EP1407112B1 - Method for producing earth boreholes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen und zum Aufweiten von Erdbohrungen oder zum zerstörenden Ersetzen von im Erdreich verlegten Leitungen und nimmt die Prioritäten der deutschen Patentanmetdungen 101 34 036.2 und 101 59 712.6-24 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.The invention relates to a method for the manufacture and expansion of boreholes or destructive replacement of laid in the ground lines and takes the priorities of German Patentanmetdungen 101 34 036.2 and 101 59 712.6-24 claim, to the content of which reference is made.

Verfahren dieser Art (zum Beispiel US-A 4 691 788) benutzen 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.Methods of this type (for example, US-A 4,691,788) generally use a drill suitable for horizontal drilling with a linkage at the free end of a tool for drilling and / or expansion in the ground or for destroying an old pipe installed in the ground. The linkage consists of individual sections, which are bolted together or attached and screwed at the rear end of the already located in the ground linkage. However, piecing and screwing encounters difficulties because the drilling rig must be at the level of the wellbore or old pipe, and thus usually in a launch pit, i. is arranged in a previously excavated pit or in an existing inspection shaft of a sewer system.

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.The total length of the boom section and the drill may not exceed the diameter of the inspection shaft or the inspection shaft opening, so that behind the drill still room for axial insertion of a linkage section in the drill to connect a new linkage section with the already located in the ground linkage part, after which the drill is put back into operation to collect the attached linkage section. With a distance between the inspection shafts of up to 60 m and a diameter of conventional inspection shafts of 100 to 120 cm, at most up to 160 cm, this means that the introduction of a drill string over the entire distance a considerable amount of time is connected.

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 pneumatisch angetriebenen Bohrgeräten Startschwierigkeiten gibt, wenn die von einem Kompressor zum Bohrgerät geführte Schlauchlänge einen bestimmten Wert überschreitet.In addition, due to the shortness of the boom sections, a large number - for example sixty or seventy - of expensive and trouble-prone socket or screw connections is required. In addition, pneumatically powered drilling equipment has difficulty in starting when the hose length guided by a compressor to the drilling tool exceeds a certain value.

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.The above-mentioned problems occur both when a new bore is made between manholes and a new pipeline is drawn in, as well as when there is an old pipeline between the manholes, which is destroyed by a cutting tool on the linkage, and then retract a new pipeline.

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.When drilling with a arranged in a excavated excavation drilling the same difficulties occur when the excavation has approximately the same inside width as a conventional inspection bay; they can be eliminated or reduced if the clear width is (considerably) larger. However, this requires a corresponding greater excavation and thus increased costs. It is also problematic because of the need to intermediate or excavate the excavated soil.

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.From the magazine "s + t 46 (1992) 11", pages 10, 12, 14, a method for trenchless laying of supply lines is already known in which initially two excavation pits, i. a launch pit and a target pit to be dug. Then, an above-ground, sloped drill will create a slanted hole to the launch pit and then a substantially horizontal hole to the target pit. In the target pit, the drill string is then provided with an expanding head operating in the opposite direction and finally retracted to the starting pit.

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.).However, the creation of an auxiliary hole is often not allowed, very expensive and requires a later closing of the auxiliary hole and a restore the shaft wall as well as the surface design (road surface, Vorgartenbepflanzung etc.).

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.The invention is therefore based on the problem to avoid the disadvantages resulting from the limited length of the boom sections or the need to excavate a pit with a suitable diameter for longer boom sections or the creation and subsequent removal of an auxiliary hole.

Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem das die Gestängeabschnitte aufnehmende Bauteil (Gestängeaufnahme) bzw. das ganze Bohrgerät zunächst in eine Raumlage gebracht wird, die es erlaubt, die Gestängeabschnitte ohne Behinderung durch das in die Maschinengrube hineinragende rückwärtige Ende eines bereits in das Erdreich eingebrachten Gestängeabschnitts in die Gestängeaufnahme einzubringen. Sobald dies geschehen ist, wird die Gestängeaufnahme bzw. das Bohrgerät 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.In order to avoid these disadvantages, the invention proposes a method in which the component receiving the boom sections (boom support) or the entire drill is first placed in a spatial position, which allows the boom sections without obstruction by the projecting into the machine pit rear End of an already introduced into the soil boom section in the boom recording. Once this is done, the boom pick or drill is returned to the drilling position, i. for alignment with the bore or, brought in the ground part of the linkage and connected there with the last linkage portion of the already located in the ground linkage part.

Unter Gestängeaufnahme ist hier dasjenige Bauteil eines Bohrgeräts zu verstehen, das einerseits mit dem Bohrantrieb verbunden ist und andererseits das rückwärtige Ende eines Gestängeabschnitts aufnimmt, bevor dieser Gestängeabschnitt mit dem vorhergehenden Gestängeabschnitt verbunden wird. Eine solche Gestängeaufnahme ist in Gestalt einer Steckkupplung in der deutschen Patentschrift 197 25 628 bzw. der entsprechenden US-Patentschrift 6 267187 beschrieben.Under boom recording here is that part of a drill to understand that is on the one hand connected to the drill drive and on the other hand, the rear end of a boom section receives before this linkage section is connected to the previous linkage section. Such a boom receptacle is described in the form of a plug-in coupling in German Patent 197 25 628 or the corresponding US Pat. No. 6,267,187.

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.For introducing a linkage section, it is sufficient if the receptacle for the linkage sections, for example a coupling on the rotary drive moved for the rod from its drilling position, for example, is displaced upwards.

Der Positionswechsel 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.The position change of a conventional drill can also be done by pivoting between the drilling and the receiving position. Another possibility is to move the receptacle for the linkage sections or the drill between the two positions by means of a lifting carriage or a kind of lift, which allow to introduce the rod sections above the drilling plane, for example on the earth's surface in the device.

Beim Verschwenken kann ein Bohrgerät zur Verwendung kommen, das in Bohrrichtung vome 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.When pivoting, a drill may be used, which is provided in the drilling direction vome or rear with at least one pivot bearing. Such a device may consist of a base frame and a pivotally mounted thereon carriage with the actual drill. Between the base frame and the carriage is then a pivot drive, such as a hydraulic or pneumatic cylinder. Furthermore, the base frame and the carriage can be provided with a locking, which secures the drill during drilling against unwanted movements.

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.In addition, the base frame can also serve as a lift or be arranged on a lift, with which the device is driven from the height-adjustable drilling position to the earth's surface, there to insert a new linkage section or - remove in a target pit.

Bei der Verwendung der efindungsgemäßen 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.When using the device according to the invention there is the advantage that the pipe sections for insertion into the drill or for removal do not require additional space in an existing inspection pit or in a dug start pit; they can therefore correspond to the shaft diameter or the length of the drill Own length. On the other hand, when using the device according to the invention, a machine pit need not have a larger dimension in the horizontal direction than corresponds approximately to the length of the drilling device.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

ein erfindungsgemäßes Bohrgerät in seiner Bohrposition in einem vorhandenen Kontrollschacht,

Fig. 2

das Gerät gemäß Fig. 1 in seiner Aufnahmeposition,

Fig.3

ein verschwenkbar an einem Hubschlitten angeordnetes Bohrgerät in drei verschiedenen Höhenlagen,

Fig. 4

ein Bohrgerät auf einer Hebebühne in seiner Bohrposition und

Fig. 5

das Bohrgerät gemäß Fig. 3 in seiner oberirdischen Aufnahmeposition und

Fig. 6

ein Bohrgerät, dessen Drehantrieb vertikal verfahrbar ist.

The invention is explained below with reference to two embodiments of the closer. In the drawing show:

Fig. 1

an inventive drill in its drilling position in an existing inspection shaft,

Fig. 2

the apparatus of FIG. 1 in its receiving position,

Figure 3

a drill arranged pivotably on a lifting carriage at three different altitudes,

Fig. 4

a drill on a lift in its drilling position and

Fig. 5

the drill of FIG. 3 in its above-ground receiving position and

Fig. 6

a drill whose rotary drive is vertically movable.

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.In a conventional inspection pit 1 (machine pit / Zielgrube) with a narrowed opening 2 is a stage 3 on supports 4 with a drill 5. The drill consists of a base frame 6 which is connected via a pivot bearing 7 with a carriage 8 on the a feed drive 9 and a rotary drive 10 are located. The feed drive can also be arranged on the base frame 6. The rotary drive 10 has a hollow shaft, not shown, which is such that it can receive a pipe section 11, the front end 12 with the last linkage portion 13 of the already in the ground located part of the linkage screwed. To enable this, located on the carriage 8, a clamping device 14 for holding the linkage section 13. The power transmission between the hollow shaft and the linkage section 11 via form or frictional engagement.

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 Fig. 1 dargestellten Bohrposition in die in Fig. 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 Fig. 2 dargestellte Lage erreicht hat. Aus dieser Position läßt sich dann die Lafette mit dem neuen Gestängeabschnitt ohne weiteres in die Bohrposition der Fig. 1 zurückschwenken.As soon as the linkage section 11 is screwed to the linkage section 13, the feed drive 9 pushes the linkage 11, 13 into the ground until the rearward end of the linkage section 11 is in the situation of the linkage section 13 and the carriage 8 has been "driven empty". Then, the carriage 8 is pivoted from the drilling position shown in Fig. 1 in the receiving position shown in Fig. 2. This preferably takes place with the aid of a hydraulic cylinder 15 extending between the base frame of the carriage until the carriage 8 has assumed a position in which the extension of the hollow shaft axis 16 extends within the opening 2 of the inspection shaft 1. In this position, it is readily possible to introduce a linkage section 11 approximately with the length of the shaft diameter in the hollow shaft until it has reached the position shown in Fig. 2. From this position, then the carriage with the new linkage section can easily swing back into the drilling position of FIG. 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 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 Fig. 3 erreicht hat, wird es in eine horizontale Lage zurückgeschwenkt, um einen Gestängeabschnitt aufzunehmen.In the embodiment of FIG. 3, the drill 5 is arranged on a lifting carriage 17. The lifting carriage is movable in a scaffold arranged in the inspection shaft 1 18 and connected to a pivot drive, not shown, for example, a hydraulic cylinder, which allows a tilting of the drill. In this way, it is possible to move a drill obliquely through the narrowed shaft opening 2 and bring it into an aboveground pick-up position, even if its length is greater than the clear width of the shaft opening 2. Once the drill 5 its upper position in FIG. 3 has reached, it is pivoted back into a horizontal position to accommodate a linkage section.

Das in einer ausgehobenen Maschinen- bzw. Startgrube 19 zur Verwendung kommende Bohrgerät 5 der Fig. 4 und 5 befindet sich auf einer Hebebühne 20, die sich zwischen Stützen 21 zwischen der Bohrposition (Fig. 4) und der oberirdischen Aufnahmeposition verfahren läßt.The drill 5 of Figures 4 and 5 for use in an excavated engine pit 19 is located on a lift 20 which can be moved between supports 21 between the drilling position (Figure 4) and the above-ground pickup position.

Bei dem in Fig. 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.In the drilling apparatus shown in Fig. 6, the rotary drive 10 is connected to a lifting drive 22, a displacement of the rotary drive with its receptacle 23 for the rear end of a linkage section 11 from the ground with the linkage section 13 aligned drilling position upward in the illustrated Position allowed. In this position, a linkage section 11 can be introduced into the receptacle 23, which is longer than the distance between the rotary drive 10 and the rear end of the already located in the ground linkage section 14th

Claims (11)

1. Method for forming and widening earth bores or for destructively replacing earth-iaid pipelines using a drilling device (5), which is arranged in a start pit (2) and comprises a drill pipe consisting of a plurality of portions, characterised in that not the entire drilling device, but rather the rotary drive (10) for propulsion, or at least a part thereof comprising the receptacle for the pipe portions (11, 13), is moved from its drilling position in the start pit (2) for introducing or removing a pipe portion (11, 13), and the rotary drive (10) for propulsion, or at least a part thereof comprising the receptacle for the pipe portions (11, 13), is moved back into the drilling position after the introduction or removal of a pipe portion (11, 13).
2. Method according to Claim 1, characterised in that the receptacle in the drilling device for a pipe portion is upwardly displaced.
3. Method according to either Claim 1 or Claim 2, characterised in that the drilling device comprising the pipe receptacle is moved out of its drilling position.
4. Method according to Claim 1, characterised in that the drilling device for introducing or removing a pipe portion into or from the pipe receptacle is moved from its drilling position in the start pit into a position allowing a tube portion to be introduced into the pipe receptacle from outside the start pit.
5. Method according to Claim 1, characterised in that the drilling device in the start pit is swivelled from its drilling position into a receiving position.
6. Method according to Claim 5, characterised in that the drilling device is moved from its drilling position in the start pit into a receiving or removing position outside the start pit and into an aboveground position.
7. Method according to either Claim 1 or Claim 2, characterised in that the pipe receptacle in the drilling device is raised.
8. Method according to any one of Claims 1 to 6, characterised in that the drilling device in the start pit is swivelled into an oblique position about a pivotal point located toward the front or toward the rear.
9. Use of a drilling device comprising a receptacle (23) for pipe portions (11) and a pivot bearing (7) arranged In the drilling direction toward the front or toward the rear in the method according to any one of Claims 1 to 5.
10. Use of a drilling device, the receptacle (23) of which is provided with a lift drive (22) for the pipe portions (11), in the method according to any one of Claims 1, 2 and 7.
11. Use of a drilling device arranged on a lifting slide (17) or a lifting platform (20) in the method according to Claim 6.

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