DE19930504A1 - Verfahren zum Auffahren von Strecken in stark wasserführenden Schichten und dafür geeignete Bohreinrichtung - Google Patents

Abstract

Mit Hilfe eines neuen Verfahrens wird der Außenrohrstrang 13 nach Abschluss der Bohrarbeiten einschließlich der Bohrkrone 15 in der Bohrung 54, 55, 56, 57, 58, 59 belassen. Diese verlorene Rohrtour wird durch eine metallische Verbindung bzw. Abdichtung 22 zwischen den Rohren 18, 19 des Rohrstranges 12 und durch Ineinanderschieben der Innenbohrkrone 16 in die Außenbohrkrone 17 und dem zusätzlichen Einbringen eines Verschlusstopfens 27 in die Außenbohrkrone 17 so abgedichtet, dass das durch einen aus Kuststoff bestehenden im Nachhinein eingebrachten Rohrstrang 28 fließende Kältemittel nicht ins Gebirge austreten kann. Eine sichere Erzeugung eines Eismantels rund um den vorgesehenen Hohlraum bzw. die geplante Verbindungsstrecke 3 ist so erreichbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Hohlräumen in stark wasserführenden Schichten mit Hilfe der Vereisungstechnik, bei der zunächst rund um den späteren Hohlraum Bohrungen hergestellt und diese dann zum Zirkulieren des Käl­ temittels ausgerüstet und so lange mit dem Kältemittel beschickt werden, bis sich ein ausreichender Eismantel um den späteren Hohlraum gebildet hat. Die Erfindung betrifft außerdem eine Bohreinrichtung zum Herstellen von Gefrierbohrungen in stark wasser­ führenden Schichten mit einer Außen- und Innenrohrstrang antreibenden Bohrmaschine, einer Bohrlafette und dem Außen- und Innenrohrstrang zugeordneten Bohrkrone zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Durchführung von Gründungsarbeiten, der Herstellung von Hohlräumen sowie beim Vorantreiben von unterirdischen Trassen in stark wasserführenden und kohäsionslosen Schichten findet die Vereisungstechnik des Gebirges Anwendung. Es werden sowohl im oberflächennahen Bereich, wie auch beim Abtaufen von Schächten Hohlräume bzw. Strecken oder Schächte mit mehreren Metern Durchmesser aufgefah­ ren, nachdem ein entsprechender Eismantel die notwendige Sicherung während der Herstell- und Abtäufarbeiten erbracht hat. Ziel der Vereisungstechnik ist es dement­ sprechend, einen geschlossenen, dickwandigen Eispanzer im Gebirge herzustellen, der einerseits drohende Wasserzuflüsse sicher verhindert und zum anderen durch Eisbildung einen festen, tragfähigen Zusammenhalt des Lockergebirges ermöglicht. Für die Ver­ eisungstechnik müssen sogenannte Gefrierbohrungen hergestellt werden, durch die das Kältemittel bei Temperaturen bis -28°C zirkulieren kann. Das Gefrierrohr bekommt so die Funktion eines Wärmetauschers, wobei sich um das Gefrierrohr ein ringförmiger dichter Eismantel ausbildet. Der jeweilige Vereisungsmantel um die Gefrierrohre wächst schließlich zu eine geschlossenen Schicht zusammen. Für die Ausbildung der Eisschicht und deren Gleichförmigkeit ist es von höchster Bedeutung, dass die Gefrier­ rohre parallel zu einander mit geringstmöglicher Abweichung verlaufen. Die Gefrier­ rohre werden nach Herstellung der entsprechenden Bohrungen in diese eingeschoben und bestehen ans einem Außen- und einem Innenrohr, so dass das Kältemittel durch das Innenrohr bis zum Bohrlochtiefsten gepumpt werden kann, um von dort an der Innen­ wand des Außenrohrs vorbeistreichend wieder zurückgeführt zu werden. Das Kälte­ mittel wird dann in einer entsprechenden Kühlmaschine wieder auf -28°C abgekühlt, um erneut eingesetzt zu werden. Dort, wo das Lockergebirge oder gar der Schwimm­ sand das Austauschen der Bohrrohre gegen die Gefrierrohre nicht zulässt, hat man in der Vergangenheit bereits den Außenrohrstrang im Gebirge belassen und nach entspre­ chender Abdichtung und dem Gewinnen der Bohrkrone Kunststoffrohre eingeschoben, über die die Zirkulation des Kältemittels sichergestellt wird. Bei einem derartigen Ver­ bleiben der Rohrtour im Bohrloch besteht die Gefahr, dass an den Verbindungsstellen der Bohrrohre aufgrund von Undichtigkeiten Kältemittel austritt. Dies ist deshalb be­ sonders problematisch, weil in diesem Bereich ein Gefrieren des Schwimmsandes oder des Lockergebirges nicht mehr möglich ist. Es kommt dann unter Umständen nicht mehr zu dem notwendigen Dichtmantel. Problematisch ist außerdem, dass im Bereich des Bohrlochtiefsten eine Abdichtung schwierig ist, weil dort während der Bohrarbeiten die mehr oder weniger aufwendige Bohrkrone im Einsatz ist, die das Abdichten in diesem Bereich erschwert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gefrierbohrungen und eine Bohreinrichtung zu schaffen, die auch bei extremen Bedingungen, schlechten Gebirgen u. ä. eine einfache und sichere Vereisung des Hohl­ raumrandes ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Außenrohr­ strang einschließlich der Bohrkrone nach Fertigstellung der Bohrung als verlorene Rohrtour im wasserführenden Gebirge belassen wird, dass die verlorene Rohrtour im Bereich der Bohrkrone diese mit einschließend zum Bohrlochtiefsten hin abgedichtet wird und dass dann mit Abstandshaltern ausgerüstete Kunststoffrohre geringeren Durchmessers bis zur Abdichtung eine Zirkulation ermöglichend vorgeschoben und fixiert und dann mit Kältemittel beschickt werden.

Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens ist es mit der notwendigen Sicherheit möglich, den Außenrohrstrang im Gebirge, d. h. in der Bohrung zu belassen und ihn nun als Außenmantel für das Gefrierrohr einzusetzen. Da die Bohrkrone im Bohrloch­ tiefsten verbleibt und auf besonders geschickte Art und Weise als Dichtmittel mit einge­ setzt wird, kann die notwendige Abdichtung in diesem kritischen Bereich sichergestellt werden. Da die Bohrkrone nur einen einzigen Einsatzfall überstehen muss, kann hier eine Form und sie kann aus einem Material hergestellt werden, der eine Abdichtung gegenüber der Außenbohrkrone ermöglicht. Die Innenbohrkrone wird nämlich nach Fertigstellung der Bohrung quasi in die Außenbohrkrone hineingezogen, sodass auf diese Art und Weise bereits eine weitgehende Abdichtung gesichert ist. Weiter hinten ist erläutert, dass durch zusätzliche Dichtungselemente eine auch höhere Drücke aushal­ tende Abdichtung geschaffen ist. Die Kunststoffrohre werden dann mittels der Ab­ standshalter so innerhalb des Außenrohrstranges positioniert, dass das Kältemittel vor­ teilhaft gleichmäßig an der Innenwand des Außenrohrstranges vorbeigeführt werden kann, um so als Wärmetauscher zu wirken. Mit Hilfe des Doppelkopfdrehbohrens wer­ den dabei die Bohrungen so parallel zueinander verlaufend hergestellt, dass sich an­ schließend beim Beschicken mit dem Kältemittel ein rundum dichter und gleichförmiger Eismantel einstellt. Nach Fertigstellung dieses Eismantels kann dann der entsprechende Kern bergmännisch oder auf andere Art und Weise hereingewonnen werden, worauf hin dann die Strecke wie üblich gegen das wasserführende Gebirge abgedichtet wird, sodass dann die Vereisung eingestellt und der entsprechende Hohlraum bzw. die Strek­ ke in Betrieb genommen werden kann.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohre des Außenrohrstrangs beim Verbinden miteinander eine metallische Abdichtung ergebend ineinander fixiert werden. Diese metallische Abdichtung, die mit einer ent­ sprechenden Gewindeverbindung korrespondierend hergestellt wird, erlaubt die Über­ tragung eines hohen Drehmomentes wie auch die Aufnahme hoher Druck- und Zug­ kräfte, um so das Rohr ggf. auch wieder ziehen zu können. Vor allem zeichnet sich diese metallische Abdichtung aber durch eine hohe Dichtheit aus, sodass Probleme durch Austreten von Kältemitteln nicht auftreten können und zwar auch dann nicht, wenn der Außenrohrstrang aufgrund der Bohrarbeiten in gewisser Hinsicht bereits be­ ansprucht ist. Die entsprechende metallische Dichtung wird durch entsprechende Ausge­ staltung der durch das Gewinde zu verbindenden Rohre erreicht.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Bohrvorrichtung, bei der die Rohre des Außenrohrstranges aus einem Tieftemperaturstahl gefertigt und über eine metalli­ sche Verbindung miteinander koppelbar sind, bei der der Innenrohrstrang lösbar mit der in der Außenbohrkrone festsetzbaren Innenbohrkrone verbunden ist und bei der die Bohrkrone und ein in das Rohr des Außenrohrstranges einführbarer Verschlussstopfen den Außenrohrstrang zusätzlich nach innen und außen abdichtend ausgebildet sind.

Bei einer derartigen Ausbildung einer Bohreinrichtung ist es zunächst einmal möglich, die notwendige absolut sichere Dichtung der Rohre des Außenrohrstranges sicherzustellen. Die metallische Verbindung und Dichtung sorgt dafür, dass auch bei extremen Temperaturunterschieden und auch axialen und sonstigen Belastungen die "Dichtung" im Verbindungsbereich nicht beeinträchtigt werden kann. Über den Innen­ rohrstrang wird die Innenbohrkrone in der Außenbohrkrone festgesetzt, sodass die Bohrkrone einen ersten Dichtungsbereich bildet. Den zweiten Dichtungsbereich bildet dann der nach dem Herausziehen des Innenrohrstranges in den Außenrohrstrang einge­ schobene Verschlussstopfen, der im Bereich der Bohrkrone und im Innenbereich des Außenrohrstranges bzw. der Außenbohrkrone festgesetzt wird. Diese mehrfache Ab­ dichtung ermöglicht es auch in kritischen Bereichen mit der Vereisungstechnik zu arbei­ ten, beispielsweise beim Verbinden zweier schon bestehender Tunnelröhren in wasser­ führenden Schichten, bei denen das Durchtreten von Wasser in eine der Tunnelröhren zu erheblichen Schäden führen würde. Mit der entsprechenden Bohreinrichtung wird durch die vorhandene Abdichtung der einen Tunnelröhre hindurch die entsprechende Bohrung bis an oder in den Betonmantel der anderen Tunnelröhre hineingebracht, um dann dort wie geschildert abgedichtet zu werden, sodass gezielt der entsprechende Ver­ eisungsmantel hergestellt wird, der dann das Herstellen der Verbindungsstrecke zwi­ schen den beiden Tunnelröhren sicher ermöglicht.

Weiter vorn ist bereits erwähnt worden, dass das Doppelkopfdrehverfahren die Herstellung besonders richtungsstabiler Bohrungen ermöglicht. Die Erfindung sieht dementsprechend vor, dass die Bohrmaschine als Doppelkopfdrehantrieb ausgebildet ist, mit dem also entsprechende Bohrungen hergestellt werden können. Die Bohrungen und damit die späteren Vereisungsrohre ermöglichen die schnelle und gleichmäßige Aus­ bildung des notwendigen Eismantels rund um den herzustellenden Hohlraum. Neben dem sogenannten Doppelkopfverfahren mit der hohen Richtstabilität ist auch das Du­ plexverfahren möglich, bei der das Innen- und das Außenrohr in der gleichen Richtung drehend angetrieben werden. Wie erwähnt ist aber das Doppelkopfverfahren vorteilhaf­ ter.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Innenbohrkrone und der Innenbohrstrang über einen Bajonettverschluss miteinander lösbar verbunden sind. Über den Bajonettverschluss kann auf einfache und zweckmäßige Weise die Innenbohr­ krone so mit dem Innenbohrstrang verbunden verden, dass ein einwandfreies Auffahren mit der Innenbohrkrone möglich ist. Ist dann die Bohrung entsprechend fertiggestellt, wird die Bohrmaschine auf rückwärts Drehgang gestellt, nachdem vorher oder gleich­ zeitig die Innenbohrkrone in die Außenbohrkrone hineingezogen worden ist. Näheres hierzu wird weiter hinten noch erläutert. Dann kann über den Bajonettverschluss der Innenbohrstrang aus der Innenbohrkrone herausgezogen und der Verschlussstopfen eingesetzt werden.

Um dann gemäß des erfindungsgemäßen Verfahren die hergestellte Bohrung als Vereisungsrohr einsetzen zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Außenrohrstrang mit einem aus Kunststoffrohren bestehenden Rohrstrang ausrüstbar ausgebildet ist, der über den Umfang und die Länge verteilt angeordnete Abstandshalter verfügt. Über die Abstandshalter wird dafür gesorgt, dass der aus den Kunststoffröhren bestehende Rohr­ strang immer im gleichmäßigen Abstand zum Außenrohrstrang gehalten wird, sodass das rückflutende Kältemittel einen entsprechenden Ringmantel vorfindet, über den es zum Ausgangspunkt zurückströmt und dabei sich am Gebirge aufwärmt und den Eis­ mantel herstellt. Die Abstandshalter sind über den Umfang und die Länge verteilt, um über die gesamte Länge in etwa den gleichen Abstand zwischen Außenrohrstrang und Innenrohrstrang sicherzustellen, d. h. also einen gleichmäßigen Ring bildet.

Das Kältemittel soll den Außenrohrstrang und damit das anliegende Gebirge entsprechend abkühlen, wobei gemäß der Erfindung vorteilhafterweise die Abstands­ halter jeweils über den Umfang versetzt, das Kältemittel gegen die Innenwand des Au­ ßenrohrstranges leitend angeordnet sind. Die notwendigen Abstandshalter stellen also für den Kältemittelfluss keine Behinderung dar, sondern sie wirken vielmehr so, dass das Kältemittel immer wieder und aufgewirbelt gegen die Innenwand des Außenrohr­ strangs geführt wird, sodass sich hier ein besonders günstiger Wärmetausch einstellt.

Weiter vorne ist bereits erwähnt worden, dass Innenbohrkrone und Außenbohr­ krone so miteinander in Kontakt gebracht werden, dass eine erste Dichtzone geschaffen ist. Dies erreicht man insbesondere dadurch, dass die Innenbohrkrone in der Außen­ bohrkrone festsetzbar ausgebildet und dazu mit einem mit der Außenbohrkrone zuge­ ordneten Gewinde korrespondierenden Gewinde ausgerüstet ist. Durch entsprechendes Drehen der Innenbohrkrone in der Außenbohrkrone wird die Innenbohrkrone somit in die Außenbohrkrone hineingezogen, was aber eben nur in einer Drehrichtung möglich ist. In der anderen Drehrichtung wird die Innenbohrkrone das Gebirge beeinflussend gedreht, während beim umgekehrten Vorgang die Abdichtung zwischen Außenbohr­ krone und Innenbohrkrone hergestellt wird. Mit verhältnismäßig wenig Arbeitsaufwand kann so die geschilderte erste Dichtzone hergestellt werden.

Dabei ist nach einer Weiterbildung die gezielte Herstellung dieser geschilderten Dichtzone zu erreichen, indem die Innenbohrkrone mit Dichtflanken an der den Schnei­ den abgewandten Seite ausgerüstet ist, die mit schrägen bzw. schräg verlaufenden In­ nenflanken an der Außenbohrkrone korrespondierend ausgebildet sind. Die Innenbohr­ krone wird somit wie ein Keil in eine Art Trichter hineingezogen, sodass damit nicht nur eine gezielte Führung der Innenbohrkrone in der Außenbohrkrone erreicht ist, son­ dern auch die Erzeugung entsprechend optimaler Dichtflächen im Bereich der Dicht­ flanken/Innenflanken.

Die zweite Dichtzone wird wie schon erwähnt hinter den Bohrkronen gebildet, wozu der Verschlussstopfen entsprechend gegen die Innenwand des Außenbohrstranges verspannt wird. Dies erreicht man dadurch, dass der Verschlussstopfen ein Kernstück mit radial gegen die Kraft von Feder verschieblichen Verriegelungsbolzen und ein im Endsitz aktivierbares Dichtelement aufweist. Über die Verriegelungsbolzen wird der Verschlussstopfen nach dem Einschieben an ein und derselben Stelle festgesetzt und zwar im richtigen Abstand zur Bohrkrone, wobei dann ein Dichtelement so aktiviert wird, dass aufgrund dessen Verspannung zur Innenwand des Außenrohrstranges die optimale Abdichtung erreicht wird.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung ist für diesen Verriegelungsbolzen vor­ gesehen, dass das Kernstück über die Verriegelungsbolzen im Endsitz gegen ein Wider­ lager drehbar und dann eine Spannhülse das ringförmige Dichtelement gegen die Innen­ wand verspannend über das Kernstück schiebbar ausgebildet ist. Der Verriegelungs­ bolzen selber kann also zunächst einmal bis zu seinem Endsitz kurz vor der Bohrkrone geschoben werden, um dann nach dem Ansprechen der Verriegelungsbolzen in der entsprechenden Nut bzw. in dem Nutring so lange gedreht zu werden, bis einer der Verriegelungsbolzen gegen das Widerlager stößt. Dann kann die Spannhülse auf das Kernstück aufgeschoben werden, um dabei gleichzeitig das ringförmige Dichtelement zu beeinflussen und einzuguetschen, sodass es gegen die Innenwand des Außenbohr­ strangs angepresst wird. Eine bleibend sichere Abdichtung ist so geschaffen, auch wenn anschließend das Kältemittel mit entsprechend niedrigen Temperaturen bis in den Be­ reich des Verriegelungsbolzens gelangt. Die Abdichtung bzw Abdichtungswirkung wird durch die niedrigen Temperaturen nicht beeinflusst.

Eine einfache und zweckmäßige Ausbildung des Widerlagers ist die, bei der als Widerlager ein Einschweißbolzen dient, der durch eine Bohrung hindurch in die Ring­ nut eingeschoben wird, sodass beim Drehen des Kernstücks einer der Verriegelungs­ bolzen sicher gegen das Widerlager anstößt und dann entsprechend wirken kann.

Die Abdichtung der einzelnen Rohre des Außenrohrstranges wird durch eine metallische Verbindung bzw. Abdichtung gewährleistet, wobei die Rohre des Außen­ rohrstranges über eine Gewindeverbindung verfügen, die bei planparallelem Gewinde endseitig eine gewindefreie und metallischen Kontakt vorgebende Dichtstrecke im Au­ ßenrand aufweist und einen Schulterschlussbereich und damit eine metallische Verbin­ dung sichernd ausgebildet ist. Diese Ausbildung des Gewindes im Verbindungsbereich der einzelnen Rohre ermöglicht es zunächst einmal von Hand die Bohrrohre lose mit­ einander zu verbinden. Mit Hilfe der Antriebe wird dann gezielt und mit dem entspre­ chenden Drehmoment das eine Rohr so weit gegen das andere Rohr verschoben, bis die Dichtstrecke überwunden und der Schulterschluss hergestellt ist. Aufgrund der so ge­ zielten "Verformung" der miteinander zu verbindenden Rohre wird ein absolut dichter Schulterschluss erreicht, der auch bei sich ändernden Temperaturen oder sonstigen Belastungen keinerlei Durchtritt von Kältemittel zulässt. Es muss bei der Herstellung der Verbindung entsprechend genau gearbeitet werden, doch wird nach Erreichen des Schulterschlusses das Drehmoment so stark ansteigen, dass der Betreiber sofort merkt, dass er die Enddichtstellung erreicht hat.

Die optimierte Abdichtung in diesem Bereich wird dadurch gewährleistet, dass die Dichtstrecke durch eine spezielle Ausprägung der Gewindegeometrie und bei einem vorgegebenen Anzugmoment die Flächenberührung ergebend ausgeführt ist. Über die Flächenberührung und den Schulterschluss erfolgt eine metallische Verbindung und Dichtung mit den beschriebenen Vorteilen.

Die gewünschte Flächenberührung bzw. Verformung der miteinander zu verbin­ denden Außenrohre kann genau und sicher eingestellt und erreicht werden, wenn die Konizität im Bereich der Dichtstrecke 1-5°, vorzugsweise 2-3° beträgt. Die Erfah­ rung hat gezeigt, dass mit Hilfe derartiger Ausbildungen an Bohrrohren auch bei länge­ ren Rohrstrecken die notwendige Abdichtung sicher zu erreichen ist.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren und eine Bohreinrichtung geschaffen sind, mit denen auch unter schwierigsten Verhältnissen eine einfache und sichere Vereisung des Hohlraumrandes ermöglicht wird, sodass dann auch bei stark wasserführenden Schichten das Herstellen beispielsweise von Verbin­ dungsstrecken und ähnlichen Hohlräumen ohne Probleme möglich ist. Da weder aus dem Verbindungsbereich der Rohre des Außenrohrstrangs noch über den Endbereich, d. h. im Bereich der Bohrkrone, die Gefahr besteht, dass Kältemittel unbeabsichtigt austritt, können somit Strecken in der Vereisungstechnik auch unter kritischsten Ver­ hältnissen hergestellt werden, wie dies insbesondere für die Verbindungsstrecken zwi­ schen zwei bereits vorhandenen Tunnelröhren gilt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, den Außenrohrstrang nach Fertigstellung der Bohrung in der Bohrung zu belassen und dann für die Vereisungstechnik mit einzusetzen, wobei dies eben auch möglich ist, wenn das Bohrlochtiefste in dem Schutzmantel oder kurz vor dem Schutzmantel der benachbarten Tunnelröhre liegt. Vorteilhaft ist weiter, dass Doppelkopfdrehantriebe zum Einsatz kommen, über die eine hohe Richtungsstabilität erreicht wird, was wieder­ um für die Herstellung des Eismantels von erheblicher Bedeutung ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 zwei parallel zueinander verlaufende Tunnelröhren mit einer geplanten Verbindungsstrecke,

Fig. 2 die Verbindungsstrecke im Schnitt, nach Fertigstellung der Vereisungsbohrungen,

Fig. 3 eine Tunnelröhre mit Mehrfachbohreinrichtung,

Fig. 4 ein Rohrstrang in Doppelrohrausführung,

Fig. 5 den vorderen Bereich des Rohrstrangs mit Innen- und Au­ ßenbohrkrone,

Fig. 6 den Bereich der Bohrkrone nach Festsetzen der Innenbohr­ krone und Einsetzen des Verschlussstopfens,

Fig. 7 den Verschlussstopfen im Schnitt,

Fig. 8 die Verbindung zweier Rohre des Außenrohrstranges vor Herstellung des Schulterschlusses und

Fig. 9 den Verbindungsbereich nach Herstellung des Schulter­ schlusses.

Fig. 1 zeigt zwei Tunnelröhren (1, 2) die nebeneinander verlaufend in stark wasserführendes Gebirge eingebracht sind. Die hier dargestellten Tunnelröhren (1, 2) dienen dem Eisenbahnverkehr, wobei wie gezeigt zwei Gleise (5) nebeneinander verlegt sein können oder aber auch nur ein Gleis in der Mitte. Neuere Erkenntnisse haben gezeigt, dass es zwingend notwendig ist, diese Tunnelröhren (1, 2) in gewissen Ab­ ständen über Verbindungsstrecken (3) miteinander zu verbinden, wobei diese Verbin­ dungsstrecken (3) einmal als Fluchtweg, aber auch als Druckausgleichsstrecke benötigt werden.

Um die geplante Verbindungsstrecke (3) im Nachhinein herstellen zu können, ist die Tunnelröhe (1) durch eine Trennwand (7) unterteilt, wobei in der verbleibenden Röhre (4) der Zugverkehr zumindest eingleisig weitergeführt werden kann, während in dem danebenliegenden Teil der Tunnelröhre (1) eine Bohreinrichtung (6) untergebracht ist. Mit dieser Bohreinrichtung (6) werden Gefrierbohrungen (8, 9) hergestellt, wobei in Fig. 2 deren Lage gekennzeichnet ist. Über die die Gefrierbohrungen (8, 8', 8", 9) wird ein Eispanzer rundum die geplante Verbindungsstrecke (3) gelegt, sodass dann der Kern (3') der geplanten Verbindungsstrecke aufgefahren werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, das es zu Wassereinbrüchen oder gar zu einem Zusammenbrechen der Strecke kommen kann.

Fig. 3 zeigt eine runde Tunnelröhre (1) mit der Trennwand (7), wobei auch erkennbar ist, dass ein die notwendige Abdichtung erbringender Sicherungsmantel (31) vorhanden ist, gegen den sich auch die zum Einsatz kommende Bohrmaschine (10) abstützen kann. Diese Bohrmaschine (10) ist auf der Bohrlaffette (11) angebracht und kann in Längsrichtung des Bohrstranges (12) so weit verfahren werden, dass die ein­ zelnen Rohre nacheinander in das Gebirge eingeschoben bzw. eingedreht werden kön­ nen. Die Darstellung nach Fig. 3 verdeutlicht, dass mit einer entsprechenden Bohrein­ richtung (6) gleichzeitig mehrere Bohrmaschinen (10) betrieben werden können. Die Bohrungen mit 55, 56, 57, 58, 59 gekennzeichnet, wobei sie, wie in Fig. 2 angedeutet, in einem Bogen bzw. in einem Kreis verlaufend eingebracht werden.

Eine entsprechende Bohrmaschine (10), die auf der Bohrlaffette (11) verschoben werden kann, ist in Fig. 4 wiedergegeben, wobei diese Bohrmaschine (10) hier nur mit einem relativ kurzem Bohrstrang (12) versehen ist. Der Bohrstrang (12) kann durch Aneinandersetzen entsprechend vieler Rohre entsprechend den Notwendigkeiten verlän­ gert werden.

Die Fig. 4 verdeutlicht, dass der Rohrstrang (12) vom Außenrohrstrang (13) und dem Innenrohrstrang (14) sowie der Bohrkrone (15) gebildet ist. Die Bohrkrone (15) wiederum besteht aus der Innenbohrkrone (16) und der Außenbohrkrone (17). Der Außenrohrstrang (13) wird aus dicht miteinander verbundenen Rohren (18, 19) gebil­ det, weil er als verlorener Rohrtour im Gebirge verbleiben soll. Näheres dazu weiter hinten.

Den Bereich der Bohrkrone (15) verdeutlicht Fig. 5. Die Innenbohrkrone (16) steht hier etwas über die Außenbohrkrone (17) vor, wobei die Außenbohrkrone (17) mit einem Besatz (21) versehen ist, beispielsweise mit Hartmetallschneiden. Wiedergegeben ist hier der Arbeitsabschnitt des Herstellens der Bohrungen 54 bis 59. Die Innenbohr­ krone (16) wird über den Innenrohrstrang (14) in eine andere Richtung gedreht, als der Außenrohrstrang (13) mit der Außenbohrkrone (17). So werden sehr genaue und rich­ tungsstabile Bohrungen 54 bis 59 hergestellt.

Der Innenrohrstrang (14) ist mit der Innenbohrkrone (16) über einen Bajonett­ verschluss (20) verbunden, so dass beide Teile nach Fertigstellung beispielsweise der Bohrung 54 sich leicht voneinander trennen lassen. Der Innenrohrstrang (14) wird dann anders herum angetrieben, um auf diese Art und Weise das Lösen der beiden Bauteile zu bewirken.

Mit (22) ist die metallische Verbindung zwischen Rohren (18, 19) angedeutet, wobei auch zwischen dem letzten Rohr (19) und der Außenbohrkrone (17) eine ent­ sprechende metallische Verbindung (22) vorhanden sein muss, um das Austreten von Kältemittel sicher zu verhindern.

Die erste Abdichtung des Außenrohrstranges (13) im Bereich der Bohrkrone (15) wird dadurch erreicht, dass die Innenbohrkrone (16) über das Gewinde (24, 25) in die Außenbohrkrone (17) hineingedreht wird, bis die Dichtflanke (32) gemäß Fig. 6 auf der Innenflanke (35) aufliegt. Erst dann ist der Bajonettverschluss (20) zu betätigen. In der Innenwand der Außenbohrkrone (17) ist eine Ringnut (23) ausgebildet in die der hier nicht wiedergegebene Verschlussstopfen später einsetzbar ist.

Erkennbar ist hier in der Fig. 5 im Übrigen, dass die Innenbohrkrone (16) mit Austrittsbohrungen (26) ausgerüstet ist, um das Bohrklein abtransportieren zu können.

Fig. 6 ist bereits weiter vorne erwähnt worden. Hier ist zunächst einmal der Verschlussstopfen (27) wiedergegeben, der bereits abdichtend in der Außenbohrkrone (17) festgesetzt ist. In den Außenrohrstrang (13) ist ein Rohrstrang (28) aus Kunststoff eingeschoben, der mit Abstandshaltern (29) ausgerüstet ist, um einen immer gleich­ bleibenden Abstand zur Innenwand (30) des Außenrohrstrangs (13) einhalten zu kön­ nen. Das Kältemittel fließt bis zum vorderen Ende (36) des Rohrstranges (28), um hier auszutreten und dann durch den Ringspalt (46) das Gebirge abkühlend wieder in Rich­ tung Bohrmaschine (10) zurückzuströmen.

Weiter vorn ist bereits anhand der Fig. 5 erläutert worden, dass die Innenbohr­ krone (16) in die Außenbohrkrone (17) hineinziehbar ist und dass beide hierzu mit einem Gewinde (24, 25) ausgerüstet sind. Der zurückgezogene Zustand der Innenbohr­ krone (16) ist in Fig. 6 angedeutet. Hier liegen die Innenflanke (35) dicht an der Dicht­ flanke (32) an. Die Schneide (33) ist angedeutet, die der Schneide (33) abgewandte Seite (34) besitzt den Ansatz einmal mit dem Bajonettverschluss (20) und zum anderen mit dem Gewinde (25), mit dem die Innenbohrkrone (16) wie schon geschildert in die Außenbohrkrone (17) hineingezogen werden kann.

In die Ringnut (23) sind die Verriegelungsbolzen (38) des Kernstücks (37) des Verschlussstopfens (27) eingerastet. Dies verdeutlicht Fig. 6. Die Verriegelungsbolzen (38) sind hierzu mit Federn (39) belastet, die nach dem Einschieben des Verschluss­ stopfens (27) für das Einrasten der Verriegelungsbolzen (38) Sorge tragen. Sie sind hierzu in Sackbohrungen (40) gelagert und können daher auch die Belastung aufneh­ men, wenn einer der Verriegelungsbolzen (38) gegen das Widerlager (32) stößt, um so das Eindrehen bzw. Überschieben der Spannhülse (43) über das Kernstück (37) zu ermöglichen. Hierbei wird das ringförmige Dichtelement (41) zusammengequetscht, um für die entsprechende Abdichtung Sorge zu tragen. Als Widerlager (32) dient ein Ein­ schweißbolzen, der in eine entsprechende radial angeordnete Bohrung, die genau in die Ringnut (23) vorstößt, eingesetzt ist. Mit dem Blockieren des Kernstücks (37) ist es möglich, mit Hilfe der Spannschraube (45) wie schon erwähnt die Spannhülse (43) entsprechend festzusetzen.

Fig. 7 zeigt den Verschlussstopfen (27) vor dem Einsetzen und Verspannen innerhalb der Außenbohrkrone (17). Hier ist deutlich gemacht, dass die einzelnen Ver­ riegelungsbolzen (38) über Federn (39, 39') belastet sind, und in entsprechenden Sack­ bohrungen (40) so untergebracht sind, dass sie auch gewisse Querkräfte aufnehmen können. Erkennbar ist auch die verschiebbare oder aufschiebbare Spannhülse (43) die über die Spannschraube (45) entsprechend zu belasten und zu verschieben ist. Bei dem Dichtelement (41) handelt es sich um einen O-Ring entsprechender Stärke, der beim Aufschieben durch die Hülsenenden (47) gezielt so zusammengepresst werden, dass sie sich gegen die Innenwandung der Außenrohrkrone (17) abdichtend anpassen.

Die Fig. 8 und 9 schließlich zeigen die Gewindeverbindung (48) bzw. metal­ lische Verbindung (22) im Ausschnitt. Erkennbar ist hier, dass ein planparalleles Ge­ winde (49) mit entsprechender Steigung dafür sorgt, dass zunächst einmal die beiden benachbarten Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) von Hand aufeinandergescho­ ben werden können, bis die Dichtstrecke (50) erreicht ist. Diese spezielle Gewinde­ verbindung (48) lässt beispielsweise einen Spalt (60) von 5 mm Breite und einen Spalt (61) von 1 mm Breite. Nach Aufbringen des entsprechenden Drehmomentes bzw. An­ zugmomentes der Bohrmaschine (10) wird der Spalt (61) vollständig geschlossen, wäh­ rend der Spalt (60) sich auf 4 mm verringert. Über die Konizität von 2-3° ist sicher­ gestellt, dass sich über die Dichtstrecke (50) am Außenrand (51) im Schulterschluss­ bereich (52) die notwendige Abdichtung ergibt. Über das Aufbringen des Anzugmo­ mentens erfolgt die metallische Abdichtung in Folge des Kontaktes über die Dichtstrek­ ke hinweg, ohne das es weiterer Abdichtmaterialien oder Maßnahmen bedarf.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen von Hohlräumen in stark wasserführenden Schichten mit Hilfe der Vereisungstechnik, bei der zunächst rund um den späteren Hohlraum Bohrungen hergestellt und diese dann zum Zirkulieren des Kältemittels aus­ gerüstet und so lange mit dem Kältemittel beschickt werden, bis sich ein ausreichender Eismantel um den späteren Hohlraum gebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrohrstrang einschließlich der Bohrkrone nach Fertigstellung der Bohrung als verlorene Rohrtour im wasserführenden Gebirge belassen wird, dass die verlorene Rohrtour im Bereich der Bohrkrone diese mit einschließend zum Bohrlochtiefsten hin abgedichtet wird und dass dann mit Abstandshaltern ausgerüstete Kunststoffrohre ge­ ringeren Durchmessers bis zur Abdichtung eine Zirkulation ermöglichend vorgeschoben und fixiert und dann mit Kältemittel beschickt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Außenrohrstrangs beim Verbinden miteinander eine metallische Abdichtung ergebend ineinander fixiert werden.

3. Bohreinrichtung zum Herstellen von Gefrierbohrungen in stark was­ serführenden Schichten mit einer Außen- und Innenrohrstrang (13, 14) antreibenden Bohrmaschine (10), einer Bohrlaffette (11) und dem Außen- und Innenrohrstrang (13, 14) zugeordneten Bohrkrone (15) zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü­ chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) aus einem Tieftemperaturstahl gefertigt und über eine metallische Verbindung (22) miteinander koppelbar sind, dass der Innenrohrstrang (14) lösbar mit der in der Außenbohrkrone (17) festsetzbaren In­ nenbohrkrone (16) verbunden ist und dass die Bohrkrone (15) und ein in das Rohr (18, 19) des Außenrohrstranges (13) einführbarer Verschlussstopfen (27) den Außenrohr­ strang (13) zusätzlich nach innen und außen abdichtend ausgebildet sind.

4. Bohreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmaschine (10) als Doppelkopfdrehantrieb ausgebildet ist.

5. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrkrone (16) und der Innenbohrstrang (14) über einen Bajonettver­ schluss (20) miteinander lösbar verbunden sind.

6. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrohrstrang (13) mit einem aus Kunststoffrohren bestehenden Rohrstrang (28) ausrüstbar ausgebildet ist, der über den Umfang und die Länge verteilt angeordne­ te Abstandshalter (29) verfügt.

7. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (29) jeweils über den Umfang versetzt, das Kältemittel gegen die Innenwand (30) des Außenrohrstranges (13) leitend angeordnet sind.

8. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrkrone (16) in der Außenbohrkrone (17) festsetzbar ausgebildet und dazu mit einem mit der Außenbohrkrone (17) zugeordneten Gewinde (24) korrespondie­ renden Gewinde (25) ausgerüstet ist.

9. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (27) ein Kernstück (37) mit radial gegen die Kraft von Fe­ dern (39) verschieblichen Verriegelungsbolzen (38) und ein im Endsitz aktivierbares Dichtelement (41) aufweist.

10. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernstück (37) über die Verriegelungsbolzen (38) im Endsitz gegen ein Wider­ lager (42) drehbar und dann eine Spannhülse (43) das ringförmige Dichtelement (41) gegen die Innenwand (30) verspannend über das Kernstück (37) schiebbar ausgebildet ist.

11. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Widerlager (42) ein Einschweißbolzen (44) dient.

12. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrkrone (16) mit Dichtflanken (32) an der den Schneiden (33) abge­ wandten Seite (34) ausgerüstet ist, die mit schrägen bzw. schräg verlaufenden Innen­ flanken (35) an der Außenbohrkrone (17) korrespondierend ausgebildet sind.

13. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) über eine Gewindeverbindung (48) verfügen, die bei planparallelem Gewinde (49) endseitig eine gewindefreie und metalli­ schen Kontakt vorgebende Dichtstrecke (50) im Außenrand (51) aufweist und einen Schulterschlussbereich (52) und damit eine metallische Verbindung (22) sichernd ausge­ bildet ist.

14. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstrecke (50) durch eine spezielle Ausprägung der Gewindegeometrie und bei einem vorgegebenen Anzugmoment die Flächenberührung ergebend ausgeführt ist.

15. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität im Bereich der Dichtstrecke (50) 1-5°, vorzugsweise 2-3° beträgt.