EP2080836A2 - Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP2080836A2
EP2080836A2 EP09000653A EP09000653A EP2080836A2 EP 2080836 A2 EP2080836 A2 EP 2080836A2 EP 09000653 A EP09000653 A EP 09000653A EP 09000653 A EP09000653 A EP 09000653A EP 2080836 A2 EP2080836 A2 EP 2080836A2
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EP
European Patent Office
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injection
pipe
drill bit
drill
injection tube
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EP09000653A
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EP2080836A3 (de
EP2080836B1 (de
Inventor
Walter Münch
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DMI Injektionstechnik GmbH
Original Assignee
DMI Injektionstechnik GmbH
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Application filed by DMI Injektionstechnik GmbH filed Critical DMI Injektionstechnik GmbH
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Publication of EP2080836A3 publication Critical patent/EP2080836A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/76—Anchorings for bulkheads or sections thereof in as much as specially adapted therefor
    • 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
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil

Definitions

  • the invention relates to a method for consolidating bottom sections, in particular for lifting injections, wherein starting from spaced bores in connection with the introduction of injection media, a lifting injection, soil consolidation, fracture injection or Pipe screen injection, thereby first bores introduced into the soil and then via a multi-injectable injection tube an injection medium is pressed.
  • injection pipes that can be injected several times can be drilled under the building. It is extremely important to avoid subsidence that no soil is withdrawn when drilling in the multi-compressible sleeve pipes.
  • the soil is pre-tempered with a hardening injection medium. Thereafter, the injection tubes are rinsed. If settling occurs during or after the tunneling, it is pressed again through the cuff pipes in order to raise the buildings again.
  • a tunnel safety during propulsion can be produced by means of an injection tube screen, starting from the spaced bores in conjunction with a body formation taking place through an injection medium, creating a contiguous floor structure, initially introducing bores into the soil and subsequently by way of a multiple-compression process Injection tube an injection medium is pressed to form a body which overlaps with the body of the adjacent bore.
  • the method is also applicable to fracture and Sohlinjetationen. Soil injections are u. a. necessary to clear the ground, z. B. to improve higher loads, seal the soil or fractures in the rock, buildings, such. B. in underrunning with tunneling to lift again, to raise existing structures or to secure by an underpinning, disturbed mountain areas with z. As to consolidate pipe umbrellas for securing tunnel drives, or to create Baugrubenumsch spasch spamped and excavation soles.
  • the invention relates to an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • Such a method which is used for soils without pressurized water, is well known.
  • the drilling of the hole is done in the overlay drilling method by an external drill pipe and an inner drill pipe are drilled with a double turret to the desired depth.
  • the outer drill string includes a ring bit, while the inner drill string has a full drill bit that fits into the outer drill string.
  • the inner bit is rebuilt with the réellebohrgestCode after reaching the final depth, introduced a filling hose into the hole and this example, filled with a consisting of one of the cement suspension, acting as a jacket mixture binder. Due to the required large diameter drill, the soil can not be displaced, but must be carried away between the outer drill pipe and the inner drill pipe.
  • a preventer with flat slide (seal, non-return valve) is mounted in a wall (bored pile, slot or sheet pile wall), so that no ground can be discharged next to the outer drill pipe due to the impending external water pressure.
  • an external drill string and an inner drill string are drilled to the desired depth with a double turret.
  • the drill bit has a tapered sealing flange that is pulled into the conical shaped beginner tube of the outer drill string to avoid bottom pull during drilling. If the soil can no longer be displaced during drilling, the drill bit is pushed forward with the inner drill pipe to open the soil compacted in front of the drill bit, thus opening the annular gap between the drill bit of the inner drill pipe and the beginner pipe. The soil is then removed in the annular gap between the inner drill pipe and the outer drill pipe via an ejector bell or a relief valve on the preventer. However, this can not be controlled due to the external water pressure. If the drilling progress returns due to the soil removal, the drill bit is positioned again in the sealing cone of the beginner's tube.
  • the inner drill pipe is pulled out of the drill bit (lost drill bit), a multiply compressible injection pipe (sleeve pipe) is installed in its place and the subsequent installation of the outer drill pipe simultaneously realizes the installation of the casing mixture, which encloses the injection pipe and seal causes the hole and ensures that the individual stages (cuffs) of the injection tube have no connection with each other.
  • the outer drill pipe thus serves at times as a protective tube for the injection pipe (sleeve tube).
  • the annular gap between, for example, the diaphragm wall and the injection pipe must be sealed.
  • the closure of the wellbore mouth with sealing mortar or an end seal and the actual, the soil consolidation serving introduction of the injection medium carried out using a packer / twin packer on the designed as a rubber cuffs valves of the injection tube.
  • a disadvantage of this procedure is that stones can jam between the sealing surfaces, so that the advanced drill bit can not be resumed sealingly on the beginner tube. In this case, then takes place again a constant, subsidence after pulling soil withdrawal. If the soil (mountains), for example, gaps or cavities, the drill bit from the KlinkverBank the mecanicbohrgestfites can solve and fall off. Then the outer drill pipe is completely open and as soon as the turret is unscrewed from the outer drill pipe at the borehole mouth, the soil is penetrated by the whole cross section of the drill pipe External drill pipe removed. The hole must then be pressed and abandoned to avoid major damage.
  • the annular gap between, for example, the diaphragm wall and the injection pipe must also be temporarily sealed before the final sealing of the drill hole to prevent soil removal. This is time-consuming and costly and not always successful, so that it often comes to bottom withdrawal and resulting subsidence. Ultimately, a correspondingly powerful and large drilling rig is needed for the large diameter drill.
  • the installation of the injection tube (sleeve tube) fully secured and made by ensuring the position assurance for the injection tube targeted introduction of the injection medium in the soil and drilling under tight spatial conditions (in the area of tunnel boring machines, in tubes and basements or similar) can be ensured.
  • the advantages of the invention are that it can be dispensed with the installation of a separate injection tube and a required protective tube for the injection tube, since that outer drill pipe includes the beginner tube, which is firmly connected to the drill bit and at the same time designed as an injection tube and after reaching the End depth when drilling in the ground as a lost drill and injection tube remains or can be dismantled. It can be used immediately, only the inner rod has to be dismantled. Due to the small diameter of the outer drill pipe, where a self-contained protection pipe for the injection pipe is not required, drilling can be carried out in the displacement process and soil removal and resulting settlement can be avoided.
  • a method which effectively eliminates soil deprivation and associated settlements, manages with a low number of operations (2 instead of 5 steps) at low cost and short construction time, requires only a small, lower performing and cheaper drill, and labor under tight spatial conditions (eg in tunnels). In addition, lower construction site setup and storage costs can be realized.
  • the in the Fig. 1 and 2 shown device that is particularly advantageous when drilling against oppressive water use consists of individual to lengthen screwed together steel outer drill pipe 1, a coaxial with the outer drill pipe 1 provided inside linkage 2, wherein after Fig. 2 the first bottom-side outer drill pipe (beginner pipe) with a drill bit 3 by screwing or welding firmly connected and as a multi-compressible injection pipe (sleeve tube) 4 is executed.
  • This injection tube 4 is provided in its longitudinal extension by way of example with three spaced-apart recesses 5 and a plurality of radially extending therein in the injection tube 4 openings 6, over which sealingly each an elastic sleeve 7 is arranged.
  • the elastic sleeves 7 are embedded in the respective recess 5 on the injection tube 4 and outside partially covered by four fenders 8 so that advantageously formed by the fenders 8 around the elastic sleeves 7 diameter with the diameter of the injection pipe 4 / outer drill pipe 1 congruent is.
  • Fig. 3 are preferably in a recess 5 of the injection tube 4 four apertures 6 are arranged, which are opposite to each other in pairs and are positioned so that they are in the area under the elastic sleeve 7, which then not from the four, also pairwise opposite fenders 8 is covered.
  • the passages 6 act in conjunction with the associated elastic sleeve 7 as valves.
  • the extension pipe 1 'adjoining the outer drill pipe 1, which is designed as an injection pipe 4 can also be designed as valve-carrying injection pipes (not shown).
  • the drill bit 3 is injection tube side a bayonet closure 9 or a sleeve (not shown) for the coupling with the inner rod 2 and check valves 10 for the prevention of soil entry assigned.
  • Drilling into the ground is carried out with a drilling rig 11 ( Fig.1 ). Accordingly, the method for solidifying or pressing of soil sections elaborates such that when working against oppressive water 12 before drilling in the pre-potted wall 13 (bored pile, slot or sheet pile wall) a preventer 14 with flat slide (seal, non-return valve) is mounted ( Fig.
  • the drilling fluid to be flushed into the soil via the inner rod 2 in conjunction with the holes in the drill bit 3, so that no pressure on the elastic sleeves 7 of the injection tube 4 is applied.
  • the shell mixture 16 directly when drilling or after reaching the Endinbohrianae on the inner rod 2 and the drill bit 3 in the annular gap of the bore, which is formed by the cutout of the drill bit 3, bring.
  • the jacket mixture 16 can be pressed by means of pressurization on the cooperating with the elastic sleeve 7 openings 6 in the annular gap of the bore, which is formed by the cutout of the drill bit 3.
  • Preventer 14 and flat slide are removed and made the end seal 17 of the bore ( Fig. 6 ).
  • the compression of the binder used as injection medium 18, gels or resin solutions in the individual stages by means of a according Fig. 7 introduced into the injection tube 4
  • Packers 19, in particular a double packer Due to the sealing positioning of the double packer 19 on both sides of the respective elastic sleeve 7 and its taking place under pressure feeding of the injection medium 18 into the injection tube 4 this passes through the openings 6 and the then contrasting elastic sleeve 7 in the bottom 15 or the fractures in which it is thus pressed or a targeted uplift injection can be carried out.
  • Synthetic resins, cements, ultrafine cements, waterglasses or gels are used as injection media.
  • the sleeve 7 applies again to the injection tube 4 and seals the openings 6 from the outside. After the first compression, the injection tube 4 can then be cleaned and later re-pressed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigen von Bodenabschnitten, insbesondere für Hebungsinjektionen, wobei ausgehend von beabstandeten Bohrungen in Verbindung mit dem Einbringen von Injektionsmedien eine Hebungsinjektion, Bodenverfestigung, Kluftinjektion oder Rohrschirminjektion erfolgt, dabei zunächst Bohrungen in den Boden eingebracht und anschließend über ein mehrfach verpressbares Injektionsrohr ein Injektionsmedium eingepresst wird. Während es Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im Sinne einer Verfahrensoptimierung, insbesondere beim Bohren gegen drückendes Wasser, derartig weiterzubilden, dass bei Reduzierung der Anzahl von Arbeitsgängen, kleinem Bohrdurchmesser und leistungsschwächerem Bohrgerät, ohne aufwändigem Ausbau des Außenbohrgestänges vor der Injektion eine einen Bodenentzug und damit Setzungen vermeidende Arbeitweise ermöglicht wird, die Einbaubarkeit des Injektionsrohres (Manschettenrohres) uneingeschränkt abgesichert und durch die Gewährleistung der Lagesicherung für das Injektionsrohr eine gezielte Einbringung des Injektionsmediums im Boden vorgenommen sowie das Bohren auch unter engen räumlichen Verhältnissen (im Bereich von Tunnelvortriebsmaschinen; in Röhren und Kellern o. ä.) gewährleistet werden kann, wird diese bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass ein stählernes, selbst als mehrfach verpressbares Injektionsrohr (Manschettenrohr) (4) ausgestaltetes und bodenseitig mit einer Bohrkrone (3) ausgestattetes Außenbohrgestänge (1) direkt in den Boden (15) eingebohrt wird, eine Mantelmischung (16) direkt beim Bohren oder nach dem Erreichen der Endeinbohrtiefe über das Innengestänge (2) und die Bohrkrone (3) eingebracht, das Innengestänge (2) gezogen und anschließend das Verpressen des Injektionsmediums (18) in den einzelnen Stufen (elastische Manschetten in Längserstreckung des Injektionsrohres) mittels eines, in das Injektionsrohr (4) eingebauten Packers (19) vorgenommen wird, wobei das Injektionsrohr (4) im Boden (15) als verlorenes Bohr- und Injektionsrohr (4) mit Bohrkrone (3) verbleibt oder nach der Injektion zurückgebaut wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten, insbesondere für Hebungsinjektionen, wobei ausgehend von beabstandeten Bohrungen in Verbindung mit dem Einbringen von Injektionsmedien eine Hebungsinjektion, Bodenverfestigung, Kluftinjektion oder Rohrschirminjektion erfolgt, dabei zunächst Bohrungen in den Boden eingebracht und anschließend über ein mehrfach verpressbares Injektionsrohr ein Injektionsmedium eingepresst wird.
  • Bei Hebungsinjektionen müssen im Vorfeld, z.B. bei Unterfahrungen von Gebäuden mit einem Tunnel, mehrfach verpressbare Injektionsrohre (Manschettenrohre) unter dem Gebäude eingebohrt werden. Dabei ist es zur Vermeidung von Setzungen extrem wichtig, dass beim Einbohren der mehrfach verpressbaren Manschettenrohre kein Boden entzogen wird. Nach dem Einbringen der mehrfach verpressbaren Manschettenrohre wird der Boden mit einem erhärtenden Injektionsmedium vorvergütet. Danach werden die Injektionsrohre gespült. Stellen sich während oder nach dem Tunnelvortrieb Setzungen ein, wird durch die Manschettenrohre erneut verpresst, um die Gebäude wieder anzuheben. Des Weiteren kann mit dem Verfahren eine Tunnelsicherung beim Vortrieb mittels eines Injektionsrohrsschirmes hergestellt werden, wobei ausgehend von den beabstandeten Bohrungen in Verbindung mit einer durch ein Injektionsmedium erfolgende Körperbildung ein zusammenhängendes Bodentragwerk geschaffen wird, dabei zunächst Bohrungen in den Boden eingebracht und anschließend über ein mehrfach verpressbares Injektionsrohr ein Injektionsmedium zur Bildung eines Körpers eingepresst wird, der sich mit dem Körper der benachbarten Bohrung überschneidet. Außerdem ist das Verfahren auch für Kluft- und Sohlinjektionen anwendbar. Bodeninjektionen sind u. a. nötig, um den Baugrund, z. B. für höhere Belastungen zu verbessern, den Boden oder die Klüfte im Fels abzudichten, Bauwerke, z. B. bei Unterfahrungen mit Tunnelvortrieben wieder anzuheben, bestehende Bauwerke anzuheben oder durch eine Unterfangungsinjektion zu sichern, gestörte Gebirgszonen mit z. B. Rohrschirmen zur Sicherung von Tunnelvortrieben zu verfestigen, oder Baugrubenumschließungen und Baugrubensohlen zu erstellen.
  • Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein derartiges Verfahren, welches für Böden ohne drückendes Wasser Anwendung findet, ist allgemein bekannt. Dabei erfolgt das Abbohren der Bohrung im Überlagerungsbohrverfahren, indem ein Außenbohrgestänge und ein Innenbohrgestänge mit einem Doppeldrehkopf bis auf die gewünschte Tiefe abgebohrt werden. Das Außenbohrgestänge beinhaltet eine Ringbohrkrone, während das Innenbohrgestänge mit einer Vollbohrkrone ausgestattet ist, die in das Außenbohrgestänge passt. Die Innenbohrkrone wird mit dem Innenbohrgestänge nach Erreichen der Endtiefe zurückgebaut, ein Füllschlauch in die Bohrung eingeführt und diese beispielsweise mit einem aus einer der Zementsuspension bestehenden, als Mantelmischung wirkenden Bindemittel aufgefüllt. Auf Grund des erforderlichen großen Bohrdurchmessers kann der Boden nicht verdrängt werden, sondern muss zwischen Außenbohrgestänge und Innenbohrgestänge abgefördert werden. Dabei sollte nur der Boden ausgetragen werden, der dem Durchmesser der Bohrung entspricht. Dies ist jedoch schwer steuerbar, weil durch die unabdingbare Spülung der Bohrung leicht mehr Boden entzogen wird. Durch den großen Bodenentzug entstehen Setzungen. Außerdem wird für den großen Bohrdurchmesser ein entsprechend starkes und großes Bohrgerät benötigt. Nach dem Einbau der Mantelmischung wird in dieser ein mehrfach verpressbares Injektionsrohr (Manschettenrohr) aus Stahl oder PVC eingebaut, der Bohrlochmund verschlossen und das der Bodenverfestigung dienende Injektionsmedium mittels eines Packers über die als Gummimanschetten ausgestalteten Ventile des Injektionsrohres vorgenommen. Bei längeren Bohrungen werden mehrere Rohrschüsse zeitaufwendig miteinander verklebt oder verschraubt. Dabei besteht die Gefahr, dass der Kleber in das Rohr gelangt und es dann später bei der eigentlichen Injektion zu Problemen beim Einbau des Doppelpackers kommen kann. Ist der Einbau der Injektionsrohre abgeschlossen, so wird das Außenbohrgestänge gezogen. Auch hierbei kommt es zu Setzungen, weil der Raum des aus dem Boden gezogenen Außenbohrgestänges nicht verfüllt wird und dabei ein Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum wird allein mit Nachsackungen des umliegenden Bodens ausgefüllt.
  • Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, welches für Böden Anwendung findet, bei denen gegen drückendes Wasser gearbeitet werden muss. Vor dem Bohren wird in einer Wand (Bohrpfahl-, Schlitz- oder Spundwand) ein Preventer mit Flachschieber (Dichtung, Rückflussverhinderer) montiert, damit durch den anstehenden Außenwasserüberdruck kein Boden neben dem Außenbohrgestänge ausgetragen werden kann. Dann wird im Überlagerungsbohrverfahren ein Außenbohrgestänge und ein Innenbohrgestänge mit einem Doppeldrehkopf bis auf die gewünschte Tiefe abgebohrt. Damit durch den anstehenden Außenwasserüberdruck nicht ständig zwischen Innenbohrgestänge und Außenbohrgestänge ein Bodenaustrag erfolgt, ist auf dem Innenbohrgestänge eine Bohrkrone, die größer als das Außenbohrgestänge ist, mit einem Klinkverschluss montiert. Die Bohrkrone hat einen konischen Dichtflansch, der zum Vermeiden von Bodenentzug beim Bohren in das konische ausgestaltete Anfängerrohr des Außenbohrgestänges gezogen wird. Kann der Boden beim Bohren nicht mehr verdrängt werden, wird, um den vor der Bohrkrone verdichteten Boden auszutragen, die Bohrkrone mit dem Innenbohrgestänge nach vorn geschoben und damit der Ringspalt zwischen der Bohrkrone des Innenbohrgestänges und dem Anfängerrohr geöffnet. Der Boden wird dann im Ringspalt zwischen Innenbohrgestänge und Außenbohrgestänge über eine Auswurfglocke oder einen Entlastungshahn am Preventer entzogen. Dies kann jedoch auf Grund des Außenwasserüberdrucks nicht kontrolliert erfolgen. Stellt sich auf Grund des Bodenentzugs der Bohrfortschritt wieder ein, wird die Bohrkrone erneut im Dichtkonus des Anfängerrohres positioniert. Ist die erforderliche Bohrtiefe erreicht, wird das Innenbohrgestänge unter Aufgabe der Bohrkrone (verlorene Bohrkrone) gezogen, an dessen Stelle ein mehrfach verpressbares Injektionsrohr (Manschettenrohr) eingebaut und beim anschließenden Ziehen des Außenbohrgestänges gleichzeitig der Einbau der Mantelmischung realisiert, welche eine Ummantelung des Injektionsrohres und Abdichtung des Bohrloches bewirkt sowie sicherstellt, dass die einzelnen Stufen (Manschetten) des Injektionsrohres keine Verbindung miteinander haben. Das Außenbohrgestänge dient damit zeitweise als Schutzrohr für das Injektionsrohr (Manschettenrohr).
    Vor dem Ziehen des letzten Außenbohrgestänges aus der Dichtung (Preventer) muss der Ringspalt zwischen z.B. Schlitzwand und Injektionsrohr abgedichtet werden. Abschließend erfolgen der Verschluss des Bohrlochmundes mit Verschlussmörtel oder eine Enddichtung sowie die eigentliche, der Bodenverfestigung dienende Einbringung des Injektionsmediums unter Verwendung eines Packers/Doppelpackers über die als Gummimanschetten ausgestalteten Ventile des Injektionsrohres.
  • Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist es, dass sich Steine zwischen den Dichtflächen verklemmen können, so dass die vorgeschobene Bohrkrone nicht wieder dichtend am Anfängerrohr aufgenommen werden kann. In diesem Fall erfolgt dann wiederum ein ständiger, Senkungen nach sich ziehender Bodenentzug. Weist der Boden (Gebirge) beispielsweise Klüfte oder Hohlräume auf, kann sich die Bohrkrone aus dem Klinkverschluss des Innenbohrgestänges lösen und abfallen. Dann ist das Außenbohrgestänge komplett offen und sobald der Drehkopf am Bohrlochmund vom Außenbohrgestänge abgeschraubt wird, wird der Boden durch den ganzen Querschnitt des Außenbohrgestänges entzogen. Die Bohrung muss dann, um größere Schäden zu vermeiden, verpresst und aufgegeben werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Bohrkrone bei jedem Nachsetzen eines Verlängerungsrohrschusses (Aufsatzrohr) ausgeklinkt werden muss, und nach dem Aufsetzen des Verlängerungsrohres wieder eingefädelt werden muss. Dies ist nicht nur sehr zeitaufwendig, sondern es kommt dabei oft zu den o. g. Problemen beim Öffnen der Dichtung zwischen Anfängerrohr und Bohrkrone oder gar zum Bohrkronenverlust. Beim Ausbauen des Innenbohrgestänges ist es als nachteilig anzusehen, dass dann, wenn die Bohrkrone den Innenraum des Außenbohrgestänges nicht wirksam abdichtet, neben dem damit sich einstellenden Bodenentzug, auch der Innenraum des Außenbohrgestänges mit Boden gefüllt wird, so dass der nunmehr erforderliche Einbau des Injektionsrohres nicht stattfinden kann. Außerdem ist beim Ziehen des Außenbohrgestänges, welches auch als Schutzrohr für das Injektionsrohr wirkt, die Gefahr gegeben, dass das Manschettenrohr durch eindringenden Boden zwischen Manschettenrohr und Außenbohrgestänge verklemmt und mit dem Außenbohrgestänge mitgezogen wird, wodurch das Manschettenrohr entweder zerstört und unbrauchbar wird oder die sich anschließende, über die Ventile des Injektionsrohres vorzunehmende Einbringung des Injektionsmediums nicht in den vorgesehenen Bereichen des Bodens abgesichert werden kann. Dadurch wird eine wirksame Bodenverfestigung insgesamt in Frage gestellt. Nachteilig ist außerdem, dass bei nicht vollständiger Abdichtung der Bohrkrone die Mantelmischung ausgespült werden kann. Vor dem Ziehen des letzten Außenbohrgestänges aus dem Preventer muss außerdem zur Unterbindung von Bodenentzug der Ringspalt zwischen z.B. Schlitzwand und Injektionsrohr vor der Endabdichtung des Bohrlochmundes temporär abgedichtet werden. Dies ist zeit- und kostenaufwendig und nicht immer erfolgreich, so dass es dabei öfters zu Bodenentzug und daraus resultierenden Setzungen kommt. Letztlich wird für den großen Bohrdurchmesser ein entsprechend leistungsstarkes und großes Bohrgerät benötigt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im Sinne einer Verfahrensoptimierung, insbesondere beim Bohren gegen drückendes Wasser, derartig weiterzubilden, dass bei Reduzierung der Anzahl von Arbeitsgängen, kleinem Bohrdurchmesser und leistungsschwächerem Bohrgerät, ohne aufwändigem Ausbau des Außenbohrgestänges vor der Injektion eine einen Bodenentzug und damit Setzungen vermeidende Arbeitweise ermöglicht wird, die Einbaubarkeit des Injektionsrohres (Manschettenrohres) uneingeschränkt abgesichert und durch die Gewährleistung der Lagesicherung für das Injektionsrohr eine gezielte Einbringung des Injektionsmediums im Boden vorgenommen sowie das Bohren auch unter engen räumlichen Verhältnissen (im Bereich von Tunnelvortriebsmaschinen; in Röhren und Kellern o. ä.) gewährleistet werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei die zur Aufgabenlösung beitragende Vorrichtung aus dem Patentanspruch 6 hervorgeht.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass auf den Einbau eines separaten Injektionsrohres und ein erforderliches Schutzrohr für das Injektionsrohr verzichtet werden kann, da dass Außenbohrgestänge das Anfängerrohr beinhaltet, welches fest mit der Bohrkrone verbunden ist sowie gleichzeitig als Injektionsrohr ausgeführt ist und nach dem Erreichen der Endtiefe beim Bohren im Boden als verlorenes Bohr- und Injektionsrohr verbleibt oder auch zurückgebaut werden kann. Es kann sofort genutzt werden, lediglich das Innengestänge muss zurückgebaut werden. Durch den geringen Durchmesser des Außenbohrgestänges, bei dem ein eigenständiges Schutzrohr für das Injektionsrohr nicht erforderlich ist, kann im Verdrängungsverfahren gebohrt und ein Bodenentzug und daraus resultierende Setzungen vermieden werden.
    Bedingt durch die feste Verbindung von Anfängerrohr und Bohrkrone ist es beim Nachsetzen eines Verlängerungsrohrschusses (Aufsatzrohr) außerdem nicht mehr erforderlich, die Bohrkrone gegenüber dem Außenbohrgestänge auszuklinken und nach dem Aufsetzen des Verlängerungsrohres wieder einzuziehen, so dass ungewollter Bodenentzug wiederum verhindert, ein vorzeitiger Verlust der Bohrkrone und die damit einhergehende Aufgabe der Bohrung ausgeschlossen werden können. Durch die feste Verbindung von Anfängerrohr und Bohrkrone besteht beim Ausbau des Innengestänges nicht die Gefahr, dass die Bohrkrone den Innenraum des Außenbohrgestänges nur ungenügend abdichtet, dieser sich mit Boden füllt und ein Bodenentzug einsetzt. Zusätzlich wird die Ausspülungsgefahr der Mantelmischung unterbunden. Dadurch, dass das Außenbohrgestänge sowohl die Funktion eines Bohrgestänges als auch gleichzeitig eines Injektionsrohres übernimmt, kann bei der Erfindung auf den sonst erforderlichen Ausbau des Außenbohrgestänges vor der Injektion verzichtet werden. Damit sind einhergehende Setzungen zur Auffüllung des Raumes des Außenbohrgestänges unterbindbar und eine Hohlraumbildung, die sich dann mit Nachsackungen des umliegenden Bodens ausgefüllt, kann ausgeschlossen werden.
    In Abhängigkeit der Art der Bodenverfestigung (z.B. mit Gelen) besteht außerdem die Möglichkeit, das Injektionsrohr nach erfolgter Injektion wieder zurückzubauen und einer erneuter Verwendung zuzuführen. Damit geht eine erhebliche Kostenreduzierung einher und es verbleiben keine, spätere Baumaßnahmen beeinträchtigende Hindernisse im Boden.
  • Zusammenfassend wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das Bodenentzug und damit verbundene Setzungen wirksam unterbindet, mit einer geringen Anzahl an Arbeitschritten (2 anstelle von 5 Schritten) bei niedrigen Herstellungskosten und kurzer Bauzeit auskommt, lediglich ein kleines, leistungsschwächeres und billigeres Bohrgerät erfordert sowie die Arbeit unter engen räumlichen Verhältnissen (z. B. in Tunnel) ermöglicht. Außerdem können damit geringere Baustelleneinrichtungs- und Vorhaltekosten realisiert werden.
  • Vorteilhafte verfahrensmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 charakterisiert.
  • Bevorzugte vorrichtungstechnische Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen 7 bis 12 hervor.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.
    • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
    Fig. 2
    eine vergrößerte Schnittdarstellung des Injektionsrohres in der Seitenansicht
    Fig. 3
    eine Schnittdarstellung des Injektionsrohres entlang der Linie A - A der Fig. 2
    Fig. 4
    eine geschnittene Seitenansicht der bereits vorgekernten Wand (Bohrpfahl-, Schlitz- oder Spundwand), in der ein Preventer (Dichtung, Rückflussverhinderer) positioniert worden ist
    Fig. 5
    eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das einbohrfähige Injektionsrohr mit dem Innengestänge die Endeinbohrtiefe erreicht hat
    Fig. 6
    eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Innengestänge aus dem Injektionsrohr bereits entfernt worden ist
    Fig. 7
    eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in das Injektionsrohr ein Doppelpacker zum Verpressen des Bodens eingeführt worden ist
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung, die besonders vorteilhaft beim Bohren gegen drückendes Wasser Verwendung findet, besteht aus einzelnen zum Verlängern miteinander verschraubbaren stählernen Außenbohrgestängen 1, einem koaxial zum Außenbohrgestänge 1 vorgesehenen Innengestänge 2, wobei nach Fig. 2 das erste bodenseitige Außenbohrgestänge (Anfängerrohr) mit einer Bohrkrone 3 durch Aufschrauben oder Schweißen fest verbunden und als mehrfach verpressbares, Injektionsrohr (Manschettenrohr) 4 ausgeführt ist. Dieses Injektionsrohr 4 ist in seiner Längserstreckung beispielhaft mit drei beabstandeten Aussparungen 5 und mehreren sich darin radial im Injektionsrohr 4 erstreckenden Durchbrechungen 6 ausgestattet, über denen abdichtend jeweils eine elastische Manschette 7 angeordnet ist. Dabei sind die elastischen Manschetten 7 in die jeweilige Aussparung 5 am Injektionsrohr 4 eingelassen und außenseitig teilweise von vier Schutzblechen 8 so abgedeckt, dass vorteilhafterweise der von den Schutzblechen 8 um die elastischen Manschetten 7 gebildete Durchmesser mit dem Durchmesser des Injektionsrohres 4 / Außenbohrgestänges 1 deckungsgleich ausgebildet ist. Nach Fig. 3 sind vorzugsweise in einer Aussparung 5 des Injektionsrohres 4 vier Durchbrechungen 6 angeordnet, die sich paarweise gegenüberliegen und dabei so positioniert sind, dass diese sich in dem Bereich unter der elastischen Manschette 7 befinden, der dann von den vier, sich ebenfalls paarweise gegenüberliegenden Schutzblechen 8 nicht abgedeckt wird. Bei einer inneren Druckbeaufschlagung wirken die Durchsprechungen 6 in Verbindung mit der zugeordneten elastischen Manschette 7 als Ventile. In Abhängigkeit der erforderlichen Bohrtiefe können auch die dem als Injektionsrohr 4 ausgebildeten Anfängerrohr des Außenbohrgestänges 1 sich anschließenden Aufsatzrohre 1' ebenfalls als ventiltragende Injektionsrohre (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Der Bohrkrone 3 ist injektionsrohrseitig ein Bajonettverschluss 9 oder eine nicht gezeigte Muffe (Gleitführung) für die Kupplung mit dem Innengestänge 2 und Rückschlagventile 10 für die Unterbindung von Bodeneintrag zugeordnet. Das Einbohren in den Boden wird mit einer Bohranlage 11 vorgenommen (Fig.1).
    Demgemäß erarbeitet das Verfahren zum Verfestigen bzw. Verpressen von Bodenabschnitten derartig, dass beim Arbeiten gegen drückendes Wasser 12 vor dem Bohren in der bereits vorgekernten Wand 13 (Bohrpfahl-, Schlitz- oder Spundwand) ein Preventer 14 mit Flachschieber (Dichtung, Rückflussverhinderer) montiert wird (Fig. 4), damit später durch den anstehenden Außenwasserüberdruck kein Boden 15 neben dem Außenbohrgestänge 1 ausgetragen werden kann. Danach erfolgt im Schutz des Preventers 14 das Durchkernen der Wand 13. Anschließend erfolgt der Einbau des mittels des stählernen, selbst als mehrfach verpressbares Injektionsrohr 4 (Manschettenrohr) ausgestalteten und bodenseitig mit einer Bohrkrone 3 ausgestatteten Anfängerrohres des Außenbohrgestänges 1, welches direkt in den Boden 15 bis zur Endeinbohrtiefe im Verdrängungsverfahren eingebohrt wird (Fig, 5) und im Boden 15 als verlorenes Bohr- und Injektionsrohr 4 mit Bohrkrone 3 verbleibt oder nach den Injektionen wieder zurückgebaut und einer erneuten Verwendung zugeführt wird.
    Während des Bohrens erfolgt die Zuführung der in den Boden zu spülenden Bohrspülung über das Innengestänge 2 in Verbindung mit den Bohrungen in der Bohrkrone 3, so dass kein Druck auf die elastischen Manschetten 7 des Injektionsrohres 4 ausgeübt wird. In Abhängigkeit der konkreten Rahmenbedingungen besteht außerdem die Möglichkeit, die Mantelmischung 16 direkt beim Bohren oder nach dem Erreichen der Endeinbohrtiefe über das Innengestänge 2 und die Bohrkrone 3 in den Ringspalt der Bohrung, der durch den Freischnitt der Bohrkrone 3 entsteht, einzubringen. Alternativ kann die Mantelmischung 16 auch mittels Druckbeaufschlagung über die in Verbindung mit der elastischen Manschette 7 zusammenwirkenden Durchbrechungen 6 in den Ringspalt der Bohrung, der durch den Freischnitt der Bohrkrone 3 entsteht, gepresst werden.
    Nach dem Aushärten der Mantelmischung 16 werden Preventer 14 und Flachschieber ausgebaut und die Endabdichtung 17 der Bohrung vorgenommen (Fig. 6). Nach dem Ziehen des Innengestänges 2 erfolgt das Verpressen des als Injektionsmedium 18 verwendeten Bindemittels, Gelen oder Kunstharzlösungen in den einzelnen Stufen (elastische Manschetten 7 in Längserstreckung des Injektionsrohres) mittels eines gemäß Fig. 7 in das Injektionsrohr 4 eingeführten Packers 19, insbesondere eines Doppelpackers. Durch die abdichtende Positionierung des Doppelpackers 19 beidseitig der jeweiligen elastischen Manschette 7 und dessen unter Druckbeaufschlagung erfolgende Einspeisung des Injektionsmediums 18 in das Injektionsrohr 4 gelangt dieses über die Durchbrechungen 6 und die sich dann abhebende elastische Manschette 7 in den Boden 15 oder die Klüfte, in denen es somit verpresst wird oder eine gezielte Hebungsinjektion durchgeführt werden kann. Als Injektionsmedien werden u. a. Kunstharze, Zemente, Feinstzemente, Wasserglase oder Gele verwendet. Nach Beendigung der Verpressung und den damit verbundenen Druckabfall legt sich die Manschette 7 wieder an das Injektionsrohr 4 an und dichtet dessen Durchbrechungen 6 von außen ab. Nach der ersten Verpressung kann das Injektionsrohr 4 dann gereinigt und später neu verpresst werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Außenbohrgestänge
    1'
    Aufsatzrohr
    2
    Innengestänge
    3
    Bohrkrone
    4
    Injektionsrohr
    5
    Aussparung
    6
    Durchbrechung
    7
    Manschette
    8
    Schutzblech
    9
    Bajonettverschluss
    10
    Rückschlagventil
    11
    Bohranlage
    12
    drückendes Wasser
    13
    Wand
    14
    Preventer
    15
    Boden
    16
    Mantelmischung
    17
    Endabdichtung
    18
    Injektionsmedium
    19
    Packer (Doppelpacker)

Claims (12)

  1. Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten, insbesondere für Hebungsinjektionen, wobei ausgehend von beabstandeten Bohrungen in Verbindung mit dem Einbringen von Injektionsmedien eine Hebungsinjektion, Bodenverfestigung, Kluftinjektion oder Rohrschirminjektion erfolgt, dabei zunächst Bohrungen in den Boden eingebracht und anschließend über ein mehrfach verpressbares Injektionsrohr ein Injektionsmedium eingepresst wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein stählernes, selbst als mehrfach verpressbares Injektionsrohr (Manschettenrohr) (4) ausgestaltetes und bodenseitig mit einer Bohrkrone (3) ausgestattetes Außenbohrgestänge (1) direkt in den Boden (15) eingebohrt wird, eine Mantelmischung (16) direkt beim Bohren oder nach dem Erreichen der Endeinbohrtiefe über das Innengestänge (2) und die Bohrkrone (3) eingebracht, das Innengestänge (2) gezogen und anschließend das Verpressen des Injektionsmediums (18) in den einzelnen Stufen (elastische Manschetten in Längserstreckung des Injektionsrohres) mittels eines, in das Injektionsrohr (4) eingebauten Packers (19) vorgenommen wird, wobei das Injektionsrohr (4) im Boden (15) als verlorenes Bohr- und Injektionsrohr (4) mit Bohrkrone (3) verbleibt oder nach der Injektion zurückgebaut wird.
  2. Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohren im Verdrängungsverfahren erfolgt.
  3. Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zuführung der Bohrspülung während des Bohrens über das Innengestänge (2) in Verbindung mit der Bohrkrone (3) erfolgt.
  4. Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mantelmischung (16) direkt beim Bohren oder nach dem Erreichen der Endeinbohrtiefe über das Innengestänge (2) und die Bohrkrone (3) in den Ringspalt der Bohrung, der durch den Freischnitt der Bohrkrone (3) entsteht, eingebracht wird.
  5. Verfahren zum Verfestigen von Bodenabschnitten nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mantelmischung (16) mittels Druckbeaufschlagung über die in Verbindung mit der elastischen Manschette (7) zusammenwirkenden Durchbrechungen (6) in den Ringspalt der Bohrung, der durch den Freischnitt der Bohrkrone (3) entsteht, eingebracht wird.
  6. Vorrichtung zum Verfestigen von Bodenabschnitten, bestehend aus einzelnen zum Verlängern miteinander verschraubbaren Außenbohrgestängen, einem koaxial zum Außenbohrgestänge vorgesehenen Innengestänge, einer Bohrkrone und einem mehrfach verpressbaren Injektionsrohr (Manschettenrohr), welches in seiner Längserstreckung mit beabstandeten und mehreren sich radial im Injektionsrohr erstreckenden Durchbrechungen ausgestattet und über denen abdichtend jeweils eine elastische Manschette angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Außenbohrgestänge (1) mit der Bohrkrone (3) fest verbunden ausgebildet und dabei das Außenbohrgestänge (1) selbst als stählernes, mehrfach verpressbares Injektionsrohr (Manschettenrohr) (4) ausgeführt ist, an dem die elastischen Manschetten (7) in Aussparungen (5) am Außenbohrgestänge (1) eingelassen und außenseitig teilweise von Schutzblechen (8) abgedeckt ausgestaltet sind.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der von den Schutzblechen (8) um die elastischen Manschetten (7) gebildete Durchmesser mit dem Durchmesser des Außenbohrgestänges (1) deckungsgleich ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Aussparung (5) des Injektionsrohres (4) vier Durchbrechungen (6) angeordnet sind, die sich paarweise gegenüberliegen.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Aussparung (5) des Injektionsrohres (4) von vier, sich paarweise gegenüberliegenden Schutzblechen (8) abgedeckt ist.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 8 und 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Durchbrechungen (6) so positioniert sind, dass diese sich in dem Bereich unter der elastischen Manschette (7) befinden, der von den Schutzblechen (8) nicht abgedeckt ist.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bohrkrone (3) einen Bajonettverschluss (9) oder eine Muffe für die Verbindung mit dem Innengestänge (2) aufweist.
  12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest das dem ersten Außenbohrgestänge (Anfängerrohr) (1) sich anschließende Aufsatzrohr (1') ebenfalls als ventiltragendes Injektionsrohr (4) ausgebildet ist.
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