DE3718631A1 - Kombiniertes injektionsverfahren sowie vorrichtung zur herstellung eines hochverfestigten bodenvolumens bei gleichzeitiger stabilisierung des angrenzenden bodens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Injektionsverfahren zur Her­ stellung eines hochverfestigten Bodenvolumens. Die Er­ findung betrifft außerdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung zur Herstellung eines hochverfestigten Injektionskörpers unter einem bestehen­ den Gebäude zur tragfesten und/oder wasser- bzw. luft­ dichten Einhüllung eines Hohlraumes bzw. unterirdischen Bauwerks.

Durch die Anmelderin ist schon ein Verfahren bekannt ge­ worden (DE-OS 35 01 128), das die Schaffung von elasti­ schen Abdichthüllen betrifft. Diese dichten die abzu­ bauenden Bodenmassen hermetisch gegen Grundwasser und Luft ab. Derartige bekannte Abdichthüllen werden durch Inji­ zieren einer Zementsuspension unter Hochdruck hergestellt.

Erfahrungsgemäß ist während des Hochdruck-Injektionsvor­ ganges eine partielle Verflüssigung des Bodens zur Durch­ mischung mit der Injektionsflüssigkeit erforderlich, wo­ durch es zu einer Teilentspannung des Bodens kommen kann. Hierdurch können Setzungserscheinungen des Gebäudes bzw. Senkungen an der Oberfläche auftreten. Dies kann aber die Anwendung des Hochdruck-Injektionsverfahrens in Frage stellen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen tragfähigen, hochverfestigten Injektionskörper durch Injizieren von hochgespannten Zementsuspensionen bei der Auffahrung eines unterirdischen Hohlraumes unter einer bestehenden Bebauung zu schaffen und gleichlaufend den Boden außer­ halb des Injektionskörpers in einem solchen Spannungs­ zustand aufrechtzuerhalten, der Setzungen ausschließt oder eingetretene Setzungen rückgängig macht.

Gegenstand der Erfindung ist somit die Schaffung eines hochverfestigten Injektionskörpers, der das zu erstellen­ de Hohlraumbauwerk tragfähig und/oder wasser-/luftdicht umschließt.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ge­ löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den je­ weiligen Unteransprüchen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist als eine Kombination zweier Bereiche A und B von Injektionsvorgängen zu be­ trachten. Der Bereich A umfaßt die Vorgänge bei der Herstel­ lung des tragfähigen, hochverfestigten Injektionskörpers, der das Hohlraumbauwerk einhüllt und der mit Hilfe einer Hochdruck-Injektion gebildet wird. Der Bereich B besteht aus den Vorgängen, die den Span­ nungszustand des Bodens außerhalb des Injektionskörpers aufrechterhalten bzw. erhöhen können. Diese Wirkung wird durch Injektion von Feststoff in den Boden erreicht, wo­ durch dessen Tragkräfte in einen solchen Zustand einre­ guliert werden, daß Setzungen der Bauerke an der Ober­ fläche vermieden bzw. eingetretene Setzungen rückgängig gemacht werden.

Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß alle erforderlichen Vorgänge in den Bereichen A und B von einem einzigen kombinierten Bohr- und Injektionsgerät, das an der Oberfläche bewegbar aufgestellt ist, getätigt werden können.

In dem kombinierten Gerät befindet sich auch eine Packer­ einrichtung mit mehreren Packerstufen, womit die Injek­ tion des Feststoffes in den Boden zur Stabilisierung ört­ lich gezielt durchgeführt wird.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß sowohl die Injektion der Hochdruck-Zementsuspension als auch die Feststoffinjektion nach Bedarf zu jedem belie­ bigen Zeitpunkt wiederholt werden können. Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Arbeitsvorgänge in beiden Verfahrensbereichen gleich­ zeitig oder in beliebiger Reihenfolge auszuführen. So kann es u.U. notwendig werden, zuerst den Boden vorab zu stabilisieren, bevor die Vorgänge zur Herstellung des Hochdruck-Injektionskörpers ausgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Arbeitsvorgänge von einem zentralen Ansatzpunkt aus geschützter Position von der Oberfläche aus gesteuert und getätigt werden können. Mit dem kombinierten Gerät ist dem Baustellenpersonal ein Instrument in die Hand gegeben, die einzelnen Ar­ beitsgänge in abgestimmter Weise auszuführen und die Ge­ fahren aus den Setzungen vorhandener Gebäude zu vermei­ den oder gar zu korrigieren. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Durchführung von Baumaßnahmen, wie z.B. von Hohlraumbauten in bebautem Gelände, ohne Gefahr durch Setzungen vielfach erst ermöglicht.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung bieten von der Oberfläche aus durch die Verfahrenskom­ bination aus jeweils einer einzigen Bohrung ein Höchst­ maß an Sicherheit für die darüberliegende, angrenzende oder unmittelbar beeinflußte Bebauung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch im Schnitt eine Baustellensituation zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Bohr- und Injek­ tionsgerätes gemäß der Erfindung.

Die in der Zeichnung dargestellte Baustelleneinrichtung befindet sich unter der Oberfläche 10 und unter einem Gebäude 5. Unter diesem ist ein Hohlraumbauwerk 3 (U-Bahn) zu erstellen, das von einem stetig fortschrei­ tenden tragfähigen Injektionskörper 2 überspannt wird.

Die Herstellung des Injektionskörpers 2 erfolgt durch z.B. sich überschneidende Injektionssäulen 4 in einem Verfahrensbereich A, und zwar durch Injizieren einer Ze­ mentsuspension 11 unter hohem Druck aus Injektionsdüsen 13.

In einem weiteren Verfahrensbereich B finden die Vorgänge des Verfahrens zur Stabilisierung des Bodens 1 statt, um den geforderten Spannungszustand 1 a einzustellen. Dies erfolgt durch Injizieren von Feststoff 8 aus einem Ven­ tilrohr 7 und dessen Ventilstufen 12.

Sämtliche Vorgänge in den Verfahrensbereichen A und B werden durch ein kombiniertes Bohr- und Injektionsgerät 9 ausgeführt. Dieses besteht aus einem antreibbaren Bohr- und Injektionsgestänge 14, an dessen Bohrkopf eine oder mehrere der Injektionsdüsen 13 zum Ausbringen der Zement­ suspension 11 in den Verfahrensbereich A angeordnet sind. Für die Arbeiten im Verfahrensbereich B ist in einer Bohrung 6 das bereits genannte Ventilrohr 7 vorhanden, dessen Ventilstufen 12 einzeln mit einer Packereinrich­ tung 15 absperrbar verbunden sind.

Es steht damit ein kombiniertes Injektionsverfahren sowie eine Vorrichtung 9 zur Verfügung, um ein hochverfestig­ tes Bodenvolumen herzustellen bei gleichzeitiger Stabili­ sierung von angrenzendem Boden 1 zur Beherrschung des Spannungszustandes 1 a in diesem Boden 1 durch Injektion von Feststoff 8.

Mit dem kombinierten Injektionsverfahren und der Vor­ richtung 9 hierfür zur Schaffung tragfähiger Bodenmassen für die Ausführung von Untertagebauwerken 3, wie Hohlraum­ bauten o.dgl., wird es ermöglicht, durch Injizieren der Zementsuspension 11 unter Hochdruck den hochverfestigten, tragfähigen, den Hohlraum umhüllenden Injektionskörper 2 zu schaffen und gleichzeitig durch Injektion von Fest­ stoff 8 im Boden 1 einen solchen Spannungszustand 1 a aufrechtzuerhalten, daß die ursprüngliche oder eine ge­ zielt vorgegebene Lage des an der Oberfläche 10 stehen­ den Bauwerkes 5 eingehalten werden.

Sämtliche Arbeitsvorgänge des Verfahrens werden von dem einzigen kombinierten Bohr- und Injektionsgerät 9 aus­ geführt. Das Gerät 9 besitzt den weiteren Vorteil, daß sowohl die Hochdruck-Injektion der Zementsuspension 11 für die Herstellung des Injektionskörpers 2 als auch die Injektion von Feststoff 8 zur Stabilisierung des Bodens 1 zu jedem beliebigen Zeitpunkt, je nach Bedarf, wiederholt werden kann.

Es besteht daher der Vorteil der beschriebenen Verfahrens­ kombination u.a. darin, ein Höchstmaß an Sicherheit bei kon­ trollierbarem steuerbarem Verfahrensablauf zu gewähren und gleichzeitig einen gezielten Spannungszustand im behandelten Boden 1 zum Schutz vor Setzungserscheinungen der darüberliegenden, angrenzenden oder unmittelbar be­ einflußten Bebauung aufrechtzuerhalten.

Hinsichtlich etwaiger weiterer Merkmale des beschrie­ benen Verfahrens und der Vorrichtung wird, soweit sie vorstehend nicht näher erläutert sind, ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen.

Claims (8)

1. Injektionsverfahren zur Herstellung hochverfestigter und tragfähiger Bodenmassen bei der Ausführung von Un­ tertagebauwerken, wie Hohlraumbauten o.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionsvorgang im Boden (1) in zwei Ver­ fahrensbereiche (A, B) unterteilt ist, wovon der eine Verfahrensbereich (A) in der Herstellung eines den Hohlraum (3) einhüllenden Injektionskörpers (2) besteht, der durch lnjizieren einer Zementsuspension (11) bzw. einer gleichwertigen aushärtenden Masse un­ ter Hochdruck gebildet wird, während im anderen Ver­ fahrensbereich (B) außerhalb des Injektionskörpers (2) durch Injizieren von Feststoff (8) im Boden (1) ein solcher Spannungszustand (1 a) aufrechterhalten wird, der die ursprüngliche oder eine gezielt vorgegebene Lage des Bauwerkes (5) einzuhalten gestattet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsvorgänge im Verfahrensbereich (A) mit denen im Verfahrensbereich (B) in der Weise steuerbar verbunden sind, daß sie von nur einem einzigen kom­ binierten Bohr- und Injektionsgerät (9) ausgeführt werden, das mit einer in einer Bohrung (6) befindlichen Packereinrichtung (15) mit Ventilrohr (7) und Packer­ stufen (12) ausgerüstet ist und dadurch die Feststoff­ injektion (8) über die Ventilstufen (12) in den Boden (1) zu dessen Stabilisierung stufenweise ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffinjektion (8) zu jedem beliebigen Zeitpunkt zur Aufrechterhaltung des gewünschten Span­ nungszustandes (1 a) wiederholbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektion der Zementsuspension (11) zur Nach­ füllung der Injektionssäulen (4) von der Oberfläche (10) her durch das unten offene Ventilrohr (7) zu jedem be­ liebigen Zeitpunkt wiederholt werden kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verfahrensvorgänge von einem zentralen An­ satzpunkt und in geschützter Position getätigt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsvorgänge in den beiden Verfahrensbe­ reichen (A, B) gleichzeitig oder in beliebiger Reihen­ folge ausgeführt werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein einziges, an der Oberfläche (10) anordenbares kombiniertes Bohr- und Injektionsgerät (9), das aus einem antreibbaren Bohr- und Injektionsgestänge (14) besteht, an dessen Bohrkopf eine oder mehrere Injek­ tionsdüsen (13) angeordnet sind, wobei für die Ar­ beiten im Verfahrensbereich (B) ein Ventilrohr (7) in der Bohrung (6) vorhanden ist, das mit mehreren Ventilstufen (12) versehen ist, die einzeln mit einer Packereinrichtung (15) absperrbar verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohr- und Injektionsgestänge (14) mit Ventil­ stufen (12) ausgestattet ist, so daß dadurch das Ventilrohr (7) entfällt.