DE10159712B4

DE10159712B4 - Bohrgerät und Verfahren zum Herstellen von Erdbohrungen

Info

Publication number: DE10159712B4
Application number: DE10159712A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Völkel
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE10159712A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen und Aufweiten horizontaler Erdbohrungen oder zum zerstörenden Ersetzen horizontalverlegter Rohrleitungen mit Hilfe eines in einer Startgrube angeordneten Bohrgeräts mit einem aus mehreren Abschnitten bestehenden Bohrgestänge und einem Werkzeug am vorderen Gestängeende, bei dem die Gestängeabschnitte in eine Aufnahme des Bohrgeräts eingebracht und mit dem in die Startgrube hineinragenden rückwärtigen Ende eines bereits in das Erdreich eingebrachten Gestängeabschnitts verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansetzen eines Gestängeabschnitts der Drehantrieb oder die Aufnahme des Drehantriebs mittels eines Hubantriebs aus ihrer Bohrposition nach oben verlagert, der Gestängeabschnitt in die Aufnahme eingebracht und die Aufnahme oder der Drehantrieb in die Bohrposition zurückbewegt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgerät und ein Verfahren zum Herstellen und zum Aufweiten von Erdbohrungen oder zum zerstörenden Ersetzen von im Erdreich verlegten Leitungen.
Vefahren dieser Art benuzen im allgemeinen ein zum Horizontalbohren geeignetes Bohrgerät mit einem Gestänge, an dessen freiem Ende sich ein Werkzeug zum Bohren und/oder Aufweiten im Erdreich oder zum Zerstören eines im Erdreich verlegten Altrohrs eignet. Das Gestänge besteht aus einzelnen Abschnitten, die miteinander verschraubt sind bzw. am rückwärtigen Ende des bereits im Erdreich befindlichen Gestängeteils angesetzt und verschraubt werden. Das Ansetzen und Verschrauben stößt jedoch auf Schwierigkeiten, weil sich das Bohrgerät auf dem Höhenniveau der Erdbohrung bzw. des Altrohrs befinden muß und demgemäß üblicherweise in einer Startgrube, d.h. in einer zuvor ausgehobenen Grube oder in einem bereits vorhandenen Kontrollschacht einer Kanalisation angeordnet ist.
Die Gesamtlänge des Gestängeabschnitts und des Bohrgeräts kann höchstens dem Durchmesser des Kontrollschachts bzw. der Kontrollschaftöffnung entsprechen, so daß hinter dem Bohrgerät noch Platz zum axialen Einschieben eines Gestängeabschnitts in das Bohrgerät ist, um einen neuen Gestängeabschnitt mit dem bereits im Erdreich befindlichen Gestängeteil zu verbinden, wonach das Bohrgerät wieder in Betrieb gesetzt wird, um den angesetzten Gestängeabschnitt einzuziehen. Bei einem Abstand zwischen den Kontrollschächten von bis zu 60 m und einem Durchmesser üblicher Kontrollschächte von 100 bis 120 cm, höchstens bis 160 cm, bedeutet dies, daß mit dem Einbringen eines Gestängestrangs über die ganze Distanz ein erheblicher Zeitaufwand verbunden ist.
Aufgrund der Kürze der Gestängeabschnitte ist zudem eine große Zahl – beispielsweise sechzig oder siebzig – von teuren und störanfälligen Muffen- oder Schraubverbindungen erforderlich. Hinzu kommt, daß es bei pneuma tisch angetriebenen Bohrgeräten Startschwierigkeiten gibt, wenn die von einem Kompressor zum Bohrgerät geführte Schlauchlänge einen bestimmten Wert überschreitet.
Die vorgenannten Probleme treten sowohl auf, wenn zwischen Kontrollschächten eine neue Erdbohrung hergestellt und eine neue Rohrleitung eingezogen wird als auch, wenn sich zwischen den Kontrollschächten eine alte Rohrleitung befindet, die durch ein Schneidwerkzeug am Gestänge zerstört wird, um anschließend eine neue Rohrleitung einzuziehen.
Beim Bohren mit einem in einer ausgehobenen Baugrube angeordneten Bohrgerät treten dieselben Schwierigkeiten auf, wenn die Baugrube etwa dieselbe lichte Weite wie ein üblicher Kontrollschacht besitzt; sie lassen sich beseitigen bzw. vermindern, wenn die lichte Weite (erheblich) größer ist. Das erfordert jedoch einen dem entsprechenden größeren Erdaushub und damit erhöhte Kosten. Es ist zudem wegen der Notwendigkeit, das ausgehobene Erdreich zwischenzulagern oder abzutransportieren problematisch.
Aus der Zeitschrift "s + t 46 (1992) 11", Seiten 10, 12, 14 ist auch bereits ein Verfahren zum grabenlosen Verlegen von Versorgungsleitungen bekannt, bei dem zunächst zwei Baugruben, d.h. eine Startgrube und eine Zielgrube, ausgehoben werden. Alsdann schafft ein oberirdisches, schräg ansetzendes Bohrgerät eine Schrägbohrung zu der Startgrube und sodann eine im wesentlichen horizontale Bohrung bis zu der Zielgrube. In der Zielgrube wird dann das Bohrgestänge mit einem in der Gegenrichtung arbeitenden Aufweitkopf versehen und schließlich bis in die Startgrube zurückgezogen.
Das Erstellen einer Hilfsbohrung ist jedoch oft nicht zulässig, sehr aufwendig und erfordert ein späteres Verschließen der Hilfsbohrung und ein Wiederherstellen der Schachtwandung sowie der Oberflächengestaltung (Straßendecke, Vorgartenbepflanzung etc.).
Aus der EP 0 167 979 B1 ist es ferner bekannt, das gesamte Bohrgerät aus der Startgrube zu heben und außerhalb derselben mit Bohrelementen zu be- oder entladen. Das beladene Bohrgerät wird im Anschluß daran wieder in die Bohrgrube abgesenkt. Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile. Zum einen ist es äußerst energieaufwendig, das gesamte Bohrgerät inklusive des Vorschubantriebs aus der Bohrgrube zu heben, um jeweils einen Gestängeabschnitt einzubringen. Ferner muß beim Absenken des Bohrgeräts die richtige Position eingenommen werden, um ein Ansetzen der Bohrelemente an die bereits im Erdreich befindlichen Abschnitte und ein reibungsloses Bohren zu ermöglichen. Diese Präzisionsarbeit ist mit dem für das Heben und Senken des Bohrgeräts notwendigen schweren Gerät nur bedingt möglich.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die Nachteile zu vermeiden, die sich aus der begrenzten Länge der Gestängeabschnitte oder der Notwendigkeit des Aushebens einer Baugrube mit einem für längere Gestängeabschnitte geeigneten Durchmesser oder dem Erstellen und späteren Beseitigen einer Hilfsbohrung ergeben.

Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung das Verfahren gemäß Anspruch 1 und das Bohrgerät gemäß Anspruch 4 vor. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Bei dem Verfahren wird das die Gestängeabschnitte aufnehmende Bohrgerät bzw. Antriebsaggregat zunächst in eine Raumlage gebracht, die es erlaubt, die Gestängeabschnitte ohne Behinderung durch das in die Maschinengrube hineinragende rückwärtige Ende eines bereits in das Erdreich eingebrachten Gestängeabschnitts in das Antriebsaggregat einzubringen. Sobald dies geschehen ist, wird das Antriebsaggregat zurück in die Bohrposition, d.h. zum Fluchten mit der Bohrung bzw. dem im Erdreich befindlichen Teil des Gestänges gebracht und dort mit dem letzten Gestängeabschnitt des bereits im Erdreich befindlichen Gestängeteils verbunden.

Zum Einbringen eines Gestängeabschnitts genügt es, wenn die Aufnahme für die Gestängeabschnitte, beispielsweise eine Kupplung am Drehantrieb für das Gestänge aus ihrer Bohrposition bewegt, beispielsweise nach oben verlagert wird.

Der Positionswechsel des Antriebsaggregats, beispielsweise eines üblichen Bohrgeräts kann auch durch Verschwenken zwischen der Bohr- und der Aufnahmeposition geschehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Aufnahme für die Gestängeabschnitte oder das Bohrgerät zwischen den beiden Positionen mit Hilfe eines Hubschlittens oder einer Art Hebebühne zu bewegen, die es erlauben, die Gestängeabschnitte oberhalb der Bohrebene, beispielsweise an der Erdoberfläche in das Gerät einzubringen.

Beim Verschwenken kann ein Bohrgerät zur Verwendung kommen, das in Bohrrichtung vorne oder hinten mit mindestens einem Schwenklager versehen ist. Ein solches Gerät kann aus einem Grundrahmen und einer schwenkbar darauf angeordneten Lafette mit dem eigentlichen Bohrgerät bestehen. Zwischen dem Grundrahmen und der Lafette befindet sich dann ein Schwenkantrieb, beispielsweise ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder. Des weiteren können der Grundrahmen und die Lafette mit einer Verrieglung versehen sein, die das Bohrgerät während des Bohrens gegen unerwünschte Bewegungen sichert.

Außerdem kann der Grundrahmen auch als Hebebühne dienen oder auf einer Hebebühne angeordnet sein, mit der das Gerät aus der höhenveränderlichen Bohrposition an die Erdoberfläche gefahren wird, um dort einen neuen Gestängeabschnitt einzuschieben oder – in einer Zielgrube – zu entnehmen.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, daß die Rohrabschnitte zum Einschieben in das Bohrgerät oder zum Entnehmen keinen zusätzlichen Raum in einem vorhandenen Kontrollschacht oder in einer ausgehobenen Startgrube erfordern; sie können daher eine dem Schachtdurchmesser bzw. der Länge des Bohrgeräts entsprechende Länge besitzen. Andererseits braucht eine Maschinengrube bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine größere Abmessung in horizontaler Richtung zu besitzen als in etwa der Länge des Bohrgeräts entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Bohrgerät in seiner Bohrposition in einem vorhandenen Kontrollschacht,
2 das Gerät gemäß 1 in seiner Aufnahmeposition,
3 ein verschwenkbar an einem Hubschlitten angeordnetes Bohrgerät in drei verschiedenen Höhenlagen,
4 ein Bohrgerät auf einer Hebebühne in seiner Bohrposition und
5 das Bohrgerät gemäß 3 in seiner oberirdischen Aufnahmeposition und
6 ein Bohrgerät, dessen Drehantrieb vertikal verfahrbar ist.
In einem üblichen Kontrollschacht 1 (Maschinengrube/Zielgrube) mit einer verengten Öffnung 2 befindet sich eine Bühne 3 auf Stützen 4 mit einem Bohrgerät 5. Das Bohrgerät besteht aus einem Grundrahmen 6, der über ein Schwenklager 7 mit einer Lafette 8 verbunden ist, auf der sich ein Vorschubantrieb 9 und ein Drehantrieb 10 befinden. Der Vorschubantrieb kann auch auf dem Grundrahmen 6 angeordnet sein. Der Drehantrieb 10 besitzt eine nicht dargestellte Hohlwelle, die so beschaffen ist, daß sie einen Rohrabschnitt 11 aufnehmen kann, dessen vorderes Ende 12 sich mit dem letzten Gestängeabschnitt 13 des bereits im Erdreich befindlichen Teils des Gestänges verschrauben läßt. Um das zu ermöglichen, befindet sich auf der Lafette 8 eine Klemmvorrichtung 14 zum Festhalten des Gestängeabschnitts 13. Die Kraftübertragung zwischen der Hohlwelle und dem Gestängeabschnitt 11 geschieht über Form- oder Reibschluß.
Sobald der Gestängeabschnitt 11 mit dem Gestängeabschnitt 13 verschraubt ist, drückt der Vorschubantrieb 9 das Gestänge 11, 13 in das Erdreich, bis sich das rückwärtige Ende des Gestängeabschnitts 11 in der Situation des Gestängeabschnitts 13 befindet und die Lafette 8"leer gefahren" ist. Alsdann wird die Lafette 8 aus der in 1 dargestellten Bohrposition in die in 2 dargestellte Aufnahmeposition geschwenkt. Dies geschieht vorzugsweise mit Hilfe eines sich zwischen dem Grundrahmen der Lafette erstreckenden Hydraulikzylinders 15, bis die Lafette 8 eine Lage eingenommen hat, in der sich die Verlängerung der Hohlwellenachse 16 innerhalb der Öffnung 2 des Kontrollschachts 1 erstreckt. In dieser Position ist es ohne weiteres möglich, einen Gestängeabschnitt 11 etwa mit der Länge des Schachtdurchmessers in die Hohlwelle einzubringen, bis es die in 2 dar gestellte Lage erreicht hat. Aus dieser Position läßt sich dann die Lafette mit dem neuen Gestängeabschnitt ohne weiteres in die Bohrposition der 1 zurückschwenken.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist das Bohrgerät 5 an einem Hubschlitten 17 angeordnet. Der Hubschlitten ist in einem im Kontrollschacht 1 angeordneten Gerüst 18 verfahrbar und mit einem nicht dargestellten Schwenkantrieb, beispielsweise einem Hydraulikzylinder verbunden, der ein Schrägstellen des Bohrgeräts erlaubt. Auf diese Weise ist es möglich, ein Bohrgerät in Schrägstellung durch die verengte Schachtöffnung 2 zu bewegen und in eine oberirdische Aufnahmeposition zu bringen, auch wenn seine Länge größer ist als die lichte Weite der Schachtöffnung 2. Sobald das Bohrgerät 5 seine obere Position in 3 erreicht hat, wird es in eine horizontale Lage zurückgeschwenkt, um einen Gestängeabschnitt aufzunehmen.
Das in einer ausgehobenen Maschinen- bzw. Startgrube 19 zur Verwendung kommende Bohrgerät 5 der 4 und 5 befindet sich auf einer Hebebühne 20, die sich zwischen Stützen 21 zwischen der Bohrposition (4) und der oberirdischen Aufnahmeposition verfahren läßt.
Bei dem in 6 dargestellten Bohrgerät ist der Drehantrieb 10 mit einem Hubantrieb 22 verbunden, der eine Verlagerung des Drehantriebs mit seiner Aufnahme 23 für das rückwärtige Ende eines Gestängeabschnitts 11 aus der mit dem im Erdreich befindlichen Gestängeabschnitt 13 fluchtenden Bohrposition nach oben in die dargestellte Position erlaubt. In dieser Position läßt sich ein Gestängeabschnitt 11 in die Aufnahme 23 einbringen, der länger ist als der Abstand zwischen dem Drehantrieb 10 und dem rückwärtigen Ende des bereits im Erdreich befindlichen Gestängeabschnitts 14.

Claims

Verfahren zum Herstellen und Aufweiten horizontaler Erdbohrungen oder zum zerstörenden Ersetzen horizontalverlegter Rohrleitungen mit Hilfe eines in einer Startgrube angeordneten Bohrgeräts mit einem aus mehreren Abschnitten bestehenden Bohrgestänge und einem Werkzeug am vorderen Gestängeende, bei dem die Gestängeabschnitte in eine Aufnahme des Bohrgeräts eingebracht und mit dem in die Startgrube hineinragenden rückwärtigen Ende eines bereits in das Erdreich eingebrachten Gestängeabschnitts verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansetzen eines Gestängeabschnitts der Drehantrieb oder die Aufnahme des Drehantriebs mittels eines Hubantriebs aus ihrer Bohrposition nach oben verlagert, der Gestängeabschnitt in die Aufnahme eingebracht und die Aufnahme oder der Drehantrieb in die Bohrposition zurückbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb oder die Aufnahme zum Einführen oder Entnehmen eines Gestängeabschnitts aus der Bohrposition in der Startgrube in eine Lage in der Startgrube bewegt wird, die ein Einbringen eines Rohrabschnitts von außerhalb der Startgrube in die Aufnahme erlaubt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät in der Startgrube aus seiner Bohrposition in eine Aufnahmeposition verschwenkt wird.
Bohrgerät mit einem aus mehreren Abschnitten (11, 13) bestehenden Bohrgestänge und einem Werkzeug am vorderen Gestängeende sowie einer Aufnahme für die Gestängeabschnitte an einem Drehantrieb und einem Hubantrieb (22) für den Drehantrieb zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Bohrrichtung vorne oder hinten ein Schwenklager (7) angeordnet ist.
Bohrgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät an einem Hubschlitten (17) angeordnet ist.
Bohrgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät auf einer Hebebühne (20) angeordnet ist.
Bohrgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgerät auf einer auf einem Grundrahmen (6) verschwenkbar angeordneten Lafette (8) angeordnet ist.
Bohrgerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Verriegelung zwischen dem Grundrahmen und der Lafette.