Vorrichtung und Verfahren zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden, mit einem Bohrgestänge, welches einen Auslass aufweist zum Ausstoßen eines Injektionsmediums in den Boden, wobei das Bohrgestänge drehbar ist zum Ändern einer Ausgaberichtung des Auslasses, mit einer Messeinrichtung zum Ermitteln einer Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums von dem Auslass in den Boden, wobei die Messeinrichtung an dem Bohrgestänge befestigt ist. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass gyroskopische Messmittel an dem Bohrgestänge vorgesehen sind zum Erfassen einer durch den Ausstoß eines Injektionsmediums hervorgerufenen Bewegungsrichtung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges und dass elektronische Auswertemittel vorgesehen und dazu eingerichtet sind, eine momentane Ausgaberichtung des Auslasses auf Basis der erfassten Bewegungsrichtung des Bohrgestänges zu ermitteln und verschiedenen ermittelten Ausbreitungstiefen des Injektionsmediums jeweils eine ermittelte Ausgaberichtung zuzuordnen. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Beschreibung

[0001] In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] In einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.

[0003] Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden umfasst ein Bohrgestänge, welches einen Auslass aufweist zum Ausstoßen eines Injektionsmediums in den Boden, wobei das Bohrgestänge drehbar ist zum Ändern einer Ausgaberichtung des Auslasses, und eine Messeinrichtung zum Ermitteln einer Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums von dem Auslass in den Boden, wobei die Messeinrichtung an dem Bohrgestänge befestigt ist.

[0004] In entsprechender Weise umfasst ein gattungsgemäßes Verfahren zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden zumindest die Schritte, dass ein Bohrgestänge in den Boden abgeteuft wird, das aus einem Auslass des Bohrgestänges ein Injektionsmedium in den Boden ausgestoßen wird, wobei das Bohrgestänge drehbar ist zum Ändern einer Ausgaberichtung des Auslasses, und dass mit einer Messeinrichtung, die an dem Bohrgestänge befestigt ist, eine Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums von dem Auslass in den Boden ermittelt wird.

[0005] Indem das Bohrgestänge mit dem Auslass gedreht wird, wird das Injektionsmedium radial um das Bohrgestänge in den Boden gegeben. Es ist möglich, den Boden zunächst durch einen Hochdruckwasserstrahl zu erodieren und sodann das Injektionsmedium in die Umgebung auszustoßen, welche aus erodiertem Boden und Wasser besteht. Durch Anheben des Bohrgestänges mit dem Auslass kann ein etwa zylinderförmiger Hochdruckinjektionskörper (HDI-Körper) gebildet werden.

[0006] HDI-Körper oder HDI-Säulen werden für verschiedene Zwecke eingesetzt. Insbesondere kann ein Baugrund verfestigt werden oder gegen das Eindringen von Grundwasser abgedichtet werden. Bei Baugrubenabsicherungen können durch HDI-Körper unterschiedliche Wandtypen miteinander verbunden werden, beispielsweise Pfahlwände und Spundwände.

[0007] Das Injektionsmedium kann grundsätzlich ein beliebiges Fluid oder eine beliebige Flüssigkeit oder Suspension sein, welche auch mit Feststoffen versetzt sein kann. Beispielsweise können eine Zementsuspension, Chemikalien oder Kunstharze eingesetzt werden.

[0008] Damit ein HDI-Körper die gewünschte Abdichtung oder Stabilität bietet, müssen die tatsächlich erzeugten Abmessungen des HDI-Körpers mit gewünschten Abmessungen ausreichend übereinstimmen. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn mehrere HDI-Körper nebeneinander im Boden eine Abdichtung bereitstellen sollen. In diesem Fall darf zwischen den HDI-Körpern kein Freiraum verbleiben.

[0009] Die genauen Abmessungen eines HDI-Körpers, insbesondere in Radialrichtung zu dem Bohrgestänge, können jedoch abhängig vom Boden verschieden ausfallen. So kann beispielsweise ein Hindernis im Boden ein Eindringen des Injektionsmediums verhindern. Als Folge hat ein erzeugter HDI-Körper in der Regel keine exakte Zylinderform. Vielmehr ist dessen radiale Ausdehnung abhängig von der Tiefe und dem Azimutalwinkel. Dieser gibt eine Richtung in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse an.

[0010] Um dennoch eine abdichtende Wirkung mit HDI-Körpern bereitzustellen, werden diese üblicherweise mit einem Überlapp im Boden erzeugt. Der Überlapp wird umso größer gewählt, je unsicherer die Kenntnis der Abmessungen der HDI-Körper ist. Damit steigt die Anzahl zu errichtenden HDI-Körper, womit ein größerer Zeitbedarf und höhere Kosten einhergehen.

[0011] Um den Überlapp zwischen benachbarten HDI-Körpern gering halten zu können, werden Messeinrichtungen eingesetzt. Bei DE 195 21 639 A1 wird die Errichtung eines HDI-Körpers mit einem Geophon überwacht. Dieses wird beabstandet zum Bohrgestänge in den Boden getrieben. Indem es Bodenerschütterungen erfasst, kann die Reichweite geschätzt werden, bis zu welcher das Injektionsmedium ausgestoßen wird. Das Eintreiben eines Geophons stellt aber einen zusätzlichen Arbeitsaufwand dar, durch den der Zeitbedarf und die personellen Anforderungen steigen. Zudem ist die hierdurch erreichbare Genauigkeit begrenzt.

[0012] Demgegenüber werden bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung und einem gattungsgemäßen Verfahren, wo die Messeinrichtung am Bohrgestänge befestigt ist, Vorteile erreicht. Der Betrieb einer solchen Messeinrichtung ist mit praktisch keinem zusätzlichen Arbeitsaufwand verbunden. Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren werden beispielsweise in DE 196 22 282 C1 beschrieben. Die Messeinrichtung umfasst dort einen Schallsender und -empfänger. Der ausgesendete Schall wird an einer Grenzfläche des Bohrlochs, insbesondere zu einem Injektionskörper, zurückgeworfen. Aus der Laufzeit des Schallsignals kann sodann die radiale Ausdehnung des Bohrlochs oder die Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums bestimmt werden.

[0013] Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung und ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren sind aus DE 198 34 731 C1 bekannt. Dort umfasst die Messeinrichtung eine Spule mit abwickelbarer Messleine. Indem die Ausmaße des Abrollens der Messleine erfasst werden, kann auf die radialen Abmessungen des Hochdruckinjektionskörpers geschlossen werden.

[0014] In dieser Weise können zwar mit verhältnismäßig geringem Aufwand die Maße des Injektionskörpers bestimmt werden. Es ist aber wünschenswert, die Genauigkeit dieser Bestimmung weiter zu verbessern.

[0015] Als eine Aufgabe der Erfindung kann erachtet werden, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers bereitzustellen, mit denen die Abmessungen des Hochdruckinjektionskörpers besonders genau ermittelt werden können.

[0016] Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst sowie durch das Verfahren zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 14.

[0017] Bevorzugte Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung erläutert.

[0018] Bei der Vorrichtung der oben genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass gyroskopische Messmittel an dem Bohrgestänge vorgesehen sind zum Erfassen einer durch den Ausstoß eines Injektionsmediums hervorgerufenen Bewegungsrichtung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges und dass elektronische Auswertemittel vorgesehen und dazu eingerichtet sind, eine momentane Ausgaberichtung des Auslasses auf Basis der erfassten Bewegungsrichtung des Bohrgestänges zu ermitteln und verschiedenen ermittelten Ausbreitungstiefen des Injektionsmediums jeweils eine ermittelte Ausgaberichtung zuzuordnen.

[0019] Bei dem oben beschriebenen Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit gyroskopischen Messmitteln, die an dem Bohrgestänge vorgesehen sind, eine durch den Ausstoß des Injektionsmediums hervorgerufene Bewegungsrichtung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges erfasst wird und dass mit elektronischen Auswertemitteln eine momentane Ausgaberichtung des Auslasses auf Basis der erfassten Bewegungsrichtung des Bohrgestänges ermittelt wird und verschiedenen ermittelten Ausbreitungstiefen des Injektionsmediums jeweils eine ermittelte Ausgaberichtung zugeordnet wird.

[0020] Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass die Genauigkeit der ermittelten Abmessungen eines HDI-Körpers dadurch beschränkt sind, dass eine azimutale Ausrichtung der Messeinrichtung, das heißt eine Ausrichtung um die Bohrachse des Bohrgestänges, in der Regel nicht genau bekannt ist. Dadurch können herkömmlicherweise den ermittelten Ausbreitungstiefen des Injektionsmediums keine genauen radialen Richtungen zugewiesen werden. Dies beruht wesentlich darauf, dass ein Bohrgestänge in der Regel mehrere miteinander verbundene Bohrgestängeelemente umfasst. Eine Drehstellung zwischen diesen Elementen, das heißt eine azimutale Ausrichtung, ist stets mit einer Unsicherheit behaftet. Dadurch ist die azimutale Ausrichtung des Bohrgestänges, beziehungsweise des Bohrgestängeelements mit der Messeinrichtung, nicht genau bekannt. Dadurch ist die Genauigkeit begrenzt, mit welcher die Ausmessungen eines HDI-Körpers bestimmt werden können.

[0021] Als ein Kerngedanke der Erfindung kann erachtet werden, eine Drehstellung, das heißt einen Azimutwinkel, des Bohrgestänges und dessen Auslasses zu messen.

[0022] Eine momentane Ausgaberichtung des Auslasses muss also nicht auf Grundlage vorab bekannter Informationen sowie einer Drehstellung eines außerhalb des Bohrlochs befindlichen Abschnitts des Bohrgestänges bestimmt werden. Vielmehr wird die tatsächliche Ausrichtung des Bohrgestänges in der Höhe des Auslasses erfasst.

[0023] Hierzu wird eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis genutzt. So erzeugt der Ausstoß des Injektionsmediums eine Kraft auf das Bohrgestänge, welche der Ausgaberichtung des Injektionsmediums entgegengerichtet ist. Indem die Bewegungsrichtung des Bohrgestänges erfasst wird, kann daher die Ausgaberichtung als entgegengesetzte Richtung bestimmt werden.

[0024] Die Bewegungsrichtung des Bohrgestänges kann hier als eine Radialkomponente der Bewegung des Bohrgestänges aufgefasst werden. Die Radialkomponente verläuft senkrecht zur Bohrachse. Das Bohrgestänge kann zusätzlich eine Drehbewegung ausführen, welche die Radialbewegung überlagert.

[0025] Grundsätzlich muss nicht die Bewegung des gesamten Bohrgestänges erfasst werden. Vielmehr reicht die Messung der Bewegungsrichtung eines Teils des Bohrgestänges. Dieser Teil kann beispielsweise mit einer Leitung für das Injektionsmedium innerhalb des Bohrgestänges zu dem Auslass so verbunden sein, dass er durch das vorbeiströmende Injektionsmedium in eine zu bestimmende Richtung verdrängt wird.

[0026] Auch kann der Teil des Bohrgestänges insbesondere ein Düsenkopf sein, an dem der Auslass für das Injektionsmedium gebildet ist. Weil die Kraft, die durch den Ausstoß des Injektionsmediums erzeugt wird, in der Regel auf das gesamte Bohrgestänge wirkt, kann auch eine Bewegung der Außenwand des Bohrgestänges für die Richtungsbestimmung erfasst werden. Es ist zweckmäßig, aber nicht zwingend erforderlich, dass eine Bewegung desjenigen Bohrgestängeelements, an dem sich der Auslass befindet, oder eines Teils davon gemessen wird.

[0027] Zur Erfassung der Bewegungsrichtung sind erfindungsgemäß gyroskopische Messmittel vorhanden. Diese können grundsätzlich in beliebiger Weise gestaltet sein, solange sie eine Absolutrichtung im Raum bestimmen können. Die Absolutrichtung soll als eine Richtung in einem zuvor festgelegten Bezugssystem verstanden werden. Die Absolutrichtung kann insbesondere auf einen ortsfesten Referenzpunkt bezogen sein oder auch auf das rotierende Bohrgestänge.

[0028] Beispielsweise kann eine Ausrichtung der gyroskopischen Messmittel bestimmt und aufgezeichnet werden, bevor sie mit dem Bohrgestänge abgeteuft werden. Nach dem Abteufen hat sich eine Drehstellung der gyroskopischen Messmittel und des Bohrgestänges verändert. Diese Änderung kann durch die gyroskopischen Messmittel bestimmt werden. Ebenso reagieren die gyroskopischen Messmittel auf eine radiale Bewegung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges, so dass die Richtung dieser Radialbewegung bestimmt werden kann.

[0029] Hierzu sind elektronische Auswertemittel vorhanden, welche grundsätzlich an beliebigem Ort positioniert sein können. So können die Auswertemittel benachbart zu den gyroskopischen Messmitteln im Bohrgestänge aufgenommen sein. Dies kann für ein leichtes Nachrüsten herkömmlicher Vorrichtungen vorteilhaft sein. Bevorzugt befinden sich die elektronischen Auswertemittel aber beabstandet zu dem Bohrgestänge derart, dass sie in sich im Betrieb außerhalb des Bohrloches befinden. Beispielsweise können sie als handelsüblicher Computer mit entsprechender Software gebildet sein.

[0030] Mit den gyroskopischen Messmitteln werden die Bewegungsrichtung des Bohrgestänges und damit die Ausgaberichtung des Auslasses zeitaufgelöst gemessen und gespeichert. So kann eine momentane Ausgaberichtung ermittelt werden. Hierunter kann auch verstanden werden, dass momentane Ausgaberichtungen erst nachträglich berechnet werden, insbesondere nach Errichtung des HDI-Körpers, auf Grundlage der aufgezeichneten Daten der gyroskopischen Messmittel.

[0031] Die Ausbreitungstiefen des Injektionsmediums für verschiedene Azimutwinkel des Auslasses und verschiedene Höhen werden mit der Messeinrichtung ebenfalls zeitaufgelöst erfasst. Dadurch können die elektronischen Auswertemittel einer bestimmten ermittelten Ausbreitungstiefe gerade diejenige ermittelte Ausgaberichtung zuordnen, die zur gleichen Zeit gemessen worden ist.

[0032] Bevorzugt sind die gyroskopischen Messmittel innerhalb des Bohrgestänges aufgenommen. Dadurch sind sie vor der Umgebung des Bohrgestänges geschützt. Sie können mit einer Außenwand des Bohrgestänges gekoppelt sein, um deren Bewegung zu ermitteln.

[0033] Zweckmäßigerweise können die gyroskopischen Messmittel mindestens ein Gyroskop umfassen, mit dem zumindest in einer Ebene quer zur Bohrachse des Bohrgestänges eine Bewegung des Bohrgestänges erfassbar ist. Prinzipiell können zu diesem Zweck auch mehrere Gyroskope eingesetzt werden, womit die Messgenauigkeit steigt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die gyroskopischen Messmittel eine Bewegung des Bohrgestänges in Richtung der Bohrachse messen können. Damit kann zusätzlich eine Neigung des Bohrgestänges zeitaufgelöst gemessen werden. Vorteilhafterweise kann für die Berechnung der Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums sodann die Neigung des Bohrgestänges berücksichtigt werden.

[0034] Das Gyroskop oder die Gyroskope können in prinzipiell beliebiger Weise gebildet sein, insbesondere als MEMS (mikro-elektromechanisches System), als faseroptisches Gyroskop oder als Gyrostat.

[0035] Ein Gyroskop kann auch dazu eingerichtet sein, eine Richtung des Erdmagnetfeldes zu erfassen. Basierend auf dieser Richtung kann eine Ausrichtung des Gyroskops bestimmt oder aktualisiert werden. Dadurch wird vermieden, dass die Genauigkeit, mit der die Ausrichtung des Gyroskops bekannt ist, sich über die Zeit deutlich verringert.

[0036] Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, weisen die gyroskopischen Messmittel vorzugsweise mindestens einen Beschleunigungssensor auf. Mit diesem ist eine Beschleunigungsrichtung des Bohrgestänges zumindest in einer Ebene quer zur Bohrachse des Bohrgestänges messbar. Die elektronischen Auswertemittel sind bei dieser Ausführung dazu eingerichtet, die momentane Ausgaberichtung des Auslasses auf Basis von Messwerten des mindestens einen Gyroskops sowie des mindestens einen Beschleunigungssensors zu berechnen. Bevorzugt werden mehrere Beschleunigungssensoren für verschiedene Richtungen innerhalb der Ebene quer zur Bohrachse verwendet. Dabei kann ein Beschleunigungssensor auch dazu gestaltet sein, eine Bewegung aus dieser Ebene heraus zu erfassen.

[0037] Die gyroskopischen Messmittel können auf einer Drehachse des Bohrgestänges angeordnet sein. Dadurch kann eine Radialbewegung des Bohrgestänges leichter erfasst werden, wobei die Auswirkungen einer möglichen Drehung des Bohrgestänges auf die gyroskopischen Messmittel reduziert sind.

[0038] Alternativ können die gyroskopischen Messmittel aber auch beabstandet zu der Drehachse angeordnet sein. Dadurch können sie eine Drehung des Bohrgestänges besser erfassen. Diese kann verwendet werden, um eine momentane Drehstellung des Auslasses basierend auf einer zuvor ermittelten Drehstellung des Auslasses zu berechnen.

[0039] Eine hohe Messgenauigkeit kann auch bereitgestellt werden, wenn die gyroskopischen Messmittel mindestens ein Gyroskop und mindestens einen Beschleunigungssensor aufweisen, wobei das Gyroskop auf der Drehachse angeordnet ist und der Beschleunigungssensor beabstandet zur Drehachse. Dadurch kann die Orientierung der gyroskopischen Messmittel gut erfasst werden, während Bewegungen des Bohrgestängeelements ebenfalls präzise erfasst werden können.

[0040] Die gyroskopischen Messmittel können an einer prinzipiell beliebigen Höhe in Längsrichtung des Bohrgestänges angeordnet sein, da eine Auslenkung des Bohrgestänges durch Ausstoßen des Injektionsmediums über einen Großteil des Bohrgestänges oder sogar das gesamte Bohrgestänge erfolgt. Bevorzugt sind die gyroskopischen Messmittel aber auf der Höhe des Auslasses angeordnet oder zumindest an demjenigen Bohrgestängeelement, an welchem sich auch der Auslass befindet. Dadurch wird ausgenutzt, dass die Auslenkung des Bohrgestänges an der Höhe des Auslasses am größten ist.

[0041] Die gyroskopischen Messmittel und der Auslass können relativ zueinander beweglich am Bohrgestänge angeordnet sein. Somit kann die Auslassrichtung verändert werden, ohne dass die gyroskopischen Messmittel mitgedreht werden. Dadurch können diese eine Bewegung des Bohrgestänges aufgrund des Ausstoßes an Injektionsmedium besonders genau ermitteln, ohne dass eine eigene Drehbewegung überlagert.

[0042] Alternativ können die gyroskopischen Messmittel und der Auslass aber auch relativ zueinander unbeweglich am Bohrgestänge angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist damit die Relativposition zwischen den gyroskopischen Messmitteln und dem Auslass fest vorgegeben und daher präzise bekannt. Eine Drehung des Auslasses kann bestimmt werden, indem die Drehung der gyroskopischen Messmittel gemessen wird. Dies kann sodann in der Berechnung der Ausgaberichtung berücksichtigt werden.

[0043] Grundsätzlich kann auch außerhalb des Bohrlochs eine Drehmesseinrichtung vorhanden sein. Mit dieser kann eine Drehstellung eines oberen Bohrgestängeelements erfasst werden. In diesem Fall können die gyroskopischen Messmittel für eine erste Bestimmung der Ausgaberichtung verwendet werden. Spätere Ausgaberichtungen können sodann basierend auf dieser ersten ermittelten Ausgaberichtung sowie der seitdem mit der Drehmesseinrichtung gemessenen Drehung des Bohrgestänges ermittelt werden.

[0044] Bei dieser Ausführung muss die Drehmesseinrichtung nicht zwangsläufig außerhalb des Bohrlochs angeordnet sein. Allgemeiner ausgedrückt ist eine von den gyroskopischen Messmitteln verschiedene Drehmesseinrichtung zum Ermitteln einer Drehung des Bohrgestänges vorhanden und die elektronischen Auswertemittel sind dazu eingerichtet, eine momentane Ausgaberichtung des Auslasses auf Basis von Messwerten der gyroskopischen Messmittel sowie der Drehmesseinrichtung zu berechnen.

[0045] Vorzugsweise ist neben dem gyroskopischen Messmitteln im Bohrgestänge ein elektronischer Speicher vorhanden zum Speichern von Messdaten der gyroskopischen Messmittel. Die erfassten Ausmaße des HDI-Körpers können somit dokumentiert werden. Alternativ oder zusätzlich werden für spätere Auswertungen die Messdaten in dem Speicher aufgezeichnet. Es können auch Datenübertragungsmittel vorhanden sein, mit denen eine Datenübertragung zwischen den gyroskopischen Messmitteln und elektronischen Auswertemitteln, die sich im Betrieb außerhalb des Bohrlochs befinden, möglich ist. Für eine robuste Ausführung umfassen die Datenübertragungsmittel mindestens ein Kabel. Dieses kann sich insbesondere entlang des Bohrgestänges oder jedes einzelnen Bohrgestängeschusses erstrecken. An den Verbindungsstellen zwischen den Bohrgestängeschüssen können drahtlose Übertragungsmittel vorgesehen sein, die etwa auf Induktion, Lichtsignalen oder Ultraschall beruhen. Anstelle oder zusätzlich zu Kabeln können aber auch Funkmittel verwendet werden, womit ein besonders flexibler Einsatz möglich wird und herkömmliche Vorrichtungen leichter nachgerüstet werden können. Insbesondere bei der Verwendung von Funkmitteln ist es bevorzugt, wenn innerhalb des Bohrgestänges eine Batterie zur Energieversorgung der gyroskopischen Messmittel, der Messeinrichtung und gegebenenfalls des elektronischen Speichers und der Funkmittel vorhanden ist.

[0046] Die Energieversorgung der gyroskopischen Messmittel kann aber auch über ein Kabel erfolgen, welches entlang des Bohrgestänges verläuft und insbesondere auch zur Datenübertragung genutzt wird. Erfolgt die Datenübertragung bereits während des Messbetriebs, so kann die Form des HDI-Körpers bereits ermittelt werden, während dieser erzeugt wird. Dadurch können noch Nachbesserungen vorgenommen werden, bevor das Injektionsmedium ausgehärtet ist.

[0047] Die Messeinrichtung kann grundsätzlich beliebiger Art sein, solange sie eine Ausbreitungstiefe des Injektionsmediums, das heißt einen Radius des entstehenden HDI-Körpers, bestimmen kann. Hierzu umfasst die Messeinrichtung vorzugsweise eine Empfänger-Einrichtung, mit welcher ein akustisches Signal nachgewiesen werden kann. Das akustische Signal kann insbesondere auf das ausgestoßene Injektionsmedium zurückgehen und demgemäß als Injektionsgeräusch bezeichnet werden.

[0048] Alternativ oder zusätzlich kann die Empfänger-Einrichtung aber auch als Sender-Empfänger-Einrichtung gestaltet sein und akustische Signale in eine Richtung quer zur Bohrachse des Bohrgestänges aussenden können. Die ausgesendeten Signale können an einer Grenzfläche zwischen dem Injektionsmedium und einem umgebenden Bodenmaterial reflektiert werden. Reflektierte Signal können mit der Sender-Empfänger-Einrichtung zum Ermitteln der Ausbreitungstiefe gemessen werden.

[0049] Grundsätzlich können anstelle von akustischen Signalen zwar beliebige andere Signale genutzt werden, bevorzugt ist aber die Sender-Empfänger-Einrichtung dazu gestaltet, Schallwellen auszusenden und nachzuweisen. Unter Schallwellen können prinzipiell beliebige Druckwellen verstanden werden. Diese müssen nicht innerhalb des vom Menschen hörbaren Frequenzbereichs liegen. Insbesondere kann auch Infra- oder Ultraschall genutzt werden.

[0050] Vorzugsweise ist die Sende- und Empfangsrichtung der Sender-Empfänger-Einrichtung mitdrehend zur Ausgaberichtung des Auslasses angeordnet. Insbesondere kann sie parallel zur Ausgaberichtung sein. Durch Kenntnis der Azimutrichtung der Ausgaberichtung ist daher auch die Azimutrichtung des Sendens und Empfangens der Sender-Empfänger-Einrichtung bekannt.

[0051] Zur Herstellung des HDI-Körpers wird das Bohrgestänge nicht nur gedreht, sondern auch von einer abgeteuften Position angehoben zum Erzeugen eines das Bohrgestänge radial umgebenden Injektionskörpers im Boden. Durch das beschriebene Messprinzip können vorteilhafterweise die Querschnittsabmessungen des HDI-Körpers für verschiedene Höhen entlang des HDI-Körpers bestimmt werden.

[0052] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügte schematische Figur beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden.

[0053] Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers 22 (HDI-Körper 22) in einem Boden 3.

[0054] Die Vorrichtung 100 umfasst mindestens ein Bohrgestänge 10, mit dem ein in Fig. 1 ausschnittsweise dargestelltes Bohrloch 5 erzeugt werden kann. An dem Bohrgestänge 10 ist ein Auslass 20 gebildet. Durch diesen kann ein Injektionsmedium 22 aus dem Bohrgestänge 10 in den Boden 3 ausgestoßen werden. Der Auslass 20 ist gemeinsam mit dem Bohrgestänge 10 oder auch unabhängig vom Bohrgestänge 10 um eine Drehachse 14 oder Bohrachse 14 drehbar. Dadurch wird ein HDI-Körper 22 erzeugt, der das Bohrgestänge 10 umgibt.

[0055] Das ausgestoßene Injektionsmedium 22 dringt bis zu einer Ausbreitungstiefe 28 vor. Die Ausbreitungstiefe 28 ist eine radiale Strecke, die ab dem Auslass 20 oder ab der Bohrachse 14 bestimmt sein kann. Aufgrund von Hindernissen im Boden kann die Größe der Ausbreitungstiefe 28 vom Azimutwinkel um die Drehachse 14 und/oder von der Höhe des Auslasses 20 entlang der Drehachse 14 abhängen.

[0056] Zur Messung der Ausbreitungstiefe 28 ist eine Messeinrichtung 40 mitdrehend am Bohrgestänge 10 vorhanden. Diese empfängt ein Messsignal, beispielsweise ein Schallsignal. Als Schallsignal kann das Injektionsgeräusch verwendet werden oder es kann mit einem Sender ein akustisches Signal ausgesandt werden, dessen Reflexionen als Schallsignal gemessen werden. Das Signal kann insbesondere an einer Grenzfläche zwischen dem Injektionsmedium 22 und dem Boden 3 zurückgeworfen werden.

[0057] Erfindungsgemäß wird zu einer ermittelten Ausbreitungstiefe 28 auch die zugehörige Azimutalrichtung ermittelt, welche eine Drehstellung des Auslasses 20 um die Drehachse 14 angibt. Hierfür sind gyroskopische Messmittel 30 am Bohrgestänge 10 vorhanden. Diese erfassen eine Bewegungsrichtung 26 von zumindest einem Teil des Bohrgestänges 10. Diese Bewegung wird durch den Ausstoß des Injektionsmediums 22 verursacht. Daher sind eine Ausstoßrichtung 24 und die Bewegungsrichtung 26 des Bohrgestänges 10 gerade entgegengesetzt zueinander. Somit können elektronische Auswertemittel (nicht dargestellt) aus den Messwerten der gyroskopischen Messmittel 30 verschiedene Ausstoß- oder Ausgaberichtungen 24 des Auslasses 20 berechnen.

[0058] Vorzugsweise werden für eine 360°-Drehung des Auslasses 20 mindestens vier, vorzugsweise mindestens acht verschiedene Ausgaberichtungen 24 nacheinander mit den gyroskopischen Messmitteln 30 erfasst und die zugehörigen Ausbreitungstiefen 28 abgespeichert. Dadurch können die Abmessungen des entstehenden HDI-Körpers mit hoher Genauigkeit überwacht werden.

[0059] Mit der Erfindung können in zuverlässiger Weise zueinander abdichtende HDI-Körper nebeneinander im Boden erzeugt werden, ohne dass ein übermäßig großer Überlapp zwischen den HDI-Körpern nötig ist.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden (3),
mit einem Bohrgestänge (10), welches einen Auslass (20) aufweist zum Ausstoßen eines Injektionsmediums (22) in den Boden (3),
wobei das Bohrgestänge (10) drehbar ist zum Ändern einer Ausgaberichtung (24) des Auslasses (20),
mit einer Messeinrichtung (40) zum Ermitteln einer Ausbreitungstiefe (28) des Injektionsmediums (22) von dem Auslass (20) in den Boden (3), wobei die Messeinrichtung (40) an dem Bohrgestänge (10) befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass gyroskopische Messmittel (30) an dem Bohrgestänge (10) vorgesehen sind zum Erfassen einer durch den Ausstoß eines Injektionsmediums (22) hervorgerufenen Bewegungsrichtung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges (10) und
dass elektronische Auswertemittel vorgesehen und dazu eingerichtet sind,

- eine momentane Ausgaberichtung (24) des Auslasses (20) auf Basis der erfassten Bewegungsrichtung des Bohrgestänges (10) zu ermitteln und

- verschiedenen ermittelten Ausbreitungstiefen (28) des Injektionsmediums (22) jeweils eine ermittelte Ausgaberichtung (24) zuzuordnen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) innerhalb des Bohrgestänges (10) aufgenommen sind und mit einer Außenwand des Bohrgestänges (10) gekoppelt sind, um deren Bewegung zu ermitteln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) mindestens ein Gyroskop umfassen, mit dem zumindest in einer Ebene quer zur Bohrachse (14) des Bohrgestänges (10) eine Bewegung des Bohrgestänges (10) erfassbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) zusätzlich mindestens einen Beschleunigungssensor aufweisen, mit dem eine Beschleunigungsrichtung des Bohrgestänges (10) zumindest in einer Ebene quer zur Bohrachse (14) des Bohrgestänges (10) messbar ist, und
dass die elektronischen Auswertemittel dazu eingerichtet sind, die momentane Ausgaberichtung (24) des Auslasses (20) auf Basis von Messwerten des mindestens einen Gyroskops und des mindestens einen Beschleunigungssensors zu berechnen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) auf einer Drehachse (14) des Bohrgestänges (10) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) in Längsrichtung des Bohrgestänges (10) auf der Höhe des Auslasses (20) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) und der Auslass (20) relativ zueinander beweglich am Bohrgestänge (10) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gyroskopischen Messmittel (30) und der Auslass (20) relativ zueinander unbeweglich am Bohrgestänge (10) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine von den gyroskopischen Messmitteln (30) verschiedene Drehmesseinrichtung zum Ermitteln einer Drehung des Bohrgestänges (10) vorhanden ist und
dass die elektronischen Auswertemittel dazu eingerichtet sind, eine momentane Ausgaberichtung (24) des Auslasses (20) auf Basis von Messwerten der gyroskopischen Messmittel (30) sowie der Drehmesseinrichtung zu berechnen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass neben den gyroskopischen Messmitteln (30) im Bohrgestänge (10) ein elektronischer Speicher vorhanden ist zum Speichern von Messdaten der gyroskopischen Messmittel (30).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb des Bohrgestänges (10) ein Kabel vorgesehen ist zum Übertragen von Daten und/oder zur Energieversorgung der gyroskopischen Messmittel (30).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (40) zum Ermitteln einer Ausbreitungstiefe (28) des Injektionsmediums (22) eine Empfänger-Einrichtung (40) umfasst, mit welcher ein akustisches Signal nachweisbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sender-Empfänger-Einrichtung (40) dazu gestaltet ist, Schallwellen auszusenden und nachzuweisen.

14. Verfahren zur überwachten Herstellung eines Hochdruckinjektionskörpers in einem Boden (3),
bei dem ein Bohrgestänge (10) in den Boden (3) abgeteuft wird,
bei dem aus einem Auslass (20) des Bohrgestänges (10) ein Injektionsmedium (22) in den Boden (3) ausgestoßen wird,
wobei das Bohrgestänge (10) drehbar ist zum Ändern einer Ausgaberichtung (24) des Auslasses (20),
bei dem mit einer Messeinrichtung (40), die an dem Bohrgestänge (10) befestigt ist, eine Ausbreitungstiefe (28) des Injektionsmediums (22) von dem Auslass (20) in den Boden (3) ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit gyroskopischen Messmitteln (30), die an dem Bohrgestänge (10) vorgesehen sind, eine durch den Ausstoß des Injektionsmediums (22) hervorgerufene Bewegungsrichtung von zumindest einem Teil des Bohrgestänges (10) erfasst wird und
dass mit elektronischen Auswertemitteln eine momentane Ausgaberichtung (24) des Auslasses (20) auf Basis der erfassten Bewegungsrichtung des Bohrgestänges (10) ermittelt wird und verschiedenen ermittelten Ausbreitungstiefen (28) des Injektionsmediums (22) jeweils eine ermittelte Ausgaberichtung (24) zugeordnet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bohrgestänge (10) gedreht wird und von einer abgeteuften Position angehoben wird zum Erzeugen eines das Bohrgestänge (10) radial umgebenden Injektionskörpers im Boden (3).

Zeichnung