DE2540590C2 - Verfahren zur Herstellung einer bogenförmigen Bohrung unterhalb eines Hindernisses - Google Patents

Description

stange bestehenden Bohrsatzes.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bohrung längs einer unterirdischen Bahn in Form eines nach oben geöffneten Bogens ist im allgemeinen aus F i g. 1 zu ersehen. In der in der in F i g. 1 dargestellten Situation soll ein Gewässer 10 unterquert werden, indem von einer ersten Stelle 12 aus, die sich auf der Bodenoberfläche auf einer Seite des Gewässers befindet, eine Bohr-iiig zu einer zweiten Stelle 14 hinter einem Gebäude 16 auf der anderen Seite geführt wird. Die gewünschte Bahn ist allgemein durch die unterbrochene Linie 18 gekennzeichnet und kann entweder aus einem Bogen mit konstantem Radius, oder aus einer Bahn mit komplexer Krümmung bestehen. Längs der Bahn 18 wird eine Pilotbohrung durch einen führenden Bohrer 20 erzeugt, der durch ein nachlaufendes Bohrgestänge 22 angetrieben wird, das sich durch das gebohrte Loch erstreckt und an der Stelle 12 austritt Der führende Bohrer 20 kann in der Weise gesteuert werden, wie dies aus der US-PS 38 78 903 entnommen werden kann. Es können aber auch andere Techniken zur Führung der Bohrung angewandt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ein? nachfolgende Ummantelung 24 vor, die sich von einer Stelle im wesentlichen hinter dem führenden Bohrer 20 bis zum Eingang 12 des Bohrloches erstreckt Die nachfolgende Ummantelung 24 besitzt einen größeren Durchmesser als das Bohrgestänge 22, so daß die nachfolgende Ummantelung das Bohrgestänge innerhalb der Bohrung umschließen kann. Während des Bohrens längs der bogenförmigen Bahn 18 wird innerhalb des Bohrgestänges 22 periodisch ein Beobachtungswerkzeug in eine Position unmittelbar hinter dem führenden Bohrer 20 gebracht, um die jeweilige Position des führenden Bohrers zu bestimmen. Dieses Beobachtungswerkzeug verwendet Magnetkompasse, um geeignete Angaben zu erhalten, und es ist erforderlich, daß die nachfolgende Ummantelung 24 dem führenden Bohrer 20 mit einem ausreichenden Abstand folgt, so daß sie nicht die Anzeige des Beobachtungswerkzeuges beeinflußt Dies geschieht gewöhnlich dadurch, daß die Pilotbohrung auf eine gewisse Länge ausgebohrt wird, bevor man beginnt, die Ummantelung einzuführen. Wenn jedoch der führende Bohrer 20 aus der Bohrung herausgezogen wird, beispielsweise um den Bohrkopf zu ersetzen, wird die nachfolgende Ummantelung 24 einen wesentlichen Abschnitt der Bohrung erhalten, so daß er nicht verloren ist Beim Wiedereinsetzen des Bohrers wird sich das Bohrgestänge längs der Ummantelung 24 frei bewegen können und sich nicht im Bohrloch festsetzen oder festklemmen. Die Bewahrung bzw. Aufrechterhaltung des Bohrloches ist insbesondere in weichem Sand oder lokkerem Schlamm kritisch, wie er oft unterhalb von Gewässern, wie beispielsweise dem gezeigten Gewässer 10, zu finden ist

An der Einmündung 12 des Bohrloches in den Boden ist eine geneigte Bohrvorrichtung 26 in einer schrägen Grube 28 angeordnet. Die vordere Stirnwand 30 der Grube 28 verläuft zur Erleichterung des Bohrens rechtwinklig zur Anfangsrichtung der unterirdischen Bahn. Ein Rohr 32 mit großem Durchmesser erstreckt sich durch die Stirnfläche 30, damit sie während des Bohrvorganges keiner Erosion unterworfen wird.

Das führende Ende der in F i g. 1 gezeigten Bohrvorrichtung ist mit mehr Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt. Der die Richtung der Bohrung bestimmende Bohrer 20 besitzt einen vorauslaufenden Bohrkopf 40, der durch Bohrschlamm angetrieben wird, welcher durch das Bohrgestänge 22 zugeführt wird. Da der Bohrkopf 40 die Erde längs der gewünschten bogenförmigen Bahn abträgt und abschabt, wird das abgetragene Material von dem Bohrschlamm aufgenommen, der in den schmalen, das Bohrgestänge 22 umgebenden Ringraum zurückfließt Die nachfolgende Ummantelung 24 ist an ihrem vorauslaufenden Ende mit einer Schneidkante 44 versehen, um die Bohrung auf einen größeren Durchmesser zu räumen, der der Ummantelung angepaßt ist Der Innendurchmesser der Ummantelung 24 ist vorzugsweise größer als der Außendurchmesser des Bohrgestänges 22, damit zwischen diesen ein Ringraum 46 entsteht Der Bohrschlamm und das darin enthaltene abgetragene Material wird im Ringraum 46 gesammelt und dient zur Schmierung des Bohrgestänges 22 innerhalb der Ummantelung 24. Das abgetragene Material, kann sich am Eingang des Bohrloches aus dem Bohrschlamm absetzen, worauf der Bohrschlamm wiederverwendet werden kann.

Die Bohrvorrichtung 26 ist gen.v-rsr aus Fig.3 ersichtlich. Die Bohrvorrichtung 26 ursfaSt eine schräge Rampe 50, die auf dem Boden der Grube 28 gelagert ist Ein Bohrkopf 52, der nachfolgend noch genauer dargestellt wird, ist auf Schlitten 54 und 55 gelagert die längs der Rampe 50 beweglich sind. Ein drehbares Bohrfutter 56 ist am vorderen Ende des Schlittens 54 gelagert und kann mit der Hülle 24 verbunden werden, um diese gleichzeitig zu drehen und in den Boden einzutreiben, wie dies durch den Pfeil 58 angedeutet ist Ein T-Stück 60 ist am hinteren Ende des Bohrkopfs 52 auf dem Schlitten 55 gelagert Das T-Stück 60 ist mit dem Bohrkopf 52 durch ein glockenförmiges Verbindungsstück 62 verbunden, das eine Drehbewegung des Bohrkopfes relativ zum T-Stück zuläßt

Der Bohrschlamm zum Antrieb des führenden Bohrkopfes 40 wird dem T-Stück 60 über eine Leitung 64 zugeführt, wie durch den Pfeil 66 angedeutet ist Dieser Bohrschlamm fließt in das Innere des Bohrkopfes 52, wird durch das Bohrgestänge gedruckt und betätigt einen durch Schlamm angetriebenen Motor im führenden Bohrkopf 40. Der gebrauchte Bohrschlamm fließt aus dem Rohr 32 mit großem Durchmesser und auch aus dem Ringraum zwischen dem Bohrgestänge 22 und der Ummantelung 24, um sich in einem Sumpf 68 am Boden der Grube 28 zu sammeln. Die abgetragenen Materialien können im Sumpf 68 abgeschieden werden, und der gebrauchte Bohrschlamm kann, wie durch den Pfeil 72 angedeutet ist, durch die Leitung 70 wieder dem Kreislauf zugeführt werden, wobei die Leitung 70 zu einer Pumpe führt, die den Bohrschlamm über die Leitung 64 zum Antrieb des Bohrkopfes 40 weiterbefördert.

Di« Konstruktion des Bohrkopfes 52 wird nun unter Bezugnahme auf F i g. 4 in weiteren Einzelheiten erläutert. Der Bohrkopf 52 besitzt einen relativ gießen Durchmesser, wobei das vorn am Bohrkopf gelagert? Bohrfutter 56 mit dem hinteren Ende der Ummantelung verbunden werden kann, die bei 24 angedeutet ist. Das Bohrfutter 56 ist im Inneren hohl gestaltet und an seinem vorde/en und hinteren Ende geöffnet Um die Ummantelung 24 nach unten in den Boden zu drücken, wird sie mit dem Bohrfutter 56 verbunden, des, wie nachfolgend noch erläutert, durch einen geeigneten Antrieb in Drehbewegung versetzt wird. Um das Bohrgestänge, das in F i g. 4 bei 2/ thematisch angedeutet ist, in den Boden einzutreiben, wird ein kleineres Bohrfutter 80, das in seinem Inneren ebenfalls hohl ausgebildet ist, am Bohrfutter 56 befestigt, und das Bohrgestänge 22 wird

seinerseits mit seinem hinteren Ende am kleineren Bohrfutter 80 befestigt. Dieses kleinere Bohrfutter 80 wird entfernt, wenn die Ummantelung 24 in den Boden eingetrieben werden soll.

Das drehbare Bohrfutter 56 ist mittels Schrauben 84 s und 85 an einem Kettenrad 82 befestigt. Das Kettenrad 82 wird durch eine ihrerseits durch ein Antriebskettenrad 88' (F i g. 3) angetriebene Kette 86 angetrieben, um die Ummantelung 24 beim Eintrei86 angetrieben, um die Ummantelung 24 beim Eintreiben in den Boden in Drehung zu versetzen. Wenn das Bohrgestänge 22 in den Boden eingetrieben werden soll, wird das Kettenrad 82 gewöhnlich stationär gehalten, so daß das Bohrgestänge 22 nicht in Drehung versetzt wird. Das Antriebskettenrad 82 kann benutzt werden, um den Azimut des Bohr- gestänges 22 zur Steuerung der Bohrungsrichtung zu verändern, wie dies den Lehren der oben erwähnten US-PS 38 78 903 entnommen werden kann.

Das Bohrfutter 56 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 88, der sich vom vorderen Ende des Bohrfutters aus nach hinten erstreckt. Ein glockenförmiges Gehäuse 90 ist am hinteren Ende des zylindrischen Abschnittes 88 gelagert und steht mit dem T-Stück 60 in Eingriff. Wenn das Bohrgestänge 22 in das Bohrloch getrieben werden soll, wird über das hintere Ende des T-Stücks 60 eine Kappe 94 gesetzt, und über das T-Stück und die Leitung 64 wird, wie durch den Pfeil 96 angedeutet, Bohrschlamm zugeführt Der Bohrschlamm durchströmt das hohle Innere der Bohrfutter 56 und 80 und gelangt in das Bohrgestänge 22, um den Bohrkopf 40 anzutreiben. Wenn die Ummantelung 24 in die Bohrung eingetrieben werden soll, wird die Kappe 94 entfernt damit das Bohrgestänge 22 vollständig durch das Bohrfutter 56 hindurchtreten und an dessen hinterem Ende austreten kann.

Die bevorzugte, aufeinanderfolgende Betriebsweise der Vorrichtung wird durch die F i g. 5a bis 5c in aufeinanderfolgenden Schritten dargestellt durch die das Bohrloch teilweise gebohrt und ausgekleidet wird. Zu Beginn wird ein Bohrsatz über der Rampe 50 abgesenkt, der einen Ummantelungsabschnitt 90 umfaßt, der seinerseits einen Abschnitt 92 des Bohrgestänges umgibt Der Abschnitt 90 der Ummantelung wird mit dem hinteren Ende der Ummantelung 24 verbunden, um die Länge der Ummantelung zu vergrößern, während der Ab- schnitt 92 des Bohrgestänges zu dessen Verlängerung mit dem hinteren Ende des Bohrgestänges 22 verbunden wird. Das hintere Ende des Ummantelungsabschnitts 90 wird mit dem größeren Bohrfutter 56 des Bohrkopfes 52 verbunden. Das kleinere Bohrfutter 80 und die in F i g. 4 gezeigte Abdeckung 94 sind entfernt

Anschließend wird der Bohrkopf 42 längs der Rampe 50 nach unten bewegt, wie durch den Pfeil 94 in F i g. 5b dargestellt ist um die Ummantelung 24 in das Bohrloch einzutreiben. Das Bohrfutter 56 wird gleichzeitig in Drehung versetzt um die Bewegung der Ummantelung im Boden zu erleichtern. Die Stellung des Bohrgestänges 22 bleibt während des Eintreibens der Ummantelung unverändert Das Bohrgestänge 22 ragt durch den Bohrkopf 52. Damit der Bohrgestängeabschnitt 52 nicht in Kontakt mit dem Bohrkopf gelangt ist eine Stütze 96 vorgesehen.

Nachdem der Abschnitt 90 der Ummantelung 24 in den Bogen eingetrieben worden ist, wird der Bohrkopf 52 zum hinteren Ende der Rampe 50 zurückgeführt Das zweite, kleinere Bohrfutter 80 wird mit dem größeren Bohrfutter 56 verbunden, und das hintere Ende des Bohrgestängeabschnitts 92 wird mit diesem kleineren Bohrfutter verbunden. Außerdem wird die Abdeckung 94 auf das hintere Ende des T-Stücks 60 aufgesetzt. Der Bohrkopf 52 wird dann längs der Rampe 50 nach unten bewegt, um das Bohrgestänge in den Boden einzutreiben. Das Bohrfutter 56 wird während dieses Verfahrensabschnitts gewöhnlich nicht in Drehung versetzt, es sei denn zur Steuerung des Azimuts des Bohrgestänges. Über die Leitung 64 wird dem T-Stück 60 Bohrschlamm zugeführt, der über das Bohrgestänge weitergedrückt wird, um den Bohrkopf 40 anzutreiben.

Nach dem Vorschub des Bohrgestängeabschnitts 92 und der Ummantelung 90 in den Boden wird ein neuer Bohrsatz 100 aus einem weiteren Bohrgestängeabschnitt 104 und einem diesen umgebenden Ummantelungsabschnitt 102 mittels eines Hebezeugs 106 abgesenkt. Der Bohrkopf 52 wird zum hinteren Ende der Rampe 50 zurückbewegt, damit der nächste Ummanteliingsntvschnitt und der nächste Bohrgestängeabschnitt mit dem jeweils vorausgehenden Abschnitt verbunden werden können, worauf dann der erneute Vorschub in den Boden zur Fortsetzung des Bohrvorganges erfolgt.

Abweichend kann der Bohrkopf der Bohrvorrichtung so gestaltet werden, daß der Bohrgestängeabschnitt und der Ummantelungsabschnitt gleichzeitig in die Bohrung eingetrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Patentansprüche: einer bogenförmigen Bohrung innerhalb eines Hinder nisses, z. B. eines Gewässers gemäß dem Oberbegriff

1. Verfahren zur Herstellung einer bogenförmigen des Patentanspruchs 1.

Bohrung unterhalb eines Hindernisses, z.B. eines 5 Ein derartiges Verfahren ist bereits in der US-PS Gewässers, bei dem ein Bohrgestänge mit einem an 37 20 272 offenbart Als nachteilig ist bei diesem vorbeseinem vorderen Ende angebrachten Bohrkopf längs kannten Verfahren anzusehen, daß ein biegsames Bohrder bogenförmigen Bahn vorgetrieben und eine bo- gestänge in einer bogenförmig vorgebogenen U-nmangenförmige Pilotbohrung hergestellt wird, wobei ei- telling geführt und die Bohrvorrichtung nach Fertigsteine dem Bohrkopf nachgeführte Bohrgestänge-Um- io lung der Bohrung aus dem Boden ohne Sicherung des mantelung über eine geringere Länge als die Bohr- Bohrlochs herausgezogen wird. Auf Grund der Flexibilikopf-Eindringlänge in die Pilotbohrung nachgeführt tat der vorgebogenen Ummantelung kann es zu unerwird, dadurch gekennzeichnet, daß die wünschtenRichtungsabweichungenkommen,insbesonbogenförmige Pilotbohrung mittels eines am Bohr- d<?re beim Bohren in harten Böden. Bei weichem Sand gestänge angebrachten Richtbohrkopfes hergestellt 15 oder lockerem Schlamm besteht ferner die Gefahr, daß wird und die Bohrgestänge-Ummantelung nach Fer- die Pilotbohrung zusammenbricht tigstellung der Pilotbohrung in dieser verbleibt, wo- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbei der Bohrkopf und das Bohrgestänge durch die fahren der eingangs genannten Gattung derart weiter-Bohrgestängii-Ummantelung hindurch zum Bohr- zubilden, daß Hindernisse auch in schwierigen Böden, !ochmundzttFöckziehbarsind- 20 beispielsweise weichem Sand oder lockerem Schlamm,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sicher und ohne Richtungsabweichungen bogenförmig zeichnet, daß mittels eines am vorauslaufenden Ende unterfahren werden können.

der Ummantelung angeordneten Schneidkopfes die Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Pilotbohrung auf einen Durchmesser aufgebohrt Kennzeichen, des Patentanspruchs 1 genannten Merkwird, der mindestens so groß ist wie der Durchmes- 25 male gelöst ser der nachfolgenden Ummantelung. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- weiterbilden, sind in den nachfolgenden Patentansprükennzeichnet, daß die Ummantelung gleichzeitig mit chen enthalten.

ihrem Vorschub in Drehbewegung versetzt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verfah-

4. Verfahren nach einem der vorangehenden An- 30 rens kann auch in weichen oder schlammigen Böden die Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstel- Pilotbohrung nach Zurückziehen des Bohrgestänges silen der Pilotbohrung zusätzlich mittels einer Bohr- eher und ohne Richtungsabweichungen aufrechterhalspülung eine Vorschubkruft auf den Bohrkopf aus- ten werden. Da die bogenförmige Pilotbohrung nicht geübt wird, wobei die BohrspüL/ig dem Bohrkopf unter Führung einer entsprechend vorgebogenen Umüber das Bohrgestänge zugeführt und im zwischen 35 mantelung, sondern allein mit Hilfe eines Richtbohrkopdem Bohrgestänge und der Ummantelung ausgebil- fes erfolgt, kann die bogenförmige Bohrung den jeweilideten Ringraum wieder zurückgeleitet wird. gen Hindernisbedingungen, insbesondere hinsichtlich

5. Verfahren nach einem der vorangehenden An- der Länge des Unterfahrens, in günstiger Weise angesprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintreiben paßt werden, ohne daß jeweils zur Führung Ummantedes Bohrgestänges und das Eintreiben der Ummante- 40 lungen erforderlich wären. Zudem besteht bei dem erlungaufeinanderfolgenddurchgeführtwerden. findungsgemäßen Verfahren auch nicht die Gefahr ειδ. Verfahren nach einem der vorangehenden An- ner Beschädigung der Ummantelung und daraus resul-

sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Pi- tierender Bohrfehler. Die nachgefühlte Ummantelung lotbohrung längs der bogenförmigen Bahn mittels wird in günstiger Weise selbstbohrend mittels des Bohrdes Bohrgestänges erzeugt wird. 45 gestänges geführt und sichert bei einem erforderlichen 7. Verfahren nach einem der vorangehenden An- Bohrkopfaustausch die Lage und die Form der Pilotsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrge- bohrung. Sie bildet ein festes belastbares Rohr, das bei stange aus mehreren einzelnen Bohrgestängeab- durchgeführten Verlachen auch in schwierigen Böden schnitten zusammengesetzt wird, daß mehrere bogenförmigen Pilotbohrungen mit weit über 1 km Bohrsätze aus einem Bohrgestängeabschnitt und ei- 50 Länge sicher zu folgen vermochte, nem diesen Bohrgestängeabschnitt umschließenden Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Abschnitt der Ummantelung vorbereitet werden, Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erdaß aufeinanderfolgend die einzelnen Bohrsätze an findung wird diese näher erläutert Es zeigt das hintere Ende des Bohrgestänges angefügt und F i g. 1 eine geschnittene perspektivische Geländedss vordere Ende des jeweiligen Bohrgestängeab- 55 darstellung, aus der die Anwendung der Erfindung zur Schnitts mit dem hinteren Ende des vorangehenden Erzeugung einer Bohrung unter einem Hindernis längs Bohrgestängeabschnitts zur Verlängerung des Bohr- einer unterirdischen Bahn in Form eines nach oben gegestänges und das vordere Ende des jeweiligen Um- öffneten Bogens ersichtlich ist,

mantelungsabschnitts mit dem hinteren Ende des F i g. 2 eine Seitenansicht des führenden Endes der in

vorangehenden Ummantelüngsäbschnitts zur V er- 6ö F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

längerung der Ummantelung verbunden wird, und F i g. 3 eine Seitenansicht der in F i g. 1 gezeigten

daß schließlich aufeinanderfolgend der jeweilige Bohrvorrichtung in größerem Maßstab,

Ummantelungsabschnitt und der jeweilige Bohrge- F i g. 4 einen im Maßstab weiter vergrößerten Schnitt

stängeabschnitt des jeweils angefügten Bohrsatzes durch den Bohrkopf der Bohrvorrichtung und

zumindest teilweise in den Boden eingetrieben wer- 65 Fig.5a bis 5c eine Reihe schematischer Ansichten

den, bevor der nächste Bohrsatz angefügt wird. zur Darstellung des Eintreibens der Ummantelung und

des führenden Bohrgestänges in den Boden bzw. der Einfügung eines neuen, aus Ummantelung und Bohrge-