DE19940774A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von flächenhaften Dichtelementen im Erdboden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Anordnung zum Herstellen von flächenhaften Dichtelementen im Erdboden, wobei wenigstens eine gesteuerte Pilotbohrung eingebracht und durch diese Pilotbohrung ein Erosionswerkzeug mittels eines Bohrgestänges unter Erodieren von Boden, Einbringen eines Dichtstoffes und Vermischen des erodierten Erdbodens mit dem Dichtstoff zum Herstellen eines Dichtelementabschnittes gezogen wird. Hierbei wird wenigstens ein Führungsgestänge im Erdboden im Abstand zum Bohrgestänge in einem Überschneidungsbereich zwischen zwei benachbarten Dichtelementabschnitten angeordnet, wobei das Erosionswerkzeug (100, 200) während des Ziehens durch eine Pilotbohrung von dem Führungsgestänge geführt wird. Hierdurch ist ein homogener Verbund zwischen benachbarten Dichtelementen gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flächenhaften Dichtele­ menten, insbesondere von Unterfangungskörpern bzw. von statisch wirksamen Körpern oder Gewölben, wie eine Scheitelsicherung im Tunnelbau oder bei einem Rohrvortrieb, im Erdboden, insbesondere einem Boden unterhalb und/oder ober­ halb von Deponien, Altablagerungen, Rohrleitungen oder dgl., wobei wenigstens eine gesteuerte Pilotbohrung eingebracht und durch diese Pilotbohrung ein Erosi­ onswerkzeug mittels eines Bohrgestänges unter Erodieren von Erdboden, Ein­ bringen eines Dichtstoffes und Vermischen des erodierten Erdbodens mit dem Dichtstoff zum Herstellen eines Dichtelementabschnittes gezogen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft ferner ein Erosionswerkzeug zum Herstellen von flächen­ haften Dichtelementen, insbesondere von Unterfangungskörpern bzw. von statisch wirksamen Körpern oder Gewölben, wie eine Scheitelsicherung im Tunnelbau oder bei einem Rohrvortrieb, im Erdboden, insbesondere einem Boden unterhalb von Deponien, Altablagerungen, Rohrleitungen und dgl., mit einem Anschluß zum Verbinden mit einem Bohrgestänge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Herstellen von flächenhaften Dichtelementen, insbesondere von Unterfangungskörpern bzw. von statisch wirk­ samen Körpern oder Gewölben, wie eine Scheitelsicherung im Tunnelbau oder bei einem Rohrvortrieb, im Erdboden, insbesondere einem Boden unterhalb von De­ ponien, Altablagerungen, Rohrleitungen oder dgl., mit einer Bohreinrichtung mit Bohrgestänge zum Herstellen von Pilotbohrungen und einem lösbar mit dem Bohrgestänge verbindbaren Erosionswerkzeug zum Ziehen durch die Pilotbohrun­ gen und Erzeugen von Dichtelementabschnitten, gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 19.

Bei herkömmlichen Verfahren zum Herstellen unterirdischer Dichtelemente (WO 94/25688) werden zur Unterfangung eines Bodenkörpers unterhalb desselben mehrere horizontal gesteuerte Bohrungen hergestellt und diese Bohrungen durch Hindurchziehen eines rotierenden Räumwerkzeuges mittels eines Bohrgestänges entsprechende Dichtelementabschnitte erzeugt, welche in ihrer Gesamtheit das unterirdische Dichtelement darstellen. Das Querschnittsprofil der Bohrung bleibt jedoch zwangsläufig immer kreisförmig, und es kommt gegebenenfalls zu einer mangelnden Überlappung benachbarter Dichtelementabschnitte, so daß die Un­ terfangung nicht vollständig dicht ist. Dies ist besonders nachteilig, da derartige Fehlstellen in dem Bodenkörper nicht kontrollierbar oder nachweisbar sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Erosi­ onswerkzeug und eine verbesserte Anordnung der o. g. Art zur Verfügung zu stel­ len, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und auf einfache, kostengün­ stige und gleichzeitig präzise Weise die Herstellung eines unterirdischen Dichte­ lementes erlauben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der o. g. Art mit den im Anspruch 1 ge­ kennzeichneten Merkmalen, durch ein Erosionswerkzeug der o. g. Art mit den im Anspruch 9 gekennzeichneten Merkmalen und durch eine Anordnung der o. g. Art mit den in Anspruch 19 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß wenigstens ein Füh­ rungsgestänge im Erdboden im Abstand zum Bohrgestänge in einem Überschnei­ dungsbereich zwischen zwei benachbarten Dichtelementabschnitten angeordnet wird, wobei das Erosionswerkzeug während des Ziehens durch eine Pilotbohrung von dem Führungsgestänge geführt wird.

Dies hat den Vorteil, das Entstehen von Fehlstellen zwischen Dichtelement­ abschnitten wirksam vermieden ist, da das Führungsgestänge sicherstellt, daß das Erosionswerkzeug unabhängig von der Genauigkeit der Pilotbohrung oder eventuell vorhandenen Unregelmäßigkeiten im Erdboden immer in einem derarti­ gen Abstand zu einem bereits hergestellten Dichtelementabschnitt geführt wird, daß eine ausreichende Überschneidung des gerade hergestellten Dichtelemen­ tabschnittes mit dem bereits erzeugten, benachbarten Dichtelementabschnitt ge­ währleistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 be­ schrieben.

Eine besonders exakte, parallele Ausbildung benachbarter Dichtelementabschnitte erzielt man dadurch, daß das Erosionswerkzeug während des Ziehens durch eine Pilotbohrung von dem Führungsgestänge seitlich geführt wird.

In einer alternativen Ausführungsform wird das Führungsgestänge in wenigstens einer Pilotbohrung, insbesondere in jeder zweiten Pilotbohrung, angeordnet, wobei das Erosionswerkzeug beispielsweise an seinem Umfang an zwei Seiten, insbe­ sondere an zwei gegenüberliegenden Seiten, vom Führungsgestänge geführt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird während des Ziehens des Erosions­ werkzeuges durch eine Pilotbohrung ein Führungsgestänge zum Führen des Ero­ sionswerkzeuges bei dem nachfolgenden Ziehen des Erosionswerkzeuges durch dasselbe eingezogen.

Dadurch, daß das Führungsgestänge nach Herstellung von benachbarten Dichte­ lementabschnitten gezogen wird, verbleiben keine Fremdkörper im Dichtelement.

Zweckmäßigerweise werden aufeinanderfolgende Pilotbohrungen erzeugt, und es wird das Erosionswerkzeug durch diese gezogen, bis die so hergestellten Dicht­ elementabschnitte ein gewünschtes Dichtelement ergeben, welches sich bei­ spielsweise im wesentlichen horizontal erstreckt.

Bei einem Erosionswerkzeug der o. g. Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß am Umfang des Erosionswerkzeuges im Abstand zum Anschluß zum Verbinden mit dem Bohrgestänge wenigstens eine Vorrichtung zum Eingriff eines Führungs­ gestänges angeordnet ist.

Dies hat den Vorteil, daß eine Entstehung von Fehlstellen zwischen das Dichtele­ ment bildenden Dichtelementabschnitten wirksam vermieden ist, da das Füh­ rungsgestänge sicherstellt, daß das Erosionswerkzeug unabhängig von der Ge­ nauigkeit einer zuvor erstellten Pilotbohrung oder eventuell vorhandenen Unre­ gelmäßigkeiten im Erdboden immer in einem derartigen Abstand zu einem bereits hergestellten Dichtelementabschnitt geführt ist, daß eine ausreichende Über­ schneidung des gerade hergestellten Dichtelementabschnittes mit dem bereits erzeugten, benachbarten Dichtelementabschnitt sichergestellt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erosionswerkzeuges sind in den Ansprüchen 10 bis 18 beschrieben.

Beispielsweise ist die Vorrichtung zum Führen des Führungsgestänges als Füh­ rungsring kreisförmig ausgebildet, wobei zum Ausgleich von Bohrungenauigkeiten der Führungsring nicht exakt kreisförmig, sondern als ausgerundetes Rechteck ausgebildet sein kann.

Zum Einziehen eines Führungsgestänges ist an einem Umfang des Erosionswerk­ zeuges eine Vorrichtung zum Befestigen eines Endes des Führungsgestänges angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung zum Befestigen eines Endes des Füh­ rungsgestänges am Umfang des Erosionswerkzeuges gegenüber der Vorrichtung zum Eingriff eines Führungsgestänges angeordnet, so daß sich das neu eingezo­ gene Führungsgestänge exakt im Überlappungsbereich des momentan herge­ stellten Dichtelementabschnittes mit dem als nächstes herzustellenden Dichtele­ mentabschnitt befindet.

Zum zusätzlich mechanischen Abtragen von Erdboden, beispielsweise Gestein oder Fels, ist an dem Erosionswerkzeug wenigstens eine Bohrkrone angeordnet. Zum Durchführen des Führungsgestänges ist beispielsweise wenigstens eine der Bohrkronen als Ringbohrkrone ausgebildet. Das hierbei entstehende Bohrklein wird bevorzugt hydraulisch laufend entfernt.

Zweckmäßigerweise sind ein Getriebe und eine Antriebswelle vorgesehen, wobei die Bohrkrone bzw. Bohrkronen über das Getriebe mit der Antriebswelle verbun­ den sind und die Antriebswelle in einem Bohrgestänge angeordnet ist. Zum An­ trieb der Antriebswelle ist ein in dem Bohrgestänge angeordneter Mud-Motor vor­ gesehen.

Zum Abtragen des Erdbodens in einem Querschnitt, welcher eine größere Breite als Höhe aufweist, ist das Erosionswerkzeug als Erosionsbalken ausgebildet.

Bei einer Anordnung der o. g. Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einem Überlappungsbereich zwischen zwei Dichtelementabschnitten ein Führungsge­ stänge vorgesehen ist und das Erosionswerkzeug an seinem Umfang im Abstand zum Bohrgestänge eine Vorrichtung zum Eingriff des Führungsgestänges auf­ weist.

Dies hat den Vorteil, daß das Entstehen von Fehlstellen zwischen das Dichtele­ ment bildenden Dichtelementabschnitten wirksam vermieden ist; da das Füh­ rungsgestänge sicherstellt, daß das Erosionswerkzeug unabhängig von der Ge­ nauigkeit zuvor erstellter Pilotbohrungen oder eventuell vorhandener Unregelmä­ ßigkeiten im Erdboden immer in einem solchen Abstand zu einem bereits herge­ stellten Dichtelementabschnitt geführt ist, daß eine ausreichende Überschneidung des gerade hergestellten Dichtelementabschnittes zum bereits erzeugten, be­ nachbarten Dichtelementabschnitt gewährleistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung sind in den Ansprüchen 20 bis 28 be­ schrieben.

Beispielsweise ist die Vorrichtung zum Eingriff des Führungsgestänges als Füh­ rungsring kreisförmig ausgebildet, wobei zum Ausgleich von Bohrungenauigkeiten der Führungsring nicht exakt kreisförmig, sondern als ausgerundetes Rechteck ausgebildet ist.

Zum Einziehen eines Führungsgestänges ist an einem Umfang des Erosionswerk­ zeuges eine Vorrichtung zum Befestigen eines Endes eines Führungsgestänges angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung zum Befestigen eines Endes eines Füh­ rungsgestänges am Umfang des Erosionswerkzeuges gegenüber der Vorrichtung zum Eingriff eines Führungsgestänges angeordnet, so daß sich das neu eingezo­ gene Führungsgestänge exakt im Überlappungsbereich des momentan herge­ stellten Dichtelementabschnittes mit dem als nächstes herzustellenden Dichtele­ mentabschnitt befindet.

Zum zusätzlich mechanischen Abtragen von Erdboden, beispielsweise Gestein oder Fels, ist an dem Erosionswerkzeug wenigstens eine Bohrkrone angeordnet, wobei zum Durchziehen des Führungsgestänges optional wenigstens eine der Bohrkronen als Ringbohrkrone ausgebildet ist.

Zweckmäßigerweise sind ein Getriebe und eine Antriebswelle vorgesehen, wobei die Bohrkrone bzw. Bohrkronen über das Getriebe mit der Antriebswelle verbun­ den sind, wobei die Antriebswelle in einem Bohrgestänge angeordnet ist. Zum Antrieb der Antriebswelle ist ein in dem Bohrgestänge angeordneter Mud-Motor vorgesehen.

Zum Abtragen des Erdbodens in einem Querschnitt, welcher eine größere Breite als Höhe aufweist, ist das Erosionswerkzeug als Erosionsbalken ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Erosionswerkzeug in Draufsicht,

Fig. 2 in Vorderansicht und

Fig. 3 in Seitenansicht,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des Erosionswerkzeuges in Draufsicht,

Fig. 5A bis 9A eine Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens in Draufsicht und

Fig. 5B bis 9B die entsprechenden Verfahrensschritte gemäß Fig. 5A bis 9A im Schnitt,

Fig. 10A und 11A eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens in Draufsicht,

Fig. 10B und 11B die entsprechenden Verfahrensschritte gemäß Fig. 10A und Fig. 11A im Schnitt,

Fig. 12 bis 14 aufeinanderfolgende Verfahrensschritte beim Herstellen einer Un­ terfangung unterhalb eines Bodenkörpers in jeweiligen Schnittan­ sichten.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, ist das dargestellte Erosionswerkzeug als Erosi­ onsbalken 100 und Düsenträger ausgebildet und umfaßt Düsen 10 in einem Ge­ häuse 12, einen Anschluß 14 für ein ansonsten nicht dargestelltes Bohrgestänge, einen am Umfang des Gehäuses 12 angeordneten Führungsring 16 und eine ebenfalls am Umfang gegenüber dem Führungsring 16 angeordnete Vorrichtung 18 zum Befestigen eines Endes eines ansonsten nicht dargestellten Führungsge­ stänges.

Dieser Erosionsbalken 100 dient zum Ziehen durch eine zuvor erstellte Pilotboh­ rung, wobei durch die Düsen 10 unter hohem Druck ein Dichtstoff ausgestoßen wird, welcher einerseits Bodenmaterial erodiert und sich andererseits mit dem Bo­ denmaterial vermischt sowie nach einer vorbestimmten Zeit aushärtet. Auf diese Weise werden sequentiell nebeneinanderliegende Bodenbereiche bearbeitet und die entsprechende Pilotbohrung durch den Erosionsbalken 100 in einem Quer­ schnitt aufgeweitet, welcher eine größere Breite als Höhe aufweist; diese einzel­ nen Körper werden nachfolgend als Dichtelementabschnitte bezeichnet und erge­ ben in ihrer Gesamtheit ein Dichtelement. Der Führungsring 16 umgreift beim Zie­ hen des Erosionsbalkens 100 durch eine Pilotbohrung ein Führungsgestänge, welches vorher in einem Randbereich eines hergestellten Dichtelementabschnittes zuvor angeordnet wurde. Dadurch ist sichergestellt, daß sich der Erosionsbalken 100 immer in einem derartigen Abstand zum bereits hergestellten Dichtelemen­ tabschnitt befindet, daß eine ausreichende Überlappung des bereits hergestellten Dichtelementabschnittes mit dem momentan vom Erosionsbalken 100 hergestell­ ten Dichtelementabschnitt erfolgt. Es sind daher benachbarte Dichtelementab­ schnitte homogen miteinander verbunden und das aus den Dichtelementab­ schnitten zusammengesetzte Dichtelement bildet eine entsprechend geschlosse­ ne und abdichtende Unterfangung aus.

Die in Fig. 4 dargestellte abgewandelte Ausführungsform des Erosionswerkzeuges ist ebenfalls als Erosionsbalken 200 ausgebildet, umfaßt jedoch statt der Düsen 10 Bohrkronen 20 zum Abtragen von härterem Bodenmaterial, wie beispielsweise Stein und Fels. Das hierbei entstehende Bohrklein wird bevorzugt hydraulisch laufend entfernt, wobei eine derartige Spülung auch bereits eine Abbindesuspen­ sion sein oder beinhalten kann. Der Anschluß 14 ist als Anschlußstück für Dop­ pelgestänge oder einen Mud-Motor ausgebildet. Ferner ist eine Antriebswelle 22 vorgesehen, welche über ein Getriebe 24 mit den Bohrkronen 20 verbunden ist und diese antreibt. Ein sogenannter "Mud-Motor" ist eine besondere Einrichtung zum Antreiben der Antriebswelle 22, wobei der Mud-Motor zwischen dem Bohrge­ stänge und dem Erosionsbalken 200 angeordnet ist und durch die hydraulische Energie einer durchströmenden Bohrspülung angetrieben wird. In der dargestell­ ten Ausführungsform ist eine seitliche Bohrkrone 20 als Ringbohrkrone 52 ausge­ bildet, welche somit als Vorrichtung zum Eingriff des Führungsgestänges 38 dient. Der Führungsring 16 ist dann entbehrlich. In dieser Ausführungsform mit Mud- Motor reicht die Antriebswelle 22 vom Erosionsbalken bis zum Mud-Motor. Bei einer Ausführungsform ohne Mud-Motor erstreckt sich die Antriebswelle 22 vom Erosionsbalken durch einen gesamten Bohrstrang bis in ein Bohrgerät, welches einen Drehkopf für die Antriebswelle 22 aufweist.

Beide zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Erosionsbalkens 100, 200 gemäß Fig. 1 bis 4 sind mit dem seitlichen Führungsring 16 versehen, welcher über das in der Nachbarbohrung befindliche Führungsgestänge gezogen wird. Um ein Verklemmen von Führungsgestänge und Führungsring 16 zu verhindern, ist der Ring 16 zweckmäßigerweise mit zusätzlichen Düsen ausgerüstet. Beim Ein­ satz von rotierenden Bohrkronen 20 wird zweckmäßigerweise die äußere Bohr­ krone 20 als auf einer Hohlwelle befindliche Ringbohrkrone ausgeführt, so daß das Führungsgestänge durch die Ringbohrkrone und die Welle läuft. Auf diese Weise kann auch ein festgewordenes Führungsgestänge von der Führungsein­ richtung 16 am Erosionsbalken 200 "überwaschen" werden.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf die Fig. 5A, B bis 9A, B beschrieben. Wie aus Fig. 5A ersichtlich, wird zunächst in Bohrrichtung 26 mittels eines Bohrgestänges 28 im Erdboden 30 eine gesteuerte Horizontalbohrung als Pilotbohrung 32 hergestellt. Diese Pilotbohrung 32 wird bei­ spielsweise mittels eines bekannten vollverlaufsgesteuerten Bohrverfahrens her­ gestellt. Die steuerbare Horizontalbohrtechnik wird üblicherweise zur Unterque­ rung von Bauwerken und Verkehrswegen eingesetzt. In der Bohrtechnik ist sie als eigenständiges Verfahren eingeordnet. Folgende Verfahren finden beispielsweise Anwendung: Mikrotunneln, bei dem mittels Pressen gesteuert wird, steuerbare Horizontalbohrungen (bevorzugte Technik), bei denen mittels "Jet Bit" bzw. "Mud- Motor" gesteuert wird, steuerbare Tiefbohrungen, bei denen mittels eines "Mud- Motors" gesteuert wird, automatisch vertikal oder geneigt gesteuerte Bohrungen, bei denen ein selbständig steuerndes Zielbohrsystem vorgesehen ist, sowie unge­ steuerte Flachbohrungen.

Bei steuerbaren Horizontalbohrungen wird die geplante Bohrlochachse als Raum­ kurve zunächst als Pilotbohrung im direkten Spülbohrverfahren hergestellt. Es entsteht ein flüssigkeitsgestütztes Bohrloch, dessen Durchmesser durch ein- oder mehrfache Räumvorgänge aufgeweitet wird. Hierzu werden Aufweitköpfe vom Zielpunkt der Pilotbohrung aus entgegen der Bohrrichtung zum Bohrgerät hin durch die Pilotbohrung gezogen. Dem Räumer nachlaufend wird grundsätzlich eine weitere Gestängegarnitur in die Bohrung eingesetzt, die zum Durchziehen des nächstgrößeren Räumers oder schließlich zum Einziehen eines Produktrohres dient.

Die aktuelle Lage des Pilotbohrkopfes wird abhängig von der Mächtigkeit der Bo­ denüberdeckung und von dem Vorhandensein magnetischer Störeinflüsse auf unterschiedliche Weise festgestellt. So wird bis zu einer maximalen Überdeckung von ca. 7 m als Ortungsverfahren der sogenannte "walk over" verwendet, bei dem ein Sender im Bohrkopf Impulse zu einem Empfänger über Tage überträgt, welche Aufschluß über Tiefe, Richtung und Neigung des Bohrkopfes geben.

Bei einer Überdeckung von bis zu ca. 25 m erfolgt ein elektromagnetisch übertägi­ ges Ortungsverfahren, wobei eine Kabelschleife zum Aufbau eines elektromagne­ tischen Feldes mit definierten Eckpunkten ausgelegt wird. Am Bohrkopf mitge­ führte Sonden ermitteln Verdrehen und Neigen des Kopfes (in km) und Lage rela­ tiv zum ausgelegten Gitter (Magnetometer). Die Daten werden per Kabel im Ge­ stänge zum Leitstand am Bohransatzpunkt übermittelt, wobei dort die Lage des Kopfes relativ zum Ansatzpunkt per EDV berechnet wird. Alternativ zur Kabel­ schleife kann sich die Sonde auch am natürlichen Magnetfeld orientieren. Die Meß- bzw. Steuergenauigkeit dieses Verfahrens beträgt ca. ±2% der Überdec­ kung von der Bohrachse.

Bei Überdeckungen von < 1000 m erfolgt das Ortungsverfahren elektromagnetisch mit einer Referenzbohrung (MGT = Magnetics Guide Tool). Hierzu kommt eine Inklinometer-Magnetometersonde zum Einsatz, jedoch wird das Magnetfeld an­ stelle der übertägigen Kabelschleife hier mit einer Spule in einer der Sollachse benachbarten, vorlaufend hergestellten Referenzbohrung erzeugt. Die Referenz­ bohrung wird unter Billigung größerer Ungenauigkeiten hergestellt und im An­ schluß mit einem Kreiselkompaß vermessen. Dadurch kann die Spule an defi­ nierten Koordinaten positioniert werden. Eine fertiggestellte Pilotbohrung kann zur Herstellung weiterer benachbarter Parallelbohrungen gegebenenfalls als Referenz benutzt werden. Die hierbei erzielbaren Meß- bzw. Steuergenauigkeiten betragen < ±20 cm von der Bohrachse.

Zum Steuern der Pilotbohrung kommt bevorzugt der "Mud-Motor" zum Einsatz, welcher besonders bei Festgestein und dichtgelagertem Lockergestein angewen­ det wird. Dieser Mud-Motor funktioniert nach dem umgekehrten Moineau-Prinzip (Exzenter-Schneckenpumpen). Der Motor besteht aus einem festen Gehäuse, dessen Innenraum mit einem elastischen Material schneckenförmig ausgekleidet ist (Stator). In diesem Innenraum befindet sich ein Rotor mit einer schneckenför­ migen Oberfläche. Die Welle des Rotors ist mit der Bohrkrone verbunden. Die Statorseite des Motors wird an das Bohrgestänge angeschlossen. Das Bohrge­ stänge wird während des Bohrens nicht gedreht. Die Bohrspülung durchströmt den schneckenförmigen Spalt zwischen Rotor und Stator und die hydraulische Energie wird in den Rotor geleitet und als kinetische Energie (Rotation) auf die Bohrkrone übertragen. Durch Verwendung eines sogenannten "Bent Sub" kann der Mud-Motor in einem festen oder veränderbaren Winkel relativ zur Gestänge­ achse eingebaut werden, analog zu dem Winkel fährt der Bohrstrang einen ent­ sprechenden Radius.

In Lockergestein kommt alternativ als Steuerwerkzeug ein sog. "Jet Bit" zum Ein­ satz. Dies ist im wesentlichen eine modifizierte Bohrkrone. Die Schneide der Kro­ ne ist einseitig angeschrägt. Zusätzlich tritt der Spülstrahl nicht in Richtung der Bohrstrangachse aus der Krone aus, sondern ist mit einem geringen Winkel relativ zur Bohrstrangachse angeordnet, so daß der Strahl eine leichte Auskolkung in die Bohrlochwandung wäscht, wenn das Gestänge nicht gedreht wird. Wird in diesem Moment der Strang weiter abgetäuft, so wird der Bohrkopf mit Hilfe der auf der Krone befindlichen Schräge aus der bisherigen Richtung abgelenkt. Die aktuelle Strahl- bzw. Ablenkrichtung des Bohrkopfes wird dem Bohrgeräteführer anhand der Ortungsdaten angezeigt. Durch partielles Drehen des Stranges kann die Bohr­ richtung verändert werden. Bei kontinuierlicher Rotation des Gestänges findet kei­ ne Ablenkung statt.

Wie bereits erwähnt, beginnt die Pilotbohrung 32 an der Oberfläche, unterfährt beispielsweise eine Altlast und endet wiederum an der Oberfläche. An diesem En­ de bzw. Zielpunkt der Pilotbohrung 32 wird der erfindungsgemäße Erosionsbalken 100, 200 mit dem Bohrgestänge 28 verbunden und dieses entgegen der Bohr­ richtung 26 in Ziehrichtung 34 zurückgezogen, wie in Fig. 6A, B dargestellt. Hier­ bei weitet der Erosionsbalken 100, 200 mittels Düsenstrahlen oder Bohrkronen die Pilotbohrung 32 auf und bringt gleichzeitig einen entsprechenden Dichtstoff ein, welcher mit dem erodierten Erdboden gemischt wird und später zu einem Dichte­ lementabschnitt 36 aushärtet. Gleichzeitig mit dem Ziehen des Erosionsbalkens 100, 200 wird ein an der Vorrichtung 18 befestigtes Führungsgestänge 38 einge­ zogen. Hierbei wird das Führungsgestänge 38 derart eingezogen, daß es sich be­ nachbart zu einem seitlichen Ende des Dichtelementabschnittes 36 befindet, an dem der nächste Dichtelementabschnitt 36 hergestellt werden soll.

Fig. 7A, B zeigt die Situation, bei der der erste Dichtelementabschnitt 36 mit dem eingezogenen Führungsgestänge 38 fertiggestellt ist, wobei jedoch die einge­ brachte und aushärtende Dichtungsmasse derart ausgewählt ist, daß zu diesem Zeitpunkt der Dichtelementabschnitt 36 noch nicht ausgehärtet ist. Es wird sodann die nächste Pilotbohrung 32 benachbart zum Dichtelementabschnitt 36 einge­ bracht.

Wie aus Fig. 8A, B ersichtlich, greift beim erneuten Ziehen des Erosionsbalkens 100, 200 der Führungsring 16 auf das Führungsgestänge 38, so daß der Erosi­ onsbalken 100, 200 derart geführt ist, daß er einen konstanten Abstand eng be­ nachbart zum zuvor hergestellten Dichtelementabschnitt 36 beibehält. Hierdurch ist sichergestellt, daß es zu einer innigen und homogenen seitlichen Verbindung zwischen dem zuvor hergestellten Dichtelementabschnitt 36 und dem momentan hergestellten Dichtelementabschnitt 36 kommt. Gleichzeitig wird mit dem Ziehen des Erosionsbalkens 100, 200 das nächste Führungsgestänge 38 eingebracht.

Wie aus Fig. 9A, B ersichtlich, wird sodann ein dritter Dichtelementabschnitt 36 hergestellt, welcher ebenfalls eng benachbart zum zuvor hergestellten Dichtele­ mentabschnitt 36 ist, da wiederum der Führungsring 16 über das Führungsge­ stänge 38 greift. Gleichzeitig wird wiederum ein neues Führungsgestänge 38 ein­ gezogen, welches an der Vorrichtung 18 des Erosionsbalkens 100 befestigt ist. Durch Wiederholen der Verfahrensschritte gemäß Fig. 7A, B bis 9A, B wird aus mehreren Dichtelementabschnitten 36 ein vollständiges Dichtelement gebildet. Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren werden also, wie aus Fig. 5A, B bis Fig. 9A, B anschaulich ersichtlich, abwechselnd eine Pilotbohrung 32 und ein Dichtele­ mentabschnitt 36 hergestellt.

Bei der abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ge­ mäß Fig. 10A, B und 11A, B werden zunächst sämtliche Pilotbohrungen 32 ne­ beneinander ausgebildet (Fig. 10A, B), und in jeder zweiten Pilotbohrung 32 wird ein Führungsgestänge 38 angeordnet. Daraufhin wird durch alle Pilotbohrungen 32 ohne Führungsgestänge 38 der Erosionsbalken 100, 200 gezogen, so daß sich wiederum nebeneinanderliegende Dichtelementabschnitte 36 ergeben, welche durch die beidseitige Führung des Erosionsbalkens 100, 200 mittels der Füh­ rungsgestänge 38 seitlich eng und homogen miteinander verbunden sind und so­ mit ein geschlossenes Dichtelement ausbilden. In diesem Fall weist das Erosi­ onswerkzeug 100, 200 zwei gegenüberliegende Führungsringe 16 auf.

Fig. 12 bis 14 veranschaulichen die Anwendung des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung zum Unterfangen einer Altlast 40, aus der ein Schadstoffaustrag 42 erfolgt, welcher ein Grundwasser 44 gefährdet. Ausgehend von einer Bohrstelle 46 wird zuerst mittels des Bohrgestänges 28 (Fig. 12) die Pi­ lotbohrung 32 zu einem Zielpunkt 48 hergestellt. Am Zielpunkt 48 wird am Bohr­ gestänge 28 der Erosionsbalken 100, 200 angebracht.

Danach wird der Erosionsbalken 100, 200 in Pfeilrichtung 34 gezogen (Fig. 13), wobei ein Dichtelementabschnitt 36 unter Aufweitung des Bohrloches 32 ausge­ bildet wird. Dies wird nebeneinander so oft wiederholt, bis genügend Dichtele­ mentabschnitte 36 vorhanden sind, die einen die Altlast 40 vollständig unterfan­ genden Dichtkörper 50 (Fig. 14) ausbilden. Dieser Dichtkörper 50 schottet die Alt­ last 40 und deren Schadstoffaustrag 42 vom Grundwasser 44 ab, so daß das Grundwasser 44 nicht mehr durch die Schadstoffaustragung 42 gefährdet ist.

Das derart hergestellte Dichtelement ist stattdessen auch konstruktiv, z. B. als Scheitelsicherung oder Gewölbe beispielsweise im Tunnelbau, verwendbar.

Die Erfindung gewährleistet, daß der vom Erosionswerkzeug 100, 200 erfaßte gesamte Bodenquerschnitt behandelt wird, da das Werkzeug 100, 200 diesen Raum durchfahren muß. Ferner können zwischen nacheinander behandelten Bo­ denbereichen keine Fehlstellen entstehen, da der am Werkzeug 100, 200 ange­ brachte Führungsring 16 über das Führungsgestänge 38 greift, das in den vorher behandelten Bodenbereich eingezogen wurde. Auch ergibt sich aufgrund der be­ schriebenen Ausbildung des Erosionswerkzeuges 100, 200 die Möglichkeit, den Querschnitt der Bohrung derart zu verändern, daß ein im wesentlichen rechtecki­ ges Profil entsteht. Das Werkzeug 100, 200 wird anstelle eines herkömmlichen Werkzeuges mit Hilfe des Bohrgestänges 28 durch die Bohrung 32 gezogen. Eine Horizontalbohrung 32 kann somit zu einer annähernd horizontal im Boden befind­ lichen Lamelle 36 modifiziert werden. Durch die Verwendung eines erhärtenden Spülmediums, das sich während der Bearbeitung des Bohrloches mit dem gelö­ sten Boden vermischt, kann ein fester und relativ wasserdichter Körper 50 erzeugt werden. Überschüssiges Gemisch aus Boden und Spülung kann durch den auf­ geweiteten Bohrlochquerschnitt in Richtung Zielpunkt 48 oder durch einen Ring­ raum zwischen Bohrgestänge 28 und Bohrlochwand in Richtung Bohransatzpunkt 46 zur Geländeoberfläche hin entweichen. Werden mehrere dieser Lamellen 36 nebeneinander hergestellt, so kann ein bestimmter Bodenhorizont in-situ als Flä­ che verfestigt oder abgedichtet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind keine Baugruben, Schächte oder Schlitzwände erforderlich. Die Bohransatzpunkte 46 haben einen gewissen Ab­ stand zu dem zu behandelnden Bodenbereich, so daß die Bauausführung außer­ halb eines gegebenenfalls durch eine Altlast 40 kontaminierten Bereichs stattfin­ det. Es können wahlweise auch gewölbte Dichtflächen (Paraboloid, U-Profile usw.) hergestellt werden, da sich die Fläche 50 aus einzelnen Streifen 36 zusammen­ setzt. Da jeweils nur vergleichsweise schmale Bodenbereiche vom Erosionswerk­ zeug 100, 200 behandelt werden, sind die frisch behandelten (temporär verflüs­ sigten) Bodenbereiche weniger einsturzgefährdet. Hierdurch kann man die Ge­ wölbewirkung bzgl. großer Breiten besser nutzbar machen. Die Standorte der Ge­ räte können wahlweise oberhalb des Grundwassers angeordnet werden, so daß nicht gegen drückendes Grundwassers gearbeitet werden muß. Der erfindungs­ gemäße Erosionsbalken 100, 200 wirkt nicht nur mittels der Düsenstrahlen aus den Düsen 10 oder mittels der Bohrkronen 20, sondern bildet gleichzeitig einen mechanischen "Pflug", der für eine vollständige Bearbeitung des durchzogenen Bodenbereiches sorgt. Strahlschatten bei der Herstellung der Lamellen 36 durch Hindernisse im Boden 30 sind somit ausgeschlossen, da jedes Hindernis ver­ drängt oder zerstört wird.

Durch Aneinanderreihung unterschiedlich gekrümmter Bohrungen und damit un­ terschiedlich geneigter und gekrümmter Dichtelementabschnitte 36 je Bohrung entsteht eine im Raum entsprechend gekrümmte Abdichtungsfläche.

Claims (28)

1. Verfahren zum Herstellen von flächenhaften Dichtelementen, insbesondere von Unterfangungskörpern bzw. von statisch wirksamen Körpern oder Ge­ wölben, wie eine Scheitelsicherung im Tunnelbau oder bei einem Rohrvor­ trieb, im Erdboden, insbesondere einem Boden unterhalb und/oder ober­ halb von Deponien, Altablagerungen, Rohrleitungen oder dgl., wobei we­ nigstens eine gesteuerte Pilotbohrung eingebracht und durch diese Pilot­ bohrung ein Erosionswerkzeug mittels eines Bohrgestänges unter Erodie­ ren von Erdboden, Einbringen eines Dichtstoffes und Vermischen des ero­ dierten Erdbodens mit dem Dichtstoff zum Herstellen eines Dichtelemen­ tabschnittes gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Führungsgestänge im Erdboden im Abstand zum Bohr­ gestänge in einem Überschneidungsbereich zwischen zwei benachbarten Dichtelementabschnitten angeordnet wird, wobei das Erosionswerkzeug während des Ziehens durch eine Pilotbohrung von dem Führungsgestänge geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erosions­ werkzeug während des Ziehens durch eine Pilotbohrung von dem Füh­ rungsgestänge seitlich geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füh­ rungsgestänge in wenigstens einer Pilotbohrung, insbesondere in jeder zweiten Pilotbohrung, angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Erosionswerkzeug an seinem Umfang an zwei Seiten, insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten, vom Führungsgestänge geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ziehens des Erosionswerkzeuges durch eine Pilotbohrung ein Führungsge­ stänge zum Führen des Erosionswerkzeuges bei einem nachfolgenden Ziehen des Erosionswerkzeuges durch das Erosionswerkzeug eingezogen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungsgestänge nach Herstellung von benachbarten Dichtelementabschnitten gezogen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aufeinanderfolgend Pilotbohrungen erzeugt werden und das Erosionswerkzeug durch diese gezogen wird, bis die so hergestellten Dichtelementabschnitte ein gewünschtes Dichtelement ergeben.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement im wesentlichen horizontal erstreckt wird.

9. Erosionswerkzeug (100, 200) zum Herstellen von flächenhaften Dichtele­ menten (50), insbesondere von Unterfangungskörpern bzw. von statisch wirksamen Körpern oder Gewölben, wie eine Scheitelsicherung im Tunnel­ bau oder bei einem Rohrvortrieb, im Erdboden (30), insbesondere einem Boden unterhalb von Deponien, Altablagerungen (40), Rohrleitungen oder dgl., mit einem Anschluß (14) zum Verbinden mit einem Bohrgestänge (28), dadurch gekennzeichnet, daß an einem Umfang des Erosionswerkzeuges (100, 200) beabstandet vom Anschluß (14) zum Verbinden mit dem Bohrgestänge (28) wenigstens eine Vorrichtung (16) zum Eingriff eines Führungsgestänges (38) angeord­ net ist.

10. Erosionswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung zum Eingriff des Führungsgestänges als Führungsring (16) kreis­ förmig oder als ausgerundetes Rechteck ausgebildet ist.

11. Erosionswerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Erosionswerkzeuges (100, 200) eine Vorrichtung (18) zum Befestigen eines Endes eines Führungsgestänges (38) angeordnet ist.

12. Erosionswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (18) zum Befestigen eines Endes des Führungsgestänges (38) am Umfang des Erosionswerkzeuges (100, 200) gegenüber der Vorrichtung (18) zum Eingriff eines Führungsgestänges (38) angeordnet ist.

13. Erosionswerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an diesem wenigstens eine Bohrkrone (20) angeordnet ist.

14. Erosionswerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe (24) und eine Antriebswelle (22) vorgesehen sind, wobei die Bohr­ krone bzw. Bohrkronen (20) über das Getriebe (24) mit der Antriebswelle (22) verbunden sind.

15. Erosionswerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (22) in einem Bohrgestänge (28) angeordnet ist.

16. Erosionswerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Antriebswelle (22) ein in dem Bohrgestänge (28) angeordneter Mud Motor vorgesehen ist.

17. Erosionswerkzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine der Bohrkronen (20) als Ringbohrkrone (52) ausgebildet ist.

18. Erosionswerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es als Erosionsbalken (100, 200) ausgebildet ist.

19. Anordnung zum Herstellen von flächenhaften Dichtelementen (50), insbe­ sondere von Unterfangungskörpern bzw. von statisch wirksamen Körpern oder Gewölben, wie eine Scheitelsicherung im Tunnelbau oder bei einem Rohrvortrieb, im Erdboden (30), insbesondere einem Boden unterhalb von Deponien, Altablagerungen (40), Rohrleitungen oder dgl., mit einer Bohrein­ richtung mit Bohrgestänge (28) zum Herstellen von Pilotbohrungen (32) und einem lösbar mit dem Bohrgestänge (28) verbindbaren Erosionswerkzeug (100, 200) zum Ziehen durch die Pilotbohrungen (32) und Erzeugen von Dichtelementabschnitten (36), dadurch gekennzeichnet, daß in einem Überlappungsbereich zwischen zwei benachbarten Dichtele­ mentabschnitten (36) ein Führungsgestänge (38) vorgesehen ist und das Erosionswerkzeug (100, 200) an seinem Umfang im Abstand zum Bohrge­ stänge (28) eine Vorrichtung (16) zum Eingriff des Führungsgestänges (38) aufweist.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (16) zum Eingriff des Führungsgestänges (38) als Führungsring kreis­ förmig oder als ausgerundetes Rechteck ausgebildet ist.

21. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Erosionswerkzeuges (100, 200) eine Vorrichtung (18) zum Befestigen eines Endes des Führungsgestänges (38) angeordnet ist.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (18) zum Befestigen eines Endes des Führungsgestänges (38) am Umfang des Erosionswerkzeuges (100, 200) gegenüber der Vorrichtung (16) zum Eingriff eines Führungsgestänges (38) angeordnet ist.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß am Erosionswerkzeug (200) wenigstens eine Bohrkrone (20) angeord­ net ist.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Bohrkronen (20) als Ringbohrkrone (52) ausgebildet ist.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe (24) und eine Antriebswelle (22) vorgesehen sind, wobei die Bohrkrone bzw. Bohrkronen (20) über das Getriebe (24) mit der An­ triebswelle (22) verbunden sind.

26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ welle (22) in einem Bohrgestänge (38) angeordnet ist.

27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Antriebswelle (22) ein Mud Motor vorgesehen ist.

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Erosionswerkzeug (100, 200) als Erosionsbalken ausgebildet ist.