DE19617196C1

DE19617196C1 - Verfahren zur Injektion von schnellreagierenden Zweikomponentensystemen, insbesondere Polyurethansystemen, zum Abdichten oder Verfestigen von Gebirge oder Erdreich sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19617196C1
Application number: DE1996117196
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Binder; Dieter Dipl Ing Boehm
Original assignee: Carbotech Berg und Tunnelbausystem GmbH
Current assignee: Carbotech Berg und Tunnelbausystem GmbH
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2016-04-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Injektion von schnellreagierenden Zweikomponentensystemen, insbesondere Polyurethansystemen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vor richtung.

Aus der DE 34 02 615 C2 ist es bekannt, Gebirge oder Erd reich durch Injizieren von zur Gebirgsverfestigung geeigne ten Medien wie beispielsweise Zweikomponentenkunstharzen zu verfestigen, wobei die Injektionen durch in Bohrlöcher ein führbare, als Packer bezeichnete Bohrlochverschlüsse vorge nommen werden.

Nach beendetem Injektionsvorgang verbleibt der Packer in dem Bohrloch (verlorener Bohrlochverschluß). Mit diesem Packer wird eine sichere Abdichtung des Bohrloches erreicht, die die Aushärtung des Kunstharzes im Injektionsraum in der gewünschten Ruhe gewährleistet.

Wird der Injektionsraum jedoch von Wasser durchflossen, ist der Einsatz von schnellreagierenden Zweikomponentensystemen, die kurz nach ihrer Vermischung aushärten, erforderlich. Diese schnellreagierenden Zweikomponentensysteme würden bei dem aus der DE 34 02 615 C2 bekannten Verfahren schon in der Zuführleitung aushärten, so daß eine Injektion nicht mehr möglich ist.

Aus der Broschüre der Fa. Bilfinger + Berger Bau AG, "Spe zialtiefbau", Eingang im Patentamt 1983, Seiten 23 bis 25, ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Injektion von schnellrea gierenden Zweikomponentensystemen der Gattung des Anspruchs 1 beschrieben. Ein Packer wird bis kurz vor das Bohrloch tiefste eingeführt, und das Injektionsmaterial wird über den Pac ker injiziert. Nach beendeter Injektion des ersten Abschnit tes wird im Abstand der Packer gesetzt und erneut injiziert. Diese Schritte werden so oft wiederholt, bis das das Bohr loch umgebene Gebirge oder Erdreich auf der gewünschten Länge mit dem schnellreagierenden Zweikomponentensystem verfestigt ist.

Aus der DE 34 04 689 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der Packer mit dem Beschickungsrohr von der Komponenten zuführleitung lösbar ist und die Zuführleitung aus dem Bohr loch herausziehbar ist.

Es werden in beiden Druckschriften nur jeweils eine Kompo nentenzuführleitung offenbart. Bei schnellreagierenden Zwei komponentensystemen besteht die Gefahr, daß es zu einem Verstopfen der Komponentenzuführleitung oder der Mischein heit durch aushärtendes Injektionsmittel kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Injektion von schnellreagierenden Zweikomponentensystemen, insbesondere von Polyurethansystemen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der gattungsgemäßen Art an zugeben, die auch Injektionen in größeren Tiefen und grö ßeren Injektionsabschnitten ermöglichen, ohne daß es zu einem Verstopfen der Komponentenzuführleitungen oder der Mischeinheit durch aushärtendes Injektionsmittel kommt.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens durch die technische Lehre des Anspruchs 1 und hinsichtlich einer Vorrichtung durch die technische Lehre des Anspruchs 4 ge löst.

Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst in dem Bereich, der gegen Wassereinbrüche abgedichtet werden soll, z. B. die Spundwand einer größeren Baugrube, ein Bohrloch hergestellt. Ist das Bohrloch standfest, kann sofort mit dem erfindungsgemäßen Injektionsverfahren begonnen werden. Bei Bohrlöchern, z. B. im Lockergestein, wird das Bohrloch durch Rohre (Bohrlochverrohrung) gesichert. In diese verrohrte Bohrung wird vorzugsweise schußweise ein sogenanntes Manschettenrohr eingeführt. Bei diesem sind in gewissen Abständen in der Rohrwand Löcher vorgesehen, die durch eine Manschette abgedichtet werden. Anschließend wird die Bohr lochverrohrung gezogen. Vorzugsweise wird der Ringraum, der durch die Bohrlochwand und das Manschettenrohr gebildet wird, mit einer Suspension, die aushärtet, verfüllt. Danach kann das erfindungsgemäße Injektionsverfahren genauso durchgeführt werden, wie bei einem standfesten Bohrloch.

In das standfeste Bohrloch bzw. in das Manschettenrohr wird die erfindungsgemäße Injektionsvorrichtung bis kurz vor das Bohrlochtiefste eingeführt. Das Injektionssystem besteht aus

- einem an sich bekannten, als Packer bezeichneten Bohr lochverschluß,
- einem kurzen Beschickungsrohr,
- einem lösbaren Verbindungsstück,
- einer Ziehvorrichtung,
- Schlauchleitungen (Komponentenleitungen).

Der fortführende oder die zuführenden Schläuche werden z. B. durch an sich bekannte Steckverbindungen mit dem Verbin dungsstück lösbar verbunden.

Die schnellreagierenden Zweikomponentensysteme, insbesondere Polyurethansysteme, werden, vorzugsweise mit einer Zweikom ponentenpumpe, über getrennte Schlauchleitungen zu dem Ver bindungsstück gepumpt und in dem Verbindungsstück zusammen geführt. Der Packer wird, wie bekannt - allerdings nahe dem Bohrlochtiefsten - in dem Bohrloch bzw. dem Manschettenrohr verspannt. In den Raum vor dem Packer (in Einschubrichtung gesehen) wird das schnellhärtende Zweikomponentensystem injiziert. So werden die Risse und Hohlräume des Baugrundes verfüllt, wodurch das Erdreich verfestigt und vorzugsweise wasserundurchlässig wird.

Nachdem der einzelne Injektionsvorgang abgeschlossen ist, wird durch die Ziehvorrichtung das Verbindungsglied gelöst und zumindest die Komponentenleitungen, vorzugsweise samt dem Verbindungsglied, aus dem Bohrloch bzw. dem Manschetten rohr gezogen.

Anschließend wird das erfindungsgemäße Injektionssystem mit einem weiteren Packer bis etwas oberhalb dem bereits ver spannten Packers eingeführt, und der Injektionsvorgang wird, wie oben beschrieben, erneut durchgeführt. Das erfindungs gemäße Injektionsverfahren wird so oft wiederholt, bis das das Bohrloch umgebende Gebirge oder Erdreich auf der ge wünschten Länge verfestigt und wasserundurchlässig ist. Das Verfahren kann ggf. bis zur Bohrlochmündung durchgeführt werden. Zur Verfestigung ausgedehnter Querschnittsflächen werden Reihen von Bohrungen in derselben Weise durchgeführt und verfestigt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Gebirg schichten oder Erdreich mit schnellhärtenden Zweikomponen tensystemen zu verfestigen und wasserdicht zu machen, da die sehr schnell reagierende Injektionsmaterialien erst unmit telbar vor dem Austritt in das Erdreich vereinigt und zur Reaktion gebracht werden. Mit diesem Verfahren können erst mals Wasserabdichtungen in größeren Tiefen mit schnellrea gierenden Zweikomponentensystemen durchgeführt werden. Das Verfahren ist für alle Abdichtungen und Verfestigungen ge eignet, bei denen eine Injektion im Bereich der Bohrloch mündung nicht ausreicht, um eine Wasserabdichtung bzw. Ver festigung zu erreichen.

Es ist somit auch möglich mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren eine Grundabdichtung von Talsperren durchzuführen. Eine andere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wäre die Fundamentunterfangung von bestehenden Gebäuden.

Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Aus führungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemäß zu ver wendenden Verfahrensschritte sowie Bauteile unterliegen hinsichtlich der Verfahrensbedingungen bzw. ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien un eingeschränkt Anwendung finden können.

Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind. In der Zeich nung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemä ßen Verfahrens,

Fig. 2 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Baugrubenabdichtung,

Fig. 3 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Grundabdichtung eines Staudammes,

Fig. 4 die Anwendung für eine Fundamentunterfangung,

Fig. 5 das lösbare Verbindungsstück mit Ziehvorrichtung in Draufsicht, Seitenansicht und einem Schnitt.

In der Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren mit den Verfahrensschritten a), b), c) sowie a₁), b₁) und c₁) darge stellt. Gemäß Verfahrensschritt a) wird in ein standfestes Bohrloch 1 eine Injektionsvorrichtung 2 mit einem Packer 3 bis kurz vor das Bohrlochtiefste 7 eingeführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die erfindungsgemäße Injektions vorrichtung 2, bestehend aus einem lösbaren Verbindungsstück mit Ziehvorrichtung und zwei getrennten Schlauchleitungen, nicht zeichnerisch dargestellt.

In Verfahrensschritt b) werden über getrennte Schlauchlei tungen die Komponenten des Zweikomponentensystems zu dem Ver bindungsstück gepumpt und in dem Verbindungsstück zusammen geführt. Der Packer 3 wird, wie bekannt, in dem Bohrloch 1 verspannt. In den Raum vor dem Packer 3 wird das schnell reagierende Zweikomponentensystem injiziert. Es breitet sich in dem angedeuteten Injektionsraum 4 aus. Nach Aushärten des Zweikomponentensystems ist der Bereich des Injektionsraumes 4 verfestigt und wasserundurchlässig.

Im Verfahrensschritt c) wird mit Hilfe der Ziehvorrichtung das lösbare Verbindungsstück sowie die Schlauchleitungen gezogen. Der Packer 3 verbleibt in dem Bohrloch 1.

Gemäß Verfahrensschritt a₁) wird in das Bohrloch 1 die Injek tionsvorrichtung 2 mit einem Packer 5 eingeführt. Der Packer 5 wird oberhalb des Packers 3 in dem Bohrloch 1 positio niert. Gemäß Verfahrensschritt b₁) wird über den Packer 5 das schnellreagierenden Zweikomponentensystem injiziert, wodurch sich in dem Injektionsraum 6 ein verfestigter Körper ausbil det. Nach Beendigung des Injektionsvorganges wird gemäß Verfahrensschritt c₁) das lösbare Verbindungsstück mit den Schlauchleitungen aus dem Bohrloch 1 gezogen.

Durch Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis c) bzw. a₁) bis c₁) wird der gesamte Bereich um das Bohrloch 1 ggf. bis zur Bohrlochmündung 8 verfestigt und wasserundurchlässig.

Aus der Fig. 2 geht hervor, daß das erfindungsgemäße Ver fahren für die Abdichtung einer Baugrube 10 für eine Groß baustelle angewendet werden. In die Baugrube 10, mit einer Spundwand 11 und einer Betonplatte als Baugrubensohle 12, drang Wasser ein. Das Erdreich 25 neben der Baugrube 10 besteht aus Lockergestein. Ein standfestes Bohrloch konnte somit nicht hergestellt werden. In ein Bohrloch 15 wurde mit einer an sich bekannten Technik ein Manschettenrohr 16 ein geführt. Dabei geht man wie folgt vor:

Das Bohrloch 15 wird mit Rohren stabilisiert. In diese Rohre wird das Manschettenrohr 16 eingeführt. Anschließend wird die Bohrlochverrohrung gezogen. Der sich bildende Ringraum zwischen der Bohrlochwand des Bohrloches 15 und dem Man schettenrohr 16 wird mit einer aushärtenden Suspension der art verfüllt, daß das Manschettenrohr 16 in dem Lockerge stein fixiert ist.

Danach kann das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfah rens durchgeführt werden. Zunächst wird im Bereich des Bohr lochtiefsten 28 durch Bohrungen 26 des Manschettenrohres 16 der Injektionsraum mit verfestigtem Injektionskörper 17 her gestellt und anschließend, wie oben dargestellt, die Injek tionskörper 18 bis 24. Der Injektionskörper 24 erstreckt sich bis oberhalb des höchsten Grundwasserstandes 14. Durch die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Injektionskörper konnte die Baugrube 10 gegen Wassereinbrü che abgedichtet werden.

In der Fig. 3 ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Ver fahrens für die Grundabdichtung einer Staumauer 30 darge stellt. Die Staumauer 30 wurde auf Felsgestein 40 errichtet. Es entstand über dem Talsperrenboden 32 ein Stausee 33. Nach einer gewissen Zeit traten unterhalb der Staumauer 30 Was serströmungen auf, die zu Wasserverlusten führten. In einem Kontrollgang 34 wurde ein standfestes Bohrloch 35 herge stellt. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anschließend derart durchgeführt, daß sich die Injektionsräume mit ver festigtem Injektionskörper 36, 37, 38 und 39 bildeten, die einen weiteren Wasserdurchtritt verhinderten.

Aus der Fig. 4 geht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Fundamentunterfangung hervor. Ein beste hendes Gebäude 41 mit Außenwänden 42 und 43 sowie einer Zwischenwand 44 weist Fundamente 45, 46 und 47 auf, die in Kies 48 eingebettet sind. In das Gebäude 41 soll ein Fahr stuhlschacht 58, der von dem Kellerboden 57 bis unterhalb der Fundamente 45 und 46 reicht, eingebaut werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Kiesuntergrund 48 verfestigt werden. Ausgehend von dem Kellerboden 57 werden Bohrlöcher 49, 50, 51 und 52 gebohrt. Anschließend werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Injektionsverfahrens die Injektionskörper 53, 54, 55 und 56 hergestellt. Dadurch wird der Kies 48 im Bereich der Fundamente 45, 46 und 47 verfe stigt. Anschließend kann der Fahrstuhlschacht 58 ausgehoben werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Fundamente 45, 46 und 47 ihre Lage verändern. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist die Fundamentunterfangung an den Außenseiten der Fun damente 45 und 47 nicht dargestellt.

In der Fig. 5 ist das erfindungsgemäße lösbare Verbindungs stück 60 in einer Schnittzeichnung (A), in Draufsicht (B) und Seitenansicht (C und D) dargestellt. An das lösbare Verbindungsstück 60 sind Schlauchleitungen 61 und 62 auf der einen Seite und ein Beschickungsrohr 63 für einen nicht dargestellten Packer angeschlossen. Die Verbindung erfolgt durch an sich bekannte Steckverbindungen mit Klammern 69, die in Bohrungen 64 gesteckt werden. Aus der Schnittzeich nung geht hervor, daß die beiden Komponenten des Zweikom ponentensystems, die durch die Schlauchleitungen 61 bzw. 62 gepumpt werden, innerhalb des Verbindungsstückes 60 zusam mengeführt und in das Beschickungsrohr 63 gepumpt werden. Dort werden sie mit Hilfe eines an sich bekannten und daher nicht dargestellten Statischen Mischers vermischt.

Aus der Draufsicht B und der Seitenansicht C und D des Ver bindungsstückes 60 ist eine Ziehvorrichtung 70 ersichtlich. Unter der Klammer 69, mit deren Hilfe das Beschickungsrohr 63 gehalten wird, ist ein Keil 65 mit einer Führungsplatte 66, die von Führungen 67 gehalten wird, angeordnet. An der Führungsplatte 66 ist außerdem ein Anschlag 68 vorgesehen.

Nach Beendigung des Injektionsvorganges wird der Keil 65 mit Hilfe eines Zugseiles 71 oder einer Zugkette in die in der Seitenansicht D dargestellte Position gezogen, in der er durch die Führungen 67 und den Anschlag 68 fixiert wird. Dabei wird die Klammer 69 derart aus dem Verbindungsstück 60 gezogen, daß das Beschickungsrohr 63 von dem Verbindungs stück 60 gelöst wird. Das Verbindungsstück 60 mit der Zieh vorrichtung 70 wird aus dem Bohrloch gezogen und mit einem neuen Beschickungsrohr sowie einem Packer für eine weitere Injektion versehen.

Bezugszeichenliste

1 Bohrloch
2 Injektionsvorrichtung
3 Packer
4 Injektionsraum
5 Packer
6 Injektionsraum
7 Bohrlochtiefstes
8 Bohrlochmündung
10 Baugrube
11 Spundwand
12 Baugrubensohle
13 Oberkante Gelände
14 Grundwasserstand
15 Bohrloch
16 Manschettenrohr
17 Injektionskörper
18 Injektionskörper
19 Injektionskörper
20 Injektionskörper
21 Injektionskörper
22 Injektionskörper
23 Injektionskörper
24 Injektionskörper
25 Erdreich
26 Bohrungen
27 Manschetten
28 Bohrlochtiefstes
30 Staumauer
31 Oberkante Gelände
32 Talsperrenboden
33 Stausee
34 Kontrollgang
35 Bohrloch
36 Injektionskörper
37 Injektionskörper
38 Injektionskörper
39 Injektionskörper
40 Felsgestein
41 Gebäude
42 Außenwand
43 Außenwand
44 Zwischenwand
45 Fundament
46 Fundament
47 Fundament
48 Kies
49 Bohrloch
50 Bohrloch
51 Bohrloch
52 Bohrloch
53 Injektionskörper
54 Injektionskörper
55 Injektionskörper
56 Injektionskörper
57 Kellerboden
58 Fahrstuhlschacht
60 Verbindungsstück
61 Schlauchleitung
62 Schlauchleitung
63 Beschickungsrohr
64 Bohrungen
65 Keil
66 Führungsplatte
67 Führung
68 Anschlag
69 Klammer
70 Ziehvorrichtung
71 Zugseil.

Claims

1. Verfahren zur Injektion von schnellreagierenden Zwei komponentensystemen, insbesondere Polyurethansystemen, zum Abdichten oder Verfestigen von Gebirge oder Erd reich, bei dem ein als Packer bezeichneter Bohrlochver schluß in ein Bohrloch eingeführt wird, wobei der Pac ker bis kurz vor das Bohrlochtiefste eingeführt wird und das Injektionsmaterial über den Packer injiziert wird, daß nach beendeter erster Injektion im Abstand vom ersten Injektionsabschnitt wiederum ein Packer gesetzt wird und Injektionsmittel injiziert wird, und die Schritte so oft wiederholt werden, bis daß das Bohrloch umgebende Gebirge oder Erdreich auf der ge wünschten Länge mit dem schnellreagierenden Zweikom ponentensystem verfestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komponenten über getrennte Leitungen zu einem mit dem Packer lösbar verbundenen Verbindungs stück gepumpt werden und im Verbindungsstück gemischt werden, daß nach beendeter Injektion des ersten Injek tionsabschnittes das Verbindungsstück mit den Leitungen vom Packer, der im Bohrloch verbleibt, gelöst und aus dem Bohrloch gezogen wird, und daß nach dem Befestigen eines weiteren Packers am Verbindungsstück der weitere Packer in das Bohrloch eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Injektion das Bohrloch mit Rohren stabilisiert, ein insbesondere als Manschettenrohr ausgebildetes Injektionsrohr in die Bohrlochverrohrung eingeführt, die Bohrlochverrohrung gezogen, und, vorzugsweise, der sich bildende Ringraum zwischen Bohrlochwand und Injek tionsrohr mit einer aushärtenden Suspension verfüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß mit der Injektion eine Abdichtung von Baugru ben, eine Grundabdichtung von Talsperren oder eine Fundamentunterfangung durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 oder 2, bestehend aus einem Packer mit Be schickungsrohr sowie zumindest einer Zuführleitung für das Zuführen von schnellreagierenden Zweikomponentensy stemen zur Injektion, wobei die Zuführleitung vom Pac ker lösbar und aus dem Bohrloch herausziehbar ist und der Packer im Bohrloch verbleibt, dadurch gekennzeich net, daß das Beschickungsrohr (63) des Packers lösbar mit einem Verbindungsstück (60) verbunden ist, in dem die getrennt über zwei Schlauchleitungen (61, 62) zu geführten Komponenten mischbar sind, und daß zum Ziehen des Verbindungsstücks (60) und der zwei mit diesem verbundenen Schlauchleitungen (61, 62) aus dem Bohrloch eine Ziehvorrichtung (70) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehvorrichtung (70) ein Zugmittel (71), wie Zugseil oder Zugkette, und einen in einer Führungsplat te (66) in Führungen (67) in Bohrlochlängsrichtung geführten Keil (65) sowie einen Anschlag (68) an der Führungsplatte aufweist, daß die lösbare Verbindung des Verbindungsstücks (60) mit dem Verbindungsrohr (63) von einer Klammer (69) gebildet ist, und daß die Verbindung mittels des an der Führungsplatte (66) angreifenden Zugmittels und über den Anschlag in Richtung Bohrloch mund bewegbaren Keiles (65) entriegelbar ist.