Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von unterirdischen Sammelleitungen für Flüssigkeiten und Gase, insbesondere zum Bau von Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen, sowie ein Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens.

Der Bau von horizontalen, bogenförmigen, schrägen oder gewundenen Brunnen und Drainageleitungen sowohl für Grund- und Stauwasser als auch für Bodenluft, wird zusammengefaßt mit der Bezeichnung Horizontalfilterbrunnenbau versehen. Herkömmliche Horizontalfilterbrunnen dienen zur Entnahme von Grundwasser, das durch horizontal verlegte Filterrohre in einen vertikalen Hauptschacht geleitet wird. Von dort wird das Wasser mittels Pumpen an die Oberfläche gebracht. Auch in Gebieten der Altlastensanierung und -Sicherung ist zum Schadstoffentzug diese Art von Brunnen einsetzbar. Solche Horizontalfilterbrunnen haben gegenüber Vertikalbrunnen verfahrenstechnische und unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftliche Vorteile.

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Mit einem Horizontalfilterbrunnen kann die grundwasserführende Bodenschicht mit größerer Brunnenleistung entsprechend ihrer Ergiebigkeit erfasst werden. Des weiteren verockern Horizontalfilterbrunnen bedeutend langsamer als Vertikalbrunnen, weil die horizontal gelagerten Filterrohre nicht mit der Luft in Berührung kommen und die Strömungsgeschwindigkeiten in horizontalen Wassererfassungen sehr niedrig gehalten werden können.

Als weiterer Vorteil ist herauszustellen, daß die maschinellen und rohrtechnischen Anlagen für Pumpendrucklei ungen, Meßgeräte und Energiezuführungen mit elektrischen Schalt- und Steuereinrichtungen weitaus geringeren Umfang erfordern als bei Vertikalbrunnen. Ebenso ist die Überwachung und Wartung eines Horizontalfilterbrunnens, gemessen an vergleichbaren Vertikalbrunnenanlagen, nicht so aufwendig.

Horizontalfilterbrunnen sind neben der Wassergewinnung prinzipiell dort bevorzugt einsetzbar, wo relativ flache Wasservorkommen saniert werden müssen, oder in stark geschichteten Böden, wo eine bestimmte Schicht zur Bodenluftsanierung erschlossen werden muß. Auch in Gebieten, die eine Überbauung aufweisen oder wo eine anderweitige Nutzung den Bau von Vertikalbrunnen nicht zuläßt, oder wo hydraulische Notwendigkeiten vorliegen, die einen Horizontalfilterbrunnenbau nahelegen, werden bevorzugt Horizontalfilterbrunnen eingesetzt.

Heutzutage werden bei Horizontalfil erbrunnen hauptsächlich die Verfahren nach FEHLMANN und PREUSSAG angewendet. Die Verfahren nach FEHLMANN und PREUSSAG sind bei E. Bieske, "Bohrbrunnen" (7. Aufl., 1992, Oldenbourg, München)

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beschrieben. Des weiteren gibt die Firma Preussag ein Prospekt heraus, in dem das Preussag-Verfahren ausführlich dargestellt ist. Die Vorgehensweise soll am Beispiel des Preussag-Verfahrens kurz erläutert werden: Bei diesem Verfahren wird ein bis in das Grundwasservorkommen reichender Hauptschacht vorher angefertigt und abgetäuft. Von einer Arbeitsebene aus werden strahl- oder fächerförmig gerade horizontale Bohrungen mit Bohrrohren vorangetrieben. In diese Bohrrohre werden danach die Filterrohre eingebaut. Dann werden die Bohrrohre nach und nach aus den Bohrungen herausgezogen, währenddessen Filterkies in den Hohlraum zwischen der Bohrung und dem Filterrohr unter Hochdruck angespült wird, so daß der Filterkies sich zwischen Bohrwandung und Filterrohr absetzen kann. Dieser Filtermantel kann aus Filterkies oder Filtersand bestehen.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß ein im Durchmesser mindestens 2,5 m breiter Vertikalschacht in den Boden vorangetrieben werden muß. Des weiteren muß dann eine Arbeitsbühne mit der Bohr- und Einbauanlage im Schacht aufgebaut und mit großem Aufwand die Horizontalbohrungen in die Bodenschichten eingebracht werden.

Die Horizontalbohrungen bei diesen Verfahren können nur eine begrenzte Länge bis etwa 60 m erreichen, und dies nur in gerader Streckenführung. Die möglichen Bohrlängen werden dabei durch die Bodeneigenschaften bestimmt.

Zudem strömt während der gesamten Bauzeit des Horizontalfilterbrunnens bei den bekannten Verfahren ständig Grundwasser in den Zentralschacht ein, das mit großem Aufwand entweder abgehalten oder abgepumpt werden muß .

Diese bekannten Verfahren sind somit aufwendig, teuer und können nur ab bestimmten Baugrößen wirtschaftlich gebaut werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollkommen neues Verfahren zu entwickeln, das ein einfaches und schnell durchzuführendes Einbringen von unterirdischen Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen ermöglicht, sowie ein Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit einer Verfahrensweise nach dem Patentanspruch 1 und mit einem Arbeitsmittel nach den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die erforderlichen Horizontalbohrungen von der Oberfläche aus (z.B. schachtlos in ebenem Gelände) vorzunehmen und in diese Bohrungen den schon gesamt vorgefertigten Filterleitungsaufbau mit geeigneten Filterrohren und einem Filterkiesmantel, den sogenannten Filterstrang, von der Oberfläche aus in die Bohrungen einzubringen. Dabei wird hier unter einem Filterstrang ein ein- oder mehrteiliges inneres Filterrohr mit umgebendem ein- oder mehrteiligem Kiesmantel verstanden.

Zum Einbringen der Bohrung wird vorteilhaf erweise ein voll verlaufsgesteuertes Bohrungsverfahren verwendet, das ursprünglich für die Versorgungstechnik entwickelt wurde.

Dabei wird ein voll steuerbarer, fernlenkbarer Bohrkopf eingesetzt, der es ermöglicht, daß auch gekrümmte oder bogenförmig verlaufende Bohrungen vorgenommen werden können. Ein solches verlaufsgesteuertes Bohrverfahren hat

für den Bau von Horizontalfilterbrunnen den Vorteil, daß die Verdichtungen des Bodens sich bei den meisten Bodenarten in einem Bereich halten, der für den Bodenluft-, Stauwasser- oder Grundwasserbrunnenbau tolerierbar ist.

Beim Bohren schneidet unter mechanischem Vorschub ein Hochdruckwasserstrahl einen Mikrotunnel in den Boden. Vorteilhafterweise wird diesem Hochdruckwasserstrahl eine Stützsuspension für das Bohrloch beigemischt, wodurch ein Teil des gelösten Bodenmaterials in die umgebende Matriz verdrängt und ein Teil mit der Bohrsuspension ausgetragen wird. Dadurch wird einerseits das Bohrloch stabilisiert unc andererseits eine gewisse Gleitwirkung beim Einzug einer Filterstrang-Einzieheinheit, je nach Zusammensetzung der Bohrspülung, erzeugt. Unter einer

Filterstrang-Einzieheinheit wird hier das Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 20 oder 21 verstanden. Infolge der Materialverlεgerungen treten geringe Permeabilitätsänderungen auf, die durch die Art und Weise des Bohrens im Detail und durch Spülungsmenge, Spülungsdruck und Spülungszusammensetzung reguliert werden.Des weiteren kann es den Bohrerheitnissen entsprechend von besonderem Vorteil sein, eine bentonit-freie Bohrsuspension zu verwenden, die gewässerneutral und biologisch abbaubar ist. Diese Bohrsuspension ermöglicht es, daß keine zusätzlichen Permeabilitätsverringungen des Bodens erzeugt werden.

Um Filterstrang-Einzieheinheiten mit einem Durchmesse großer als der des Mikrotunnels in die Bohrung einzubringen, ist es vorteilhaft, die erste Bohrung mit kleinem Durchmesser durch einen Aufweitkopf aufzuwei en. Hierzu wird der Bohrkopf nach Austritt aus der Austrittsöffnung der Bohrung durch den Aufweitkopf

ausgetauscht und dieser dann durch die Pilot-Bohrung bzw. den Mikrotunnel in hydraulisch-mechanischer Arbeitsweise zurückgezogen.

Zum Einbringen bzw. Einziehen einer Filterstrang- Einzieheinheit mit besonders großem Durchmesser ist es vorteilhaft, die ursprüngliche Bohrung mehrmals mit verschieden großen Aufweitköpfen schrittweise aufzuweiten. Wann das nötig ist, wird im wesentlichen durch die Bodeneigenschaften, die Bohrtechnik und die Aufgabe der Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen vorgegeben.

Um ein schnelles Verlegen der Filterstränge zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Filterstrang- Einzieheinheit direkt am Aufweitkopf anzukoppeln, wodurch die Filterstrang-Einzieheinheit während des Aufwεitvorgangs in die aufgeweitete Bohrung eingezogen wird.

Der Durchmesser des Aufweitkopfes sollte möglichst mindestens gleich groß oder größer als der Durchmesser der Filterstrang-Einzieheinheit sein, um möglichst geringe Reibungskräfte beim Einziehen in die Bohrung zuzulassen.

Wenn der letzte Aufweitvorgang erfolgt, wird mit dem Aufweitkopf die Filterstrang-Einzieheinheit im Gefolge des hydraulisch-mechanisch arbeitenden Aufwεitkopfes eingezogen. In der Eintrittsöffnung kann der Filterstrang obertätig fixiert werden, und das Schutzrohr der Filterstrang-Einziεheinheit kann zur andεren Öffnung herausgezogen werden. Dabei entsteht zwischen Filterstrang und Bohrlochwandung ein Ringraum, der durch Versturz geschlossen wird, was günstige Auswirkungen auf die Durchlässigkeit des Brunnenumfeldes hat. Aus diesem Grund kann es besonders vorteilhaft sein, einen

Aufweitkopfdurchmesser zu wählen, der erheblich größer ist als der des Schutzrohres.

Damit beim Herausziehen des äußerεn Hüllrohres (Schutzrohres) der eigentlichε Filterleitungsaufbau nicht mit herausgezogen wird, ist es vorteilhaft, den inliegεnden Filterstrang bzw. das inliegendε Filtεrrohr eigεns oberirdisch zu fixieren.

Abhängig von den Bodenεigεnschaftεn und dεr speziellen Aufgabe des Brunnens kann es vorteilhaft sein, daß zuerst nur ein Hüllrohr in die Bohrung eingezogen wird und dann erst der eigentliche Filterstrang in das Hüllrohr eingeschobεn wird.

Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Arbeitsmittel mit einem äußeren Hüllrohr, das einεn darin liegenden Filterrohr umschließt, wobei vorteilhafterweise der Zwischenraum zwischen Filterstrang und äußerem Hüllrohr durch eine Filtersand- und/oder Filterkiesfullung (Filterkiesmantel) gefüllt ist. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, daß die Vεrteilung dεr Filterkiesfullung und der darin eingebεtteten Filtεrlεitung den Erforderniεsεn entsprechεnd optimal aufgεbaut ist. Zudem wird ermöglicht, daß der Aufbau des Filterstrangs vorgefεrtigt werden kann und dadurch fehlerhafte Stellen vermiεden werden. Diεsε Anordnung ist auch deshalb sehr vorteilhaft, da der gesamte Aufbau des zu verlegendεn Filterstrangaufbaus vorkontrolliert werden kann.

Je nach Bodεngεgebenheiten ist eine Mantelung dεs Filtεrrohrεs mit Filtεrkiεs odεr Filtεrsand nicht nötig und εs ist dann vorteilhaft, um Kosten einzusparen, nur ein Filtεrrohr im äußeren Hüllrohr in die Bohrung einzuziehen.

Erfindungsgemäß kann der Filterstrangaufbau optimal an die hydrologischen Gegebεnheiten angepaßt werdεn. Zum εinεn ist es möglich, die Füllung zwischen Filterrohr und Bohrwandung mit unterschiedlich grobkörnigen Filtermaterialien vorzunehmen, zum anderen kann diese Füllung genau in vorbestimmter Wεise aufgebaut sein und läßt sich auch vor dem Einbau kontrollierεn.

Aufgrund der erfindungsgemäßεn Fertigung des gεsamtεn Filterstrangs vor Einbau sind weitεrε Variationεn dieses Aufbaus zur optimalen Anpassung an die geologischεn Gegebenheitεn möglich.

So kann es aus verfahrenstechnischen und ökonomischen Gründen vorteilhaft sein, die eigentlichε Filtεrlεitung nur in Tεilabschnittεn der Gesamtbohrung εinzubringεn.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau und der Vorfεrtigung dεs gεsamtεn Filtεrstrangs ist εin DIN-gerechter Aufbau möglich. Aufgrund der Vorfertigung des Filterstrangs können optimale Brunnεnleistungen εrreicht werden.

Bei dem erfindungsgemäßεn Arbeitsmittεl sind allε bishεr bεkanntεn Filterleitungsmaterialien anwendbar. So können nebεn hεrkömmlichen und im Brunnenbau bereits üblichen Filterrohren jeder Art Vliesε, Tεxtiliεn und Mεmbranεn mit εinεm innεren Stützrohr im Filterstrang eingεbaut wεrdεn. Das Filterrohr selbst kann ein porös selbsttragεndεs Kunststoff-Filterrohr sein, welches aus PE, PVDF, PTFE, PT, PU, PVC oder derglεichεn, besteht. Ebenso können poröse selbsttragende Keramik- oder Sintermetall-Filtεrrohrε oder aus anderεn porösεn sεlbsttragεnden Materialien bestehεnde Filtεrrohrε im Filtεrstrang eingesetzt werdεn.

Der Aufbau der einzelnen Filterstränge kann vorteilhaf erwεisε auch an die geologisch-verfahrenstechnischen Anforderungεn hinsichtlich dεr Geo etriε angεpaßt wεrden. Hierzu wird die Filterstrangeinheit falls nötig unterschiedlich flexibεl aufgebaut, so daß verschiedεnste Krümmungsradien der Horizontalfilterbrunnen oder der Drainagelεitungεn dεs Bohrlochs möglich sind.

Erfindungsgemäß ist das äußere Hüllrohr aus einem glatten, stabilen Kunststoff wie Folyethylen oder derglεichεn gefεrtigt, wodurch das Einführen der

Filterstrang-Einziehεinhεit in diε Bohrung εrlεichtεrt wird. Durch das εrfindungsgemäße Arbeitsmittel wird der empfindliche Filterstrang vor Bohrspülungs- und Borschmand-Zutritten geschützt und das äußεre Hüllrohr entlastεt den eigentlichen Filterstrang und hält ihn frei von Reibungskräften.

Das erfindungsgemäßε Verfahrεn kann völlig neue Bereiche erschließεn, da diε εinzεlnεn Filtεrsträngε in Anzahl, Durchmesser und Längen bis 500 m (bei entsprechender Bohrtechnik auch länger) variiert werden können. Ebεnso sind sehr geringe Durchmessεr der einzelnen Filterleitungen möglich, diε mit dεn bεkanntεn Vεrfahrεn nicht erreicht wurden .

Bei dem erfindungsgemäßεn Vεrfahrεn ist εs zudεm möglich, den jeweiligεn Abschnitt dεs Filtεrstrangs bzw. dεs Filterrohres mittels Einfahren einer Kamera schon während dεs Einziεhvorgangs zu kontrolliεrεn . Evεntuell auftretende Beschädigungεn am Filterstrang beim Einziehεn sind soπt sofort festzustεllεn und öglichεrweise zu beseitigen.

Im folgenden ist zur weitεren Erläuterung und zum bessεrεn Verständnis der Erfindung ein Ausführungsbεispiεl eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebauten Horizontalfilterbrunnens sowiε dem erfindungsgemäßen Arbeitsmittel zur Durchführung dieses Verfahrens unter Bεzugnahme auf die beigεfügtεn Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine beispielhaftε Untεrfahrung,

Fig. la eine schematische Darstellung des Vorantreibεns einer Bohrung,

Fig. 2 eine Draufsicht mit beispielhaften Verlaufsformen der Brunnen und Drainagεn,

Fig. 3 eine schematischε Darstεllung εines beispiεlhaften Aufweitvorgangs, und

Fig. 4 einen schematischεn Schnitt senkrecht zum

Filterstrang (Ausführungsbeispiel) mit noch ungezogenem Schutzrohr.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt ein nach dem erfindungsgεmäßεn Verfahren gebauter

Horizontalfilterbrunnεn εinε odεr mεhrεre, leicht odεr stark gεkrümmtε Bohrungen 1, die sich von einem zentralen Standort aus fächerförmig, in parallel odεr anders in verschiedenε odεr diεselben Bodenschichtεn 2 εrstrεcken. Jede Einzelbohrung 1 hat einε Eintrittsöffnung 3 und εinε Austrittsöffnung 4 , durch wεlche diε Filterstrang-Einziehεinheit 5 εingεzogen wird. Dεr εigεntliche Filtεrstrang 52, 53 liεgt dabεi untεr dεm Pεgel

cεs Grundwassers in der ungesättigten Zone oder im Stauwasser. An der Obεrflächε stεht εinε Entnahmevorrichtung 6, in dem die zur Förderung des Grundwassers, des Stauwassεrs oder der Bodenluft dienεndεn Pumpen Sauger, Vakuumerzeuger oder ähnliches untergebracht sind. Das Filterrohr 53 ist hierzu zu den über und unter der zu bewirtschaftenden Bodenschicht liεgεnden Abschnitten dicht verschlossen und hat nur innerhalb der zu bεwirtschaftenden Bodenschichtεn dεr Bohrung Durchlässigkeiten durch Öffnungen, Schlitze, Poren 54 oder ähnliches im Filterrohr 53, durch die das Grundwasser, Stauwasser oder diε Bodenluft einströmεn könnεn. Diε nicht bewirtschafteten Abschnitte sind, wie im Brunnenbau üblich, mit Vollrohren anstellε dεs Filtεrstranges 52, 53 ausgebaut.

In Fig. 3 ist erkεnnbar, daß dεr Aufwεitkopf 10 am Bohrgεstänge 11 angekoppelt ist. Hinter dem Aufweitkopf 10 ist über εine Verbindung 12 diε Filtεrstrang-Einziεhεinhεit 5 mit dεm Aufwεitkopf 10 vεrbundεn.

Aus dεr Fig. 4 ist εrsichtlich, daß diε

Filterstrang-Einziehεinheit εin äußeres Hüllrohr 51, eine unterschiedlich körnige Füllung 52 und ein Filterrohr 53 umfaßt. Der eigentliche Filterstrang bestεht aus dεr Filtεrkiesfüllung 52 und dem Filterrohr 53.

Das erfindungsgε äßε Vεrfahren zum Einbau von unterirdischεn Sammelleitungεn 53 wird im folgεndεn εrläutεrt .

Wiε aus Fig. la εrsichtlich, wird mit εinεm Bohrgεrät 13 ein Bohrkopf 14 unter Bildung einer Eintrittsöffnung 3 in den Boden vorangetrieben. Während des gεsamten Bohrvorgangs wird dεr Bohrkopf 14 über εin Ortungsgεrät gεortεt und dεn

Erfordεrnissεn εntsprechend ferngesteuert in die jewεilig gewünschte Richtung gestεuert. Die Bohrung wird bis zu einer Austrittsöffnung 4 geführt, an der der Bohrkopf 14 durch einεn Aufweitkopf 10 ersεtzt wird. An dεm am Bohrgεstängε 11 angebrachten Aufweitkopf 10 ist eine Verbindung 12 angεordnεt, an dem die vorgefεrtigtε Filtεrstrang-Einzieheinheit 5 angekoppεlt ist. Nun wird das Bohrgεstängε 11 zur Eintrittsöffnung 3 hin zurückgεzogen, wobei sich das Bohrgestängε 11 rotierend mit Wasserdruckstrahlen mit dem Aufweitkopf 10 durch das Bohrloch 1 bewegt, und dadurch die Bohrung 1 in ihrem Durchmesser durch den Aufweitkopf 10 vergrößert wird. Gleichzεitig mit diεsε Aufweitvorgang wird die Filterstrang-Einziεhεinhεit 5 bis zur Eintrittsöffnung 3 eingezogen. Während des Aufweitvorgangs wird einε den Bodenerfordernissen entsprechend zusammengesεtzte Bohrsuspεnsion durch die am Aufweitkopf 10 angεbrachte Düse oder Düsen in den aufgelockerten Boden der Bohrwandung 1 eingebracht. Durch diese Bohrsuspension werden die Reibung am äußeren Hüllrohr 51 der Filterstrang-Einziεhεinhεit 5 sowiε dεr nötige Kraftaufwand zum Zurückziehεn des Bohrgestänges 11 und der Filterεtrang-Einziεhεinheit 5 vεrringεrt und zusätzlich das Bohrloch 1 stabilisiεrt .

Bei dem Aufweitvorgang wird die Bohrwandung dεs Bohrlochs 1 aufgεrissεn und kann auf das äußεrε Hüllrohr 51 der Filterstrang-Einzieheinheit 5 fallen, falls Bodenvεrhältnisse, Bohrtechnik im Detail und Spülungsparameter ^' dies zulassen. Hierdurch wird eine gewünschte höhere Permeab lität des Bodens im Bεrεich der Bohrwandung εrrεicht.

Nachdem die Filtεrstrang-Einzieheinheit 5 an der Eintri tsöffnung 3 angelangt ist, wird das Filterrohr 53

obεrirdisch fixiert. Dann wird von der anderen Öffnung 4 aus das äußere Hüllrohr 51 aus dem Bohrloch 1 herausgezogεn,

Zur Erniedrigung der Reibungskräfte beim Herausziεhen des äußeren Hüllrohres 51 aus der Bohrung 1 können als Filterfüllung 52 auch Kunststoffgranulate bestimmter Korngröße eingesεtzt wεrden. Ebεnso ist es möglich,- von der Eintrittsöffnung 3 aus Wassεr unter Druck in das Filterrohr 53 einzulεiten, welchεs durch diε Öffnungen 54 im Filterrohr 53 unterirdisch wieder heraustritt und zusätzlich die Reibung zwischen Filterstrang 52, 53 und äußerem Hüllrohr 51 verringert.

Die durch Bohrungen 1 und darin eingezogenen Filtersträngen 52, 53 gebildeten Horizontalfilterbrunnεn können auf verschiεdene Wεisε bεtrieben werden.

Es ist denkbar, eine der Öffnungen 3, 4 dicht zu verschließen, wodurch ein Vakuumbetrieb dεr einzelnen Bohrung 1 bzw. der Filterstränge 52, 53 möglich ist. Andere Betriebsweisen wie Schwerkraftentwässerung und kombiniertε Bodεnluft-Absaugung und Entwässεrung sowie auch Versickerungen und Verprεssungεn könnεn εbεnfalls durchgeführt werden.