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Verfahren und Vorrichtung zum Anbohren wasserführender Schichten mittels
von einem Schacht ausgehender horizontaler Filterrohre Es ist bekannt, wasserführende
Schichten mittels in radialer Richtung von einem vertikalen Schacht ausgehender
horizontaler Filterrohre anzubohren, die an ihrem äußeren Ende einen mit Spülöffnungen
versehenen Bohrkopf tragen und mittels einer hydraulischen Presse in das Erdreich
vorgetrieben werden. Innerhalb des Filterrohres ist ein Rohr zum Abführen von feinem
Sand und Kies vorgesehen, der durch die Spülöffnungen des Bohrkopfes infolge des
hydrostatischen Druckes des Grundwassers eingespült wird. Hierbei dienen die Filterrohre
gleichzeitig als Bohrrohre und müssen zur Übertragung des von der hydraulischen
Presse ausgeübten Bohrdruckes starkwandig ausgebildet sein und aus hochwertigem
Werkstoff, wie Stahl USW., bestehen. Derartig hochwertige und starkwandige
Filterrohre sind jedoch kostspielig und verteuern die Wassergewinnungsanlage erheblich,
da von einem Schacht eine größere Anzahl Filterrohre ausgehen, die vielfach eine
beträchtliche Länge bis zu zoo m und mehr haben.
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Die Erfindung bezweckt, die Kosten für die Herstellung einer derartigen
Wassergewinnungsanlage zu verringern und die Verwendung von dünnwandigen Filterrohren
zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Vorschubdruck
zum Vortreiben des Filterrohres nur auf das Spülrohr ausgeübt wird, das mit den
Rohrschüssen des Filterrohres über Mitnehmervorrichtungen gekuppelt ist,
und
daß nach Fertigstellen der Bohrung das Spülrohr in den Schacht zurückgezogen. wird,
wobei die Mitnehmervorrichtungen vom Filterrohr gelöst werden.
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Der z. B. von einer hydraulischen Presse erzeugte Vorschubdruck wirkt
hierbei nur auf das Spülrohr, und das Filterrohr ist daher von diesem Druck entlastet
und kann dünnwandig ausgebildet sein, so daß namentlich bei großer Länge der .Horizontalbohrungen
der Werkstoffaufwand für die Filterrohre erheblich verringert und die Kosten der
Bohrung herabgesetzt werden. Die Filterrohre bestehen aus einzelnen Rohrschüssen,
die im Sinne der Erfindung nacheinander durch das mit Mitnehmervorrichtungen versehene
Spülrohr vorgetrieben werden. Nach dem Einbringen sämtlicher Filterrohrschüsse können
diese Mitnehmervorrichtungen durch Zurückziehen des Spülrohres in einfacher Weise
von dem Filterrohr gelöst werden.
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Bei der zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung
ist das lösbar mit dem Bohrkopf verbundene Spülrohr mit aus Klinken bestehenden
Mitnehmervorrichtungen versehen, deren Klinken beim Vortrieb des Spülrohres in die
Verbindungsmuffen der einzelnen Filterrohrschüsse einrasten. Derartige Mitnehmervorrichtungen
ermöglichen in einfacher Weise einen Vortrieb der Filterrohre und deren Eindrücken
in die Grundwasserschicht, wobei die dünnwandigen Filterrohre wegen ihres geringen
Gewichts den Transport und die Handhabung bedeutend erleichtern. Da die Filterrohre
keiner Druckbelastung ausgesetzt sind, können sie auch einen verhältnismäßig kleinen
Durchmesser haben, so daß ihr Reibungswiderstand nur gering ist. Die die einzelnen
Filterrohrschüsse miteinander verbindenden Muffen sind an der Innenwand zweckmäßig
mit einer Raste, Kerbe od. dgl. für den Eingriff der Klinken versehen, die zweckmäßig
von einer auf dem Spülrohr sitzenden Buchse getragen sind. Diese dient gleichzeitig
auch zur Versteifung des Spülrohres, so daß dieses vor dem Ausknicken, z. B. beim
Auftreffen des Bohrkopfes auf Steine, harte Schichten usw., geschützt wird. Die
Verbindung der einzelnen Filterrohrschüsse durch diese gleichzeitig als Mitnehmerkopf
dienende Muffe erspart auch ein Verschweißen oder Verschrauben der Filterrohrschüsse,
da die Enden der Rohrschüsse nur auf die Muffe geschoben und mit dieser, z. B. durch
Stifte, verbunden zu werden brauchen.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus der Zeichnung. Diese zeigt in Fig.
i den Längsschnitt eines mit horizontalen Filterrohren versehenen Schachtbrunnens,
Fig. 2 einen waagerechten Schnitt, Fig. 3 im Schnitt die Schachtwand mit eingeführtem
Filterrohr, Fig. q. das vordere Ende des Filterrohres mit Bohrkopf im Längsschnitt.
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Gemäß Fig. i und 2 ist die zylindrische Wand des in das Erdreich abgeteuften
vertikalen Schachtbrunnens mit mehreren, z. B. vier radial verlaufenden horizontalen
Filterrohren 2 durchsetzt, die in der Schachtöffnung 3 mittels der in Fig. 3 dargestellten
Dichtungseinrichtung geführt sind. Die Filterrohre 2 sind innerhalb des Schachtbrunnens
durch ein Absperrorgan, z. B. einen Schieber ¢, verschlossen und stehen mit der
zur Förderpumpe nach über Tage führenden Steigleitung in Verbindung.
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Vor Beginn einer Horizontalbohrung wird in die durch eine dünne Wand
8 abgeschlossene Schachtöffnung 3 die in Fig, 3 dargestellte Abdichtung angebracht,
die aus einer Stopfbuchse 5 und einem mit einem kugelförmigen Ansatz versehenen
Kammerrohr 6 besteht. Dieses ermöglicht eine gelenkige Abstützung des Filterrohres
2, das in der Schachtöffnung 3 zusätzlich durch mehrere geschlitzte Tragscheiben
7 abgestützt ist.
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Das in das Kammerrohr 6 eingeführte Filterrohr 2 ist aus einzelnen
Rohrschüssen zusammengesetzt, von denen der vordere Rohrschuß den Bohrkopf 9 trägt.
Gemäß Fig. q. ist der Bohrkopf 9 an seiner Oberseite mit Öffnungen io a und an seiner
Unterseite mit Öffnungen io b versehen. Das Filterrohr 2 umschließt das Spülrohr
i i, dessen vorderes Ende drehbar in eine entsprechende Längsausnehmung des Bohrkopfes
9 eingesetzt und in Höhe der Spülöffnungen io a, io b mit Löchern
versehen ist.
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Auf das Spülrohr i i wirkt eine nicht dargestellte, über Tage angeordnete
hydraulische Presse, durch die beim Einsetzen des Gerätes der Bohrkopf 9 mit dem
Filterrohr 2 über das Spülrohr ii zunächst durch die dünne Verschlußwand 8 und hierauf
in die wasserhaltige Kies- und Sandschicht gedrückt wird.
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Die einzelnen Rohrschüsse des Filterrohres 2 sind jeweils durch eine
Muffe 17 miteinander verbunden, die an ihrer Innenseite eine Raste aufweist, in
die Klinken 15 der auf dem Spülrohr i i angebrachten Mitnehmervorrichtung durch
den Druck der Feder 16 eingreifen. Durch den auf das Spülrohr ii ausgeübten Vorschub
wird das Filterrohr 2 infolgedessen mitgenommen. Diese Mitnehmervorrichtung wird
jeweils beim Ansetzen eines neuen Filterrohrschusses auf das Spülrohr i i gesetzt,
so daß auch bei großer Länge der Horizontalbohrung sämtliche Filterrohrschüsse gleichmäßig
mitgenommen werden, ohne daß diese dem Vorschubdruck ausgesetzt sind, der von dem
Spülrohr i i allein auf den Bohrkopf 9 übertragen wird.
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Jede Mitnehmervorrichtung ist vorn durch eine Gummidichtung 18 gegen
den Bohrkopf 9 abgedichtet, so daß ein Wassereinbruch in den Schacht i verhindert
wird. Die von den Klinken 15, Feder 16, Verbindungsmuffe 17 und Gummidichtung
18 gebildete Mitnehmervorrichtung wird in einer der Anzahl der Filterrohrschüsse
entsprechenden Zahl auf dem Spülrohr i i vorgesehen.
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Der von dem Spülrohr i i vorgetriebene Bohrkopf g kann beim Fortschreiten
der Bohrung so gesteuert werden, daß bei geneigter Bohrung die oberen Öffnungen
ioa und beim Steigen der
Bohrung die unteren Öffnungen io b den
Spülstrom aufnehmen. Dieses Steuern kann mittels eines am Bohrkopf angeordneten
elektrischen Meßwertgebers 12 bewirkt werden, der die jeweilige Richtung der Bohrung
dem Bedienungspersonal im Schacht anzeigt, das je nach der Anzeige das Druckrohr
ii um jeweils 45° nach oben oder unten dreht und dadurch das Druckrohr ii mit den
oberen oder unteren Spülöffnungen ioa bzw. iob verbindet. Dadurch wird durch den
hydrostatischen Druck des Grundwassers der Sand oberhalb oder unterhalb des Bohrkopfes
abgespült, wodurch die jeweils gewünschte Bohrrichtung erhalten werden kann.
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Um während des Bohrvorganges eine Abführung des Wassers zu ermöglichen,
wird der vordere Rohrschuß des Filterrohres 2 nach gewissen Bohrstrecken unter gleichzeitigem
Verschließen der Spülöffnungen ioa, iob des Bohrkopfes 9 durch Verdrehen des Spülrohres
i i um 9o° in Verbindung mit den hierin vorgesehenen Löchern 14 gebracht, die beim
normalen Bohrvorschub durch eine das Spülrohr i i teilweise umschließende Hülse
13 verschlossen sind. Das Grundwasser spült daher den feinen Sand durch das
Filterrohr :2 und die dann geöffneten Löcher 14 in das Spülrohr i i, das den Sand
in den Schacht abführt. Auf diese Weise wird um das Filterrohr ein Kiesfilter geschaffen,
dessen Korngröße und Durchlässigkeit den bei vertikalen Rohrbrunnen verwendeten
Filtern entspricht.
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Nach Beendigung der Bohrung wird das Spülrohr i i zurückgezogen, wodurch
die Klinken 15 sämtlicher auf dem Spülrohr i i befindlicher Mitnehmervorrichtungen
aus den Einkerbungen der Verbindungsmuffen 17 ausrasten. Es kann dann das Spülrohr
i i mit allen Mitnehmervorrichtungen und Gummidichtungen in den Schacht zurückgeführt
und abgebaut werden, während in der Grundwasserschicht nur der Bohrkopf 9 und das
durch die Muffen 17 zusammengehaltene Filterrohr 2 verbleiben.
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Zum Schluß werden die Absperrorgane 4 an den in den Schacht i ragenden
Enden der Filterrohre 2 angebracht und an die Steigleitung angeschlossen, worauf
die Wasserförderung einsetzen kann.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung hat neben der Ermöglichung dünnwandiger
Filterrohre den Vorteil, daß die gleichzeitig mit dem Vortrieb des Spülrohres vorgetriebenen
Filterrohre mit geringem Arbeits- und Kostenaufwand angebracht werden können. Außerdem
werden die bisher erforderlichen zusätzlichen Arbeiten, wie Verschweißen oder Verschrauben
der Rohrschüsse sowie schwere Transporte, erspart. Das Spülrohr wird ferner durch
die in der Anzahl der Filterrohrschüsse vorgesehenen Mitnehmervorrichtungen vielfach
abgestützt und erhält dadurch eine zusätzliche Führung, die auch eine Knickung des
zugleich als Druckgestänge dienenden Spülrohres verhindert.