DE3718480C2

DE3718480C2 - Bohrvorrichtung für ein Hochdruck-Injektions-Bohrverfahren und Bohrverfahren unter Verwendung der Bohrvorrichtung

Info

Publication number: DE3718480C2
Application number: DE3718480A
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Haberer
Original assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Current assignee: Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: DE3862239D1; ATE62293T1; EP0293584B1; DE3718480C1; EP0293584A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für ein Hoch druck-Injektions-Verfahren mit einem ersten Bohrantrieb und mit einem Kanalgestänge, welches mindestens eine Injektionsdüse zum Austritt einer Hochdruck-Suspension und an ihrem Ende einen Bohrkopf aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Bohrverfahren unter Verwendung dieser Bohrvorrichtung. Derartige Bohrvorrichtungen sind aus dem Firmenprospekt der Firma Bauer Spezialtiefbau GmbH "Hochdruck-Injektion HDI-System-Bauer Schrobenhausen", 1986, und des Prospektes der Firma GKN Keller GmbH "Soilcrete Jet Grouting", 1985, bekannt.

Hochdruck-Injektions-Verfahren werden im Tiefbau zu Herstellung von Stütz- und Dichtwänden im Erdreich, Unterfangungskörpern oder plattenförmigen Körpern für Sohldichtungen verwendet. Hierbei wird vornehmlich unter Außenspülung eine an einem Gestänge angebrachte Bohrkrone eingebracht. 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, säulenförmige Injektionskörper herzustellen, deren Größe und Festigkeit durch die Wahl von Ziehgeschwindigkeit, Pumpdruck und Düsendurchmesser festgelegt wird. Durch Verbindung von mehreren Säulen erhält man die wand- und plattenförmigen Injektionskörper.

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.

Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 29 24 393 ein Überlagerungsbohrgerät bekannt, welches jedoch nicht für ein Hochdruck-Injektions-Verfahren konzipiert ist und welches daher keine Injektionsdüse oberhalb des Bohrkopfes aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung für ein Hochdruck-Injektions-Bohrverfahren sowie ein Bohrverfahren unter Verwendung dieser Bohrvorrichtung anzugegen, bei welchem die Zielgenauigkeit verbessert und auf einfache Weise ein Spülmedium zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsgemäß mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die im Anspruch 6 beschriebenen Verfahrensschritte gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Abbohren des Kanalgestänges durch die Bohrhilfe des Außenrohres erleichtert wird. Die Führung des Außenrohres gewährleistet ein zielgenaues Abteufen. Insbesondere bei horizontalem Vortrieb kann einem Abweichen des Kanalgestänges von der vorgegebenen Vortriebsvorrichtung wirksam begegnet werden.

Der Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Kanalgestänge hat den Vorteil, daß über diesen Zwischenraum überschüssige Injektions-Suspension ungehindert nach oben entweichen kann. Somit wird vermieden, daß unkontrolliert austretende Injektions-Suspension Hebungen im Boden verursacht. Außerdem besteht keine Gefahr von Verstopfungen, die ansonsten bei einem Einfallen der Bohrlochwand auftreten könnten. Da der Abstand zwischen dem Außenrohr und dem Kanalgestänge vorher wählbar ist, kann durch entsprechende Wahl des Außenrohrdurchmessers eine optimale Anpassung an den Bohrgrund vorgenommen werden. Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bohrverfahrens besteht darin, daß der Vortrieb des Kanalgestänges und des Außenrohres unabhängig voneinander sind und mit unterschiedlicher Drehrichtung, Drehzahl und/oder unterschiedlichem Vortrieb bewegt und abgeteuft werden.

Durch diese Maßnahmen ist eine optimale Anpassung an die jeweilige Geologie sowohl beim Abbohren als auch beim Ziehen durchführbar. Der Bohrfortschritt des Außenrohres und des Kanalgestänges kann unabhängig voneinander gewählt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Bohrloch während des Abbohrens einer Bohrvorrichtung

Fig. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch das Bohrloch ge mäß Fig. 1 während des Ziehens der Bohrvorrichtung, und

Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch die Bohrvorrichtung.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims

1. Bohrvorrichtung für Hochdruck-Injektions-Bohrverfahren, bestehend aus

a) einem durch einen ersten Bohrantrieb drehbaren, einen Bohrkopf (4) tragenden Kanalgestänge (3), welches oberhalb des Bohrkopfes (3) mit mindestens einer Injektionsdüse (12) zum Austritt einer Hochdruck-Suspension versehen ist,
b) einer im Inneren des Kanalgestänges (3) verlaufenden Leitung zur Zuleitung eines Spülmediums zu dem Bohrkopf (4),
c) einer innerhalb des Kanalgestänges (3) vorgesehenen, mit der Injektionsdüse (12) verbundenen Hochdruck-Suspensionsleitung,
d) einem das Kanalgestänge (3) zur Bildung eines Ringraumes (16) im Abstand koaxial und längsverschieblich umfassenden, mit einer Austrittsöffnungen (10) aufweisenden Bohrkrone (2) ausgestatteten und einem die Bohrkrone (2) mit Spülmedium (11) versorgenden, einen Zuführkanal (7) bildenden doppelwandigen Außenrohr (1), welches über einen separaten zweiten Bohrantrieb unabhängig von dem Kanalgestänge (3) drehbar ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Kanalgestänge (3) mindestens eine in den Ringraum (16) austretende und in Vortriebsrichtung hinter der Injektionsdüse (12) angeordnete Spüldüse (22) aufweist.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spüldüse (22) vom bohrkopfseitigen Ende weggerichtet ist.

4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spüldüsen (22) über den Umfang des Kanalgestänges (3) verteilt sind.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spüldüsen (22) über die Länge des Kanalgestänges (3) verteilt sind.

6. Bohrverfahren unter Verwendung der Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

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 Injektionsdüse (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).

7. Bohrverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (1) und das Kanalgestänge (3) mit unterschiedlicher Drehrichtung bewegt werden.

8. Bohrverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (1) und das Kanalgestänge (3) mit unterschiedlicher Drehzahl bewegt werden.

9. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (1) und das Kanalgestänge (3) mit unterschiedlichem Vortrieb abgeteuft werden.

10. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abteufens und/oder Zurückziehens über eine Spüldüse (22) weiteres Spülmedium in den Ringraum (16) zur Spülung des Ringraums (16) eingeleitet wird.