PatentDe  


Dokumentenidentifikation EP1555388 19.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001555388
Titel Verfahren zum Abbau von Böden
Anmelder HOCHTIEF AG, 45128 Essen, DE
Erfinder Müller, Wolfgang, 21614 Buxtehude, DE
DE-Aktenzeichen 502004003124
Vertragsstaaten AT, CH, DE, GB, LI, NL
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 19.01.2004
EP-Aktenzeichen 040009649
EP-Offenlegungsdatum 20.07.2005
EP date of grant 07.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse E21D 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse E21D 9/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   E21B 44/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von Böden, insbesondere von standfesten bindigen Böden. - Standfeste bzw. bindige Böden meint insbesondere Böden mit einem relativ hohen Mergelanteil, beispielsweise mit einem Mergelanteil von 20 Gew.-% und mehr. Der Abbau des Bodens mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vor allem für das Absenken eines Senkkastens bzw. Caissons in dem durch Bodenabbau erzeugten Schacht geeignet.

Aus der Praxis ist es bekannt, rollige Böden in einer Arbeitskammer eines Senkkastens im Spülverfahren abzubauen (siehe beispielsweise das Dokument JP 04-089 925). Diese Arbeitskammer wird zur Verdrängung des Grundwassers während des Absenkvorganges ständig unter entsprechendem Luftüberdruck gehalten. Zum Abbau werden manuell bediente Wasserkanonen zum Auflockern des rolligen Bodens verwendet. Mit Hilfe von Pumpen wird das Erdreich/Spülflüssigkeitsgemisch, in der Regel ein Sand/Wasser-Gemisch abgefördert.

Der Abbau von standfesten bindigen Böden erfolgt in der Praxis in mechanischer Abbauweise. Für den Abbau der standfesten Böden werden insbesondere elektro-hydraulisch betriebene Abbaugeräte oder Aufrührgeräte eingesetzt. Dieses für standfeste Böden bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass die Abbauleistung im Vergleich zu der Abbauleistung beim Spülverfahren für rollige Böden lediglich etwa 10 % beträgt. Aufgrund der Druckbelastung ist grundsätzlich die zulässige Aufenthaltsdauer des Personals in der Arbeitskammer, in der die Auflockerung und Abförderung des Erdreiches erfolgt, aus gesundheitlichen Gründen nach der Druckluftverordnung begrenzt. Deshalb muss bei dem bekannten Verfahren mit hohem manuellen Aufwand relativ viel Personal auf der Baustelle vorgehalten werden. Die Kosten für das Absenken des Caissons werden im Wesentlichen bestimmt durch die Faktoren Personal, Geräte-Vorhaltung und Energieverbrauch. Eine geringe Absenkgeschwindigkeit des Caissons ist daher gleich bedeutend mit relativ hohen Kosten für die Baumaßnahmen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Abbau von Böden, insbesondere von standfesten bindigen Böden anzugeben, mit dem ein weitgehend automatischer sowie effektiver und funktionssicherer Bodenabbau möglich ist und bei dem die oben aufgeführten Nachteile vermieden werden können.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Abbau von Böden, insbesondere von standfesten bindigen Böden,

wobei eine um ihre Längsachse rotierende Aufdüslanze bis zu einem Bohransatzpunkt in den Boden vorgetrieben wird und mit der Aufdüslanze ein fluides Medium unter hohem Druck zur Auflockerung des Erdreiches in den Boden eingedüst wird, wobei das aufgelockerte Erdreich mit zumindest einer Pumpe abgefördert wird und wobei die Aufdüslanze unter Bildung eines vom Erdreich befreiten Aufdüsraumes aus dem Boden gezogen wird,

wobei die Ausdehnung eines Aufdüsraumes ermittelt wird und wobei in Abhängigkeit von der Ausdehnung eines Aufdüsraumes ein Raster von Bohransatzpunkten mit der Maßgabe festgelegt wird, dass mit dieser Ausdehnung hergestellte benachbarte Aufdüsräume aneinander angrenzen oder einander überlappen

und wobei die Bohransatzpunkte des Rasters nacheinander automatisch von der Aufdüslanze angefahren werden. - Hier liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Bohransatzpunkte des Rasters mit Hilfe einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung automatisch von der Aufdüslanze angefahren werden. Das benachbarte Aufdüsräume aneinander angrenzen meint nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass die benachbarten Aufdüsräume unmittelbar, d. h. ohne Zwischenraum aneinander angrenzen. Das benachbarte Aufdüsräume aneinander angrenzen meint nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung aber auch, dass zwischen benachbarten Aufdüsräumen schmale Stege bzw. Wände aus Erdreich verbleiben können, die nach Erzeugung zweier benachbarter Aufdüsräume gleichsam zusammenfallen. Im Rahmen der Erfindung sind die Aufdüsräume jedenfalls so zueinander angeordnet, dass nach Abarbeitung des festgelegten Rasters eine komplette Bodenschicht abgebaut ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zunächst Bohransatzpunkte festgelegt werden, bis zu denen die Aufdüslanze jeweils vorgetrieben wird. Es versteht sich, dass das Raster der Bohransatzpunkte in einem bestimmten begrenzten Raum angeordnet ist, der von dem Erdreich befreit werden soll. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Bohransatzpunkte in einem herzustellenden Schacht liegen, in den ein Senkkasten (Caisson) abgesenkt werden soll. Nachdem die Bohransatzpunkte festgelegt wurden, werden sie nacheinander bzw. in einer bestimmten Abfolge von der Aufdüslanze angefahren. Dabei wird zweckmäßigerweise mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung automatisch die Position, die Neigung und der Bohrvorschub der Aufdüslanze eingestellt. Außerdem wird vorzugsweise mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung automatisch die Rotationsgeschwindigkeit der um ihre Längsachse rotierenden Lanze und/oder der Druck bzw. die Menge des eingedüsten fluiden Mediums und/oder die Pumpenleistung bzw. die Menge des in der Zeiteinheit abzufördernden Erdreiches und/oder die Ziehgeschwindigkeit der Aufdüslanze eingestellt. Diese Einstellung erfolgt sinnvollerweise im Hinblick auf die gewünschte Ausdehnung bzw. im Hinblick auf den gewünschten Durchmesser des Aufdüsraumes. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass Sensoren für die Positionserkennung der Aufdüslanze vorgesehen sind, welche Sensoren zweckmäßigerweise an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeschlossen sind. In Abhängigkeit von den von diesen Sensoren an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung übermittelten Signalen wird bevorzugt die Position und/oder die Neigung und/oder der Bohrvorschub der Aufdüslanze und/oder die Ziehgeschwindigkeit der Aufdüslanze eingestellt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Bohransatzpunkte für den Bereich, in dem der Boden abgebaut werden soll, manuell in die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingegeben. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass auch die Reihenfolge der von der Aufdüslanze nacheinander anzufahrenden Bohransatzpunkte in die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingegeben wird. - Nach einer anderen Ausführungsform werden die Bohransatzpunkte für den Bereich, in dem der Boden abgebaut werden soll, automatisch von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung berechnet. Für diese Berechnung werden vorzugsweise Parameter in die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingegeben, die insbesondere die Größe und Ausdehnung des Bereiches betreffen, in dem der Boden abgebaut werden soll. In Abhängigkeit von den berechneten Bohransatzpunkten wird dann jeweils automatisch die Position und die Neigung der Aufdüslanze für jeden anzufahrenden Bohransatzpunkt mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingestellt.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass aus zumindest einer Öffnung der Aufdüslanze fluides Medium unter hohem Druck in den Boden eingedüst wird. Das eingedüste fluide Medium besteht aus zumindest einer Flüssigkeit, die unter hohem Druck eingedüst wird. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich zweckmäßigerweise um Wasser. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zusätzlich zu der unter Druck eingedüsten Flüssigkeit zumindest ein Gas unter Druck eingedüst wird, vorzugsweise Druckluft. Durch die Kombination von Flüssigkeit und Druckluft wird ein wirksames Schneiden des Bodens und ein effektives Auflockern des Erdreiches erreicht. Vorzugsweise wird Wasser unter Hochdruck bis 450 bar in den Boden eingedüst und wird unterstützend Druckluft mit einem Druck von 6 bis 12 bar, bevorzugt 8 bis 10 bar in den Boden eingedüst. Durch dieses Eindüsen des fluiden Mediums unter hohem Druck entsteht ein förderfähiges Erdreich/Fluidum-Gemisch, das mit Hilfe zumindest einer Pumpe abgefördert werden kann. Erdreich meint hier vor allem eine Mischung, die überwiegend aus Sand und Mergel besteht. Die zumindest eine Öffnung der Aufdüslanze zum Eindüsen von Flüssigkeit bzw. zum Eindüsen von Druckluft befindet sich zweckmäßigerweise im Bereich des Lanzenendes, das in den Boden vorgeschoben wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Aufdüslanze zum Anfahren eines bestimmten Bohransatzpunktes des Rasters automatisch auf einer Umlaufbahn in die dem Bohransatzpunkt zugeordnete Position auf der Umlaufbahn bewegt wird. Auf diese Weise wird die Aufdüslanze zunächst in einer Basisposition positioniert. Diese automatische Positionierung der Aufdüslanze erfolgt mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung. Zweckmäßigerweise ist zumindest ein Sensor vorgesehen, der der Positionserkennung der Aufdüslanze auf der Umlaufbahn dient und der an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeschlossen ist. Mit dem Sensor werden Signale an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung übermittelt, die Aufschluss über die aktuelle Position der Aufdüslanze auf der Umlaufbahn geben. Wenn ein neuer Bohransatzpunkt anzufahren ist, wird die Aufdüslanze mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung automatisch um einen entsprechenden Winkel auf der Umlaufbahn, vorzugsweise auf einer Kreisbahn verfahren. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Aufdüslanze auf dieser Kreisbahn in die dem Bohransatzpunkt zugeordnete Position bewegt wird. Dass die Aufdüslanze auf einer Kreisbahn bewegt wird, meint nicht, dass die Aufdüslanze ausschließlich kontinuierlich entlang der Kreisbahn und lediglich in eine Richtung entlang der Kreisbahn bewegt wird. Die Aufdüslanze kann nämlich auf Kreisbahnabschnitten bewegt werden und kann auf der Kreisbahn hin- und herbewegt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Aufdüslanze zur Verwirklichung einer Kreisbahnbewegung am Rand einer drehbaren Scheibe befestigt ist. Bei der drehbaren Scheibe handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Stahlscheibe. Der Durchmesser bzw. der Radius der Scheibe bestimmt und definiert die Kreisbahnbewegung der Aufdüslanze. Der Drehantrieb der drehbaren Scheibe erfolgt vorzugsweise hydraulisch.

Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, dass zum Anfahren eines bestimmten Bohransatzpunktes ein Neigungswinkel der Aufdüslanze bezüglich einer Vertikalachse automatisch eingestellt wird. Wenn nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung die Aufdüslanze auf einer Kreisbahn bewegt wird, verläuft die Vertikalachse dann durch den Kreismittelpunkt dieser Kreisbahn. Vorzugsweise wird nach der Basispositionierung der Aufdüslanze auf der Umlaufbahn bzw. Kreisbahn die Aufdüslanze bezüglich ihrer Neigung positioniert. Grundsätzlich liegt es aber auch im Rahmen der Erfindung zuerst die Neigung bzw. den Neigungswinkel der Aufdüslanze einzustellen und die Aufdüslanze dann auf ihrer Umlaufbahn bzw. Kreisbahn in ihre Basisposition zu verfahren. Die Einstellung bzw. Ansteuerung der Lanzenneigung erfolgt vorzugsweise hydraulisch, bevorzugt über einen Hydraulikzylinder. Zweckmäßigerweise kann für die Aufdüslanze ein Neigungswinkel zwischen 0 bis 45° in Bezug auf die Vertikalachse eingestellt werden. Bei einem Neigungswinkel von 0° ist die Aufdüslanze parallel zu der Vertikalachse angeordnet bzw. vertikal angeordnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die automatische Einstellung des Neigungswinkels mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung erfolgt. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, dass zumindest ein Sensor zur Erkennung der Neigungsposition der Aufdüslanze vorgesehen ist, welcher Sensor zweckmäßigerweise mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung verbunden ist. Der Sensor liefert Signale an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die die aktuelle Neigungsposition der Aufdüslanze anzeigen. Wenn ein neuer Bohransatzpunkt anzufahren ist, wird die Aufdüslanze mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung automatisch um einen entsprechenden Winkel über die Umlaufbahn bzw. Kreisbahn verfahren und es wird automatisch ein entsprechender, dem Bohransatzpunkt zugeordneter Neigungswinkel eingestellt. Zweckmäßigerweise erfolgt zunächst das Verfahren über die Umlaufbahn bzw. Kreisbahn und dann die Einstellung des Neigungswinkels. Grundsätzlich kann aber auch zuerst der Neigungswinkel eingestellt werden oder aber der Neigungswinkel kann während der Bewegung der Aufdüslanze auf der Umlaufbahn eingestellt werden. Nach der Basispositionierung der Aufdüslanze auf ihrer Umlaufbahn und nach der Neigungspositionierung der Aufdüslanze erfolgt ein Vorschub der Aufdüslanze zu dem anvisierten Bohransatzpunkt hin. Dieser Vorschub der Aufdüslanze entlang ihrer Längsachse erfolgt vorzugsweise hydraulisch. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Aufdüslanze bei ihrem Vorschub zum Bohransatzpunkt um ihre Längsachse rotiert. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Sensor vorgesehen, der die Vorschubposition bzw. die Tiefenposition der Aufdüslanze bzw. des Aufdüslanzenendes erkennt. Zweckmäßigerweise ist dieser Sensor an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeschlossen und übermittelt Signale an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die die aktuelle Vorschubposition der Aufdüslanze anzeigen.

Erfindungsgemäß wird die bei bestimmten, für die Aufdüslanze eingestellten Steuerparametern erreichte Ausdehnung eines Aufdüsraumes ermittelt, der beim Ziehen der Aufdüslanze aus dem Boden zurückbleibt. Der Begriff "Steuerparameter für die Aufdüslanze" wird weiter unten noch konkret definiert. Die Ausdehnung des Aufdüsraumes meint insbesondere den Durchmesser bzw. den durchschnittlichen Durchmesser einer beim Ziehen der Aufdüslanze entstehenden Aufdüssäule. Die Aufdüssäule ist in der Regel zylinderformartig ausgebildet. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zunächst eine Probebohrung durchgeführt, um die Ausdehnung bzw. den Durchmesser eines Aufdüsraumes bzw. einer Aufdüssäule zu ermitteln, die unter bestimmten vorgegebenen Steuerparametern für die Aufdüslanze erreicht wird. Mit anderen Worten wird der Einwirkungsbereich der Aufdüslanze bei Verwirklichung bestimmter Steuerparameter zunächst in einer ersten Probesäule festgestellt. - Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Ausdehnung eines entstehenden Aufdüsraumes aber auch unter Vorgabe der Bodeneigenschaften und unter Vorgabe der Steuerparameter berechnet werden. Eine solche Berechnung erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Microcomputers, der Bestandteil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist..

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Rotationsgeschwindigkeit der um ihre Längsachse rotierenden Aufdüslanze und/oder die Ziehgeschwindigkeit der aus dem Boden zu ziehenden Aufdüslanze und/oder die Förderleistung der das Erdreich abfördernden Pumpe nach Maßgabe der herzustellenden Ausdehnung des Aufdüsraumes eingestellt wird. Die Einstellung der vorgenannten Steuerparameter erfolgt nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung automatisch. - Bei der Herstellung eines Aufdüsraumes bzw. einer Aufdüssäule wird die Aufdüslanze von dem Bohransatzpunkt weg nach oben gezogen und dabei rotiert die Aufdüslanze zweckmäßigerweise um ihre Längsachse. Das Abpumpen des entstehenden Boden/Flüssigkeits-Gemisches bzw. Boden/Wasser-Gemisches erfolgt durch zumindest eine Pumpe, die entsprechend positioniert wird. Vorzugsweise erfolgt das Positionieren der Pumpe automatisch und zwar mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung.

Eine sehr bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Bohransatzpunktes bzw. im Bereich des entstehenden Aufdüsraumes eine visuelle Abbaukontrolle des Erdreiches durchgeführt wird und dass nach Maßgabe dieser Abbaukontrolle erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze verändert wird. Die visuelle Abbaukontrolle erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe einer Videokamera. Steuerparameter für die Aufdüslanze meint im Rahmen der Erfindung die Rotationsgeschwindigkeit der um ihre Längsachse rotierenden Aufdüslanze und/oder den Druck bzw. die Menge des eingedüsten fluiden Mediums, insbesondere den Druck bzw. die Menge des eingedüsten Wassers und/oder den Druck bzw. die Menge der eingedüsten Druckluft und/oder die Ziehgeschwindigkeit der Aufdüslanze und/oder die Pumpenleistung, d.h. insbesondere die Menge des abgeförderten Erdreich/Wasser-Gemisches in der Zeiteinheit.

Steuerparameter für die Aufdüslanze meint auch den einzustellenden Neigungswinkel der Aufdüslanze und/oder die einzustellende Basisposition der Aufdüslanze auf der Umlaufbahn bzw. Kreisbahn. Auch die Vorschubgeschwindigkeit der Aufdüslanze zum Bohransatzpunkt ist ein Steuerparameter für die Aufdüslanze. Soweit weiter oben und nachfolgend von Steuerparameter die Rede ist, sind die vorstehend erwähnten Parameter gemeint.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Menge des abgeförderten Erdreiches gemessen und in Abhängigkeit von dieser gemessenen Menge wird erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze variiert. Zweckmäßigerweise wird der Volumenstrom des abgeförderten Erdreich/Flüssigkeits-Gemisches bzw. Erdreich/Wasser-Gemisches gemessen. Vorzugsweise wird außerdem die Menge des unter Druck zugeführten fluiden Mediums gemessen. Insoweit kann eine Massenbilanz erhalten werden, bei der die Menge des zugeführten fluiden Mediums bzw. die Menge des eingedüsten Wassers ins Verhältnis gesetzt werden kann zu der Menge des abgeförderten Erdreiches bzw. zu der Menge des abgeförderten Erdreich/Flüssigkeits-Gemisches. In Abhängigkeit von dieser Massenbilanz wird erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze variiert und zwar bevorzugt automatisch mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung variiert.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in dem durch Abförderung des Erdreiches entstehenden Schacht ein Senkkasten (Caisson) allmählich abgesenkt wird. Die Seitenwände dieses Senkkastens weisen zweckmäßigerweise bodenseitig Schneiden auf, die ein Eindringen in den Boden erleichtern. Vorzugsweise werden Bohransatzpunkte im Bereich der Schneiden der Seitenwände des Senkkastens vorgesehen. Auf diese Weise kann ein sehr funktionssicheres und effektives Absenken des Senkkastens verwirklicht werden. Die Anzahl und Anordnung des Bohransatzpunkte wird in Abhängigkeit vom Querschnitt bzw. Grundriss des Senkkastens gewählt.

Nach besonders bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Absenkvorgang des Senkkastens messtechnisch kontrolliert und in Abhängigkeit von den dabei erhaltenen Messergebnissen wird erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze verändert und zwar zweckmäßigerweise automatisch mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung. Das Absenken des Senkkastens erfolgt vorzugsweise ebenfalls automatisch mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung. Im Rahmen der messtechnischen Kontrolle des Absenkvorgangs wird die Stellung des Senkkastens überprüft. Der Senkkasten soll insbesondere nicht schief stehen. Der oder die Steuerparameter für die Aufdüslanze werden also zweckmäßigerweise so eingestellt, dass ein möglichst vertikaler Absenkvorgang des Senkkastens gewährleistet ist. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zumindest ein Messsensor vorgesehen ist, mit dem der Absenkvorgang bzw. die Stellung des Senkkastens überprüft wird. Der Messsensor ist zweckmäßigerweise an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeschlossen und sendet Signale, die über die Stellung des Senkkastens Auskunft geben. Diese Signale werden in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ausgewertet und erforderlichenfalls wird in Abhängigkeit von dieser Auswertung zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze verändert.

Vorzugsweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine schichtweise Abtragung von Bodenschichten verwirklicht. Zweckmäßigerweise werden dazu Bohransatzpunkte zunächst in einer ersten Bodentiefe gewählt und der über diesen Bohransatzpunkten vorhandene Boden wird mit Hilfe der Aufdüslanze durch aufeinanderfolgendes Anfahren der Bohransatzpunkte abgebaut. Danach werden Bohransatzpunkte in einer zweiten Bodentiefe festgelegt und es wird auch bezüglich dieser zweiten Bodentiefe entsprechend verfahren, so dass die zweite Bodenschicht abgetragen wird. Auf diese Weise können mehrere Bodenschichten nacheinander abgetragen werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein sehr effektiver und zügiger Bodenabbau, insbesondere auch von standfesten bindigen Böden im Spülverfahren automatisch durchgeführt werden kann und zwar entweder halbautomatisch oder aber nach bevorzugter Ausführungsform vollautomatisch. Der Erfindung liegt im diesem Zusammenhang die Erkenntnis zugrunde, dass Ausgangspunkt für die Verfahrensführung ein vorher festgelegtes Raster von Bohransatzpunkten bzw. von entsprechenden Lanzenpositionen ist. Die Lanzenführung und Lanzenbewegung wird dann in Abhängigkeit von verschiedenen Messgrößen im Hinblick auf einen effektiven Bodenabtrag automatisch gesteuert. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen wird eine beachtliche Erhöhung der Effizienz erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich im Vergleich zu diesen aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen durch eine relativ vorteilhafte Energiebilanz aus und zeichnet sich weiterhin durch geringen Aufwand im Hinblick auf Personal und Material aus. Vor allem die Arbeiten von Personal unter Druckluft können auf ein Minimum reduziert werden und deshalb wird ein erheblicher Beitrag zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen an den entsprechenden Arbeitsplätzen geleistet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1
eine Seitenansicht eines schematischen Schnittes durch eine Vorrichtung mit Senkkasten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2
einen Querschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform,
Fig. 3
einen Schnitt A-A durch den Gegenstand nach Fig. 2, und
Fig. 4
einen Schnitt B-B durch den Gegenstand gemäß Fig. 2 und
Fig. 5
den Gegenstand gemäß Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abbau von Böden dargestellt. Die Vorrichtung dient zur Herstellung eines Schachtes 16 für die allmähliche Absenkung eines Senkkastens 1. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die Vorrichtung eine Kammer 2 auf, wobei die Kammer 2 in eine Druckkammer 3 und eine darunter angeordnete Arbeitskammer 4 aufgeteilt ist. In der Kammer 2 ist eine um ihre Längsachse rotierende Aufdüslanze 5 vorgesehen, die in den Boden 6 vorgetrieben wird. Jede Aufdüslanze 5 weist zumindest eine nicht dargestellte Öffnung auf, aus der ein fluides Medium unter hohem Druck zur Auflockerung des Erdreiches in den Boden ausgestoßen bzw. eingedüst wird. Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel wird Wasser unter Hochdruck und unterstützend Druckluft eingedüst.

Eine Aufdüslanze 5 ist auf einer Kreisbahn um die Vertikalachse 7 bewegbar. Zur Verwirklichung dieser Kreisbahnbewegung ist die Aufdüslanze 5 am Rand einer drehbaren Scheibe 8 befestigt. Durch Drehung dieser Scheibe 8 wird die Kreisbahnbewegung der Aufdüslanze 5 realisiert. Die Aufdüslanze 5 ist auf einer neigbaren Lafette 9 geführt, die in der Druckkammer 3 vorgesehen ist und die Aufdüslanze 5 ist schwenkbeweglich an der drehbaren Scheibe 8 befestigt. Auf diese Weise können unterschiedliche Neigungswinkel &agr; zwischen der Aufdüslanze 5 und der Vertikalachse 7 eingestellt werden. Durch die möglichen Variationen der Position der Aufdüslanze 5 kann eine sehr effektive und vollständige Abtragung des Bodens 6 erreicht werden. In der Fig. 1 wurde neben der Aufdüslanze 5 im Übrigen eine weitere mögliche Position der Aufdüslanze 5 angedeutet.

In der Druckkammer 3 ist die Aufdüslanze 5 mit einem Druckmedium beaufschlagbar, wobei es sich zweckmäßigerweise um mit einer Hochdruckpumpe eingeführtes Wasser und zusätzlich um Druckluft handelt. Durch die unter hohem Druck in den Boden eingedüste Flüssigkeit wird das Erdreich aufgelockert und somit zu einem förderfähigen Erdreich/Wasser-Gemisch, das mit einer Pumpe 11 über eine Förderleitung 12 abförderbar ist. Die drehbare Scheibe 8 weist im Übrigen ein verschließbares Mannloch 13 auf. Außerdem sind Materialschleusen 14 und eine Personenschleuse 15 dargestellt.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst im Boden befindliche Bohransatzpunkte 17 festgelegt. Die Aufdüslanze 5 wird um ihre Längsachse rotierend bis zu einem solchen Bohransatzpunkt 17 vorgeschoben. Wenn die Aufdüslanze 5 diesen Bohransatzpunkt 17 erreicht hat, wird sie langsam wieder aus dem Boden herausgezogen, wobei das fluide Medium unter hohem Druck in den Boden 6 eingedüst wird. Das hierdurch aufgelockerte Erdreich wird mit der zumindest einen Pumpe 11 abgefördert. Durch diese Abförderung des Erdreiches entsteht oberhalb des Bohransatzpunktes 17 ein Aufdüsraum in Form einer Aufdüssäule 18. Zweckmäßigerweise wird zunächst für vorgegebene Steuerparameter der Aufdüslanze 5 die Ausdehnung eines solchen Aufdüsraumes bzw. der Durchmesser einer Aufdüssäule 18 ermittelt. Das geschieht vorzugsweise durch eine Probebohrung in dem betreffenden Boden 6. Wenn der Durchmesser einer auf diese Weise erzeugten Aufdüssäule 18 bekannt ist, kann davon ausgegangen werden, dass bei entsprechenden Steuerparametern für die Aufdüslanze 5 bei weiteren Bohrungen Aufdüssäulen 18 mit gleichen oder zumindest ähnlichen Durchmessern erzeugt werden können. Wenn die Ausdehnung eines Aufdüsraumes bzw. der Durchmesser einer Aufdüssäule 18 feststeht, wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von dieser Ausdehnung ein Raster von Bohransatzpunkten 17 mit der Maßgabe festgelegt, dass mit dieser Ausdehnung hergestellte benachbarte Aufdüsräume bzw. Aufdüssäulen 18 aneinander angrenzen oder einander überlappen. Es versteht sich, dass dieses Raster von Bohransatzpunkten 17 so festgelegt wird, dass eine möglichst vollständige und effektive Entfernung des Erdreiches aus dem Schacht 16 möglich ist. Fernerhin wird die Reihenfolge der von der Aufdüslanze 5 anzufahrenden Bohransatzpunkte 17 festgelegt und zwar mit der Maßgabe, dass der Senkkasten 1 möglichst gleichmäßig und vertikal angesenkt werden kann.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen im Übrigen eine Ausführungsform gemäß Fig. 1, bei der eine Kammer 2 und eine Aufdüslanze 5 in dem Schacht 16 vorgesehen ist. In der Fig. 2 ist die Reihenfolge der anzufahrenden Bohransatzpunkte 17 mit kleinen Buchstaben a bis 1 gekennzeichnet. a entspricht dabei dem Bohransatzpunkt 17 der zuerst angefahren wird, d.h. in dessen Bereich die erste Aufdüssäule 18 erzeugt wird und 1 entspricht dem Bohransatzpunkt 17, der zuletzt angefahren wird. In der Fig. 2 ist im Übrigen gestrichelt die Ausdehnung bzw. der Durchmesser von Aufdüssäulen 18 angedeutet worden. An den Spitzen der strichpunktiert gezeichneten Pfeile befindet sich jeweils ein Bohransatzpunkt 17 (a bis 1). In den Fig. 3 und 4 sind die Aufdüssäulen 18 im Schnitt erkennbar.

Wenn die Bohransatzpunkte 17 bzw. das Raster von Bohransatzpunkten 17 für einen Schacht 16 feststehen, werden diese Bohransatzpunkte beispielsweise manuell in eine nicht dargestellte Steuer- und/oder Regeleinrichtung eingegeben. Anschließend werden diese Bohransatzpunkte 17 des Rasters nacheinander automatisch mit Hilfe dieser Steuer- und/oder Regeleinrichtung von der Aufdüslanze 5 angefahren. Eine Aufdüslanze wird mit Hilfe der drehbaren Scheibe 8 zunächst über eine Kreisbahn in die Basisposition gefahren, die beispielsweise dem Bohransatzpunkt 17 gemäß a entspricht. Zweckmäßigerweise ist zumindest ein nicht dargestellter Sensor vorgesehen, mit dem die Position der Aufdüslanze 5 auf der Kreisbahn festgestellt werden kann und zur Steuer- und/oder Regeleinrichtung übermittelt werden kann. Vorzugsweise wird anschließend die Neigung der Aufdüslanze 5 zur Vertikalachse 7 und somit der Neigungswinkel &agr; eingestellt. Auch hier ist vorzugsweise zumindest ein nicht dargestellter Sensor vorgesehen, der die Neigungsposition der Aufdüslanze 5 feststellt und an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung übermittelt. Im Anschluss daran wird die Aufdüslanze 5 bis zu dem zugeordneten Bohransatzpunkt 17 bzw. a vorgetrieben. Dabei rotiert die Aufdüslanze 5 um ihre Längsachse. Wenn der betreffende Bohransatzpunkt 17 erreicht wurde, wird die Aufdüslanze 5 wieder aus dem Boden 6 gezogen, wobei das fluide Medium unter hohem Druck in den Boden eingedüst wird. Das hierdurch aufgelockerte Erdreich wird mit zumindest einer Pumpe 11 abgefördert. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass diese Auflockerung bzw. Abförderung des Erdreiches mit Hilfe einer Videokamera visuell überwacht wird. Außerdem wird zweckmäßigerweise die Menge bzw. der Druck des eingedüsten fluiden Mediums gemessen und zusätzlich die Menge des abgeförderten Erdreiches bzw. des abgeführten Erdreich/Wasser-Gemisches gemessen. Auf diese Weise kann eine Massenbilanz ermittelt werden, die durch Einstellung des Steuerparameter für die Aufdüslanze 5 optimiert werden kann.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein weiterer, nicht dargestellter, Sensor vorgesehen, mit dem die Absenkung bzw. die Stellung des Senkkastens 1 kontrolliert wird. Dieser Sensor ist ebenfalls an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeschlossen. Wenn festgestellt wird, dass der Senkkasten 1 nicht optimal bzw. nicht vertikal abgesenkt wird, können mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung automatisch Steuerparameter für die Aufdüslanze 5 verändert werden, um die Absenkung des Senkkastens 1 zu optimieren. Im Ergebnis arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren zumindest weitgehend automatisch und damit kann eine zügige und effektive Absenkung eines Senkkastens 1 verwirklicht werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Kammern 2 auf, die jeweils in eine Druckkammer 3 und eine darunter angeordnete Arbeitskammer 4 aufgeteilt sind.


Anspruch[de]
Verfahren zum Abbau von Böden, insbesondere von standfesten bindigen Böden,

wobei eine um ihre Längsachse rotierende Aufdüslanze (5) bis zu einem Bohransatzpunkt (17) in den Boden (6) vorgetrieben wird und mit der Aufdüslanze (5) ein fluides Medium unter hohem Druck zur Auflockerung des Erdreiches in den Boden (6) eingedüst wird, wobei das aufgelockerte Erdreich mit zumindest einer Pumpe (11) abgefördert wird und wobei die Aufdüslanze (5) unter Bildung eines vom Erdreich befreiten Aufdüsraumes aus dem Boden (6) gezogen wird,

wobei die Ausdehnung eines Aufdüsraumes ermittelt wird und wobei in Abhängigkeit von der Ausdehnung eines Aufdüsraumes ein Raster von Bohransatzpunkten (17) mit der Maßgabe festgelegt wird, dass mit dieser Ausdehnung hergestellte benachbarte Aufdüsräume aneinander angrenzen oder einander überlappen und wobei die Bohransatzpunkte (17) des Rasters nacheinander automatisch von der Aufdüslanze (5) angefahren werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Anfahren eines Bohransatzpunktes (17) des Rasters die Aufdüslanze (5) automatisch auf einer Umlaufbahn in eine dem Bohransatzpunkt (17) zugeordnete Position bewegt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zum Anfahren eines Bohransatzpunktes (17) ein Neigungswinkel &agr; der Aufdüslanze (5) bezüglich einer Vertikalachse (7) automatisch eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der um ihre Längsachse rotierenden Aufdüslanze (5) und/oder die Ziehgeschwindigkeit der aus dem Boden (6) zu ziehenden Aufdüslanze (5) und/oder die Förderleistung der das Erdreich abfördernden Pumpe (11) nach Maßgabe der herzustellenden Ausdehnung des Aufdüsraumes eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Bereich eines Bohransatzpunktes (17) bzw. im Bereich des entstehenden Aufdüsraumes eine visuelle Abbaukontrolle durchgeführt wird und wobei nach Maßgabe dieser Abbaukontrolle erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze (5) verändert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Menge des abgeförderten Erdreiches gemessen wird und in Abhängigkeit von der gemessenen Menge erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze (5) variiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem durch Abförderung des Erdreiches entstehenden Schacht (16) ein Senkkasten (1) abgesenkt wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Absenkvorgang des Senkkastens (1) messtechnisch kontrolliert wird und wobei in Abhängigkeit von den Messergebnissen erforderlichenfalls zumindest ein Steuerparameter für die Aufdüslanze (5) verändert wird.
Anspruch[en]
Method of excavating the ground, particularly of solid bonded ground,

wherein an atomised application lance (5) rotating around its longitudinal axis is driven into the ground (6) to a surface location point (17) and a fluidic medium under high pressure is jetted into the ground via the atomised application lance (5) (6) to loosen the soil, wherein the loose soil is extracted with at least a pump (11) and wherein the atomised application lance (5) is pulled from the ground (6) by forming an atomised space free of soil,

wherein the extension of an atomised application space is determined and wherein dependent upon the extension of an atomised application space a grid of surface location points (17) is determined with the provision that neighbouring atomised application spaces made with this extension are adjacent to one another or overlap with one another and wherein the surface location points (17) of the grid are successively, automatically approached by the atomised application lance (5).
Method according to claim 1, wherein to drive a surface location point (17) of the grid, the atomised application lance (5) is automatically moved on an orbit in a position corresponding to the surface location point (17). Method according to one of claims 1 or 2, wherein to approach a surface location point (17) an inclination angle &agr; of the atomised application lance (5) is automatically set relative to a vertical axis (7). Method according to one of claims 1 to 3, wherein the rotation velocity of the atomised application lance rotating aroung its longitudinal axis and/or the pulling velocity of the atomised application lance (5) to be pulled from the ground and/or the conveyance capacity of the pump (11) extracting the soil based on the provision of the extension of the atomised application space to be produced are set. Method according to one of claims 1 to 4, wherein in the section of a surface location point (17) or in the section of the occurring atomised application space, a visual excavation control is performed and wherein, according to the provision of this excavation control, if necessary, at least a control parameter for the atomised application lance (5) is changed. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the quantity of the extracted soil is measured and in dependence of the measured quantity, if necessary, at least one control parameter for the atomised application lance (5) is varied. Method according to one of claims 1 to 6, wherein in the shaft that occurs through the extraction of soil (16) a sinking box (1) is lowered. Method according to claim 7, wherein the sinking process of the sinking box (1) is controlled by measuring and wherein, in dependence on the measured results, if necessary, at least one control parameter is changed for the atomised application lance (5).
Anspruch[fr]
Procédé d'extraction de sols, notamment de sols consistants cohésifs,

dans lequel une lance d'injection (5) en rotation autour de son axe longitudinal est avancée dans le sol (6) jusqu'à un point d'emplacement du trou de sonde (17) et un fluide est injecté dans le sol (6) sous haute pression au moyen de la lance d'injection (5) pour ameublir la terre, la terre ameublie étant extraite au moyen d'au moins une pompe (11) et la lance d'injection (5) étant retirée du sol (6) en formant un espace d'injection libéré de terre,

dans lequel l'élargissement de l'espace d'injection est calculé et un réseau de points d'emplacement du trou de sonde (17) est déterminé, en fonction de l'élargissement de l'espace d'injection, de façon à ce que les espaces d'injection voisins, produits par cet élargissement, soient adjacents les uns aux autres ou se chevauchent, et dans lequel les points d'emplacement du trou de sonde (17) du réseau sont approchés automatiquement l'un après l'autre par la lance d'injection (5).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour approcher un point d'emplacement du trou de sonde (17) du réseau, la lance d'injection (5) est déplacée automatiquement sur une orbite dans une position associée au point d'emplacement du trou de sonde (17). Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel, pour approcher un point d'emplacement du trou de sonde (17), un angle d'inclinaison &agr; de la lance d'injection (5) est réglé automatiquement par rapport à un axe vertical (7). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la vitesse de rotation de la lance d'injection (5) autour de son axe longitudinal et/ou la vitesse d'extraction de la lance d'injection (5) à retirer du sol (6) et/ou le débit de la pompe (11) extrayant la terre sont réglés conformément à l'élargissement de l'espace d'injection devant être produit. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un contrôle visuel d'extraction a lieu dans la partie d'un point d'emplacement du trou de sonde (17) ou dans la partie de l'espace d'injection en formation et dans lequel, conformément à ce contrôle d'extraction, au moins un paramètre de commande de la lance d'injection (5) est modifié en cas de besoin. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la quantité de terre extraite est mesurée et, en fonction de la quantité mesurée, au moins un paramètre de commande de la lance d'injection (5) est modifié en cas de besoin. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un caisson immergé (1) est descendu dans le puits (16) créé par extraction de la terre. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'opération de descente du caisson immergé (1) est contrôlée par des techniques de mesure et dans lequel, en fonction des résultats de mesure, au moins un paramètre de commande de la lance d'injection (5) est modifié en cas de besoin.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com