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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer sich von
einem Brunnenschacht in horizontaler Richtung erstreckenden verrohrten
Strangbohrung für den Einbau eines Filterstrangs, bei dem durch
eine Öffnung in der Wand des Brunnenschachts mittels einer
im Brunnenschacht angeordneten Presse ein Anfängerbohrrohr
und diesem nachfolgend weitere Bohrrohre in das den Brunnenschacht
umgebende Gebirge vorgetrieben werden.
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Ein
Verfahren der angegebenen Art wird zum Bau von Brunnen eingesetzt,
die unter der Bezeichnung Horizontalfilterbrunnen seit langem bekannt sind.
Zum Bau dieser Brunnen wird vielfach das Verfahren nach Fehlmann
und nach Preussag angewendet. Diese Verfahren sind bei
E.
Bieske "Bohrbrunnen" (7. Aufl., 1992, Oldenbourg, München) beschrieben.
Bei beiden Verfahren wird zunächst ein bis in den Grundwasserleiter
reichender, senkrechter Schacht abgeteuft, der als Startschacht
für den Vortrieb der horizontalen Fassungsstränge
dient und nach deren Fertigstellung zu einem Pumpschacht ausgebaut
wird. Das Schachtbauwerk besteht hierbei in der Regel aus aufeinander
gesetzten Rohren aus Stahlbeton mit einem Innendurchmesser von 2,0 m
oder größer. Die Rohre werden mit Hilfe hydraulischer
Pressen oder Auflast abgesenkt. Der in die Rohre eindringende Boden
wird entnommen. Bei Erreichen der Solltiefe wird die Schachtsohle
betoniert. Vom Schacht aus werden dann durch Öffnungen
in der Schachtwand horizontale Bohrungen mit Bohrrohren vorgetrieben.
In diese Bohrrohre führt man dann Filterrohre ein, anschließend
werden die Bohrrohre entfernt. Beim Preussag-Verfahren werden die Filterrohre
zusätzlich mit einem Kiesmantel umgeben.
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Das
Vortreiben der Bohrrohre erfolgt bei den bekannten Verfahren nach
dem Verdrängerprinzip durch Vorpressen der Bohrrohre unter
gleichzeitiger Entnahme von Feinkorn. Das Anfängerbohrrohr
erhält einen konischen Bohrkopf, der beim Vortreiben der
Bohrrohre in den Untergrund eindringt. Der Bohrkopf weist zahlreiche
Löcher geeigneter Größe auf. Durch ein
ständiges Vor- und Zurückbewegen der gesamten
Rohrtour einschließlich des Bohrkopfes tritt das Bohrgut
durch den hydrostatischen Druck des Grundwassers in den Bohrkopf
ein. Der Bohrkopf ist durch eine Trennplatte zur Innenseite der
Bohrrohre hin verschlossen. In die Trennplatte ist ein Rücklaufgestänge
eingeschraubt, durch welches das in den Bohrkopf eindringende Bohrgut
und Wasser zum Schacht hin herausgefördert wird. Bei schwierigen Bodenverhältnissen,
insbesondere bei bindigen oder fest gelagerten Formationen, wird
der Bohrguttransport und auch das Lösen des Bodens durch
eine zusätzliche Druckwasserspülung unterstützt.
Das Druckwasser wird durch ein separates, in die Rohrtour eingebautes
Spülrohr zum Bohrkopf geleitet und tritt innerhalb des
Bohrkopfes aus. Nach Erreichen der vorgesehenen Stranglänge
werden das Rücklaufgestänge und das Spülgestänge
aus der Trennwand zwischen Bohrkopf und dem ersten Bohrrohr herausgeschraubt
und zum Schacht hin zurückgezogen, wobei die Trennwand
durch eine selbst schließende Klappe verschlossen wird.
Es steht nunmehr das zum Gebirge hin verschlossene Bohrrohr für
den Einbau der Filterrohre zur Verfügung. Mit dem Einbau der
Filterrohre und beim Verfahren nach Preussag der Einbringung einer
Kiesschüttung werden die Bohrrohre schrittweise in den
Schacht zurückgezogen. Der Bohrkopf verbleibt als verlorenes
Element im Gebirge.
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Das
bekannte Verfahren hat sich in der Praxis bewährt. Seine
Anwendung ist jedoch auf Bodenformationen beschränkt, die
ein Vorpressen und Freispülen des Bohrkopfes erlauben.
Steine und Toneinlagerungen können für dieses
Verfahren unüberwindliche Bohrhindernisse bilden und Felsgesteinsformationen
können nicht erbohrt werden.
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Es
ist weiterhin aus
DE
100 29 476 A1 eine Bohrvorrichtung bekannt, mit der von
einer Startgrube aus eine Bohrvorrichtung und nachfolgend Produktrohre
mittels einer hydraulischen Presseneinheit in horizontaler Richtung
vorgetrieben werden können. Die Bohrvorrichtung umfasst
ein Schild, in dem eine eine Werkzeug scheibe tragende Antriebswelle drehbar
gelagert und durch einen Motor antreibbar ist. Hinter der Werkzeugscheibe
ist eine Zellenwand angeordnet, die von der Werkzeugscheibe abgebautes
Bohrgut aufnehmende Zellen aufweist. Eine hinter der Zellenwand
angeordnete Förderleitung mit einem der Zellenwand zugewandten
Aufnahmeende ist an den Zellen vorbei bewegbar und fördert
das in den Zellen vorhandene Bohrgut sukzessive durch die Produktrohre
hindurch und aus der Startbaugrube hinaus. Die Förderung
kann mit Hilfe von Luft oder Wasser erfolgen, welches mit Überdruck über
eine weitere Leitung in die Zellen geleitet wird. Auch diese Vorrichtung
hat den Nachteil, dass der Bohrkopf mit Werkzeugscheibe und Zellenwand
nach Fertigstellung einer Strangbohrung nicht durch die Produktionsrohre
zurückgezogen werden kann, sondern als verlorener Bestandteil
der Vorrichtung in der Strangbohrung zurückgelassen werden
muss. Auch im Falle einer Beschädigung oder Verkeilung
der Bohrvorrichtung gibt es kaum die Möglichkeit einer
Reparatur, so dass der Bohrvortrieb unter Umständen nicht mehr
fortgesetzt werden kann.
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Es
ist weiterhin aus
DE 28 29 834 ein
Verfahren zum Erbohren eines Bohrlochs in einem von Felsblöcken
oder Gesteinsschichten durchsetzten Untergrund unter Verwendung
einer aus einem zylindrischen Bohrmantel und einem Gesteinsbohrmeißel bestehenden
Erdbohrvorrichtung bekannt, bei dem der Gesteinsbohrmeißel
mit in ihre innere Position eingezogenen Schneidwerkzeugen in den
Bohrmantel so eingeführt wird, dass sich die bewegbaren Schneidwerkzeuge
unterhalb des unteren Endes des Bohrmantels befinden. Darauf werden
die bewegbaren Schneidwerkzeuge in ihre äußere
Schneidposition bewegt und der Gesteinsbohrmeißel gemeinsam und
gleichzeitig mit dem Bohrmantel abgesenkt und um ihre gemeinsame
Achse in Drehung versetzt, um ein Bohrloch zu erbohren, dessen Durchmesser
mindestens gleich dem äußeren Durchmesser des
Bohrmantels ist. Nach Beendigung des Bohrvorgangs werden die bewegbaren
Schneidwerkzeuge wieder eingezogen, so dass der Gesteinsbohrmeißel
aus dem Bohrmantel ausgefahren werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer sich von einem Brunnenschacht in horizontaler Richtung erstreckenden,
verrohrten Strangbohrung anzugeben, welches auch für Bodenformationen,
wie z. B. Fels, geeignet ist und welches eine Anpassung der Bohrwerkzeuge an
verschiedene örtlich anstehende Bodenformationen ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll darüber
hinaus effektiv und kostengünstig durchführbar
sein und ein hohes Maß an Unfallsicherheit gewährleisten.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2
bis 10 angegeben.
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Zu
einer vorteilhaften Lösung der genannten Aufgabe trägt
weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen bei. Weiterbildungen
der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 12 bis 19 angegeben.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in ein Anfängerbohrrohr
ein hydraulisch angetriebener Bohrmotor mit einem durch diesen drehend antreibbaren
Bohrwerkzeug derart eingesetzt, dass das Bohrwerkzeug aus dem vorderen
Ende des Anfängerbohrrohrs hervorsteht, der Bohrmotor wird
in dem Anfängerbohrrohr mittels einer lösbaren
Spannvorrichtung drehfest und axial unverschiebbar abgestützt
und das Anfängerbohrrohr wird mit Hilfe der Spannvorrichtung
hinter dem Bohrmotor dicht verschlossen, sodann werden durch eine Öffnung
in der Wand des Brunnenschachts mittels einer im Brunnenschacht
angeordneten Vortriebseinrichtung das Anfängerbohrrohr
und diesem nachfolgend weitere Bohrrohre in das den Brunnenschacht
umgebende Gebirge vorgetrieben, wobei das Bohrwerkzeug durch den
Bohrmotor gedreht wird, dem Bohrwerkzeug über eine die
Spannvorrichtung durchdringende Spülleitung Wasser unter Überdruck
zugeführt wird und das durch das Bohrwerkzeug zerkleinerte
Bohrgut durch einen im Zentrum des Bohrwerkzeugs mündenden
und den Bohrmotor und die Spannvorrichtung durchdringenden geraden
Förderkanal und eine durch die Bohrrohre zum Brunnenschacht
geführte Förderleitung nach übertage
gefördert wird und wobei nach Erreichen der Endlänge
der Strangbohrung das Bohrwerkzeug zurückgezogen wird und ein
Freiraum zwischen der Ortsbrust der Strangbohrung und dem Anfängerbohrrohr
gebildet wird, der durch Injektion einer expandierenden, schnell
abbindenden Füllmasse verfüllt und abgedichtet
wird und nach Lösen der Spannvorrichtung die Spannvorrichtung,
der Bohrmotor und das Bohrwerkzeug aus den Bohrrohren ausgebaut
wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet zum Beispiel
die Möglichkeit, von einem Brunnenschacht aus horizontale
Strangbohrungen zur Fassung von Grundwasser durch beliebige Bodenformationen,
wie z. B. auch Felsgestein, zu erbohren und das Ende der Rohrtour
der Strangbohrung wirksam abzudichten, ohne dass das Bohrwerkzeug
an der Ortsbrust als verloren zurückgelassen werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt daher den
Einsatz aufwendiger Bohrwerkzeuge. Dies beschleunigt die Durchführung
der Bohrarbeiten und trägt damit zur Kostensenkung bei.
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Zum
Bohren wird vorzugsweise ein Bohrwerkzeug mit radial bewegbaren
Schneidwerkzeugen verwendet, die ein Bohrloch erzeugen, dessen Durchmesser
gleich oder größer ist als der Außendurchmesser
der Bohrrohre. Wenn die Bodenverhältnisse ein Aufweiten
des Bohrlochs mit Hilfe des Anfängerbohrrohrs gestatten,
so kann auch ein Bohrwerkzeug mit radial unbeweglichen Schneidwerkzeugen
verwendet werden, dessen unveränderlicher Außendurchmesser
nicht größer ist als der Innendurchmesser der
Bohrrohre.
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Zur
Injektion der expandierfähigen Füllmasse sieht
das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass eine
hohlzylindrische Kartusche mit der Füllmasse gefüllt
und die Kartusche hydraulisch durch die Förderleitung bis
zur Spannvorrichtung vorgetrieben und dort durch den die Spannvorrichtung
und den Bohrmotor durchdringenden Förderkanal in den vor
dem Bohrwerkzeug gebildeten Freiraum ent leert wird. Zur Entleerung
kann die Kartusche einen Molch enthalten, der hydraulisch angetrieben
die Füllmasse aus der Kartusche heraus und durch den Förderkanal treibt.
Der Molch und die entleerte Kartusche können mit Hilfe
eines mitgeführten Seils in den Schacht zurückgezogen
werden, so dass bei Bedarf eine nochmalige Injektion von Füllmasse
durchgeführt werden kann. Als Füllmasse wird nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein
Polyurethan-Injektionsschaumharz verwendet. Das Harz befindet sich vorzugsweise
in einem zerstörbaren Behälter, z. B. einer Schlauchhülle,
die in die Kartusche einführbar ist. Bei der Entleerung
der Kartusche wird die Schlauchhülle zerstört,
und durch Kontakt des Harzes mit dem an der Ortsbrust anstehenden
Wasser oder mit Luft erfolgt eine chemische Reaktion, durch die
ein Schaumkörper gebildet wird, der den Freiraum zwischen
dem Anfängerbohrrohr und der Ortsbrust ausfüllt
und dicht verschließt.
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Die
Bildung des Freiraums an der Ortsbrust erfolgt vorzugsweise dadurch,
dass der Bohrmotor mit dem daran befestigten Bohrwerkzeug in das
Anfängerbohrrohr eingefahren wird. Sind hierzu keine geeigneten
Vorrichtungen vorgesehen, so kann der erforderliche Freiraum auch
durch ein Zurückziehen der gesamten Rohrtour um das erforderliche
Maß gebildet werden.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann zum Antrieb des Bohrmotors
Wasser mit Überdruck verwendet werden und das aus dem Bohrmotor
zurücklaufende Wasser in den Förderkanal für das
Bohrgut geleitet werden. Durch den Antrieb mit Druckwasser wird
die Gefahr einer Kontaminierung des Bohrbereichs vermieden. Das
Einleiten des Wasserrücklaufs in den Förderkanal
unterstützt die Förderung des Bohrguts und macht
die Verwendung einer separaten Rücklaufleitung entbehrlich.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass das dem Bohrwerkzeug unter Überdruck
zugeführte Wasser durch einen zwischen dem Mantel des Bohrmotors
und dem Anfängerbohrrohr gebil deten Ringraum geleitet wird.
Hierdurch wird verhindert, dass sich in der Eintrittsöffnung
des Anfängerbohrrohrs feinkörniges Bohrgut ablagert
und dadurch das Einfahren des Bohrmotors in das Bohrrohr behindert.
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Eine
vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
ist in Anspruch 11 angegeben und umfasst nach der Erfindung ein
drehend antreibbares Bohrwerkzeug, einen hydraulischen Bohrmotor
zum Antreiben des Bohrwerkzeugs, eine steuerbare Spannvorrichtung,
durch die der Bohrmotor im Bohrrohr festspannbar ist und die eine
das Bohrrohr dicht verschließende Trennwand bildet, wobei
der Bohrmotor und die Spannvorrichtung einen durchgehenden, zentralen
Förderkanal haben, der eine Eintrittsöffnung im
Bereich des Bohrwerkzeugs hat und mit seinem anderen Ende an eine
Förderleitung anschließbar ist.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung kann darin bestehen,
dass die Spannvorrichtung mit einem Traktionsmolch verbunden ist,
der in dem Bohrrohr in Längsrichtung verfahrbar und festspannbar
ist. Ein solcher Traktionsmolch bietet die Möglichkeit,
auch bei einer Druckbelastung durch den hydrostatischen Druck von
anstehendem Grundwasser die Spannvorrichtung zu lösen und
mit Hilfe des Traktionsmolchs zusammen mit dem an der Spannvorrichtung
abgestützten Bohrmotor relativ zum Bohrrohr in Längsrichtung
zu bewegen. Dies ist beispielsweise zweckmäßig,
um das Bohrwerkzeug in das Bohrrohr zurückzuziehen. Ferner
kann im Falle einer Beschädigung des Bohrwerkzeugs oder
einer Störung an dem Bohrmotor die gesamte Einheit aus
Bohrwerkzeug, Bohrmotor und Spannvorrichtung mit Hilfe des Traktionsmolches
in den Schacht zurückgefahren werden. Besonders vorteilhaft
ist eine Ausgestaltung, bei der die Spannvorrichtung in den Traktionsmolch
integriert ist, also einen Teil des Traktionsmolches bildet. Selbstverständlich
hat auch der Traktionsmolch einen geradlinigen, zentralen Durchgangskanal,
damit der Förderkanal mit der Förderleitung verbunden
werden und die Injektion der Füllmasse wie oben beschrieben
durchgeführt werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Traktionsmolch zwei
hydraulisch betätigbare Spannvorrichtungen auf, die durch
einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder miteinander gekuppelt
sind, wobei die beiden Spannvorrichtungen und der Hydraulikzylinder
unabhängig voneinander durch eine hydraulische Steuerung
steuerbar sind. Eine solche Gestaltung des Traktionsmolches zeichnet
sich durch eine einfache und robuste Bauweise aus und ermöglicht eine
zuverlässige Abstützung und auch Bewegung des
Bohrmotors innerhalb der Rohrtour.
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Eine
vorteilhafte Gestaltung der Spannvorrichtung hat nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung eine im Wesentlichen zylindrische Spannhülse
aus elastomerem Material, die auf einem zylindrischen Stützkörper
zwischen zwei Flanschen angeordnet ist, die relativ zueinander bewegbar
sind, wobei durch Annäherung der Flansche der Außendurchmesser
der Spannhülse radial vergrößerbar ist. Diese
Gestaltung der Spannhülse ermöglicht hohe Haltekräfte
und gewährleistet eine gute Abdichtung an der Innenwand
der Bohrrohre.
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Der
Bohrmotor kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit Druckwasser
antreibbar sein, und sein Rücklauf für das Druckwasser
kann in den Förderkanal münden. Hierdurch wird
die Rückförderung des Bohrgutes unterstützt.
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Weiterhin
kann der Förderkanal an seiner Eintrittsöffnung
einen Kaliberring aufweisen, dessen Durchmesser ca. 10% kleiner
ist als der Durchmesser des Förderkanals. Hierdurch wird
gewährleistet, dass in den Förderkanal nur Gesteinsbrocken
eindringen können, die deutlich kleiner sind als der Innendurchmesser
des Förderkanals, so dass sie sich im Förderkanal
nicht verklemmen können. Die Schneidwerkzeuge des Bohrwerkzeugs
sind hierbei so angeordnet, dass nur Gesteinsbrocken zur Eintrittsöffnung
gelangen können, die im Durchmesser kleiner sind als die Öffnung
des Kalibrierrings.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist das Bohrwerkzeug radial
bewegbare Schneidwerkzeuge auf, die durch die Schneidkräfte in
eine radial äußere Stellung bewegbar sind, wobei das
erbohrte Bohrloch einen Durchmesser hat, der gleich oder größer
ist als der Außendurchmesser der Bohrrohre und wobei die
Schneidwerkzeuge in eine radial innere Stellung bewegbar sind, in
der sie zusammen mit dem Bohrmotor durch die Bohrrohre hindurchgezogen
werden können.
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Zur
Injektion der expandierbaren Füllmasse weist die Vorrichtung
nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung eine hohlzylindrische
Kartusche auf, die mit Hilfe von Druckwasser durch die Förderleitung bis
zur Anschlussstelle des Förderkanals bewegbar ist und deren
Innendurchmesser dem Innendurchmesser des Förderkanals
entspricht, wobei in der Kartusche ein Molch angeordnet ist, der
durch eine Öffnung im Boden der Kartusche mit Druckwasser beaufschlagbar
ist und der an einem Seil einer im Schacht angeordneten Seilwinde
befestigt ist. Mithilfe dieser Kartusche kann die Füllmasse
zuverlässig in den Freiraum vor dem Bohrwerkzeug injiziert
werden und es können mehrere Injektionen nacheinander durchgeführt
werden, wenn dies erforderlich ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt
sind. Es zeigen
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1 einen
Querschnitt durch das untere Ende eines Brunnenschachts mit darin
angeordnetem Bohrgerät in der Anfangsphase der Herstellung einer
horizontalen Strangbohrung,
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2 einen
Querschnitt durch das untere Ende eines Brunnenschachts mit vorgetriebener Strangbohrung
und einer Einrichtung zum Injizieren einer Füllmasse,
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt des Injektionsbereichs.
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1 zeigt
den Sohlenbereich eines vertikalen Brunnenschachts 1 mit
einer aus Betonrohren gebildeten Schachtwand 2 und einer
betonierten Schachtsohle 3. In der Schachtwand 2 ist
eine Öffnung 4 vorgesehen, durch welche eine horizontale Strangbohrung
in den den Brunnenschacht 1 umgebenden Boden gebohrt werden
kann, um diese anschließend zu einem Fassungsstrang des
Brunnens auszubauen.
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In
dem Brunnenschacht 1 befinden sich zur Herstellung einer
Strangbohrung erforderliche Geräte. Auf einer Arbeitsbühne 10 ist
eine hydraulische Vortriebseinrichtung 11 angeordnet und
auf entgegengesetzten Seiten mit der Schachtwand 2 verspannt.
Die hydraulische Vortriebseinrichtung 11 umfasst im Wesentlichen
zwei parallel nebeneinander angeordnete, doppelt wirkende Hubzylinder
(nicht dargestellt), deren in horizontaler Richtung wirkende Vortriebskraft
mittels einer hydraulisch zu betätigenden Spannschelle 12 auf
das jeweils eingespannte Bohrrohr, hier das Anfängerbohrrohr 13, übertragen wird.
Eine unterhalb der Arbeitsbühne 10 auf der Schachtsohle 3 angeordnete
Tauchpumpe 14 fördert während der Bohrarbeiten
und während des späteren Ausbaus der Bohrung in
den Schacht eintretendes Grundwasser über eine Steigleitung 15 in
eine Absetzgrube übertage.
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In
das Anfängerbohrrohr 13 ist ein Bohrmotor 18 eingesetzt,
der ein aus dem Anfängerbohrrohr 13 herausragendes
Bohrwerkzeug 19 drehend antreibt. Der Bohrmotor 18 ist
mit seinem rückseitigen Ende an einen Traktionsmolch 20 angeflanscht.
Dieser weist zwei in einem Abstand voneinander angeordnete ringförmige
Spannvorrichtungen 21, 22 auf, mit denen er in
dem Anfängerbohrrohr 13 festgespannt ist. Durch
die Spannvorrichtungen 21, 22 wird auch der Bohrmotor 18 in
axialer Richtung und gegen Drehen im Anfängerbohrrohr 13 abgestützt.
Der Traktionsmolch 20 kann seine axiale Position innerhalb des
Bohrrohrs ändern, indem zunächst eine der Spannvorrichtungen 21, 22 gelöst,
ihr Abstand zur anderen Spannvorrichtung verändert und
die Spannvorrichtung dann wieder gespannt wird und indem anschließend
das Gleiche mit der anderen der Spannvorrichtungen 21, 22 geschieht.
Auf diese Weise kann der Traktionsmolch sich schreitend in dem Bohrrohr
bewegen und den mit ihm verbundenen Bohrmotor durch das Bohrrohr
transportieren.
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Der
Bohrmotor 18 und der Traktionsmolch 20 werden
hydraulisch mit Wasser angetrieben, das mit hohem Druck über
eine Leitung 23 von einer übertage angeordneten
Pumpe zugeführt wird. Das Rücklaufwasser wird
in einen Förderkanal 24 geleitet, der den Bohrmotor 18 und
den Traktionsmolch 20 mittig in Längsrichtung
durchdringt und auf der Rückseite des Traktionsmolchs 20 an
eine Förderleitung 25 angeschlossen ist. An der
Vorderseite des Bohrmotors 18 weist der Förderkanal 24 eine
Eintrittsöffnung für das von dem Bohrwerkzeug 19 abgetragene
Bohrgut auf. In der Förderleitung 25 hinter dem
Traktionsmolch 20 ist eine fernsteuerbare Klappe 26 angeordnet,
durch die die Förderleitung 25 verschließbar
ist. Die Förderleitung 25 führt ebenfalls
nach übertage zu einer Absetzgrube. Zur Hochförderung
des Bohrguts kann eine besondere Pumpe vorgesehen sein. In 1 ist
eine Mammutpumpe 27 gezeigt, die mit Druckluft 28 gespeist
wird.
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Der
Traktionsmolch 20 ist weiterhin an eine Spülleitung 29 angeschlossen,
durch die während des Rohrens kontinuierlich Wasser 30 unter Überdruck
zugeführt wird. Das Wasser 30 gelangt durch Kanäle
im Traktionsmolch 20 auf dessen Vorderseite und tritt an Öffnungen 31 in
einen Ringraum 32 aus, der zwischen der Außenfläche
des Bohrmotors 18 und der Innenwand des Anfängerbohrrohrs 13 gebildet
ist. Durch das Anfängerbohrrohr 13 gelangt das Wasser
zu dem Bohrwerkzeug 19, um dieses zu kühlen und
das beim Bohren abgetragene Bohrklein in den Förderkanal 24 und
durch diesen und die Förderleitung 25 zu fördern.
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1 zeigt
das Bohren der Strangbohrung 5 im Anfangsstadium, nachdem
das Bohrwerkzeug 19 eine die Öffnung 4 verschließende
Berstscheibe 33 durchbro chen hat und in den an die Schachtwand 2 angrenzenden
Boden eingedrungen ist. Das Anfängerbohrrohr 13 ist
in der Öffnung 4 geführt und mittels einer
Dichteinrichtung 34 abgedichtet. Das Anfängerbohrrohr 13 ist
in der Spannschelle 12 drehfest gehalten und wird durch
die Vortriebseinrichtung 11 in Richtung der Strangbohrung 5 gedrückt.
Die Vortriebskraft der Vortriebseinrichtung 11 wird von
dem Anfängerbohrrohr 13 über die Spannvorrichtungen 21, 22 auf
den Traktionsmolch 20 und von diesem auf den Bohrmotor 18 und
damit auf die Bohrwerkzeuge 19 übertragen, die
unter der Wirkung der Vortriebskraft und von dem Bohrmotor 18 rotierend
angetrieben in den Boden 6 vordringen.
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Das
Bohrwerkzeug 19, in 1 beispielhaft dargestellt
als Rollenbohrmeißel, ist mit radial bewegbaren Schneidwerkzeugen 35 versehen,
die unter der Wirkung der Bohrkräfte in ihre radial ausgeschwenkte
Stellung gebracht werden, in der der erzeugte Bohrlochdurchmesser
etwas größer als der Außendurchmesser
des Anfängerbohrrohrs 13 ist. Das Anfängerbohrrohr 13 kann
daher ohne großen Widerstand in das gebohrte Bohrloch eindringen.
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Ist
der Bohrvorgang so weit fortgeschritten, dass die nutzbare Vortriebslänge
des Anfängerbohrrohrs 13 verbraucht ist, so wird
der Bohrvorgang unterbrochen, um ein neues Bohrrohr an das Anfängerbohrrohr 13 anzufügen.
Hierzu wird die Klappe 26 geschlossen und die Förderleitung 25 hinter
der Klappe 26 getrennt. Die Druckwasserzufuhr über
die Leitung 23 und die Spülwasserzufuhr über
die Spülleitung 29 wird unterbrochen, und die
Leitung 23 und die Spülleitung 29 werden
ebenfalls getrennt. Die Spannschelle 12 wird geöffnet
und mit der Vortriebseinrichtung 11 in die Ausgangslage
zurückgefahren, um ein neues, anzufügendes Bohrrohr
aufzunehmen. Nach Einsetzen des neuen Bohrrohrs wird die Spannschelle 12 geschlossen,
die zuvor getrennten Leitungsverbindungen werden wieder hergestellt
und die Klappe 26 wird wieder geöffnet, so dass
der Bohrvorgang mit um ein Bohrrohr verlängerter Rohrtour
in der beschriebenen Weise fortgesetzt werden kann. Dieser Vorgang
wird so lange wiederholt, bis die Strangbohrung 5 die vorgesehene
Länge erreicht hat und der Bohrvorgang beendet werden kann.
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Damit
das nun nicht mehr benötigte Bohrgerät ausgebaut
werden und der Einbau der Filterrohre durchgeführt werden
kann, ist es nun erforderlich, die den erbohrten Strang auskleidende
Rohrtour an der Ortsbrust der Strangbohrung 5 dicht zu
verschließen. Die hierzu vorgesehenen Maßnahmen
und Einrichtungen werden nachfolgend anhand der 2 und 3 näher
beschrieben.
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In
einem ersten Schritt wird mit Hilfe des Traktionsmolches 20 der
Bohrmotor 18 und das Bohrwerkzeug 19 ein Stück
das Anfängerbohrrohr 13 der Rohrtour 36 zurückgefahren,
so dass sich das Bohrwerkzeug 19 innerhalb des Anfängerbohrrohres 13 befindet.
Bei diesem Vorgang werden die radial bewegbaren Schneidwerkzeuge 35 durch
Kontakt mit der Stirnkante des Anfängerbohrrohres 13 nach innen
geklappt, so dass sie das Zurückziehen des Bohrwerkzeugs 19 nicht
behindern. Die Bewegung des Traktionsmolches 20 wird so
gesteuert, dass immer eine der Spannvorrichtungen 21, 22 gespannt ist.
Hierdurch ist sichergestellt, dass das Eintrittsende der Rohrtour 36 (3)
durch den Traktionsmolch 20 verschlossen bleibt und das
anstehende Grundwasser nicht in die Rohrtour 36 eindringen
kann.
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Durch
das Zurückfahren des Bohrwerkzeugs 19 wird im
Bereich der Ortsbrust 37 ein Freiraum 38 geschaffen,
damit dieser mit einer expandierbaren Füllmasse ausgefüllt
und abgedichtet werden kann. Zur Vorbereitung der Injektion der
Füllmasse wird zunächst die Klappe 26 geschlossen
und dann die Förderleitung 25 im Brunnenschacht
von der nach oben führenden Steigleitung getrennt.
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Für
das Injizieren der Füllmasse ist eine hohlzylindrische
Kartusche 40 vorgesehen, deren Außendurchmesser
an den Innendurchmesser der Förderleitung 25 angepasst
und so gestaltet ist, dass sie hydraulisch durch die Förderleitung 25 bis
zu dem mit dem Traktionsmolch 20 verbundenen Anschlussende
geschoben werden kann. Die Bohrung der Kartusche 40 hat
einen Innendurchmesser, der dem im Vergleich zum Innendurchmesser
der Förderleitung 25 kleineren Innendurchmesser
des Förderkanals 24 entspricht, der den Traktionsmolch 20 und den
Bohrmotor 18 durchdringt. In der Kartuschenbohrung befindet
sich ein zylindrischer Molch 41, der an einem Anschlag
am Boden der Kartusche 40 anliegt und durch eine Öffnung
im Boden der Kartusche 40 hydraulisch beaufschlagbar ist.
Der Molch 41 ist außerdem mit einem Seil 42 verbunden,
das durch die Öffnung im Boden der Kartusche 40 und
von dort durch eine Schleusenkammer 43 zu einer Seilwinde 44 führt.
Die zu injizierende Füllmasse ist in einem lang gestreckten,
zylindrischen Behälter 46 enthalten, der vorzugsweise
aus Kunststoff besteht. Der Behälter 46 wird in
die Kartuschenbohrung eingeführt, so dass er sich vor dem
Molch 41 befindet. Anschließend wird die so gefüllte
Kartusche mit dem Boden voran von vorne in die Schleusenkammer 43 eingesetzt
und die so gefüllte Schleusenkammer 43 wird mit
dem vorderen Ende an die zum Traktionsmolch 20 führende
Förderleitung 25 angeflanscht. Die hierdurch verschlossene
Schleusenkammer 43 ist an eine Druckleitung 45 angeschlossen,
durch die Druckwasser zum Antreiben der Kartusche 40 zugeführt
werden kann. Das an dem Molch 41 in der Kartusche 40 befestigte
Seil 42 ist durch eine gedichtete Führung aus
der Schleusenkammer 43 zur Seilwinde 44 herausgeführt.
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Zur
Injektion der Füllmasse wird die Klappe 26 geöffnet
und über die Druckleitung 45 Wasser mit Überdruck
in die Schleusenkammer 43 geleitet. Hierdurch wird die
Kartusche 40 bis zum Anschlussende der Förderleitung 25 am
Traktionsmolch 20 bewegt, wo sie an der engeren Öffnung
des Förderkanals 24 festgehalten wird. Das Seil 42 wird
bei diesem Vorgang mitgezogen, wobei es sich von der Seilwinde 44 abwickelt.
Ab hier kann der Wasserdruck nur noch den Molch 41 vorantreiben,
so dass dieser die Kartusche 40 verlässt und den
Behälter 46 mit der Füllmasse vor sich
herschiebend den Förderkanal 24 entlang bewegt
wird, bis er an einem engeren Kaliberring 47 am Eingang
des Förderkanals 24 zum Stillstand kommt. Der
Behälter 46 wird durch den Kontakt mit dem Kaliberring 47 zerstört
und zusammen mit der darin enthaltenen Füllmasse durch den Kaliberring 47 und
das Bohrwerkzeug 19 in den Freiraum 38 an der
Ortsbrust 37 gedrückt. Durch chemische Reaktion
in Verbindung mit dem anstehenden Wasser expandiert die Füllmasse,
so dass sie den Freiraum 38 und den Eingang der Rohrtour 36 bis
zu dem Bohrwerkzeug 19 ausfüllt, und bindet dann
ab. Geeignete Füllmassen sind Polyurethan-Injektionsschaumharze,
die ein großes Expansionsvolumen haben und sehr schnell
abbinden.
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Nach
einer zum Abbinden der Füllmasse notwendigen Zeitspanne
wird die Schleusenkammer 43 druckentlastet und geprüft,
ob die Injektion erfolgreich war. Dies ist der Fall, wenn der Molch 41 in
der Injektionsstellung stehen bleibt und kein Wasserzufluss von
der Kopfseite her durch die Förderleitung 25 zu
beobachten ist. Mit Hilfe der Seilwinde 44 wird dann der
Molch 41 und die Kartusche 40 in die Schleusenkammer 43 zurückgezogen.
Sollte die Injektion noch keine ausreichende Abdichtung erbracht haben,
so kann sie in der beschriebenen Weise wiederholt werden.
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Nachdem
die Rohrtour 36 an der Ortsbrust durch die expandierte
Füllmasse erfolgreich abgedichtet ist, kann der Bohrmotor
mit dem Bohrwerkzeug und dem Traktionsmolch aus der Rohrtour ausgebaut
werden. Hierzu wird der Traktionsmolch 20 derart hydraulisch
angesteuert, dass er sich in Schritten durch die Rohrtour 36 zum
Brunnenschacht hin bewegt, wobei er den Bohrmotor 18 mit
dem Bohrwerkzeug 19 hinter sich herzieht. Am schachtseitigen Ende
der Rohrtour 36 angekommen, wird der Traktionsmolch 20 mit
Bohrmotor 18 und Bohrwerkzeug 19 aus der Rohrtour 36 entnommen
und bis zur erneuten Verwendung außerhalb des Brunnenschachts gelagert.
Anschließend kann in herkömmlicher Weise der Ausbau
der Strangbohrung mit Filterrohren und Kiesschüttung erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10029476
A1 [0005]
- - DE 2829834 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - E. Bieske
"Bohrbrunnen" (7. Aufl., 1992, Oldenbourg, München) [0002]