DE1634564A1

DE1634564A1 - Verschlussvorrichtung fuer die Zementinjektion in ein Bohrloch zur Verfestigung des Bodens oder einer Mauer(gruendung)

Info

Publication number: DE1634564A1
Application number: DE19651634564
Authority: DE
Inventors: Alfio Bertelli; Henri Cambefort; Georges Mazier
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1964-05-15
Filing date: 1965-05-14
Publication date: 1971-10-28
Also published as: GB1109591A; AT302202B; CH421836A; BE697830A; FR1403857A; ES313263A1

Description

DE. ING. ERNST MAIER

PATENTASfWAt₁T

8 MÜNCHEN SS

WIBKIiMATERSTR. -4 · ¹TEJtMVON BZ 80 BO, JS O 519»

A I6265 14» Mai 1965

EM/Lew/Sch

Firma SOLETANCHE (S.A.R.L.)* Paris XVIIe, 7» rue de Logelbach,

Prankreich

Verschlußvorrichtung für die Zementinjektion in ein Bohrloch zur Verfestigung des Bodens oder einer Mauer(gründung)

Die Erfindung betrifft eine Verschlußeinrichtung für den oberen Teil eines Bohrloches, die aber das Einführen des zur Verfestigung des Bodens oder einer Mauer(gründung) bestimmten Zementes zuläßt.

Man hat bereits Lederdichtungen verwendet, deren Lippen zur Bohrlochsohle gerichtet sind, die sich unter der Wirkung des Druckes an die Bohrlochwand anlegen. Solche Dichtungen sind jedoch nur dann wirksam, wenn die Bohrlochwand vollstandig glatt und zylindrisch ist, was in Praxis nicht erreicht werden kann*

Während des Absenkens kann die Dichtung darüber hinaus noch auf feuchte Stellen treffen, die sie zum Quellen bringen und dae Einbringen der Dichtung noch schwieriger

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machen. Hat man die gewünschte Tiefe erreicht, so kann die Zementinjektion ohne weiteres vorgenommen werden, da der starke Druck und die eigene Form der Dichtung ein Aufsteigen des Zements verhindern. Soll ein zweiter Arbeitsgang vorgenommen werden, so muß man die Dichtung wechseln, da das Leder zu sehr gequollen und nach der Verschiebung abgenutzt ist. Dies führt zu einem beachtlichen Zeitverlust.

Man hat auch schon Vollgummimuffen verwandt, die man einem mechanischen Druck aussetzt, so daß sie sich gegen die Bohrlochwand fest anlegen und die Abdichtung sicherstellen; ein solches Verfahren macht es aber z.B. notwendig, den Gummihohlzylinder zusammenzudrücken, indem dessen oberes Ende mit Hilfe eines mit Gewinde versehenen Teils eingetrieben wird, das man von der Oberfläche her durch eine Drehbewegung bedient. Hieraus folgt, daß solche Muffen in Tiefen in der Größenordnung von 10 m und mehr nicht schnell an ihren Ort gebracht werden können, wodurch dieses Verfahren uninteressant wird. Darüber hinaus wird der Gummi auf Grund der starken Drücke, denen er ausgesetzt 1st, zerstört.

Man hat auch schon die Verwendung von "Manschetten" vorgeschlagen, deren Aufblähen entweder durch verlorengehendes Beschickungsmaterial unter Verwendung dünnflüssigen Zements erfolgt, was oft zu einer Verstopfung der Vorrichtung führt oder die Verwendung eines von Injektionerohr unabhängigen

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Rohres für das die Manschette aufblähende Druckmedium, wodurch das Einbringen der Vorrichtung schwierig wird· Verschiedene dieser Verfahren wurden auch schon miteinander kombiniert, die Vorrichtungen weisen jedoch die Nachtelle Jedes der verwendeten Verfahren auf.

Darüber hinaus arbeiten die bekannten Vorrichtungen bestimmungsgemäß unter niedrigem Druck, und sie können den für die Verfestigung notwendigen« sehr hohen Drücken, die in der Größenordnung von 50 bis 100 kg/cm liegen, nicht standhalten·

Erfindungsgeraäß werden die genannten Schwierigkeiten dadurch gelöst, daß eine Verschlußeinrichtung» bestehend aus einer elastischen Manschette« die das Bohrgestänge umgibt, vorgesehen wird« wobei das Aufblähen durch die Injektion unter vermindertem Druck stehenden Wassers unter Zwischenschaltung eines Verteilers herbeigeführt wird, der zwischen das Bohrgestange geschaltet ist und der in geschlossener Stellung die Injektion des Zements erlaubt· ·■ ■

Nach einer ersten Ausfuhrungsform kann der Verteiler aus zwei koaxialen« ineinandergleitenden Rohren bestehen und einen Teil des Bohrgestänges bilden} das Außenrohr, auf das die Manschette aufgebracht ist« 1st mit dem unteren Ende des Bohrgestänges verbunden und weist eine,,Radialöffnung auf,

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durch die die Manschette innen mit dem Inneren des Bohrgestänges in Verbindung steht, wenn das Innenrohr in seiner, be< zogen auf das Außenrohr hohen Stellung sich befindet, so daß ein Aufblähen der Manschette auf Grund eines zeitweise das Bohrgestänge, das den Verteiler trägt, verschließenden Ventils möglieh wird, wobei dieses Ventil lösbar bzw. entfernbar ist, wenn man das obere Rohr abgesenkt hat, um die Öffnung des Außenrohres des Verteilers zu verschließen, und wenn man den im Bohrgestänge herrschenden Druck erhöht, um die Zementinjektion sicherzustellen.

Andere AusfUhrungsformen liegen selbstverständlich im Rahmen der Erfindung·

Drei beispielsweise AusfUhrungsformen einer erfindungsgemäßen Verschlußvorrichtung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 den Aufbau einer für verschiedne Ausfturnings· formen brauchbaren Manschette zeigt.

Fig. 2 zeigt In größerer Darstellung einen Teil dieser Manschette mit zylindrischen Schlitzen an der Stelle, wo an Ihren Stirnselten der Durchmesser abnimmt.

Fig. 2 zeigt eine Gesamtansicht im Axialschnitt, wodurch die Verankerung der Manschette auf einem Verteiler entsprechend einer ersten AusfUhrungsform besser verständlich wird.

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Pig. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung eine zweite

Ausführungsform, bei der der Verteiler durch Drehung betätigt wird»

Fig. 5 zeigt in ähnlicher Weise eine dritte Ausführungsform, wobei die Flüssigkeit, die das Blähen und Leeren der Manschette bewirkt, im geschlossenen Kreislauf geführt wird.

Fig. 6 zeigt eine Besonderheit des Drehverteilers,

Bei den Ausführungsformen nach den Fig, 1 bis 3 trägt der in das Bohrgestänge zwischengeschaltete, in das Bohrloch eingeführte Verteiler die Manschette, die die Abdichtung sicherstellen soll und auf den Verteiler aufgeschoben ist.

Der Verteiler besteht aus zwei koaxialen Rohren 1 und 2, die teleskopartig unten am Bohrgestänge T angebracht sind. Das obere, zugleich Innenrohr 1 gleitet in dem unteren äußeren Rohr 2, das etwas oberhalb seines unteren Endes eine oder mehrere radiale öffnungen 3 aufweist. Das Außenrohr 2, das in den torusförralgen Dichtungen 17-17* gleitet, weist noch eine Drosselstelle 4 in seinem unteren Teil auf, die zur zeitweisen Lagerung einer Kugel aus Gummi dient»

Die aufblasbare Manschette 6, deren besondere Konstruktion nachstehend beschrieben wird, erstreckt sich über das Rohr 2 zwischen zwei auf diesem klar erkennbaren Zonen,

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auf denen die Enden der Manschette durch Hülsen gehalten werden. Die Manschette ist also leicht aufzublähen; zuerst wird das Bohrgestänge in das Bohrloch abgesenkt; der durch das Bohrgestänge getragene Verteiler erreicht hierdurch die gewünschte Tiefe. Durch Hineinwerfen in das Bohrgestänge bringt man die Kugel an ihren Platz. Hiernach spritzt man Wasser durch das obere Ende des Bohrgestänges so ein, daß dieses Wasser oberhalb des unteren Rohrendes 1 verläuft und in die öffnungen 2 in der Innenseite der Manschette eindringt. In dieser Weise erfolgt der Übergang aus der Ruhestellung in die Stellung, in der die Abdichtung gewährleistet wird. Der notwendige und ausreichende aufzubringende Druck liegt im Bereich von 10 bis 12 kg/cm .

Will man nun eine Zementinjektion vornehmen, so läßt man den Oberteil des Bohrgestänges nach unten gleiten, so daß das Innenrohr 1 die Öffnungen 2 verdeckt; hierdurch wird die Manschette in ihrer Expansionslage unter der Wirkung des Druckes des darin gestauten Wassers gehalten. Hiernach braucht das Bohrgestänge nur in der Jetzt eingenommenen Lage gehalten zu werden und der Druck erhöht werden, daralt die Kugel ausgestoßen wird, die die Drosselstelle 4 verläßt und auf die Sohle des Bohrloches fällt. Sobald die Kugel ausgestoßen ist, kann Zement in das Bohrloch injiziert werden, indem der Druck auf das Bohrgestänge aufrecht erhalten wird. Hierdurch wird verhindert, daß die Versohlußeinrichtung un-

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ter der Wirkung des im Bohrloch herrschenden Druckes aufsteigt und die Offnungen 2 freigelegt v/erden.

Für den nächsten Arbeitsgang und nach Unterbrechung der Injektion hebt man den Oberteil des Bohrgestänges leicht an, so daß die öffnungen 5 des Verteilers freigelegt werden; es erfolgt eine Entleerung des in der Manschette befindlichen Wassers, da das Bohrgestänge dem Injektionsdruck nicht " mehr ausgesetzt ist. Jetzt bringt man den Verteiler auf das gewünschte Niveau und nimmt eine Reinigung des Bohrgestänges und der Verschlußeinrichtung durch eine Wasserspülung vor. Dann kann wieder eine Kugel zur Lagerung in der Drosselstelle 4 eingeführt werden, die Manschette wird für eine neue Zementinjektion wieder unter Druck gesetzt.

Dank des ringförmigen, dichten Verteilers und des

zugehörigen entfernbaren Ventils, z.B. einer Kugel, kann i

man die Manschette durch die einzig vorgesehene Leitung aufblähen und dann die Zementinjektion vornehmen, ohne daß dieser in den, dem Aufblähen dienenden Kreis eindringen kann.

Fig. 5 zeigt darüber hinaus bei der auf dem Ende des Bohrgestänges T befestigten Verschlußeinrichtung eine vollkommene Verankerung der Manschette auf dem Verteiler, wobei diese Verankerung außerhalb der gekreuzten Gewebeein-

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lage der Enden der Manschetten durch eine starke Riffelung der Außenseite des Verteilers sichergestellt wird sowie durch eine Torusdichtung 12, die zwischen dem Verteiler und dem Ende der Manschette angeordnet ist, um die Abdichtung sicherzustellen sowie schließlich durch eine Hülse, die jedes Manschettenende auf dem Verteiler anpreßt. Jede Hülse umfaßt einen äußerst dünnen, konischen Ring 1J>, der auf das Ende mit dem geringeren Durchmesser der Muffe aufgebracht wird und an seiner Stelle durch einen ebenfalls sehr dünnen Klemmkonus 14 gehalten wird, der unter dem Druck einer Schraube 15 steht.

Damit die Manschette ihrer Rolle gerecht werden kann, muß sie sich trotz ihrer besonders festen Verankerung auf dem Verteiler frei verformen können. Hierzu schafft man Diskontinuitäten in der Bewährung oder Gewebeeinlage des Gummis, sogenannter bewehrter Gummi, der diese Manschette bildet, ohne daß die Verstärkung in Längsrichtung durch diese Unterteilung der Verstärkungslagen unterbrochen wird, wodurch eine Teleskopwirkung für die Manschettenelemente sichergestellt wird«

Abgeänderte Ausführungsformen, wie sie insbesondere in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, können Drücke bis zu 100 kg/om beim Verschließen eines Bohrloches aushalten, diesen Querschnitt doppelt so groß ist, wie der der Manschette

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vor dem Blähen. Bei einem Bohrloch mit einem Durchmesser von 65 cm z.B. setzt der obengenannte Druck von 100 kg/om die Manschette einer Belastung von 3 bis 4 Tonnen aus, wenn man die Unregelmäßigkeiten des Bohrlochquerschnittes berücksichtigt, die immer größer sind als die, die auf die eigentliche Verwendung des Bohrwerkzeuges zurückgeführt werden können. Solche Drücke werden also vollkommen von den erfindungsgemäßen Manschetten aufgenommen. Diese umfassen in jeder Außenzone eine Innenverstärkung aus konzentrischen Einlagen 9* wobei die äußersten Einlagen Jeder Verstärkung vorteilhaft länger sind als die Zwischenlagen. Die Mittelzone der Manschette ist am Umfang durch Einlagen 10 verstärkt, deren Außenenden die Enden gegenüber den äußersten Einlagen 9 der Außenzonen überlappen. Diese Einlagen der Mittelzone,

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die eine kontinuierliche mechanische Festigkeit bewirken, können auch mehr nach der Seite hin sich erstrecken, die dem stärksten Druck ausgesetzt ist. Auch ist es vorteilhaft, gerade Einlagen für die gesamte Gewebeverstärkung zu verwenden, ausgenommen eine oder mehrere Zwischeneinlagen der Außenzone; diese sind vorzugsweise gekreuzt, um eine Verankerung der Manschette^ zu begünstigen und sie zu verstärken. Die Manschette weist aujMJer Seite, wo sie relativ geringeren Beanspruchungen ausgesetzt ist, einen zylindrischen Einschnitt 11 auf, der die Außenfläche der Enden mit ge» rlngerem Durchmesser der Manschette verlängert, indem er entsprechend unter dem dickeren Teil geführt ist, der sich

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über die gesamte Mitte der Manschette erstreckt und die Mit-

teleinlagen 10 umgibt. Diese eingeschnittenen Teile, deren Außenlippen auf dem Mittelteil der Manschette festgeklebt sind, erlauben das notwendige Dehnvermögen«

Nach Fig. 4 besteht der Verteiler aus einem Teil 20, das sich zum Bohrgestänge unter der Wirkung einer exzentrischen Belastung oder einem anderen geeigneten Antrieb dreht.

Das Ventil 21 steht unter der Wirkung einer Feder 22 und ermöglicht das Fließen von Wasser in den Kanal 25 und von dort in die Bohrungen 24, die vor der Innenfläche der Hülle 25 münden. Diese Hülle oder Ummantelung entspricht der der vorher beschriebenen Art. Das endgültige Lösen der so unter Druck gesetzten Hülle aus der Berührung mit der Innenwand des Bohrloches geschieht, indem man den Verteiler in Drehung versetzt, wodurch die öffnung des Rückschlagventils 28 mit der Ablaßleitung 29 in Verbindung kommt.

In Fig. 5 1st noch eine Einrichtung erkennbar, durch die die zur Aufblähung benötigte Flüssigkeit in geschlossenem Kreislauf umlaufen gelassen wird, wobei das Innere der Hülse 50 über ein Einlaßventil 51 niit einer druckdichten Kammer 52 in Verbindung kommt, die die Achse des Bohrgestänges umgibt und deren nachgiebige Innenwand 55» z.B. aus Gummi, den kontinuierlichen übergang des Bohrgestänges sicher-

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stellt· Die aus dieser Kammer stammende Flüssigkeit drückt die Hülle nur Bohrlochwand hin. Man braucht also tatsächlich nur das Bohrgestänge unter Druck zu setzen, damit die in der Kammer ?2 enthaltene.Flüssigkeit durch das Ventil 31 angestaut oder zurückgedrängt wird und auf die Innenfläche der Hülle wirkt, die gegen die Bohrlochwand gedrückt ist. Am Ende der Injizierung liegt der gleiche Fall, wie bei Fig. K beschrieben, vor, und die Kammer nimmt ihre normale dargestellte Form an, indem die Hülle so freigegeben wird.

Fig. 6 zeigt eine Torusdichtung bzw. Ringdichtung J'ty, die schräg zwischen Drehverteiler und festem Teil in einer Nut schräg zur Achse des Verteilers angeordnet ist» Entsprechend der Winkelstellung des Verteilers und der Torusdichtung JiK wird die öffnung 35 des festen Teils, in dem sich der Verteiler dreht, freigegeben bzw. verschlossen. Diese Anordnung ist allgemeiner Art, die insbesondere auch für die Ausführungsformen nach den Fig. 3» ^ und 5 anwendbar ist.

Die Erfindung wurde nur an Hand weniger Ausführungsformen erläutert. Alles nloht für die Erfindung als wesentlich Erachtete wurde fortgelassen. Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung, wobei eine mannigfaltige Zuordnung der im einzelnen beschriebenen Details zu den Jeweiligen anderen Ausführungsformen möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verschlußeinrichtung in einem Bohrloch für die Zementinjektion zur Verfestigung des Grundes bzw. des Bodens oder einer Mauer(gründung), gekennzeichnet durch eine elastische, das Bohrgestänge umgebende, mit einem Druckmedium aufzublähende Manschette und durch einen im Bohrgestänge eingesetzten Verteiler zur Zementlnjektion,

2. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler aus zwei koaxial ineinander gleitenden, Teil des Bohrgestänges bildenden Rohren besteht, wobei das äußere, die Manschette tragende Rohr mit dem unteren Ende des Bohrgestänges verbunden 1st und mit einer Radialöffnung zur Verbindung von Bohrgestänge und Manschette versehen 1st, und daß ein bei Zementinjektionsdruck entfernbares Ventil im Bohrgestänge unterhalb des Verteilers vorgesehen ist·

3» Verschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventil eine Kugel aus Gummi oder dergl. im Verteilerinnenrohr unten verwendet wird.

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h, Verschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Man· sehettenkiJrpers ein zylindrischer Einschnitt vorgesehen ist.

5. Verschlußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette auf dem geriffelten Außenrohr des Verteilers über Torusdichtun- gen zwischen Außenrohr und Manschettenenden durch eine Hülse an den Enden mit zwischengelegtem, äußerst dünnen Klemmring festgehalten wird.

6. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen sieh drehenden Verteiler, der durch eine Sperreinrichtung gesteuert wirdj durchweinen, sich zum Man» sohetteninnern Öffnenden Eintrittskanal, der durch ein Ventil gesteuert wirdι durch einen zweiten, durch ein Ven- ^v

til gesteuerten Kanal, der außerhalb des Verteilers zur " Leerung der Manschette in das Bohrloch mündet.

7« Verschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 6, gekennzeichnet durch eine, in einer Schrägnut geführte Torus- bzw. Hingdichtung, die einen sich drehenden Verteiler und einen festen, die genannte öffnung aufweisenden Teil trennt_# wobei die Öffnung je nach Verteilerstellung geschlossen bzw. freigegeben wird·

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8. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Kreislauf für das die Manschette blühende Druckmedium, z.B. Wasser oder dünnflüssiger Zement, wobei dieser Kreislauf eine Hilfskarnraer zur Speicherung des Mediums umfaßt, deren eine Wand nachgiebig ist und in der Nähe des Verteilers das Bohrgestänge koaxial umgibt.

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L e e r s e ι t e