DE102016014685A1

DE102016014685A1 - Verfahren und System zum Ermitteln einer Bodenklasse sowie Verwendung beim Ermitteln einer Bodenklasse

Info

Publication number: DE102016014685A1
Application number: DE102016014685.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Fischer; Markus Hamers
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-14
Also published as: US20200072046A1; EP3551828B1; WO2018108662A1; EP3551828A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Ermitteln einer Bodenklasse, bei dem eine Erdbohrung in Erdreich mittels einer Erdbohrvorrichtung mit einem Bohrkopf eingebracht wird, wobei ein Parameter der Erdbohrvorrichtung und/oder ein Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung bei der Ermittlung, um welche Bodenklasse es sich handelt, verwertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Ermitteln einer Bodenklasse sowie eine Verwendung beim Ermitteln einer Bodenklasse.
Bei baulichen Maßnahmen gilt es, Aussagen über den Untergrund für die geplanten Maßnahmen zu treffen. Dabei kann dieser nach Art, Lage und Zustand von Boden, Gestein und Grundwasser beschrieben werden. Die Aussagen über den Untergrund können dazu beitragen, Fehlinvestitionen zu vermeiden und Bauschäden vorzubeugen. Dabei können die von der Baumaßnahme oder einem Bauwerk auf den Untergrund einwirkenden Kräfte einfließen, um zu beurteilen, ob Art, Lage und Zustand von Boden, Gestein und Grundwasser einer geplanten Ausgestaltung der Baumaßnahme entgegenstehen oder Maßnahmen ergriffen werden müssen, die Baumaßnahme zu sichern.
In der Regel erfolgt das Erkunden des Untergrunds durch Sachverständige der Geotechnik bzw. der Ingenieurgeologie, wobei Proben genommen und die Proben analysiert werden. Derartige Untersuchungen bzw. Ermittlungen sind personenentsprechender Qualifikation vorbehalten und aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bodenklasse einfacher ermitteln zu können.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Kerngedanke der Erfindung ist es, bei einer durchzuführenden Erdbohrung, insbesondere auch einer Erdbohrung, die insbesondere nicht primär zum Ermitteln der Bodenklasse durchgeführt wird, sondern zum Einziehen von Rohren und/oder zum Austausch von Leitungen oder Rohren, eine Bodenklasse zu ermitteln. Dabei steht nicht die Probennahme mit einer nachfolgenden Probenanalyse im Vordergrund, sondern die Parameter, mit denen die Erdbohrung erstellt wird, werden für die Ermittlung der Bodenklasse verwertet. Die Parameter der Erdbohrvorrichtung selbst können für die Ermittlung der Bodenklasse verwendet werden. Die Erfindung hat erstmals erkannt, dass bei der Erstellung einer Bohrung im Erdreich eine Klassifizierung des Bodens bzw. Untergrunds auf Basis der Bohrdaten der Maschine möglich ist. Aus der Erkenntnis, wie die Bohrung ins Erdreich eingebracht wurde und/oder der Kenntnis, welches Bohrwerkzeug verwendet wurde, kann eine Bodenklasse ermittelt werden.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln einer Bodenklasse, bei dem eine Erdbohrung in Erdreich mittels einer Erdbohrvorrichtung mit einem Bohrkopf eingebracht wird. Ein Parameter der Erdbohrvorrichtung und/oder ein Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung wird bei der Ermittlung, um welche Bodenklasse es sich handelt, verwertet.
Der Begriff „Bodenklasse“ im Sinne der Erfindung betrifft eine Klassifizierung bzw. Einteilung von Böden, insbesondere für bautechnische Zwecke. Unterschiedliche Klassifizierungen sind möglich, wobei beispielsweise eine Klassifikation nach Korngrößen und Korngrößenverteilung, nach Wassergehalt, nach Plastizität und Konsistenz, nach organischer Substanz, nach Festigkeit, nach Härte und Bearbeitbarkeit und/oder nach Löslichkeit möglich ist. Insbesondere kann es sich bei einer Bodenklasse um eine Einteilung handeln, bei der im Ergebnis auch eine übergreifende Klassifizierung des Bodens, nämlich in zwei benachbarte Klassen, möglich ist. Insbesondere kann es sich bei einer Bodenklasse um eine Einteilung nach der Lösbarkeit und der erdbautechnischen Eigenschaften handeln; eine Einteilung der Bodenklassen kann insbesondere auf Basis von 18300 VOB/C „Erdarbeiten“ bzw. von ÜNORM B2205 „Erdarbeiten/Werkvertragsnorm“, insbesondere auf Basis der DIN 18324 (VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) - Horizontalspülbohrarbeiten) erfolgen.
Der Begriff „Erdbohrvorrichtung“ im Sinne der Erfindung umfasst jedwede Vorrichtung, mit der ein „Erdbohren“ durchführbar ist. Eine Erdbohrvorrichtung kann jedwede Vorrichtung sein, welche ein insbesondere Bohrgestängeschüsse aufweisendes Bohrgestänge mit einem Bohrkopf in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Erdbohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung (HD), zu erstellen oder aufzuweiten oder um Leitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine HD-Vorrichtung handeln. Eine Erdbohrvorrichtung umfasst eine ein Bohrgestänge antreibende Vorrichtung, die erdreichverdrängend arbeitet, und das Bohrgestänge rotatorisch und/oder translatorisch in längsaxialer Richtung des Bohrgestänges in das Erdreich einbringt.
Der Begriff „HD“ (Horizontal Drilling, Horizontalbohrung) im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Wasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Erdbohrvorrichtung herstellen oder einziehen lassen.
Der Begriff „Bohrkopf“ im Sinne der Erfindung beschreibt ein endseitig an einem Bohrgestänge angebrachtes Bohrwerkzeug, welches vor dem Bohrgestänge mit diesem verbunden in die Erdbohrung eingebracht wird. Der Bohrkopf kann Austritte für Bohrflüssigkeit aufweisen, wobei die Bohrflüssigkeit dazu verwendet werden kann, das vor dem Bohrkopf der Erdbohrvorrichtung liegende Erdreich aufzuweichen und dadurch die Schnittwirkung des Bohrkopfs zu verbessern. Als Bohrflüssigkeit kann eine Mischung aus Wasser und einem Mineral, insbesondere Bentonit sowie gegebenenfalls einigen Zusatzstoffen, die auch Mineral sein können, eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Parameter der Erdbohrvorrichtung die Art des Bohrkopfs und/oder die Leistung der Erdbohrvorrichtung gewählt. Hierdurch kann der erste Parameter in Form des verwendeten Materials zum Einbringen der Erdbohrung, insbesondere die Art des Bohrwerkzeugs, welches sich in der Art des Bohrkopfs niederschlägt, berücksichtigt werden. Die Art des Bohrkopfs kann ein Soft-, Medium-, Harddrill Head, Rollenmeißel, Fischschwanzmeißel, Diamantmeißel, PDC-Meißel, Hybrid-Meißel, Exzenterrollenmeißel, Großlochrollenmeißel, Flügelmeißel oder Schlagbohrmeißel sein. Unter Berücksichtigung der Art des Bohrwerkzeugs, insbesondere der Art des Bohrkopfs kann eine komplexe Information erzeugt werden, mit der die Klassifizierung des Bodens möglich ist. Beispielsweise kann in leicht löslichen Gesteinen ein hierfür „überdimensionierter“ Bohrkopf anders in das Erdreich eingebracht werden als ein speziell für das leichtlösliche Gestein angepasster Bohrkopf.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung das Drehmoment, die Zug-/Druckkraft, die Vorschubgeschwindigkeit, die Spülungsrate und/oder die Rotationsgeschwindigkeit gewählt. Hierdurch kann aus den aktuellen Bohrdaten, wie die Einstellungen an der Erdbohrvorrichtung gewählt werden, um aktuell die Erdbohrung durchzuführen, eine Klassifizierung bzw. Ermittlung der Bodenklasse erfolgen. Eine komplexe Berücksichtigung eines Teils oder der gesamten Betriebsparameter zusammen mit den Parametern der Erdbohrvorrichtung ist möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Signal eines Sensors am Bohrkopf zusätzlich verwertet, wobei das Signal insbesondere einem Druck in der Erdbohrung und/oder einer Bodenbeschaffenheit zugeordnet sein kann. Hierdurch kann auch der Druck in der Erdbohrung und/oder die Bodenbeschaffenheit berücksichtigt werden. Es sind alle Arten von Drucksensoren als Absolut- oder Differential-Drucksensoren mit unterschiedlichen physikalischen Prinzipien möglich. Beispiele hierfür sind piezoresitive, piezoelektrische, kapazitive und induktive Drucksensoren sowie Drucksensoren mit Hallelement etc.. Als Beispiele für Sensoren bezüglich der Bodenbeschaffenheit können genannt werden: Seismische Sensoren; Schalldrucksensoren zur Messung eines bodenabhängigen Körperschalls; Kratzsensoren oder akustische Geo-Scanner.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ort des Bohrkopfs ermittelt und eine Zuordnung der ermittelten Bodenklasse zum Ort durchgeführt. Hierdurch kann eine geografische Zuordnung der Bodenklasse erfolgen, mit der beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt Hinweise für eine Baumaßnahme erfolgen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Datenbank erstellt, die eine Zuordnung von Ort und Bodenklasse liefert, wodurch beim Nachtrag einer Baustelle diese Datenbank abgefragt und entsprechende Maßnahmen gewählt werden können. Eine Zuordnung zu kommerziell oder frei angebotenen Kartenmaterial (beispielsweise Google Earth) ist möglich.
Die Erfindung schafft auch ein System zum Ermitteln einer Bodenklasse, wobei das System eine einen Bohrkopf aufweisende Erdbohrvorrichtung umfasst. Das System verwendet Parameter und/oder Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung, um die Bodenklasse für das Erdreich zu ermitteln. Ausführungen zum Verfahren zum Ermitteln einer Bodenklasse in der Beschreibung und den Ansprüchen sowie der Figur gelten für das System entsprechend.
Das System kann insbesondere eine programmierte, Befehle abarbeitende Steuerung oder eine Logik basierte Steuerung aufweisen, mit der die Parameter und/oder Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung erfasst werden können, um die Bodenklasse für das Erdreich zu ermitteln. Beispielsweise ist es möglich, dass die Art des Bohrwerkzeugs von einem Bediener eingegeben werden kann oder der Bohrkopf kann vom System, beispielsweise mittels eines Sensors, erkannt werden. Die Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung in Form der Maschinendaten, wie Drehmoment, Zug-/Druckkraft, Vorschubgeschwindigkeit, Spülungsrate und/oder Rotationsgeschwindigkeit können aus der Erdbohrvorrichtung bei der jeweiligen Erstellung der Erdbohrung ausgelesen werden. Eine Datenbank kann die unterschiedlichen Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung und/oder die Parameter der Erdbohrvorrichtung aufweisen und einer in der Datenbank vorhandene Kombination eine Bodenklasse zuweisen. Ein die Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung und/oder den Parameter der Erdbohrvorrichtung aufweisendes Tupel kann einer Bodenklasse zugeordnet werden. Die ausgewertete oder ermittelte Bodenklasse kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Einfluss auf die Maschinensteuerung der Erdbohrvorrichtung nehmen, um beispielsweise den Prozess des Einbringens der Erdbohrung zu optimieren. Es ist auch möglich, dass eine Fuzzy-Logik zur Ermittlung der Bodenklasse aus den Betriebsparametern der Erdbohrvorrichtung und/oder der Parameter der Erdbohrvorrichtung verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem Bohrkopf ein Sensor angeordnet und das Signal des Sensors wird zum Ermitteln der Bodenklasse verwendet. Der Sensor kann für eine Ermittlung des Drucks in der Erdbohrung ausgestaltet sein. Der am Bohrkopf angeordnete Sensor kann auch ein Sensor zur Erfassung der Bodenbeschaffenheit sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System eine Ortungseinheit, mit der der Ort des Bohrkopfs bestimmbar ist, wobei die Einheit ein dem Ort des Bohrkopfs zugeordnetes Datum mit der ermittelten Bodenklasse verknüpft.
Die Erfindung schafft auch eine Verwendung beim Ermitteln einer Bodenklasse, wobei eine Erdbohrung in das Erdreich eingebracht wird, und die Parameter und/oder Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung verwendet werden, um die Bodenklasse zu ermitteln. Ausführungen zum Verfahren und System zum Ermitteln einer Bodenklasse gelten für die Verwendung in analoger Weise.
Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen, teilweise geschnittenen Darstellung eine Erdbohrvorrichtung 1 mit einem Bohrgestänge 2 und einem vorderseitig an dem Bohrgestänge 2 befestigten Bohrkopf 3. Mittels der Erdbohrvorrichtung 1 wird eine Erdbohrung 4 in das Erdreich eingebracht. Ein Programm 5, welches in einer Hardware der Erdbohrvorrichtung 1 abläuft, erfasst die Parameter der Erdbohrvorrichtung 1 und die Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung 1. Das Programm 5 kann beispielsweise, wenn für die Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung 1 ein hohes Drehmoment, eine hohe Druckkraft, eine geringe Vorschubgeschwindigkeit festgestellt wurde und für den Parameter der Erdbohrvorrichtung 1, dass ein Rollenmeißel verwendet wird, eine Klassifizierung des Erdreichs in die Bodenklasse „sechs“ vornehmen.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Bodenklasse, bei dem eine Erdbohrung (4) in Erdreich mittels einer Erdbohrvorrichtung (1) mit einem Bohrkopf (3) eingebracht wird, wobei a) ein Parameter der Erdbohrvorrichtung (1) und/oder b) ein Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung (1) bei der Ermittlung, um welche Bodenklasse es sich handelt, verwertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Parameter der Erdbohrvorrichtung (1) die Art des Bohrkopfs (3) und/oder die Leistung der Erdbohrvorrichtung (1) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung (1) das Drehmoment, die Zug-/Druckkraft, die Vorschubgeschwindigkeit, die Spülungsrate und/oder die Rotationsgeschwindigkeit gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Signal eines Sensors am Bohrkopf (3) mit bei der Ermittlung der Bodenklasse verwertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ort des Bohrkopfs (3) ermittelt wird und eine Zuordnung der ermittelten Bodenklasse zum Ort erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Datenbank erstellt wird, die eine Zuordnung von Ort und Bodenklasse liefert.
System zum Ermitteln einer Bodenklasse umfassend eine einen Bohrkopf (3) aufweisende Erdbohrvorrichtung (1), und das System mindestens einen Parameter und/oder mindestens einen Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung (1) verwendet, um die Bodenklasse zu ermitteln.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bohrkopf (3) ein Sensor angeordnet ist und das Signal des Sensors zum Ermitteln der Bodenklasse verwendet wird.
System nach Anspruch 7 oder 8, umfassend eine Ortungseinheit, mit der der Ort des Bohrkopfs (3) bestimmbar ist, wobei die Einheit ein dem Ort des Bohrkopfs (3) zugeordnetes Datum mit der ermittelten Bodenklasse verknüpft.
Verwendung beim Ermitteln einer Bodenklasse, wobei eine Erdbohrung (4) in das Erdreich eingebracht wird, und mindestens ein Parameter und/oder mindestens ein Betriebsparameter der Erdbohrvorrichtung (1) verwendet wird, um die Bodenklasse zu ermitteln.