DE3841316C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau einer Grundwassermeßstelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Grundwassermeßstellen, auch Pegelbrunnen oder Grundwasserbeobachtungsbrunnen genannt, werden im Einzugsgebiet von Wassergewinnungsanlagen benötigt, um eine Qualitätskontrolle des Grundwassers durchführen zu können, bevor das Grundwasser in die Gewinnungsbrunnen eintritt. Zur Herstellung solcher Grundwassermeßstellen, deren Tiefe mehr als 1000 m betragen kann, werden nach dem Stand der Technik häufig im Druck-Spülverfahren Bohrungen von ca. 180 mm Durchmesser gebohrt, in die anschließend eine aus Kunststoffrohren zusammengesetzte Rohrleitung mit einem Außendurchmesser von ca. 75 mm eingebaut wird. Der Ringraum zwischen der Bohrungswand und der Rohrleitung wird vor allem im Bereich des am unteren Ende der Rohrleitung angeordneten Filterrohrs, aber auch sonst vorwiegend mit Kies verfüllt, wobei zwischen einzelnen Kiesschüttungen Tonsperren eingebaut werden, um die beim Abteufen der Bohrung vorgefundenen, wasserführenden Stockwerke voneinander zu trennen und eine Vermischung oder ungewollte Verunreinigung des Grundwassers zu verhindern. Das Tonmaterial zur Bildung der Tonsperren wird ebenfalls als Schüttung in die Bohrung eingefüllt. In der DE-PS 30 12 709 ist ein solcher Ausbau am Beispiel eines Mehrfachpegels von allerdings vergleichsweise geringer Tiefe gezeigt. Nachteilig bei dieser bekannten Verfahrensweise ist, daß das Verfüllen des Ringraums besonders bei Grundwassermeßstellen größerer Tiefe einen erheblichen Zeitaufwand benötigt, da sehr lange Pausen nach dem Einbringen der unterschiedlichen Materialien erforderlich sind, um den richtigen Sitz der einzelnen Schüttungen mittels Lotungen überwachen zu können. Sind die Tonsperren wegen unzureichender Verfüllung undicht oder befinden sich nicht an der richtigen Stelle, so kann es zu Fremdzuflüssen kommen, die die Grundwassermeßstelle unbrauchbar machen. Bei tieferen Bohrungen besteht auch oft das Problem, daß die Verfüllung im oberen Bereich der Bohrung hängenbleibt und sich nur unter größten Schwierigkeiten und mit erheblichem Zeitaufwand in die vorgesehene Position bringen läßt. In diesen Fällen ist es bekannt, eine Zement-Bentonit-Suspension mit Schüttrohren von unten nach oben in den Ringraum zu pumpen. Das Einbringen der Schüttrohre ist jedoch schwierig und der aus Kostengründen klein gehaltene Bohrdurchmesser erlaubt nur einen kleinen Durchmesser der Schüttrohrleitung. Der Verfüllvorgang ist daher zeitaufwendig und es kann zu Verstopfungen innerhalb der Schüttrohrleitung kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das mit geringem Zeitaufwand eine die einzelnen Stockwerke zuverlässig voneinander trennende Verfüllung des Ringraums zwischen Bohrung und Rohrleitung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Verfüllen der Bohrung einer Grundwassermeßstelle wesentlich vereinfacht und der zum Verfüllen erforderliche Zeitaufwand erheblich reduziert.

Ein- und Ausbau des Zementiergestänges sind einfach und schnell durchzuführen und nach dem Ausbau sind keine beson­ deren Nacharbeiten erforderlich. Die flüssige Dichtmasse dringt in alle Bereiche des zu verfüllenden Ringraums voll­ ständig ein und sorgt dadurch nach ihrer Verfestigung für eine vollständige Abdichtung gegenüber den einzelnen Stock­ werken in allen Trennschichten des gebohrten Profils. Auch nachträgliche Setzungen werden vermieden, da keine Hohlräume unverfüllt bleiben.

Vorzugsweise besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dichtmasse aus einer pumpfähigen Suspension aus Tonmehl, Zement und Wasser. Als besonders geeignet hat sich eine Sus­ pension erwiesen, die auf vier Teile Tonmehl ein Teil Zement enthält. Die Dichte der Suspension wird vorteilhaft auf 1,29 bis 1,32 g/cm³ eingestellt.

Um ein Einbringen der Suspension in die Filtermaterialschicht zu vermeiden, kann in einer weiteren Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, daß vor dem Einbringen der Suspension das Filtermaterial mit einer Schicht aus Ton abgedeckt wird.

Mit der Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung geschaffen, die auf einfache und vorteilhafte Weise die Durchführung des angegebenen Verfahrens ermöglicht.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Ringraum zwischen der eingebauten Rohr­ leitung und der Bohrungswand mit der pumpfähigen und sich anschließend verfestigenden Dichtmasse verfüllt werden, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Rohrleitung und der für den Wassereintritt am unteren Ende der Rohrleitung ange­ ordneten Filterrohre besteht. Ist der Ringraum verfüllt und hat die Dichtmasse abgebunden, so wird mit dem Zementierge­ stänge das Anschlußstück aus der Rohrleitung ausgebaut. Danach ist das Innere der Rohrleitung bis in dem Bereich der Wasser­ eintrittsöffnung frei zugänglich und kann mit den Geräten zum Fördern von Wasserproben oder zur Untersuchung des Grund­ wassers vor Ort befahren werden.

Vorzugsweise weist das Anschlußstück oberhalb und unterhalb der Durchbrüche Dichtringe auf, die an der Bohrung des Zwischen­ stücks druckdicht anliegen, um das Eindringen der flüssigen Dichtmasse in die Rohrleitung zu vermeiden. Zum Verschließen der radialen Durchbrüche können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung Klappen vorgesehen sein, die auf der Außenfläche des Zwischenstücks aufliegen und von Blattfedern radial be­ weglich gehalten werden. Zu seiner Orientierung und Abstützung im Zwischenstück weist das Anschlußstück vorzugsweise eine Längsnut auf, in die der als Noppen ausgebildete Anschlag des Zwischenstücks eingreift.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung besteht das An­ schlußstück aus einer am unteren Ende verschließbaren Hülse mit radialen Durchbrüchen, die in der Orientierungslage der Hülse den Durchbrüchen im Zwischenstück gegenüberliegen. Der Verschluß im Boden der Hülse kann dabei aus einem zum Sumpf hin sperrenden Rückschlagventil bestehen. Hierdurch kann die in der Bohrung vorhandene Flüssigkeit das Anschluß­ stück beim Absenken durch das Rückschlagventil passieren, um zu vermeiden, daß das Anschlußstück nach Art eines Plunger- Kolbens die Flüssigkeit verdrängt und damit einen das Absenken erschwerenden Auftrieb erzeugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Profil einer Grundwassermeßstelle mit einer Verfüllung des Ringraums nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 das Profil der Grundwassermeßstelle gemäß Fig. 1 mit einer Verfüllung des Ringraums nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Bau einer Grundwassermeßstelle nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren.

Fig. 1 zeigt das Profil einer Grundwassermeßstelle, die in der üblichen, dem Stand der Technik angehörenden Weise ausgebaut wurde. In eine im Druckspülverfahren bis zu einer Tiefe von -210 m gebohrte Bohrung 1 mit einem Durchmesser von 220 mm im Bereich von 0 bis -50 m und einem Durchmesser von 175 mm im Bereich von -50 bis -210 m wurde eine aus Kunststoffrohren zusammengesetzte Rohrleitung 2 eingebaut, die an ihrem unteren Ende im Bereich von -198 bis -206 m ein Filterrohr 3 und daran anschließend ein Sumpfrohr 4 auf­ weist. Das Sumpfrohr 4 endet in einer Tiefe von -208 m und ist dort verschlossen. Der Nenndurchmesser der Rohrleitung 2 beträgt von 0 bis -40 m 115 mm und darunter 65 mm. Der Ringraum 5 zwischen der Rohrleitung 2 und der Wand der Bohrung 1 ist mit verschiedenen Füllmaterialien verfüllt. Im untersten Abschnitt 6, welche von der Sohle der Bohrung 2 bis in eine Tiefe von -195 m reicht, befindet sich eine Kiesschüttung der Körnung 1-2, durch die das Grundwasser zu dem Filter­ rohr 3 gelangt. Der darüberliegende Abschnitt 7 ist bis zu einer Tiefe von -161 m mit Füllkies der Körnung 2-8 ver­ füllt. Um die Abschnitte 6, 7 von darüberliegenden Stock­ werken zu trennen, ist der Abschnitt 8 als Tonabdichtung ausgebildet. Darüber folgen im Abschnitt 9 eine Schüttung aus Füllkies und in wechselnder Folge wiederum Tonabdichtungen in den Abschnitten 10-13 und dazwischen Schüttungen aus Füllkies in den Abschnitten 14-17. Die beschriebene Verfül­ lung des Ringraums 5 zwischen der Rohrleitung 2 und der Wand der Bohrung 1 ergibt sich aus dem bei der Herstellung der Bohrung ermittelten Art und Lage der durchbohrten Schichten und der Notwendigkeit die dabei durchbohrten Sperrschichten durch den Einbau von Tonabdichtungen wieder zu verschließen, um eine Vermischung von Wasser aus verschiedenen Stockwerken und eine damit eventuell verbundene Verunreinigung des Grund­ wassers zu verhindern.

Das Einbringen der einzelnen Tonsperren beim Verfüllen der Bohrung ist sehr schwierig und zeitaufwendig, da mittels Lotungen immer wieder der richtige Sitz der einzelnen Schüt­ tungen überwacht werden muß. Sind die Tonsperren undicht oder befinden sie sich durch Setzungen des Kieses nicht an der richtigen Stelle, so ist die Grundwassermeßstelle für eine genaue Überwachung des Grundwassers unbrauchbar.

Durch das in Fig. 2 veranschaulichte Verfahren werden diese Nachteile vermieden. Das Verfahren wird anhand des bereits in Fig. 1 dargestellten Beispiels erläutert. Nach diesem wird in die Rohrleitung 2 einige Meter über dem Filterrohr 3 ein rohrförmiges Zwischenstück 18 eingesetzt, dessen Wand radiale Durchbrüche hat. An die Durchbrüche im Zwischenstück 18 wird ein durch die Rohrleitung eingeführtes Zementier­ gestänge 19 angeschlossen, welches über Tage mit einer Pumpe 20 verbunden ist. Nun wird zunächst zum Beschütten der Filter­ strecke in den unteren Abschnitt 6 von außen in die Bohrung 1 Filterkies der Körnung 1-2 bis nahe unterhalb des Zwischen­ stücks 18 eingebracht. Steigt die Abschüttung von Filterkies versehentlich über das Zwischenstück 18 hinaus, so kann die überschüssige Menge durch Anschluß des Zementiergestänges an eine Spülpumpe wieder an die Oberfläche gefördert werden.

Wenn die Kiesschüttung die richtige Höhe hat, wird mit Hilfe der Pumpe 20 über das Zementiergestänge 19 und die Durch­ brüche im Zwischenstück 18 eine flüssige, pumpfähige Dichtmasse in den Ringraum 5 gepumpt bis der Ringraum im Bereich der Stockwerke 7-17 vollständig ausgefüllt ist. Danach wird zur Reinigung der Pumpe und des Zementiergestänges eine ihrem Aufnahmevolumen entsprechende Wassermenge nachgepumpt.

Die Dichtmasse wird in einer Mischanlage angemischt, wobei aus Tonmehl, Zement und Wasser eine pumpfähige Suspension hergestellt wird, die nach dem Einbringen durch Abbinden des Zements ohne oder mit geringer Volumenzunahme fest wird.

Das Zementiergestänge kann unmittelbar nach dem Einpumpen der Dichtmasse ausgebaut werden, wenn die Durchbrüche im Zwischenstück durch besondere Mittel verschließbar sind. Ist dies nicht der Fall, oder erweist sich der Verschluß als undicht, so muß das Zementiergestänge bis zur Verfestigung der Dichtmasse eingebaut bleiben. Nach dem Ausbau des Zemen­ tiergestänges ist der Durchgang durch das Zwischenstück frei. Das Zwischenstück bildet einen geschlossenen Teil der Rohrlei­ tung, da die Durchbrüche durch die Dichtmasse und ggfs. die zusätzlichen Mittel dicht verschlossen sind. Die Grundwasser­ meßstelle kann nun freigepumpt und in der üblichen Weise in Betrieb genommen werden.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des Zwischenstücks 18 und eines daran angepaßten Anschlußstücks 21, welches sich am unteren Ende des Zementiergestänges 19 befindet, darge­ stellt. Das Zwischenstück 18 besteht aus einem zylindrischen Rohr 22, das an seinen beiden Enden ein Außengewinde 23 für das Aufschrauben einer Gewindemuffe zum Anschließen des Zwischenstück 18 an den oberen und unteren Strang der Rohr­ leitung 2 hat. Das Rohr 22 weist in seiner Wand zwei einander gegenüberliegende Durchbrüche 24 auf, die die Form eines Langlochs haben. Im Bereich der Durchbrüche 24 sind auf der Außenfläche des Rohres 22 ebene Anlageflächen 25 ausgebildet, auf denen plattenförmige Klappen 26 dicht aufliegen, die die Durchbrüche 24 vollständig bedecken. Die Klappen 26 werden von Blattfedern 27 gehalten und gegen die Anlageflächen 25 gedrückt. Die Blattfedern 27 sind jeweils unter Zwischenlage eines Futterstücks 28 an der Außenseite des Rohrs 22 ange­ schraubt. In der Bohrung 29 des Rohrs 22 befinden sich unter­ halb der Durchbrüche 24 zwei einander gegenüberliegende An­ schlagnoppen 30. Die Anschlagnoppen 30 sind in der Wand des Rohrs 22 befestigt und stehen aus der Bohrung 29 hervor.

Das Anschlußstück 21 besteht aus einem Rohr 31, das an seinem oberen Ende ein Innenkegelgewinde 32 hat, in das das untere Ende des Zementiergestänges 19 einschraubbar ist. In seinem mittleren Bereich weist das Rohr 31 einen Absatz mit geringerem Außendurchmesser auf, auf den zwei Dichtringe 33 und eine zwischen den Dichtringen angeordnete Hülse 34 aufgeschoben sind. Die Dichtringe 33 und die Hülse 34 werden in ihrer Lage von einem Kopfstück 35 gehalten, das auf das untere Ende des Rohrs 31 aufgeschraubt ist. Zwischen dem Kopfstück 35 und dem Rohr 31 ist weiterhin ein Dichtring 36 angeordnet. Das Kopfstück 35 weist eine Bohrung 37 auf, die durch eine im unteren Ende 38 des Rohrs 31 angeordnete Ventilkugel 39 verschließbar ist. Ein Bund 40 in der Bohrung des Rohrs 31 verhindert, daß die Ventilkugel 39 durch das Rohr 31 nach oben gespült werden kann.

Das Anschlußstück 21 ist wie die Darstellung zeigt in die Bohrung 29 einschiebbar. Die Lage des Anschlußstücks 21 wird dabei durch zwei Nuten 41 im Kopfstück 35 bestimmt, in die die Anschlagnoppen 30 eingreifen. Auf diese Weise wird das Anschlußstück 21 in seiner axialen Lage und in seiner Winkel­ stellung zum Zwischenstück 18 fixiert. In dieser Lage befinden sich die beiden Dichtringe 36 oberhalb und unterhalb der Durchbrüche 24 und den Durchbrüchen 24 liegen Durchbrüche 42 gleicher Größe gegenüber, die im Rohr 31 und in der Hülse 34 ausgebildet sind. Auf diese Weise wird durch das Anschluß­ stück 21 eine druckdichte Verbindung zwischen der Bohrung des Zementiergestänges 19 und den Durchbrüchen 24 geschaffen. Die durch das Zementiergestänge 19 geförderte Dichtmasse kann daher nicht in die Bohrung 19 des Zwischenstücks 18 und die daran angeschlossene Rohrleitung eindringen.

Das Anschlußstück 21 kann beim Bau einer Grundwassermeßstelle bereits über Tage in das Zwischenstück 18 eingesetzt und zusammen mit diesem mit der Rohrleitung 2 in die Bohrung 1 eingebaut werden. Hierbei ermöglicht die Ventilkugel 39 das Eindringen der in der Bohrung vorhandenen Flüssigkeit in das Innere der Rohrleitung 2, um dadurch einen erhöhten Auftrieb zu vermeiden. Ist die Rohrleitung 2 eingebaut, so wird das Zementiergestänge 19 eingefahren und mit dem Innenkegelgewinde 32 des Anschlußstücks 21 verschraubt. Hierbei sichern die Anschlagnoppen 30 das Anschlußstück 21 gegen Drehen. Beim Einpumpen der Dichtmasse verschließt die Ventilkugel 39 die Bohrung 37, während die Klappen 26 durch den Förderdruck von den Anlageflächen 25 nach außen abgehoben werden, so daß die Dichtmasse ungehindert in den Ringraum 5 gelangen kann. Ist das Füllen des Ringraums 5 beendet, so werden die Klappen 26 von den Blattfedern 27 wieder gegen die Anlageflächen 25 gedrückt, wodurch die Durchbrüche 24 verschlossen werden. Das Zementiergestänge 19 kann nun zusammen mit dem Anschlußstück 21 aus dem Zwischenstück 18 und der Rohrleitung 2 herausgezogen werden. Nach dem Ausbau des Ze­ mentiergestänges 19 und des Anschlußstücks 21 ist der freie Durchgang in der Rohrleitung 2 bis zum Sumpfrohr 4 gegeben.

Claims (11)

1. Verfahren zum Bau einer Grundwassermeßstelle, bei dem in eine Bohrung im Erdreich eine Rohrleitung mit einer Wassereintrittsöffnung an ihrem unteren Ende eingebaut wird und bei dem der Ringraum zwischen der Rohrleitung und der Bohrungswand im Bereich der Wassereintrittsöffnung mit Filtermaterial verfüllt wird und zur Abdichtung wasserführender Schichten eine flüssige, sich nach der Einbringung verfestigende Dichtmasse in den Ringraum über der Filtermaterialschicht gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (2) oberhalb der Wassereintrittsöffnung (3) ein Zwischenstück (18) mit verschließbaren, radialen Durchbrüchen (24) eingesetzt wird, daß nach dem Einbau der Rohrleitung (2) und dem Einfüllen der Filtermaterialschicht (6) ein Zementiergestänge (19, 21) in die Rohrleitung eingeführt und mit den Durchbrüchen (24) im Zwischenstück (18) verbunden wird und daß durch das Zementiergestänge (19) und die Durchbrüche (24) die flüssige Dichtmasse in den Ringraum (5) gepumpt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse aus einer pumpfähigen Suspension aus Tonmehl, Zement und Wasser besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ca. vier Teile Tonmehl und ca. ein Teil Zement enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Dichtmasse mindestens 1,3 g/cm³ beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen der Dichtmasse das Filtermaterial mit einer Schicht aus Ton abgedeckt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in die Rohrleitung (2) einbaubares, rohrförmiges Zwischenstück (18) mit verschließbaren radialen Durchbrüchen (24), das im Innendurchmesser gleich oder kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung und das unterhalb der Durchbrüche einen in seine Bohrung (29) hineinragenden Anschlag (30) hat, durch ein in das Zwischenstück (18) einsetzbares Anschlußstück (21), das bis zur Anlage an dem Anschlag (30) durch die Rohrleitung (2) in das Zwischenstück einführbar ist und die Bohrung (29) des Zwischenstücks verschließt, und durch ein mit dem Anschlußstück (21) verbindbares, in die Rohrleitung (2) einbaubares Zementiergestänge (19), dessen Austrittsöffnung durch einen Kanal (42) im Anschlußstück (21) mit den Durchbrüchen (24) verbindbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück oberhalb und unterhalb der Durchbrüche (24, 42) Dichtringe (33) aufweist, die an der Bohrung (29) des Zwischenstücks (18) druckdicht anliegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Durchbrüche (24) im Zwischenstück (18) durch Klappen (26) verschließbar sind, die auf der Außenfläche des Zwischenstücks (18) aufliegen und von Blattfedern (27) radial beweglich gehalten sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (21) eine Längs­ nut (41) aufweist, in die der als Noppen (30) ausge­ bildete Anschlag des Zwischenstücks (18) eingreift.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (21) aus einer am unteren Ende (38) verschließbaren Hülse (31) mit radialen, in der Orientierungslage den Durchbrüchen (24) im Zwischenstück (18) gegenüberliegenden Durch­ brüchen (42) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden (38) des Anschlußstücks (21) ein zum Sumpf hin sperrendes Rückschlagventil (37, 39) angeordnet ist, das mit den Durchbrüchen (42) in Ver­ bindung steht.