DE3925097C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Anwendung beim Herstellen einer Bohrung und/oder beim Einbringen von Suspensionen, wie Zementsuspensionen, in ein Bohrloch, wobei das überschüssige Material über eine Rücklaufleitung und eine an dieser vorgesehenen Austragsöffnung aus dem Bohrloch ausgetragen wird, wobei das Bohrloch in kon­ ventioneller Weise durch Bohren erstellt sein kann und ggfs. Suspension anschließend eingebracht wird oder wobei das Bohrloch im Soilcrete-Verfahren oder einem ähnlichen Verfahren unter gleichzeitigem Einbringen der Suspension beim Bohrvorgang hergestellt sein kann.

Aus der DE-OS 36 39 891 ist ein Verfahren und eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein Einbringen von Suspension beim Niederbringen einer Bohrung möglich ist und beim Rücklauf im Bohrgestänge vorge­ sehen ist. Letzteres ist dabei frei im Bohrloch geführt und weist Öffnungen auf, aus denen Borschmand und Sus­ pension ungehindert abfließen und aus dem Bohrloch aus­ treten kann.

Es sind Anwendungsfälle bekannt, bei denen Bohrlöcher in horizontaler Lage oder im Vortrieb schräg nach oben ausge­ führt werden. Beispielsweise ist dies bei einer Abdichtung und Absicherung von Tunnelfirsten der Fall, bei denen Gruppen von Bohrungen im Firstbereich unter Neigung in Tunnellängsrichtung und einander überlappend ausgeführt werden. Hierbei fließt unter dem Einfluß der Schwerkraft Material aus dem Bohrloch ab, so daß die beabsichtigten Abdichtungen und Verstärkungen mängelhaft sind. Der Abfluß kann durch das Anstehen von gespanntem Wasser bzw. bei Arbeiten unter dem Grundwasserspiegel durch das an­ drängende Grundwasser verstärkt werden.

Auch mit Neigung nach unten in den Boden vorgetriebene Bohrungen, die ggfs. in konventioneller Weise oder im Soilcrete-Verfahren mit Suspension verfüllt werden, zeigen ein unerwünschtes Abfließen von Material, wenn der An­ satzpunkt unterhalb des Grundwasserspiegels liegt oder das Grundwasser im Bohrloch gespannt ist. In einem mit Suspension verfüllten oder angereicherten Raum können beim Abbinden der Suspension Mängel entstehen, wenn Suspension örtlich unter dem Einfluß der Schwerkraft oder des an­ stehenden Wassers abfließen kann und/oder Gas oder Wasser aus der Suspension oder dem Boden austritt und sich sam­ melnd die Suspension verdrängt, ohne daß ein einwandfreies Nachfließen von Suspension in der Phase des Abbindens sichergestellt ist. Die angestrebte Verfestigung des Bodens, bzw. die Erstellung einer Abdichtung ist hierbei mindestens partiell gefährdet.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem Bohrungen und/oder Injektionen auch bei ungünstigen Bedingungen ordnungsgemäß hergestellt und die Qualität von durch In­ jektionen verfestigten Bodenbereichen oder hergestellten Bodensäulen oder von Ortbetonpfählen unabhängig von der ge­ wählten Lage, d.h. insbesondere auch bei nach den ge­ richteten Bohrungen und solchen unterhalb des Grundwas­ serspiegels verbessert werden kann und die Gefahr von Fehlstellen oder eines völligen Mißerfolges deutlich redu­ ziert wird.

Die Lösung hierfür besteht in einem Verfahren der ge­ nannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bohrloch am Bohrlochmund gegenüber dem Bohr- bzw. Injiziergestänge abgedichtet wird und der Bohrschmand und/oder die Suspension während des Bohr- und/oder Injiziervorgangs im Bohrloch unter geregelten Druck durch druck- oder mengengeregelt kontrollierten Austrag an der Austragsöffnung gehalten wird. Der Begriff Material steht hierbei für Bohrspülung, Suspension zur Bodenverfestigung und Bodenabdichtung, sowie Bodenmaterial in allen vorkom­ menden Mischungsverhältnissen. Bei mengenkontrollierter Zuführung der Bohrspülung oder Suspension durch das Bohr- oder Injiziergestänge kann das kontrollierte Ablas­ sen ebenfalls in einer mengenmäßigen Kontrolle bestehen. Bevorzugt wird jedoch die Suspension beim Bohren und/oder Injizieren im Bohrloch unter einem regelbaren Druck ge­ halten, der auf einen gewünschten Wert einstellbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird während oder nach dem Aushärten der Suspension sich am höchsten Punkt des Bohrlochs bildende Gas- oder Wasser­ säcke durch Suspension unter Druck aufgefüllt, wobei ge­ gebenenfalls das Wasser aus Wassersäcken vorher abgezogen wird. Die Gefahr der Bildung derartiger Gas- oder Wasser­ säcke ist insbesondere bei mit Neigung nach oben nieder­ gebrachten Bohrungen gegeben, andererseits aber auch in nach unten geneigten Bohrungen mit geringer Steigung oder wenig durchlässiger Boden-Suspensions-Mischung nicht aus­ zuschließen.

Nach einer weiteren Fortbildung des Verfahrens wird beim Aushärten der Suspension diese unter einem kontrolliert eingestellten Vordruck gehalten, der gegebenenfalls nach Druckabfall durch Nachinjizieren wieder eingestellt wird. Das Prinzip des Nachinjizierens ist an sich bekannt, bei einem im Bohrloch aufrechterhaltenen Vordruck ist jedoch die Tendenz zum Wegfließen von Suspension besonders groß, so daß sich eine besondere Notwendigkeit für die Kontrolle des Druckes und die Möglichkeit des Nachinjizierens beim vorliegenden Verfahren ergibt.

Eine geeignete Vorrichtung zur Anwendung beim vorstehend beschriebenen Verfahren ist gekennzeichnet durch einen in das Bohrloch oder dessen Einfassung dichtend einsetz­ baren Anschlußstutzen, ein mit dem Anschlußstutzen ver­ bindbares Quetsch- oder Membranventil mit einem starren Stutzen mit äußerer Druckzuführung und einem innen­ liegenden druckbeaufschlagbaren Dichtschlauch aus elastischem Material, einen Einführtrichter am Quetsch- oder Membranventil, einen über den Einführ­ trichter in das Quetsch- oder Membranventil einführbaren Einführstutzen mit einer Führungs- und Dichtungsanordnung für ein Bohr- oder Injiziergestänge, einen axial verfahr­ baren Bohrmast mit einer Gestängeführung für das Bohrge­ stänge und eine einstellbare Druckhaltevorrichtung. Charakteristisch für diese Vorrichtung ist die dauerhafte Verbindung des Anschlußstutzens und des Quetsch- und Mem­ branventils mit dem Bohrloch einerseits und die Verbindung eines über einen Einführtrichter darin dichtend einführbaren Ein­ führstutzens mit einem Bohr- und Injiziergestänge an­ dererseits. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, eine Mehrzahl von Bohrlöchern für die Durchführung des Ver­ fahrens vorzubereiten und mit einer einzigen Bohr- und Injizieranordnung dann das Bohr- und Injizierverfahren durchzuführen oder bei bereits erstellten Bohrlöchern das Injizierverfahren vorzubereiten.

Die dichtende Verbindung des Anschlußstutzens mit der Öffnung des Bohrlochs ist in bevorzugter Weise dadurch herzustellen, daß eine den Bodenbereich am Bohrloch ab­ schließende Platte mit einer Bohröffnung, sei es aus Zement oder Beton, sei es aus Stahl, mit einer Bohröffnung versehen ist, in die der Anschlußstutzen eingesetzt wird und dort je nach Material einbetoniert, eingeklebt oder eingeschweißt wird. Das mit dem Anschlußstutzen verbundene Quetsch- oder Membranventil ist bevorzugt trennbar von diesem ausgeführt, so daß es nach Abschluß des Verfahrens gleich demontiert werden kann, während der Stutzen gege­ benenfalls am Bohrloch verbleibt. Quetsch- oder Membran­ ventile der genannten Art sind als solche bekannte Bau­ teile, bei denen der elastische Schlauch nach Einführen des mit der Bohr- und Injizieranordnung verbundenen Ein­ führstutzens mit hohem Druck bis zu mehreren bar beauf­ schlagt werden kann, so daß eine sichere Abdichtung erfolgt, die während des Injizierens und Aushärtens den erforderlichen Druck im Bohrloch halten kann.

Im Anschlußstutzen ist in bevorzugter Ausführung ein ver­ schließbarer Schieber vorgesehen, der zu schließen ist, bevor das Quetsch- und Membranventil nach dem Herausziehen des Bohr- und Injiziergestänges demontiert wird. Das nach dem Demontieren offene Stutzenende kann in weiterer Aus­ gestaltung für die Anbringung eines Verschlußdeckels vor­ gesehen sein.

In einem derartigen Deckel kann eine Einführöffnung mit geeigneten Dichtungsmitteln zum Einstecken eines Ab­ zugs- und Injektionsrohres vorgesehen sein, über welches Gas- oder Wassersäcke am hinteren Ende, d.h. insbesondere am höchsten Punkt einer Säule abzuziehen sind und gezielt mit Suspension aufzufüllen sind, die über eine direkte Einführung vom Bohrloch nicht möglich wäre. Das Rohr kann hierbei in bekannter Weise zunächst mit einem Endstopfen verschlossen sein, der durch Druck freigesprengt wird.

Das oben bezeichnete Druckhalteventil kann in günstiger Ausgestaltung am mit der Bohr- und Injiziervorrichtung verbundenen Einführstutzen angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, daß die Druckhalteeinheit nur in einfacher Ausfertigung vorgesehen sein muß und daß nacheinander erstellte Bodensäulen unter den gleichen Druckbedingungen erstellt werden. Ungeachtet dessen ist es jedoch auch möglich, das Druckhalteventil am fest mit dem Bohrloch verbundenen Anschlußstutzen vorzusehen. Teile, die in jedem Fall vorzugsweise an diesem Anschlußstutzen ausge­ führt werden, sind ein Anschluß mit einem Nachverpreß­ ventil und ein Anschluß mit einer Druckmeßstelle. Der Druck an dieser Druckmeßstelle kann für eine Sicherheits­ schaltung der Suspensionsförderpumpe der Bohr- und Inji­ zieranordnung verwendet werden.

Auch nach Abbau des Quetsch- oder Membranventils ist hier mittels entsprechender Anschlüsse das Konstanthalten des Druckes im Bohrloch bis zur Aushärtung möglich. Die Nach­ verpreßanschlüsse können über eine Ringleitung verbunden sein und auf diese Weise gleichbleibende Qualität aller Bodensäulen garantieren.

Als Druckhalteanordnung kann anstelle eines mechanischen, insbesondere federbelasteten Druckhalteventils auch ein mit einem Druckluftkessel verbundener Rücklauf vorgesehen sein. Dieser Druckluftkessel ist dann seinerseits mit einer Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls mit einem eigenen Druckerzeuger verbunden.

Am Einführstutzen sind geeignete Führungs- und Abdicht­ mittel für das Bohr- und Injiziergestänge vorzusehen, da während des Bohr- und Injiziervorganges ein geschlossenes System vom Anschlußstutzen über das Quetsch- und Membran­ ventil bis zum Einführstutzen dargestellt werden muß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch Öffnen des mechanischen oder pneumatisch einstellbaren Druckhalte­ ventils auch für ein übliches Bohr- und Injizierverfahren mit freiem Abfluß der Überschuß- oder Rücklaufmenge ver­ wendet werden.

Eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine vollständige Vorrichtung in Betriebs­ stellung vor Schließen des Quetsch- und Membran­ ventils.

Fig. 2a zeigt einen Anschlußstutzen mit Deckelverschluß in einer ersten Ausführung.

Fig. 2b zeigt einen Anschlußstutzen mit einem Deckelver­ schluß und einem Schieber.

Fig. 3 zeigt einen Anschlußstutzen mit angesetztem Quetsch- und Membranventil und Einführtrichter.

Fig. 4 zeigt ein Bohr- und Injiziergestänge mit Einführ­ stutzen und Druckhalteventil.

In Fig. 1 ist eine den Boden 28 versiegelnde Abdicht­ platte 7 dargestellt, in die ein Anschlußstutzen 8 ab­ dichtend eingesetzt ist, beispielsweise einzementiert ist. An den Stutzen 8, der einen Nachverpreßanschluß 9 mit Ventil aufweist, ist über einen Schnellverschluß 10 ein Stutzenansatz 29 mit einem Druckmeßanschluß 12 mit einem Ventil angesetzt, das zu einer Druckmeßstelle führt. An den Stutzenansatz 29 ist ein Quetsch- oder Membranventil 13 mit einem innenliegenden Dichtschlauch 14 und einer Druckluftzuführung 15 angeflanscht. Der Schlauch ist in entspannter Position. Hieran wiederum schließt sich ein Einführtrichter 16 an, der dem erleichterten Einführen eines Einführstutzens 17 dient, der zur Vermeidung von Beschädigungen des Verschlußschlauches mit einem Kanten­ schutz 18 versehen ist. Der Einführstutzen 17 ist mittels einer Befestigungskonsole 25 am Bohrmast 6 befestigt, der in einer Gestängeführung 4 ein Bohrgestänge 3 hält, an dessen vorderem Ende ein Düsenkopf 2 und davor eine Bohr­ krone 1 mit Spülungsaustritt zu erkennen ist. Unmittelbar hinter der Gestängeführung 4 ist eine sogenannte Brech­ vorrichtung 5 mit Klemmbacken vorgesehen, die dem Ver­ binden einzelner Gestängeabschnitte dient. Das Bohrge­ stänge 3 ist über eine Dichtungsanordnung 20 in den bodenseitig verschlossenen Einführtrichter dichtend eingeführt. An Anschluß 21 ist ein Sperrflüssigkeitsein­ lauf vorgesehen. Am Einführstutzen 17 ist ein weiterer Nachfüll- bzw. Nachverpreßanschluß 19 mit Ventil vor­ gesehen, der als Alternative zu dem erstgenannten Nach­ füll- und Nachverpreßanschluß 9 am Anschlußstutzen 8 angesehen werden kann. Darüber hinaus ist am Einfüllstutzen ein Rücklaufstutzen 24 vorgesehen, der über ein Tellerven­ til 22 verschließbar ist, das eine regelbare Drucksteuer­ einheit 23 umfaßt.

In Fig. 2a ist der Anschlußstutzen 8 in gleicher Ausfüh­ rung wie in Fig. 1 gezeigt, wobei die Anbauteile begin­ nend mit dem Stutzenansatz 29 demontiert sind und der Anschlußstutzen 8 mittels des Schnellverschlusses 10 mit einer Deckelplatte 11 abgeschlossen ist.

In Fig. 2b ist ein Anschlußstutzen 8 in gleicher Ausfüh­ rung wie in Fig. 1 dargestellt, wobei im Anschluß daran mittels des Schnellverschlusses 10 eine Schiebereinheit 26 angebracht ist, wobei hinter dem Schieber mittels eines weiteren Schnellverschlusses 30 wiederum ein Verschluß­ deckel 11 zu erkennen ist, der eine Einfuhröffnung 27 für ein Abzugsrohr aufweist.

In den Fig. 3 und 4 sind im wesentlichen die gleichen Teile wie in Fig. 1 erkennbar, wobei jedoch der Einführ­ stutzen noch nicht in das Membranventil eingeführt ist, dieses jedoch durch Druckaufgabe über den Druckanschluß 15 in geschlossener Stellung dargestellt ist. Im übrigen sind die gleichen Einzelteile mit gleichen Ziffern wie in den vorangegangenen Figuren bezeichnet.

Bezugszeichenliste

 1 Bohrkrone mit Spülungsaustritt
 2 Düsenkopf
 3 Bohrgestänge
 4 Gestängeführung
 5 Brechvorrichtung
 6 Bohrmast
 7 Abdichtplatte
 8 Anschlußstutzen
 9 Nachverpreßanschluß mit Ventil
10 Schnellverschluß
11 Deckelplatte
12 Druckmeßanschluß mit Ventil
13 Quetschventil
14 Verschlußschlauch
15 Druckanschluß
16 Einführtrichter
17 Einführstutzen
18 Kantenschutz
19 Nachverpreßanschluß mit Ventil
20 Gestängedichtung
21 Sperrflüssigkeitsanschluß
22 Druckhalteventil
23 Drucksteuereinheit
24 Rücklaufstutzen
25 Befestigungskonsole
26 Schiebereinheit
27 Einfuhröffnung
28 Boden
29 Absatzstutzen
30 Schnellverschluß

Claims (5)

1. Verfahren zur Anwendung beim Herstellen einer Bohrung und/oder beim Einbringen von Suspensionen, wie Ze­ mentsuspensionen, in ein Bohrloch, wobei das über­ schüssige Material über eine Rücklaufleitung und eine an dieser vorgesehenen Austragsöffnung aus dem Bohr­ loch ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch am Bohrlochmund gegenüber dem Bohr- bzw. Injiziergestänge abgedichtet wird und der Bohrschmand und/oder die Suspension während des Bohr- und/oder Injiziervorgangs im Bohrloch unter geregeltem Druck durch druck- oder mengengeregelt kontrollierten Austrag an der Austragsöffnung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in einer Vorlaufleitung beim Bohren und/oder Injizieren unter einem geregelten Druck ge­ halten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während oder nach dem Aushärten sich am höchsten Punkt des Bohrloches bildende Gas- und/oder Wasser­ säcke durch Suspension unter Druck aufgefüllt werden und gegebenenfalls dabei zuvor Gas und/oder Wasser abgezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension zum Aushärten unter einem kon­ trolliert eingestellten Vordruck gehalten wird, der gegebenenfalls durch Nachverpressen nachgestellt wird.

5. Vorrichtung zur Anwendung beim Herstellen einer Bohrung und/oder beim Einbringen von Suspensionen in ein Bohrloch, bei der eine Materialaustragsöffnung für den Austrag des Bohrschmands und/oder der über­ schüssigen rücklaufenden Suspension aus dem Bohrloch vorgesehen ist, mit einem Antrieb und einer Führungs­ anordnung für das Bohr- und/oder Injiziergestänge zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in das Bohrloch oder dessen Einfassung dichtend einsetzbaren Anschlußstutzen (8), ein mit dem Anschlußstutzen (8) verbundenes Quetsch- oder Mem­ branventil (13) mit einem starren Stutzenteil mit äußerer Druckzuführung (15) und einem innenliegenden druckbeaufschlagbaren Dichtschlauch (14) aus elastischem Material, einen am Quetsch- oder Membran­ ventil (13) angeordneten Einführtrichter (16) sowie einen in das Quetsch- oder Membranventil einführbaren, an den Dichtschlauch (14) anlegbaren Einführstutzen (17) mit einer Führungs- und Dichtungsanordnung (24) für das Bohr- und/oder Injiziergestänge (3), einen axial verfahrbaren Bohrmast (6) mit einer Gestänge­ führung (4) für das Bohrgestänge (3) und eine ein­ stell- oder regelbare, die Materialaustragsöffnung abschließende Druckhaltevorrichtung (22, 23).