DE3718480C1 - Drilling device for a high pressure injection drilling process - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für ein Hoch druck-Injektions-Verfahren mit einem ersten Bohrantrieb und mit einem Kanalgestänge, welches mindestens eine In jektionsdüse zum Austritt einer Hochdruck-Suspension und an ihrem Ende einen Bohrkopf aufweist.The invention relates to a drilling device for a high pressure injection process with a first drill drive and with a channel rod, which has at least one In injection nozzle for the discharge of a high pressure suspension and has a drill head at its end.
Die Erfindung betrifft ferner ein Bohrverfahren unter Ver wendung dieser Bohrvorrichtung.The invention further relates to a drilling method under Ver application of this drilling device.
Hochdruck-Injektions-Verfahren werden im Tiefbau zu Her stellung von Stütz- und Dichtwänden im Erdreich, Unter fangungskörpern oder plattenförmigen Körpern für Sohl dichtungen verwendet. Hierbei wird vornehmlich unter Außen spülung eine an einem Gestänge angebrachte Bohrkrone ein gebracht. Nach Erreichen der Endteufe wird über eine im unteren Teil des Bohrgestänges befindliche, horizontal ausgerichtete Düse unter Hochdruck eine Betonit-Zement- Suspension in das Erdreich injiziert. Durch Drehen des Bohrgestänges ist es beim Zurückziehen möglich, säulenför mige Injektionskörper herzustellen, deren Größe und Festig keit durch die Wahl von Ziehgeschwindigkeit, Pumpdruck und Düsendurchmesser festgelegt wird. Durch Verbindung von mehreren Säulen erhält man die wand- und plattenförmigen Injektionskörper.High pressure injection processes become civil engineering Position of retaining and sealing walls in the ground, under catching bodies or plate-shaped bodies for soles seals used. This is mainly done outside flushing a drill bit attached to a rod brought. After reaching the final level, an in lower part of the drill pipe, horizontal aligned nozzle under high pressure a concrete cement Suspension injected into the soil. By turning the It is possible to pull the drill pipe backwards, columnar Manufacture injection molded, their size and firmness speed through the choice of drawing speed, pump pressure and nozzle diameter is set. By connecting The pillars in the form of walls and plates are obtained from several columns Injection body.
Obwohl derartige Hochdruck-Injektions-Verfahren, die auch als HDI-Verfahren bezeichnet werden, in den meisten Fällen erfolgreich eingesetzt werden, kann die relativ schlechte Zielgenauigkeit der Bohrungen als nachteilig bezeichnet wer den.Although such high pressure injection procedures that too referred to as the HDI process, in most cases can be used successfully, the relatively bad Target accuracy of the holes as disadvantageous who the.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohr vorrichtung sowie ein Bohrverfahren der eingangs ge nannten Art anzugegen, mit welchen die Zielgenauigkeit der Bohrungen verbessert wird.The invention has for its object a Bohr device and a drilling method of the beginning mentioned type with which the target accuracy the drilling is improved.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß um das Kanalge stänge ein separates Außenrohr mit einer separaten Bohr krone und mit einem unabhängigen zweiten Bohrantrieb längs verschieblich angeordnet ist. Verfahrensmäßig wird die Auf gabe mit Hilfe dieser Bohrvorrichtung durch folgende Ver fahrensschritte gelöst:This object is achieved in that around the Kanalge rods a separate outer tube with a separate drill crown and along with an independent second drill drive is slidably arranged. In terms of procedure, the on gave with the help of this drilling device by the following Ver Steps solved:
- a) gleichzeitiges Abbohren des Kanalgestänges und des Außen rohres,a) simultaneous drilling of the ductwork and the outside pipes,
- b) Einleiten eines Spülmediums als Bohrhilfe für das Außen rohr,b) Introducing a flushing medium as a drilling aid for the outside pipe,
- c) nach Erreichen der Endteufe Anordnen der Injektions düse vor der Bohrkrone des Außenrohres und anschließendc) after reaching the final level, arranging the injection nozzle in front of the drill bit of the outer tube and then
- d) gleichzeitiges Zurückziehen des Außenrohres und des Kanalgestänges unter Injektion der Hochdruck-Suspension.d) simultaneous withdrawal of the outer tube and Channel rod under injection of the high pressure suspension.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Abbohren des Kanal gestänges durch die Bohrhilfe des Außenrohres erleichtert wird. Die Führung des Außenrohres gewährleistet ein ziel genaueres Abteufen. Insbesondere bei horizontalem Vortrieb kann einem Abweichen des Kanalgestänges von der vorgege benen Vortriebsrichtung wirksam begegnet werden.The invention has the advantage that the drilling of the channel linkage facilitated by the drilling aid of the outer tube becomes. The guidance of the outer tube ensures a goal more precise sinking. Especially when driving horizontally can a deviation of the channel rod from the previous can be effectively countered.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Bohrvorrichtung besteht darin, daß das Außenrohr doppelwandig zur Bildung eines Zuführkanals für das Spülmedium ausgeführt ist, der im Bereich der Bohrkrone mit Austrittsöffnungen versehen ist.A preferred embodiment of the drilling device exists in that the outer tube is double-walled to form a Feed channel for the flushing medium is executed in the Area of the drill bit is provided with outlet openings.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, daß zwischen dem Außenrohr und dem Kanalgestänge ein Ringraum vorhanden ist. Über diesen Zwischenraum kann überschüssige Injektions-Sus pension ungehindert nach oben entweichen. Somit wird ver mieden, daß unkontrolliert austretende Injektions-Suspen sion Hebungen im Boden verursacht. Außerdem besteht keine Gefahr von Verstopfungen, die ansonsten bei einem Einfal len der Bohrlochwand auftreten könnten. Da der Abstand zwischen dem Außenrohr und dem Kanalgestänge frei wählbar ist, kann durch entsprechende Wahl des Außenrohrdurchmessers eine optimale Anpassung an den Bohrgrund vorgenommen werden.It also proves advantageous that between the An outer space and the duct linkage an annular space is present. Excess injection sus pension can escape unhindered. Thus ver avoided that uncontrolled injection suspensions sion causes uplift in the ground. Besides, there is none Risk of constipation, which otherwise would occur len the borehole wall could occur. Because the distance freely selectable between the outer tube and the duct linkage is, by appropriate choice of the outer tube diameter an optimal adaptation to the drilling base can be made.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen daß das Kanalgestänge eine Zuführung für weiteres Spülmedium für den Bohrkopf um faßt. Das Bohrverfahren wird bevorzugt dadurch weitergebil det, daß das Außenrohr und das Kanalgestänge bezüglich ihrer Drehrichtung und/oder ihrer Drehzahl unabhängig von einander rotierbar sind.It is also preferably provided that the channel linkage a supply for additional flushing medium for the drill head sums up. The drilling process is preferably continued thereby det that the outer tube and the channel linkage with respect their direction of rotation and / or their speed regardless of are mutually rotatable.
Ferner kann es von Vorteil sein, daß der Vortrieb des Ka nalsgestänges und des Außenrohrs unabhängig voneinander sind.It may also be advantageous that the advance of the Ka independent linkage and the outer tube are.
Durch diese Maßnahmen ist eine optimale Anpassung an die je weilige Geologie sowohl beim Abbohren als auch beim Ziehen durchführbar. Der Bohrfortschritt des Außenrohres und des Kanalgestänges kann unabhängig voneinander gewählt werden. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Un teransprüchen beschrieben. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben.Through these measures is an optimal adaptation to the ever geology for both drilling and drawing feasible. The drilling progress of the outer tube and the Channel rods can be selected independently of one another. Further preferred embodiments of the invention are in Un Described claims. In the following the invention is based on a Figures illustrated embodiment further described.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Bohrloch während des Abbohrens einer Bohrvorrichtung Fig. 1 shows schematically a longitudinal section through a borehole while drilling a drilling device
Fig. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch das Bohrloch ge mäß Fig. 1 während des Ziehens der Bohrvorrichtung, und Fig. 2 shows schematically a longitudinal section through the borehole ge according to Fig. 1 while pulling the drilling device, and
Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch die Bohrvorrichtung. Fig. 3 shows schematically a longitudinal section through the drilling device.
In Fig. 1 ist ein Bohrwerkzeug und das dazugehörige Ge stänge während einer Bohrphase veranschaulicht. Das Bohr werkzeug besteht aus einem doppelwandigen Außenrohr 1 mit einer endseitigen Bohrkrone 2. Im Inneren des Außenrohres 1 ist koaxial ein separates, unabhängiges Kanalgestänge 3 mit einem Bohrkopf 4 angeordnet. Aus Gründen einer übersicht lichen Darstellung ist nicht gezeigt, daß sowohl das Außen rohr 1 als auch das Kanalgestänge 3 jeweils mit einem separaten Bohrantrieb versehen sind, die oberhalb des Erd reichs beispielsweise auf einer Lafette montiert sein können.In Fig. 1, a drilling tool and the associated Ge rods during a drilling phase is illustrated. The drilling tool consists of a double-walled outer tube 1 with a drill bit 2 at the end . A separate, independent channel linkage 3 with a drill head 4 is arranged coaxially in the interior of the outer tube 1 . For the sake of a clear representation, it is not shown that both the outer tube 1 and the channel linkage 3 are each provided with a separate drill drive, which can be mounted above the earth, for example, on a carriage.
Während der in der Fig. 1 gezeigten Bohrphase wird das Außenrohr 1 und das Gestänge 3 gleichzeitig abgebohrt, wo bei die Drehrichtungen gegenphasig sein können, wie die Drehrichtungspfeile 6 andeuten. Ebenso ist es möglich, auf grund der beiden unabhängigen Bohrantriebe unterschiedliche Drehzahlen vorzusehen. Die Wahl der Drehrichtungen und der Drehzahlen wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Erdreichs 5 im Hinblick auf einen optimalen Vortrieb ge wählt. Durch einen Zuführkanal 7, der zwischen der Außen wand 8 und der Innenwand 9 des Außenrohres gebildet ist, wird ein Spülmedium, beispielsweise Bentonit-Suspension, als Bohrhilfe für das Außenrohr eingeleitet. Die dazu er forderlichen Pumpeinrichtungen und Vorratsbehälter sind an der Erdoberfläche installiert. Das Spülmedium gelangt im Bereich der Bohrkrone 2 über Austrittsöffnungen 10, die über den Umfang des Außenrohres 1 verteilt sind, in das von der Bohrkrone 2 beaufschlagte Erdreich. Das austretende Spülmedium ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 11 verse hen. Der Bohrgrund wird ferner mit Hilfe des Bohrkopfes 4 bearbeitet. Auch der Bohrkopf 4 ist mit Austrittsöffnungen (nicht dargestellt) für weiteres Spülmedium versehen, wel ches im Inneren des Kanalgestänges 3 zugeführt wird. Es entfaltet seine Wirkung im Bereich 13 vor dem Bohrkopf 4.During the drilling phase shown in FIG. 1, the outer tube 1 and the rod 3 are drilled simultaneously, where the directions of rotation can be opposite in phase, as indicated by the arrows 6 of the direction of rotation. It is also possible to provide different speeds due to the two independent drilling drives. The choice of the directions of rotation and the speeds is selected depending on the properties of the soil 5 with a view to optimal propulsion. Through a feed channel 7 , which is formed between the outer wall 8 and the inner wall 9 of the outer tube, a flushing medium, for example bentonite suspension, is introduced as a drilling aid for the outer tube. The necessary pumping equipment and storage tanks are installed on the surface of the earth. The flushing medium passes in the region of the drill bit 2 through outlet openings 10, which are distributed over the circumference of the outer tube 1 into which is acted upon by the drill bit 2 soil. The escaping flushing medium is hen in the figure with the reference number 11 verses. The bottom of the drill is further processed using the drill head 4 . The drill head 4 is provided with outlet openings (not shown) for further flushing medium, which is supplied in the interior of the channel rod 3 . It acts in the area 13 in front of the drill head 4 .
In der Fig. 1 ist eine Konfiguration dargestellt, bei wel cher das Außenrohr 1 dem Kanalgestänge 3 vorauseilt. In Abhängigkeit von der jeweiligen Geologie kann es aber glei chermaßen zweckmäßig sein, das Kanalgestänge 3 vor dem Außenrohr 1 oder auf gleicher Höhe des Außenrohrs 1 zu führen.In Fig. 1, a configuration is shown, in which cher the outer tube 1 leads the channel linkage 3 . Depending on the geology, it may be equally appropriate to guide the channel rod 3 in front of the outer tube 1 or at the same height as the outer tube 1 .
Im unteren Bereich weist das Gestänge 3 mindestens eine Injektionsdüse 12 auf, die im wesentlichen horizontal aus gerichtet ist. Sie ist im Inneren des Kanalgestänges 3 über eine Zuleitung (nicht dargestellt) mit einer Hoch druckpumpe an der Erdoberfläche verbunden, über welche eine Hochdruck-Suspension eingeleitet wird, wie die nachfolgende Beschreibung erläutert.In the lower area, the linkage 3 has at least one injection nozzle 12 , which is directed essentially horizontally. It is (not shown) inside the channel linkage 3 via a feed line with a high pressure pump connected to the earth's surface, via which a high-pressure suspension is introduced, as explained, the following description.
Nach Erreichen der Endteufe wird das Gestänge 3 in eine Stellung gebracht, in welcher die Injektionsdüse 12 oder gegebenenfalls mehrere derartiger Injektionsdüsen vor der Bohrkrone 2 stehen. Diese Stellung veranschaulicht Fig. 2. Anschließend wird die Hochdruck-Suspension 14 in das Erdreich 5 injiziert, wobei durch Drehen und Ziehen des Bohrgestänges 3 ein zylinderförmiger Injektionskörper 15 erzeugt wird.After reaching the final depth, the rod 3 is brought into a position in which the injection nozzle 12 or, if appropriate, a plurality of such injection nozzles are in front of the drill bit 2 . This position is illustrated in FIG. 2. The high-pressure suspension 14 is then injected into the soil 5 , a cylindrical injection body 15 being produced by rotating and pulling the drill pipe 3 .
Gleichzeitig mit dem Kanalgestänge 3 wird auch das Außenrohr 1 zurückgezogen. Überschüssige Injektions-Suspension, die nicht mehr in das Erdreich 5 eindringen kann, tritt über eine Ringraum 16 zwischen dem Außenrohr 1 und dem Kanal gestänge 3 nach oben an die Erdoberfläche aus.At the same time as the duct linkage 3 , the outer tube 1 is also withdrawn. Excess injection suspension, which can no longer penetrate into the soil 5 , emerges via an annular space 16 between the outer tube 1 and the rod 3 upwards to the surface of the earth.
In Fig. 3 ist das Außenrohr 1 und das Kanalgestänge 3 teil weise im Längsschnitt entlang der Längsmittellinie 17 darge stellt. Es wird ersichtlich, daß das Kanalgestänge 3 aus zwei koaxialen Rohren besteht, wobei das äußere Kanalrohr mit dem Bezugszeichen 18, das innere Kanalrohr mit dem Bezugszei chen 20 versehen sind. Über das innere Kanalrohr 20 wird die Suspension an die Injektionsdüse 12 geleitet. In Fig. 3, the outer tube 1 and the channel linkage 3 is partially in longitudinal section along the longitudinal center line 17 Darge. It can be seen that the channel linkage 3 consists of two coaxial tubes, the outer sewer pipe with the reference numeral 18 , the inner sewer pipe with the reference character 20 are provided. The suspension is passed to the injection nozzle 12 via the inner sewer pipe 20 .
Eine Spülleitung 21, die durch den Rohrraum zwischen dem äußeren Kanalrohr 18 und dem inneren Kanalrohr 20 gebildet wird, dient zur Versorgung mit dem weiteren Spülmedium für das bevorzugt Wasser verwendet wird.A flushing line 21 , which is formed by the tube space between the outer sewer pipe 18 and the inner sewer pipe 20 , is used to supply the further flushing medium for which water is preferably used.
Wie die Fig. 3 veranschaulicht kann dieses weitere Spül medium auch zum Ausspülen des Ringraums 16 verwendet wer den. Zu diesem Zweck ist das äußere Kanalrohr 18 mit min destens einer Spüldüse 22 versehen welche einen Flüssig keitsstrahl von unten nach oben lenkt. Durch diese Maßnahme wird ein kontinuierlicher Rückfluß im Ringraum 16 sicherge stellt, und ein Verstopfen oder teilweises Verengen des Ringraums 16 verhindert.As illustrated in FIG. 3, this additional flushing medium can also be used to flush out the annular space 16 . For this purpose, the outer sewer pipe 18 is provided with at least one flushing nozzle 22 which directs a liquid jet from below to above. This measure ensures a continuous backflow in the annular space 16 , and prevents clogging or partial narrowing of the annular space 16 .
Das austretende weitere Spülmedium fließt nach oben in Rich tung auf die Erdoberfläche und unterstützt den Transport des Bohrguts, das von der Bohrkrone 2 und dem Bohrkopf 4 (Fig. 1) unter dem zusätzlichen Einfluß von Spülmedium gelöst wurde. Es verhindert daß sich dieses Bohrgut im Ringraum 16 zusammen setzt oder verklumpt.The escaping further flushing medium flows upwards in the direction of the earth's surface and supports the transport of the drilling material which has been released from the drill bit 2 and the drill head 4 ( FIG. 1) under the additional influence of flushing medium. It prevents this drilling material from being put together or clumping in the annular space 16 .
Grundsätzlich kann es ausreichend sein daß eine einzige Spüldüse 22 vorhanden ist. Werden mehrere derartiger Spül düsen entlang des Umfangs des äußeren Kanalrohrs 18 ver teilt, so kann der kontinuierliche Bohrguttransport an die Erdoberfläche weiter verbessert werden. Insbesondere bei längeren Kanalgestängen 3 wird die Spülung des Ring raums 16 unterstützt wenn Spüldüsen vertikal übereinander entlang des Kanalgestänges 3 angeordnet sind.Basically, it can be sufficient that a single flushing nozzle 22 is present. If several such flushing nozzles are distributed along the circumference of the outer sewer pipe 18 , the continuous transport of drillings to the surface of the earth can be further improved. In particular with longer duct linkages 3 , the flushing of the annular space 16 is supported if flushing nozzles are arranged vertically one above the other along the duct linkage 3 .
Da eine Verstopfung oder Verengung des Ringraums 16 nicht nur beim Abbohren eintreten kann, wird die Spüldüse 22 gleichermaßen beim Rückziehen der Bohrvorrichtung wie es im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben ist, betätigt. In dieser Phase wird überschüssige Hochdruck-Suspension nach oben abgeführt.Since blockage or narrowing of the annular space 16 cannot only occur during drilling, the flushing nozzle 22 is actuated equally when the drilling device is withdrawn, as described in connection with FIG. 2. In this phase, excess high-pressure suspension is discharged upwards.
Claims (13)
- a) gleichzeitiges Abbohren des Kanalgestänges (3) und des Außenrohres (1),
- b) Einleiten eines Spülmediums (11) als Bohrhilfe für das Außenrohr (1),
- c) nach Erreichen der Endteufe Anordnen der Injektions düse (12) vor der Bohrkrone (2) des Außenrohres und anschließend
- d) gleichzeitiges Zurückziehen des Außenrohres (1) und des Kanalgestänges (3) unter Injektion der Hochdruck- Suspension (14).
- a) simultaneous drilling of the channel rod ( 3 ) and the outer tube ( 1 ),
- b) introducing a flushing medium ( 11 ) as a drilling aid for the outer tube ( 1 ),
- c) after reaching the final depth, arrange the injection nozzle ( 12 ) in front of the drill bit ( 2 ) of the outer tube and then
- d) simultaneous withdrawal of the outer tube ( 1 ) and the channel rod ( 3 ) with injection of the high pressure suspension ( 14 ).
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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