EP3211137A1 - Verfahren zum gefrieren von erdreich mittels gefrierlanzen - Google Patents

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Publication number
EP3211137A1
EP3211137A1 EP16001515.2A EP16001515A EP3211137A1 EP 3211137 A1 EP3211137 A1 EP 3211137A1 EP 16001515 A EP16001515 A EP 16001515A EP 3211137 A1 EP3211137 A1 EP 3211137A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
borehole
freezing
lining
lance
volume body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16001515.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Schmand
Abraham Sliwo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP3211137A1 publication Critical patent/EP3211137A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/11—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means
    • E02D3/115—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means by freezing

Definitions

  • the invention relates to a method for freezing soil.
  • Such methods are used for solidifying or sealing ground.
  • Known here are methods that use liquid nitrogen or liquefied air as a coolant.
  • the icing by means of a brine, which in turn is tempered by a refrigeration system.
  • the icing with nitrogen is due to the low temperature of liquid nitrogen much faster than with brine, whereas the running costs (especially energy costs) with longer freezing times in liquid nitrogen are significantly higher than brine.
  • ground icing is performed variously, in which first with liquid nitrogen, the ice body is built and this then maintained using a brine becomes.
  • the freezing tube at least partially consists of a brittle or soft material that can be destroyed by a civil engineering machine, without the operational capability of the processing machine to impair.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned, which allows a comparatively simple removal of the freezing lances from the ground after generation of the desired ice body.
  • fluids with a freezing point less than or equal to 0 ° C can be used, such as brine (aqueous CaCl 2 -, NaCl or MgCl 2 solutions), alcohol (eg ethanol or propanol), aqueous solutions with alcohol (eg Ethanol or propanol), or water.
  • brine aqueous CaCl 2 -, NaCl or MgCl 2 solutions
  • alcohol eg ethanol or propanol
  • aqueous solutions with alcohol eg Ethanol or propanol
  • a freezing lance is an in particular elongate (eg tubular) body which is designed to guide a fluid cooling medium into the borehole and in particular to lead it out again so that the coolant absorbs heat from the surrounding soil and cool this down accordingly.
  • the flowable material is a suspension, in particular a cement suspension, ie, a suspension having a cement and optionally further additives.
  • the suspension may in particular be a concrete.
  • the volume body is placed in a cavity of the drill (for example with a suitable lifting device).
  • the drill can then be pulled out of the wellbore, leaving the bulk body in the wellbore.
  • the solid can also be placed in other ways downhole.
  • the volume body has the freezing lance, wherein the freezing lance is surrounded by the said outer area of the volume body to be removed.
  • the outer region (or the entire solid, see below) may be a molded article, in particular a one-piece, monolithic molded article.
  • the surrounding outer region of the solid may have an outer flexible sheath (eg a plastic film such as PA, E / VA, POM, PE, PTFE, PEEK, PFA , PBT or PEI) and a filling surrounded by the shell.
  • the filling may be filler material in the form of a bulk material (eg body, in particular spheres, of polystyrene) or a monolithic body, eg foam (eg polystyrene).
  • a fluid can also be used as the filling (for example a gas such as air and / or a liquid, in particular aqueous solutions, liquid (in particular heated) stearin, paraffin, ceresin or naphthalene).
  • the outer region of the volume body can be formed, for example, by a film which forms a multiplicity of volumes which are each filled with a medium such as, for example, air.
  • the film may contain air, gas, water or a packing which is then removed when the lance is inserted.
  • Another option is to use the freezer directly with the outer shell and To introduce filling material. The filling material is then removed (eg blown out, flushed out, or burnt) and filled with contact medium.
  • the outer portion of the bulk body is removed after the lining has hardened (with the freeze lance initially remaining in the borehole), in particular by destroying, burning, melting (and especially removing the melt from the borehole ) and / or removing the outer region, so that the said free space is a space surrounding the freezing lance.
  • the outer area thus forms in this sense in particular a so-called lost form.
  • the volume body does not have the freeze lance, whereby not only an outer area of the volume body is removed after curing of the lining, but the entire volume body, in particular by destruction, burning, melting (see also above) and / or removing the volume body. Thereafter, the contact medium and the separate freezing lance are introduced into the resulting free space.
  • the solid is referred to in particular as a lost form, since the solid is removed or destroyed again.
  • the lining is provided with a barrier layer after curing and before the introduction of the contact medium, so that the contact agent can not penetrate into the lining or can infiltrate into the ground.
  • the lining itself forms a barrier layer, so that the contact means can not penetrate into the lining.
  • a suitable suspension or a suitable material can be used, which forms such a barrier layer after curing without the need for further treatment of the lining of the wellbore.
  • the freezing lance is pulled out of the well after freezing of the ground area. This is relatively easy due to the inventive configuration of the wellbore with lining.
  • the freeze lance is held in position by suitable holding means within the wellbore.
  • that holding means is preferably also designed to guide the freezing lance out of the borehole when it is introduced into the borehole or when being withdrawn.
  • FIG. 1 shows in connection with the FIGS. 2 to 11 Various embodiments of the inventive method for freezing soil E.
  • a borehole 10 is first produced by means of a drill B in a soil E, preferably by means of a hollow drill B, which has a cavity H (see Fig. 1 ).
  • a volume body 1 can be arranged (eg with a suitable device or optionally also manually) which remains in the borehole 10 after removal of the drill B from the borehole 10, so that between the volume body 1 and an inner side 10a of the borehole 10 Interspace 2 is formed (see. Fig. 2 ).
  • the solid 1 can also be arranged in the borehole 10 in other ways.
  • the intermediate space 2 is filled with a flowable and curable material, in particular in the form of a cement suspension or a concrete, for producing a lining 20 of the borehole 10, ie for producing a solid wall and a solid bottom of the borehole 10 (cf. Fig. 3 ).
  • a flowable and curable material in particular in the form of a cement suspension or a concrete, for producing a lining 20 of the borehole 10, ie for producing a solid wall and a solid bottom of the borehole 10 (cf. Fig. 3 ).
  • the solid body 1 after curing of the liner 20 is removed, in particular destroyed, from the lined borehole 10, whereby a free space 3 adjoining the lining 20 is created in the borehole 10 (cf. Fig. 5 ).
  • the agent 41 may be, for example, one of the following substances or the agent 41 may comprise one of the following substances: water glass (aqueous solutions of potassium, sodium and / or lithium silicates), a liquid wax (eg paraffin, stearin or Ceresin), an aqueous silicate-containing solution, a resin.
  • Graphite can also be applied as means 41 or, for example, a plastic in liquid form, so that an impregnation takes place.
  • the liner 20 may also be formed to form said barrier layer 42 even upon curing.
  • the probe 40 can be dispensed with.
  • a contact means 30 and a freezing lance 1 b are introduced into the free space of the borehole 10 so that the contact means 30 contacts the freezing lance 1 b on the one hand and the lining 20 or barrier layer 42 on the other hand.
  • the contact means 30 serves as a thermal bridge, so that via the contact means 30, a heat transfer from the soil E to the freezing lance 1 b can be done.
  • a known fluid coolant is passed (eg, liquid nitrogen, liquid air, brine, etc.) so that a soil area around the liner 20 cools and freezes.
  • the freezing lance 1 b is preferably held in position in the borehole 10 by means of holding means 50 or guided into the borehole 10 by means of the holding means 50 during insertion.
  • the holding means 50 could also be mounted in several levels on the freezing lance 1 b and merely serve for guiding or aligning the freezing lance 1 b in the middle position of the free space 3 filled with contact means 30.
  • the freezing lance 1b is pulled out of the borehole 10 again.
  • the freezing lance 1 b can also be performed by means of the holding means 50.
  • the volume body 1 contains the freezing lance 1 b as a component from the outset.
  • the freezing lance 1 b is then surrounded by an outer region 1 a. Accordingly, according to Fig. 5 then not removed the entire solid 1, but only the outer region 1a, so that the freezing lance 1 b (dashed line in the Fig. 5 ) remains in the borehole 10 and said clearance 3 is a gap 3 formed between the freezing lance 1b and the liner 20.
  • the barrier layer 42 may be formed and the clearance 3 filled with the contact means 30.
  • the desired ice body in the earth E can be formed.
  • the freezing lance 1b is again preferably removed from the borehole 10.
  • FIGS. 9 to 11 show various embodiments with regard to the design of the volume body 1, which contains the freezing lance 1b as an integral part in these examples and is arranged together with this in the wellbore 10.
  • the said outer region 1a can be formed by a flexible sheath (for example made of a plastic) 1d in which, for example, a bulk material 1c or a molded body 1c is arranged, which in turn surrounds the freezing lance 1b.
  • a flexible sheath for example made of a plastic
  • the casing 1d may possibly be dispensed with.
  • the outer region 1a of the bulk body 1 may also be formed by a film 1a that encloses a plurality of volumes filled with a fluid.
  • a film may, for example, be an extrusion film 1a.
  • the volume body 1 may be formed, for example, by a flexible shell 1d, which surrounds an interior in which the freezing lance 1b is arranged and a fluid F (gas and / or liquid), which is introduced into the interior, so that around the freezing lance 1b around the outer region 1 a arises, which is destructible after being introduced into the wellbore 10.
  • reference numeral 1 solids 1a Outer area of the solid 1b freeze lance 1c filling 1d shell 2 gap 3 Free space or gap 10 well 10a Inside of the borehole 20 lining 30 contact means 40 probe 41 Means for forming a barrier layer 42 junction 50 holding means B drill e soil H cavity F Fluid, eg gas or liquid

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrieren von Erdreich (E), aufweisend die Schritte: Erzeugen eines Bohrloches (10) im Erdreich (E) mittels eines Bohrers (B), Einbringen eines Volumenkörpers (1) in das Bohrloch (10), so dass zwischen dem Volumenkörper (1) und einer Innenseite (10a) des Bohrlochs (10) ein Zwischenraum (2) gebildet wird, Ausfüllen des Zwischenraumes (2) mit einem fließfähigen sowie aushärtbaren Material zur Erzeugung einer Auskleidung (20) des Bohrloches (10), Entfernen zumindest eines äußeren Bereiches (1a) des Volumenkörpers (1) aus dem Bohrloch (10) unter Erzeugung eines an die Auskleidung (20) angrenzenden Freiraumes (3), Einbringen eines Kontaktmediums (30) in den Freiraum (3), und Gefrieren eines an die Auskleidung (20) angrenzenden Erdbodenbereiches mittels einer im Bohrloch (10) angeordneten, das Kontaktmedium (30) kontaktierenden Gefrierlanze (1 b).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrieren von Erdreich.
  • Derartige Verfahren werden zum Verfestigen oder Abdichten von Baugrund eingesetzt. Bekannt sind hierbei Verfahren, die flüssigen Stickstoff oder verflüssigte Luft als Kühlmittel verwenden. Ebenso bekannt ist die Vereisung mittels einer Sole, die ihrerseits durch eine Kälteanlage temperiert wird. Die Vereisung mit Stickstoff erfolgt aufgrund der tiefen Temperatur von flüssigem Stickstoff deutlich schneller als mit Sole, wohingegen die laufenden Kosten (insbesondere Energiekosten) bei längeren Einfrierzeiten bei flüssigem Stickstoff deutlich höher liegen als bei Sole.
  • Aufgrund der Anforderungen an die Einfrierdauer, die oftmals möglichst kurz ausfallen soll, und einer möglichst langen Aufrechterhaltung des gefrorenen Zustands des vereisten Erdreiches, werden verschiedentlich Bodenvereisungen durchgeführt, bei denen zuerst mit flüssigem Stickstoff der Eiskörper aufgebaut wird und dieser sodann unter Einsatz einer Sole aufrecht erhalten wird.
  • Bei Tiefbauarbeiten, bei denen die eingesetzten Maschinen dadurch beschädigt werden können, dass sie die eingebauten Gefrierlanzen im Vortrieb durchtrennen müssen, ist es wichtig, die verwendeten Gefrierlanzen wieder zu entfernen.
  • Aus der EP 1 820 903 B1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Gefrieren von Erdreich bekannt, bei dem das Gefrierrohr zumindest abschnittsweise aus einem spröden oder weichen Material besteht, dass durch eine Tiefbau-Bearbeitungsmaschine zerstört werden kann, ohne die Einsatzfähigkeit der Bearbeitungsmaschine
    zu beeinträchtigen.
  • Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das ein vergleichsweise einfaches Entfernen der Gefrierlanzen aus dem Erdreich nach Erzeugung des gewünschten Eiskörpers erlaubt.
  • Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.
  • Gemäß Anspruch 1 sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Gefrieren von Erdreich zumindest die folgenden Schritte vor:
    • Erzeugen eines Bohrloches im Erdreich mittels eines Bohrers,
    • Einbringen eines Volumenkörpers in das Bohrloch, so dass zwischen dem Volumenkörper und einer Innenseite des Bohrlochs ein Zwischenraum gebildet wird,
    • Ausfüllen des Zwischenraumes mit einem fließfähigen sowie aushärtbaren Material zur Erzeugung einer den Volumenkörper umgebenden Auskleidung des Bohrloches,
    • Entfernen zumindest eines äußeren Bereiches des Volumenkörpers aus dem ausgekleideten Bohrloch unter Erzeugung eines an die Auskleidung angrenzenden Freiraumes,
    • Einbringen eines Kontaktmediums in den Freiraum,
    • Gefrieren eines an die Auskleidung angrenzenden Erdbodenbereiches mittels einer im Bohrloch angeordneten, das Kontaktmedium kontaktierenden Gefrierlanze.
  • Bei dem besagten Kontaktmedium können Fluide mit einem Gefrierpunkt kleiner oder gleich 0°C verwendet werden, wie z.B. Sole (wässrige CaCl2-, NaCl- oder MgCl2-Lösungen), Alkohol (z.B. Ethanol oder Propanol), wässrige Lösungen mit Alkohol (z.B. Ethanol oder Propanol), oder Wasser.
  • Bei einer Gefrierlanze handelt es sich im Sinne der vorliegenden Erfindung um einen insbesondere längserstreckten (z.B. rohrförmigen) Körper, der dazu ausgebildet ist, ein fluides Kühlmedium in das Bohrloch zu führen sowie insbesondere wieder herauszuführen, so dass das Kühlmittel Wärme aus dem umgebenden Erdreich aufnimmt und dieses entsprechend abkühlt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das fließfähige Material eine Suspension ist, insbesondere eine Zementsuspension, d.h. eine Suspension die einen Zement aufweist sowie ggf. weitere Zuschlagstoffe. Bei der Suspension kann es sich insbesondere um einen Beton handeln.
  • Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Volumenkörper in einem Hohlraum des Bohrers (z.B. mit einer geeigneten Hebevorrichtung) angeordnet wird. Der Bohrer kann danach aus dem Bohrloch herausgezogen werden, wobei der Volumenkörper im Bohrloch verbleibt. Der Volumenkörper kann auch auf andere Weise im Bohrloch angeordnet werden.
  • Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Volumenkörper die Gefrierlanze aufweist, wobei die Gefrierlanze von dem besagten, zu entfernenden äußeren Bereich des Volumenkörpers umgeben ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem äußeren Bereich (oder bei dem gesamten Volumenkörper, siehe unten) um einen Formkörper handeln, insbesondere um einen einstückigen, monolithischen Formkörper.
  • Weiterhin kann gemäß einer alternativen Ausführungsform der umgebende äußere Bereich des Volumenkörpers (oder der Volumenkörper, siehe unten) eine äußere flexible Hülle aufweisen (z.B. eine Folie aus einem Kunststoff, wie z.B. PA, E/VA, POM, PE, PTFE, PEEK, PFA, PBT oder PEI) sowie eine von der Hülle umgebene Füllung. Bei der Füllung kann es sich um Füllmaterial in Form eines Schüttguts (z.B. Körper, insbesondere Kugeln, aus Polystyrol) oder einen monolithischen Körper, z.B. Schaum (z.B. Polystyrol), handeln. Weiterhin kann als Füllung auch ein Fluid verwendet werden (z.B. ein Gas wie Luft und/oder eine Flüssigkeit, insbesondere wässrige Lösungen, flüssiges (insbesondere erwärmtes) Stearin, Paraffin, Ceresin oder Naphthalin). Der äußere Bereich des Volumenkörpers kann z.B. durch eine Folie gebildet sein, die eine Vielzahl an Volumina ausbildet, die jeweils mit einem Medium wie z.B. Luft gefüllt sind. Insbesondere kann die Folie Luft, Gas, Wasser oder einen Füllkörper enthalten, der dann entfernt wird, wenn die Lanze eingeführt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Gefrierlanze direkt mit der Außenhülle und Füllmaterial einzubringen. Das Füllmaterial wird anschließend entfernt (z.B. ausgeblasen, ausgeschwemmt, oder verbrannt) und mit Kontaktmedium verfüllt.
  • Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der äußere Bereich des Volumenkörpers nach dem Aushärten der Auskleidung entfernt wird (wobei die Gefrierlanze zunächst in dem Bohrloch verbleibt), insbesondere durch Zerstören, Verbrennen, Schmelzen (und insbesondere Abziehen der Schmelze aus dem Bohrloch) und/oder Entnehmen des äußeren Bereiches, so dass der besagte Freiraum ein die Gefrierlanze umgebender Zwischenraum ist. Der äußere Bereich bildet in diesem Sinne also insbesondere eine sogenannte verlorene Form.
  • Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten, alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Volumenkörper die Gefrierlanze nicht aufweist, wobei nach dem Aushärten der Auskleidung nicht nur ein äußerer Bereich des Volumenkörpers entfernt wird, sondern der gesamte Volumenkörper, insbesondere durch Zerstören, Verbrennen, Schmelzen (siehe auch oben) und/oder Entnehmen des Volumenkörpers. Hiernach werden in den entstandenen Freiraum das Kontaktmedium und die separate Gefrierlanze eingebracht. Auch hier wird der Volumenkörper insbesondere als verlorene Form bezeichnet, da der Volumenkörper wieder entfernt bzw. zerstört wird.
  • Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Auskleidung nach dem Aushärten sowie vor dem Einbringen des Kontaktmediums mit einer Sperrschicht versehen wird, so dass das Kontaktmittel nicht in die Auskleidung eindringen kann bzw. ins Erdreich einsickern kann. Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass die Auskleidung selbst eine Sperrschicht ausbildet, so dass das Kontaktmittel nicht in die Auskleidung eindringen kann. Hierfür kann eine geeignete Suspension bzw. ein geeignetes Material verwendet werden, die bzw. das nach dem Aushärten eine derartige Sperrschicht ausbildet ohne dass es einer weiteren Behandlung der Auskleidung des Bohrloches bedarf.
  • Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Gefrierlanze nach dem Gefrieren des Erdbodenbereiches aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Dies ist aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration des Bohrloches mit Auskleidung vergleichsweise leicht möglich.
  • Bevorzugt wird die Gefrierlanze durch ein geeignetes Haltemittel innerhalb des Bohrloches in Position gehalten. Wobei jenes Haltemittel bevorzugt auch dazu ausgebildet ist, die Gefrierlanze beim Einbringen in das Bohrloch bzw. beim Herausziehen aus dem Bohrloch zu führen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen bei den nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:
    • Figuren 1 bis 8
    schematische Darstellungen zweier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    Figuren 9 bis 11
    verschiedenen Ausführungsformen von Volumenkörpem, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können.
  • Fig. 1 zeigt im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 11 verschiedene Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gefrieren von Erdreich E.
  • Hierbei wird zunächst ein Bohrloch 10 mittels eines Bohrers B in einem Erdreich E erzeugt, und zwar vorzugsweise mittels eines hohlen Bohrers B, der einen Hohlraum H aufweist (vergleiche Fig. 1). Hierin kann ein Volumenkörper 1 angeordnet werden (z.B. mit einer geeigneten Vorrichtung oder ggf. auch manuell), der nach einem Entfernen des Bohrers B aus dem Bohrloch 10 im Bohrloch 10 verbleibt, so dass zwischen dem Volumenkörper 1 und einer Innenseite 10a des Bohrlochs 10 ein Zwischenraum 2 gebildet wird (vgl. Fig. 2). Der Volumenkörper 1 kann auch auf andere Weise im Bohrloch 10 angeordnet werden. Der Zwischenraum 2 wird mit einem fließfähigen sowie aushärtbaren Material, insbesondere in Form einer Zementsuspension oder eines Betons, zur Erzeugung einer Auskleidung 20 des Bohrloches 10, d.h., zur Erzeugung einer festen Wandung sowie eines festen Bodens des Bohrloches 10, aufgefüllt (vgl. Fig. 3).
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sodann der Volumenkörper 1 nach dem Aushärten der Auskleidung 20 (vgl. Fig. 4) aus dem ausgekleideten Bohrloch 10 entfernt, insbesondere zerstört, wobei ein an die Auskleidung 20 angrenzende Freiraum 3 im Bohrloch 10 geschaffen wird (vgl. Fig. 5).
  • Hiernach wird z.B. mittels einer Sonde 40, die in den Freiraum 3 eingeführt wird, ein Mittel 41 auf die Auskleidung aufgebracht, so dass eine Sperrschicht 42 auf der Auskleidung 20 erzeugt wird, die verhindert, dass ein in den Freiraum 3 des Bohrlochs 10 einzubringendes fluides Kontaktmittel 30 (z.B. die oben angegebenen Kontaktmittel) über die Auskleidung 20 in das Erdreich E gelangen kann (vgl. Fig. 6). Bei dem Mittel 41 kann es sich z.B. um einen der folgenden Stoffe handeln oder das Mittel 41 kann einen der folgenden Stoffe aufweisen: Wasserglas (wässrige Lösungen aus Kalium-, Natrium- und/oder Lithiumsilicaten), ein flüssiges Wachs (z.B. Paraffin, Stearin oder Ceresin), eine wässrige silikathaltige Lösung, ein Harz. Als Mittel 41 kann auch Graphit aufgebracht werden oder z.B. ein Kunststoff in flüssiger Form, so dass eine Imprägnierung stattfindet.
  • Diesbezüglich kann auch die Auskleidung 20 so erzeugt werden, dass sie selbst beim Aushärten die besagte Sperrschicht 42 ausbildet. In diesem Fall kann auf die Sonde 40 verzichtet werden.
  • Nach dem Ausbilden der Sperrschicht 42 wird ein Kontaktmittel 30 sowie eine Gefrierlanze 1b in den Freiraum des Bohrlochs 10 eingebracht, so dass das Kontaktmittel 30 einerseits die Gefrierlanze 1b und andererseits die Auskleidung 20 bzw. Sperrschicht 42 kontaktiert. Das Kontaktmittel 30 dient als Wärmebrücke, so dass über das Kontaktmittel 30 eine Wärmeübertragung vom Erdreich E zur Gefrierlanze 1 b erfolgen kann. In der Gefrierlanze 1b wird ein bekanntes fluides Kühlmittel geführt (z. B. flüssiger Stickstoff, flüssige Luft, Sole etc.), so dass sich ein Erdbodenbereich um die Auskleidung 20 herum abkühlt und gefriert. Die Gefrierlanze 1b wird bevorzugt mittels Haltemitteln 50 in dem Bohrloch 10 in Position gehalten bzw. mittels der Haltemittel 50 beim Einführen in das Bohrloch 10 geführt. Die Haltemittel 50 könnten auch in mehreren Ebenen an der Gefrierlanze 1b angebracht sein und lediglich der Führung bzw. der Ausrichtung der Gefrierlanze 1b in Mittelposition des mit Kontaktmittel 30 gefüllten Freiraumes 3 dienen.
  • Nach dem Ausbilden des Eiskörpers wird die Gefrierlanze 1b wieder aus dem Bohrloch 10 herausgezogen. Hierbei kann die Gefrierlanze 1 b ebenfalls mittels der Haltemittel 50 geführt werden.
  • Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass der Volumenkörper 1 von vorneherein die Gefrierlanze 1 b als einen Bestandteil enthält. Die Gefrierlanze 1 b ist dann von einem äußeren Bereich 1a umgeben. Entsprechend wird gemäß Fig. 5 dann nicht der gesamte Volumenkörper 1 entfernt, sondern nur der äußere Bereich 1a, so dass die Gefrierlanze 1 b (gestrichelte Linie in der Fig. 5) im Bohrloch 10 verbleibt und der besagte Freiraum 3 ein zwischen der Gefrierlanze 1b und der Auskleidung 20 gebildeter Zwischenraum 3 ist.
  • Sodann kann in der oben beschriebenen Weise die Sperrschicht 42 ausgebildet werden und der Freiraum bzw. Zwischenraum 3 mit dem Kontaktmittel 30 gefüllt werden.
  • Anschließend kann mittels der Gefrierlanze 1 b der gewünschte Eiskörper im Erdreich E ausgebildet werden.
  • Nach der Ausbildung des Eiskörpers wird die Gefrierlanze 1b wiederum bevorzugt aus dem Bohrloch 10 entfernt.
  • Die Figuren 9 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsformen hinsichtlich der Ausgestaltung des Volumenkörpers 1, der in diesen Beispielen die Gefrierlanze 1b als integralen Bestandteil enthält und mit dieser zusammen im Bohrloch 10 angeordnet wird.
  • Gemäß Fig. 9 kann der besagte äußerer Bereich 1a z.B. durch eine flexible Hülle (z.B. aus einem Kunststoff) 1d gebildet sein, in der z.B. ein Schüttgut 1c oder ein Formkörper 1c angeordnet ist, der wiederum die Gefrierlanze 1b umgibt. Bei einem monolithischen Formkörper 1c kann ggf. auf die Hülle 1d verzichtet werden.
  • Gemäß Fig. 10 kann der äußere Bereich 1a des Volumenkörpers 1 auch durch eine Folie 1a gebildet sein, die eine Vielzahl an mit einem Fluid gefüllten Volumina einschließt. Bei einer solchen Folie kann es sich z.B. um eine Extrusionsfolie 1a handeln.
  • Schließlich kann gemäß Fig. 11 der Volumenkörper 1 z.B. durch eine flexible Hülle 1d gebildet sein, die einen Innenraum umgibt, in dem die Gefrierlanze 1b angeordnet ist sowie ein Fluid F (Gas und/oder Flüssigkeit), das in den Innenraum eingeleitet wird, so dass um die Gefrierlanze 1b herum der äußere Bereich 1a entsteht, der nach dem Einbringen in das Bohrloch 10 zerstörbar ist. Bezugszeichen
    1 Volumenkörper
    1a Äußerer Bereich des Volumenkörpers
    1b Gefrierlanze
    1c Füllung
    1d Hülle
    2 Zwischenraum
    3 Freiraum bzw. Zwischenraum
    10 Bohrloch
    10a Innenseite des Bohrlochs
    20 Auskleidung
    30 Kontaktmittel
    40 Sonde
    41 Mittel zur Ausbildung einer Sperrschicht
    42 Sperrschicht
    50 Haltemittel
    B Bohrer
    E Erdreich
    H Hohlraum
    F Fluid, z.B. Gas oder Flüssigkeit

Claims (12)

  1. Verfahren zum Gefrieren von Erdreich (E), aufweisend die Schritte:
    - Erzeugen eines Bohrloches (10) im Erdreich mittels eines Bohrers (B),
    - Einbringen eines Volumenkörpers (1) in das Bohrloch (10), so dass zwischen dem Volumenkörper (1) und einer Innenseite (10a) des Bohrlochs (10) ein Zwischenraum (2) gebildet wird,
    - Ausfüllen des Zwischenraumes (2) mit einem fließfähigen sowie aushärtbaren Material zur Erzeugung einer Auskleidung (20) des Bohrloches (10),
    - Entfernen zumindest eines äußeren Bereiches (1a) des Volumenkörpers (1) aus dem Bohrloch (10) unter Erzeugung eines an die Auskleidung (20) angrenzenden Freiraumes (3),
    - Einbringen eines Kontaktmediums (30) in den Freiraum (3), und
    - Gefrieren eines an die Auskleidung (20) angrenzenden Erdbodenbereiches mittels einer im Bohrloch angeordneten, das Kontaktmedium (30) kontaktierenden Gefrierlanze (1b).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Material eine Suspension ist, insbesondere eine Zementsuspension.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenkörper (1) in einem Hohlraum (H) des Bohrers (B) angeordnet und in das Bohrloch (10) eingebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenkörper (1) die Gefrierlanze (1 b) aufweist, wobei die Gefrierlanze (1 b) von dem besagten äußeren Bereich (1 a) des Volumenkörpers (1) umgeben ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich (1a) nach dem Aushärten der Auskleidung (20) entfernt wird, insbesondere durch Zerstören, Verbrennen, Schmelzen und/oder Entnehmen des äußeren Bereiches (1a), so dass der besagte Freiraum (3) ein die Gefrierlanze (1 b) umgebender Zwischenraum ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenkörper (1) die Gefrierlanze (1 b) nicht aufweist, wobei der gesamte Volumenkörper (1) unter Erzeugung des Freiraumes (3) nach dem Aushärten der Auskleidung (20) aus dem Bohrloch (10) entfernt wird, insbesondere durch Zerstören, Verbrennen, Schmelzen und/oder Entnehmen des Volumenkörpers (1) und sodann das Einbringen des Kontaktmediums (30) in den Freiraum (3) vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich (1 a) oder der Volumenkörper (1) als ein monolithischer Formkörper ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich (1a) oder der Volumenkörper (1) eine äußere flexible Hülle (1d) aufweist sowie eine von der Hülle (1d) umgebene Füllung (1c).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (1c) eines der folgenden Füllmaterialien ist: ein Schüttgut, ein monolithischer Formkörper, ein Fluid, das in einen von der Hülle (1d) umgebenen Innenraum eingeleitet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, oder einem der Ansprüche 7 bis 9 soweit rückbezogen auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des Kontaktmittels (30), vor dem Einbringen des Kontaktmittels (30) oder während des Einbringens des Kontaktmittels (30) in das Bohrloch (B) die Gefrierlanze (1 b) in dem Bohrloch (10) angeordnet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (20) nach dem Aushärten sowie vor dem Einbringen des Kontaktmediums (30) mit einer Sperrschicht (42) versehen wird, so dass das Kontaktmittel (30) nicht in die Auskleidung (20) eindringen kann, oder dass die Auskleidung (20) selbst eine Sperrschicht (42) ausbildet, so dass das Kontaktmittel (30) nicht in die Auskleidung (20) eindringen kann.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefrierlanze (1b) nach dem Gefrieren des Erdbodenbereiches aus dem Bohrloch (10) herausgezogen wird.
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EP1820903B1 (de) 2006-02-21 2014-09-10 Messer Group GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Bodengefrieren

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