[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln
des Injektionsdruckes bei baulichen Injektionen gemäss Oberbegriff des Anspruches
1 bzw. des Anspruches 3.
[0002] Zur Ermittlung des Injektionsdruckes in Bohrlöchern ist es bekannt, ausgehend vom
von der Injektionspumpe erzeugten Druck und den Kenngrössen der vom Injektionsmedium
durchströmten Zuleitung zu den Bohrlöchern den Injektionsdruck rechnerisch zu bestimmen.
Da die für diese Berechnung erforderlichen Grössen nicht immer genügend genau bekannt
sind und sich unter Umständen während des Injektionsvorganges ändern können, lässt
sich auf diese Weise der Injektionsdruck nicht genügend genau bestimmen.
[0003] Es ist ebenfalls bekannt, am Ausgang einer Verteilkammer, die mit einer Pumpeneinrichtung
verbunden ist, in jeder abgehenden Leitung ein Durchflussregelventil und eine Messeinrichtung
zum Messen des Druckes stromabwärts dieses Regelventils anzuordnen (CH-PS 609 423).
Die Messeinrichtungen sind jedoch in einem beträchtlichen Abstand von der Injektionsstelle
entfernt, so dass der durch diese Messeinrichtungen gemessene Druck nur annähernd
dem Injektionsdruck in den Bohrlöchern entspricht.
[0004] Um den tatsächlichen an der Injektionsstelle herrschenden Druck erfassen zu können,
ist schon vorgeschlagen worden, der Aulassöffnung der Zuleitung ein Druckmessgerät
vorzulagern, das vom aus der Zuleitung austretenden Injektionsmedium beaufschlagt,
bzw. umströmt wird. Da sich das Druckmessgerät vollständig im Injektionsgutstrom befindet,
besteht die Gefahr von Materialablagerungen in Toträumen und an den Halterungen, über
die das Druckmessgerät mit der Zuleitung verbunden ist. Im weitern wird der Fluss
des Injektionsmediums durch das Druckmessgerät gestört. Aus diesen Gründen sind die
erhaltenen Messergebnisse verfälscht und können somit nicht das gewünschte genaue
Bild des Injektionsdruckes vermitteln. Im weitern besteht die Gefahr, dass das Druckmessgerät
durch verfestigtes Injektionsgut im Bohrloch festgehalten wird und sich nicht mehr
zusammen mit der Zuleitung aus dem Bohrloch entfernen lässt.
[0005] Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, die vorstehend erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, das bzw. die mit einfachen Mitteln und auf zuverlässige
Weise die möglichst genaue Erfassung des an der Injektionsstelle tatsächlich herrschenden
Injektionsdruckes erlaubt.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3 gelöst.
[0007] Im Bestreben, den Injektionsdruck an der Injektionsstelle so genau wie möglich zu
erfassen, wird die Messstelle wohl in der Nähe des Auslasses der Zuleitung, jedoch
nicht an diesem Auslass selbst angeordnet. Durch das Vorsehen der Druckmessstelle
vom zu injizierenden Raum aus gesehen hinter dem Packer (Bohrlochabdichtung), vorzugsweise
in des- ! sen Nachbarschaft, ist die Messstelle vor dem aus der Zuleitung austretenden
Injektionsmedium geschützt. An der Druckmessstelle können die Strömungs- und Messverhältnisse
ohne Schwierigkeiten beherrscht werden, so dass eine unerwünschte und unkontrollierbare
Verfälschung der Messergebnisse nicht auftreten kann. Da sich die Messstelle sehr
nahe am Austritt der Zuleitung, d.h. nahe der Injektionsstelle, befindet, wird mit
grosser Genauigkeit der tatsächliche Injektionsdruck an dieser Injektionsstelle erfasst.
Die verhältnismässig kurze Distanz zwischen Messstelle und Injektionsstelle vermag
die Aussagekraft der Messergebnisse nicht nennenswert zu beeinträchtigen.
[0008] Falls die Zuleitung für das Injektionsmedium eine Messkammer aufweist, in der der
druckbeaufschlagte Teil der Druckmesseinrichtung angeordnet ist, so wird in dieser
Messkammer vorzugsweise eine Schikane zum Verwirbeln des eintretenden Injektionsgutes
vorgesehen. Durch die durch diese Schikane bewirkte Verwirbelung wird das Injektionsgut
in der Messkammer in Bewegung gehalten. Dadurch wird sichergestellt, dass am druckbeaufschlagten
Teil der Druckmesseinrichtung immer eine Injektionsgutströmung vorhanden ist und sich
im Bereich dieses druckaufnehmenden Teils keine Totzone bilden kann, und zwar auch
dann nicht, wenn der druckaufnehmende Teil in Strömungsrichtung gesehen seitlich der
Eintrittsöffnung der Messkammer angeordnet ist.
[0009] Im Folgenden wird anhand der Zeichnung der Erfindungsgegenstand näher erläutert.
Es zeigt rein schematisch:
Fig. 1 Eine in einem Bohrloch angeordnete Vorrichtung zum Injizieren eines Injektionsmediums
mit einer Messeinrichtung zum Messen des Injektionsdruckes, und
Fig. 2 im Schnitt und gegenüber der Fig. 1 in vergrössertem Massstab den Druckmessteil
der Vorrichtung gemäss Figur 1.
[0010] Fig. 1 zeigt das in einem Bohrloch l eingeordnete auslassseitige Ende einer Zuleitung
für ein Injektionsmedium bekannter Art, das beispielsweise eine wässerige Suspension
auf Mörtel- oder Zementbasis sein kann. Das Injektionsmedium wird von einer nicht
gezeigten Injektionspumpe durch die Zuleitung, von der ein mit 2 bezeichneter Rohrabschnitt
dargestellt ist, zum Bohrloch 1 gefördert. An diesen Rohrabschnitt 2 schliesst ein
mit diesem verschraubter Druckmessteil 3 an, dessen Aufbau noch näher beschrieben
werden wird. Mittels einer weitern Schraubverbindung ist mit dem Druckmessteil 3 ein
Rohrendteil 4 verbunden, der eine Auslassöffnung 4a für das Injektionsgut aufweist.
Diese Auslassöffnung 4a liegt im Bereich der Injektionsstelle 5. Der zwischen dem
Rohrendteil 4 und der Bohrlochwandung la gebildete Ringraum 6 wird auf bekannte Weise
mittels eines Packers 7 abgedichtet. Dieser Packer 7 kann beispielsweise aus einer
mittels Druckluft aufblasbaren Manschette bestehen.
[0011] Im Druckmessteil 3 befindet sich eine Druckmessstelle 8, an der der Druck im Innern
der Zuleitung für das Injektionsmedium gemessen wird. An dieser Messstelle 8 ist eine
Messkammer 9 (Figur 2) vorhanden, die im Innern eines Gehäuseteils 10 angeordnet ist.
Diese Messkammer 9 verjüngt sich in Strömungsrichtung A des Injektionsmediums und
weist einen elliptischen Querschnitt auf. Die Hauptachse dieses elliptischen Querschnittes
liegt in der Zeichenebene der Figur 2. Die Messkammer 9 weist eine Eintrittsöffnung
11 sowie eine Austrittsöffnung 12 auf. Die Austrittsöffnung 12 ist gegenüber der Eintrittsöffnung
11 seitlich versetzt, d.h. die Achse lla der Eintrittsöffnung 11 verläuft in einem
Abstand a zur Achse 12a der Austrittsöffnung 12. Der von der Eintrittsöffnung 11 zur
Austrittsöffnung 12 verlaufende Wandteil 13 der Messkammer 9 wirkt als Umlenkfläche
für das durch die Eintrittsöffnung 11 in die Messkammer 9 eintretende Injektionsmedium.
[0012] In den Gehäuseteil 10 ist das eine Ende eines Rohrteiles 14 eingesetzt, dessen anderes
Ende mit dem Rohrabschnitt 2 verbunden ist, wie das aus Figur 1 hervorgeht. Da die
Achse lla der Eintrittsöffnung 11 gegenüber der Achse des Rohrabschnittes 2 versetzt
ist, weist der Rohrteil 14 eine Krümmung auf. Benachbart zum Rohrteil 14 und etwa
parallel zu diesemverlaufend ist in den Gehäuseteil 10 eine an beiden Enden offene
Hülse 15 eingeschraubt. Im Innern dieser Hülse ist ein Druckmessumformer 16 angeordnet,
dessen druckbeaufschlagte Membran 16a der Messkammer 9 zugekehrt ist. Der Druckmessumformer
16 ist an sich bekannter Bauart und erzeugt aufgrund des auf die Membran 16a wirkenden
Druckes zu diesem proportionale elektrische Signale. Mittels eines Steckers 17 ist
an den Druckmessumformer 16 ein Kabel 18-angeschlossen, über das die druckproportionalen
Signale einer ausserhalb des Bohrloches 1 liegenden Messwertverarbeitungsstelle zugeführtwerden,
an der beispielsweise eine Druckanzeige oder Druckregistrierung erfolgt. Wie die Figur
2 zeigt, ist zwischen dem Gehäuseteil 10 und Druckmessumformer 16 ein Dichtungsring
19 angeordnet.
[0013] Mittels des Druckmessumformers 16 wird somit auf bekannte Weise der Druck des durch
die Zuleitungsabschnitte 2,14 und 4 zur Injektionsstelle 5 strömenden Injektionsmediums
gemessen. Um zu vermeiden, dass im Bereich der Membran 16a des Druckmessumformers
16, welche etwa auf gleicher Höhe und seitlich der Eintrittsöffnung 11 angeordnet
ist, eine strömungstote Zone entstehen kann, wird das Injektionsmedium in der Messkammer
9 dauernd in Bewegung gehalten. Dies wird durch die bereits erwähnte seitliche Versetzung
von Eintrittsöffnung 11 und Austrittsöffnung 12 bewirkt. Das aus dem Rohrteil 14 durch
die Eintrittsöffnung 11 in die Messkammer 9 eintretende Injektionsmedium trifft auf
den schrägverlaufenden Wandteil 13 der Messkammer 9 auf und erfährt dadurch eine Umlenkung.
Das hat eine Verwirbelung des Injektionsmediums in der Messkammer zur Folge. Auf diese
Weise wird somit das Injektionsmedium innerhalb der Messkammer 9 in dauernder Bewegung
gehalten, und zwar auch im Bereich der Membran 16a. Damit wird nicht nur eine einwandfreie
Messung sichergestellt, sondern auch noch verhindert, dass sich in strömungstoten
Räumen Ablagerungen in der Messkammer 9 bilden können. Es versteht sich, dass es möglich
ist, auf andere als die beschriebene Weise das Injektionsmedium im Innern der Messkammer
9 in Bewegung zu halten.
[0014] Da sich die Messstelle im Innern der Zuleitung für das Injektionsmedium befindet,
sind die Strömungs- und Messverhältnisse bekannt und im wesentlichen immer gleichbleibend,
so dass eine unverfälschte Messung des Druckes im Injektionsmedium möglich ist. Da
sich die Messstelle 8 zudem sehr nahe an der Injektionsstelle 5 befindet, entspricht
der gemessene Druck praktisch dem tatsächlich an dieser Injektionsstelle 5 herrschenden
Injektionsdruck. Der verhältnismässig geringe Abstand zwischen Messstelle 8 und Injektionsstelle
5, der beispielsweise etwa ein Meter betragen kann, wirkt sich nur unbedeutend auf
die Richtigkeit der Messresultate aus.
[0015] Da sich der Druckmessteil 3 von der Injektionsstelle 5 aus gesehen hinter dem Packer
7 befindet, ist der Druckmessteil 3 vor aus der Auslassöffnung 4 austretendem Injektionsmedium
geschützt. Der Druckmessteil 3 kann durch das Injektionsmedium daher nicht beschädigt
werden. Zudem ist ein Festhalten des Druckmessteiles 3 durch verfestigtes Injektionsgut
in der Bohrung 1 vermieden. Es kann zweckmässig sein, zwischen dem Druckmessteil 3
und dem Packer 7 eine Sollbruchstelle vorzusehen, die bei Erreichen einer gewissen
Zugbelastung eine Trennung von Druckmessteil 3 und Rohrendteil 4 ermöglicht. Auf diese
Weise lässt sich der Druckmessteil 3 auch dann noch aus dem Bohrloch 5 entfernen,
wenn der Packer 7 im Bohrloch 1 festsitzt und sich nicht mehr aus diesem herausbewegen
lässt.
[0016] Dadurch, dass der Rohrteil 14 und der Druckmessumformer 16 in Strömungsrichtung A
gesehen nebeneinander und im wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet
sind, wird eine platzsparende Bauweise erzielt, die es ermöglicht, den Druckmessteil
3 auch in Bohrungen 1 mit einem verhältnismässig kleinen Durchmesser einsetzen zu
können. Falls es die Platzverhältnisse erlauben, kann der Druckmessumformer 16 auch
anders angeordnet werden.
1. Verfahren zum Ermitteln des Injektionsdruckes bei baulichen Injektionen, bei dem
der Druck des Injektionsmediums gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessung
im Innern der Zuleitung (2,4,14) für das Injektionsmedium an einer Stelle (8) erfolgt,
die in Strömungsrichtung (A) des Injektionsmediums gesehen vor der den Ringraum (6)
zwischen der Zuleitung (4) und der diese umgebenden Wandung (la) abschliessenden Abdichtung
(7) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessung benachbart
zur Abdichtung (7) erfolgt.
3. Vorrichtung zum Ermitteln des Injektionsdruckes bei baulichen Injektionen, mit
einer Druckmesseinrichtung zum Messen des Druckes des Injektionsmediums, dadurch gekennzeichnet,
dass die den Druck im Innern der Zuleitung (2,4, 14) für das Injektionsmedium messende
Druckmesseinrichtung (16) an einer Stelle (8) angeordnet ist; die in Strömungsrichtung
(A) des Injektionsmediums gesehen vor der den Ringraum (6) zwischen der Zuleitung
(4) und der diese umgebenden Wandung (la) abschliessenden Abdichtung (7) liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessstelle (8)
benachbart zur Abdichtung (7) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung
wenigstens einen Druckmessumformer (16) aufweist, der mit dem Innern der Zuleitung
(2,4,14) in Druckverbindung steht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (2,4,14)
eine Messkammer (10) aufweist, in der der druckbeaufschlagte Teil (16a) des Druckmessumformers
(16) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (10) eine
Schikane (13) zum Verwirbeln des eintretenden Injektionsgutes aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung
(11) der Messkammer (10) gegenüber deren Austrittsöffnung (12) in Störmungsrichtung
(A) gesehen seitlich versetzt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schikane eine
Umlenkfläche (13) für das in die Messkammer (10) eintretende Injektionsmedium ist,die
vorzugsweise durch einen von der Eintrittsöffnung (11) zur Austrittsöffnung".(12)
führenden Wandteil (13) der Messkammer (10) gebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der druckaufnehmende
Teil (16a) des Druckmessumformers (16) in Störmungsrichtung (A) gesehen seitlich der
Eintrittsöffnung (11) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
der Messstelle (8) und der Abdichtung (7) eine Sollbruchstelle angeordnet ist, die
vorzugsweise bei Ueberschreiten einer bestimmten Zugkraft anspricht.