DE102009041627A1 - Method for probing warfare agent into earth, at e.g. highways, involves measuring geophysical parameter of space around drill head and/or drilling rod during drilling operation, and transmitting measuring results to control unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sondierung von im Erdreich befindlichen Kampfmitteln.The invention relates to a method and a device for probing in the ground ordnance.
Infolge von in der Regel kriegerischen Auseinandersetzungen sind Kampfmittel – wie z. B. nicht gezündete Bomben oder wild vergrabene Munition – in das Erdreich gelangt, deren Vorhandensein oder Lage nicht oder nicht mehr bekannt sind und in der Regel ein hohes Gefährdungspotenzial für die Umgebung bei Tiefbauarbeiten wie zum Beispiel das Verlegen von Rohren oder Kabeln darstellen.As a result of warlike conflicts are usually ordnance - such. Unleashed bombs or wild buried ammunition - enter the ground whose presence or location is not known or no longer known and usually pose a high potential hazard to the environment in civil engineering work such as laying pipes or cables.
Die bisherige Sondierung nach Kampfmitteln in Verdachtsflächen insbesondere zur Verlegung von Leitungen mit einer Verlegetiefe von mehr als 4,00 Meter unter Geländeoberkante erfolgt durch die systematische Suche mittels vertikaler Bohrungen und Magnetfeldanomaliemessungen.The previous probing of ordnance in suspected areas, in particular for the laying of pipes with a laying depth of more than 4.00 meters below ground level, is carried out by the systematic search by means of vertical boreholes and magnetic field anomaly measurements.
Dabei wird über die Trasse der neu zu verlegenden Leitung ein systematisches Bohrlochraster gelegt und jede einzelne vertikale Bohrung gemessen (magnetische Tiefensondierung/Bohrlochsondierung) und anschließend wieder verfüllt.A systematic drill hole grid is placed over the route of the new line to be laid and each vertical hole is measured (magnetic depth sounding / borehole sounding) and then backfilled.
Die Durchführung dieser Tiefensondierungen nach dem Stand der Technik wird in folgenden Arbeitsschritten durchgeführt:
- – Festlegung eines der Aufgabenstellung entsprechenden Bohrlochrasters bzw. der Bohransatzpunkte;
- – Einzeichnung aller Bohransatzpunkte auf einer Karte, einschließlich der eindeutigen Benennung und Belegung mit Koordinaten: Anlage, Einmessung und Durchführung der Bohrungen;
- – Durchführung der Bohrungen gemäß Bohrlochplanung;
- – Durchführung der Tiefensondierungen;
- – Darstellung des Umrisses der Messflächen(n) als Koordinatenzug (Polygonzug) im Lageplan;
- – Verrohrung der Bohrlöcher mit einem PVC-Rohr zu (Innendurchmesser mindestens 60 mm) und Verschleißen der Rohrunterseite mit Stopfen gegen Aufspülen vom Erdreich.
- - Defining a drill hole grid or the Bohransatzpunkte corresponding to the task;
- - Marking of all drill points on a map, including the unique designation and assignment of coordinates: installation, calibration and drilling;
- - Drilling according to wellbore planning;
- - carrying out depth soundings;
- - representation of the outline of the measuring surfaces (n) as a coordinate train (polygonal) in the site plan;
- - Piping of the drill holes with a PVC pipe to (internal diameter at least 60 mm) and wear the pipe bottom with plugs against rinsing from the soil.
Die erste Bohrung gemäß dem Bohrlochraster wird in 1 Meter-Abschnitten eingebracht. Nach jedem Abschnitt muss sondiert (frei gemessen) werden. Beim Ausbleiben von Störsignalen können die unmittelbar benachbarten Bohrlöcher ohne Unterbrechung in die angestrebte Tiefe niedergebracht und sondiert werden. Die zweite (unmittelbar benachbarte) Bohrlochreihe kann ohne Zwischenkontrolle in voller Länge niedergebracht werden, wenn sie im angestrebten Suchraster parallel zur ersten verläuft. Wenn die zweite Reihe vollständig sondiert wurde, kann die dritte ggf. nacheinander jeder weitere Bohrlochreihe ohne Unterbrechung niedergebracht werden.The first hole according to the drill hole grid is placed in 1 meter sections. After each section must be probed (freely measured). In the absence of interference, the immediately adjacent holes can be drilled without interruption in the desired depth and probed. The second (immediately adjacent) row of holes can be drilled in full length without intermediate control if it is parallel to the first in the desired search grid. If the second row has been completely probed, the third may be drilled without interruption, if necessary, each successive row of boreholes.
Die computergestützte Bohrlochsondierung umfasst die Sondierung, Erfassung und Bewertung von Magnetfeldanomalien in den Bohrlöchern. Dadurch erfolgt eine systematische Suche nach Bombenblindgängern in – in der Regel – hexagonalen Bohrlochrastern.Computer-aided borehole sounding involves the probing, detection and assessment of magnetic field anomalies in the boreholes. As a result, a systematic search is carried out for bomb blind people in - usually - hexagonal borehole screens.
Die Ergebnisse liefern Daten zur Entscheidungshilfe für Bombenbergungen und ermöglichen eine genaue Lagebestimmung von Bomben in großer Tiefe.The results provide data for bomb rescue decision support and allow accurate location of bombs at great depth.
Dieses Verfahren ist nur mit erheblichem Zeitaufwand und hohen Kosten insbesondere für den Auftraggeber verbunden. Vor allem im Bereich von Autobahnen und Eisenbahntrassen kommt es zu einer erheblichen Störung der Infrastruktur. Im Grundwasserbereich ist diese herkömmliche Methode der Sondierung kaum ausführbar. Darüber hinaus besteht eine erhebliche Gefahr für das untersuchende Personal bei der Durchführung der Bohrungen, da sich Personal und Bohrgerät direkt über den Kampfmittelverdachtsflächen und -bereichen befindet.This process is only associated with considerable expenditure of time and high costs, in particular for the client. Especially in the area of highways and railway lines, there is a significant disruption of the infrastructure. In the groundwater field, this conventional method of probing is hardly feasible. In addition, there is a significant risk to the investigator in performing the drilling because the personnel and drilling equipment is directly above the suspected ordnance areas and areas.
Bekannt sind auch Horizontalbohrverfahren, mit denen Rohrleitungen unterirdisch im Erdreich verlegt werden, ohne dass hierzu über die Verlegelänge ein offener Graben ausgehoben werden muss. Die Horizontalbohranlage bohrt zwischen zwei Gruben unterirdisch einen Kanal bzw. eine Pilotbohrung. Danach wird ein oder mehrere Produkt- oder Leerrohre eingezogen. Für die Mehrzahl aller Bohrungen sind Durchmesser von maximal 70 mm vorgesehen. Bei Einzug von Leerrohren werden später Leitungen, wie z. B. Stromleitungen oder Telekommunikationsleitungen eingezogen. Mit derartigen Bohrverfahren durchgeführte Bohrungen können bis zu mehreren 100 m lang sein. Horizontalbohranlagen arbeiten mit Zug- und Schubkraft, im Rotationsbohrverfahren, mit Spülungen und als Schlagbohranlagen. In der Regel besteht eine Horizontalbohranlage aus einer Bohrvorrichtung, einer Mischanlage für die Bohrspülung, vorzugsweise aus Bentonit sowie einer Antriebseinrichtung. Die bekannten Horizontalbohranlagen werden ausschließlich für den Vortrieb von Bohrköpfen, die mittels Bohrgestänge mit dem Bohrantrieb verbunden sind, eingesetzt. Bekannt sind auch steuerbare Bohrköpfe mittels eines Senders, der die Lage des Bohrkopfes im Erdreich angibt.Also known are horizontal drilling, with which pipelines are laid underground in the ground, without having to dug an open trench on the laying length. The horizontal drilling rig drills a channel or a pilot hole underground between two pits. Thereafter, one or more product or conduits are drawn. For the majority of all holes, a maximum diameter of 70 mm is planned. When moving in conduits later lines, such. As power lines or telecommunications lines confiscated. Holes drilled by such methods can be up to several hundred meters long. Horizontal drilling rigs work with traction and thrust, rotary drilling, flushing and percussion drilling. In general, a horizontal drilling rig consists of a drilling device, a mixing plant for drilling mud, preferably bentonite and a drive device. The known horizontal drilling rigs are used exclusively for the propulsion of drill heads, which are connected by means of drill pipe to the drill drive. Also known are controllable drill heads by means of a transmitter, which indicates the position of the drill head in the ground.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und die geeignet sind, unter Einsatz von Horizontalbohranlagen das Erdreich auf Kampfmittel bzw. Kampfmittellagerungen zu sondieren.The object of the invention is therefore to provide a method and a device which avoids the disadvantages of the prior art and which are suitable for probing the use of horizontal drilling rigs on ordnance or ordnance storage.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 und 12 bis 14 geben bevorzugte vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an. The object of the invention is solved by the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Sondierung von Kampfmitteln im Erdreich weist folgende Schritte auf:
- a) Instellungbringen einer Bohranlage an einem Ausgangspunkt, welche für horizontale Bohrungen einsetzbar ist und die mit einer Steuerungseinheit verbunden ist, vorzugsweise in der Nähe eines Kampfmittelverdachtsgebietes,
- b) Verbinden des Bohrkopfes mit dem an der Bohranlage angeordneten Bohrgestänge, wobei in dem oder am Bohrkopf oder in geringem Abstand vom Bohrkopf in oder an dem Bohrgestänge ein oder mehrere Positionierungsmessgeräte angeordnet sind, welche die Lage des Bohrkopfes im Raum messen und die Messdaten an die Steuerungseinheit übermitteln,
- c) Vortrieb einer Bohrung als Pilotbohrung in im Wesentlichen horizontaler Richtung unter oder innerhalb des Kampfmittelverdachtsgebietes zu einem Zielpunkt, vorzugsweise außerhalb des Kampfmittelverdachtsgebietes, wobei
- d) während des Bohrvortriebes oder nach Fertigstellung der Pilotbohrung kontinuierlich oder diskontinuierlich mittels ein oder mehrerer Messgeräte die geophysikalischen Parameter des Raumes um den Bohrkopf und/oder des Gestänges gemessen werden und
- e) die Messergebnisse an die Steuereinheit insbesondere einer Messauswerteeinheit zur Auswertung übermittelt werden.
- a) setting up a drilling rig at a starting point, which can be used for horizontal drilling and which is connected to a control unit, preferably in the vicinity of a suspected ordnance area,
- b) connecting the drill head to the drilling rig arranged on the drilling rig, wherein in or on the drill head or at a short distance from the drill head in or on the drill string one or more positioning measuring devices are arranged which measure the position of the drill head in space and the measurement data to the Transmit control unit,
- c) Drilling a hole as a pilot hole in a substantially horizontal direction below or within the suspected ordnance area to a target point, preferably outside the suspected ordnance area, wherein
- d) during drilling or after completion of the pilot hole continuously or discontinuously by means of one or more measuring devices, the geophysical parameters of the space around the drill head and / or the linkage are measured and
- e) the measurement results are transmitted to the control unit, in particular a measurement evaluation unit for evaluation.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messung gemäß Schritt d) während des Bohrvortriebes durch im oder am Bohrkopf oder in oder am Bohrgestänge vorzugsweise in geringem Abstand vom Bohrkopf angeordnete Messgeräte erfolgt.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the measurement according to step d) takes place during the drilling drive through measuring devices arranged in or on the drill head or in or on the drill pipe, preferably at a small distance from the drill head.
Eine weitere bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass nach Fertigstellung der Pilotbohrung gemäß dem Schritt c) in einem gesonderten Verfahrensschritt das oder die Messgeräte zur Messung von geophysikalischen Parametern in die Pilotbohrung eingeführt werden, welche entlang der Pilotbohrung den die Pilotbohrung umgebenden Raum messen und die Messergebnisse an die Steuereinheit und/oder Messauswerteeinheit übermitteln.A further preferred variant of the invention provides that after completion of the pilot hole according to step c) in a separate process step, the measuring device or instruments for measuring geophysical parameters are introduced into the pilot hole, which measure the space surrounding the pilot hole along the pilot bore and the Transmit measurement results to the control unit and / or measurement evaluation unit.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn nach Fertigstellung der Pilotbohrung gemäß dem Schritt c) am Zielpunkt ein Sondierungsrohr an das Bohrgestänge angekoppelt wird und das Sondierungsrohr durch die Pilotbohrung zurück bis zum Ausgangspunkt eingezogen wird, wobei die Messgeräte zur geophysikalischen Messung im oder am Sondierungsrohr oder Bohrgestänge angeordnet sind und während des Einzuges des Sondierungsrohres in die Pilotbohrung kontinuierlich oder diskontinuierlich den die Pilotbohrung umgebenden Raum messen und die Messergebnisse an die Steuereinheit übermitteln.The method according to the invention is particularly advantageous if, after completion of the pilot drilling according to step c), a probing tube is coupled to the drill string at the target point and the probing tube is drawn back through the pilot hole back to the starting point, the measuring instruments being used for geophysical measurement in or on the probing tube or Drill rods are arranged and during the collection of the probing tube into the pilot hole continuously or discontinuously measure the space surrounding the pilot hole and transmit the results to the control unit.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellung der Pilotbohrung gemäß dem Schritt c) am Zielpunkt ein Sondierungsrohr an das Bohrgestänge angekoppelt wird und das Sondierungsrohr durch die Pilotbohrung zurück bis zum Ausgangspunkt eingezogen wird, wobei anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt die Messgeräte zur Messung von geophysikalischen Parametern in das Sondierungsrohr eingeführt und entlang der Pilotbohrung der die Pilotbohrung umgebende Raum messen und die Messergebnisse an die Steuereinheit übermitteln.A further preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that after completion of the pilot hole according to step c) at the target point, a probing tube is coupled to the drill pipe and the sounding tube is drawn back through the pilot hole back to the starting point, then in a further process step the Measuring instruments for measuring geophysical parameters are introduced into the probing tube and measure along the pilot bore of the space surrounding the pilot bore and transmit the measurement results to the control unit.
Eine vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens gibt an, dass zur Messung oder Ermittlung der geophysikalischen Parameter Methoden auf der Basis elektromagnetischer Systeme insbesondere Bodenradar und Magnetometrie oder Gradiometrie eingesetzt werden.An advantageous and preferred embodiment of the inventive method indicates that methods for measuring or determining the geophysical parameters are used on the basis of electromagnetic systems, in particular ground radar and magnetometry or gradiometry.
Weiterhin sieht eine bevorzugte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens vor, dass sobald die Auswertungen der Messungen der geophysikalischen Parameter bestimmte Grenzwerte überschreiten, der Bohrungsverlauf durch die Steuerung des Bohrkopfes entsprechend dem Gefahrenpotenzial des vermuteten Kampfmittels angepasst werden kann.Furthermore, a preferred embodiment of the proposed method provides that as soon as the evaluations of the measurements of the geophysical parameters exceed certain limit values, the course of the bore can be adjusted by the control of the drill head in accordance with the potential danger of the suspected weapon.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders dann, wenn in die Pilotbohrung eine Bohrsuspension eingebracht wird, wobei die Bohrsuspension die Pilotbohrung abstützt und eine Kavernenbildung verhindert.The method according to the invention is particularly advantageous if a drilling suspension is introduced into the pilot bore, the drilling suspension supporting the pilot bore and preventing cavitation formation.
Eine weiterer die Erfindung ausgestaltender Verfahrensschritt ist das Einziehen eines Leitungsrohres mittels eines Einzugswerkzeuges nach Abschluss der Messungen gemäß Schritt d) in die Pilotbohrung und/oder das Sondierungsrohr, insbesondere wenn vor Einzug des Leitungsrohres mittels eines Räumwerkzeuges das Sondierungsrohr aufgeweitet oder entfernt wird.Another embodiment of the invention ausgestaltender method step is the drawing of a conduit by means of a collection tool after completion of the measurements according to step d) in the pilot hole and / or the probing tube, especially if the probe tube is expanded or removed before the introduction of the conduit by means of a broaching tool.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung Sondierung von Kampfmitteln sowie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die aus einer Bohranlage vorzugsweise einer Horizontalbohranlage, einem Bohrgestänge, einer Steuereinheit zur Steuerung der Bohrung, einem Bohrkopf oder einem Räumwerkzeug oder einem Rohreinzugswerkzeug besteht, wobei vorzugsweise zusätzlich an dem Bohrkopf und/oder dem Bohrgestänge oder dem Räum- und/oder Einzugswerkzeug mindestens eine Messeinrichtung zur Messung der Position im Erdreich angeordnet ist und/oder dass mindestens eine Messeinrichtung zur Messung von geophysikalischen Parametern angeordnet ist und dass die Messeinrichtungen mit mindestens einer Messauswerteeinheit verbunden sind, die vorzugsweise mit der Steuerungseinheit verbunden ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Spülungseinrichtung mit der Bohranlage verbunden ist.Furthermore, the object is proposed by a device probing of ordnance and for carrying out the method according to the invention, which consists of a drilling rig preferably a horizontal drilling rig, a drill string, a control unit for controlling the bore, a drill head or a broaching tool or a pipe pulling tool, wherein Preferably at least one measuring device for measuring the position in the ground is arranged in addition to the drill head and / or the drill string or the broaching and / or retracting tool and / or that at least one measuring device for measuring geophysical parameters is arranged and that the measuring devices with at least one Messauswerteeinheit are connected, which is preferably connected to the control unit. A further preferred embodiment of the invention provides that a flushing device is connected to the drilling rig.
Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Sondierungsverfahrens sind die sehr geringe Störung der Infrastruktur wie z. B. Eisenbahntrassen, Autobahnen, Bundesstraßen während der Sondierungsarbeiten.The main advantages of the probing method according to the invention are the very low disruption of the infrastructure such. As railway lines, highways, highways during the exploratory work.
Des Weiteren besteht ein deutlich geringeres Gefahrenrisiko einer Horizontalbohrung gegenüber von einer hohen Anzahl von vertikalen Bohrungen im vorgeschriebenen Rasterabstand. Dies führt zur erheblichen Erhöhung der Arbeitssicherheit durch den größeren Abstand des Bohrpersonals von den noch nicht untersuchten Kampfmittelverdachtsflächen.Furthermore, there is a significantly lower risk of a horizontal well compared to a large number of vertical holes in the prescribed grid spacing. This leads to a considerable increase in occupational safety due to the greater distance of the drilling personnel from the suspected ordnance surfaces not yet investigated.
Ganz wesentlich sind auch die Kostenvorteile des vorgeschlagenen Verfahrens und Vorrichtung gegenüber den herkömmlichen (vielen) vertikalen Sondierungsbohrungen, die zu einer Kostenminimierung führen.Very significant are also the cost advantages of the proposed method and device over the conventional (many) vertical probing holes, which lead to a cost minimization.
Nicht zuletzt ist eine erhebliche Verringerung des Zeitaufwandes der Sondierung und damit der Herstellung einer neuen Leitung mit dem vorgeschlagenen Verfahren sowie der Vorrichtung verbunden.Not least, a significant reduction in the time required for probing and thus the production of a new line with the proposed method and the device is connected.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawings.
Es zeigt
In
In
In der Regel wird sowohl am Anfang als auch am Ende der vorgesehenen Bohrtrasse eine Grube ausgehoben. Die Horizontalbohranlage
Die Bohrung wird überwiegend bereits zu Beginn schräg nach unten in das Erdreich
Hat der Bohrkopf die Zielgrube
Zum Ausräumen und Stabilisieren der Pilotbohrung
Die Steuerung des Bohrkopfes erfolgt mittels eines Senders im Bohrkopf, der den Bohrmeister über die Tiefe, Richtung, Neigung und den Winkel des Bohrkopfes informiert.The drill head is controlled by means of a transmitter in the drill head, which informs the drill master about the depth, direction, inclination and angle of the drill head.
Horizontalbohranlagen werden eingesetzt bei Rohrverlegungen in Innenstädten, bei der Unterquerung von fließenden Gewässern, Gleisanlagen, Start- und Landebahnen von Flughäfen, Straßen und Autobahnen sowie von Leitungen vorzugsweise in Naturschutzgebieten. Die vorzugsweise einzusetzenden Horizontalbohranlagen arbeiten mit Zug- und Schubkraft, im Rotationsbohrverfahren und mit Spülungen, nicht jedoch als Schlagbohranlagen wegen der Gefahr der Detonation möglicherweise vorhandener Kampfmittel.Horizontal drilling rigs are used for pipelaying in inner cities, undercrossing of flowing waters, railway tracks, runways of airports, roads and highways as well as of lines, preferably in nature reserves. The horizontal drilling rigs which are preferably to be used work with traction and thrust, in the rotary drilling method and with muds, but not as percussion drills because of the danger of detonation possibly existing ordnance.
Vorzugsweise werden Horizontalbohranlagen zur Durchführung von gesteuerten Horizontalbohrungen (HDD; Horizontal Directional Drilling) eingesetzt.Horizontal drilling rigs are preferably used for carrying out controlled horizontal drilling (HDD, horizontal directional drilling).
Mittels einer Horizontalbohranlage
Ein im Bohrkopf der Horizontalbohranlage
Wenn die Pilotbohrung
In der zweiten Phase wird diese horizontale Pilotbohrung
Über dieses Sondierungsrohr
Nachdem die Kampfmittelfreiheit festgestellt wird bzw. eventuell aufgefundene Kampfmittel durch den Kampfmittelräumdienst geborgen und beseitigt wurden, können die Arbeiten zur Verlegung der vorgesehenen Leitung
Nach der Auswertung der ermittelten und über das Datenübertragungskabel
Dazu wird – wie in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kampfmittelverdachtsbereich oder -gebietWeapon suspected area or area
- 22
- HorizontalbohranlageHorizontal drilling rig
- 33
- Eintrittsbereich der Bohrung in das ErdreichEntry area of the hole in the ground
- 44
- Zielgrubetarget pit
- 55
- Pilotbohrungpilot drilling
- 66
- Richtung des Vortriebes der BohrungDirection of propulsion of the hole
- 77
- Sondierungsrohrsounding pipe
- 88th
- Leitungsrohr und/oder LeitungConduit and / or pipe
- 99
- Kampfmittelfreier BereichWeapon-free area
- 1010
- Räumwerkzeugreamer
- 1111
- Oberirdische InfrastrukturAbove-ground infrastructure
- 1212
- Kupplungclutch
- 1313
- Richtung des Räum- oder EinzugswerkzeugesDirection of the clearing or collection tool
- 1414
- DatenübertragungskabelData transmission cable
- 1515
- Sonde mit MagnetometerProbe with magnetometer
- 1616
-
Messbereich der Sonde
15 Measuring range of theprobe 15 - 1717
- Sondierungsbereichexploratory area
- 1818
- Erdreichsoil
- 1919
- Bohrgestängedrill pipe
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