DE19846137A1

DE19846137A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen eines Bohrlochs

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Publication number: DE19846137A1
Application number: DE19846137A
Authority: DE
Inventors: Joachim Berg; Paul-Stefan Toth; Henry Knitsch
Original assignee: Keller Grundbau GmbH
Current assignee: Keller Grundbau GmbH
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: ATA161099A; AT413422B; DE19846137C2

Abstract

Verfahren zum Vermessen eines Bohrlochs 7. Um die Verwendung eines separaten Meßgestänges zu vermeiden, wird ein Inklinometer 13, das im unteren Ende eines Bohrgestänges 3 befestigt ist, mittels eines insbesondere drehend angetriebenen Bohrgestänges 3 beim Abteufen eines Bohrlochs 7 in dieses eingebracht. Vor dem Abteufen wird die Orientierung einer horizontalen Referenzachse des Inklinometers 13 mittels Anzeigemittel auf das obere Ende des Bohrgestänges 3 übertragen. Nach Erreichen der Endtiefe des Bohrlochs 7 wird das Bohrgestänge 3 stillgesetzt und auf eine Referenzrichtung gedreht. Während des Ziehens des Bohrgestänges 3 wird mittels des Inklinometers 13 der Neigungswinkel und die Neigungsrichtung über der Tiefe gemessen. Dazu dient eine Vorrichtung, welche ein Bohrgestänge 3 umfaßt, das rohrförmig ausgebildet ist und z. B. um eine Längsachse rotierend antreibbar ist. Zum Messen des Neigungswinkels ist im unteren Ende des Bohrgestänges 3 ein Inklinometer 13 befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Bohr lochs in einem Baugrund, bei dem mittels eines Inklinometers Neigungswinkel des Bohrlochs relativ zur Lotrechten über der Tiefe gemessen werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vor richtung zum Vermessen eines Bohrlochs.

Bei bekannten Verfahren der obenbezeichneten Art wird zunächst mittels eines Bohrgestänges ein Bohrloch in den Boden abgeteuft. Nach Ziehen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch wird ein Meß gestänge in das Bohrloch abgelassen. Das Inklinometer ist in nerhalb eines Führungsschlittens angeordnet, der sich gegen die Bohrlochwandung abstützt. Der Führungsschlitten wird schritt weise abgelassen, so daß der Neigungswinkel je Schritt gemessen wird. Ein solches Verfahren wird im VDI-Lexikon, Bauingenieurwe sen Düsseldorf, VDI Verlag 1991, beschrieben. Dieses Verfahren acht jedoch die Verwendung eines Meßgestänges notwendig, das nach dem Fertigstellen des Bohrlochs in das Bohrloch abgelassen wird. Das Vermessen von Bohrlöchern gestaltet sich somit zeit aufwendig und unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen eines Bohrlochs bereitzustellen, bei denen sich die Messungen weniger zeitintensiv und die Vorrich tung weniger aufwendig gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Inklinometer, das im unteren Ende eines Bohrgestänges befestigt ist, mittels des - insbesondere drehend angetriebenen - Bohrgestänges beim Abteufen eines Bohrlochs in dieses einge bracht wird, beim Abteufen die Orientierung einer horizontalen Referenzachse des Inklinometers auf das obere Ende des Bohr gestänges übertragen wird, das Bohrgestänge nach Erreichen der Endtiefe stillgesetzt und auf eine Referenzrichtung gedreht wird und während des Ziehens des Bohrgestänges aus dem Bohrloch mit tels des Inklinometers der Neigungswinkel und die Neigungsrich tung des Inklinometers über der Tiefe des Bohrlochs gemessen wird. Der Neigungswinkel gibt die Abweichung zur Lotrechten wieder, wobei die Neigungsrichtung die Richtung der Neigung relativ zur horizontalen Referenzachse des Inklinometers angibt.

Bei der Herstellung von Baugrubensohlen unter Verwendung des Injektionsverfahrens werden ausgehend von Bohrlöchern Injek tionsmittel zur Verfestigung des Bodens unter Druck in den Boden gepreßt. Die Bohrlöcher sind derart angeordnet, daß sich die Bereiche verfestigten Bodens überlappen und somit eine geschlos sene Sohle bilden. Die Bohrlöcher können hierbei von der Lot rechten abweichen, wenn z. B. Steinlagen oder feste Schichten durchdrungen werden mußten. Der Fußpunkt eines Bohrlochs kann somit erheblich von der geplanten Position abweichen. Um trotz dem eine Überlappung der verfestigten Bodenbereiche zu gewähr leisten, ohne daß Löcher in der Sohle entstehen, können die Bohrlöcher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Zie hens des Bohrgestänges vermessen werden. Bei zu großen Abwei chungen können somit vor Beginn der nächsten Bohrung Korrektur maßnahmen vorgenommen werden.

Um eine räumliche Messung des Neigungswinkels zu gewährleisten, wird in zwei vertikalen und im rechten Winkel zueinander an geordneten Ebenen jeweils eine Neigungswinkelkomponente gemes sen.

Zur Bestimmung des Verlaufs des Neigungswinkels können unter schiedliche Verfahren vorgesehen werden. Das Bohrgestänge kann ausgehend von der Endtiefe schrittweise aus dem Bohrloch gezogen werden, wobei der Neigungswinkel des Inklinometers über der Tiefe des Bohrlochs nach jedem Schritt gemessen wird. Das Bohr gestänge kann auch kontinuierlich aus dem Bohrloch gezogen wer den, wobei der Neigungswinkel des Inklinometers über der Tiefe des Bohrlochs kontinuierlich aufgezeichnet wird oder der Nei gungswinkel über der Tiefe zeitgetaktet oder tiefengetaktet gemessen wird.

Um eine Aussage über die Abweichung der Lage des Fußpunktes des Bohrlochs machen zu können, wird der räumliche Verlauf des Bohr lochs aus dem Verlauf des Neigungswinkels des Inklinometers über der Tiefe des Bohrlochs ermittelt.

Da bei einem Bohrgestänge, das bei der Einbringung des Bohrlochs rotiert, keine Kabel vom Inklinometer zur Oberfläche geführt werden können, können mittels des Inklinometers der Neigungs winkel über der Zeit gemessen und gespeichert werden sowie die Tiefenlage des Bohrgestänges über der Zeit in einem separaten, außerhalb des Bohrlochs befindlichen Meßgerät gemessen und ge speichert werden.

Der räumliche Verlauf des Bohrlochs kann dann ermittelt werden, indem der Neigungswinkel des Inklinometers und die Tiefenlage des Bohrgestänges über der Zeit korreliert werden.

Soweit vorstehend der Neigungswinkel angesprochen wird, schließt dies jeweils den Winkelbetrag relativ zur Vertikalen und die Winkelorientierung relativ zur Referenzrichtung ein.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Vermessen eines Bohrlochs gelöst, das ein - insbesondere um eine Längsachse rotierend antreibbares - Bohrgestänge, das rohrförmig ausgebildet ist, ein Inklinometer zum Messen des Neigungswinkels das im unteren Ende im Bohrgestänge befestigt ist, und Mittel, mit denen die Orientierung einer horizontalen Referenzachse des Inklinometers auf das obere Ende des Bohrgestänges übertragbar ist, umfaßt.

Da bei rotierend antreibbaren Bohrgestänges keine Kabel vom Inklinometer an die Oberfläche geführt werden können und Schleifringkontakte schwierig auszuführen sind sowie in den meisten Fällen eine Funkübertragung der Meßwerte nicht möglich ist, umfaßt das Inklinometer eine unabhängige Stromquelle, einen Zeitgeber und einen Datenspeicher zum Speichern von gemessenen Neigungswinkeln und Zeiten.

Das Inklinometer umfaßt vorzugsweise Mittel, die das Inklino meter in einer annähernd vertikalen Lage und im nicht rotieren den Zustand eingeschaltet halten und das Inklinometer in davon abweichenden Lagen und/oder im rotierenden Zustand ausgeschaltet halten. Hierdurch wird vermieden, daß Messungen vorgenommen werden, während ein Bohrloch abgeteuft wird oder das Bohrgestän ge in horizontaler Position gelagert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß am unteren Ende des Bohrgestänges ein Bohrkopf angeordnet ist mit zumindest einem Durchflußkanal, der ein Durchströmen des Bohrkopfes mit Spülflüssigkeit ermöglicht, sowie mit Mitteln, die das Inklino meter gegen die Spülflüssigkeit abgedichtet aufnehmen und im Bohrkopf befestigen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Hierin zeigt

Fig. 1 die Ansicht eines Bohrgeräts umfassend ein Raupenfahr zeug und ein Bohrgestänge, mittels dessen ein Bohrloch in den Boden eingebracht wird,

Fig. 2 einen Rohrabschnitt des Bohrgestänges mit einer Vor richtung zur Aufnahme eines Inklinometers im Längs schnitt.

Fig. 1 zeigt ein Bohrgerät 1, einen vertikal aufgestellten Mäkler 2 und ein Bohrgestänge 3. Das Bohrgestänge 3 ist an sei nem oberen Ende mit einer Halterung 4 und einem Swivel 5 mit dem Mäkler verbunden. Die Halterung 4 und der Swivel 5 lassen sich vertikal am Mäkler 2 verfahren. Der Swivel 5 dient zum Anschlie ßen von Leitungen zum Einleiten von z. B. Suspension, Wasser oder Luft, wobei die Leitungen nicht dargestellt sind. Unterhalb der Halterung 4 ist ein Drehkopf 6 zum Antreiben des Bohrgestänges 3 angeordnet, welcher am Mäkler 2 vertikal verschoben werden kann. Das Bohrgestänge 3 ist durch den Drehkopf 6 hindurchge steckt. Zum Abteufen eines Bohrlochs 7 in einen Baugrund 8 wird die Halterung 4 und der Drehkopf 6 und somit das Bohrgestänge 3 abgesenkt.

Das Bohrgestänge 3 umfaßt mehrere Rohrabschnitte 9, 9', 9'', einen Bohrkopf 10 sowie einer Bohrkrone 11 am unteren Ende des Bohrgestänges 3. Die Rohrabschnitte 9, 9', 9'' und der Bohrkopf 10 sind miteinander verschraubt. Am oberen Ende des Bohrgestän ges 3 wird dieses mittels des Drehkopfes 6 rotierend angetrie ben. Am unteren Ende des Mäklers 3 ist eine Abfangvorrichtung 12 vorgesehen, mittels derer das Bohrgestänge 3 axial geführt wird. In dem Bohrkopf 10 ist ein Inklinometer 13 vorgesehen, das die Neigung des Bohrkopfs 10 und somit die Neigung des Bohrlochs 7 mißt.

Vor dem Abteufen des Bohrlochs 7 wird die Orientierung einer horizontalen Referenzachse des Inklinometers 13 auf das obere Ende des Bohrgestänges 3 übertragen.

Umfaßt das Bohrgestänge 3 wie gezeigt mehrere miteinander ver schraubte Rohrabschnitte 9, 9', 9'', so muß dieser Vorgang nach jedem Anfügen eines neuen Rohrabschnitts 9, 9', 9'' durchgeführt werden. Hierbei kann zunächst der Bohrkopf 10 mit dem Inklino meter 13 auf eine Referenzrichtung gedreht werden. Am oberen Ende des Mäklers 2 wird die Drehposition des Bohrgestänges 3 relativ zum Mäkler 2 am oberen Ende des Bohrgestänges 3 mar kiert. Nach dem Abteufen eines Teilabschnitts des Bohrlochs 7, also nach Einbringen des Rohrabschnitts, wird das Bohrgestänge 3 wieder in die markierte relative Drehposition zum Mäkler 2 gedreht. Nach Anfügen des nächsten Rohrabschnitts wird die Dreh position des Bohrgestänges 3 relativ zum Mäkler 2 am oberen Ende des neuen Rohrabschnitts markiert. Vor jedem Anfügen eines neuen Rohrabschnitts wird dieser Vorgang wiederholt.

Nach Erreichen der Endtiefe wird das Bohrgestänge 3 stillge setzt, so daß es nicht mehr rotiert. Sodann wird das Bohrgestän ge 3 in eine Referenzrichtung gedreht. Dadurch wird das Inklino meter 13 zu einem ruhenden Referenzsystem, beispielsweise der Nord-Süd-Richtung oder einer Achse eines Bauwerks, eindeutig festgelegt. Im nicht rotierenden Zustand wird das Bohrgestänge 3 aus dem Bohrloch 7 gezogen, wobei der Neigungswinkel gemessen wird. Das Bohrgestänge 3 kann schrittweise aus dem Bohrloch 7 gezogen werden. Dabei wird nach jedem Schritt der Neigungswinkel des Inklinometers 13 über der Tiefe des Bohrlochs 7 gemessen. Ebenso ist es möglich, daß das Bohrgestänge 3 kontinuierlich aus dem Bohrloch 7 gezogen wird. Dabei kann der Neigungswinkel über der Tiefe kontinuierlich aufgezeichnet werden oder aber zeitge taktet oder tiefengetaktet gemessen werden.

Fig. 2 zeigt den Bohrkopf 10 gemäß Fig. 1 im Längsschnitt. Der Bohrkopf 10 ist an seinen Enden mit konischen Innengewinden 14, 15 versehen. In das obere Innengewinde 14 läßt sich ein weiterer Rohrabschnitt über ein Verbindungsstück einschrauben. In das untere Innengewinde 15 ist ein Verbindungsstück 16 einge schraubt, das rohrförmig ausgebildet ist und an seinen Enden jeweils ein konisches Außengewinde 17, 18 aufweist. An das unte re konische Außengewinde 17 läßt sich eine Bohrkrone aufschrau ben. Koaxial zum Bohrkopf 10 ist ein Innenrohr 19 angeordnet. Am oberen Ende des Innenrohrs 19 ist ein Boden 20 vorgesehen. Am unteren Ende des Innenrohrs 19 ist ein Deckel 21 in ein Innenge winde 22 des Innenrohrs 19 eingeschraubt. Somit ist ein Hohlraum 23 gebildet, in dem ein Inklinometer aufgenommen werden kann. Das Innenrohr 19 ist mittels Bolzen 24 radial beabstandet von einer Innenfläche 25 des Bohrkopfes 10 angeordnet. An den Enden weist das Innenrohr 19 Bleche 28, 29 auf, die zum einen eine radiale Beabstandung des Innenrohrs 19 von der Innenfläche 25 des Bohrkopfes 10 und zum anderen eine axiale Sicherung des Innenrohrs 19 gewährleisten.

Das Verbindungsstück 16 stützt sich axial gegen die Bleche 28 am unteren Ende des Innenrohrs 19 ab und drückt das Innenrohr 19 mit den Blechen 29 am oberen Ende des Innenrohrs 19 gegen eine Ringschulter 30 im Bohrkopf 10. Zwischen einer Außenfläche 26 des Innenrohrs 19 und der Innenfläche 25 des Bohrkopfs 10 ist ein ringförmiger Durchflußkanal 27 gebildet. Somit kann Spül flüssigkeit in den Bohrkopf 10 eingebracht werden, dort durch den Durchflußkanal 27 fließen und in einen am unteren Ende des Bohrkopfs 10 eingeschraubten Bohrkrone strömen.

Bezugszeichenliste

1

Bohrgerät

2

Mäkler

3

Bohrgestänge

4

Halterung

5

Swivel

6

Drehkopf

7

Bohrloch

8

Baugrund

9

,

9

',

9

'' Rohrabschnitt

10

Bohrkopf

11

Bohrkrone

12

Abfangvorrichtung

13

Inklinometer

14

,

15

konisches Innengewinde

16

Verbindungsstück

17

,

18

konisches Außengewinde

19

Innenrohr

20

Boden

21

Deckel

22

Innengewinde

23

Hohlraum

24

Bolzen

25

Innenfläche

26

Außenfläche

27

Durchflußkanal

28

Blech

29

Blech

30

Ringschulter

Claims

1. Verfahren zum Vermessen eines Bohrlochs (7) in einem Bau grund (8), bei dem
ein Inklinometer (13), das im unteren Ende eines Bohrge stänges (3) befestigt ist, mittels des insbesondere dre hend angetriebenen- Bohrgestänges (3) beim Abteufen eines Bohrlochs (7) in dieses eingebracht wird,
beim Abteufen die Orientierung einer horizontalen Referenz achse des Inklinometers (13) auf das obere Ende des Bohr gestänges (3) übertragen wird,
das Bohrgestänge (3) nach Erreichen der Endtiefe still gesetzt und auf eine Referenzrichtung gedreht wird und
während des Ziehens des Bohrgestänges (3) aus dem Bohrloch (7) mittels des Inklinometers (13) der Neigungswinkel und die Neigungsrichtung des Inklinometers (13) über der Tiefe des Bohrlochs (7) gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Inklinometer (13) in zwei vertikalen und im rechten Winkel zueinander angeordneten Ebenen jeweils eine Neigungswinkelkomponente gemessen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3) ausgehend von der Endtiefe schrittweise aus dem Bohrloch (7) gezogen wird und daß der Neigungswinkel des Inklinometers (13) rüber der Tiefe des Bohrlochs (7) nach jedem Schritt gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3) ausgehend von der Endtiefe konti nuierlich aus dem Bohrloch (7) gezogen wird und daß der Neigungswinkel des Inklinometers (13) über der Tiefe des Bohrlochs (7) kontinuierlich aufgezeichnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3) ausgehend von der Endtiefe konti nuierlich aus dem Bohrloch (7) gezogen wird und daß der Neigungswinkel des Inklinometers (13) über der Tiefe des Bohrlochs (7) zeitgetaktet oder tiefengetaktet gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Verlauf des Bohrlochs (7) aus dem Verlauf des Neigungswinkels des Inklinometers (13) über der Tiefe des Bohrlochs (7) ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Inklinometers (13) der Neigungswinkel über der Zeit gemessen und gespeichert wird und daß in einem separaten, außerhalb des Bohrlochs (7) befindlichen Meßge rät die Tiefenlage des Bohrgestänges (3) über der Zeit gemessen und gespeichert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Verlauf des Bohrlochs (7) ermittelt wird, indem der Neigungswinkel des Inklinometers (13) und die Tiefenlage des Bohrgestänges (3) über der Zeit korreliert werden.

9. Vorrichtung zum Vermessen eines Bohrlochs (7), welches ein -insbesondere um eine Längsachse rotierend antreib bares- Bohrgestänge (3), das rohrförmig ausgebildet ist, ein Inklinometer (13) zum Messen des Neigungswinkels, das im unteren Ende des Bohrgestänges (3) befestigt ist, und Mittel, mit denen die Orientierung einer horizontalen Refe renzrichtung des Inklinometers (13) auf das obere Ende des Bohrgestänges (3) übertragbar ist, umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Inklinometer (13) eine unabhängige Stromquelle, einen Zeitgeber und einen Datenspeicher zum Speichern von gemessenen Neigungswinkeln und Zeiten umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Inklinometer (13) Mittel umfaßt, die das Inklino meter (13) in einer annähernd vertikalen Lage und im nicht rotierenden Zustand eingeschaltet halten und das Inklinometer (13) in davon abweichenden Lagen und/oder im rotierenden Zustand ausgeschaltet halten.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Bohrgestänges (3) ein Bohrkopf (10) angeordnet ist mit zumindest einem Durchflußkanal (27), der ein Durchströmen des Bohrkopfes (10) mit Spülflüssigkeit ermöglicht, sowie mit Mitteln (19, 21), die das Inklino meter (13) gegen die Spülflüssigkeit abgedichtet aufnehmen und im Bohrkopf (10) befestigen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (3) mehrere miteinander verschraubte Rohrabschnitte (9, 9', 9'') umfaßt.