-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Herstellen und Vermessen von Düsenstrahlsäulen in einem Untergrund, umfassend
ein Bohr- und Düsgestänge zur
Erzeugung eines Bohrlochs sowie einer Düsenstrahlsäule im Bereich des Bohrlochs.
-
Stand
der Technik
-
Das
Verfahren zum Herstellen von Düsenstrahlsäulen ist
ein Verfahren des Spezialtiefbaus, bei dem ein energiereicher Hochdruckstrahl
aus Wasser und/oder Bindemittel aus einem sich drehenden Bohr- und
Düsgestänge austritt,
dabei den umliegenden Boden in seiner Lagerungsstruktur zerstört und anschließend durch
Zugabe des Wassers und/oder des Bindemittels vermörtelt.
-
Für das Lösen des
Bodens und das Einbringen des Wassers und/oder des Bindemittels
werden verschiedene Verfahren angewendet, die sich beispielsweise
in der Anzahl und/oder Anordnung der Düsen in dem Bohr- und Düsgestänge sowie
durch ein verwendetes Schneidmedium unterscheiden. Welches Verfahren
im Einzelfall von Vorteil ist, hängt von
geologischen Gegebenheiten wie Kornverteilung, Lagerungsdichte,
Scherfestigkeit, Zustandsform, organische Bestandteile und Druckfestigkeit des
Bodens ab. Ein Bohr- und Düsenstrahlgestänge ist
beispielsweise aus der
DE
198 49 786 A1 bekannt.
-
Die
Größe einer
erzeugten Düsenstrahlsäule hängt neben
der Beschaffenheit des Bodens von einem Druck vor der Düse sowie
von einem Durchmesser der Düse
ab.
-
Je
nach Anwendungsgebiet, werden mittels der Düsenstrahltechnik einzelne Düsenstrahlsäulen oder
mehrere, vorzugsweise einander überlappende, Düsenstrahlsäulen erzeugt.
Die Größe einer
einzelnen Düsenstrahlsäule hängt von
einer Vielzahl an Einflussgrößen ab,
welche nicht immer mit einer ausreichenden Genauigkeit vorhersagbar
sind. Es ist daher bekannt, sog. Probesäulen herzustellen, um bestimmte,
den Durchmesser beeinflussende Parameter zu bestimmen. Der in der
Probesäule
erzielte Durchmesser kann dann der Planung weiterer Ausführungen
zugrunde gelegt werden.
-
Um
den Durchmesser der Probesäule und/oder
allgemein einer Düsenstrahlsäule zu ermitteln,
sind verschiedene Verfahren bekannt, beispielsweise ein mechanischer
Messschirm, ein hydraulischer Messschirm, eine Kalibermesssonde,
sowie nicht mechanische Messverfahren, beispielsweise ein Pegelmessverfahren,
eine Reichweitenmessung mit Hydrophonverfahren, eine Reichweitenermittlung durch
Laufzeitenmessung oder ein Schwimmkörperverfahren. Diese Verfahren
werden im Regelfall an einem noch nicht erhärteten Düsenstrahlkörper durchgeführt. Daneben
sind Überprüfungen an
einer erhärteten
Düsenstrahlsäule durch
Freilegen der Probesäule
oder durch Erkundungsbohrungen bekannt.
-
Mechanische
Messverfahren sind im allgemeinen aufgrund ihrer einfachen Bauweise
sowie ihrer geringen Störanfälligkeit
zu bevorzugen. Zur Durchmesserbestimmung werden dabei – nach einem
Entfernen des Bohr- und Düsgestänges – Messeinrichtung in
das Bohrloch eingebracht. Der einfache mechanische Messschirm besteht
beispielsweise aus drei Messarmen, die sich durch einen Klappmechanismus
an eine Bohrlochwandung anlegen. Die Größe des Bohrlochs ist anhand
des Klappwinkels bestimmbar. Der mechanische Messschirm wird vorzugsweise
unmittelbar nach dem Herstellen der Düsenstrahlsäule zusammengeklappt durch
das Bohrloch bis in die frische, noch nicht erhärtete Düsenstrahlsäule abgelassen. Durch einen
Seilzugmechanismus wird der Messschirm geöffnet. Der Öffnungswinkel des Messschirms
ist beispielsweise über
den Weg des Seilzugs bestimmbar.
-
Daneben
ist eine Messeinrichtung bekannt, welche ein flexibles Tastelement
verwendet. Das Tastelement wird nach dem Absenken der Messeinrichtung
aus der Messeinrichtung in einem Winkel von ca. 90° zu dieser
ausgefahren bis es auf die Bohrwandung trifft. Anhand der Reichweite
des ausgefahrenen Tastelements ist der Durchmesser der Düsenstrahlsäule erfassbar.
-
Die
Verfahren haben jedoch den Nachteil gemeinsam, dass ein Bohr- und
Düsgestänge zunächst entfernt
werden muss, um eine Messeinrichtung in das Bohrloch einzuführen. Aufgrund
des damit verbundenen Zeitaufwands ist eine kontinuierliche Überwachung
der Qualität
einzelner Düsenstrahlsäulen nur
in bestimmten Anwendungsfällen
sinnvoll. Zudem kann das Herausnehmen des Bohr- und Düsgestänges dazu
führen,
dass das Bohrloch zusammenfällt
und die anschließend
eingeführte
Messeinrichtung nicht bis zu der Düsenstrahlsäule eingeführt werden kann.
-
Aus
der
DE 196 22 282
A1 ist eine Verwendung eines Schallsenders zur Bestimmung
eines Durchmessers einer Düsenstrahlsäule bekannt.
Da Reflexionseigenschaften des Boden-Suspensionsgemischs und des
Bodens jedoch sehr ähnlich
sind, existiert keine messtechnisch eindeutige Grenzschicht, an
welcher die Schallwellen reflektiert werden. Die Messung mittels
Schallwellen ist folglich nicht für alle Einsatzarten geeignet.
-
Ferner
offenbart die
EP 0
940 559 A2 eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der eine
Messleine mit einem Schwimmkörper,
der von der Strömung
eines Hochdruckinjektionsstrahles mitgerissen wird, so dass die
Länge der
Messleine der wirksamen Länge des
Hochdruckinjektionsstrahles entspricht. Hieraus soll auf den Durchmesser
einer hergestellten Düsenstrahlsäule geschlossen
werden. Die Vermessung der Düsenstrahlsäule kann
somit nur während
des Hochdruckinjektionsbetriebes erfolgen, und das Messergebnis
wird durch den gerade in dem Hochdruckinjektionsstrahl herrschenden
Druck beeinflusst. Dies führt
zu einem wenig flexiblen und mit Messunsicherheiten behafteten Vermessungsvorgang.
-
Ferner
offenbart die
DE 199
49 393 C1 eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch
1.
-
Darstellung
der Erfindung
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Herstellen und Vermessen von Düsenstrahlsäulen in einem Untergrund zu
schaffen, wobei eine Qualität
der Düsenstrahlsäulen flexibel
und zuverlässig überwachbar
und damit auch besser sicherbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 18 gelöst.
-
Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung zum Herstellen und Vermessen von Düsenstrahlsäulen in
einem Untergrund ein Bohr- und
Düsgestänge zur
Erzeugung eines Bohrlochs sowie einer Düsenstrahlsäule im Bereich des Bohrlochs
und eine Messeinrichtung zum Vermessen der Düsenstrahlsäule, insbesondere des Durchmessers
der Düsenstrahlsäule, wobei
die Messeinrichtung zumindest teilweise in das Bohr- und Düsgestänge integriert
ist.
-
Ferner
weist die Messeinrichtung erfindungsgemäß mindestens ein längssteifes
Tastelement auf, das zwischen einer in das Bohr- und Düsgestänge eingefahrenen
Position und einer ausgefahrenen Position verfahrbar ist ist. Der
Begriff „längssteif" kennzeichnet dabei
Tastelemente, die anders als Seile oder dergleichen zur Übertragung
einer gewissen Druckkraft geeignet sind. Hierdurch wird ermöglicht,
das Tastelement auszufahren, ohne dass am vorderen (vorlaufenden)
Ende des Tastelements gezogen werden muss. Vielmehr ist dieses vordere
Ende des Tastelements dazu vorgesehen, mit der Wandung einer hergestellten
Düsenstrahlsäule in Anlage
gebracht zu werden.
-
In
der eingefahrenen Position des Tastelements wird sichergestellt,
dass dieses während
eines Erzeugen des Bohrlochs und einer Düsenstrahlsäule die Arbeit nicht störend beeinflusst.
Durch Ausfahren des Tastelements ist anschließend die Größe der hergestellten Düsenstrahlsäule messbar.
Das Tastelement wird vorzugsweise ausgefahren, solange die Düsenstrahlsäule noch
nicht erhärtet
ist. Das Tastelement wird dabei radial durch die noch flüssige Düsenstrahlsäule bewegt.
-
Eine überwiegend
mechanische Messeinrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung aufgrund
ihrer geringen Störanfälligkeit
von Vorteil. Die mechanische Messeinrichtung kann jedoch mit einzelnen
elektronischen Elementen kombiniert sein. Durch die Integration
der mechanischen Messeinrichtung in das Bohr- und Düsgestänge ist
ein Vermessen der Düsenstrahlsäule ohne
Entnahme des Bohr- und Düsgestänges möglich. Die
Düsenstrahlsäule kann
daher schnell und zuverlässig
vermessen werden.
-
Erfindungsgemäß besteht
das Tastelement zumindest abschnittsweise aus einem faserverstärkten Material,
insbesondere aus einem oder einer Mehrzahl von CFK- und/oder GFK-Stäben.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Tastelement zumindest abschnittsweise biegesteif, jedoch
flexibel, wobei die Flexibilität
vorzugsweise derart ist, dass das Tastelement innerhalb des Bohr-
und Düsgestells
um einen Winkel von annähernd
90° umgelenkt
werden kann. Das flexible Tastelement verläuft dabei vorzugsweise in der
eingefahrenen Position im Wesentlichen entlang einer Achse des Bohr-
und Düsgestänges. Zum
Vermessen tritt das Tastelement in einem Winkel von ca. 90° aus dem
Bohr- und Düsgestänge aus.
Dadurch ist eine platzsparende Unterbringung des Tastelements in
dem Bohr-Düsgestänge möglich.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Tastelement mit einem Sensor, insbesondere einem Drucksensor
und/oder einem Neigungsmesser, ausgestattet. Der Drucksensor ist
beispielsweise an einem die Wandung des Bohrlochs berührenden
Ende des Tastelements angeordnet. Dadurch ist die Bohrlochwandung
auch bei einem verhältnismäßig lockeren
Boden sicher erkennbar.
-
Mittels
des Neigungsmessers kann die Ausrichtung des Tastarmes währen eines
Messvorganges erfasst bzw. kontrolliert und damit die Solllage des
Tastelement verifiziert werden.
-
Vorzugsweise
weist das Bohr- und Düsgestänge mindestens
eine Düsenstrahldüse und mindestens
eine Bohrkrone auf, wobei das Tastelement zwischen der Düsenstrahldüse und der
Bohrkrone angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ist aufgrund
eines erforderlichen Bauraums und/oder einer Verbindung des Messelements
mit dem Bohr- und Düsgestänge besonders
vorteilhaft.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Messeinrichtung Betätigungsmittel
für das
Tastelement. Durch die Betätigungsmittel
wird das Tastelement ausgefahren, bis beispielsweise der Widerstand
aufgrund des Kontakts des Tastelements mit der Bohrlochwandung der
Bewegung entgegensteht und/oder ein Drucksensor ein Ende einer Bewegung signalisiert.
Durch die Betätigungsmittel
ist eine besonders einfache Bewegung des Tastelements möglich.
-
Die
Betätigungsmittel
können
im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedlichste Art und
Weise ausgestaltet sein. Dabei hat sich eine Ausführungsform
als vorteilhaft erwiesen, bei der die Betätigungsmittel einen innerhalb
des Bohr- und Düsgestänges vorgesehenen
Betätigungskolben aufweisen.
Bei einer alternativen Ausführungsform weisen
die Betätigungsmittel
einen innerhalb des Bohr- und Düsgestänges vorgesehenen
Elektroantrieb auf, der bevorzugt Antriebsmittel, insbesondere mindestens
eine Antriebswalze, antreibt, wobei besonders bevorzugt zwischen
den Antriebsmitteln und dem Elektroantrieb ein Getriebe vorgesehen
ist.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Messeinrichtung mindestens ein Messelement zum Messen
eines Verschiebungsweges und/oder einer Neigung des Tastelements
und/oder der Betätigungsmittel
auf. Anhand des Verschiebungsweges und/oder der Neigung des Tastelements
ist ein Durchmesser der Düsenstrahlsäule ermittelbar.
Die Messeinrichtung kann beispielsweise einen Hochleistungsmagneten
umfassen, der in ein Element zum Verschieben des Tastelements integriert
ist, wobei eine Erfassungseinrichtung parallel zum Hubbereich des
Verschiebeelements angeordnet ist, das auf ein Magnetfeld des Hochleistungsmagneten
reagiert. Im Falle eines Elektroantriebes mit Antriebswalze(n) kann
die Messeinrichtung beispielsweise auch eine Zähleinrichtung (z. B. Inkrementalgeber)
aufweisen, welche die Anzahl der Umdrehungen der Antriebswalze(n)
erfasst.
-
Vorzugsweise
weist das Bohr- oder Düsgestänge einen
Druckfluidkanal, insbesondere Druckluftkanal, auf, der mit mindestens
einer Düsenstrahlluftdüse und/oder
mit einer Austrittsöffnung
des Tastelements aus dem Bohr- und Düsgestänge und/oder mit mindestens
einer Seite des Betätigungskolbens in
Verbindung steht. Hierdurch kann der Druckfluidkanal mehrere Aufgaben
erfüllen,
zumal die Herstellung und das Vermessen der Düsenstrahlsäule vorzugsweise nicht gleichzeitig
stattfinden. Ein für
die Düsenstrahlluftdüse verwendeter
Druckfluidkanal ist daher bevorzugt auch für ein Spülen der Austrittsöffnung des
Tastelements aus dem Bohr- und Düsgestänge und/oder
ggf. eine Bewegung des Tastelements verwendbar. Es ist jedoch auch
denkbar, einen zusätzlichen
Druckfluidkanal zum Spülen
der Austrittsöffnung
des Tastelements aus dem Bohr- und Düsgestänge und/oder zur Bewegung des
Betätigungskolbens
vorzusehen. Insbesondere kann für die
Bewegung des Betätigungskolbens,
falls vorhanden, auch ein anderes Arbeitsfluid eingesetzt werden als
für die
Erzeugung der Düsenstrahlsäule.
-
Bei
Verwendung eines gemeinsamen Druckfluidkanals ist vorzugsweise mindestens
ein Ventil vorgesehen, das derart angeordnet ist, um die Verbindung
zwischen dem Druckfluidkanal und dem Betätigungskolben und/oder die
Verbindung zwischen dem Druckfluidkanal und der Düsenstrahlluftdüse zu unterbrechen.
Dadurch ist auf besonders günstige Weise
eine Nutzung eines gemeinsamen Druckfluidkanals durch den Betätigungskolben
und die Düsenstrahlluftdüse realisierbar.
Es ist jedoch auch denkbar, das Ventil lediglich zur Steuerung der
Bewegung des Betätigungskolbens
vorzusehen.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Druckfluidkanal über ein
Umschaltmittel abwechselnd an eine Pneumatik- und eine Hydraulikversorgung
anschließbar.
Dadurch kann je nach Anwendung eine geeignete Versorgungsart, d.h.
ein geeignetes Arbeitsfluid wie beispielsweise Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit,
ausgewählt
werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Messeinrichtung eine in das Bohr- und Düsgestell
integrierte Stromversorgung auf. Die Stromversorgung ist in dem
Bohr- und Düsgestänge gut
gegen Störeinflüsse von
außen
geschützt.
Die Stromversorgung speist verschiedene Bauteile der Messeinrichtung wie
beispielweise Sensoren, Magnetventile oder dergleichen. Die Stromversorgung
erfolgt beispielsweise mittels integrierter Akkugeräte, so dass
auf eine Verkabelung zumindest teilweise verzichtet werden kann.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Messeinrichtung eine in das Bohr- und Düsgestänge integrierte
Datenspeichereinrichtung auf. Dadurch können beispielsweise Daten,
welche beim Vermessen der Düsenstrahlsäule erfasst
wurden, in die Datenspeichereinrichtung geschrieben werden. Diese Daten
sind beispielsweise beim Ausfahren des Bohr- und Düsgestänges auslesbar.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Bohr- und Düsgestänge eine
integrierte Datenschnittstelle auf, die bevorzugt zur kontaktlosen
Datenübertragung
ausgelegt ist, insbesondere mittels Infrarot, Bluetooth oder der
dergleichen. Dadurch können
die von der Messeinrichtung erfassten Daten direkt an eine Oberfläche übermittelt
werden und dort mit geeigneten Geräten ausgewertet werden. Dies ermöglicht beispielsweise
auch eine direkte Nachbesserung ohne eine erneute Einführung des
Bohr- und Düsgestänges.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung einen Neigungssensor, wobei mindestens die
Neigung des Bohr- und
Düsgestänges mittels
des Neigungssensors lesbar ist. Durch einen derartigen Neigungssensor
kann auf geeignete Weise kann der tatsächliche Bohrlochverlauf erfasst
werden. Die Neigung kann beispielsweise auch in Relation zur Nordrichtung
aufgezeigt werden. Damit kann nicht nur ein tatsächlicher Bohransatzpunkt und
der erfindungsgemäß gemessene
Durchmesser, sondern auch der vertikale Bohrlochverlauf in eine
Auswertung der Daten der Düsenstrahlsäule aufgenommen
und miteinander ausgewertet werden. Erfolgt keine direkte Übertragung
der gemessenen Daten an die Oberfläche, so ist es von Vorteil
mit dem Neigungsmesser ein Neigungsprofil entlang des Bohrlochs
zu erfassen und zu speichern.
-
Das
Verfahren zum Herstellen und Vermessen einer Düsenstrahlsäule in einem Untergrund umfasst
die folgenden Schritte: Erstellen eines Bohrlochs in einem Untergrund
unter Einsatz des Bohr- und Düsgestänges, Erstellen
einer Düsenstrahlsäule im Bereich
des Bohrlochs unter Einsatz des Bohr- und Düsgestänges, Vermessen der Düsenstrahlsäule unter
Einsatz der (mechanischen) Messeinrichtung, ohne dass das Bohr-
und Düsgestänge zuvor aus
dem Bohrloch herausgezogen worden ist. Durch das Vermessen ohne
ein Herausziehen des Bohr- und Düsgestänges ist
eine schnelle und sichere Qualitätskontrolle
möglich.
Ein Auswerten der Messdaten erfolgt entweder direkt durch eine Übertragung
der Daten an die Oberfläche
(z. B. auch über
Funk) und/oder indirekt durch ein Speichern der Daten und ein Auslesen
der Daten, nachdem das Bohr- und Düsgestänge aus dem Bohrloch herausgezogen worden
ist.
-
Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beispielhaft beschrieben. Für
gleiche Bauteile werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohr- und
Düsgestänges;
-
2 eine
Vergrößerung des
Bereichs A gemäß 1;
-
3 eine
Vergrößerung des
Bereichs B gemäß 1;
-
4A eine
Vergrößerung der
Darstellung eines Bereichs C gemäß 1;
-
4B eine
Schnittdarstellung entlang A-A gemäß 4A;
-
5 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs C gemäß 1 in
einem zweiten Zustand;
-
6 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs D gemäß 1;
-
7 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs E gemäß 1;
-
8 eine
Illustration eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Düsenstrahlsäule;
-
9 eine
Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohr-
und Düsgestänges;
-
10 eine
Vergrößerung des
Bereichs C gemäß 9.
-
Wege zur Ausführung der
Erfindung
-
1 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bohr-
und Düsgestänge 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform.
Das Bohr- und Düsgestänge umfasst
einen in 2 im Detail dargestellten Bohrkranz 12,
ein in 3 im Detail dargestellten Bereich mit einer Düse zum Aufbringen
eines Düsenluftstrahls,
ein in den 4A, 4B und 5 im
Detail dargestellten Bereich für die
Messeinrichtung 4, einen in 6 im Detail
dargestellten Anschlussbereich 5 sowie einen in 7 im
Detail dargestellten Zwischenbereich.
-
2 zeigt
schematisch die Bohrkrone 12, welche mit einem Übergangsteil 12' verbindbar
ist. Für
die Verbindung zwischen Bohrkrone 12 und Übergangsteil 12' ist ein Normgewinde 22 mit
Vater- und Mutterteil 24 vorgesehen. In der Bohrkrone 12 sowie
dem Übergangsteil 12' befindet sich
ein Bohrspüler 2.
Die Bohrkrone 12 weist eine Öffnung 26 für den Bohrspüler 2 auf.
Mittels eines Normgewindes 28 ist das Übergangsteil 12' mit dem anschließenden Teil
des in 1 dargestellten Bohr- und Düsgestänge 1 verbindbar.
Selbstverständlich
sind anstelle von Normgewinden auch andere Gewinde und/oder andere
Anschlusselemente denkbar.
-
3 zeigt
schematisch eine Düse 13 zum Aufbringen
einer Hochdrucksuspension 3 unter Hochdruck. Das Arbeitsfluid
für die
Unterstützung
der Hochdrucksuspension ist vorzugsweise Luft. Das Arbeitsfluid
befindet sich in dem Druckfluidkanal 30. Der Kanal des
Arbeitsfluids wirkt mit einer mehrteiligen Absperrebene 32, 34 zusammen.
Der Kanal des Arbeitsfluids wird in Abhängigkeit des Drucks in dem Druckfluidkanal 30 und
einer Feder 38 oder ggf. durch ein geeignetes Ventil geöffnet oder
geschlossen. In dem Druckfluidkanal 30 befindet sich in
Abhängigkeit
eines Arbeitsschrittes Wasser oder Luft für eine Hydraulik- oder Pneumatikversorgung.
Dabei wird vorzugsweise eine Pneumatik zum Öffnen und Schließen des
Kanals des Arbeitsfluids eingesetzt. Bei hohen Drücken im
Druckfluidkanal 30 wird der horizontale Auslass des Kanals
mit Arbeitsfluid geschlossen. Der Druckfluidkanal 30 kann
dann für
eine Versorgung der Messeinrichtung 14 verwendet werden.
-
4A zeigt
schematisch den Bereich C gemäß 1 in
welchem sich die mechanische Messeinrichtung 14 befindet.
Die Messeinrichtung 14 umfasst ein Tastelement 40,
welches mittels eines Betätigungskolbens 41 bewegbar
ist. Das Tastelement 40 wird entlang einer Wandung 42 umfassend
eine Umlenkung 43 geführt.
Dabei wird das Tastelement 40 um ungefähr 90° aus der Achsrichtung des Bohr-
und Düsgestänges umgelenkt.
Das Tastelement 40 tritt an einer Stelle 44 aus
dem Bohr- und Düsgestänge aus.
Die Öffnung 44 ist
vorzugsweise mit geeigneten Dichtungen ausgebildet, um ein Eintreten
von Schmutz zu verhindern. Unterstützend kann die Öffnung 44 mit
dem Druckfluidkanal 30 in Verbindung stehen, so dass das
Tastelement 40 mit dem Druckfluid umspült wird, um einem Schutzeintrag
vorzubeugen, Die Bewegung des Tastelements 40 mittels des
Betätigungskolbens 41 erfolgt
in der vorliegenden Ausführungsform
vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch. Das Arbeitsfluid, bevorzugt
Druckluft, ist in dem Druckfluidkanal 30 eingebracht und wirkt
in dem dargestellten Arbeitsschritt auf den Betätigungsbolzen 41.
Ist der Druck für
eine Betätigung des
Betätigungskolbens 41 nicht
ausreichend, so bleibt das Tastelement 40 in der eingefahrenen
Position. Durch Schließen
eines Ventils 45 wirkt das Arbeitsfluid über den
Druckfluidkanal 30 in umgekehrter Richtung auf den Betätigungsbolzen 41.
Dadurch ist das Tastelement 40 aus einer ausgefahrenen
Position in die eingefahrene Position fahrbar. Anstelle einer aktiven
Rückführung des
Tastelements 40 ist auch eine passive Rückführung mittels eines geeigneten Elements,
beispielsweise mittels Federkraft denkbar.
-
4B zeigt
einen Schnitt durch das Bohrgestänge
entlang der Linie A-A gemäß 4A.
Wie in 4B deutlich zu sehen ist ein
Querschnittsbereich 46 vorgesehen, in welchem beispielsweise
eine Stromversorgung, ein Neigungsmesser, eine programmierbare Steuerung
für die
Messeinrichtung oder ähnliches
integrierbar ist. Die Stromversorgung erfolgt vorzugsweise durch
Akkuelemente.
-
5 zeigt
schematisch die Messeinrichtung 14, wobei sich das Tastelement 40 in
einer zumindest teilweise ausgefahrenen Position befindet. Obgleich
das Tastelement 40 in 5 als Stahlfeder 400 dargestellt
ist, besteht es erfindungsgemäß zumindest
abschnittsweise aus einem faserverstärkten Material. Das Tastelement 40 bewegt
sich in der nicht dargestellten, nicht ausgehärteten Düsenstrahlsäule. Das Tastelement 40 ist
derart ausgelegt, dass die Gewichtskraft des Tastelements 40 durch
die Auftriebskraft zumindest teilweise kompensiert wird. Beispielsweise
kann das Material der Düsenstrahlsäule eine
spezifische Wichte aufweisen, die deutlich größer ist als diejenige von Wasser
(z. B. größer als 1,5t/m3).
Bei einem Tastelement 40 wird dabei konstruktionsbedingt
ein Absinken verhindert. Das Tastelement 40 kann dabei
beispielsweise bis zu 2m oder mehr ausgefahren werden.
-
6 zeigt
schematisch einen Anschlussbereich 15 des Bohr- und Düsgestänges. Der
Anschlussbereich 15 umfasst einen Anschluss 51 zur Zufuhr
einer Hochdrucksuspension 3. Der Anschlussbereich 5 umfasst
weiter einen Schlauch 52 für eine Zufuhr der Bohrspülung 2.
In dem Druckfluidkanal 30 befindet sich in Abhängigkeit
eines Verfahrensstandes als Arbeitsfluid entweder ein Hydraulikfluid,
beispielsweise Wasser oder Druckluft, zur Betätigung des in den 4a, 4b und 5 dargestellten
Tastelements, oder Druckluft zum Öffnen und Schließen der
in 3 dargestellten Düse 13. Mittels eines
Umschaltmittels 53 ist der Druckfluidkanal 30 abwechselnd
an eine Pneumatikversorgung 54 oder eine Hydraulikversorgung 55 anschließbar. Aufgrund der
unterschiedlichen Drücke,
mit welchen die Arbeitsfluide arbeiten, kann eine Versorgung des Öffnen- und
Schließmechanismus
für die
Düse 13 und des
Tastelements 40 über
den gleichen Druckfluidkanal 30 erfolgen.
-
7 zeigt
schematisch einen Zwischenbereich E des Bohr- und Düsgestänges 1 gemäß 1. Wie
in dem Zwischenbereich deutlich erkennbar, umfasst das Bohr- und
Düsgestänge einen
Kanal in welchem, wie zuvor erläutert,
die Hochdruckssuspension 3 geführt wird. Das Bohr- und Düsgestänge umfasst
weiter den Druckfluidkanal 30, welcher an eine Pneumatik-
oder eine Hydraulikversorgung angeschlossen ist. Zudem ist ein Kanal
für die
Bohrspülung 2 vorgesehen.
-
8 zeigt
schematisch verschiedene Schritte I–VIII eines Verfahrens zum
Herstellen und Vermessen einer Düsenstrahlsäule in einem
Untergrund. In einem ersten Schritt I wird zunächst ein geeigneter Bohransatzpunkt
vermessen. In einem Arbeitsschritt II wird das Bohr- und Düsgestänge an dem
neuen Bohransatzpunkt eingebracht. In einem Arbeitsschritt III wird
das Bohr- und Düsgestänge mittels
Abbohren auf eine gewünschte
Tiefe abgesenkt, wobei bohrbegleitend der Bohrlochverlauf durch
die eingebauten Neigungssensoren gemessen werden kann.
-
Nach
Erreichen der gewünschten
Tiefe wird eine Düsenstrahlsäule im Bereich
des Bohrlochs in einem Arbeitsschritt IV erzeugt. In den Schritten
V und VI wird der Durchmesser der erzeugten Düsenstrahlsäule auf verschiedenen Höhen gemessen.
Dabei wird das in den vorhergehenden Figuren gezeigte Tastelement 40 in
der noch nicht ausgehärteten
Düsenstrahlsäule bewegt.
Das Tastelement 40 ist dabei vorteilhafterweise derart
ausgelegt, dass es aufgrund des Auftriebs, der Eigensteifigkeit
und des Eigengewichts im Wesentlichen waagrecht gehalten wird. In einem
Schritt VII wird das Bohr- und Düsgestänge herausgezogen.
Dabei lassen sich Daten, welche während des Abbohrens und Vermessens
in den Schritten V und VI gespeichert wurden, auslesen. Anhand dieser
Daten können
geeignete Aussagen über die
Beschaffenheit des Bodens und die davon abhängige Beschaffenheit einer
erzeugten Düsenstrahlsäule gemacht
werden. Diese lassen für
ein auf den Arbeitsschritt 8 folgendes Projekt in vorteilhafter
Weise nutzen.
-
Daneben
ist es auch denkbar, die Daten über eine
geeignete Verbindung (z. B. auch über Funk) während der Arbeitsschritte V
und VI an die Oberfläche
zu übertragen
und dort auszumessen. Anhand der Daten kann dann bedarfsweise mittels
des Bohr- und Düsgestänges eine
Korrektur der Düsenstrahlsäule erfolgen.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist
schematisch in 9 und 10 gezeigt.
Der Aufbau und der Betrieb dieser Ausführungsform entspricht prinzipiell der
oben beschriebenen Ausführungsform,
soweit nachfolgend nicht anderweitig angegeben. Die in 9 und 10 gezeigte
Ausführungsform
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass als Betätigungsmittel
für das
Tastelement 40 ein nicht näher gezeigter Elektroantrieb
vorgesehen ist, der das Tastelement 40 über zwei Antriebswalzen 41' antreibt. Dabei
können
die Antriebswalzen 41' bzw.
der zugehörige
Elektromotor auch nahe an der Austrittsöffnung 44 angeordnet sein,
wodurch sich eine besonders stabile Kraftübertragung zwischen Antriebswalzen 41' und Tastelement 44 ergibt.
-
Ferner
ermöglicht
die vorliegende Ausführungsform
auf besonders einfache Weise, dass die Austrittsöffnung 44 mit dem
Druckfluidkanal 30 in Verbindung steht, sodass die Austrittsöffnung 44 kontinuierlich
mit Druckfluid durchspült
wird, wodurch das Eintreten von Verschmutzungen entlang des Tastelements 40 weitgehend
vermieden werden kann.
-
Um
den Verschiebungsweg des Tastelements 40 zu erfassen, können in
der vorliegenden Ausführungsform
anstelle von unmittelbar mit dem Tastelement 40 verknüpften Messelementen
Zählelemente
vorgesehen sein, welche die Umdrehungen der Antriebswalzen 41' erfassen. Hierbei
kann es sich beispielsweise um sogenannte Inkrementalgeber handeln.
-
Ferner
ermöglicht
der Einsatz eines Elektroantriebes, dass gegebenenfalls auf das
Vorsehen eines Drucksensors und Neigungssensors in dem Tastelement 40 verzichtet
werden kann, da während
des Vorschubes des Tastelements aus einer Zunahme des durch den
Elektroantrieb aufgenommenen Stroms darauf geschlossen werden kann,
dass das Tastelement die Wandung erreicht hat.