DE4316097A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Setzen eines Injektionsankers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Setzen eines Injektionsankers durch eine Verbauwand hindurch ins Erdreich bei drückendem Wasser, welche ein Vortreibrohr zum Einführen eines Zuggliedes und von Injektionsgut sowie eine elastische Dichtung zwischen dem Zugglied und dem Vortreibrohr als Rückflußsperre aufweist.

Beim Setzen von Injektionsankern in Böden mit drückendem Wasser besteht die Gefahr, daß mehr Erdreich ausgespült wird, als dem Volumen der Bohrung entspricht. Dies führt dazu, daß ein übermäßiger Bodenentzug erfolgt, was wiederum zur Folge haben kann, daß sich Setzungen einstellen. Es sind vielfach Versuche gemacht worden, den Bohrlochmund in der Weise abzudichten, daß das Grundwasser sowie injizier­ ter Zementleim zurückgehalten werden.

Aus der gattungsbildenden DE-PS 23 54 764 ist eine wasser­ dichte Durchführung eines Vortreibrohrs durch eine Öffnung in der Verbauwand mit Hilfe einer in die Verbauwand einge­ setzten Durchführungshülse bekannt. In diese ist ein Dich­ tungsring eingesetzt, welcher mit von außen nach innen wei­ senden, elastisch aufweitbaren Dichtungslippen versehen ist. Ferner ist ein elastischer, zylindrischer Dichtungs­ ring von verhältnismäßig dicker radialer Wandung einge­ setzt, welcher durch eine Stopfbuchsenhülse in axialer Richtung zusammendrückbar und hierdurch in seiner lichten Weite einstellbar ist. Als nachteilig ist hierbei anzuse­ hen, daß nach dem Abteufen der Bohrung und dem Einsetzen des Zuggliedes sowie dem abschließenden Verpressen von Ze­ mentleim der Rückbau des Vortreibrohres nicht ohne das Aus­ treten von Wasser und Zementleim erfolgen kann. Beim Gestängerückbau müssen die Bohrstangen des Vortreibrohrs einzeln abgeschraubt werden. Dabei verstreicht in der Regel so viel Zeit, daß der vorher eingebaute Zementleim zu einem gewissen Teil durch den Bohrlochmund wieder austritt. Es ist dabei nicht auszuschließen, daß auch Bodenmaterial in nicht gewünschter Menge zum Bohrlochmund gefördert wird und Bodeneinspülungen im Bereich des Verpreßkörpers erfolgen. Durch diesen Bodenentzug können wiederum Setzungen des Bau­ grundes erfolgen und es ist auch die Festigkeit des Zement­ leims nicht sichergestellt, da er stark mit ausströmendem Wasser verdünnt wird.

Ferner ist in der DE-US 35 35 320 eine sehr aufwendige Vor­ richtung zum Abdichten des Bohrlochmundes während des Boh­ rens beschrieben. Auch mit dieser Vorrichtung ist nicht si­ chergestellt, daß der Austritt von Zementleim und Grundwas­ ser während des Gestängerückbaues verhindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit wel­ cher eine Abdichtung des Bohrlochmundes auch während des Rückbaues des Vortreibrohres zuverlässig gegen das Austre­ ten von Zementleim und Grundwasser verhindert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Eine besonders zweckmäßige Vor­ richtung besteht darin, daß auf das Zugglied ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Ringbalg aufgesetzt ist, welcher den Ringraum zwischen dem Zugglied und dem außen­ liegenden Vortreibrohr mittels einer externen Steuerung wahlweise dichtend abschließt oder freigibt, daß inner­ halb des Zuggliedes eine Versorgungsleitung für den Ringbalg angeordnet ist, daß am freien Ende des Zuggliedes ein mit einem Absperrorgan versehenes Kopplungselement für die Versorgungsleitung angeordnet ist, dessen Außendurch­ messer kleiner ist als der Innendurchmesser des Vortreib­ rohres und eines Drehantriebskopfes für das Vortreibrohr.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Ringraum zwischen dem Zugglied und dem Vortreibrohr von außen und unabhängig vom Bohr­ vorgang gesperrt oder geöffnet werden kann, so daß einerseits Injektionsgut (Zementleim) zur Herstellung des Injektionsankers in das Bohrloch eingepumpt werden kann und andererseits beim Rückbau des Vortreibrohres absperrbar ist, so daß ein Zurückfließen des Zementleims ausgeschlossen ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß als Ringbalg ein Abschnitt eines elastischen Schlauches verwendet wird, der auf ein Rohrstück aufgezogen ist. Dieses Rohrstück wird über das Zugglied geschoben und an seinen beiden Enden durch Dichtungsscheiben abgeschlossen, welche Durchtritts­ öffnungen für die Elemente des Zuggliedes besitzen.

In dieses Rohrstück mündet die Versorgungsleitung, durch welche die Betätigung des Ringbalges erfolgt.

Es kann zweckmäßig sein, den durch die Abdichtscheiben gebilde­ ten Innenraum des Rohres mit einem Abdichtungsmedium zu verfül­ len.

Eine andere Ausführungsart des Ringbalges besteht aus einem in sich geschlossenen Schlauch, wie er auch in PKW-Reifen verwendet wird, der auf ein Rohr aufgezogen wird und dessen Füllanschluß­ stück mit der Versorgungsleitung verbunden ist.

Die Montage des Ringbalges auf ein Rohrstück hat den Vorteil, daß das Rohr die mechanischen Belastungen aufnehmen kann und der elastische Ringbalg vor Verletzung geschützt wird. Außerdem ge­ währleistet das Rohr einen zuverlässigen Anschluß der Versorgungs­ leitung.

Besonders zweckmäßig ist es, daß die Dichtungsscheiben aus einem elastischen Material gefertigt sind. Dies erleichtert sowohl die Montage als auch die Abdichtung des Rohrinnenraumes, in dem sich die Elemente des Zuggliedes befinden.

Dies ist unbedingt nötig, um Grundwasser bzw. Zementleim oder Bodenmaterial zurückhalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht darin, daß der Ringbalg hinsichtlich seiner axialen Anordnung auf dem Zugglied an derjenigen Stelle des Zug­ gliedes angeordnet ist, welche in der Endlage des Zugglie­ des am Bohrlochmund zu liegen kommt. Das hat den Vorteil, daß nach dem Ausbau des letzten Rohrstückes des Vortreib­ rohres die Öffnung in der Verbauwand mit Hilfe des Ringbal­ ges verschlossen werden kann.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, daß im Anschluß an das Kopplungselement der Vorsorgungsleitung ein Stützrohr ko­ axial zum Zugglied angeordnet ist, welches über das Kopplungs­ element dreh- und schiebefest mit dem Zugglied verbunden ist, und welches eine Anschlußleitung für die Versorgungsleitung aufnimmt. Diese Maßnahme hat zum einen den Vorteil, daß die Anschlußleitung vor Beschädigung geschützt ist. Zum anderen wird es mit dem Stützrohr möglich, das eingebaute Zugglied festzuhalten, so daß es weder verdreht noch verschoben werden kann. Bewegungen des Vortreibrohres können daher nicht auf das Zugglied übertragen werden und dessen Lage beeinflussen.

Es ist besonders vorteilhaft, daß das Absperrorgan der Versorgungsleitung als Hahn ausgebildet ist. Alternativ dazu kann es auch zweckmäßig sein, das Absperrorgan als steuerbares Rückschlagventil auszubilden.

Um das Einpressen des Injektionsgutes zu ermöglichen, erweist es sich als zweckmäßig, das Stützrohr in der Durchführung durch den Antriebs- bzw. Spülkopf durch Dichtmanschetten ab­ zudichten.

Zum abschließenden Abdichten des Bohrlochmundes besteht ei­ ne besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung da­ rin, daß zum Aufblähen des Ringbalges eine erhärtende Flüssigkeit eingepumpt wird. Die Abdichtung kann ferner noch dadurch verbessert werden, daß der Flüssigkeit ein Stoff beigemengt ist, welcher ein Quellen während des Erhärtungs­ vorganges bewirkt. Der Ringbalg verbleibt dann als dauer­ hafter Stopfen in der Verbauwand. Besonders einfach ist es, daß der Ringbalg abschließend mit einem Injektionsschaum ausgefüllt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben.

Die Fig. 1 bis 11 zeigen jeweils schematisch einen Quer­ schnitt durch eine Vorrichtung zum Setzen eines Injektions­ ankers bei verschiedenen Verfahrensschritten.

Gemäß Fig. 1 ist ein Vortreibrohr 1, das aus mehreren Bohrstan­ gen 2 zusammengesetzt ist, durch eine Verbauwand 3 hindurch in ihre Endlage abgebohrt. Ein Bohrlochmund in der Verbauwand 3 ist mit einer elastischen Abdichtungsmanschette 4 gegen das Vor­ treibrohr 1 wasserdicht abgedichtet. An der Spitze des Vortreib­ rohres 1 befindet sich eine verlorene Bohrspitze 5, die mit ei­ nem Kugelventil 7 versehen ist. Es verhindert beim Abteufen des Vortreibrohres 1 während einer Unterbrechung beim Gestänge­ verlängern, daß Wasser und Bodenmaterial zum Bohrlochmund ge­ bracht wird.

Gemäß Fig. 2 wird in das Vortreibrohr 1 ein aus mehreren Spann­ stangen 8 bestehendes Zugglied 6 eingebaut. Die Spannstangen 8 be­ stehen bevorzugt aus Spannstahl, sie können jedoch auch aus Kunst­ stoff, wie beispielsweise Aramidfasern oder Glasfasern, bestehen. Auf das Zugglied 6 ist ein Ringbalg, bestehend aus einem Rohrstück, zwei beabstandeten Dichtungsscheiben 9 und einem elastischen Schlauchring 11, aufgesetzt. Die Dichtungsscheiben 9 sind so gestaltet, daß die Spannstangen 8 unter Bildung eines Hohlraumes wasserdicht umschlossen werden. Sie sind zu diesem Zweck in die­ sem Beispiel als Gummischeiben mit Löchern ausgebildet, durch welche jeweils eine der Spannstangen 8 geführt ist. Auf dem Rohr sind die Ränder des Schlauchringes 11 befestigt. Dieser Schlauch­ ring 11 könnte auch ein in sich geschlossener Schlauch wie beim Autoreifen sein.

Durch den vom Rohrstück und den Dichtungsscheiben 9 gebilde­ ten Hohlraum ist eine Versorgungsleitung 10 geführt, die bis an das freie Ende des Zuggliedes 6 reicht. Über die Versorgungslei­ tung kann ein hydraulisches oder pneumatisches Medium in den Ringbalg zugeführt oder von diesem abgeführt werden, um ihn wahlweise aufzublähen oder zu entleeren. Die Figur zeigt den leeren entspannten Zustand des Ringbalges. Die Scheiben 9 und der Schlauchring 11 sind so auf dem Zugglied 6 plaziert, daß sie sich im Bereich des Bohrlochmundes bzw. der Abdichtmanschette 4 der Verbauwand 3 befinden. Nachdem das Zugglied 6 in das Vor­ treibrohr 1 eingeführt wurde, wird gemäß Fig. 3 ein Kopplungs­ element 12 auf die luftseitigen, freien Enden der Zugstangen 8 drehfest aufgesetzt. Das Kopplungselement 12 besitzt eine Auf­ nahmeöffnung 23 für die Versorgungsleitung 10 sowie einen lösba­ ren Verbindungsanschluß 14 für ein Stützrohr 16 (Fig. 4). Die Aufnahmeöffnung 23 geht einen Anschluß für eine im Stützrohr 16 liegende Anschlußleitung bzw. Bohrung 15 (Fig. 4) über. Außerdem weist das Kopplungselement 12 ein als Ventil 13 ausgebildetes Absperrorgan für die Versorgungsleitung 10 auf. Die Außenab­ messungen des Kopplungselementes 12 sind so bemessen, daß es ohne Behinderung innerhalb des Vortreibrohres 1 plaziert sein kann.

Wie Fig. 4 zeigt, wird als nächster Schritt die Anschlußleitung 15 mit der Versorgungsleitung 10 verbunden und das Stützrohr 16 drehfest mit dem Kopplungselement 12 verschraubt. Die An­ schlußleitung 15 ist mit einem Vorratsbehälter und einer Pumpe (nicht dargestellt) für das Pneumatik-/Hydraulikfluid - hier Druckluft - verbunden. Das Stützrohr 16 ist koaxial zum Vor­ treibrohr 1 ausgerichtet.

Nachdem das Ventil 13 geöffnet wurde, fährt der Drehantrieb 17 über das Stützrohr 16 gemäß Fig. 5 auf das Vortreibrohr 1 und nimmt dabei das Kopplungselement 12 in einem Hohlraum auf. Gegen das Stützrohr 16 ist dieser Hohlraum des Drehan­ triebes 17 mittels eines ringförmigen elastischen Dichtele­ ments 18 abgedichtet. Der Drehantrieb 17 weist ferner eine radiale Öffnung 19 zur späteren Zugabe von Injektionsgut (Zementleim) auf. Die Zugabe des Injektionsgutes kann jedoch auch durch einen gesonderten, an sich bekannten drehbar gelagerten Spülkopf erfolgen.

Nachdem der Drehantrieb 17 dicht und kraftschlüssig mit dem Vortreibrohr 1 verbunden ist, wird gemäß Fig. 6 über die Öffnung 19 Injektionsgut 20 in das Vortreibrohr 1 einge­ preßt. Da in diesem Verfahrensstand der Schlauchring 11 noch nicht aufgeblasen ist, kann das Injektionsgut 20 im Ring­ raum zwischen dem Vortreibrohr 1 und dem Schlauchring 11 vorbeigepumpt werden. Während dieses Verfüll- bzw. Ver­ preßvorganges wird der Drehantrieb 17 in Achsrichtung des Vortreibrohres 1 zurückgezogen und dabei das Vortreibrohr 1 in Pfeilrichtung aus dem Bohrloch herausgezogen. Das Injek­ tionsgut 20 füllt dabei alle vorhandenen Hohlräume im Erd­ reich aus.

Das Stützrohr 16 bleibt bei diesem Vorgang, insbesondere beim Zurückziehen des Vortreibrohres 1, in Ruhe. Durch die drehfeste Verbindung und die axiale Stützwirkung wird sicherge­ stellt, daß das eingebaute Zugglied 6 unverdreht und unver­ schoben an seinem dafür vorgesehenen Ort bleibt. Fig. 7 zeigt einen Zustand, bei welchem das Vortreibrohr 1 bereits so weit gezogen wurde, daß sich eine der Bohrstangen 2′ bereits außer­ halb des Bohrloches befindet. Vor dem Abschrauben des betreffen­ den Rohrstückes 2′ wird der Ringbalg über die Anschlußleitung 15 und die Versorgungsleitung 16 mit Druckluft beaufschlagt. Da das Ventil 13 geöffnet ist, wird der Schlauchring 11 aufgebläht, wo­ durch der Ringraum zwischen dem Zugglied 6 und dem Vortreibrohr 1 abgesperrt wird. Das bohrlochseitige Injektionsgut wird auf diese Weise zurückgehalten.

Wie Fig. 8 veranschaulicht, wird dann unter ständiger Beauf­ schlagung des Ringbalges mit Druckluft die Bohrstange 2′ vom restlichen Vortreibrohr 1 abgeschraubt. Anschließend fährt der Drehantrieb 17 soweit zurück, daß das Ventil 13 betätigt werden kann. Es wird dann die Versorgungsleitung 10 mit dem Ven­ til 13 geschlossen, so daß der Schlauchring 11 aufgrund des vor­ handenen Druckes in aufgeblähter, dichtender Form erhalten bleibt. Ein Austritt von Injektionsgut ist also weiterhin unter­ bunden.

Gemäß Fig. 9 kann nach dem Schließen des Ventils 13 das Stützrohr 16 zusammen mit der Anschlußleitung 15 gelöst werden und es ist möglich, die Bohrstange 2′ vom Drehantrieb 17 zu ent­ fernen.

Um den weiteren Verpreß- und Verfüllvorgang sowie den Rückbau des Vortreibrohres 1 fortzusetzen, werden gemäß Fig. 10 das Stützrohr 16 und die Anschlußleitung 15 wieder mit dem Kopp­ lungselement 12 verbunden. Nach einer erneuten Druckluftbeauf­ schlagung der Anschlußleitung 15 wird das Ventil 13 wieder geöffnet und der Drehantrieb 17 wird auf das Vortreibrohr 1 auf­ gesetzt.

Nach der dichten Verbindung des Drehantriebes 17 mit dem Vortreibrohr 1 gemäß Fig. 11 erfolgt wieder eine Zuführung von Injektionsgut 20. Gleichzeitig wird die Druckluft gemäß Doppel­ pfeil 22 zurückgenommen, damit sich der Schlauchring 11 ent­ spannt und den Ringraum zwischen Vortreibrohr 1 und Zugglied 6 freigibt. Die anhand der Fig. 5 bis 12 beschriebenen Verfah­ rensschritte wiederholen sich nun solange, bis alle Bohrstangen 2 des Vortreibrohres 1 ausgebaut sind.

Die letzte Bohrstange wird so weit zurückgezogen, daß der Schlauchring 11 ohne Austritt von Injektionsgut unmittelbar hinter dem Vorrand so weit aufgeblasen und ausgeweitet werden kann, daß er mit dem wandseitigen Abdichtungselement 4 in Kontakt kommt und den Bohrlochmund dicht abschließt. In diesem Zustand kann wahlweise eine erhärtende Flüssigkeit in den Ringbalg eingepreßt werden, so daß der Bohrlochmund bleibend verschlossen wird.

Claims (13)

1. Verfahren zum Einbau und Injizieren eines Injek­ tionsankers im Schutze einer Verrohrung durch eine Ver­ bauwand hindurch ins Erdreich bei drückendem Grundwas­ ser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringraum zwischen einem Zugglied (6) und einem Vortreibrohr (1) mit Hilfe eines ringförmigen, mecha­ nisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbarem Ab­ sperrorganes (11) abwechselnd geöffnet und abgesperrt wird und daß die Betätigung des Absperrorganes (11) un­ abhängig von den Druckverhältnissen im Inneren des Vor­ treibrohres (1) und unabhängig von dessen Bewegung und Stellung durch eine nach außen geführte Versorgungslei­ tung (10 bzw. 15) erfolgt.

2. Vorrichtung zum Setzen eines Injektionsankers durch eine Verbauwand hindurch ins Erdreich bei drückendem Wasser, welch ein mittels eines Drehantriebskopfes in Rotation versetzbares Vortreibrohr zum Einführen eines Zuggliedes und von Injektionsgut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Zugglied (6) ein Absperrorgan mit einem ring­ förmig geschlossenen, vom Bohrvorgang unabhängig steuer­ baren Absperrkörper aufgesetzt ist, der wahlweise den Ringraum zwischen dem Zugglied (6) und dem Vortreibrohr (1) abschließt oder freigibt, und daß eine Betätigungs­ vorrichtung für das Absperrorgan vorhanden ist, die in­ nerhalb des Vortreibrohres (1) angeordnet und über das Vortreibrohr (1) nach außen geführt ist, und deren Funktion von Bewegungen und Stellungen des Vortreib­ rohres (1) abgekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringbalg aus einem Rohrstück und einem elastischen Schlauchring (11) besteht, und
daß die Ränder des Schlauchringes (11) auf dem Außen­ umfang des Rohrstückes dicht befestigt sind und im Rohrstück eine Füllöffnung angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbalg aus einem Rohrstück und einem in sich geschlossenen, doppelwandigen Schlauchring besteht, der auf das Rohrstück außen aufgezogen ist und dessen Füll­ stutzen ins Innere des Rohrstückes geführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrstück an seinen Stirnseiten gegenüber dem Zugglied (6) mittels Dichtungsscheiben abgedichtet wird, und
daß die Versorgungsleitung (10) in eine der stirnseitigen Scheiben mündet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dichtungsscheiben (9) bzw. dem Rohrstück und dem Zugglied (6) ein Abdichtungsmaterial eingebracht wird, welches erhärtet oder abbindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsscheiben (9) aus einem elastischen Material sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbalg hinsichtlich seiner axialen Anordnung auf dem Zugglied (6) an derjenigen Stelle angeordnet ist, welche im Bereich der Verbauwand (3) zu liegen kommt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan der Versorgungsleitung (10) als Hahn ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan der Versorgungsleitung (10) als Rückschlagventil ausgebildet ist, das entlastet werden kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützrohr (16) und dem Drehantriebs­ teil (17) eine elastische Dichtmanschette (18) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufblähen des Ringbalges für das abschließende Abdichten des Bohrlochmundes eine erhärtende Flüssigkeit eingepumpt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erhärtenden Flüssigkeit ein Stoff beigemengt ist, welcher ein Quellen während des Erhärtungsvorgan­ ges bewirkt.