DE4220430C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstel­ len einer Erdbohrung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Erdbohrung mit Hilfe eines am freien Ende eines beispielsweise rohrförmigen Gestänges angeordneten Bohrkopfs beschreibt die europäi­ sche Offenlegungsschrift 0 247 767. Das Gestänge ist mit einem Vorschub- und Rotationsantrieb verbunden und bewegt den Bohrkopf drehend durch das Erdreich. Der Bohrkopf ist mit einer in die Vortriebsrichtung weisenden Schrägfläche versehen und stellt eine Art Pilotbohrung her, die im gleichen Arbeitsgang, d. h. in Vortriebsrichtung aufgewei­ tet wird. Dies geschieht mit Hilfe eines in Vortriebs­ richtung hinter dem Bohrkopf angeordneten konischen Auf­ weitkopfes, der mit dem Bohrkopf eine Baueinheit bildet.

Bekannt sind auch zweistufige Verfahren, bei denen zunächst mit Hilfe eines selbstgetriebenen Rammbohrgeräts kleineren Durchmessers, wie es beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 21 57 259 bekannt ist, eine Pi­ lotbohrung hergestellt und diese anschließend entgegen der Vortriebsrichtung mit Hilfe eines mehr oder minder konischen bzw. eiförmigen Werkzeugs aufgeweitet wird. Dieses Werkzeug muß jedoch mit Hilfe eines Seils durch die Pilotbohrung entgegen der Arbeitsrichtung des Ramm­ bohrgeräts hindurchgezogen werden und erfordert daher ein besonderes Antriebsaggregat. Hinzu kommt, daß derartige Aufweitköpfe das die Pilotbohrung umgebende Erdreich le­ diglich seitlich verdrängen und sich daher nur für gut bindige Böden oder Sandböden ohne Steine eignen. Zudem ist ihre Vortriebsgeschwindigkeit angesichts der erfor­ derlichen Verdrängungsarbeit verhältnismäßig gering.

In der US-Patentschrift Re. 33 793 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei denen mit Hilfe eines am Ende eines angetriebenen Drehgestänges angeordneten Bohrkopfes eine Pilotbohrung herstellt, der Bohrkopf durch einen Erweiterungsbohrer mit Schneidzähnen ersetzt und entgegen der ursprünglichen Vortriebsrichtung das die Pi­ lotbohrung umgebende Erdreich durch den Erweiterungsboh­ rer abgebohrt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eben­ falls zweistufiges Verfahren zu schaffen, das nicht nur die vorerwähnten Nachteile der herkömmlichen Verfahren vermeidet, sondern darüber hinaus auch ein Aufweiten im wesentlichen ohne Verdrängungsarbeit erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren, bei dem mit Hilfe eines am Ende eines angetriebenen Drehge­ stänges angeordneten Bohrkopfes zunächst eine Pilotboh­ rung hergestellt, der Bohrkopf durch einen Aufweitkopf ersetzt und die Pilotbohrung sodann entgegen der Vor­ triebsrichtung des Bohrkopfes durch Abschälen des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs aufgeweitet wird. Dem­ gemäß kommt sowohl beim Herstellen der Pilotbohrung als auch beim Aufweiten derselben lediglich ein einziges, in einer Startgrube angeordnetes Antriebsaggregat zur Ver­ wendung und braucht zwischen den beiden Arbeitsphasen le­ diglich der Bohrkopf durch einen Aufweit- bzw. Schälkopf ersetzt zu werden.

Der Aufweitkopf wird mit Hilfe des Gestänges in Rotation versetzt und schält so das die Pilotbohrung umgebende Erdreich, das sich mit Hilfe eines Spülmittels in Vor­ triebsrichtung, d. h. durch die aufgeweitete Bohrung hin­ durch entfernen läßt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders eine Vorrichtung mit einem drehangetrie­ benen Gestänge, einem auswechselbaren Bohrkopf am freien Ende des Gestänges und einem ebenfalls auswechselbaren Aufweitkopf. Der Aufweitkopf ist an seinem in die Ar­ beitsrichtung weisenden Ende mit einer Schrägfläche ver­ sehen, die bei der Rotation des Aufweitkopfes das die Pilotbohrung umgebende Erdreich abschält. Um dieses Erd­ reich besser in Richtung auf das Förder- bzw. Produktrohr abzufördern, kann der Aufweitkopf mit einer beispielsweise schraubenförmig verlaufenden Umfangs- bzw. Fördernut versehen sein.

Das Gestänge kann zusätzlich mit einem Schubantrieb ver­ sehen sein, um den Vortrieb sowohl beim Bohren als auch beim Schälen zu beschleunigen.

Der Aufweitkopf kann mit einem Förder- oder auch Produkt­ rohr verbunden sein, über das sich das von dem Aufweit­ kopf gelöste Erdreich abfördern läßt, wenn beispielsweise über ein rohrförmiges Gestänge ein Spülmittel in das För­ der- bzw. Produktrohr eingeleitet wird und zwischen dem Aufweitkopf und dem Förderrohr ein Adapterstück mit min­ destens einer Eintrittsöffnung für das Erdreich angeord­ net ist. Vor dieser Öffnung kann ein Abweiser angeordnet sein, um ein Verstopfen der Öffnung oder auch des Förder­ rohrs durch größere Steine zu verhindern. Das Abfördern des Erdreichs durch das Förderrohr läßt sich noch verbes­ sern, wenn am Aufweitkopf und/oder im Bereich der Ein­ trittsöffnung des Adapterstücks Spülmitteldüsen angeord­ net sind, die als Injektoren wirken und das Erdreich gleichsam in das Adapterinnere hineinsaugen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren er­ läutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung beim Herstellen einer Pilotboh­ rung in der ersten bzw. Vortriebsphase,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 zu Beginn der zweiten bzw. Aufweitphase,

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1 während der Aufweit­ phase,

Fig. 4 die Vorrichtung in derselben Situation, jedoch mit einem Adapter zwischen Aufweitkopf und För­ derrohr,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Aufweitkopfs und

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Aufweitkopf der Fig. 5, jeweils mit einem nachgeordneten Adapter.

Das Antriebsaggregat befindet sich in einer Startgrube 1 und ist in seinen Einzelheiten in der deutschen Offenle­ gungsschrift 41 03 196 beschrieben; es besteht im wesent­ lichen aus einer Lafette 2 mit einem Schub- und Schlagan­ trieb 3 sowie einem Drehantrieb 4 für ein Gestänge 5 auf einem Schlitten 6.

Am vorderen bzw. freien Ende des Gestänges 5 befindet sich ein Bohrkopf 7 zum Herstellen einer Pilotbohrung 8 in dem zu unterquerenden Erdreich 9. Dieser Bohrkopf 7 ist lösbar an dem Gestänge 5 befestigt und wird in einer Zielgrube gegen einen Aufweitkopf 11 mit einem Produkt­ rohr 12 ausgetauscht. Nach einer Antriebsumkehr bewegt sich das Gestänge 5 mit dem Aufweitkopf 11 und dem Pro­ duktrohr 12 entgegen der ursprünglichen Vortriebsrichtung durch die Pi­ lotbohrung 8 und schafft auf diese Weise eine Erdboh­ rung 13 mit einem im wesentlichen dem Durchmesser des Aufweitkopfes 11 entsprechenden Querschnitt, durch die das von dem Aufweitkopf gelöste Erdreich auf nicht näher dargestellte Weise mechanisch oder mittels einer Spül­ flüssigkeit abgefördert wird.

Ein kontinuierliches Abfördern des Erdreichs, insbeson­ dere mit Hilfe einer Spülflüssigkeit ermöglicht die An­ ordnung eines Adapterstücks 14 mit mehreren in Ar­ beitsrichtung weisenden Eintrittsöffnungen 15 zwischen dem Aufweitkopf 11 und dem Produktrohr 12, das in diesem Falle zum Abfördern des über die Öffnungen 15 eintreten­ den losen Erdreichs dient. Um das Abfördern des Erdreichs zu erleichtern, ist das aus Rohren bestehende Bohrge­ stänge 5 in nicht dargestellter Weise mit einer Spül­ mittelquelle verbunden. Wie sich aus den Fig. 5 und 6 er­ gibt, setzt sich das Gestänge 5 axial durch den Aufweit­ kopf 11 bis zu dem Adapterstück 14 mit dem Produktrohr 12 fort.

Der Aufweitkopf ist keilförmig ausgebildet und besitzt eine Schrägfläche 16 mit einer Schneidplatte 17 am vorde­ ren Ende sowie einer axialen Bohrung 18, durch die sich ein Gestängestück 5 erstreckt, das mit dem Rest des Ge­ stänges in nicht dargestellter Weise lösbar verbunden ist. Weitere Schneidplatten 19 befinden sich an der einen Seite des Aufweitkopfes, dessen Kanten mit einem ver­ schließfesten Werkstoff gepanzert sein können.

Um das Abfördern des gelösten Erdreichs zu erleichtern, ist der Aufweitkopf 11 mit Nuten 20 versehen. Ein Ver­ stopfen des Produkt- bzw. Förderrohrs 12 und des Adap­ ters 14 vermeiden in Arbeitsrichtung vor dem Adapter 14 angeordnete Abweiser 21, die ein Eindringen größerer Steine in die Eintrittsöffnungen bzw. den Adapter verhin­ dern.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich in zwei Arbeitsphasen mit einem einzigen Antriebsaggregat auf einfache Weise eine Pilotbohrung herstellen und anschlie­ ßend bei gleichzeitigem Einziehen eines Produktrohrs auf den für das Produktrohr erforderlichen Durchmesser auf­ weiten.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer Erdbohrung, bei dem

• - mit Hilfe eines am Ende eines angetriebenen Drehgestänges
• - angeordneten Bohrkopfs
• - eine Pilotbohrung hergestellt,
• - der Bohrkopf durch einen Aufweitkopf ersetzt und
• - entgegen der Vortriebsrichtung das die Pilot­ bohrung umgebende Erdreich von dem Aufweitkopf abgeschält wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdreich mit Hilfe eines Spülmittels in Vor­ triebsrichtung abgefördert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

• - einem schub- und/oder drehangetriebenen Gestänge,
• - einem auswechselbaren Bohrkopf am freien Ende des Gestänges und
• - einem auswechselbaren Aufweitkopf gekennzeichnet durch, eine Schrägfläche (16) am in die Arbeitsrichtung weisenden Ende des Aufweitkopfs (11).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitkopf (11) mit mindestens einer Förder­ nut (20) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Aufweitkopf (11) mit einem Förderrohr (12) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr (12) mit einem rohrförmigen Ge­ stänge (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gestänge (5) an eine Spülmittel­ quelle angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufweitkopf (11) und dem Förderrohr (12) ein Adapterstück (14) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohles Adapterstück (14) mindestens eine Ein­ trittsöffnung (15) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Öffnung (15) ein Abweiser (21) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Öffnung (15) Injektordü­ sen angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem Aufweitkopf (11) Spülmitteldüsen angeordnet sind.