BE1020365A4 - Inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond

Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Met de uitdrukking “rots, klei en/of aanverwante materialen” worden diverse grondspecies bedoeld die de grondlagen van een waterbekken of een terrein tot op een zeer variabele diepte kunnen vormen. Dergelijke grondlagen behoren bijvoorbeeld tot zeearmen, stromen en rivieren, dokken, spaarbekkens, toegangsgeulen tot sluizen of insteekdokken en zeegebieden voor de kust. Ook rotsbodems behoren tot deze grondspecies. Boren van een schacht kan bijvoorbeeld nodig zijn om palen in de ondergrond aan te brengen of palen te verwezenlijken door tijdens of na het boren de schacht vol te storten met een bindmiddel, en dit uit te harden.

Inrichtingen en werkwijzen voor het boren van schachten zijn bijvoorbeeld van voordeel bij het aanbrengen van dukdalven, meerpalen en/of palen van aanlegsteigers (‘berthing’) in harde bodems. Een andere geschikte toepassing omvat het aanbrengen van paalfunderingen in onderwaterbodems waarop jackets en/of monopiles voor windturbines kunnen worden geplaatst.

Een bekende werkwijze voor het boren van holten of schachten in uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande grondlagen omvat het in de grond aanbrengen van een hoorbuis, het in de hoorbuis neerlaten van een uit segmenten opgebouwde boorstreng voorzien van een boorkop met snijwerktuigen, het vervolgens in rotatie brengen van de boorstreng in de hoorbuis zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt, en het afVoeren van het losgewerkte grondmateriaal. Om de gewenste boordiepte te kunnen bereiken wordt in de bekende werkwijze de boorstreng verlengd door hieraan segmenten toe te voegen. Hiertoe moet de boorstreng in zijn geheel boven het maaiveld worden gebracht en eventueel worden geroteerd naar een horizontale stand. Na de verlening van de boorstreng wordt deze opnieuw in de hoorbuis aangebracht en in rotatie gebracht, waarbij een grotere diepte kan worden bereikt.

De bekende werkwijze heeft onder andere het nadeel dat veel tijd verloren gaat bij het verlengen van de boorstreng. Dit komt het rendement van het boren niet ten goede, waaronder wordt verstaan dat de hoeveelheid uitgeboord grondmateriaal per tijds- en vermogenseenheid verder kan worden verhoogd.

De uitvinding beoogt in een werkwijze en inrichting te voorzien voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond, die onder andere bovengenoemd nadeel tenminste gedeeltelijk ondervangt.

De uitvinding voorziet hiertoe in een inrichting voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond, omvattende een hoorbuis en middelen voor het in de grond aanbrengen van de hoorbuis; en een in de hoorbuis middels een flexibele ophanging neerlaatbaar boormiddel; waarbij het boormiddel een holle boorstreng voorzien van een boorkop met snijwerktuigen, en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng omvat, en waarbij het boormiddel verder is voorzien van vastzetmiddelen waarmee het boormiddel in de hoorbuis kan worden vastgezet, en van op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal.

Met de inrichting volgens de uitvinding kan een werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond worden uitgevoerd, omvattende het in de ondergrond aanbrengen van een hoorbuis op een eerste diepte en wel dusdanig dat deze in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde, het in de hoorbuis middels een flexibele ophanging neerlaten van een boormiddel, dat een holle boorstreng voorzien van een boorkop met snijwerktuigen en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng omvat, het vastzetten van het boormiddel in de hoorbuis, het vervolgens in rotatie brengen van de boorstreng in de hoorbuis zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt, en het afvoeren van het losgemaakte grondmateriaal via op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen.

Gebleken is dat met de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding het boorrendement aanmerkelijk wordt verhoogd ten opzichte van de bekende werkwijze, onder andere doordat de boorkop dieper in de ondergrond kan worden gebracht zonder dat een tijdrovende verlenging van de boorstreng door het aanbrengen van bijkomende boorstreng segmenten hiervoor noodzakelijk is. Volgens de uitvinding immers omvat het in de hoorbuis neerlaatbare boormiddel de middelen die noodzakelijk zijn voor het in rotatie brengen van de boorstreng (en snijwerktuigen). Door het boormiddel met de vastzetmiddelen zowel in de lengterichting van de hoorbuis als loodrecht daarop (de radiale richting) te verankeren tegen de binnenwand van de hoorbuis kunnen de boorkrachten effectief worden opgevangen door deze krachten door te leiden naar de hoorbuis. Doordat de lengte van de boorstreng relatief kort is (deze komt ongeveer overeen met de lengte van het boormiddel) kan het boorkoppel met weinig of geen verlies worden overgedragen op de ondergrond.

Een verder voordeel van de uitvinding is dat ook de veiligheid van werken wordt verhoogd; er bevinden zich immers geen personen meer in de nabijheid van draaiende delen of op grote hoogtes, zoals het geval is bij de bekende werkwijze.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding omvat deze middelen voor het onderhouden van een waterkolom in de hoorbuis, welke waterkolom een stroming onderhoudt in de holle boorstreng ten behoeve van het afvoeren van het losgewerkte grondmateriaal. De in de hoorbuis aangebrachte waterkolom, die zich overigens uitstrekt tot in de ruimte tussen het in de hoorbuis neergelaten en in hoofdzaak coaxiaal met de hoorbuis opgestelde boormiddel, zorgt voor een drukverschil tussen de bovenzijde van de op de boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal en de onderzijde van de boorstreng, waarbij de druk aan de onderzijde uiteraard hoger is. Hierdoor wordt een stroming in de holle boorstreng - en dus ook in de op de boorstreng aangesloten afvoermiddelen - onderhouden, in welke stroming het losgewerkte grondmateriaal wordt afgevoerd naar de bovenzijde van de afvoermiddelen, die bijvoorbeeld een op de bovenzijde van de boorstreng aangesloten afvoerslang omvatten. Om niet onnodig waterdruk te verliezen, wordt de hoorbuis bij voorkeur op dusdanige wijze aangebracht dat deze in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde. Doorgaans wordt de hoorbuis hiertoe op of in de onder(water)grond geplaatst, zodat er een goede verzegeling en waterafdichting ontstaat aan het onderuiteinde van de hoorbuis. Indien de waterafdichting onvoldoende is kan ook met een (bagger-)pomp gewerkt worden voor het afvoeren van losgemaakt grondmateriaal. Omdat het boormiddel volgens de uitvinding in de hoorbuis dient opgenomen te worden heeft de hoorbuis ietwat grotere dwarsafmetingen dan het boormiddel. Bij voorkeur is de hoorbuis cilindrisch uitgevoerd, waarbij een, bij voorkeur eveneens in hoofdzaak cilindrisch, boormiddel in de hoorbuis neerlaatbaar is volgens een richting die overeenkomt met de lengterichting van de hoorbuis.

Een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding verschaft een inrichting, en meer in het bijzonder een boormiddel, dat middelen omvat voor het uit de hoorbuis brengen of in de hoorbuis terugtrekken van de boorkop. Deze uitvoeringsvorm maakt het mogelijk de boorkop in de lengterichting van de hoorbuis te verplaatsen over een bepaalde slaglengte, waarbij het boormiddel zich in vastgezette toestand bevindt, waardoor de boorkop een grotere diepte kan bereiken zonder dat het nodig is de verankering van het boormiddel teniet te doen. Hierbij kan de boorkop desgewenst dieper reiken dan de onderrand van de hoorbuis. Hoewel in beginsel elke slaglengte van de boorkop kan worden ingesteld is in een voorkeursuitvoeringsvorm de slaglengte van de boorkop beperkt tot 2 meter, en met meer voorkeur tot 1,5 m. Een dergelijke relatief beperkte slaglengte maakt het mogelijk de afmetingen van het boormiddel in de lengterichting van de hoorbuis eveneens te beperken tot 10 meter, met meer voorkeur tot 5 meter, en met de meeste voorkeur tot 3 meter.

Het uit de hoorbuis kunnen brengen van de boorkop laat toe dieper dan de onderzijde van de hoorbuis liggende ondergrondlagen van een schacht te voorzien. Omdat aldaar de structuur van de ondergrond wordt verzwakt kan de hoorbuis gemakkelijker in de ondergrond dringen. Desgewenst kan gebruik worden gemaakt van het zogenaamde ‘underreaming’. In underreaming wordt de boorstreng aan het boorkopuiteinde voorzien van een constructie met radiaal uitklapbare zijarmen. Bij het boren met de armen in uitgeklapte toestand zal een boorgat ontstaan dat breder is dan de door de boorkop geboorde diameter. Hierdoor wordt de grond net onder de hoorbuis weg geboord en kan de hoorbuis dieper in de ondergrond zakken. Underreaming wordt ook toegepast als een bredere voet geboord moet worden om extra paaldraagvermogen of verankering te verkrijgen.

Het boormiddel kan met elk hiertoe geschikt vastzetmiddel op de gewenste diepte in de hoorbuis worden vastgezet. Een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding verschaft een inrichting, waarbij de vastzetmiddelen in de lengterichting van de hoorbuis verlopende spievormige omtreksdelen omvatten die dusdanig samenwerken dat een onderlinge translatie van de omtreksdelen in de lengterichting zorgt voor een radiale klemkracht tussen het boormiddel en de hoorbuis. Gebleken is dat een dergelijke wijze van fixeren van het boormiddel ten opzichte van de hoorbuis een klemkracht levert die voldoende groot is om de tijdens het boren optredende krachten op te kunnen vangen en door te leiden naar de hoorbuis. De klemkracht zorgt er daarbij voor dat beweging van het boormiddel in de lengterichting van de hoorbuis en loodrecht daarop (in de omtreksrichting van de hoorbuis) in hoofdzaak wordt voorkomen.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting omvatten de vastzetmiddelen, bij voorkeur hydraulische, vijzels voor het onderling transleren van de spievormige omtreksdelen in de lengterichting van de hoorbuis.

Hoewel de flexibele ophanging van het boormiddel elke geschikt middel kan omvatten, zoals bijvoorbeeld een kabel, heeft het voordelen van eenvoud om de inrichting volgens de uitvinding te kenmerken doordat de flexibele ophanging van het boormiddel de op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal omvatten.

De inrichting omvat middelen waarmee de hoorbuis in de ondergrond kan worden aangebracht. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarbij de middelen voor het in de ondergrond aanbrengen van de hoorbuis een oscillator omvatten. Het heeft voordelen de inrichting te voorzien op een hefplatform, dat in de nabijheid van de te vormen schachten wordt geankerd, maar dit is niet noodzakelijk volgens de uitvinding.

Een dergelijk hefplatform omvat in een uitvoeringsvorm een verstelbaar buitenboords frame (een ‘outrigger’) dat is voorzien van de middelen voor het in de grond aanbrengen van de hoorbuis, zoals bij voorkeur een oscillator. Bij voorkeur zijn de middelen voor het in de ondergrond aanbrengen van de hoorbuis ingericht om de hoorbuis onder een van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond aan te brengen. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de oscillator schamierbaar rond een in hoofdzaak horizontale as met het frame te verbinden zodat de oscillator kan worden gekanteld onder een van nul verschillende hoek met de horizontale richting. Met de verticale richting wordt in het kader van onderhavige aanvraag de richting aangeduid die in hoofdzaak loodrecht verloopt op het wateroppervlak. Met de horizontale richting wordt in het kader van onderhavige aanvraag de richting aangeduid die in hoofdzaak evenwijdig aan het wateroppervlak verloopt.

Een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding omvat een boorkop die is voorzien van op toevoerleidingen aangesloten en in hoofdzaak radiaal buitenwaarts gerichte spuitmonden, die zijn ingericht voor het onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond injecteren van een eerste fluïdum ter hoogte van de boorkop. Met behulp van onderhavige voorkeursuitvoeringsvorm kunnen de spuitmonden dusdanig zijn gepositioneerd dat deze het eerste fluïdum in hoofdzaak radiaal naar buiten injecteren in grondlagen, die zich op een grotere diepte bevinden dan het onderuiteinde van de hoorbuis. Gebleken is dat deze voorkeursuitvoeringsvorm het gebruik van een underreaming constructie overbodig maakt, waardoor de hoorbuis relatief eenvoudig op een grotere diepte kan worden gebracht. Bovendien wordt het rendement van het boren verder verhoogd. Inderdaad zorgen de radiaal buitenwaarts gerichte eerste fluïdumstralen er voor dat de ondergrond ter hoogte van de onderzijde van de hoorbuis tenminste gedeeltelijk wordt weggenomen of verzwakt zodat de hoorbuis dieper in de ondergrond kan zakken. Een extra voordeel hiervan is dat minder diep geboord hoeft te worden om een zelfde schachtdiepte te bereiken. Het eerste fluïdum kan elke injecteerbare stof omvatten, maar bijzonder geschikt is water, waaraan desgewenst toeslagstoffen zijn toegevoegd, zoals bijvoorbeeld abrasieve en andere schuurmiddelen.

Volgens nog een andere uitvoeringsvorm van de uitgevonden inrichting omvat deze tevens op toevoerleidingen aangesloten middelen die zijn ingericht voor het onder een tweede druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar injecteren van een tweede fluïdum in de holle boorstreng van het boormiddel ter hoogte van de boorkop. Het tweede fluïdum heeft bij voorkeur een lagere dichtheid dan water waardoor dit tweede fluïdum stijgt en uitzet in de boorstreng (en de hierop aangesloten afvoermiddelen), waardoor de stroming naar boven verder wordt ondersteund. Een bijzonder geschikt tweede fluïdum omvat lucht.

De uitvinding betreft eveneens een voor het met de inrichting uitvoeren van een werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Volgens de uitgevonden werkwijze wordt een hoorbuis in de ondergrond aangebracht op een eerste diepte en wel dusdanig dat deze bij voorkeur in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde. De hoorbuis wordt in de ondergrond aangebracht door bijvoorbeeld oscilleren, heien en/of trillen. Bij voorkeur wordt hierbij een hefplatform verschaft dat is voorzien van een verstelbaar buitenboords frame (ook wel aangeduid met de Engelse term ‘outrigger’), waarbij de hoorbuis vanaf het frame onder een desgewenst van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond wordt aangebracht.

Vervolgens wordt in de boorbuis middels een flexibele ophanging een boormiddel neergelaten tot een hoogte in de nabijheid van de onderzijde van de boorbuis. Het boormiddel omvat een holle boorstreng die is voorzien van een boorkop met snijwerktuigen, en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng, en wordt op de genoemde hoogte vastgezet in de boorbuis. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze omvatten de vastzetmiddelen in de lengterichting van de boorbuis verlopende spievormige omtreksdelen die dusdanig samenwerken dat een onderlinge translatie van de omtreksdelen in de lengterichting zorgt voor een radiale klemkracht tussen het boormiddel en de boorbuis, waarbij de spievormige omtreksdelen worden getransleerd totdat een radiale klemkracht tussen het boormiddel en de boorbuis wordt bereikt die voldoende is om het boormiddel zowel in de lengterichting van de boorbuis als in de rotatierichting van de boorkop in hoofdzaak vast te zetten.

Vervolgens wordt de boorstreng (en dus ook de boorkop) in rotatie gebracht in de boorbuis zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt. Hierbij kan het grondmateriaal zowel een in de boorbuis gevormde grondprop zijn, als zich dieper dan de onderzijde van de boorbuis bevindend grondmateriaal. Het losgemaakte grondmateriaal wordt afgevoerd via op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen, bijvoorbeeld in de vorm van een flexibele afvoerslang. Een voorkeurs werkwijze omvat het in de boorbuis aanbrengen van een waterkolom die een stroming onderhoudt in de holle boorstreng en waarmee het losgewerkte grondmateriaal wordt afgevoerd, zoals hierboven reeds werd beschreven. Om het transport van het losgewerkte grondmateriaal in de holle boorstreng en de daarop aangesloten, bij voorkeur flexibele, afvoermiddelen verder te vergemakkelijken wordt een uitvoeringsvorm van een werkwijze verschaft waarbij een tweede fluïdum onder een tweede druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar wordt geïnjecteerd in de holle boorstreng van het boormiddel ter hoogte van de boorkop, waardoor de stroming ten behoeve van het afvoeren van het losgewerkte grondmateriaal naar boven wordt ondersteund. Het tweede fluïdum heeft bij voorkeur een lagere dichtheid dan water en omvat met meer voorkeur lucht.

Om een diepere boorschaft te kunnen boren wordt een uitvoeringsvorm van de werkwijze toegepast waarbij de hoorbuis op een, ten opzichte van de eerste diepte grotere, tweede diepte wordt gebracht, de boorkop dieper in de hoorbuis wordt gebracht en de boorstreng wordt geroteerd zodat door de snijdende werking van de snij werktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt dat wordt afgevoerd via de op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen.

Om het boorrendement verder te verhogen en het indringen van de hoorbuis in de ondergrond te vergemakkelijken wordt in een voorkeursuitvoeringsvorm een werkwijze verschaft waarbij een eerste fluïdum onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond in hoofdzaak radiaal buitenwaarts wordt geïnjecteerd in de ondergrond ter hoogte van de boorkop. Het eerste fluïdum omvat bij voorkeur water.

Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven zonder dat de uitvinding daartoe wordt beperkt. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren. In de figuren toont: figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm waarbij het boormiddel zich in de neergelaten toestand bevindt; figuur 3 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm waarbij het boormiddel zich in de vastgezette toestand bevindt; figuur 4 een schematisch aanzicht in perspectief van de in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm waarbij de boorkop van het boormiddel een schacht in de ondergrond heeft gevormd; figuren 5A, 5B en 5C een aantal opeenvolgende stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; figuren 6A, 6B, 6C en 6D een aantal andere opeenvolgende stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; figuur 7 een schematisch zijaanzicht van een samenstel van een hefplatform met een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; en figuur 8 de in figuur 7 getoonde uitvoeringsvorm met het boormiddel in neergelaten toestand in de hoorbuis.

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een inrichting 1 getoond voor het boren van een schacht 2 in een grondlaag 3. Grondlaag 3 omvat bij voorkeur rots, maar kan ook klei en/of aanverwante materialen omvatten. De grondlaag 3 kan zijn bedekt met een deklaag 3a (ook wel aangeduid met ‘overburden’), die doorgaans wat lossere gesteentes omvat. De inrichting 1 omvat een hoorbuis 4 (ook wel aangeduid met ‘casing’) die bijvoorbeeld door heien, oscillatie of trillen tenminste over een deel van haar lengte in de ondergrond 3 kan worden aangebracht. In de in figuur 1 getoonde toestand is de hoorbuis 4 tot in de deklaag 3 a gedreven. De diameter van de hoorbuis 4 kan in beginsel binnen brede grenzen worden gekozen doch bedraagt bij voorkeur tenminste 1 m, met meer voorkeur tenminste 2 m, met nog meer voorkeur tenminste 4 m, en met de meeste voorkeur tenminste 6 m. Doordat de hoorbuis 4 aan haar onderzijde afsteunt op een grondlaag 3 wordt een in hoofdzaak water ondoorlatende verzegeling bereikt, doch dit kan, enigszins afhangen van de eigenschappen van de grondlaag 3 en is daarom niet essentieel voor de uitvinding. De hoorbuis 4 omvat in de getoonde uitvoeringsvorm een dikwandige stalen buis, die geschikt is om de opgeroepen krachten tijdens het inbrengen van de hoorbuis 4 in de grondlaag 3 en het boren te weerstaan.

De hoorbuis 4 is voldoende ruim om plaats te bieden aan een boormiddel 10, dat middels een flexibele ophanging in de vorm van kabel 26 (zie figuur 7) kan worden neergelaten in de hoorbuis 4 tot een positie ter hoogte van de onderzijde van de hoorbuis 4. Het boormiddel 10 omvat een holle boorstreng 5 die aan de naar de ondergrond 3 gekeerde zijde is voorzien van een boorkop 7 met snijwerktuigen 8. De boorstreng 5 is opgenomen in een behuizing 9 (in figuur 4 is de behuizing opengewerkt en daardoor niet zichtbaar), waarvan het manteloppervlak is voorzien van vastzetmiddelen waarmee het boormiddel 10 in de hoorbuis 4 kan worden vastgezet. In de getoonde uitvoeringsvorm omvatten de vastzetmiddelen vier regelmatig over het manteloppervlak 9 verdeelde, in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 verlopende spievormige omtreksdelen (11, 12). Omtreksdelen 11 zijn vast verbonden met het manteloppervlak van de behuizing 9 en hebben een naar boven toenemende dikte. Omtreksdelen 12 zijn transleerbaar in de lengterichting 20 verbonden met het manteloppervlak van de behuizing 9 en hebben een naar beneden toenemende dikte. De beweegbare omtreksdelen 12 kunnen door middel van met de vaste omtreksdelen 11 verbonden vijzels 110 (zie figuur 2) in de lengterichting 20 worden getransleerd ten opzichte van de vaste omtreksdelen 11, en wel van een in figuur 2 getoonde positie waarin zij zich in een onderste stand bevinden naar een in figuur 3 getoonde positie waarin zij zich in een bovenste stand bevinden. Door de verlopende dikte van de omtreksdelen (11, 12) werken de beweegbare omtreksdelen 12 in hun bovenste positie dusdanig samen met de vaste omtreksdelen 11 dat een klemkracht tussen het boormiddel 10 en de hoorbuis (4) ontstaat in de radiale richting 21. Door de ontwikkelde klemkracht wordt een beweging van het boormiddel 10 in de lengterichting 20, de radiale richting 21 en de omtreksrichting 22 in hoofdzaak voorkomen.

Om het gewicht van de boorkop 7 te verhogen is in de getoonde uitvoeringsvorm de boorstreng 5 voorzien van een verzwarende kraag 15, die tegelijkertijd dienst doet als aanslag. De hoogtepositie 17 van de kraag 15 ten opzichte van het bovendeel 16 van het boormiddel 10 in de bovenste stand van de boorkop 7 (zie figuur 2) bepaalt derhalve de maximale slaglengte van de boorkop 7.

Het boormiddel 10 is verder voorzien van middelen voor het in rotatie en translatie brengen van de boorstreng 5 (en dus ook van de boorkop 7) in de vorm van een rotatiemotor 13, en van op de holle boorstreng 5 aangesloten afVoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal 21 in de vorm van een flexibele slang 14. De middelen voor het in translatie brengen van de boorstreng 5 in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 omvatten een viertal in elkaar schuifbare vijzels 109 die het bovenste gedeelte van de behuizing van de rotatiemotor 13 verbinden met een lijlplaat 111 van de verzwarende kraag 15. De holle boorstreng 5 en de flexibele slang vormen gezamenlijk een centrale holte 6 waar doorheen losgewerkt grondmateriaal 21 kan worden afgevoerd. Het transleren van de boorstreng 5 door de motor 13 gebeurt in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 zodat de boorkop 7 hiermee uit de hoorbuis 4 of in de hoorbuis 4 kan worden teruggetrokken.

De middelen voor het in rotatie en translatie brengen van de boorstreng 5 omvatten bij voorkeur een overbrenging in de vorm van een wartel, voorzien van de motor 13. De overbrenging is dusdanig ontworpen dat deze een fluïdumstroom door de holte 6 van het stationaire gedeelte (de afvoerslang 14) naar het draaiende gedeelte (de boorschacht 5) van de inrichting kan overbrengen. De overbrenging is verder geschikt om het benodigde rotatiekoppel over te dragen van het stationaire naar het draaiende gedeelte van de inrichting en om het water - grondmateriaal mengsel 31 af te voeren. Verder is de overbrenging geschikt om deze eigenschappen te behouden onder invloed van de trillingen die noodzakelijkerwijs optreden bij het boren.

Door de boorstreng 5 aan de bovenzijde ervan in rotatie en translatie te brengen wordt de boorkop 7 eveneens in rotatie en translatie gebracht in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4, welke richting 20 tevens de boorrichting voorstelt, waarbij door inwerking van de snij werktuigen 8 de grond 3 wordt verbrijzeld en een schacht 2 wordt gevormd. Hoewel de hoorbuis 4 en boorstreng 5 in de getoonde figuren nagenoeg verticaal verlopen kunnen deze ten opzichte van de verticale richting volgens gelijk welke van nul verschillende hoek worden ingesteld, bijvoorbeeld vanaf een hefeiland of ponton (zie figuren 7 en 8), of vanaf de landzijde wanneer de inrichting deel uitmaakt van een voertuig bijvoorbeeld.

In de getoonde uitvoeringsvorm is de inrichting 1 tevens voorzien van (niet getoonde) middelen voor het onderhouden van een waterkolom in de hoorbuis 4, bijvoorbeeld in de vorm van een pomp met voldoende opvoerhoogte en debiet (typisch bijvoorbeeld 1000 m3/u) om een zo hoog mogelijk waterpeil in de hoorbuis 4 te onderhouden. De waterkolom zorgt voor een drukverschil tussen de bovenzijde van de flexibele afvoerslang 14 ter hoogte van het waterpeil en de onderzijde van boorstreng 5 ter hoogte van de snij werktuigen 8, waarbij de druk aan de onderzijde uiteraard hoger is.

Door dit drukverschil, en doordat de hoorbuis 5 aan de onderzijde open is zodat een doorvoer mogelijk is naar de holte 6, stromen water en losgewerkt grondmateriaal 21 de holte 6 in. Aldus wordt een opwaartse stroming in de holte 6 van boorstreng 5 en afvoerslang 14 onderhouden, in welke stroming het losgewerkte grondmateriaal 21 (zie figuur 4) wordt afgevoerd naar de bovenzijde van de afvoerslang 14, waar het via een overloop wordt afgevoerd naar een (niet getoond) opslagbassin bijvoorbeeld. Door de in hoofdzaak waterdichte verzegeling tussen de onderzijde van de hoorbuis 4 en de ondergrond 3 wordt de waterdruk in hoofdzaak in stand gehouden.

Om de afvoer van losgewerkt bodemmateriaal 21 door de holte 6 van de boorstreng 5 en de afvoerslang 14 verder te verhogen omvat een voorkeursvariant tevens middelen voor het onder een tweede druk injecteren van lucht in de holle boorstreng 5 ter hoogte van de boorkop 7. Deze (niet getoonde) middelen omvatten op de boorstreng 5 aangebrachte doorvoerleidingen, die aan het ene uiteinde zijn verbonden met een compressor, en die aan het andere uiteinde via luchtinlaatkleppen uitmonden in de holte 6 van boorstreng 5. De compressor zorgt ervoor dat lucht onder een zekere druk door de leidingen wordt gevoerd en in de opwaartse stroming in de holte 6 terechtkomt. Doordat de perslucht een lagere dichtheid heeft dan het in de holte 6 stromende water stijgt de lucht als bellen op in de boorstreng 5 waardoor de stroming naar boven wordt ondersteund. Hierdoor wordt het boorrendement verhoogd.

De boorkop 7 van de inrichting 1 volgens de uitvinding kan verder zijn voorzien van in de radiale richting 21 buitenwaarts gerichte spuitmonden voor het onder een eerste druk in de grondlagen 3 injecteren van een eerste fluïdum, bij voorkeur water, ter hoogte van de boorkop 7. De inrichting is hiertoe voorzien van (niet getoonde) toevoerleidingen voor het naar de spuitmonden toevoeren van het eerste fluïdum. De leidingen zijn verbonden met drukmiddelen zoals een pomp of compressor voor het onder druk brengen van het eerste fluïdum. De spuitmonden zijn bij voorkeur op de boorkop 7 bevestigd, zodat zij meedraaien met de boorkop, maar bevestiging op bijvoorbeeld het manteloppervlak van de behuizing 9 van het boormiddel 10 is eveneens mogelijk. De spuitmonden 25 zijn bij voorkeur geschikt om het water onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, met nog meer voorkeur tenminste 500 bar en met de meeste voorkeur tenminste 650 bar te injecteren. Door dat de spuitmonden in hoofdzaak radiaal naar buiten zijn gericht worden de waterstralen in de grondlaag 3 geïnjecteerd op een grotere diepte dan het onderuitemde van de hoorbuis 4. Hierdoor wordt ter hoogte van de onderzijde van de hoorbuis 4 extra grondmateriaal weggenomen of tenminste verzwakt, waardoor de hoorbuis 4 dieper in de ondergrond 3 kan zakken.

De toevoerleidingen voor het eerste en tweede fluïdum kunnen lang zijn, vooral bij boren op grote diepte. Bij voorkeur worden deze leidingen in hoofdzaak bochtenvrij van de bovenzijde van de inrichting 1 naar het onderste gedeelte van de boorstreng 5 en/of de boorkop 7 gevoerd. Hierdoor worden drukverliezen zoveel mogelijk tegengegaan.

Onder verwijzing naar figuren 7 en 8 wordt een hefplatform 30 getoond dat is voorzien van een inrichting 1 volgens de uitvinding. Een dergelijke uitvoeringsvorm is in het bijzonder geschikt voor het aanbrengen van paalfunderingen in onderwaterbodems waarop jackets en/of monopiles voor windturbines kunnen worden geplaatst.

Het getoonde hefplatform 30 wordt door middel van spudpalen 31 in de onderwaterbodem verankerd en kan verder zijn voorzien van een hijskraan 32, en desgewenst andere hulpmiddelen. Het hefplatform 30 omvat verder een verstelbaar buitenboords frame 33 (ook wel aangeduid met de term ‘outrigger’). Het frame 33 is voorzien van middelen voor het in de grond 3 aanbrengen van de hoorbuis 4, die in de getoonde uitvoeringsvorm een oscillator 34 omvatten die desgewenst is ingericht om de hoorbuis 4 onder een van nul verschillende hoek 35 met de verticale richting 40 in de ondergrond aan te brengen, zoals getoond in figuur 8. Het frame 33 laat ook toe de hoorbuis 4 binnen de vereiste tolerantie te positioneren.

Onder verwijzing naar figuren 5A-5C en 6A-6D worden een aantal stappen getoond van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding. In de figuren zijn voor de duidelijkheid de vijzels (109, 110) niet weergegeven. Vooreerst wordt vanaf het in figuur 7 en/of 8 getoonde platform 30 een hoorbuis 4 in de ondergrond 3 gedreven op een eerste diepte, die bijvoorbeeld overeenkomt met de diepte van de deklaag 3a (zie figuur 5A). De hoorbuis laat bij voorkeur in hoofdzaak geen water door aan haar onderzijde. De diepte waarop de hoorbuis 4 in de ondergrond 3 kan worden gebracht hangt typisch af van de gekozen aanbrengtechniek, en van de eigenschappen van de ondergrond op die diepte. Bij voorkeur is de ondergrond 3 op de inbrengdiepte van de hoorbuis 4 een harde laag zoals rots, kalk, harde klei of dicht gepakt zandTUe deklaag 3a omvat doorgaans eenvoudiger doordringbare grond, zoals bijvoorbeeld verweerde rots, klei, veen, los gepakt zand.

Vervolgens wordt middels de hijskraan 32 het aan een flexibele kabel 26 öpgehangen boormiddel 10 in de hoorbuis 4 neergelaten vanaf de in figuur 1 getoonde positie tot in een in figuur 5A getoonde positie waarin de boorkop 7 zich met haar onderzijde op het niveau bevindt van de onderzijde van de hoorbuis 4. om dit niveau te bereiken kan het nodig zijn de boorkop 7 te laten roteren om een in de hoorbuis 4 gevormde grondmateriaalprop te verbrijzelen en af te voeren via de holle boorschacht 5 en afvoerleiding 14. Zoals getoond in figuur 5A wordt het boormiddel 10 in de hoorbuis 4 vastgezet door de omtreksdelen (11,12) onderling te transleren, zoals hierboven reeds werd beschreven. Vervolgens wordt de boorstreng 5 met de rotatiemotor 13 in rotatie gebracht in de hoorbuis 4 zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen 8 grondmateriaal 31 wordt losgewerkt waarbij de boorkop 7 in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 in de ondergrond 30 beweegt tot een diepte waarbij de kraag 15 contact maakt met het bovendeel 16 van het boormiddel 10 (figuur 5B). Tijdens het boren wordt het losgemaakte grondmateriaal 31 via de op de holle boorstreng 5 aangesloten flexibele afvoerslang 14 afgevoerd, desgewenst met behulp van een in de hoorbuis 4 aangebrachte waterkolom en het inbrengen van lucht in de afVoerholte 6, een en ander zoals hierboven in meer detail beschreven.

De boorkop 7 wordt vervolgens door de rotatiemotor 13 teruggetrokken tot een positie waarin de boorkop 7 zich met haar onderzijde iets boven het niveau bevindt van de onderzijde van de hoorbuis 4 (figuur 5C), bijvoorbeeld over een afstand die ongeveer gelijk is aan de dikte van de deklaag 3a. Op dit moment is een schacht 2 ontstaan met een diepte die overeenkomt met de slaglengte 17 van de kraag 15.

Om de gevormde schacht 2 verder te verdiepen wordt de hoorbuis 4 vervolgens, zoals getoond in figuur 6A, op een, ten opzichte van de eerste diepte, grotere tweede diepte gebracht met behulp van de oscillator 34 op het platform 30 of met behulp van een ander geschikt heimiddel. Het laten zakken van de hoorbuis 4 in de ondergrond 3 wordt hierbij vergemakkelijkt door de aanwezigheid van de schacht 2. Zoals getoond in figuren 6B en 6C wordt de boorkop 7 vervolgens dieper in de hoorbuis 4 gebracht en de

Doorstreng 5 geroteerd zodat door de snijdende werking van de snij werktuigen δ verder grondmateriaal 31 wordt losgewerkt dat wordt afgevoerd via de op de holle boorstreng 5 aangesloten afvoerslang 14. Om de gewenste diepte te bereiken kan het nodig zijn het boormiddel 10 te ontkoppelen van de hoorbuis 4 door de vastzetmiddelen (11, 12) te deactiveren, het boormiddel 10 te laten zakken in de hoorbuis 4 tot de gewenste hoogte, en het boormiddel 10 vervolgens weer vast te zetten door middel van het activeren van de vastzetmiddelen (11, 12), zoals hierboven in meer detail beschreven.

Vervolgens wordt de boorkop 7 opnieuw door de rotatiemotor 13 teruggetrokken in de hoorbuis 4 tot een positie waarin de boorkop 7 zich met haar onderzijde iets boven het niveau bevindt van de onderzijde van de hoorbuis 4, waarna de hoorbuis 4 tezamen met de boorkop 7 verder de ondergrond in wordt gedreven tot een grotere diepte, zoals getoond in figuur 6D. De hierboven beschreven sequentie kan zich vervolgens zo vaak herhalen totdat de gewenste diepte van de schacht 2 is bereikt. Op dat moment wordt het boormiddel 10 ontgrendeld van de hoorbuis 4 door de vastzetmiddelen te deactiveren en wordt het boormiddel opgehaald middels de kraan 32.

De uitgevonden inrichting en werkwijze zijn in het bijzonder geschikt voor het boren van schachten met relatief grote diameters in samenhangende gronden teneinde hier funderingspalen in te vormen en/of aan te brengen, waarbij elke gewenste diepte kan worden bereikt zonder het boren gedurende enige montagetijd te moeten onderbreken.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier beschreven uitvoeringsvorm en vele wijzigingen zouden hieraan kunnen worden aangebracht voorzover deze wijzigingen binnen het raam van de hieraan toegevoegde conclusies vallen.

Claims (21)

1. Inrichting (1) voor het boren van schachten (2) in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond (3), omvattende een hoorbuis (4) en middelen voor het in de grond (3) aanbrengen van de hoorbuis (4); en een in de hoorbuis (4) middels een flexibele ophanging neerlaatbaar boormiddel (10); waarbij het boormiddel (10) een holle boorstreng (5) voorzien van een boorkop (7) met snij werktuigen (8), en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng (5) omvat, en waarbij het boormiddel (10) verder is voorzien van vastzetmiddelen waarmee het boormiddel (10) in de hoorbuis kan worden vastgezet, en van op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal (21).

2. Inrichting volgens conclusie 1, verder omvattende middelen voor het onderhouden van een waterkolom (11) in de hoorbuis (4), welke waterkolom een stroming onderhoudt in de holle boorstreng (5) ten behoeve van het afVoeren van het losgewerkte grondmateriaal (21).

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, verder omvattende middelen voor het uit de hoorbuis (4) brengen of in de hoorbuis (4) terugtrekken van de boorkop (7).

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de vastzetmiddelen in de lengterichting van de hoorbuis verlopende spievormige omtreksdelen (11,12) omvatten die dusdanig samenwerken dat een onderlinge translatie van de omtreksdelen (11, 12) in de lengterichting (20) zorgt voor een radiale klemkracht tussen het boormiddel (10) en de hoorbuis (4).

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de vastzetmiddelen vijzels omvatten voor het onderling transleren van de spievormige omtreksdelen (11, 12) in de lengterichting (20) van de hoorbuis (4).

6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de flexibele ophanging (26) van het boormiddel (10) de op de holle boorstrertg (5) aangesloten afvoermiddelen (14) voor losgewerkt grondmateriaal (21) omvatten.

7. inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de middelen voor net in de grond (3) aanbrengen van de boorbuis (4) een oscillator (34) omvatten.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de boorkop (7) is voorzien van op toevoerleidingen aangesloten en in hoofdzaak radiaal buitenwaarts gerichte spuitmonden, die zijn ingericht voor het onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond (3) injecteren van een eerste fluïdum ter hoogte van de boorkop (7).

9. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting op toevoerleidingen aangesloten middelen omvat die zijn ingericht voor het onder een tweede druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar injecteren van een tweede fluïdum in de holle boorstreng (5) van het boormiddel 10 ter hoogte van de boorkop (7).

10. Hefplatform, voorzien van een inrichting volgens één der conclusies 1 -9.

11. Hefplatform volgens conclusie 9, omvattende een verstelbaar buitenboords frame (outrigger) voorzien van de middelen voor het in de grond (3) aanbrengen van de boorbuis (4).

12. Hefplatform volgens conclusie 10, waarbij de middelen voor het in de ondergrond (3) aanbrengen van de boorbuis (4) zijn ingericht om de boorbuis onder een van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond aan te brengen.

13. Werkwijze voor het boren van schachten (2) in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond (3), omvattende het in de ondergrond (3) aanbrengen van een boorbuis (4) op een eerste diepte en wel dusdanig dat deze in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde, het in de boorbuis (4) middels een flexibele ophanging neerlaten van een boormiddel (10), dat een holle boorstreng (5) voorzien van een boorkop (7) met snijwerktuigen (8) en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng (5) omvat, het vastzetten van het boormiddel (10) in de boorbuis, het vervolgens in rotatie brengen van de boorstreng (5) in de boorbuis (4) zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen (8) grondmateriaai (21 Jworai losgewerkt, en het afvoeren van het losgemaakte grondmateriaal (21) via op de holle boorstreng (5) aangesloten afvoermiddelen.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, verder omvattende het in de hoorbuis (4) aanbrengen van een waterkolom die een stroming onderhoudt in de holle boorstreng (5) en waarmee het losgewerkte grondmateriaal (21) wordt afgevoerd.

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, waarbij de boorbuis (4) op een, ten opzichte van de eerste diepte grotere, tweede diepte wordt gebracht, de boorkop (7) dieper in de boorbuis (4) wordt gebracht en de boorstreng wordt geroteerd zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen (8) grondmateriaal (21) wordt losgewerkt dat wordt afgevoerd via de op de holle boorstreng aangesloten aiVoermiddelen.

16. Werkwijze volgens één der conclusies 13-15, waarbij de vastzetmiddelen in de lengterichting van de boorbuis verlopende spievormige omtreksdelen omvatten die dusdanig samenwerken dat een onderlinge translatie van de omtreksdelen in de lengterichting zorgt voor een radiale klemkracht tussen het boormiddel 10 en de boorbuis (4), de werkwijze omvattende het transleren van de spievormige omtreksdelen totdat een radiale klemkracht tussen het boormiddel (10) en de boorbuis (4) wordt bereikt die voldoende is om het boormiddel (10) zowel in de lengterichting van de boorbuis als de rotatierichting van de boorkop in hoofdzaak vast te zetten.

17. Werkwijze volgens één der conclusies 13-16, waarbij de boorbuis (4) in de ondergrond (3) wordt aangebracht door oscilleren, heien en/of trillen.

18. Werkwijze volgens één der conclusies 13-17, waarbij een eerste fluïdum onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond (3) in hoofdzaak radiaal buitenwaarts wordt geïnjecteerd in de ondergrond (3) ter hoogte van de boorkop (7).

19. Werkwijze volgens één der conclusies 14-18, waarbij een tweede fluïdum onder een tweede druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar wordt geïnjecteerd in de holle boorstreng (5) van het boormiddel 10 ter hoogte van de boorkop (7), waardoor de stromingden nefioeve van het afvoeren van het losgewerkte grondmateriaal (21) naar boven wordt ondersteund.

20. Werkwijze volgens conclusie 18 of 19, waarbij het eerste fluïdum water omvat en het tweede fluïdum lucht.

21. Werkwijze volgens één der conclusies 13-20, waarbij een hefplatform wordt verschaft dat is voorzien van een verstelbaar buitenboords frame (outrigger), en waarbij de hoorbuis (4) vanaf het frame onder een van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond wordt aangebracht.