DE19806923C1

DE19806923C1 - Verfahren zur Abdichtung einer Brunnenbohrung

Info

Publication number: DE19806923C1
Application number: DE1998106923
Authority: DE
Inventors: Frank Herrmann
Original assignee: OCHS BOHRGESELLSCHAFT MBH
Current assignee: OCHS BOHRGESELLSCHAFT MBH
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2018-02-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abdichtung einer Brunnenbohrung, die durch mindestens zwei Grundwasserstockwerke verläuft und dabei min destens eine ursprünglich wasserdichte, zwischen den Grundwasserstock werken liegende Trennschicht durchbohrt.

Das Verfahren geht von einer Brunnenbohrung aus, die ein Brunnenrohr sowie eine Kiesfüllung zwischen Brunnenrohr und Bohrlochwand, dem so genannten Brunnenringraum, umfaßt.

In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche Trink- und Brauchwas serbrunnen durch mehrere Grundwasserstockwerke gebohrt. Dabei wurden ursprünglich wasserdichte geologische Formationen, die eine Trennschicht zwischen den einzelnen Grundwasserstockwerken bilden, durchbohrt. Indem der Brunnenringraum, d. h. der Bereich zwischen Brunnenrohr und Bohr lochwand, lediglich mit wasserdurchlässigem Kies aufgefüllt wurde, ist ein Leck zwischen dem oberen und unteren Grundwasserstockwerk entstanden, so daß ursprünglich nicht miteinander verbundene Grundwässer in benach barte Grundwasserhorizonte im Bereich der Brunnenbohrung fließen können. Das Problem dabei liegt in der meist schlechteren Wasserqualität des oberen Grundwasserstockwerks, die auf chemische oder organische Verschmutzun gen zurückzuführen ist, im Gegensatz zu dem qualitätshöheren unteren Grundwasserstockwerk. Die Folge ist eine Verschmutzung des geförderten Grundwassers oder des ursprünglich sauberen, tiefer gelegenen Grundwas serstockwerks.

Aufgrund dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu entwickeln, bei welchem das untere Grundwasserstockwerk bzw. die Förde rung des unteren Grundwassers vor dem qualitätsminderen Wasser des obe ren Grundwasserstockwerks geschützt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-13.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst der Innenraum des be reits vorhandenen Brunnenrohres mit einem Schüttgut bis etwa zur Unter kante der vorgesehenen Abdichtschicht, die innerhalb der ursprünglichen Trennschicht liegt, aufgefüllt. Dabei wird vorzugsweise sauberes, desinfizier tes Schüttgut verwendet, um das Brunnenrohr, durch das auch nach der Ab dichtung der Brunnenbohrung das Grundwasser hochgepumpt werden muß, vor Verschmutzung zu schützen.

In einen weiteren Arbeitsschritt wird die bereits vorhandene Kiesschüttung im Brunnenringraum, dem Bereich zwischen Bohrrohr und Bohrlochwand, von der Oberkante des Geländes bis etwa zur Unterkante der vorgesehenen Abdichtschicht entfernt. Demnach ist also die Unterkante der vorgesehen Abdichtschicht über den gesamten Querschnitt der Brunnenbohrung geschaf fen.

Anschließend wird auf den gesamten Brunnenquerschnitt im Bereich auf der Unterkante der vorgesehenen Abdichtschicht eine horizontale Absperrschicht mit mindestens einem geeignetem ersten Abdichtungsmaterial eingebracht. Der Brunnen ist also über den gesamten Bohrlochquerschnitt abgedichtet. Mit diesem ersten Arbeitsschritt wird das Absinken des später einzubringen den zweiten Abdichtungsmaterials, das typischerweise eine flüssige Zement masse ist, verhindert.

Als nächster Arbeitsschritt wird ein Einschubrohr von oben in das vorhande ne Brunnenrohr eingeführt, bis das Ende des Einschubrohres in das Abdich tungsmaterial der im vorherigen Arbeitsschritt geschaffenen Abdichtschicht eingedrückt wird. Sodann wird in den nach oben freien Brunnenringraum ein zweites Abdichtungsmaterial bis zur Absperrtiefe bzw. bis zur Abdichtschicht eingebracht und bis über die gesamte Länge des Einschubrohres hinaus auf gefüllt.

Das zweite Abdichtungsmaterial reicht schließlich fast bis zur Oberkante des Geländes und überlappt mit der an der Oberkante des Geländes eventuell be reits vorhandenen, darumliegenden Absperrung.

Im nächsten Verfahrensschritt wird nach dem Aushärten der Abdichtschicht diese innerhalb des Einschubrohres durchbohrt. Als letzter Verfahrensschritt wird das am Anfang eingebrachte Schüttgut im Brunnenrohr entfernt.

Damit kann der Brunnen mit dem Wasser des unteren Grundwasserstock werkes weiterbetrieben werden, ohne von dem Wasser des oberen Grund wasserstockwerks verunreinigt zu werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Abdichtverfahren des Brunnens ist durch einen geringen Geräteaufwand sowie eine schnelle Bauzeit eine kostengünstige Lö sung im Vergleich zum Komplettrückbau des Brunnens geschaffen worden. Dabei können sämtliche vorhandene Schachtinstallationen wieder verwendet werden.

Das in das Brunnenrohr eingebrachte Schüttgut kann Sand- und/oder Kies material sein. Vorzugsweise wird sauberes, desinfiziertes Sand- und/oder Kiesmaterial verwendet.

Vorteilhafterweise ist die Abdichtschicht in der unteren Hälfte, vorzugsweise im unteren Drittel der natürlichen Trennschicht vorgesehen. Dadurch wird die Trennschicht in einem relativ großen Bereich ihrer Dicke wieder versie gelt, so daß eine erneute Leckbildung ausgeschlossen ist.

Als erstes Abdichtungsmaterial für die horizontale Abdichtschicht kann zu nächst eine Sandschicht und eine daraufliegende Tonschicht eingebracht werden. Die Sandschicht verhindert das Durchsicken des eingebrachten Tonmaterials bis zu dessen Aushärtung.

Wird das Einschubrohr in das vorhandene Brunnenrohr eingeführt, so wird es vorzugsweise einige Zentimeter in die vorhandene Tonabdichtung einge drückt. Nach Aushärten der Tonschicht ist damit das Einschubrohr sicher in der horizontalen Abdichtschicht fixiert, was vor allem für eine dichte Absper rung nach unten sowie für die Stabilisierung des Einschubrohres bei Einfüllen des zweiten Abdichtungsmaterials von Bedeutung ist.

Das Auffüllen des Brunnenringraumes mit dem zweiten Abdichtungsmaterial bis zur Abdichtschicht erfolgt vorzugsweise mittels Druckinjektion, damit das zweite Abdichtungsmaterial das bereits vorhandene Brunnenrohr durch die Filterschlitze durchdringt und sich somit außen an die Oberfläche des Einschubrohres anlegt. Außerdem verhindert die Druckinjektion die Bildung von Blasen oder Lunkern, die möglicherweise wiederum zu Leckbildung füh ren können. Schließlich kann das zweite Abdichtungsmaterial durch die Druckinjektion relativ schnell und zuverlässig dicht eingebracht werden.

Als zweites Abdichtungsmaterial kann eine Zement- und/oder Tonmischung verwendet werden, die wasserundurchlässig ist. Es können auch andere Ma terialien oder Mischungen vorgesehen werden, die für eine ausreichende Abdichtung innerhalb der Trennschicht sorgen.

Das Einschubrohr kann aus Metall, insbesondere-aus nichtrostendem Stahl, bestehen. Der Einsatz eines nichtrostenden Stahls garantiert einen zuverlässi gen Korrosionsschutz gegenüber Wasser.

Das Einschubrohr kann auch aus Kunststoff, insbesondere aus PVC, beste hen und stellt damit eine kostengünstigere Lösung gegenüber nichtrostendem Stahl dar.

Ergänzend sei noch erwähnt, daß als mögliche Verfahrensvariante das Ein schubrohr auch um das bereits vorhandene Brunnenrohr herumgelegt, d. h. über dieses geschoben werden kann. Demnach wäre es ausreichend, die hori zontale Abdichtschicht nur außerhalb des Brunnenrohres anzulegen, so daß auch auf die Sand- und/oder Kiesfüllung innerhalb des Brunnenrohres bis zur Unterkante der vorgesehenen Abdichtschicht verzichtet werden kann. Das zweite Abdichtungsmaterial würde in diesem Fall das Einschubrohr einfach einbetten. Die letzten beiden Verfahrensschritte, nämlich das Durchbohren des ersten Abdichtungsmaterials sowie das Entfernen des Sand- und/oder Kiesmaterials im Brunnenrohr würden demnach entfallen.

Die Erfindung ist anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bereits vorhandene Brunnenboh rung sowie der Grundwasserstockwerke;

Fig. 2-7 jeweils einen Arbeitsschritt des Verfahrensablaufs bei ei nem Schnitt durch die Brunnenbohrung sowie der Grund wasserstockwerke.

Zunächst wird auf die Zeichnungsfigur 1 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt eine bereits vorhandene Brunnenbohrung 1, die durch zwei Grundwasserstock werke (erstes und zweites GW-Stockwerk) verläuft und dabei durch eine wasserdichte, zwischen den Grundwasserstockwerken liegende Trennschicht hindurchführt. Die Brunnenbohrung 1 besteht aus einem Brunnenrohr 2 so wie einer Kiesfüllung 3 zwischen Brunnenrohr 2 und Bohrlochwand 4, dem Brunnenringraum 5. Das Brunnenrohr 2 weist Filterschlitze 6 auf. Eine bis zur Oberkante des Geländes vorhandene Absperrung 7 verbreitert den Durchmesser der Brunnenbohrung im oberen Abschnitt.

Üblicherweise ist das erste Grundwasserstockwerk aufgrund von chemischen oder organischen Verschmutzungen von geringerer Qualität als das darunter liegende zweite Grundwasserstockwerk. Aufgrund der wasserdurchlässigen Kiesfüllung 3 im Brunnenringraum 5 ist ein Leck entstanden, so daß das Wasser entsprechend den eingezeichneten Pfeilen vom oberen Grundwasser stockwerk in das untere Grundwasserstockwerk oder umgekehrt - je nach den vorhandenen Druckverhältnissen - fließen kann. Die Folge ist eine Ver schmutzung des ursprünglich sauberen Grundwasserstockwerks. Eine derar tige Brunnenbohrung kann etwa 120 m tief sein.

In den Fig. 2-7 sind die einzelnen Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zunächst wird das bereits vorhandene Brunnenrohr 2 bis etwa zur Unterkante 8 der vorgesehenen Abdichtschicht 9, die innerhalb der Trennschicht liegt, mit sauberen, desinfizierten Sand- und/oder Kiesma terial 10 aufgefüllt (vgl. Fig. 2). Die vorgesehene Abdichtschicht 9 liegt im unteren Drittel der Trennschicht, um einen möglichst großen Bereich der ur sprünglichen Trennschicht wieder abzudichten.

Anschließend wird die Kiesfüllung 3 im Brunnenringraum 5 von der Ober kante des Geländes bis zur Unterkante 8 der vorgesehenen Abdichtschicht 9 mittels geeigneter Werkzeuge entfernt (vgl. Fig. 3). Demnach ist also die Unterkante 8 der vorgesehenen Abdichtschicht 9 über den gesamten Quer schnitt der Brunnenbohrung 1 festgelegt.

Anschließend wird - wie in Fig. 4 dargestellt - eine Sandschicht 11 auf den Bereich der Unterkante 8 sowie eine daraufliegende Tonschicht 12 einge bracht. Sand- 11 und Tonschicht 12 bilden zusammen die Abdichtschicht 9. Die Sandschicht 11 verhindert ein Eindringen des noch nicht ausgehärteten, daraufliegenden Tonmaterials. Die Abdichtschicht 9 ist über den gesamten Brunnenquerschnitt, d. h. sowohl innerhalb als auch außerhalb des Brunnen rohres 2 vorgesehen. Dieser Arbeitsschritt dient vor allem der Verhinderung eines Absinkens der später in den Brunnenringraum 5 einzubringenden, flüs sigen Zementmasse.

Im nächsten Arbeitsschritt (vgl. Fig. 5) wird ein Einschubrohr 13 in das Brunnenrohr 2 soweit eingeführt, bis das Ende des Einschubrohres 13 in die Tonschicht 12 eingedrückt wird. Das Einschubrohr 13 besteht vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl oder auch aus steifem Kunststoffmaterial, insbe sondere aus PVC.

Vorzugsweise mittels Druckinjektion wird im nächsten Verfahrensschritt (vgl. Fig. 6) eine Ton-Zement-Mischung 14 in den freien Brunnenringraum 5 eingebracht. Die eingebrachte Ton-Zement-Mischung 14 umschließt die ge samte Länge des Einschubrohres 13 und überlappt mit der bereits am Anfang vorhandenen Absperrung 7. Durch die Druckinjektion kann die Ton-Zement- Mischung 14 rasch eingebracht werden, wobei eine hohe Dichte bei geringer Durchlässigkeit erreicht wird. Schließlich wird nach dem Aushärten der Ton- Zement-Mischung 14 die Tonplombe innerhalb des Brunnenrohres 2 durch bohrt und das anfänglich eingebrachte Sand- und/oder Kiesmaterial 10 ent fernt (vgl. Fig. 7).

Durch dieses Verfahren kann nun der Brunnen mit dem sauberen Wasser des unteren Grundwasserstockwerks weiterbetrieben werden.

Bezugszeichenliste

1

Brunnenbohrung

2

Brunnenrohr

3

Kiesfüllung

4

Bohrlochwand

5

Brunnenringraum

6

Filterschlitze

7

Absperrung

8

Unterkante

9

Abdichtschicht

10

Sand- und/oder Kiesmaterial

11

Sandschicht

12

Tonschicht

13

Einschubrohr

14

Ton-Zement-Mischung

Claims

1. Verfahren zur Abdichtung einer Brunnenbohrung, die durch minde stens zwei Grundwasserstockwerke verläuft und dabei durch minde stens eine ursprünglich wasserdichte, zwischen den Grundwasser stockwerken liegende Trennschicht hindurchführt, wobei die Brunnen bohrung ein Brunnenrohr sowie eine den Brunnenringraum ausfüllende Kiesfüllung zwischen Brunnenrohr und Bohrlochwand umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Auffüllen des Brunnenrohres mit einem Schüttgut bis etwa zur Unterkante der vorgesehenen Abdichtschicht, die innerhalb der Trennschicht liegt;
b) Entfernen der Kiesfüllung im Brunnenringraum bis etwa zur Un terkante der vorgesehenen Abdichtschicht;
c) Abdichtung des gesamten Brunnenquerschnitts im Bereich auf oder über der Unterkante der vorgesehenen Abdichtschicht mit mindestens einem geeigneten ersten Abdichtungsmaterial;
d) Einführen eines Einschubrohres in das Brunnenrohr, bis das Ende des Einschubrohres in das Abdichtungsmaterial eingedrückt wird,
e) Auffüllen des Brunnenringraumes mit einem zweiten Abdich tungsmaterial bis über die gesamte Länge des Einschubrohres;
f) Durchbohren des ersten Abdichtungsmaterials innerhalb des Ein schubrohres;
g) Entfernen des Schüttgutes im Brunnenrohr.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut Sand- und/oder Kiesmaterial ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtschicht in der unteren Hälfte, vorzugsweise im unteren Drittel der Trennschicht vorgesehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens erste Abdichtungsmaterial schichtweise aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Abdichtungsmaterial eine Sandschicht und eine daraufliegen de Tonschicht eingebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonschicht aus Quellton besteht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Einschubrohres bis in die Tonschicht eingedrückt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffüllen des Brunnenringraumes mit dem zweiten Abdichtungs material mittels Druckinjektion erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abdichtungsmaterial ein aushärtendes Material ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abdichtungsmaterial eine Zement- und/oder Tonmischung ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Abdichtungsmaterial das vorhandene Brunnenrohr durch dessen Filterschlitze durchdringt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubrohr aus Metall, insbesondere aus nichtrostendem Stahl, besteht.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubrohr aus Kunststoffe insbesondere aus PVC besteht.