DE2935126A1

DE2935126A1 - Verfahren zum injizieren von moertelschlamm in den erdboden

Info

Publication number: DE2935126A1
Application number: DE19792935126
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd; YAMAGUCHI KIKAI KOGYO KK
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd; YAMAGUCHI KIKAI KOGYO KK
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2935126C2; JPS5532849A; US4302132A; JPS6215684B2

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Injizieren von Mörtelscnlamm in den Erdboden, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Aufbohren des Erdbodens und Injizieren des Mörtelschlamms, Wiederholen der obigen Verfahrensschritte unter Verwendung einer Bohr- und Mörte Is chlammin j ek tionss tätige, die eine Stopfbüchsenpackung an ihrem unteren Ende hat, in der ein Mörtelschlamminjektionsrohr als Bohrstange verwendet werden kann.

Es sind bisher verschiedenste Mörtelschlamminjektions-Verfahren vorgeschlagen worden. Eine der am meisten in Betracht zu ziehenden Schwierigkeiten besteht in der Rotation und in der Axialbewegung der Bohrstange. Wenn augenblicklich härtbarer Mörtelschlamm verwendet wird, dessen Erstarrungszeit mehrere Sekunden bis mehrere Minuten beträgt, wird eine hartverfestigte Masse um das Injektionsrohr herum gebildet. Demgemäß wird die Injektionsstange durch die darum herum vorhandene verfestigte Masse fest verankert, was gelegentlich zu Schwierigkeiten beim Drehen und Herausziehen der Stange führt. Obwohl diese Schwierigkeiten dadurch gelöst werden können, daß man einen Mörtelschlamm verwendet, der eine längere Erstarrungszeit hat (mehrere Minuten bis mehrere zehn Minuten) , läßt sich eine verfestigte Erdbodenmasse, die bezüglich der Achse der Stange eine zylindrische Form hat, nicht erzielen. Insbesondere tritt das bemerkenswerterweise bei komplizierten Formationen des Erdbodens auf. Um das Injektionsrohr an Ort und Stelle anzuordnen, ist es erforderlich, eine Krümmung des Bohrlochs zu verhindern. Es ist gelegentlich unmöglich, eine Krümmung des Bohrlochs zu vermeiden, da sich das Injektionsrohr unter dem Einfluß der Spannungs- bzw. Druckkraft vom Erdboden her allgemein bzw. generell biegt.

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Es sind verschiedene Verfahren angewandt worden, um eine Leckage des Mörtelschlamms zur Erdbodenoberfläche zu verhindern, und zwar beispielsweise eine Abdichtung mit gehärtetem Mörtelschlamm, ein Zwischenraum zwischen der Wand der Bohrung und einem Injektionsrohr, oder das Aufblähen einer Stopfbüchsenpackung, die am Injektionsrohr angebracht ist, durch Einspeisen von komprimierter Luft durch das Eohr während der Injektion. Jedoch beinhaltet das vorerwähnte Abdichtungsverfahren mit einem Mörtelschlamm allgemein eine Leckage von viel Mörtelschlamm oder ein "Festfressen" bzw. "Festklemmen" aufgrund eines hohen Widerstands der Mörtelschlammdichtung. Das letztere Verfahren, bei dem eine Stopfbüchsenpackung verwendet wird, ist nicht wünschenswert, wenn die Wand des Bohrlochs rauh ist oder ein Arbeiten bei sehr großer Tiefe durchgeführt wird. Ein neues Injektionsrohr, an dem eine Stopfbüchsenpackung befestigt ist, muß, nachdem das Bohren vollendet worden ist, in das Bohrloch eingeführt werden. Eine derartige Arbeit erfordert alternative Verfahrensschritte des Bohrens und des Einbringens von Mörtelschlamm, was zu einem hohen Zeitaufwand führt. Es ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Gehäuserohr in einen Injektionsbereich eingeführt wird, und bei dem dann eine Stopfbüchsenpackung, die an einem Injektionsrohr innerhalb des Gehäuserohrs angebracht ist, aufgebläht wird, wenn die Bohrungswand rauh ist. Jedoch sind die Kosten eines Gehäuserohr und die Arbeiten zum Einbringen desselben so hoch, daß sie nicht vernachlässigt werden können.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Verfahren des wirtschaftlichen und positiven bzw. zwangsweisen Injizierens von Mörtelschlamm zur Verfügung gestellt werden. Die Bezeichnung "Mörte!schlamm" wird hier abkürzend für die Begriffe "Zementmilch", "Mörtelschlamm", "Vergußmaterial" o. dgl. verwendet.

Weiterhin wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren ~ vorgeschlagen, bei dem eine Stopfbüchsenpackung verwendet wird,_

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die aufgebläht wird, wenn ein Strömungsmitteldruck darauf angewandt wird, und die zurückgebildet wird, wenn der Druck weggenommen wird.

Außerdem wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Injizieren von Mörtelschlamm zur Verfügung gestellt, bei dem die Leckage des Mörtelschlamms zur Erdbodenoberfläche durch die aufgeblähte Stopfbüchsenpackung verhindert wird und indem das Bohren leicht von Neuem begonnen werden kann.

Darüber hinaus wird mit der Erfindung ein Verfahren zur beständigen, gleichförmigen, laufenden, stetigen und wirtschaftlichen Behandlung des Erdbodens vorgeschlagen, bei dem eine einzige kombinierte Bohr- und Injektionsstange benutzt wird, in der eine Bohrstange auch für bzw. als ein Mörtelschlamminjektionsrohr verwendet wird.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein Verfahren zum aufeinanderfolgenden Behandeln des Erdbodens durch wiederholte Bohr- und Mörtelschlamminjektionsschritte zur Verfügung gestellt, in dem die Wirkung der folgenden Mörtelschlamminjektion genügend groß gemacht werden kann, indem die Stopfbüchsenpackung auf die Wand des Bohrlochs des mit Mörtelschlamm behandelten Erdbodens einwirkt.

Schließlich wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Behandeln des Erdbodens in größerer Tiefe vorgeschlagen, bei dem eine Krümmung des Bohrlochs und ein "Festfressen" bzw. "Festklemmen" verhindert werden kann, wie brüchig der Erdboden auch sein mag.

Endlich wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Injizieren von Mörtelschlamm, der eine kurze Erstarrungszeit, hat, in einen beschränkten Bereich des Erdbodens zur Verfügung gestellt, in dem die Injektionsstange von dem gehärteten Mörtelschlamm nicht angehalten, gehemmt, gebremst oder in sonsti-

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ger Weise behindert wird.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 der Zeichnung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die eine Bohr- und Mörtelschlamminjektionsstange nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie IX-II der Fig. 1; und

Fig. 3 (a) bis (g) schematische -Ansichten, welche Schritte eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung aufeinanderfolgend veranschaulichen.

Es sei nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen-, in denen ein unterster Teil Io eines kombinierten Injektions— und Bohrstabs gezeigt ist, der für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der unterste Teil 1o umfaßt ein äußeres Rohr 12, mit dem ein Hartmetallbohreinsatz 16 am Ende desselben verbunden ist. Der Hartmetallbohreinsats 16 ist mit einer Spitze bzw. einem Kopf 14 am untersten Ende versehen. Das äußere Rohr 12 umgibt drei innere Rohre 18, 2o und 22, die parallel zueinander angeordnet sind. Die inneren Rohre 18, 2ο und 22 erstrecken sich von einem Drehteil 24^ das in Fig. 3 gezeigt ist, in die Nähe des Endes des äußeren Rohrs 12. Die inneren Rohre 18, 2o und 22 begrenzen jeweils Kanäle A, B und C, und sie begrenzen einen Kanal D mit dem äußeren . Rohr 12. Eine Führung 26 und eine Ventilkaraner 28 sind auf der Innenseite des Hartmetallbohreinsatzes 16 angeordnet. Steuerventile 3o und 32 (ein Ventil für den Kanal C ist nicht gezeigt), sind dazu vorgesehen, eine Gegenströmung zu verhin-

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dern und die Strömungsgeschwindigkeit zu steuern. Die Ventile 3o und 32 werden mittels Federn 34 bzw. 36 mit Druck beaufschlagt, so daß sie die Kanäle A, B und C normalerweise schließen. Ein Ring 4o_f der eine Mischkammer 38 begrenzt, befindet sich in Gewindeeingriff mit dem Hartmetallbohreinsatz 16. Die Mischkammer 38 ist mit den Kanälen A, B und C verbunden. Der Ring 4o ist auf seinem Umfang mit Injektionsdüsen 42 ausgebildet. Ein flexibles Hülsenventil 44 aus Gummi, Kautschuk oder dgl. ist über den Injektionsdüsen 42 gelagert. Der Ring 4o ist an seinem untersten Ende mit einer kegelstumpfförmigkonischen bzw. kegelig ausgebildeten Spitze versehen, die ein Schneidmesser ist. Infolgedessen drücken die Flüssigkeiten, die durch die Kanäle A, B und C gepumpt werden die Steuerventile 3o und 32 gegen die Vorspannungskräfte der Federn 34 und 36 nach abwärts. Sie treten-in die Mischkammer 38 ein, in der sie augenblicklich miteinander gemischt werden. Die gemischten Flüssigkeiten dehnen dann das Hülsenventil 44 in einer Radialrichtung mit Bezug auf die Achse des Rohrs aus und werden in einer Horizontalrichtung mit Bezug auf die Erdbodenoberfläche entladen. Alternativ kann eine einzige Flüssigkeit anstelle von einer Mehrzahl von Flüssigkeitsarten verwendet werden.

Das äußere Rohr 12 ist auf seinem umfang längs seiner Länge (beispielsweise 15o cm) mit einem Ausnehirtungs- bzw. Eindrehungsteil versehen. Eine Hülsenstopfbüchsenpacküng 5o, die auf einem Hartgummi bzw. -kautschuk ausgebildet ist, ist in dem Ausnehmungsteil 48 eingelagert, so daß die Stopfbüchsenpackung 5o mit dem Rohr 12 bündig ist. Die Stopfbüchsenpackung 5o ist an ihren entgegengesetzten Enden mit dem äußeren Rohr 12 verbunden bzw. an letzteres gebunden. Die Länge der verbundenen Teile 52 liegt in der Größenordnung von 3o cm. Das äußere Rohr 12 ist mit vier Durchgangs löchern 54 in der Nähe der mittleren Stelle bzw. der Mitte des Ausnehmungsteils 48 ausgebildet. Der vorerwähnte Kanal D erstreckt sich über den

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Ausnehinungsteil 48 hinaus, aber er erreicht nicht "das Spitzenende des Rohrs. Der Kanal D endet am Ende der Führung 26„ Wenn infolgedessen Luft oder Wasser unter Druck durch den Kanal D gepumpt wird, dann wird der Druck durch die Löcher 54 auf die Innenseite der Stopfbüchsenpackung 5ο ausgeübt,, so daß sich die Hülsenstopfenpackung 5o aufbläht, wie in Fig. 1 in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Wenn der Strömungsmitteldruck weggenommen wird, geht die Stopfbüchsenpackung 5o aufgrund ihrer Rückbildungseigenschaften wieder zurück in den Ausnehmungsteil 49.

Das Verfahren zum Injizieren von Mörtelschlamm in den Erdboden unter Verwendung der kombinierten Injektions- und Bohrstange 1o ist in seiner Aufeinanderfolge in Fig. 3 veranschaulicht. Das Bezugszeichen 56 repräsentiert eine Positionierungseinrichtung zum Anordnen der Injektions- und Bohrstange 1o an Ort und Stelle. Die Stange To wird in den Erdboden vorgeschoben, während sie gedreht wird. Das Bohren wird fortgesetzt^ bis die Stange die gewünschte Tiefe erreicht, wie in Fig. 3(a) veranschaulicht ist.

Während dieses Bohrens wird ein Schmiermittel^ wie beispielsweise Xiasser, oder eine Mischung aus Wasser und Bentonit und Luft wahlweise durch den Kanal C eingespeist« Als Ergebnis dieses Vorgangs wird durch den Zwischenraum zwischen dem Bohrloch X und der Stange Io Schlamm zur Erdbodenoberfläche gefördert. Dann wird Wasser unter Druck durch den Kanal D zugeführt, so daß dadurch die Hülsenstopfbüchsenpackung 5o aufgebläht wird,, so daß diese Stopfbüchsenpackung auf die Wand des Bohrlochs χ gedrückt wird. Flüssigkeiten A und B, die einen härtbaren Zweiflüssigkeits-Mörtelschlamm G bilden, wer-den unter Druck durch die Kanäle A bzw. B eingespeist. Die Flüssigkeiten werden in der Mischkammer 38 miteinander gemischt. Der-gemischte härtbare Mörtelschlamm G wird in den umgebenden Erdboden, der behandelt werden soll,, injiziert.

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Es ist zu bevorzugen, daß die Erstarrungszeit des Mörtelschlamms G nicht langer als 60 Sekunden beträgt. In dieser Zeit kann keine Leckströmung des injizierten MörtelSchlamms zur Erdbodenoberfläche stattfinden, da er durch die aufgeblähte Stopfbüchsenpackung 5o blockiert ist. Nach Vollendung der Injektion wird die Stopfbüchsenpackung wieder rückgebildet, indem man die Zufuhr von Wasser in den Kanal D stoppt. Im rückgebildeten Zustand der Stopfbüchsenpackung wird die Stange 1o zum Zwecke des Vorschiebens rotiert, so daß das Bohrloch bis zu einer nächsten Tiefe weitergebohrt wird. Gleichzeitig wird Schlamm zwangsweise entladen bzw. nach oben gefördert. Der gebildete Schlamm kann glatt ausgeführt werden, da das Bohrloch χ vorher ausgebildet worden ist. Die Arbeit wird in den Fig. 3(e) und 3(f) in gleichartiger bzw. ähnlicher Weise ausgeführt, wie es in den-Fig. 3(b) und 3(c) dargestellt ist. Die Stopfbüchsenpackung 5o, die sich im aufgeblähten Zustand befindet, wirkt zwangsweise auf die Wand der verfestigten Erdbodenmasse, da die Wand des Bohrlochs hart bzw. fest und glatt ist. Nachdem alle Bohr- und Mörtelschlammeinbringvorgänge schließlich vollendet worden sind, wird die Stange 1o herausgezogen, wie in Fig. 3 (g) gezeigt ist. Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann eine Kehrzahl von mit Mörtelschlamm behandelten Erdbodenmassen aufeinanderfolgend ausgebildet werden, und zwar entweder zum Zwecke des Erhöhens ihrer Lagerungs- bzw. Tragfestigkeit, oder dazu, eine Verankerungsmasse für eine Leitung, ein Rohr o. dgl. vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sie kann im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfältiger Weise mit Erfolg abgewandelt werden.

Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum

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Injizieren von Mörtelschlamm in den Erdboden, wozu eine Mehrzahl von Strömungskanälen für Mörtelschlamm in einer Injektions- und Bohrstange ausgebildet sind» Die Stange ist in ihrem unteren Teil mit Mörtelschlamminjektionsdüsen versehen. Ein Äusnehmungsteil ist auf dem Umfang der Stange längs der Länge derselben ausgebildet. Eine flexible Hülsen-Stopfbüchsenpackung ist in der Ausnehmung eingelagert, so daß die Stopfbüchsenpackung die Stange umgibt. Die Stange ist in ihrem Ausnehmungsteil mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern versehen. Injektion von Mörtelschlamm in den Erdboden durch die Düsen V7ird ausgeführt,, nachdem die Hülsen-Stopfbüchsenpackung durch Einwirkung von Strömungsmitteldruck durch die Löcher innerhalb des Bohrlochs aufgebläht worden ist. Nach der Mörtelschlamminjektion wird der Strömungsmitteldruck weggenommen, so daß die Stopfbüchsenpackung in die Ausnehmung zurückgezogen wird, und es wird erneut mit Bohren begonnen» Diese Schritte werden itfiederholt, so daß eine Mehrzahl von mit Mörtel-Schlamm behandelten Erdbodenmassen aufeinanderfolgend ausgebildet wird.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Inc-. H. Ve-ok man ν, D)pl.-Phy-s. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weιckmann, Dr. Ing. H. Liska SOOO MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 86C820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 DSPBR

1) Sato Kogyo Kabushiki Kaisfaa
11 _f Sakuragl-cho 1

Toyama-shl, Toyama-ken,, Japan

2) Yamaguchi Kikai Kogyo Kabushiki Kaisha 30-2-, Kamimeguro 5

Meguro-ku, .Tokio, Japan

Verfahren zum Injizieren von Körtelschlamm in den Erdboden ■ -

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Injizieren von Mörtelscnlamm in den Erdboden, dadurch gekennzeichnet, daß eine kombinierte Injektions- und Bohrstange(1o) verwendet wird, die eine Mehrzahl von Kanälen (A, B, C, D) aufweist, welche sich darin erstrecken, sowie wenigstens eine Injektionsdüse (42) an_ihrem untersten Ende, eine Hülsen-Stopfbüchsenpackung (5o) aus elastomerem Material, die in eine Ausnehmung auf bzw. in dem umfang der Stange (1o) längs der Länge derselben eingelagert ist, wobei die Stopfbüchsenpackung (5o) aufgebläht wird, wenn ein Strömungsmitteldruck angewandt wird₇ während sie sich in den eingelagerten Zustand zurückbildet, wenn dieser Druck weggenommen wird, wobei ferner Durchgangslöcher (5 4) auf bzw. in der Ausnehmung der Stange (1ö) vorgesehen sind, durch welche

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die Innenseite der Stopfbüchsenpackung (5ο) mit einem der Kanäle (D) verbunden wird; wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Aufbohren des Erdbodens mittels der Stange (1o) bis zu einer vorbestimmten Tiefe; Aufblähen der Stopfbüchsenpackung (5o) zum Drücken auf die Wand des Bohrlochs (X) durch Anwenden eines Drucks durch den Kanal (D) der Stopfbüchsenpackung (5o) und durch die Durchgangslöcher (54); Injizieren von Mörtelschlamm in den umgebenden Erdboden durch die Injektionsdüsen (42) ; Rückbilden der Stopfbüchsenpackung (5o) in die Ausnehmung durch Wegnahme des Drucks; Beginnen des Bohrens in eine größere Tiefe mittels der Stange (1o); und Wiederholen der vorerwähnten Verfahrensschritte.

2. Verfahren zum Injizieren von Mörtelschlamm in den Erdboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen-Stopfbüchsenpackung (5o) an ihren entgegengesetzten Enden mit der Ausnehmung der Stange (1o) verbunden ist, und daß die Durchgangslöcher (54) zwischen den verbundenen bzw. an die Ausnehmung gebundenen entgegengesetzten Enden ausgebildet sind.

3. Verfahren zum Injizieren von Mörtelschlamm in den Erdboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (D), der mit der Stopfbüchsenpackung (5o) verbunden ist, ein Zwischenraum zwischen inneren Rohren (18, 2o, 22) und einem äußeren Rohr (12), welches die Stange (1o) bildet, ist.

4. Verfahren zum Injizieren von Mörtelschlamm in den Erdboden nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeiten durch die Kanäle (A, B, C) gesondert eingespeist werden, so daß sie miteinander vermischt werden, um einen härtbaren Mörtelschlamm am Ausgang der Kanäle (A, B, C) zu bilden.

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5. Verfahren zum Injizieren von Mörte !schlamm in den Erdboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4 _r dadurch gekennzeichnet , daß die Erstarrungszeit des Mörtelschlamms nicht größer als 6o Sekunden ist.

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