DE102020121528A1

DE102020121528A1 - Verfahren zum Herstellen einer geologischen Bohrung in einem Boden

Info

Publication number: DE102020121528A1
Application number: DE102020121528.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Hein; Stephan Hüttmann
Original assignee: Sensatec GmbH
Current assignee: Sensatec GmbH
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer geologischen Bohrung in einem Boden mit den Schritten: Anlegen einer einen Bogen beschreibenden Spülbohrung mittels eines den Bogen definierenden vorgebogenen Gestänges mit einem an dessen freien Ende angeordneten Spülkopf, Einbringen eines das Gestänge umgebenden Schutzrohrs in die vom Spülkopf geschaffene Spülbohrung, und Entfernen des Gestänges unter Verbleiben des Schutzrohrs im Boden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer geologischen Bohrung in einem Boden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Spülbohrverfahren.
Die Herstellung von geologischen Bohrungen ist für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ein bewährtes Hilfsmittel, beispielsweise zur Verlegung von Leitungen, ohne dass hierfür ein Graben ausgehoben werden müsste. Insbesondere hat sich im Rahmen der Richtbohrtechnik das Horizontalspülbohrverfahren etabliert, bei dem ausgehend von einer Startgrube mittels eines Spülkopfs ein unterirdischer Kanal zu einer Zielgrube angelegt und im Rückzug ein Produkt- oder Leerrohr eingezogen werden kann. Horizontalspülbohranlagen arbeiten mit Zug- und Schubkraft, Drehmoment (Rotation), Spülung und dynamischer Schlagkraft. Ein Horizontalspülbohrsystem besteht regelmäßig aus einer Horizontalspülbohranlage, Bentonitmischanlage und einer Antriebsstation für den Betrieb der Mischanlage.
Diese bekannten Systeme haben den Nachteil, dass zu deren Anwendung stets eine Start- und eine Zielgrube notwendig sind und aufgrund der Größe der Systeme und des flachen Bohreintrittswinkels ein großer Platzbedarf zur Herstellung derartiger Bohrungen besteht. Darüber hinaus ist die Einhaltung einer exakten Tiefenlage der Bohrung nur mit sehr hohem Aufwand zu erreichen, wobei der Kanalverlauf in der Regel nur relativ flach ausgestaltet werden kann.
Sind Bohrungen im Rahmen der Bodensanierung oder Erkundung von Altlasten unter Gebäuden erforderlich, können die bekannten Verfahren aufgrund des hohen Platzbedarfs häufig nicht genutzt werden, sodass eine einfache und effiziente Sanierung nicht erfolgen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer geologischen Bohrung in einem Boden zu schaffen, dass das Anlegen einer genau ausgerichteten Bohrung in einer definierten Tiefenlage insbesondere bei beengten Platzverhältnissen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Zusammengefasst sieht das Verfahren das Einspülen eines kleinkalibrigen Gestänges mit definiertem Biegeradius als Leitgestänge vor, bei dem das Leitgestänge anschließend durch eine größerkalibrige, flexible Schutzverrohrung überspült wird und das Leitgestänge anschließend wieder geborgen werden kann. Bevorzugt kann die größerkalibrige Schutzverrohrung nach Bergen des Leitgestänges, also ohne Leitgestänge weiter in den Boden in horizontaler Richtung eingespült werden, sodass mittels des Verfahrens eine definierte Tiefenlage und Ausrichtung der Verrohrung bewirkt werden kann.
Zur Verwendung der geologischen Bohrung für die Bodensanierung ist insbesondere vorgesehen, dass ein Filterrohr in die Schutzverrohrung eingeführt wird, nach Platzierung des Filterrohres die Schutzverrohrung gezogen wird und die Sanierung mittels des freiliegenden Filterrohrs in üblicher Weise, beispielsweise durch Linieninfiltration/-exfiltration durchgeführt werden kann. Dabei bleibt es nach dem Ziehen der Schutzverrohrung möglich, die exakte Lage des Filterrohres mittels eines Inklinometers auszumessen.
Alternativ können die definiert ein- und ausgerichteten Bohrungen auch für andere Zwecke, insbesondere zur Kampfmitteldetektion, speziell von Blindgängern, verwendet werden, indem wenigstens ein zur Kampfmitteldetektion eingerichteter Detektor in wenigstens eine zuvor eingerichtete Bohrung eingebracht wird. Da das Bohrverfahren eine exakte geometrische Anlage einer Mehrzahl von Bohrungen erlaubt, ist eine systematische Suche nach Blindgängern im Boden, insbesondere unterhalb von Gebäuden, möglich.
Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zum Herstellen einer geologischen Bohrung in einem Boden vorgeschlagen, mit den Schritten: Anlegen einer im Boden blind endenden, einen Bogen beschreibenden Spülbohrung mittels eines den Bogen definierenden vorgebogenen Gestänges mit einem an dessen freien Ende angeordneten Spülkopf, Einbringen eines das Gestänge umgebenden Schutzrohrs in die vom Spülkopf geschaffene Spülbohrung, und Entfernen des Gestänges unter Verbleib des Schutzrohrs im Boden. Dabei wird die Bohrung insbesondere derart angelegt, dass das freie Ende des Schutzrohrs im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Bevorzugt ist darüber hinaus vorgesehen, dass das freie Ende des Schutzrohrs nach dem Entfernen des Gestänges im Boden in horizontaler Richtung vorgetrieben wird. Das Vortreiben des Schutzrohrs in horizontaler Richtung kann beispielsweise durch Einspülen des Schutzrohrs mittels einer im Schutzrohr eingeführten mit einem Spülkopf versehenen Spülleitung erfolgen, wobei das Schutzrohr über eine vorbestimmte Länge im Boden vorgetrieben wird.
Das vorgebogene Gestänge ist bevorzugt aus einer Mehrzahl von miteinander lösbar verbundenen Segmenten gebildet, die beim Einspülen in den Boden sukzessive miteinander verbunden werden. Dieses ist insbesondere bei besonders beengten Platzverhältnissen von Vorteil, bei denen die Verwendung eines einstückig ausgebildeten Gestänges nicht möglich ist, weil die korrekte Ausrichtung des Gestänges durch das Vorhandensein von Gebäuden verhindert wird. Das Gestänge kann beispielsweise aus mehreren, miteinander verbindbaren Stahlrohrsegmenten gebildet sein.
Das Gestänge ist insbesondere als Kreisbogen ausgebildet, sodass sich entsprechend (jedenfalls abschnittsweise) eine kreisbogenförmige geologische Bohrung ergibt. Besonders bevorzugt weist der Kreisbogen einen Bogenwinkel von maximal ½ π rad auf, sodass eine horizontale Ausrichtung des freien Endes des Schutzrohrs bei im Wesentlichen vertikalen Einbringen des Bohrkopfs mit einem Gestänge mit einem Bogenwinkel von ½ π rad in den Boden gesichert ist. Die Gestänge können jeden beliebigen Radius, beispielsweise 6 m, 8 m, 10 m, 12 m etc., aufweisen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Anlegen der Spülbohrung mittels Einbringen des Bohrkopfs in den Boden mit einer Neigung im Bereich von 90° bis 40° zur Erdoberfläche in Richtung des anzulegenden Bogenverlaufs, also in einem sehr steilen Bohreintrittswinkel erfolgt. Der Bogenwinkel des Gestänges ist zur Ausgestaltung eines in der Horizontalen endenden Bohrung besonders bevorzugt an den Bohreintrittswinkel angepasst.
Das Schutzrohr ist bevorzugt aus Polyethylen gefertigt und speziell einstückig ausgebildet, wobei das Einbringen des das Gestänge umgebenden Schutzrohrs höchst bevorzugt unter gleichzeitigem Spülen erfolgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird das Schutzrohr vor dem Entfernen mittels eines Tonpfropfens verschlossen, wobei weiter zur Stützung der Bohrung die beim Spülbohren verwendete Spülflüssigkeit Bentonit und/oder Carboxymethylcellulose aufweisen kann.
Das Verfahren kann insbesondere ressourcenschonend durchgeführt werden, wenn die beim Spülbohrverfahren aus dem Bohrloch austretende Spülflüssigkeit aufbereitet und dem Spülkopf zugeführt wird.
Ebenso wird ein Verfahren zur Bodensanierung vorgeschlagen, bei dem nach dem Herstellen einer geologischen Bohrung gemäß der Erfindung ein Filterstrang in das Schutzrohr eingebracht, das Schutzrohrs unter Verbleib des Filterstrangs im Boden entfernt und der Boden mittels des Filterstrangs saniert wird. Hierfür werden die üblichen Verfahren zur Infiltration/Exfiltration angewendet.
Der Vorteil dieses Verfahrens zur Bodensanierung liegt in der Möglichkeit zu dessen Durchführung unterhalb schwer zugänglicher Bereiche, insbesondere unterhalb von Gebäuden, unterhalb versiegelter Flächen und in Bereichen erhöhter Leitungsdichte. Es entstehen somit keine Pegel innerhalb von Gebäuden, wobei die Wirkstoffzugabe direkt im Kontaminationshorizont vorgenommen werden kann.
Schließlich wird alternativ ein Verfahren zur Kampfmitteldetektion mittels eines Detektors vorgeschlagen, bei dem nach dem Herstellen wenigstens einer geologischen Bohrung gemäß der Erfindung ein zur Detektion von Kampfmitteln eingerichteter Detektor in die wenigstens eine Bohrung eingebracht wird, und das Vorhandensein eines Kampfmittels mittels des Detektors überprüft wird.
Hierfür ist es von Vorteil, wenn zuvor eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden geologischen Bohrungen hergestellt worden ist, wobei speziell deren horizontal verlaufende Abschnitte parallel zueinander angeordnet sind.
Als Detektor wird insbesondere ein Magnetsensor verwendet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 den horizontalen Verlauf einer geologischen Bohrung nach der Erfindung in Spülrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 den horizontalen Verlauf einer geologischen Bohrung nach der Erfindung in Spülrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
3 das Filterinventar in einem bebauten Gebiet.

1 zeigt den horizontalen Verlauf einer geologischen Bohrung nach der Erfindung in Spülrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Bohrung wurde durch Abteufen eines vertikalen Standrohres (DN125) bis zur Kleiunterkante, Einspülen eines bogenförmigen, im gezeigten Beispiel etwa 13 m langen 1 „-Stahlhohlrohres als Leitgestänge bis zur gewünschten Tiefenlage (bei etwa 8 m uGOK; unter Geländeoberkante), sodann Überspülen eines 2“-PE-Endlos-Schutzrohres entlang des Leitrohres über das Ende des Leitrohres hinaus, gefolgt vom Verschließen des Schutzrohres mittels per Wasserdruck eingepresstem Tonpfropfen und Ziehen des Leitgestänges hergestellt. Darauf erfolgte nach einer Neigungskontrollmessung der Einbau des Filterstranges im Schutzrohr und das Ziehen des Standrohres einschließlich Bentonit-Zementverpressung im Kleihorizont.
2 zeigt in Erweiterung zu dem in 1 dargestellten Beispiel die Möglichkeit, den Filterstrang über das Schutzrohr hinaus noch weiter schräg oder horizontal frei in den Untergrund einzuspülen - im in 2 dargestellten Beispiel wurden bis zu max. 6 m angenommen.
Schließlich zeigt 3 das Filterinventar in einem bebauten Gebiet mit Schrägdrains DR 1 +DR2, Fiedern 1 a+1 b sowie der erfindungsgemäß ausgeführten Bogendrains (BoDR3 bis BoDR 9) mit Radien von 8 m bzw. 12 m für Filtertiefen zwischen 7 und 12 m uGOK (uGOK: unter Geländeoberkante).
Das an der Bohrung austretende Spülwasser mit dem Spülgut wird über eine eigens hergestellte Ablaufrinne mit Pumpensumpf gefasst. Dabei sedimentiert gröberes Korn. Das trübe beladene Spülwasser wird über den Kiesfilter der Grubenwasserreinigungsanlage (GWRA) entfrachtet und anschließend in den WAK-Filtern gereinigt und entweder im Kreislauf geführt oder in die Kanalisation abgeleitet. Zum Spülen wird Trinkwasser aus dem Hydranten-versorgten Bauwasseranschluss bezogen: dadurch wird ein Kontaminationsrisiko weitgehend minimiert. Kontaminiertes (festes) Spülgut wird in einem abgedeckten Container gesammelt und entsorgt, Ableitrinne und Pumpensumpf werden nach fertiggestellter und ausgebauter Spülbohrung sukzessive zum Leitungsgraben ausgebaut.
Das in 3 zur besseren Deutlichkeit gezeigte Filterinventar mit insgesamt sechs errichteten Bogendrains (davon drei im Radius 8 m sowie drei im Radius 12 m) lässt erkennen, dass sämtliche Ansatzpunkte außerhalb des Gebäudes liegen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer geologischen Bohrung in einem Boden mit den Schritten: - Anlegen einer im Boden blind endenden, einen Bogen beschreibenden Spülbohrung mittels eines den Bogen definierenden vorgebogenen Gestänges mit einem an dessen freien Ende angeordneten Spülkopf, - Einbringen eines das Gestänge umgebenden Schutzrohrs in die vom Spülkopf geschaffene Spülbohrung, und - Entfernen des Gestänges unter Verbleib des Schutzrohrs im Boden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Schutzrohrs im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den sich an das Entfernen des Gestänges anschließenden Schritt: Vortreiben des freien Endes des Schutzrohrs im Boden in horizontaler Richtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge aus einer Mehrzahl von miteinander lösbar verbundenen Segmenten gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Bogen ein Kreisbogen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, der Kreisbogen einen Bogenwinkel von maximal ½ π rad aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlegen der Spülbohrung mittels Einbringen des Bohrkopfs in den Boden mit einer Neigung im Bereich von 90° bis 40° zur Erdoberfläche in Richtung des anzulegenden Bogenverlaufs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des das Gestänge umgebenden Schutzrohrs unter gleichzeitigem Spülen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr aus Polyethylen gefertigt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr einstückig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr vor dem Entfernen mittels eines Tonpfropfens verschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Spülbohren verwendete Spülflüssigkeit Bentonit und/oder Carboxymethylcellulose aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Spülbohrverfahren aus dem Bohrloch austretende Spülflüssigkeit aufbereitet und dem Spülkopf zugeführt wird.
Verfahren zur Bodensanierung gekennzeichnet durch die Schritte: - Herstellen einer geologischen Bohrung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gefolgt von - Einbringen eines Filterstrangs in das Schutzrohr, - Entfernen des Schutzrohrs unter Verbleib des Filterstrangs im Boden, und - Sanieren des Bodens mittels des Filterstrangs.
Verfahren zur Kampfmitteldetektion mittels eines Detektors, gekennzeichnet durch die Schritte: - Herstellen wenigstens einer geologischen Bohrung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, gefolgt von - Einbringen eines Detektors in die wenigstens eine Bohrung, und - Überprüfen des Vorhandenseins eines Kampfmittels mittels des Detektors.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Herstellen einer Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden geologischen Bohrungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, gekennzeichnet durch Herstellen einer Mehrzahl von Bohrungen, deren horizontal verlaufenden Abschnitte parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Magnetsensor ist.