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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bohrbrunnen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bohrbrunnen, wobei von einem vertikalen
Schacht aus Bohrungen in das Erdreich vorgetrieben werden.
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Bei den bisher bekannten Verfahren werden von einem vertikalen Schacht
aus Bohrungen in horizontakr Richtung, d. h. rechtwinklig zur Schachtwand, in das
Erdreich vorgetrieben. In die Bohrlöcher werden dänn, ebenfalls vom Schacht aus;
Bohrrohre oder gelochte Rohre eingebracht, die für den Einbau der Filterkonstruktionen
dienen und nach deren Einbau wieder vom Schacht her aus den Bohrlöchern gezogen
werden.
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Diese Verfahren. aber haben zum Nachteil, daß der vertikal abgeteufte
Schacht einen sehr großen Durchmesser, z. B. von 5 m, aufweisen muß, damit die erforderlichen,
horizontal arbeitenden Geräte und. Maschinen für das Bohren und Spülen, für das
Einbringen und Ziehen der Bohrrohre und für den Filtereinbau darin untergebracht
werden können. NachtedIig ist auch, daß die Längen der Bohrrohrednzelteilei und
der Filter durch den Schachtdurchmesser begrenzt sind und deshalb nur etwa zwei
Meter betragen können. Als ein weiterer Nachteil ist zu bewerten, daß die eirbohrten
Materialien stets in entgegengesetzter Richtung zur Vorsch.ubrichtung der Bohrtrohre
aus den Bohrlöchern entfernt werden müssen und hierfür besondere Hilfsmittel erforderlich
sind.
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Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden,
das sich. eines bei der Kabelverlegung bekannten Verfahrens der Herstellung von
Schrägbohrungen bedient, die bis zur Erdoberfläche getriel},n werden. Mit Hilfe
des zurückzuziehenden Bohrgestänges «erden Bohrrohre von der Erdoberfläche aus nach
unten eingezogen, wobei das Bohrgestänge als Führungs- und Zuganker dient, und schließlich
werden nach dem Einbau der Filter die Bohrrohre von der Erdol}erfläche aus wieder
nach oben herausgezogen.
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Nach einem weiterem Merkmal der Erfindung kann das Einziehen der Bohrrohre.
in die, schräg ansteigenden Bohrungen dadurch unterstützt werden, daß es unter gleichzeitigem
Nachschieben von der Erdoberfläche aus erfolgt, wobei das Bohrgestänge als Führung
und Zuganker dient.
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Diese Maßnahmen ermöglichen die Verwendung eines vertikalen Schachtes,
der einen wesentlich kleineren Durchmesser gegenüber denjenigen der bekannten Horizontalbrunnen
aufweist, weil keine raumbeaa-ispruchende Bohrrohr- und Filterkonstruktionen mehr
vom Schacht aus in das Erdreich eingeführt zu werden brauchen. Ferner können längeref
Bohrrohreinzelteile von beispielsweise 5 m Länge eingezogen werden, wodurch. ebenfalls
eine Verminderung der Afbeftskösten eintritt. Die erbohrten Materialien können während
der Bohrarbeit durch das hohle Bohrgestänge schräg nach unten in den Schacht hinuntergleiten
oder werden durch Spül- oder Grundwasser hinabgespült. Zu ihrer Entfernung aus den
Bodi,rlöchern sind also keine besonderen Hilfsmittel mehr erforderlich. Mittels
eines durch das Hohlbohrgestänge hindurchgeführten Stahlseiles oder einer Stahlstange,
die hin- und herbewegt werden, kann das Hinabgleiten der Erdmassen in dem Bohrgestänge.,
z. B. bei mangelnder Wasserführung während der Bohrarbeit, erleichtert werden.
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Der W iiikel, unter dem das Hohlbohrgestänge in an sich bekannter
Weise bis zur Erdoberfläche vorgetrieben wird, kann wahlweise je nach den Erfordernissen
eingestellt werden, und zwar beispielsweise durch die Verwendung einer dein gewünschten
Bohrwinkel entsprechend ausgebildeten, in die Schachtwand eingebauten Stopfbüchse,
durch welche das Hohlbohrgestänge in das Erdreich vorgetrieben wird. Da aber dann
für jeden Bohrwinkeil eine gesonderte Stopfbüchse erforderlich wäre, wird nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung eine kugelgelenkig in der unteren Schachtwand gelagerte,
gegen Wasser abgedichtete Schachtwanddurchführung für das Hohlbohrgestänge verwendet.
Diese Vorrichtung ermöglicht sowohl die Einstellung jedes gewünschten Bohrwinkels
als auch ein Ausweichen des Bohrgestänges vor etwa auftretenden Findlingen oder
Fossilien während des Bohreis durch. eine entsprechende Verstellung des Bohrwinkels.
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Bei einem in der Schachtwand festsitzenden Gehäuse des Kugelgelenks
würde die Neigung des Bohr-: gestänges zur Erdoberfläche dadurch begrenzt sein,
daß das Gestänge bei einem bestimmten Winkel an die äußere Schachtwand anschlägt.
Um nun noch einen
stärkeren Anstieg des Bohrgestänges, zur Erdoberfläche
zu erzielen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kugel der in der Schachtwand
in Richtung auf das Erdreich verschiebbar angeordneten kugelgelenkigen Schachtwanddurchführung
auf zwei einander gegenüberliegenden. Seiten abgeplattet ist und die abgeplatteten
Seiten mit mehreren, mindestens zwei wahlweise für das Hindurchführen des Hohlbohrgestänges
benutzbare Bohrungen versehen sind. Um also. in möglichst steil ansteigender Richtung
bis zur Erdoberfläche bohren zu können, wird die beidseitig abgeplattete Kugel mit
dem Gehäuse soweit wie möglich nach: außen verschoben und das Bohrgestänge durch
eine Bohrung hindurchgeführt, die einen größtmöglichen Bohrwinkel gestattet.
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Wenn das Hohlbohrgestänge den gewünschten Punkt der Erdoberfläche
erreicht hat, wird der Bohrschuh des zutage getretenen Bohrgestänges abgeschraubt
und das Bohrgestänge mit dem besonders ausgebildeten Bohrschuh des in das Erdreich:
einzuziehenden ersten Bohrrohrabschnittes verschraubt, der mit einer dafür geeigneten
Schraub@muffe versehen ist. Das Zurückziehen des Bohrgestänges mit dein damit verbundenen
Bohrrohr erfolgt unter dem gleichen Winkel, unter dem das Bohrgestänge zurr Erdoberfläche
vorgetrieben worden war, und zwar beispielsweise mittels einer auf der Sohle des
Schachtes befindlichen hydraulischen Zugvorrichtung. Gleichzeitig kann das Bohrrohr
durch eine auf der Erdoberfläche aufgestellte hydraulische Preßvorrichtung nachgeschoben
werden. Zur Aufnahme dieser Druckpresse wird die Erdoberfläche an dieser Stelle,
dem Einzugswinkel entsprechend, abgeböscht, damit der Pressendruck in axialer Richtung
des Bohrrohres erfolgt. Dia von dem Bohrrohrschuh. des in das Erdreich eindringenden
Bohrrohres verdrängte Erdmassen können in der gleichen Weise wie bei der Bohrarbeit
durch den Bohrschuh und durch das hohle Bohrgestänge in den unteren Schacht abgeführt
werden. Gegebenenfalls können sie bei mangender Grundwassermenge, durch. eine- durch
das Bohrrohr in den Bohrschuh. eingeführte Wasserspüleinrichtung unter Druck herabgespült
,verdan, wobei das Spülwasser vorzugsweise im Kreislauf aus dem unteren Schacht
wieder- in den Bohrschuh gefördert wird. Auf diese Weise wird die Bohrrohrleitung,
die sich in bekannter Weise aus einzelnen Bohrrohrabschnitten zusammensetzt, bis
an die Schachtwanddurchführun@g in das Erdreich eingezogen. Wenn der Bohrrohrschuh
hier angelangt ist; erfolgt der Ausbau der Preß- und Zugvorrichtungen und die Abdichtung
des Bohrrohres an, der Schachtwanddurchfüh.rung. Die kugelgelenkige Durchführung
für das Bohrgestänge kann dann ebenfalls ausgebaut werden.
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Von der Erdoberfläche aus erfolgt nun in an sich bekannter Weise der
Einbau der Filterkonstruktion in die Bohrrohrleitung, welche dann daran anschließend
von der Erdoberfläche aus wieder gezogen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sinngemäß auch auf die Verlegung
von sonstigen Rohrleitungen angewandt werden.
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Die Herstellung von Bohrbrunnen gemäß der Erfindung hat nicht nur
bohrtechnische Vorteile. Durch die Schrägbohrungen werden auch hydrologische Vorteile
erzielt: einmal durchschneidet man sämtliche wasserführenden Schichten mit einer
Bohrung, andererseits wird die Wasserentnahme aus dem Erdboden auf eine wesentlich
größere Fläche verteilt, als es bisher bei Vertikalbrunnen möglich war. Auch wird
die Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers in den Sammelbrunnen bei Wahl einer entsprechend
großen Schieberöffnung erheblich verringerrL Für die Gewinnung von einwandfreiem
Gebrauchswasser ungeeignete Erdschichten können ausgeschaltet werden, indem durch
diese Schichten ein sogenanntes Blindrohr, d. h. ein Rohr ohne Filteröffnungen,
geführt wird. Auch kann man verbrauchte oder verstopfte Filterrohre während des
Betriebes von der Erdoberfläche aus auswechseln.
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An Hand der schematischen Abb. 1 und 2 sei ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Es zeigt Abb. 1 einen Schnitt durch die Gesamtanordnung
und Abb. 2 einen Schnitt durch die kugelgelenkige S chachtwanddu:rchführung.
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Im unteren Teil -der Schachtwand 1 ist die kugelgelenkige Schachtwanddurchführung
2 eingebaut, durch welche das Hohlbohrgestänge 3 in das Erdreich 4 vorgetrieben
wird:. Für das Einziehen des Bohrrohres. 5 wird dieses mit dem BohTrohrschuh 6 versehen,
der mit dem Bohrgestänge 3 verschraubt wird. Das Einziehen erfolgt unter Verwendung
einer auf der Schachtsohle befindlichen Zugvorrichtung, die in der Abbildung nicht
dargestellt ist, sowie durch eine ebenfalls nicht dargestellte, an der Erdoberfläche
befindliche Druckvorrichtung.
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Nach Abb. 2 besteht die in der unieren Schachtwand 1 gelagerte Schachtwanddurchführung
aus einem zweiteiligen, runden oder viereckigen Gehäuse 2, in welchem eine Kugel
3 eingebaut ist. Diese Kugel .ist mit der Bohrung 4 versehen, durch welche das Hohlbohrgestänge
5 hindurchgeführt ist. Die Kugel 3 ist sowohl außen., d. h. an der dein Erdreich.
zugewandten Seite, gegen. Eindringen von Sand und Kies als auch innen, d. h. im
Schachtinneren, gegen das Durchdringen von: Wasser abgedichtet. Die Bohrung 4 wird
den Durchmessern des Gestänges und der Führungsuni Abdichtungsbüchse 6 entsprechend
angepaßt. Das Bohrgestänge wird an seinem äußeren Umfang durch eine Stopfbüchse
7 gegen den Austritt von Wasser und Kies abgedichtet.