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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines Kiesfilters bei horizontalen
Wasserfassungsanlagen Zur Gewinnung großer Grundwassermengen ist es bekannt, von
einem Schacht aus eine größere Anzahl horizontaler Bohrungen radial nach allen Seiten
in die wasserführenden Schichten vorzutreiben. Die Bohrungen werden mittels vollwandiger
Rohre ausgeführt, in die Filterrohre eingeführt werden, worauf die Bohrrohre wieder
entfernt werden.
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Es ist auch bekannt, hierfür geschlitzte Rohre zu verwenden, die als
Filterrohre im Untergrund verbleiben. Diese Filterrohre erhalten für den Vortrieb
einen Bohrkopf, der mittels einer hydraulischen Presse vorgetrieben wird und mit
Ausnehmungen versehen ist, durch die unter Ausnutzung des hydrostatischen Druckes
der über dem Filterrohr befindlichen Wassersäule .feines Material, wie Sand, Feinkies
usw., aus dem Untergrund durch ein an den Bohrkopf angeschlossenes Spülrohr fortlaufend
während des Bohrvorganges in den Schacht gespült wird. Das Filterrohr ist hierbei
fest mit dem Bohrkopf verbunden, der gegen das Filterrohr abgedichtet ist. Das Spülrohr
ist von dem Filterrohr umschlossen und geger dieses abgedichtet.
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Bei diesem bekannten Verfahren liegt das Filterrohr unmittelbar in
dem Untergrund. Es werden daher beim Einströmen des Wassers durch die Öffnungen
des Filterrohres Sand und; Feinkiese mitgerissen, wodurch das geförderte Wasser
in unerwünschter Weisse verunreinigt wird.
Aufgabe der Erfindung
ist es, bei einer derartigen waagerechten Wasserfassungsanlage zwischen Filterrohr
und Untergrund einen Kiesfilter herzustellen, um eine größere Wassermenge sandfrei
fördern zu können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der
Spülvorgang absatzweise durchgeführt und während der Unterbrechungen der Spülung
hinter dem Bohrkopf ein freier Raum geschaffen wird, in den mittels einer Gegenspülung
Feinkiese eingeführt werden, die durch einen kolbenartigen Stößel in den Untergrund
gedrückt werden. Auf diese Weise entsteht hinter dem Bohrkopf ein Kiesfilter, der
die Filterrohre dicht umschließt und deren unmittelbares Anliegen an dem Untergrund
verhindert. Dieser Kiesfilter wird also bereits beim Vortrieb -des Bohrkopfes vor
dem Einbringen der Filterrohre erzeugt, so daß ein nachträgliches Herstellen des
Kiesfilters nach dem Einbau der Filterrohre wie bei anderen bekannten Verfahren
nicht erforderlich ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann mittels einer Einrichtung durchgeführt
werden, die aus einem Kolbenstößel besteht, der auf dem den Bohrkopf tragenden Druckrohr
verschiebbar geführt und mit, einer hydraulischen Antriebseinrichtung versehen ist.
Beim Vortrieb des Bohrkopfes legt sich dieser Kolbenstößel gegen einen im Bohrkopf
angeordneten, einen Abschlußschieber für das Druckrohr enthaltenden Ringkolben und
verschließt in dem Druckrohr angebrachte Austrittsöffnungen. Zum Einspülen des Kiesfilters
wird der Kolbenstößel zurückgezogen und gibt die in dem Druckrohr angebrachten Austrittsöffnungen,
welche er vorher abgedeckt hat, zum Austritt des Kieswassergemisches frei. Gleichzeitig
wird der Bohrkopf durch den Abschlußschieber gegen das Druckrohr abgeschlossen.
Die Austrittsöffnungen sind nur während dieser Gegendruckspülung geöffnet, während
sie bei dem Spülvorgang zum Vortrieb des Bohrkopfes durch den in Vorderstellung
befindlichen Kolbenstößel verschlossen sind.
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Der Kolbenstößel kann von einem Zylinder umgeben sein, der teleskopartig
ineinandergeschobene Filterrohre unter Zwischenschaltung von Abscherringen trägt
und auf einer kolbenartigen Verstärkung des Druckkörpers gelagert ist. Die kolbenartige
Verstärkung kann aus einem Ansatz des Druckrohres bestehen und eine Ringdüse für
die Einleitung von Preßluft in den hinteren Teil des Druckrohres umschließen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung
ist die Ringdüse gegen eine mit der Preßluftzuführungsleitung verbundene Luftkammer
durch eine. Dichtung abgeschlossen, die den Durchtritt der Preßluft beim Spülvorgang
gestattet, aber bei der Gegendruckspülung den Eintritt des Gegendruckwassers in
die Luftkammer absperrt.
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Der zur Bildung des Filters dienende Feinkies wird vorzugsweise mittels
einer im Schacht angeordneten Schleuse in das Gegendruckwasser eingeführt, das diesen
Feinkies mit hohem Druck in den Hohlraum hinter dem Bohrkopf einschwemmt. Diese
Schleuse ist zweckmäßig als Drehschleuse ausgebildet und mit mehreren Kammern versehen,
in die der Kies eingeführt wird, so daß bei jedem Arbeitsgang stets die gleiche
Menge Kies eingeschwemmt wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend an Hand einer Zeichnung
erläutert, die den Längsschnitt einer zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten
Einrichtung zeigt.
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Der in einer kegelförmigen Spitze auslaufende zylindrische Bohrkopf
i ist je nach der Art des Untergrundes., z. B. bei lockerem Gestein, aus außen mit
Blech armiertem Eisenbeton hergestellt und an seiner Spitze mit schrägen Öffnungen
2 versehen, die mit dem Inneren eines den Bohrkopf i tragenden Druckrohres. 5 in.
Verbindung stehen. In: einer zylindrischen Kammer des Bohrkopfes i ist ein Ringkolben
3 verschiebbar gelagert, gegen den sich eine Druckfeder 4. legt. Der Ringkolben
3 ist mit schräg verlaufenden Führungsschlitzen 6 versehen, in denen die Steuerorgane
für zwei in radialen Führungen bewegliche Schieber 7 gelagert sind.
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Auf dem Druckrohr 5 ist ein Kolbenstößel 8 verschiebbar geführt, dessen
vorderes kegelförmiges Ende sich gegen den Ringkolben 3 legt. In der dargestellten
vorderen Endlage verschließt der Kolbenstößel 8 mehrere in dem Druckrohr 5 angebrachte
schräge Öffnungen g. Der Iiol@bens,töße,l 8 setzt sich in einem Rohr io fort, das
an seinem Ende einen Kolben i i trägt. Der Kolbenstößel 8 ist in einem Zylinder
12 geführt, der an seinem hinteren Ende die durch Abscherringe 13 in ihrer Lage
gehaltenen Enden mehrerer teleskopartig ineinandergeschobener Filterrohre 14 trägt.
Das vordere Ende des Zylinders 12 gleitet in einer ringförmigen Eindrehung 15 des
Kolbenstößels B. Der Zylinder 12 ist etwa in der Mitte mit einer radialen Trennwand
16 versehen, die mit dem Kölbenstößel8 einen Druckraum 17 und mit dessen Kolben
i i einen Druckraum i8 einschließt. In der Trennwand 16 ist ein Rundschieber i9
angeordnet, gegen den der Kolbenstößel 8 bei seiner hinteren Endlage stößt. In der
Trennwand 16 mündet eine Rohrleitung 2o, durch die Preßwasser zugeführt wird. Diese
Leitung steht über nicht dargestellte Kanäle mit dem Rundschieber i9 in Verbindung.
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Das hintere Ende des Zylinders 12 ist auf einer kolbenartigen Verstärkung
21 des Druckrohres 5 gelagert, die eine Buchse zz umschließt. Diese bildet mit dein
Teil zq. des Druckrohres 5 eine Ringdüse 23, die dessen Innenraum mit einer Kammer
25 verbindet. In dieser mündet die Preßluftleitung 26, durch die vom Schacht aus
Preßluft zugeführt wird. Die Luftkammer 25 ist durch eine Dichtung, z. B. eine Gummimanschette
a7, einseitig gegen die Ringdüse 23 abgedichtet, die mit einem Luftverteilungsring
28 ausgerüstet ist, um eine gleichmäßige Luftverteilung zu erreichen. Die Ringdüse
23 kann durch die Schraubverbindung 30 entsprechend dem Druck der vorhandenen
Preßluft eingestellt werden.
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In der kolbenartigen Verstärkung 2 1 ist eine Mitnehmervorrichtung,
z.
B. eine unter Federdruck stehende Klinke 29 angeordnet, die den Zylinder i2 mit
dem Druckrohr 5 kuppelt, wenn dieses nach vorn bewegt wird, wodurch die Filterrohre
14 mittels derAbscheri-inge 13 bei der Vorwärtsbewegung des Druckrohres 5
mit nach vorn gezogen werden, während die Klinke 29 bei der Rückwärtsbewegung des
Druckrohres 5 von dem Zylinder 12 entkuppelt wird.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Der Bohrkopf i wird
durch das Druckrohr 5 z. B. mittels in einem Schacht angeordneter hydraulischer
Pressen in den Untergrund vorgetrieben. Hierbei wird gleichzeitig durch das Rohr
26 Preßluft über die Luftkammer 25 und die Ringdüse 23 in den hinteren Teil des
Druckrohres 5 eingeführt, wodurch infolge der entstehenden Ejektorwirkung in dem
vorderen Teil des Druckrohres ein Unterdruck entsteht. Dieser unterstützt den durch
den hydrostatischen Wasserdruck im Untergrund bewirkten Spülvorgang, so daß feines
Material durch die Spülöffnungen 2 abgesaugt wird. Beim Vortrieb des Bohrkopfes
i befindet sich der Kolbenstößel 8 in der dargestellten Lage, so daß die Schieber
7 im Bohrkopf geöffnet sind.
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Soll jetzt das Feinkiesfilter hinter dem Bohrkopf i eingeschwemmt
werden, so wird mittels eines am Bedienungsstand im Schacht angebrachten Zweiwegehahns
Preßwasser durch die Rohrleitung 2o in den Druckraum i8_ eingeführt, wodurch der
Kolbenstöße18 bis zu seiner Anlage an der Trennwand 16 zurückgezogen wird. Hierbei
stößt der Kolbenstöße18 gegen den Rundschieber i9, wodurch das Preßwasser aus dem
Druckraum 18 nach außen geleitet wird. Gleichzeitig werden die Öffnungen 9 am vorderen
Ende des Druckrohres 5 freigegeben.
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Infolge des Rückganges des Kolbenstößels 8 wird der Ringkolben 3 im
Bohrkopf i durch die Feder 4 zurückgeschoben, wodurch der Schieber 7 geschlossen
wird, so daß der Spülvorgang unterbrochen wird. Gleichzeitig wird in das Druckrohr
5 von. dem Schacht aus Gegenspülwasser eingeführt, in das z. B. mittels einer Drehschleuse
Feinkies eingeführt wird. Das Kieswassergemisch tritt durch die Öffnungen 9 in den
durch Rückführung des Kolbenstößels 8 frei gewordenen Raum hinter dem Bohrkopf i
ein. Während dier Gegendruckspülung ist die Preßluftzufuhr abgestellt. Das in dem
Druckrohr 5 nach vorn strömende Gegendruckwasser kann über die Ringdüse 23 nicht
in die Luftkammer 25 eintreten, da es hieran durch die Dichtung 27 gehindert wird.
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Ist die gesamte in das Gegendruckwasser eingeschleuste Feinkiesmenge
in den Raum hinter dem Bohrkopf i eingeschwemmt, so wird mittels des Rundschiebers
19 sowie über von diesem gesteuerte, unter Federdruck stehende Ventile das
Druckwasser aus der Rohrleitung 2o in den Druckraum 17 eingeführt, wodurch
der Kolbenstößel 8 nach vorn getrieben wird und dabei die eingeschwemmten Feinkiese
gleichmäßig nach außen drückt. Dieses Zusammenpressen des eingeschwemmten Feinkieses
wird durch die kegelförmige Ausbildung des vorderen Endes des Kolbenstößels 8 unterstÜtzt.
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Gleichzeitig mit dem Vortrieb des Kolbenstößels 8 wird die Zufuhr
der Preßluft wieder eingeschaltet, so daß diese durch die Ringdüse 23 in das Druckrohr
5 eintritt. Die Spülung setzt ein, sobald der Kolbenstößel 8 den Bohrkopf erreicht
und den Ringkolben 3 wieder zurückgedrückt hat, wodurch der Schieber 7 geöffnet
wird.
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Mit dem Vortrieb des Bohrkopfes i wird auch der Zylinder 12 nach vorn
gedrückt, wodurch über die Abscherringe 13 die Filterrohre nach vorn gezogen
werden. Diese werden nach dem Teleskopierverfahren in ihre endgültige Stellung gebracht,
und zwar mit Hilfe der Mitnehmerklinke 29, die bei der Vorwärtsbewegung des Druckrohres
5 den die Filterrohre 1q. unter Zwischenschaltung der Abscherringe 13 tragenden
Zylinder 12 mit nach vorn nimmt.
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Durch Vorwärtsbewegung des Kolbenstößels-8 wird der Rundschieber i9
so gesteuert, daß das in dem Druckraum 18 befindliche Wasser durch in der Trennwand
16 befindliche Kanäle nach außen in die Bodenformation ausströmen kann.
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Die Steuerung des Kolbenstößels 8 kann auch selbsttätig, z. B. in
Abhängigkeit der Zeit erfolgen, die zum Einschwemmen des Fein@kiesfilters nötig
ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung erspart eine Nachentsandung nach
dem Einbringen der Filterrohre und ermöglicht eine ungestörte Durchführung der Teleskopierung
der Filterrohre.