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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckinjektionsvorrichtung zur
Einbringung von Injektionsfluid in ein Bohrloch umgebenden Boden,
mit einer Hochdruckinjektionsdüse,
die an einem Bohrgestänge
angeordnet ist, die mit dem Injektionsfluid versorgbar ist und mittels
der das Injektionsfluid in den das Bohrloch umgebenden Boden abstrahlbar
ist.
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Bisher
wurden Hochdruckinjektionssäulen mittels
Hochdruckinjektionsvorrichtungen mit unterschiedlichen Durchmessern
und unterschiedlichen Dicken in unterschiedlichen Tiefen hergestellt.
Dabei wurde als Injektionsfluid ein Gemisch aus Zement und Wasser
oder aus Zement, Steinmehl und Wasser über einen Hochdruckinjektionsspülkopf in
ein Drehbohrsystem eingebracht. Am bohrlochsohlenseitigen Ende dieses
Drehbohrsystems brachte ein Düsenstock über eine
Hochdruckdüse
das Injektionsfluid in radialer Richtung in den vorher mit Bohrfluid,
z.B. Hochdruckwasser oder Hochdruckfluid, ausgewaschenen bzw. aufgeschnittenen
Boden ein. Die Hochdruckinjektionsdüse war dabei auf dem Außenmantel
des Düsenstocks
bzw. Monitors angeordnet. Der Düsenstock
bzw. Monitor hatte üblicherweise
einen geringfügig
größeren Durchmesser
als die Bohrrohre des Bohrgestänges;
beispielsweise hatte der Düsenstock
bzw. Moni tor bei einem Bohrrohrdurchmesser von 114,3 mm einen Durchmesser
von 115 mm. Die Hochdruckinjektionsdüse bewegte sich dann mit einem
Radius von ca. 57 mm. Bei bestimmten vorgegebenen Parametern, z.B.
einer vorhandenen Bodendichte, die von der Bodentiefe und der Bodenklasse
abhängig
ist, einem Hochdruckinjektionsfluiddruck, einer Fluidmenge und einer
Verweildauer der Hochdruckinjektionsdüse in einer bestimmten Tiefe,
ergab das beispielsweise eine Hochdruckinjektionssäule mit
einem Durchmesser von z.B. 2000 mm.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderte
Hochdruckinjektionsvorrichtung derart weiterzubilden, dass mittels
ihr bei ansonsten gleichen Abmessungen größere Hochdruckinjektionssäulen herstellbar
sind, wobei darüber hinaus
Hochdruckinjektionssäulen
mit unterschiedlichen Durchmessern planmäßig herstellbar sein sollen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Hochdruckinjektionsdüse
in Radialrichtung außerhalb
des Bohrgestänges
verstellbar am Bohrgestänge
gehaltert ist. Wenn die Hochdruckinjektionsdüse beispielsweise in Radialrichtung
des Bohrgestänges
um 300 mm nach außen verschiebbar
ist, kann mit der erfindungsgemäßen Hochdruckinjektionsvorrichtung
eine Hochdruckinjektionssäule
hergestellt werden, die im Vergleich zu der mit einer gemäß dem Stand
der Technik ausgebildeten Hochdruckinjektionsvorrichtung herstellbaren
Hochdruckinjektionssäule
einen um 600 mm größeren Durchmesser
aufweist. Hierdurch kann die Anzahl der für die Verfestigung eines bestimmten
Areals herzustellenden Bohrlöcher
erheblich reduziert werden. Der Gesamtaufwand für die Verfestigung eines vorgegebenen
Areals kann somit im Falle der erfindungsgemäßen Hochdruckinjektionsvorrichtung
beträchtlich
reduziert werden.
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Vorteilhaft
ist die Hochdruckinjektionsdüse an
einem in das Bohrgestänge
integrierten Düsenstock
bzw. Monitor in Radialrichtung beweglich gehaltert, wobei der Düsenstock
bzw. Monitor zweckmäßigerweise
nahe dem bohrlochsohlenseitigen Ende des Bohrgestänges angeordnet
ist.
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Die
Hochdruckinjektionsdüse
kann gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochdruckinjektionsvorrichtung
am freien Ende eines für Überdrücke von
400 bis 800 bar ausgelegten Hochdruckschlauchs angeordnet sein,
der in seiner Längsrichtung
hin und her bewegbar in einer Umlenkeinrichtung geführt ist,
mittels der er aus einer Vertikal- bzw. Axial- in eine Horizontal-
bzw. Radialrichtung umlenkbar ist.
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An
seinem der Hochdruckinjektionsdüse
abgewandten anderen Ende ist der Hochdruckschlauch vorteilhaft an
ein Schiebegestänge
angeschlossen, das koaxial im Bohrgestänge angeordnet ist, das mit dem
Bohrgestänge
drehbar ist, das in Bezug auf das Bohrgestänge in Axialrichtung hin und
her bewegbar ist und das darüber
hinaus hochdrucktauglich ausgebildet ist; mittels dieses Schiebegestänges ist
der Hochdruckschlauch und damit die Hochdruckinjektionsdüse mit dem
unter Hochdruck stehenden Injektionsfluid versorgbar.
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Auf
dem Außenmantel
des Düsenstocks bzw.
Monitors kann ein Sitz in Form einer Ausnehmung od.dgl. vorgesehen
sein, in dem ein Düsenkopf der
Hochdruckinjektionsvorrichtung aufnehm- und halterbar ist.
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Der
Hochdruckschlauch ist zumindest teilweise in eine Stahlfeder eingebracht
und mittels dieser vorgespannt. Hierdurch kann der Hochdruckschlauch
eine Vielzahl von Hin- und Herbewegungen in Bezug auf die Umlenkeinrichtung
unbeschadet überstehen,
wobei darüber
hinaus die korrekte Positionierung der Hochdruckinjektionsdüse außerhalb des
Bohrgestänges
gewährleistet
werden kann.
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Die
im Düsenstock
bzw. Monitor vorgesehene Umlenkeinrichtung ist zweckmäßigerweise
als Umlenkkrümmer
oder als mechanisch gefertigter rechtwinkliger Bogen ausgebildet.
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Zur
Erleichterung der Auslenkung des mit der Stahlfeder versehenen Hochdruckschlauches
ist es vorteilhaft, wenn im Bogenbereich des Umlenkkrümmers bzw.
des rechtwinkligen Bogens Rollen-, Kugel- oder Nadellager angeordnet
sind.
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Darüber hinaus
kann es zweckmäßig sein, den
Umlenkkrümmer
bzw. den rechtwinkligen Bogen innenseitig mit einer Gleitsubstanz,
z.B. Teflon, zu beschichten, bzw. auf den Umlenkkrümmer bzw.
den rechtwinkligen Bogen innenseitig eine Gleitsubstanz, z.B. Teflon,
aufzubringen.
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Um
eine unerwünschte
Drehbewegung der das Schiebegestänge
bildenden Drehschubstangen untereinander zu verhindern, sind die
Drehschubstangen im miteinander verschraubten Zustand mittels Verbindungshalbschellen
zueinander verdrehsicher fixiert.
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Die
drehfeste Verbindung zwischen dem Schiebegestänge und dem Bohrgestänge lässt sich in
konstruktiv-technisch wenig aufwendiger Weise realisieren, wenn
das Schiebegestänge
nahe einem das Schiebegestänge
mit unter Hochdruck stehendem Injektionsfluid versorgenden Hochdruckspülkopf mittels
einer vor zugsweise als Mehrkant oder Verzahnung ausgebildeten Verdrehsicherung
drehfest und axial verschieblich mit dem Bohrgestänge verbunden
ist.
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Die
Hin- und Herbewegung des Verschiebegestänges und damit die radiale
Aus- und Einwärtsverschiebung
der Hochdruckinjektionsdüse
lässt sich in
zuverlässiger
und einen geringen Aufwand erfordernder Weise verwirklichen, wenn
eine Verschiebetraverse vorhanden ist, in der ein Drehschubstück, das
dreh- und axialfest mit dem Schiebegestänge verbunden ist, drehbar
gelagert ist, wobei die Verschiebetraverse mittels eines Zylinderantriebs,
der vorzugsweise aus zwei doppelt wirkenden Hydraulikzylindern bestehen
kann, mit dem Schiebegestänge in
Bezug auf das Bohrgestänge
in Axialrichtung hin und her bewegbar ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen bohrlochsohlenfernen
Endabschnitt einer erfindungsgemäßen Hochdruckinjektionsvorrichtung,
teilweise geschnitten;
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2 ein Bohrrohr sowie eine
Drehschubstange der erfindungsgemäßen Hochdruckinjektionsvorrichtung;
und
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3 den bohrlochsohlenseitigen
Endabschnitt der erfindungsgemäßen Hochdruckinjektionsvorrichtung.
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Mit
einer im folgenden anhand der 1 bis 3 näher beschriebenen Hochdruckinjektionsvorrichtung
soll erreicht wer den, dass mit einem einen vergleichsweise kleinen
Durchmesser aufweisenden Bohrgestänge Hochdruckinjektionssäulen geschaffen
werden können,
die einen im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik sehr
großen
Durchmesser aufweisen. Das Bohrgestänge 1 der Hochdruckinjektionsvorrichtung
besteht aus Bohrrohren 2, die an ihren beiden Enden mit
einem inneren Bohrrohrgewinde 3 bzw. einem äußeren Bohrrohrgewinde 4 versehen
sind und entsprechend zu dem Bohrgestänge 1 zusammenschraubbar
sind.
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Am
bohrlochsohlenfernen Endabschnitt ist das innere Bohrrohrgewinde 3 eines
Bohrrohrs 2 mit einem Außengewinde 5 eines
Auffüllspülkopfes 6 verschraubt,
der drehbar in einer Niederdruckeinspülung 7 gehaltert ist,
mittels der der Auffüllspülkopf 6 und
damit das Bohrgestänge 1 mit
Bohrfluid versorgbar ist.
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Am
bohrlochsohlenseitigen Endabschnitt weist das Bohrgestänge 1 einen
Düsenstock
bzw. einen Monitor 8 auf, der bohrlochsohlenseitig mit
einem Bohrkronengewinde 9 ausgebildet ist, mittels dem
er mit einer in den Figuren nicht dargestellten Bohrkrone verschraubbar
ist.
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Im
Düsenstock
bzw. Monitor 8 ist eine Umlenkeinrichtung in Form eines
Umlenkkrümmers 10 vorgesehen.
An dessen eingangsseitigem Bogenbereich 11 und an dessen
unterem Bogenbereich 12 sind Führungselemente in Form von
Rollen-, Kugel- oder Nadellagern 13 vorgesehen.
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Auf
seinem Außenmantel
weist der Düsenstock
bzw. Monitor 8 einen Sitz 14 auf, der hinsichtlich
seiner Form der Form eines Düsenkopfes 15 einer
Hochdruckinjektionsdüse 16 ent spricht.
Mittels der Hochdruckinjektionsdüse 16 ist
ein unter hohem Druck stehendes Injektionsfluid in das das Bohrgestänge 1 bzw.
das Bohrloch umgebende Erdreich einbringbar.
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Die
Hochdruckinjektionsdüse 16 sitzt
am freien Ende eines Hochdruckschlauchs 17, der den im
Düsenstock
bzw. Monitor 8 ausgebildeten Umlenkkrümmer 10 durchsetzt
und dessen Länge
die des Umlenkkrümmers
beträchtlich übersteigt,
z.B. um ca. 300 mm.
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Der
Hochdruckschlauch 17 sitzt n einer Stahlfeder 18,
die als Druckfeder ausgebildet ist und mittels der der Hochdruckschlauch 17 vorgespannt ist.
Der in der Stahlfeder 18 befindliche Hochdruckschlauch 17 ist
in dem im Düsenstock
bzw. Monitor 8 ausgebildeten Umlenkkrümmer 10 hin und her
bewegbar, d.h., die Hochdruckinjektionsdüse 16 ist zwischen
der in 3 gezeigten radial äußeren Position und
der Position, in der ihr Düsenkopf 15 im
Sitz 14 auf dem Außenmantel
des Düsenstocks
bzw. Monitors 8 sitzt, beweglich.
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Mittels
des Umlenkkrümmers 10 ist
der von der Stahlfeder 8 vorgespannte Hochdruckschlauch 17 aus
einer zur Bohrgestängeachse
parallelen Richtung in eine zur Bohrgestängeachse radiale Richtung umlenkbar.
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Der
den Umlenkkrümmer 10 ausbildende Bereich
des Düsenstocks
bzw. Monitors 8 wird von Niederdruckkanälen 19 durchsetzt,
so dass die in den Figuren nicht gezeigte Bohrkrone aus dem Bohrgestänge 1 heraus
mit Bohrfluid versorgbar ist.
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Am
eingangsseitigen Endabschnitt des Umlenkkrümmers 10 weist der
Düsenstock
bzw. Monitor 8 eine Führung 20 auf,
in der der hochdruckinjektionsdüsenferne
Endabschnitt des Hochdruckschlauchs 17 führ- und
aufnehmbar ist, wenn die Hochdruckinjektionsdüse 16 aus ihrer in 3 gezeigten Position in
die Position verbracht wird, in der ihr Düsenkopf 15 im Sitz 14 auf
dem Außenmantel des
Düsenstocks
bzw. Monitors 8 aufgenommen ist.
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An
seinem der Hochdruckinjektionsdüse 16 entgegengesetzten
Ende ist der Hochdruckschlauch 17 mit einem Schiebegestänge 21 verbunden,
welches aus einer Vielzahl Drehschubstangen 22 besteht,
wie sie in 2 gezeigt
ist.
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Jede
Drehschubstange 22 hat ein oberes Außengewinde 23 und
ein unteres Innengewinde 24, mittels denen Hochdruckverbindungen 23, 24 herstellbar
sind. Durch das derart gestaltete Schiebegestänge 21 ist der Hochdruckschlauch 17 und
damit die Hochdruckinjektionsdüse 16 mit
dem unter Hochdruck stehenden Injektionsfluid versorgbar.
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Zur
drehfesten Verbindung der Drehschubstangen 22 des Schiebegestänges 21 miteinander sind
diese an den Hochdruckverbindungen mit in den Figuren nicht gezeigten
Verbindungshalbschellen versehen.
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Zur
Versorgung mit unter Hochdruck stehendem Injektionsfluid ist das
Schiebegestänge 21 an seinem
bohrlochsohlenfernen Ende mit einer Hochdruckeinspülung 25 verbunden. Über die
Hochdruckeinspülung 25 wird
ein in drehfester Verbindung mit dem Schiebegestänge 21 stehender Hochdruckspülkopf 26,
der verdrehbar in der Hochdruckeinspülung 25 gelagert ist,
mit dem unter Hochdruck stehenden Injektionsfluid versorgt. Der
Hochdruckspülkopf 26 seinerseits
ist mittels eines Kegelge windes 27 mit einem mit einem
entsprechenden Gegengewinde versehenen Drehschubstück 28 drehfest
verschraubt, welches wiederum drehfest mit dem oberen Außengewinde 23 einer
Drehschubstange 22 des Schiebegestänges 21 verschraubt
ist.
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Die
Drehschubstangen 22 werden mittels einer oberen Drehschubstangenführung 29 und
einer unteren Drehschubstangenführung 30,
die in jedem Bohrrohr 2 vorgesehen sind, koaxial in Bezug
auf das Bohrgestänge 1 gehalten,
wobei sie in Axialrichtung des Bohrgestänges 1 verschieblich
sind.
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Zur
drehfesten und axialverschieblichen Verbindung zwischen dem Bohrgestänge 1 einerseits und
dem Schiebegestänge 21 andererseits
ist im Auffüllspülkopf 6 des
Bohrgestänges 1 eine
Verdrehsicherung in Form eines Mehrkants 31 vorgesehen, der
die bohrlochferne Drehschubstange 22 des Schiebegestänges 21 in
Bezug auf den Auffüllspülkopf 6 und
damit in Bezug auf das Bohrgestänge 1 drehfest,
jedoch axialverschieblich, haltert. Der Mehrkant 31 kann
als Vier- oder Sechskant ausgebildet sein, wobei auch eine Verzahnungsverbindung möglich ist.
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Das
vorstehend geschilderte Drehschubstück 28, welches drehfest
mit der obersten Drehschubstange 22 des Schiebegestänges 21 verbunden
ist, ist drehbar in einer Verschiebetraverse 32 gelagert,
die ihrerseits mittels zweier doppelt wirkender Hydraulikzylinder 33, 34 in
Axialrichtung in Bezug auf das Bohrgestänge 1 beweglich, und
zwar in Hin- und Herrichtung, ist. Das Drehschubstück 28 und
damit die Drehschubstange 22 und das Schiebegestänge 21 sind
mit der Verschiebetraverse 22 bei entsprechender Betätigung der
Hydraulikzylinder 33, 34 in Bezug auf das Bohrgestänge hin
und her beweglich.
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Mittels
der Hin- und Herbewegung des Schiebegestänges 31 lässt sich
der Hochdruckschlauch 17 in Bezug auf den im Düsenstock
bzw. Monitor 8 vorgesehenen Umlenkkrümmer 10 zwischen der
in 3 gezeigten Position
und einer Position hin und her bewegen, in der die Hochdruckinjektionsdüse 16 mit
ihrem Düsenkopf 15 im
auf dem Außenmantel
des Düsenstocks
bzw. Monitors 8 ausgebildeten Sitz 14 aufgenommen
ist.
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Durch
die hierdurch mögliche
radial auswärtige
Anordnung der Hochdruckinjektionsdüse 16 lässt sich
eine Hochdruckinjektionssäule
schaffen, die trotz des vergleichsweise kleinen Durchmessers des
Bohrgestänges 1 ihrerseits
einen vergleichsweise großen
Durchmesser aufweist.