wird. Das Spülmedium wird der rücklaufenden Hochdrucksuspension beigemischt, wobei es diese verdünnt. Über die Austrittsgeschwindigkeit des Spülmediums kann ferner auch der Rücklauf der Suspension unterstützt und beschleunigt werden.

Die Figur veranschaulicht zwei unterschiedliche Varianten der Spüldüsen 3. Die beiden oben wiedergegebenen Spüldüsen 3 sind als Bohrungen realisiert, die im Zylindermantel des Kanalgestänges angebracht sind. Die beiden darunter wiedergegebenen Beispiele 3' sind beispielhaft in der Weise realisiert, dass jeweils über einer Düsenöffnung 18 ein Umlenkblech 7 am Kanalgestänge 2 angebracht ist. Selbstverständlich kann die Ausbildung auch auf eine einzige Variante beschränkt sein. Wenn -wie in dem dargestellten Beispiel - zwei unabhängige Spülmediumkanäle 15, 16 vorhanden sind, so ist es möglich, diese mit unterschiedlichen Spülmedien, beispielsweise flüssigen oder gasförmigen, zu beaufschlagen.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in der Figur darauf verzichtet, den oberflächenseitig vorhandenen Antrieb der Bohrvorrichtung 10 sowie die Vorrats-, Pump- und Versorgungseinrichtung zur Zuführung der Hochdrucksuspension und der Spülmedien darzustellen.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung für eine Hochdruckinjektion, mit einem Kanalgestänge, das einen Hochdrucksuspensionskanal und an seinem Ende einen damit verbundenen Hochdruckinjektions-Düsenkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalgestänge (2) mit mindestens einem Spülmedium-Kanal (15,16) versehen ist, und dass mindestens eine entgegen der Vortriebsrichtung gerichtete Spüldüse (3) vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die gesamte Länge des Kanalgestänges (2) verteilt Spüldüsen (3) vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand der Spüldüsen (3) mit abnehmender Entfernung von der Erdoberfläche verringert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spüldüsen (3) in Umfangsrichtung am Kanalgestänge (2) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüldüsen jeweils als Bohrungen im Kanalgestänge (2) ausgebildet sind, die unter einem spitzen Winkel zur Gestängelängsachse verlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüldüsen (3) jeweils aus einer Düsenöffnung (18) im Kanalgestänge (2) und aus einem nach oben geöffneten Umlenkblech (7) auf dem Aussenzylinder des Kanalgestänges (2) bestehen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unabhängige Spülmediumkanäie (15, 16) und entsprechende Spüldüsen (3) zum Zuführen und zum Ausbringen von unterschiedlichen Spülmedien vorhanden sind.

8. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher über mindestens eine Injektionsdüse (6) eine Suspension ins Erdreich injiziert wird, welche über ein Kanalgestänge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Injektionsvorganges mindestens ein Spülmedium in einen zwischen dem Kanalgestänge (2) und dem Bohrloch (11 ) vorhandenen Ringraum (5) zum Ausspülen überschüssiger Suspension ausgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spülmedium ein Mittel beigege-

5

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülmedium gasförmig ist.

5 10

4

15 20 25

30

35

40

45

50

55

60

65

4

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 676 131 A5

ben wird, welches das Ansteifen eines in der Rücklaufsuspension enthaltenen Zements verzögert.