DE3718480C1 - Bohrvorrichtung fuer ein Hochdruck-Injektions-Bohrverfahren - Google Patents
Bohrvorrichtung fuer ein Hochdruck-Injektions-BohrverfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für ein Hoch
druck-Injektions-Verfahren mit einem ersten Bohrantrieb
und mit einem Kanalgestänge, welches mindestens eine In
jektionsdüse zum Austritt einer Hochdruck-Suspension und
an ihrem Ende einen Bohrkopf aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Bohrverfahren unter Ver
wendung dieser Bohrvorrichtung.
Hochdruck-Injektions-Verfahren werden im Tiefbau zu Her
stellung von Stütz- und Dichtwänden im Erdreich, Unter
fangungskörpern oder plattenförmigen Körpern für Sohl
dichtungen verwendet. Hierbei wird vornehmlich unter Außen
spülung eine an einem Gestänge angebrachte Bohrkrone ein
gebracht. Nach Erreichen der Endteufe wird über eine im
unteren Teil des Bohrgestänges befindliche, horizontal
ausgerichtete Düse unter Hochdruck eine Betonit-Zement-
Suspension in das Erdreich injiziert. Durch Drehen des
Bohrgestänges ist es beim Zurückziehen möglich, säulenför
mige Injektionskörper herzustellen, deren Größe und Festig
keit durch die Wahl von Ziehgeschwindigkeit, Pumpdruck
und Düsendurchmesser festgelegt wird. Durch Verbindung von
mehreren Säulen erhält man die wand- und plattenförmigen
Injektionskörper.
Obwohl derartige Hochdruck-Injektions-Verfahren, die auch
als HDI-Verfahren bezeichnet werden, in den meisten Fällen
erfolgreich eingesetzt werden, kann die relativ schlechte
Zielgenauigkeit der Bohrungen als nachteilig bezeichnet wer
den.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohr
vorrichtung sowie ein Bohrverfahren der eingangs ge
nannten Art anzugegen, mit welchen die Zielgenauigkeit
der Bohrungen verbessert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß um das Kanalge
stänge ein separates Außenrohr mit einer separaten Bohr
krone und mit einem unabhängigen zweiten Bohrantrieb längs
verschieblich angeordnet ist. Verfahrensmäßig wird die Auf
gabe mit Hilfe dieser Bohrvorrichtung durch folgende Ver
fahrensschritte gelöst:
- a) gleichzeitiges Abbohren des Kanalgestänges und des Außen rohres,
- b) Einleiten eines Spülmediums als Bohrhilfe für das Außen rohr,
- c) nach Erreichen der Endteufe Anordnen der Injektions düse vor der Bohrkrone des Außenrohres und anschließend
- d) gleichzeitiges Zurückziehen des Außenrohres und des Kanalgestänges unter Injektion der Hochdruck-Suspension.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Abbohren des Kanal
gestänges durch die Bohrhilfe des Außenrohres erleichtert
wird. Die Führung des Außenrohres gewährleistet ein ziel
genaueres Abteufen. Insbesondere bei horizontalem Vortrieb
kann einem Abweichen des Kanalgestänges von der vorgege
benen Vortriebsrichtung wirksam begegnet werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Bohrvorrichtung besteht
darin, daß das Außenrohr doppelwandig zur Bildung eines
Zuführkanals für das Spülmedium ausgeführt ist, der im
Bereich der Bohrkrone mit Austrittsöffnungen versehen ist.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, daß zwischen dem
Außenrohr und dem Kanalgestänge ein Ringraum vorhanden ist.
Über diesen Zwischenraum kann überschüssige Injektions-Sus
pension ungehindert nach oben entweichen. Somit wird ver
mieden, daß unkontrolliert austretende Injektions-Suspen
sion Hebungen im Boden verursacht. Außerdem besteht keine
Gefahr von Verstopfungen, die ansonsten bei einem Einfal
len der Bohrlochwand auftreten könnten. Da der Abstand
zwischen dem Außenrohr und dem Kanalgestänge frei wählbar
ist, kann durch entsprechende Wahl des Außenrohrdurchmessers
eine optimale Anpassung an den Bohrgrund vorgenommen werden.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen daß das Kanalgestänge
eine Zuführung für weiteres Spülmedium für den Bohrkopf um
faßt. Das Bohrverfahren wird bevorzugt dadurch weitergebil
det, daß das Außenrohr und das Kanalgestänge bezüglich
ihrer Drehrichtung und/oder ihrer Drehzahl unabhängig von
einander rotierbar sind.
Ferner kann es von Vorteil sein, daß der Vortrieb des Ka
nalsgestänges und des Außenrohrs unabhängig voneinander
sind.
Durch diese Maßnahmen ist eine optimale Anpassung an die je
weilige Geologie sowohl beim Abbohren als auch beim Ziehen
durchführbar. Der Bohrfortschritt des Außenrohres und des
Kanalgestänges kann unabhängig voneinander gewählt werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Un
teransprüchen beschrieben. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in
Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Bohrloch
während des Abbohrens einer Bohrvorrichtung
Fig. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch das Bohrloch ge
mäß Fig. 1 während des Ziehens der Bohrvorrichtung, und
Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch die Bohrvorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Bohrwerkzeug und das dazugehörige Ge
stänge während einer Bohrphase veranschaulicht. Das Bohr
werkzeug besteht aus einem doppelwandigen Außenrohr 1 mit
einer endseitigen Bohrkrone 2. Im Inneren des Außenrohres 1
ist koaxial ein separates, unabhängiges Kanalgestänge 3 mit
einem Bohrkopf 4 angeordnet. Aus Gründen einer übersicht
lichen Darstellung ist nicht gezeigt, daß sowohl das Außen
rohr 1 als auch das Kanalgestänge 3 jeweils mit einem
separaten Bohrantrieb versehen sind, die oberhalb des Erd
reichs beispielsweise auf einer Lafette montiert sein können.
Während der in der Fig. 1 gezeigten Bohrphase wird das
Außenrohr 1 und das Gestänge 3 gleichzeitig abgebohrt, wo
bei die Drehrichtungen gegenphasig sein können, wie die
Drehrichtungspfeile 6 andeuten. Ebenso ist es möglich, auf
grund der beiden unabhängigen Bohrantriebe unterschiedliche
Drehzahlen vorzusehen. Die Wahl der Drehrichtungen und der
Drehzahlen wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des
Erdreichs 5 im Hinblick auf einen optimalen Vortrieb ge
wählt. Durch einen Zuführkanal 7, der zwischen der Außen
wand 8 und der Innenwand 9 des Außenrohres gebildet ist,
wird ein Spülmedium, beispielsweise Bentonit-Suspension,
als Bohrhilfe für das Außenrohr eingeleitet. Die dazu er
forderlichen Pumpeinrichtungen und Vorratsbehälter sind an
der Erdoberfläche installiert. Das Spülmedium gelangt im
Bereich der Bohrkrone 2 über Austrittsöffnungen 10, die
über den Umfang des Außenrohres 1 verteilt sind, in das
von der Bohrkrone 2 beaufschlagte Erdreich. Das austretende
Spülmedium ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 11 verse
hen. Der Bohrgrund wird ferner mit Hilfe des Bohrkopfes 4
bearbeitet. Auch der Bohrkopf 4 ist mit Austrittsöffnungen
(nicht dargestellt) für weiteres Spülmedium versehen, wel
ches im Inneren des Kanalgestänges 3 zugeführt wird. Es
entfaltet seine Wirkung im Bereich 13 vor dem Bohrkopf 4.
In der Fig. 1 ist eine Konfiguration dargestellt, bei wel
cher das Außenrohr 1 dem Kanalgestänge 3 vorauseilt. In
Abhängigkeit von der jeweiligen Geologie kann es aber glei
chermaßen zweckmäßig sein, das Kanalgestänge 3 vor dem
Außenrohr 1 oder auf gleicher Höhe des Außenrohrs 1 zu
führen.
Im unteren Bereich weist das Gestänge 3 mindestens eine
Injektionsdüse 12 auf, die im wesentlichen horizontal aus
gerichtet ist. Sie ist im Inneren des Kanalgestänges 3
über eine Zuleitung (nicht dargestellt) mit einer Hoch
druckpumpe an der Erdoberfläche verbunden, über welche
eine Hochdruck-Suspension eingeleitet wird, wie die
nachfolgende Beschreibung erläutert.
Nach Erreichen der Endteufe wird das Gestänge 3 in eine
Stellung gebracht, in welcher die Injektionsdüse 12 oder
gegebenenfalls mehrere derartiger Injektionsdüsen vor der
Bohrkrone 2 stehen. Diese Stellung veranschaulicht Fig.
2. Anschließend wird die Hochdruck-Suspension 14 in das
Erdreich 5 injiziert, wobei durch Drehen und Ziehen des
Bohrgestänges 3 ein zylinderförmiger Injektionskörper 15
erzeugt wird.
Gleichzeitig mit dem Kanalgestänge 3 wird auch das Außenrohr
1 zurückgezogen. Überschüssige Injektions-Suspension, die
nicht mehr in das Erdreich 5 eindringen kann, tritt über
eine Ringraum 16 zwischen dem Außenrohr 1 und dem Kanal
gestänge 3 nach oben an die Erdoberfläche aus.
In Fig. 3 ist das Außenrohr 1 und das Kanalgestänge 3 teil
weise im Längsschnitt entlang der Längsmittellinie 17 darge
stellt. Es wird ersichtlich, daß das Kanalgestänge 3 aus
zwei koaxialen Rohren besteht, wobei das äußere Kanalrohr mit
dem Bezugszeichen 18, das innere Kanalrohr mit dem Bezugszei
chen 20 versehen sind. Über das innere Kanalrohr 20 wird die
Suspension an die Injektionsdüse 12 geleitet.
Eine Spülleitung 21, die durch den Rohrraum zwischen dem
äußeren Kanalrohr 18 und dem inneren Kanalrohr 20 gebildet
wird, dient zur Versorgung mit dem weiteren Spülmedium für
das bevorzugt Wasser verwendet wird.
Wie die Fig. 3 veranschaulicht kann dieses weitere Spül
medium auch zum Ausspülen des Ringraums 16 verwendet wer
den. Zu diesem Zweck ist das äußere Kanalrohr 18 mit min
destens einer Spüldüse 22 versehen welche einen Flüssig
keitsstrahl von unten nach oben lenkt. Durch diese Maßnahme
wird ein kontinuierlicher Rückfluß im Ringraum 16 sicherge
stellt, und ein Verstopfen oder teilweises Verengen des
Ringraums 16 verhindert.
Das austretende weitere Spülmedium fließt nach oben in Rich
tung auf die Erdoberfläche und unterstützt den Transport des
Bohrguts, das von der Bohrkrone 2 und dem Bohrkopf 4 (Fig. 1)
unter dem zusätzlichen Einfluß von Spülmedium gelöst wurde.
Es verhindert daß sich dieses Bohrgut im Ringraum 16 zusammen
setzt oder verklumpt.
Grundsätzlich kann es ausreichend sein daß eine einzige
Spüldüse 22 vorhanden ist. Werden mehrere derartiger Spül
düsen entlang des Umfangs des äußeren Kanalrohrs 18 ver
teilt, so kann der kontinuierliche Bohrguttransport an
die Erdoberfläche weiter verbessert werden. Insbesondere
bei längeren Kanalgestängen 3 wird die Spülung des Ring
raums 16 unterstützt wenn Spüldüsen vertikal übereinander
entlang des Kanalgestänges 3 angeordnet sind.
Da eine Verstopfung oder Verengung des Ringraums 16 nicht
nur beim Abbohren eintreten kann, wird die Spüldüse 22
gleichermaßen beim Rückziehen der Bohrvorrichtung wie es
im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben ist, betätigt.
In dieser Phase wird überschüssige Hochdruck-Suspension
nach oben abgeführt.
Claims (13)
1. Bohrvorrichtung für Hochdruckinjektionsverfahren mit
einem ersten Bohrantrieb und mit einem Kanalge
stänge, welches mindestens eine Injektionsdüse zum
Austritt einer Hochdruck-Suspension und an ihrem Ende
einen Bohrkopf aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß um das Kanalgestänge
(3) ein separates Außenrohr (1) mit einer separaten Bohr
krone (2) und mit einem unabhängigen zweiten Bohrantrieb
längsverschieblich angeordnet ist.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (1)
doppelwandig zur Bildung eines Zuführkanals (7) für
Spülmedium (11) ausgeführt ist, der im Bereich der
Bohrkrone (2) mit Austrittsöffnungen (10) versehen ist.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außen
rohr (1) und dem Kanalgestänge (3) ein Ringraum (16) vor
handen ist.
4. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalgestänge (3)
eine Spülleitung für ein weiteres Spülmedium für den Bohr
kopf (4) umfaßt.
5. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet
daß das Kanalgestänge (3) mindestens eine in den Ring
raum (16) austretende und in Vortriebsrichtung hinter der
Injektionsdüse (12) angeordnete Spüldüse (22) aufweist.
6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spüldüse (22) vom bohrkopfseitigen Ende wegge
richtet ist.
7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Spüldüsen (22) über den Umfang des Kanalge
stänges (3) verteilt sind.
8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Spüldüsen (22) über die Länge des Kanalge
stänges (3) verteilt sind.
9. Bohrverfahren unter Verwendung der Bohrvorrichtung nach
Anspruch 1,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrens
schritte:
- a) gleichzeitiges Abbohren des Kanalgestänges (3) und des Außenrohres (1),
- b) Einleiten eines Spülmediums (11) als Bohrhilfe für das Außenrohr (1),
- c) nach Erreichen der Endteufe Anordnen der Injektions düse (12) vor der Bohrkrone (2) des Außenrohres und anschließend
- d) gleichzeitiges Zurückziehen des Außenrohres (1) und des Kanalgestänges (3) unter Injektion der Hochdruck- Suspension (14).
10. Bohrverfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Außenrohr (1) und das Kanalgestänge (3) mit
unterschiedlicher Drehrichtung bewegt werden.
11. Bohrverfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Außenrohr (1) und das Kanalgestänge (3) mit
unterschiedlicher Drehzahl bewegt werden.
12. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Außenrohr (1) und das Kanalgestänge (3)
mit unterschiedlichem Vortrieb abgeteuft werden.
13. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Abteufens und/oder Zurückziehens über
eine Spüldüse (22) weiteres Spülmedium in den Ringraum
(16) zur Spülung des Ringraums (16) eingeleitet wird.
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