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Diese Erfindung betrifft ein System für die Montage eines Stopfens zum Verschließen einer Bohrung zur Bodenverfestigung.
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Dieses System wird herangezogen, um ein umfangreiches und unerwünschtes Austreten von Verfestigungsmaterial zu vermeiden, das zuvor in die Bohrung eingeführt wurde, um ein Säulenvolumen zur Verfestigung zu formen. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich finden diese Einsatz bei Anwendungen, bei denen die Bohrung eine Öffnung aufweist, die sich auf einer niedrigeren Höhe als der Grund oder auf der gleichen Höhe befindet und die Schwerkraft daher dieses Austreten fördert. Das System gemäß dieser Erfindung wird insbesondere in Kombination mit dem an sich bekannten Düsenstrahlverfahren verwendet.
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Bekannt ist nämlich eine Bodenverfestigungstechnik, die als Düsenstrahlverfahren bezeichnet wird und Folgendes beinhaltet:
- - Ausbilden einer Bohrung mittels einer Bohrstange;
- - Ausbringen eines Strahls eines zementösen Verfestigungsmaterials unter Druck mittels der Bohrstange. Dies erfolgt während des Hubs zum Ausziehen der Stange von einem Grund zu einer Einmündung der Bohrung. Das unter Druck ausgebrachte zementöse Material gräbt sich ins umliegende Erdreich und vermischt sich mit diesem, um ein Säulenvolumen zu formen.
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Ein Nachteil dieser Lösung steht damit in Verbindung, dass nach dem Herausziehen der Bohrstange ein Stopfen anzubringen ist, mittels dessen ein umfangreiches Austreten des zementösen Verfestigungsmaterials, das in die Bohrung eingeführt wurde, (aufgrund der Tatsache, dass die Bohrung unter Druck erfolgt und eventuell aufgrund der Neigung) vermieden werden kann. Zum Anbringen des Stopfens steigt gegenwärtig eine Arbeitskraft mittels einer Leiter oder eines Arbeitskorbs zur Einmündung der Bohrung auf und führt den Stopfen materiell in die Bohrung ein. Dieser Vorgang ist beschwerlich, da anfänglich aufgrund des Drucks in der Bohrung reichlich Material austritt. Folglich wird der Stopfen häufig angebracht, wenn der Druck in der Bohrung gesunken ist. Dies hat jedoch zur Folge, dass ein nicht unerheblicher Teil des eingeführten Verfestigungsmaterials nach außen geleitet wird, was die Verfestigungswirkung beeinträchtigt.
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Beim Verschließen wird die Arbeitskraft darüber hinaus von einer erheblichen Menge zementösen Materials getroffen. Dies beinhaltet bemerkenswerte Probleme in Verbindung mit der Tatsache, dass sich die Arbeitskraft verschmutzt und zudem darauf achten muss, auch Gesicht und Hände mit Schutzkleidung zu bedecken.
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Die angegebene technische Aufgabe und die angegebenen Ziele werden im Wesentlichen durch ein System zur Montage eines Stopfens, das die Merkmale nach einem oder mehreren der beigefügten Patentansprüche aufweist, erfüllt bzw. erreicht.
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Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich deutlicher aus der ungefähren und daher nicht einschränkenden Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform eines Systems zur Montage eines Stopfens gemäß der Darstellung in den beigefügten Zeichnungen. Es zeigt:
- - 1 eine Ansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Systems zur Montage eines Stopfens;
- - 2 ein vergrößertes Detail aus 1;
- - 3 bis 7 nacheinander eine Reihe von Phasen eines Abschnitts eines offenbarten Verfahrens.
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In den beigefügten Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein System zur Montage eines Stopfens 6 zum Verschließen einer Bohrung 7, in der ein Bodenverfestigungsmaterial enthalten ist. Dieses System 1 wird beim Düsenstrahlverfahren eingesetzt.
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Das System 1 umfasst eine Leitung 2. Die Leitung 2 entwickelt sich zumindest teilweise außerhalb der Bohrung 7. Insbesondere entwickelt sie sich entlang einer fiktiven Verlängerung der Bohrung 7. Die Leitung 2 ist typischerweise geradlinig. Die Leitung 2 erstreckt sich auch innerhalb der Bohrung 7. Die Leitung 2 kann einen Flansch 71 zur Verbindung mit einer frontseitigen Wand 72 umfassen, von der sich die Bohrung 7 entwickelt. Normalerweise entwickelt sich die Wand zwischen oben und unten.
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Das System 1 umfasst zudem Mittel 3 zur Einführung des Stopfens 6 in die Leitung 2. Die Mittel 3 zur Einführung können somit eine Ladevorrichtung des Stopfens 6 definieren.
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Das System 1 umfasst zudem einen Schieber 4 für den Stopfen 6. Der Schieber 4 ist entlang der Leitung 2 mobil, um den Stopfen 6 in der Bohrung 7 zu positionieren. Während des Vorschubs entlang der Leitung 2 schiebt der Schieber 4 den Stopfen 6 hinführend zu einem Ende der Leitung, das in die Bohrung 7 mündet. Normalerweise wird der Stopfen 6 in die Bohrung 7 durch Interferenz eingefügt. Normalerweise ist der Stopfen 6 verformbar. Dank dieser Verformbarkeit kann er sich in Querrichtung in einer Einfügerichtung in die Bohrung 7 komprimieren, um eine Abdichtungswirkung an den Wänden der Bohrung 7 zu entfalten. Beispielhafterweise, jedoch nicht ausschließlich könnte er aus Kautschuk oder Polyurethan-Kunstharz bestehen.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Stopfen 6 ein erstes und ein zweites axiales Ende 61, 62. Der Stopfen 6 umfasst auch eine seitliche Oberfläche 63, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 61, 62 entwickelt. Die seitliche Oberfläche 63 wird vom ersten zum zweiten Ende 61, 62 schmäler.
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Das erste axiale Ende 61 ist dazu bestimmt, sich tiefer in der Bohrung 7 vorzustrecken als das zweite axiale Ende 62. Der Stopfen 6 weist somit eine zusammenlaufende Form auf. Bei der bevorzugten Lösung ist die seitliche Oberfläche 63 beispielsweise stumpfkegelförmig.
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Zweckmäßigerweise umfasst das System 1 eine Bohrstange 5 für die Ausbildung der Bohrung 7. Die Stange 5 ist entlang der Leitung 2 mobil.
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Die Leitung 2 ist eine Führungsleitung für die Bohrstange 5. Zudem ist sie auch eine Führungsleitung für den Stopfen 6. Der Schieber 4 stimmt mit der Bohrstange 5 überein/gehört zu dieser. Der Schieber 4 ist somit in die Stange 5 integriert. Ein zusätzliches mechanisches Organ ist nicht vorhanden.
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Zweckmäßigerweise umfassen die Mittel 3 zur Einführung des Stopfens 6 in die Leitung 2 einen Behälter 31 zur Verwahrung des Stopfens 6. Der Behälter 31 ist an einer Seite der Leitung 2 angeordnet. Der Behälter 31 kann eine verschließbare Öffnung 35 umfassen, die das Laden des Stopfens 6 in den Behälter 31 von außerhalb der Einführungsmittel 3 ermöglicht.
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Die Einführungsmittel 3 umfassen zudem eine Schubbetätigungsvorrichtung 32, die geeignet ist, um den Stopfen 6 von einer ersten Position, in der er sich im Behälter 31 befindet, in eine zweite Position zu bewegen, in der er sich in der Leitung 2 befindet. Diese Schubbetätigungsvorrichtung 32 bewegt sich quer (vorzugsweise rechtwinkelig) zur Leitung 2. Zweckmäßigerweise ist die Betätigungsvorrichtung 32 linear. Normalerweise wird sie fluiddynamisch angetrieben.
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Die Schubbetätigungsvorrichtung 32 umfasst an einem Ende zudem einen Hohlraum 320, der dazu bestimmt ist, mit dem Stopfen 6 in Berührung zu kommen und diesen zu schieben. Dieser Hohlraum 320 ist dazu bestimmt, den Stopfen 6 zumindest teilweise aufzunehmen. Insbesondere könnte der Hohlraum 320 gegenständig zu einem Abschnitt des Stopfens 6, mit dem er in Berührung kommt, ausgeformt sein. Dies ermöglicht, den Schub besser auf den Stopfen 6 zu übertragen und das Risiko zu minimieren, dass der Stopfen 6 abrutschen oder sich unerwünscht positionieren kann.
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Die Einführungsmittel 3 umfassen eine Trennwand 33, die zwischen einer ersten Auslegung (siehe 3 und 7), in der sie den Behälter 31 von der Leitung 2 trennt, und einer zweiten Auslegung (siehe 4, 5, 6), in der sie die Kommunikation zwischen dem Behälter 31 und der Leitung 2 ermöglicht, mobil ist. In der ersten Auslegung verschließt die Trennwand 33 somit einen Kommunikationsdurchlass 330 zwischen der Leitung 2 und dem Behälter 31. Die Trennwand 33 ist eine Guillotine. In der zweiten Auslegung ist der Wechsel des Stopfens 6 vom Behälter zur Leitung 2 (über den Kommunikationsdurchlass 330) erlaubt.
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Zweckmäßigerweise umfassen die Einführungsmittel 3 eine Bewegungsvorrichtung 34, die geeignet ist, die Trennwand 33 zwischen der ersten und zweiten Auslegung parallel zur Leitung 2 zu bewegen. Zweckmäßigerweise wird die Bewegungsvorrichtung 34 fluiddynamisch betätigt. Bei der Bewegungsvorrichtung 34 handelt es sich um eine lineare Bewegungsvorrichtung. Die Trennwand 33 trennt in der ersten Auslegung den Behälter 31 dicht schließend von der Leitung 2. Dadurch kann vermieden werden, dass das in die Bohrung 7 injizierte Verfestigungsmaterial den Behälter 31 verschmutzen kann. Dadurch kann zudem vermieden werden, dass das Verfestigungsmaterial den Stopfen 6 vor dessen Einführung in die Leitung 2 verschmutzen kann.
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Die Leitung 2 umfasst ein Teilstück 22, in dem der oben genannte Kommunikationsdurchlass 330 ausgebildet ist. Dieses Teilstück 22 der Leitung 2 ist zwischen einer ersten und einer zweiten Verbindung 221, 222 eingesetzt, die es mit zwei weiteren Teilstücken der Leitung 2 verbinden, zwischen denen es eingesetzt ist.
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Vorteilhafterweise umfasst die Leitung 2 auch eine zusammenlaufende Sektion 21, die zwischen dem oben genannten Kommunikationsdurchlass 330 und einem Ende 23 der Leitung 2 eingesetzt und dazu bestimmt ist, sich in die Bohrung 7 einzufügen.
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Zweckmäßigerweise kann das Montagesystem 1 auch radiale Dichtungsmittel zwischen der Leitung 2 und der Stange 5 umfassen. Die radialen Dichtungsmittel umfassen beispielsweise
- - ein Dichtungselement;
- - pneumatische Mittel, die das Aufblasen ermöglichen; zweckmäßigerweise erlaubt dies, in Berührung mit der Leitung 2 und der Stange 5 zu kommen und die radiale Abdichtung auszuführen.
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Dieser Durchlass 330 befindet sich zweckmäßigerweise zwischen den radialen Dichtungsmitteln und einem Ende der Leitung 2, das in der Bohrung 7 mündet.
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Diese Offenbarung betrifft zudem ein Verfahren für die Montage eines Stopfens 6 zum Verschließen einer Bohrung 7, in der ein Bodenverfestigungsmaterial enthalten ist. Dieses Material ist normalerweise flüssig. Dieses Verfahren wird zweckmäßigerweise mittels eines Montagesystems 1 realisiert, aufweisend eins oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale. Das Verfahren umfasst den Schritt zum Herausziehen einer Bohrstange 5 aus der Bohrung 7, indem dieser innerhalb einer Leitung 2 beibehalten wird, die sich von dieser Bohrung 7 entwickelt. Diese Leitung 2 ist zweckmäßigerweise geradlinig. Insbesondere ist die Leitung 2 koaxial zur Bohrung 7 angeordnet. Zweckmäßigerweise kann dieser Schritt durch ein Austreten von mit dem Verfestigungsmaterial vermischten Erdreich aus der Bohrung 7 in die Leitung 2 begleitet werden. Es ist nämlich noch nicht vollständig verfestigt und somit mobil. Das Verfestigungsmaterial ist normalerweise ein Gemisch, das Wasser und Zement umfasst und sich mit dem Erdreich vermischt. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Leitung 2 in der Bohrung 7.
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Das Verfahren umfasst zudem den Schritt zum Einführen des Stopfens 6 in die Leitung 2 und dessen Positionieren zwischen der Bohrstange 5 und einer Eingangsmündung 70 der Bohrung 7. Dies erfolgt, nachdem die Stange 5 aus der Bohrung 7 herausgezogen wurde. Insbesondere erfolgt der Schritt zum Einführen des Stopfens 6 in die Leitung 2, nachdem die Stange 5 zurückgezogen wurde, sodass eine Einführungszone des Stopfens 6 in die Leitung 2 zwischen der Stange 5 und der Bohrung 7 befindlich ist.
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Unter besonderer Bezugnahme auf die 3 bis 7 umfasst die Phase zum Einführen des Stopfens 6 in die Leitung 2 die folgenden Unterschritte (zweckmäßigerweise zeigt 3 einen anfänglichen Ruhezustand):
- - Öffnen einer Trennwand 33, die einen Behälter 31 trennt, in dem der Stopfen 6 aus der Leitung 2 angeordnet ist (4);
- - Schieben des Stopfens in die Leitung 2 mittels einer Schubbetätigungsvorrichtung 32 (5).
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Diese Unterschritte sind zweckmäßigerweise automatisiert. Sie können der Reihenfolge nach vom Bediener mit nur einer Eingabe gesteuert werden. Das Verfahren umfasst zudem den Schritt zum Schieben des Stopfens 6 entlang der Leitung 2 und dessen Einfügen in die Eingangsmündung 70 der Bohrung 7.
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Der Schritt zum Schieben des Stopfens 6 entlang der Leitung 2 und dessen Einfügen in die Eingangsmündung 70 der Bohrung 7 wird ausgeführt, indem der Stopfen 6 mittels der Bohrstange 5 geschoben wird. Um den Schritt zum Schieben auszuführen, wird die Stange 5 entlang der Leitung 2 bewegt und insbesondere der Eingangsmündung 70 der Bohrung 7 angenähert und/oder in diese eingeführt.
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Nach dem oder während des Schritts zum Schieben des Stopfens kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen:
- - Zurückrufen der Schubbetätigungsvorrichtung 32, indem diese aus der Leitung 2 herausgezogen und vorteilhafterweise im Behälter 31 positioniert wird (6);
- - Verschließen der Trennwand 33 (7).
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Diese Schritte sind zweckmäßigerweise automatisiert. Sie können der Reihenfolge nach vom Bediener mit nur einer Eingabe gesteuert werden. Diese Offenbarung betrifft zudem ein Verfahren zum Verfestigen des Bodens. Dieses Verfahren zum Verfestigen des Bodens umfasst den Schritt zum Implementieren eines Verfahrens zur Montage eines Stopfens 6, aufweisend einen oder mehrere der zuvor beschriebenen Schritte. Vor dem Schritt zum Implementieren des Verfahrens zur Montage des Stopfens 6 umfasst das Verfahren zum Verfestigen des Bodens den Schritt zum Ausführen einer Bohrung 7. Zweckmäßigerweise erfolgt der Schritt zum Ausführen der Bohrung 7 mittels der Bohrstange 5.
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Das Verfahren umfasst zudem den Schritt zum Ausbringen von Verfestigungsmaterial in die Bohrung 7. Der Schritt zum Ausbringen des Verfestigungsmaterials erfolgt mittels einer Ausbringungsvorrichtung 50, die entlang der Bohrstange 5 angeordnet ist. Insbesondere erfolgt dies während mindestens eines Teils eines Hubs der Stange 5, die sich von einem Grund der Bohrung 7 hinführend zur Eingangsmündung 70 der Bohrung 7 bewegt.
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Das ausgebrachte Verfestigungsmaterial umfasst vorteilhafterweise ein zementöses Material (enthalten sein können auch andere Bestandteile wie beispielsweise ein Abbindungsbeschleuniger). Der Schritt zum Ausbringen des Verfestigungsmaterials umfasst den Schritt zum Ausbringen eines Strahls unter Druck, der das umliegende Erdreich auseinanderbricht. Das Verfestigungsmaterial wird somit mit dem umliegenden Erdreich vermischt, um ein Säulenvolumen zu formen, das das Erdreich stärkt (vor allem, wenn mehr miteinander verbundene Säulenvolumen realisiert werden, die jeweils durch eine entsprechende Bohrung ausgebildet werden). Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren während mindestens eines Teils des Schritts zum Ausbringen des Verfestigungsmaterials den Schritt zum Drehen der Stange 5 rund um eine Längsentwicklungsachse der Stange. Zweckmäßigerweise kann der Schritt zum Ausbringen des Verfestigungsmaterials gleichzeitig mittels einer Vielzahl von Düsen erfolgen, die normalerweise entlang unterschiedlicher Ausbringungsrichtungen ausgerichtet sind (eventuell können diese auch diametral entgegengesetzt angeordnet sein).
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Zweckmäßigerweise sieht das Verfestigungsverfahren in der Nähe der Eingangsmündung 70 der Bohrung 7 das Stoppen des Schritts zum Ausbringen des Verfestigungsmaterials vor. Ein erstes Teilstück der Bohrung 7 weist somit einen reduzierten Querschnitt im Vergleich zu einem zweiten Teilstück der Bohrung auf, in dem das Erdreich durch den Schritt zum Ausbringen des Verfestigungsmaterials erodiert wurde. Das erste Teilstück umfasst auch die Eingangsmündung 70 der Bohrung 7. Beispielsweise ist die Eingangsöffnung 70 der Bohrung 7 an einer künstlichen Wand ausgebildet. Beispielsweise könnte sich die Bohrung 7 von einer Wand 72 entwickeln, die sich zwischen oben und unten entwickelt und die Ortsbrust eines im Bau befindlichen Tunnels definiert. Diese Ortsbrust ist somit mittels einer Schicht aus Beton oder einem anderen Material für die Sicherung beschichtet.
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Die Bohrung 7 entwickelt sich in der bevorzugten Lösung entlang eines geradlinigen Segments.
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Zweckmäßigerweise weist dieses geradlinige Segment eine horizontale Komponente auf, die größer ist als die vertikale Komponente (die vertikale Komponente könnte auch gleich null sein). Vorzugsweise befindet sich die Eingangsmündung 70 auf einer niedrigeren Höhe als der Grund der Bohrung oder auf der gleichen Höhe. Die Bohrung 7 entwickelt sich somit waagerecht oder aufsteigend (vorzugsweise leicht aufsteigend). Eventuell könnte sich die Bohrung auch absteigend entwickeln (wenn unter Wasserdruckhöhe).
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Diese Erfindung beinhaltet bedeutende Vorteile.
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In erster Linie ermöglicht sie das Verschließen eines Lochs einer Bohrung 7, in die ein Verfestigungsmaterial eingeführt wurde, was die Menge an Verfestigungsmaterial, das aufgrund des in der Bohrung 7 herrschenden Drucks auf ein Mindestmaß reduziert. Dies ist besonders wichtig, wenn die Bohrung 7 in einem wasserreichen Bereich ausgeführt wird, was die Mobilität des mit dem Erdreich vermischten Verfestigungsmaterials erhöht. Zweitens ermöglicht sie das Verschließen unter maximaler Sicherheit für die Arbeitskraft.
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Die so konzipierte Erfindung unterliegt zahlreichen Änderungen und Varianten, die alle unter ihr Erfindungskonzept fallen. Ferner können alle Einzelheiten der Erfindung durch technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden. In der Praxis können alle eingesetzten Materialien/Werkstoffe sowie die Abmessungen je nach den jeweiligen Erfordernissen beliebig sein.
