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Die Erfindung betrifft eine Schleuseneinrichtung für eine
Bodenbearbeitungsvorrichtung mit rotierendem/-n Strahl/-en.
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Das Verfahren der Bodenbearbeitung mit rotierendem/-n Strahl/-en ist bekannt und
wird zur Herstellung von Dichtungswänden in durchlässigen Böden verwendet.
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Gemäß diesem Verfahren wird ein exogenes Material oder ein Schlamm in den
betreffenden Boden über ein Bohrloch in Form wenigstens eines in geeigneter Weise
ausgerichteten Hochgeschwindigkeitsstrahls eingeleitet, der entlang seiner Bahn den dort
befindlichen Boden auflöst und sich je nach der Art des Bodens entweder mit den
Bestandteilen desselben vermischt und nach dem Abbinden zur Bildung eines
Erdmörtels oder -betons führt (beispielsweise bei kieshaltigen oder sandigen Böden), oder den
Boden einfach ersetzt und nach dem Abbinden zur Bildung eines gehärteten Schlamms
führt (beispielsweise bei lehmhaltigen Böden). Der Strahl oder die Strahlen haben in
Abhängigkeit vom Durchsatz, vom Steuerdruck und der Beschaffenheit des Bodens
einen bestimmten Wirkradius. Wenn das den Strahl bildende Werkzeug in dem
Bohrloch in langsame Rotations-/Translationsbewegung versetzt wird, ergibt sich ein mehr
oder weniger zylindrisches Volumen bearbeiteten Bodens, dessen Radius dem
Wirkradius des Strahls oder der Strahlen unter den gegebenen Bedingungen entspricht, und
dessen Höhe dem Bewegungshub entspricht.
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Es ist leicht verständlich, daß es auf diese Weise unter Verwendung der Strahltechnik
möglich ist, Dichtungswände durch das Nebeneinandersetzen mehrerer zylindrischer
Elemente (oder Säulen) über eine bestimmte Höhe bearbeiteten Bodens auszubilden,
die von einem Netz paralleler Bohrlöcher aus erstellt werden, wobei die Dichte des
Netzes derart gewählt ist, daß sich die Elemente oder Säulen überschneiden, um einen
durchgehenden Körper zu bilden. Gleichermaßen können zylindrische Elemente oder
Säulen dieses Typs als Trägerelemente verwendet werden.
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Die verwendeten Strahlen können verschiedener Art sein, das heißt, es kann sich um
einen einfachen Schlammstrahl oder um einen Schlammstrahl handeln, der zur
Erweiterung des Wirkradius von einem ringförmigen Lufistrahl umgeben ist, oder um
eine
Verbindung zwischen einem um Auflösen des Bodens dienenden Wasserstrahl, der
von einem ringförmigen Luflstrahl umgeben ist, und einem getrennten Schlammstrahl
handeln, der üblicherweise unterhalb des Wasserstrahls angeordnet ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird üblicherweise eine Vorrichtung mit einer
Zentrale zur Herstellung eines Zementschlamms verwendet, die eine oder mehrere
Pumpen speist, welche über eine Drehverbindung mit einem in das Bohrloch, in dem
die Strahlbearbeitung durchgeführt werden soll, eingeführten Rohrstrang verbunden
sind. Der Rohrstrang kann in Translation und Rotation mittels eines hydraulischen
Drehkopfs angetrieben werden, in welchem das obere Ende des Rohrstrangs
eingespannt ist und der seinerseits auf einer Bohrführung montiert ist. Die Pumpe oder die
Pumpen geben das auflösende Fluid (Schlamm oder Wasser) mit Drücken in einer
Größenordnung zwischen 200 und 700 bar und mehr aus.
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Der Rohrstrang besteht aus einteiligen rohrtörmigen verbindbaren Abschnitten, die mit
geeigneten Dichtungen versehen sind, und jeder Abschnitt kann aus einem einfachen
Rohr (einfacher Strahl) oder mehreren koaxialen Rohren (doppelter oder dreifacher
Strahl) bestehen. Die Flüssigkeiten (Schlamm, Wasser) werden über eine oder mehrere
Düsen mit einem Durchmesser zwischen ungefähr 2 und 4 mm ausgestoßen. Die
Abschnitte des Rohrstrangs können einen Durchmesser von ungefähr 50 bis 200 mm
aufweisen.
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In jüngster Zeit wurde eine Verbesserung in der französischen Patentanmeldung 92
13154, eingereicht am 3. November 1992 (entspricht dem Dokument EP-A-0 596 792,
das den Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ bildet), vorgeschlagen, die in der
Verwendung außerhalb des Rohrstrangs befindlicher, flexibler Schläuche zum Speisen
der Düsen vorsieht, wobei der Rohrstrang lediglich dem mechanischen Antrieb dient
und nicht mehr mit einer kontinuierlichen, sondern mit einer alternierenden Drehung
bewegt wird.
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Es kann ferner unterhalb der Düsen ein Bohrwerkzeug am unteren Ende des
Rohrstrangs vorgesehen sein, um das Bohrloch zu bilden, in dem die Bodenbearbeitung
erfolgen soll. Dieses Werkzeug kann massiv oder als Aufnahme für ein über den
Rohrstrang zugeführtes zirkulierendes Bohrfluid ausgebildet sein. Im letzteren Fall
kann das Werkzeug mit einer Rückflußsperrvorrichtung versehen sein, um zu
verhindem, daß Sedimente das Innere des Rohrstrangs beim Hinzufligen oder Abnehmen
eines Rohrabschnitts zusetzen. Gemäß einer Variante kann die Bohrung vorab durch
eine getrennte Vorrichtung ausgeführt werden.
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In der Praxis beginnt die Bodenbearbeitung mit dem Positionieren der
Strahlvorrichtung am Boden des Bohrlochs und dem Antreiben des Rohrstrangs mit einer
Rotations- und einer Translationsbewegung in Richtung des oberen Endes des
Bohrlochs, bis eine Säule aus bearbeitetem Boden mit der gewünschten Höhe gebildet ist,
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Unter bestimmten Arbeitsbedingungen, beispielsweise bei steigenden Bohrlöchern, bei
denen die aus der Strahlvorrichtung ausgestoßenen Materialien dazu neigen, durch
Schwerkrafiwirkung aus dem Bohrloch auszutreten, oder bei Bohrlöchem, deren oberes
Ende sich unterhalb des Niveaus eines unterirdischen Gewässers befindet, sind
Schwierigkeiten beim Einsatz von Strahlvorrichtungen aufgetreten, die mit der Tatsache
zusammenhängen, daß man nicht in der Lage ist, die aus dem Bohrloch austretende
Materialmenge zu kontrollieren.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem Material, das eine Lösung dieses Problems
ermöglicht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die das
Aufrechterhalten eines Drucks im Ringraum des Bohrlochs, der zwischen der Bohrlochwand
und dem Rohrstrang besteht, aufrechtzuerhalten und die Materialmenge, die
unausweichlich aus dem Bonrioch entfernt werden muß, zu verringern.
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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung
mit einer Bodenbearbeitungsvorrichtung mit rotierendem/-n Strahl/-en, die einen
Rohrstrang, an dessen Basis wenigstens eine Ausstoßdüse angebracht ist, aufweist,
wobei die Düse über den Rohrstrang oder außerhalb des Rohrstrangs befindliche
flexible Schläuche mit dem auszustoßenden Material versorgt wird, wobei die
Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aufweist:
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- em Gehäuse, das übertage im Verlauf des Bohrlochs und gegenüber diesem
abgedichtet angeordnet ist, wobei das Gehäuse mit wenigstens einer Öffnung versehen ist, die
mit einer Dichtung für den Durchgang des Rohrstrangs und der gegebenenfalls
vorhandenen flexiblen Schläuche versehen ist;
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- ein Absperrventil, das ein vollständiges Verschließen des Bohrlochs ermöglicht; und
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- eine Saugleitung für die aus dem Bohrloch kommenden Materialien, welche mit dem
Gehäuse verbunden ist und ein regelbares Ventil aufweist, das eine Einstellung der
Fördermenge der genannten Materialien ermöglicht, um das Entstehen von zu hohem
Druck im Bohrloch zu verhindern.
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Wahlweise kann die Betätigung des regelbaren Saugventils durch den im Bohrloch
herrschenden Druck gesteuert sein und durch eine geeignete Vorrichtung selbsttätig
erfolgen.
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Es kann, falls gewünscht, an dem Gehäuse ferner ein Anschluß zum Verbinden des
Gehäuses mit einer Druckfluidquelle vorgesehen sein, um einen Druck im Bohrloch
aufrechtzuerhalten, falls dieser unter einen vorbestimmten Schwellenwert zu fallen
beginnt.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse in wenigstens zwei Teile zerlegbar, nämlich ein unteres
Teil, das mit dem Absperrventil versehen ist, und ein oberes Teil das mit der Öffnung
oder den Öffnungen versehen ist.
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Die nachfolgende Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt,
dient der Erleichterung des Verstehens des Aufbaus und der Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Es zeigen:
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Figur 1 - eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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Figuren 2 und 3 - schematische Darstellungen der Montage der einen oder mehrere
Strahlen verwendenden Bodenbearbeitungsvorrichtung in der Vorrichtung nach Figur
1.
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Die Vorrichtung nach Figur 1, die im Verlauf eines Bohrlochs 1 angeordnet ist, welches
eine Vorrichtung zur Bodenbearbeitung durch einen oder mehrere Strahlen des in der
vorgenannten französischen Patentanmeldung beschriebenen Typs aufnimmt, und von
der lediglich der Rohrstrang 2 und die flexiblen Schläuche 3a und 3b zur Versorgung
der Düsen dargestellt sind, weist ein eine Schleuse bildendes Gehäuse 4, das in der
Verlängerung des Bohrlochs 1 angeordnet ist, und eine die Dichtigkeit zwischen der
Basis des Gehäuses und der Bohrlochwand gewährleistende Dichtung 5 auf Das
beispielsweise aus Stahl bestehende Gehäuse 4, ist aus einem unteren Teil 4a und
einem oberen Teil 4b gebildet, die beispielsweise durch Verschrauben miteinander fest
verbunden sind. Das obere Teil 4b ist mit Öffnungen 6, 7 und 8 für den Durchgang des
Bohrstrangs 2 und der Schläuche 3a und 3b versehen, wobei Ringdichtungen 9, 10 und
11 zum Gewährleisten der Dichtigkeit vorgesehen sind, die gleichzeitig die Bewegung
oder das Gleiten der Elemente 2, 3a und 3b ermöglichen. Das untere Teil 4a ist in der
Nähe der Verbindung mit dem Teil 4b mit einem Absperrventil 12 des Typs mit
Volldurchgang und einer Leitung 13 zum Absaugen von Materialien versehen, die aus
dem Bohrloch kommen, wobei in der Leitung ein Ventil 14 angeordnet ist, dessen
Regelung über eine Vorrichtung 15, die mit einer im Gehäuse angebrachten
Drucksonde 16 verbunden ist, automatisch in Abhängigkeit von dem in dem Bohrloch
herrschenden Druck erfolgt. Es ist die Aufgabe des Ventils 14, den in dem Bohrloch
herrschenden Druck in einem Bereich vorbestimmter Werte zu halten und zu
verhindern, daß sich in dem Bohrloch ein potentiell gefährliche Überdruck entwickelt.
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Schließlich weist die Vorrichtung einen mit dem Gehäuse verbundenen und ein Ventil
18 aufweisenden Anschluß 17 auf, der erforderlichenfalls mit einer Druckfluidquelle
verbindbar ist, falls der Druck im Bohrloch aus irgend einem Grund unter einen
gewünschten Wert fällt.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen die Montage der Vorrichtung zur Bodenbearbeitung durch
einen oder mehrere drehende Strahlen in der Vorrichtung von Figur 1. Nach dem
Anordnen des unteren Teils 4a in dem Bohrloch 1 und dem Einpassen desselben in die
Dichtung 5, wie in Figur 2 dargestellt, wird das Absperrventil 12 geschlossen. Danach
wird der Düsenkopf 20 der Vorrichtung zur Bodenbearbeitung durch einen oder
mehrere drehende Strahlen auf das Ventil 12 gesetzt, und anschließend wird der Kopf
mit dem Rohrstrang 2 und den flexiblen Schläuchen 3a, 3b verbunden, nachdem diese
durch die Öffnungen 6, 7 und 8 des oberen Teils 4b des Gehäuses geführt wurden, wie
in Figur 3 dargestellt. Anschließend bedarf es nur noch der Verschraubung der Teile 4a
und 4b, um die Montage der Vorrichtung abzuschließen. Vor dem Absenken des Kopfs
20 in das Bohrloch wird selbstverständlich das Ventil 12 geöffnet. Wenn der Kopf 20
aus dem Bohrloch entfernt werden soll, geht man umgekehrt zu der vorangegangenen
Beschreibung vor.
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Es ist selbstverständlich, daß, wenn die verwendete Drehstrahlvorrichtung einen
Rohrstrang aufweist, der gleichzeitig die Versorgung der Düsen ermöglicht, das heißt,
es sich um eine klassische Drehstrahlvorrichtung ohhe flexible Versorgungsschläuche
handelt, es angebracht ist, das Gehäuse anzupassen, indem nur die Öffnung 6
vorgesehen wird und die Öffnungen 7 und 8 wegfallen.
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Die Vorrichtung ermöglicht somit die Verwendung einer Vorrichtung zur
Bodenbearbeitung durch einen oder mehrere rotierende Strahlen unter Arbeitsbedingungen,
die ein Arbeiten mit einem druckbeaufschlagten Bohrloch erfordern, wobei gleichzeitig
eine Verringerung der aus dem Bohrloch austretenden Materialmenge ermöglicht wird.
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-Es ist selbstverständlich, daß es sich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nur
um ein Beispiel handelt und dieses modifiziert werden kann, insbesondere durch das
Verwenden äquivalenter Techniken, ohne dadurch den durch die Patentansprüche
definierten Rahmen zu verlassen.