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Die
Erfindung betrifft einen Zugverstärker für eine Horizontalbohranlage
zum gerichteten Anlegen von Bohrungen im Erdreich, Gestein oder
Fels mit einem Bohrmast und einem am Bohrmast verfahrbaren Bohrantrieb,
mittels dessen sich mittels Muffenschraubverbindungen verlängerbare
Bohrgestände in
den Boden einbringen lassen.
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Eine
derartige Horizontalbohranlage ist in der
DE 102 06 646 C1 derselben
Anmelderin beschrieben.
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Bei
derartigen Bohranlagen ist am Bohrmast üblicherweise ein verschiebbarer
Schlitten angeordnet, der einen Bohrantrieb trägt, der ein Bohrgestänge zum
Einbringen der Bohrung antreibt.
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Horizontalbohranlagen
werden insbesondere benutzt, um Produktrohre, beispielsweise Kommunikationsleitungen,
Gasleitungen, Ölleitungen,
Wasserleitungen oder dgl. unterirdisch dort zu verlegen, wo sie
Bahntrassen, Autobahnen, Flüsse
oder dgl. kreuzen. Mittels derartiger Horizontalbohranlagen ist es
möglich,
im wesentlichen horizontal verlaufende Bohrungen über große Entfernungen
herzustellen. Hierdurch wird das Verlegen von Produktrohren vereinfacht
und die Verlegekosten lassen sich erheblich vermindern.
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Mittels
einer derartigen Horizontalbohranlage wird zunächst eine Pilotbohrung erstellt,
die im Bereich der Horizontalbohranlage in den Boden eingebracht
wird und in einer durch die zu unterbohrenden Hindernisse bestimmten
Entfernung wieder aus dem Boden austaucht. An das ausgetauchte Bohrgestängeende
wird ein Aufweitkopf angeschlossen und die Bohrung anschließend durch
Zurückziehen
des Bohrgestänges
mittels des Aufweitkopfes aufgeweitet, wonach das zu verlegende
Produktrohr in die Bohrung eingezogen wird.
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Mit
dem Bohrantrieb werden die einzelnen Bohrgestängeteilstücke mittels Muffenschraubverbindungen
gekuppelt. Jedesmal, wenn ein Bohrgestängeteilstück in den Boden eingebracht
ist, muß der
Bohrantrieb davon gelöst,
auf dem Bohrmast zurückgefahren
und ein neues Bohrgestängeteilstück eingelegt
und mit dem bereits verlegten Bohrgestänge sowie dem Bohrantrieb verschraubt
werden.
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Sowohl
beim Anlegen der Pilotbohrung als auch beim Aufweiten der Pilotbohrung
mittels eines Aufweitkopfes kann es vorkommen, daß sich der Bohrantrieb
der Pilotbohrung oder der Aufweitkopf wegen eines für die Horizontalbohranlage
unüberwindlichen
Hindernisses nicht weiter voranbringen läßt. Auch kann es vorkommen,
daß die
Verbindung des Bohrgestänges
mit dem Aufweitkopf zwischen dem Aufweitkopf und der Horizontalbohranlage bricht.
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Der
Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zu schaffen, die Pilotbohrung und/oder die aufgeweitete Bohrung trotz
eines für
die Horizontalbohranlage unüberwindbaren
Hindernisses voranzutreiben und/oder einen steckengebliebenen Aufweitkopf
nach Bruch oder Lösen
der Verbindung mit der Horizontalbohranlage aus der aufgeweiteten
Bohrung zu entfernen.
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Ausgehend
von dieser Aufgabenstellung wird ein Zugverstärker für eine Horizontalbohranlage vorgeschlagen,
der aus einer am Bohrgestänge
angreifende Zugkraftübertragungseinrichtung
und einer im Boden verankerten, zusätzlichen, mit dem Bohrantrieb
zusammenwirkenden, mit der Zugkraftübertragungseinrichtung verbundenen
Zugvorrichtung besteht.
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Der
Zugverstärker
läßt sich
an das Bohrgestänge,
sowohl benachbart zur Horizontalbohranlage, als auch am Austrittende
aus dem Bohrloch ansetzen. Wird er an das Bohrgestänge benachbart
zur Horizontalbohranlage angesetzt, wird dadurch die auf das Bohrgestänge wirkende
Zugkraft soweit erhöht,
daß ein
den mit dem Bohrgestänge
verbundenen Aufweitkopf zum Stillstand bringendes Hindernis überwunden
wird
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Wird
der Zugverstärker
am Austrittsende aus dem Bohrloch an das Bohrgestänge angesetzt,
läßt sich
das Bohrgestänge
mit dem daran befestigten Aufweitkopf durch die bereits aufgeweitete
Bohrung zurückziehen,
was insbesondere dann erforderlich ist, wenn das den Aufweitkopf
mit der Horizontalbohranlage verbindende Bohrgestänge gebrochen
sein sollte.
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Die
Zugkraftübertragungseinrichtung
kann als an beliebigem Ort des Bohrgestänges angreifende Klemmvorrichtung
ausgebildet sein. Klemmvorrichtungen für Rohre sind bekannt. Sie können als durch
die Zugkraft betätigte
Klemmvorrichtung mit Keilwirkung oder mit beispielsweise hydraulisch
betätigten
Klemmbacken ausgebildet sein.
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Des
Weiteren dient der Lösung
der vorstehend angegebenen Aufgabe ein Zugverstärker, der aus einer am Bohrgestänge angreifenden,
eine Muffenschraubverbindung des Bohrgestänges formschlüssig übergreifenden
Zugkraftübertragungseinrichtung
und einer im Boden verankerten, mit der Zugkraftübertragungseinrichtung verbundenen
Zugvorrichtung besteht.
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Besteht
die Zugkraftübertragungseinrichtung aus
Halbschalen, die die am Bohrgestänge
immer vorhandene Muffenschraubverbindung, die einen größeren Durchmesser
als das eigentliche Bohrgestänge
aufweist, übergreifen
und mittels geeigneter Halteelemente, beispielsweise die Halbschalen
umgreifende Halteringe zusammengehalten werden, ist eine formschlüssige Kupplung
zwischen dem Bohrgestänge
und der Zugkraftübertragungseinrichtung gegeben,
wobei die Muffenschraubverbindungen allerdings jeweils um die Länge der
verwendeten Bohrgestängeteilstücke voneinander
beabstandet sind. Dieser Abstand kann bis zu 11 m betragen.
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Es
ist bevorzugt, wenn die Zugkraftübertragungseinrichtung
eine Drehlagerung für
das Bohrgestänge
aufweist, damit die Drehung des Bohrgestänges durch die Horizontalbohranlage
nicht behindert wird. Diese Drehlagerung kann aus zwischen der Muffenschraubverbindung
in den Halbschalen angeordneten Gleitringen bestehen. Die Drehlagerung kann
auch aus zwischen inneren, die Muffenschraubverbindung umgreifenden
Halbschalen und äußeren, die
inneren Halbschalen umgreifenden Halbschalen angeordneten Axial-
oder Axial-Radial-Wälzlagern bestehen.
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Die
Zugvorrichtung kann beispielsweise aus einer Seilwindenanordnung
bestehen.
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Wenn
die Zugkraft mittels eines Zahnstangentriebes oder Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten aufgebracht
wird, kann die Zugvorrichtung vorzugsweise aus zwei parallel zum
Bohrgestänge
angeordneten, einendig im Boden verankerten Zugbalken und einer
daran befestigten, an der Zugkraftübertragungseinrichtung angreifenden
Zugeinrichtung in Form des erwähnten
Zahnstangentriebes oder der erwähnten
Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten bestehen.
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Da
Kolben-Zylinder-Einheiten nur einen begrenzten Hub aufweisen, der
in der Regel kleiner ist als die Länge eines einzelnen, verschraubbaren Bohrgestängeteilstücks, ist
es vorteilhaft, wenn die Länge
der Zugbalken im wesentlichen der Länge eines einzelnen, verschraubbaren
Bohrgestängeteilstücks entspricht,
die Hublänge
der Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten einem Bruchteil der Länge eines
einzelnen verschraubbaren Bohrgestängeteilstücks entspricht und die Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten
mittels um die Hublänge
versetzbare Gleitkufen an den Zugbalken befestigbar sind.
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Die
Druckölversorgung
der Kolben-Zyllinder-Einheiten kann bevorzugterweise durch das Hydraulikaggregat
der Horizontalbohranlage erfolgen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
des Näheren
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der Anordnung des erfindungsgemäßen Zugverstärkers im
Bereich einer Bohrung,
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2 eine
Draufsicht auf den Zugverstärker in
der ausgefahrenen Stellung,
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3 eine
Draufsicht auf den Zugverstärker in
der eingefahrenen Stellung und
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4 eine
vergrößerte Darstellung
der Zugkraftübertragungseinrichtung
in Form von Halbschalen, teilweise im Schnitt, gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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5 eine
Ansicht der Zugkraftübertragungseinrichtung
gemäß 4 in
der Richtung des Pfeils A;
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6 eine
vergrößerte Darstellung
der Zugkraftübertragungseinrichtung,
teilweise im Schnitt, gemäß einer
zweiten Ausführungsform
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Aus 1 ist
ersichtlich, daß mittels
einer Horizontalbohranlage 1 aus einem Bohrmast 2,
einem auf dem Bohrmast verfahrbaren Bohrantrieb 3 und einem
Raupenunterwagen 4 ein Bohrgestänge 6 unter einem
zu unterquerenden Hindernis, zum Beispiel Gewässer 9, in den Boden 10 eingebracht
wurde und die so erzeugte Pilotbohrung bereits zum größten Teil
zu einer mittels eines mit dem Bohrgestänge 6 verbundenen
Aufweitkopfes 7 aufgeweiteten Bohrung 8 vergrößert wurde.
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Die
von der Horizontalbohranlage 1 auf das Bohrgestänge 6 aufgebrachten
Kräfte
werden durch Spundwände 5 aufgenommen,
an denen sich die Horizontalbohranlage 1 abstützt.
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Eine
Zugvorrichtung 11 bildet zusammen mit einer Zugkraftübertragungseinrichtung
einen Zugverstärker
und ist benachbart zur Horizontalbohranlage 1 dargestellt,
während
eine weitere Zugvorrichtung 11 am entgegengesetzten Ende
der aufgeweiteten Bohrung 8 dargestellt ist. Dort befinden
sich ebenfalls Spundwände 5,
an denen sich die Zugvorrichtung 11 verankern läßt.
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Das
Bohrgestänge 6 mit
dem Aufweitkopf 7 wird durch die Horizontalbohranlage 1 nach
rechts bewegt. Die Pilotbohrung, deren Durchmesser im wesentlichen
dem Durchmesser des Bohrgestänges 6 entspricht,
hat üblicherweise
einen Durchmesser von 150 mm, während
der Durchmesser der einzuziehenden Produktrohre bis zu 1800 mm betragen kann.
Dementsprechend wird die Pilotbohrung stufenweise mittels im Durchmesser
immer größer werdender
Aufweitköpfe 7 aufgeweitet,
wobei das Bohrgestänge 6 zunächst bis
an das zur Horizontalbohranlage 1 entgegengesetzte Ende
der Bohrung geführt,
der Aufweitkopf 7 befestigt und der Aufweitkopf 7 drehend
in Richtung der Horizontalbohranlage 1 gezogen wird und
dabei die Bohrung aufweitet. An den Aufweitkopf 7 werden
schrittweise Bohrgestängeteilstücke angeschraubt,
in demselben Maße
wie das Bohrgestänge
zwischen dem Aufweitkopf 7 und der Horizontalbohranlage 1 im
Zuge des Bohrfortschritts verkürzt
wird. Auf diese Weise läßt sich
der jeweilige Aufweitkopf 7 nach Beendigung des Aufweitvorgangs
ohne Zeitverlust durch einen weiteren, im Durchmesser größeren Aufweitkopf
am Bohrgestänge 6 ersetzen.
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Wenn
der Aufweitkopf 7 unter dem zu unterquerenden Hindernis
durch die Horizontalbohranlage 1 nicht mehr vorgetrieben
werden kann, weil die Zugkraft der Horizontalbohranlage 1 nicht
ausreicht, kann die erfindungsgemäße Zugvorrichtung 11 Abhilfe
bringen.
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Zu
diesem Zweck wird die Bohrung benachbart zu der Horizontalbohranlage λ soweit aufgegraben, daß sich die
Zugvorrichtung 11 parallel zum Bohrgestänge 6 in der dargestellten
Weise anordnen und sich mit dem Bohrgestänge 6 verbinden läßt. Durch
die mittels der Zugvorrichtung 11 aufgebrachte, zusätzliche
Zugkraft läßt sich
der Aufweitkopf 7 in der überwiegenden Anzahl der Fälle bis
zum Austritt aus dem Boden 10 weiterbewegen.
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Falls
das die Horizontalbohranlage 1 mit dem Aufweitkopf 7 verbindende
Bohrgestänge 6 gebrochen
sein sollte, oder sich der Aufweitkopf 7 trotz des Einsatzes
der Zugvorrichtung 11, benachbart zur Horizontalbohranlage 1,
nicht weiterbewegen läßt, kann eine
Zugvorrichtung 11 am entgegengesetzten Ende der Bohrung
angesetzt, an einer Spundwand 5 verankert und mit dem Bohrgestänge 6 verbunden
werden. Danach läßt sich
das Bohrgestänge 6 mit
dem Aufweitkopf 7 entgegengesetzt zur Vortreibrichtung aus
der aufgeweiteten Bohrung 8 herausziehen, nachdem das Bohrgestänge 6 von
der Horizontalbohranlage 1 gelöst wurde.
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Im
in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die Zugvorrichtung 11 aus parallelen Zugbalken 12,
die sich mit ihrem einen Ende an der Spundwand 5 befestigen
lassen und an ihrem anderen Ende durch eine Traverse 13 miteinander verbunden
sind. Auf dem Zugbalken 12 sind Gleitkufen 14 verschiebbar
angeordnet, die sich in Abbolzlöchern 18 mit
dem Zugbalken 12 verbinden lassen.
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An
den Gleitkufen 14 ist eine Zugeinrichtung in Form von parallelen
Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 befestigt,
die durch das Hydraulikaggregat der Horizontalbohranlage 1 beaufschlagt werden.
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An
den Enden der Kolbenstangen der Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 ist
eine Zugkraftübertragungseinrichtung
in Form von Halbschalen 17 befestigt, die eine verdickte
Muffenschraubverbindung 16 zwischen benachbarten Bohrgestängeteilstücken formschlüssig umgreift.
Die Halbschalen 17 sind durch gegen ihre Stirnflächen geschraubte
Halteringe 19 so miteinander verbunden, daß die formschlüssige Verbindung
mit der Muffenschraubverbindung 16 auch bei Aufbringen
der Zugkraft an Zugaugen 24 der Halbschalen 17 durch
die Kolben-Zylinder-Einheiten 15 erhalten
bleibt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der Zugkraftübertragungseinrichtung
gemäß 4 und 5 weisen die
Innenflächen
der Halbschalen 17 Gleitringe 20, beispielsweise
am PTFE, auf.
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Die
Zugkraftübertragungseinrichtung
gemäß 6 besteht
aus zwei inneren Halbschalen 25, die die Muffenschraubverbindung 16 formschlüssig umgreifen.
Zwei Axial- oder Axial-Radial-Wälzlager 21 umgreifen
die inneren Halbschalen 25, und stützen sich an Radialabsätzen der
inneren Halbschalen 25 ab. Sie halten diese allein oder
in Verbindung mit Halteringen ähnlich
den in 4 und 5 dargestellten gegen die beim
Aufbringen der Zugkraft durch die konischen Endflächen der
Muffenschraubverbindung 16 auftretende Radialkraft zusammen. Äußere Halbschalen 26 mit
den Zugaugen 24 umgreifen die Wälzlager 21 und die
inneren Halbschalen 25 und werden durch Halteringe 19 zusammengehalten.
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Der
Innendurchmesser der Halteringe 19 und der Wälzlager 21 ist
größer als
der Außendurchmesser
der Muffenschraubverbindung 16, so daß sie sich problemlos über diese
hinüberschieben
lassen.
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In
den Trennfugen der inneren und äußeren Halbschalen 25, 26 sind
Lineardichtungen 23 und vor den Wälzlagern 21 sind Ringdichtungen 22 angeordnet,
um das Eindringen von Schmutz in die Wälzlager 21 zu verhindern.
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Der
Hub der Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 beträgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel
etwa 1/3 der Länge
eines Bohrgestängeteilstücks, kann
aber auch gleich der Länge
eines Bohrgestängeteilstücks sein.
Wie aus 3 ersichtlich, wird beim Einfahren
der Kolbenstangen der Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 1/3
der Länge
eines Bohrgestängeteilstücks zurückgelegt.
Danach werden die Gleitkufen 14 von den Abbolzlöchern an
den Zugbalken 12 gelöst,
die Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 werden wieder
ausgefahren, so daß die
Gleitkufen 14 in den Bereich der nächsten Abbolzlöcher 12 gelangen.
Dort werden sie wieder mit den Zugbalken 12 verbunden,
so daß sich
die Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 erneut einfahren
lassen. Die Gleitkufen 14 werden ein weiteres Mal von den
Abbolzlöchern
gelöst
und wieder ausgefahren, so daß sie
in den Bereich der letzten Abbolzlöcher bei der Spundwand 5 gelangen.
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Nachdem
das Bohrgestänge
um ein Bohrgestängeteilstück weitergezogen
wurde, werden die Halbschalen 17 bzw. 25, 26 durch
Abschrauben und Auseinanderschieben der Halteringe 19 und
der Wälzlager 21 beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 6 gelöst, mit
den Hydraulik-Kolben-Zylinder-Einheiten 15 zur
nächsten
Muffenschraubverbindung 16 bewegt und dort erneut befestigt,
so daß der
gesamte Vorgang schrittweise wiederholen läßt.
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Statt
der formschlüssigen
Verbindung der Halbschalen 17 mit der Muffenschraubverbindung 16 am
Bohrgestänge 6 kann
die Zugkraftübertragungseinrichtung
auch mit Klemmbacken versehen sein, die an jeder Stelle des Bohrgestänges angreifen
können.
Die Klemmbacken können
entweder über
Keilwirkung selbsttätig
beim Aufbringen der Zugkraft wirken oder hydraulisch betätigt sein.