DE10232174A1 - Injektionsvorrichtung zum Einbringen von Injektionsmedien in einen Boden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung zum Einbringen von Injektionsmedien in einen Boden, insbesondere zum Einbringen von Soilfrac-Injektionen, mit einem in ein Bohrloch (14) absenkbaren Injektionsrohr (10) mit mehreren in Längsrichtung voneinander beabstandeten Injektionsventilöffnungen (12), einem Packer (16) zum druckdichten Verschließen des Injektionsrohrs (10) benachbart oberhalb und unterhalb wenigstens einer Injektionsventilöffnung (12), einer Packerführung (20), welche über einen Injektionsschlauch (18) mit dem Packer (16) verbunden ist, und mit einer Steuereinheit (22) für die Injektion. Hierbei ist eine von der Steuereinheit (22) für die Injektion automatisiert angesteuerte, externe Zugvorrichtung (24) für den Packer (16) vorgesehen, welche zwischen zwei Injektionsvorgängen den Packer (16) automatisch in Längsrichtung des Injektionsrohrs (10) umsetzt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung zum Einbringen von Injektionsmedien in einen Boden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Packervorrichtungen werden in der Injektionstechnik zur gezielten Druckbeaufschlagung von Injektionsgut innerhalb von Injektionsbohrungen oder auch Injektionsrohren verwendet. Die Packervorrichtung dichtet während eines Injektionsvorganges das Bohrloch bzw. Rohr ab, so daß in definierten Tiefenlagen gezielte Injektionsvorgänge in das umliegende Gebirge durchgeführt werden können. Derartige Injektionsmaßnahmen werden beispielsweise in gebrächen Felsformationen oder auch Lockergesteinen zur Stabilisierung und Kompensation von Bodenverlusten bzw. Verformungen oder auch zu Abdichtungszwecken ausgeführt. In den häufigsten Anwendungsfällen werden derartige Injektionen mit einem Injektionsrohr durchgeführt, welches eine gezielte Injektion an definierten Rohröffnungen ermöglicht. Bei dem sog. Soilfrac-Verfahren werden beispielsweise zur Bauwerkssicherung für Tunnelbauarbeiten Mehrfachinjektionen über ein derartiges Injektionsrohr ausgeführt. Bei den einzelnen Arbeitsvorgängen wird die Packervorrichtung vom Bohrlochtiefsten in regelmäßigen Abständen, beispielsweise in Abstän den von 0,33m bis 2,00m, bis zum Bohrlochmund umgesetzt. Durch die wiederholte Volumenzugabe und mehrfache Beaufschlagung des Injektionsrohres werden die bodenmechanischen Parameter ständig verbessert, und es wird ein Setzungsausgleich erzielt.
• Das Versetzen bzw. Umsetzen der Packervorrichtung bzw. der Injektionspacker erfolgt manuell, wobei der Umsetzvorgang in kurzer Zeit erfolgen muß, da hierdurch der Injektionsvorgang unterbrochen wird. Diese manuellen Umsetzvorgänge stellen unproduktive Nebenzeiten dar und sind somit kostenträchtig und uneffizient. Der Umsetzvorgang ist verfahrenstechnisch erst nach Abschluß der Injektion durch Abstellen der Injektionspumpe sowie nach Druckentlastung möglich und wird auf Anweisung des Containerfahrers an die Packermannschaft ausgeführt. Durch das manuelle Versetzen des Packers kommt es zu zeitlichen Verzögerungen bei den jeweiligen Umsetzvorgängen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Injektionsvorrichtung der o.g. Art bzgl. Arbeitsgeschwindigkeit und Genauigkeit zu verbessern.
• Diese Aufgabe durch die Erfindung mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
• Bei der Injektionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß eine von der Steuereinheit für die Injektion automatisiert angesteuerte, externe Zugvorrichtung für den Packer vorgesehen ist, welche zwischen zwei Injektionsvorgängen den Packer automatisch in Längsrichtung des Injektionsrohrs umsetzt.
• Dies hat den Vorteil, daß das Umsetzen des Packers mit minimalen Zeitaufwand und besonders exakter Positionierung erfolgt.
• Besonders kurze Umsetzzeiten mit hohem Automatisierungsgrad erzielt man dadurch, daß in die Zugvorrichtung eine automatisiert angesteuerte Spannvorrichtung für den Packer integriert ist, welche den Packer vor dem Umsetzen entspannt und nach dem Umsetzen spannt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Zugvorrichtung eine Winde, die über ein separates Zugseil mit dem Packer verbunden ist, wobei die Zugvorrichtung bevorzugt seitlich neben dem Bohrloch angeordnet ist.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Zugvorrichtung eine hydraulische Greifzugvorrichtung, welche auf den Injektionsschlauch greift, wobei die Zugvorrichtung bevorzugt über dem Bohrloch und den Injektionsschlauch umgreifend angeordnet ist.
• Für einen besonders guten, druckdichten Verschluß des Bohrloches ist der Packer als Doppelpacker ausgebildet.
• Zweckmäßigerweise ist der Injektionsschlauch ein PE-Injektionsschlauch, so daß dieser eine gewünschte Flexibilität bei hoher Druckfestigkeit aufweist.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
• 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung in schematischer Schnittansicht und
• 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Injektionsvorrichtung in schematischer Schnittansicht
• Die in 1 dargestellte Injektionsvorrichtung umfaßt ein Injektionsrohr 10 mit in Längsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten Gruppen von Injektionsventilöffnungen 12, wobei das Injektionsrohr 10 in ein Bohrloch 14 abgesenkt ist. Im Injektionsrohr 10 ist ein Doppelpacker 16 angeordnet, welcher in entspanntem Zustand entlang des Injektionsrohres 10 verschiebbar ist und in gespanntem Zustand oberhalb und unterhalb einer Gruppe von Injektionsventilöffnungen das Injektionsrohr 10 druckdicht verschließt, so daß ein über einen mit dem Packer 16 verbundenen Injektionsschlauch 18 unter hohem Druck eingeführtes Injektionsmedium nur über diese Gruppe von Injektionsventilöffnungen austritt und in den umgebenden Boden injiziert wird. Die Position des Packers 16 bestimmt somit, über welche Injektionsventilöffnungen das Injektionsmedium unter hohem Druck austritt. Je nach dem, welche Injektionsventilöffnungen von der Position des Packers als Austrittsöffnungen für das Injektionsmedium gewählt sind, erfolgt die Injektion in den das Bohrloch umgebenden Boden gezielt in verschiedenen Tiefen.
• Der Packer 16 ist über den Injektionsschlauch 18 mit einer Packerführung 20 verbunden. Die Packerführung 20 ist mit einer Steuereinheit 22 für die Injektion verbunden. Zusätzlich ist eine externe Zugvorrichtung 24 für den Packer 16 vorgesehen, welche zwischen zwei Injektionsvorgängen den Packer 16 automatisch in Längsrichtung des Injektionsrohres 10 umsetzt. Die Zugvorrichtung 24 ist seitlich neben dem Bohrloch 14 angeordnet und umfaßt eine Winde, die über ein separates Zugseil 26 mit dem Packer 16 verbunden ist.
• Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß 2 ist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 die externe Zugvorrichtung 24 oberhalb des Bohrloches 14 angeordnet und als hydraulische Greifzugvorrichtung ausgebildet, welche direkt auf den Injektionsschlauch 18 wirkt.
• Das nachfolgend erläuterte Funktionsprinzip gilt für alle Ausführungsformen.
• Über eine Verbindung 28 wird die externe Zugvorrichtung 24 von der Steuereinheit 22 angesteuert und so automatisiert das Umsetzen des Packers 16 durchgeführt. Hierzu erhält die externe Zugvorrichtung 24 eine automatische Meldung über die Beendigung des Injektionsvorganges. Aufgrund dieser Meldung wird über die externe Zugvorrichtung 24 die Umsetzbewegung mit Entspannen und wieder Spannen des Packers 16 eingeleitet. Durch Programmierung und Wegmessung erfolgt eine Vorgabe für eine Ziehstrecke während eines Umsetzvorgangs in Abhängigkeit der abzufahrenden, regelmäßigen Ventilabstände. Nach Erreichen einer neuen Zielposition des Packers 16 wird automatisch eine Meldung zurück an die Injektionszentrale in Form der Steuereinheit 22 gegeben, die einen sofortigen Beginn des Injektionsvorganges automatisch einleitet. Bei Bauwerksicherungen, bei denen derartige Injektionsverfahren beispielsweise für einen aktiven Hebungsausgleich eingesetzt werden, ist über eine aktuelle Tiefenmessung die Packerposition jederzeit erkennbar und über einen Bildschirm online darstellbar. Durch diese Maßnahme wird während der durchzuführenden Hebungsinjektion ein Höchstmaß an Kontrollsicherheit für einzelne Bauwerksbereiche ermöglicht. Die Vorrichtung zum Entspannen und Spannen des Packers 16 ist beispielsweise in die separate Zugvorrichtung integriert.
• Das System zeichnet sich dadurch aus, daß die Einzelverschiebungen mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgen, so daß eine exakte Positionierung an der jeweiligen Ventilöffnung 12 sichergestellt ist. Der Einbau der Packervorrichtung 16 erfolgt wahlweise manuell oder über eine Schubvorrichtung automatisch.
• Folgende Schritte umfaßt die Injektion: Einschieben des Packers 16 in das Injektionsrohr 10 bis Endteufe, Spannen des Packers 16, Injektion, Lösen bzw. Entspannen des Packers 16 und Umsetzen in eine neuen Position, Spannen des Packers 16, Injektion, Lösen bzw. Entspannen des Packers 16 und Umsetzen in eine neuen Position usw., bis eine Endposition beispielsweise nahe dem Bohrlochmund erreicht ist.

Claims (8)

1. Injektionsvorrichtung zum Einbringen von Injektionsmedien in einen Boden, insbesondere zum Einbringen von Soilfrac-Injektionen, mit einem in ein Bohrloch (14) absenkbaren Injektionsrohr (10) mit mehreren in Längsrichtung voneinander beabstandeten Injektionsventilöffnungen (12), einem Packer (16) zum druckdichten Verschließen des Injektionsrohrs (10) benachbart oberhalb und unterhalb wenigstens einer Injektionsventilöffnung (12), einer Packerführung (20), welche über einen Injektionsschlauch (18) mit dem Packer (16) verbunden ist, und mit einer Steuereinheit (22) für die Injektion, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Steuereinheit (22) für die Injektion automatisiert angesteuerte, externe Zugvorrichtung (24) für den Packer (16) vorgesehen ist, welche zwischen zwei Injektionsvorgängen den Packer (16) automatisch in Längsrichtung des Injektionsrohrs (10) umsetzt.
2. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zugvorrichtung (24) eine automatisiert angesteuerte Spannvorrichtung für den Packer (16) integriert ist, welche den Packer (16) vor dem Umsetzen entspannt und nach dem Umsetzen spannt.
3. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugvorrichtung (24) eine Winde umfaßt, die über ein separates Zugseil (26) mit dem Packer (16) verbunden ist.
4. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugvorrichtung (24) seitlich neben dem Bohrloch (14) angeordnet ist.
5. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugvorrichtung (24) eine hydraulische Greifzugvorrichtung umfaßt, welche auf den Injektionsschlauch (18) greift.
6. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugvorrichtung (24) über dem Bohrloch (14) und den Injektionsschlauch umgreifend angeordnet ist.
7. Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Packer (16) als Doppelpacker ausgebildet ist.
8. Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionsschlauch (18) ein PE-Injektionsschlauch ist.