Druckdichte Rohrverbindung für ein stählernes Vortriebsrohr

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine druckdichte Rohrverbindung für eine aus einer Anzahl von stählernen Rohrschüssen bestehende, im Vorpreßverfahren hergestellte Rohrleitung mit vornehmlich nicht mehr begehbarem Querschnitt, bei der die Rohrschüsse, die jeweils ein Spitzende und ein durch einen mit dem Rohr verbundenen Stahlring gebildetes Muffenende mit winkelförmigem Querschnitt aufweisen, durch Ineinanderstecken druckfest miteinander verbindbar sind, wobei der längere, in der Rohrachse verlaufende Schenkel der Muffe über das Rohrende hinausragt und der kürzere Schenkel rechtwinklig zur Rohrachse verläuft und wobei der Außendurchmesser der Muffe geringer ist als der Innendurchmesser des Vortriebsrohres.

[0002] Für die Herstellung von nicht mehr begehbaren Rohrleitungen bis zu einem Innendurchmesser von etwa 1.000 mm kommen unterirdische Vorpreßverfahren in Betracht, die entweder nach dem Bodenverdrängungs- oder dem Bodenentnahmeprinzip arbeiten. In den, sei es durch Bodenverdrängung, sei es durch Bodenentnahme erzeugten Hohlraum werden sofort oder nach Fertigstellung des Hohlraumes Schutz- oder Produktrohre eingepreßt oder eingezogen. Oft müssen zunächst dünnwandige, meist aus Stahl bestehende Vortriebsrohre eingepreßt werden, in die danach die Produktrohre eingezogen oder eingedrückt werden. Der Ringraum zwischen den Vortriebsrohren und den Produktrohren wird nachträglich ausgefüllt. Die Vortriebsrohre können nicht wiedergewonnen werden; sie sind verloren.

[0003] Gleichwohl müssen auch verlorene Vortriebsrohre so ausgebildet und miteinander verbunden werden, daß sie einwandfrei vorgepreßt werden und als Gelenkkette dem aufgefahrenen Hohlraum folgen können. Vor allem unterhalb des Grundwasserspiegels ist eine Rohrverbindung notwendig, die dicht ist gegen Druckwasser und die eine sichere Aufnahme etwa auftretender Querkräfte ermöglicht.

[0004] Bei einer bekannten Rohrverbindung dieser Art setzt der kürzere Schenkel des winkelförmigen Stahlrings den Querschnitt des Rohrschusses fort, mit dem er stumpf verbunden ist; der längere Schenkel bildet die Muffe (Sonderdruck aus "Tiefbau - Ingenieurbau - Straßenbau ", Nr. 2 + 3, 1983, S. 3 bis 10). Dabei stützt sich das Spitzende des anschließenden Rohrschusses unmittelbar gegen den Stahlring ab, so daß die Vortriebskraft durch den Stahlring und seine Verbindung mit dem Rohrschuß hindurchgeleitet wird. Der Stahlring muß somit eine Passung aufweisen, was eine entsprechend aufwendige Herstellung bedingt.

[0005] Bei einer Rohrverbindung eines wiedergewinnbaren stählernen Vortriebsrohres ist das Spitzende eines Rohrschusses an einem innen an die Rohrwandung angeschweißten Stahlring gebildet und in eine stirnseitige Nut am Muffenende des anschließenden Rohrschusses einsteckbar (DE-A 3 222 880).

[0006] Am Grunde der Nut ist ein Einlagestück aus elastischem Material angeordnet, das die Vortriebskräfte zu übertragen hat und der Verbindung eine gelenkartige Wirkung verleiht. Die Fuge zwischen den beiden Rohrschüssen ist in üblicher Weise gedichtet und durch ein Schleppblech abgedeckt. Bei dieser Rohrverbindung, bei der die Vortriebskraft exzentrisch zum Rohrquerschnitt übertragen wird, kann ein gewisser Aufwand für die Ausbildung der Rohrverbindung in Kauf genommen werden, da die Vortriebsrohre durch Produktrohre ersetzt und wiedergewonnen werden. Die einzelnen Rohrschüsse können hier also maschinenmäßig ausgebildet werden, was bei verlorenen Vortriebsrohren aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist.

[0007] Schließlich ist es bei Vorpreßverfahren auch bekannt, zwischen einem Vortriebsrohr und einem anschließenden Produktrohr als Dehnerstation eine teleskopierbare Zwischenmuffe zwischenzuschalten. Eine Zwischenmuffe dieser Art besteht aus zwei ringförmigen, teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Teilen, von denen eines mit dem Vortriebsrohr und das andere mit dem Produktrohr lösbar verbunden sind. Zwischen den gegeneinander verschiebbaren Bereichen dieser Teile ist ein Dichtungsring angeordnet (DE-A 2 720 039).

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Rohrleitung der eingangs angegebenen Art eine Muffenverbindung anzugeben, bei der die einzelnen Rohrschüsse beim Vortrieb die Möglichkeit haben, als druckfeste Gelenkkette dem aufgefahrenen Hohlraum zu folgen, die Muffenverbindung selbst aber durch Längskräfte unbelastet bleiben soll, die ferner gegen Wasser druckdicht ist und außerdem die erforderliche Querkraftschlüssigkeit sicherstellt.

[0009] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der kürzere, einen Flansch bildende Schenkel kurz vor dem eigentlichen Ende des Rohrschusses an der Innenwand des Rohrschusses befestigt, z.B. angeschweißt ist, und daß der längere Schenkel mit seiner Außenfläche eine Dichtfläche für einen Dichtring bildet, der an der Innenfläche des Spitzendes des anzuschließenden Rohrschusses angeordnet und gegen eine Schulter eines an der Innenfläche angeordneten Widerlagers abgestützt ist und daß im Bereich des Rohrstoßes eine radiale Führung zur Verhinderung von Querverschiebungen der Rohrenden vorgesehen ist. Der längere Schenkel des Stahlrings weist an seinem äußeren Ende zweckmäßig einen keilförmigen Anlauf auf.

[0010] Die radiale Führung zur Verhinderung von Querverschiebungen der Rohrenden besteht zweckmäßig aus Führungsklötzchen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt an der Außenfläche des längeren Schenkels des Stahlringes befestigt sind. Die Führungsklötzchen können an ihrem äußeren Ende einen keilförmigen Anlauf aufweisen.

[0011] Das Spitzende eines Rohrschusses kann an der Außenfläche mit einer Abschrägung versehen sein.

[0012] Die Schulter zur Abstützung des Dichtringes ist zweckmäßig an einem Flacheisenring gebildet, der am Spitzende des Rohrschusses im Abstand von seinem Ende an dessen Innenfläche befestigt, z.B. angeschweißt ist.

[0013] Der Vorteil der Erfindung wird im wesentlichen darin gesehen, daß mit wirtschaftlichen Mitteln eine einfache Möglichkeit geschaffen wurde, eine Rohrleitung unter Aufrechterhaltung einer unmittelbaren druckfesten Stoßverbindung der Rohrschüsse mit Übertragung der Vortriebskraft innerhalb des Querschnitts der Rohrwandung beim Vortrieb als Vortriebsrohr bei Abweichungen von der Vortriebsachse gewissen Winkeländerungen nach Art einer Gelenkkette - unter -Aufrechterhaltung der Dichtung und der Querkraftschlüssigkeit folgen zu lassen. Die Muffenverbindung ist dabei von axialen Kräften unbelastet und bietet, da der Dichtring zwischen zur Rohrwandung parallelen Dichtflächen wirkt, ausreichende Bewegungsmöglichkeit.

[0014] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einem Längsschnitt die Darstellung eines Vorpreßverfahrens für ein Vortriebsrohr zwischen einem Anfahrschacht und einem Zielschacht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rohrverbindung vor dem Zusammenschieben zweier Rohrenden,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt nach dem Zusammenschieben der Rohrenden und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

[0015] Zur Herstellung einer unterirdischen Rohrleitung im Rohrvorpreßverfahren sind in der Regel zwei Schachtanlagen erforderlich, nämlich ein Anfahrschacht A und ein Zielschacht Z. Zwischen diesen Schachtanlagen wird die Rohrleitung im unterirdischen Vorpreßverfahren vorgetrieben, wobei die Geländeoberfläche 1 nicht beeinträchtigt wird. Sowohl der Anfahrschacht A, wie auch der Zielschacht Z können in an sich bekannter Weise durch den Einbau von Spund-, Schlitz- oder Pfahlwänden oder dergleichen und Aushub des Bodens hergestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Schachtsohle unterhalb des Grundwasserspiegels 2. Sowohl der Anfahrschacht A, wie auch der Zielschacht Z bestehen jeweils aus einer Schachtwandung 3 und einer Sohlplatte 4. In der Wandung 3 des Anfahrschachtes A befindet sich eine Öffnung 5 für den Durchtritt des Vortriebsrohres 6, die mit einer Gleitdichtung versehen ist.

[0016] Das Vorpressen des Vortriebsrohres 6 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Bohrgerätes 7 mit einem Bohrkopf 8, der beim Vortrieb in Richtung des Pfeiles 9 gegen die Ortsbrust gedrückt wird und in drehender Bewegung und/oder durch Spülen mit Wasser den Abbau des Bodens bewirkt. Die für das Vorpressen des Vortriebsrohres 6 erforderliche Vortriebskraft wird im Anfahrschacht A durch hydraulische Pressen erzeugt, deren Wirkung durch einen Pfeil 10 angedeutet ist.

[0017] In den Fig. 2 und 3 ist jeweils in einem Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch einen der Rohrstöße 11 (Fig. 1) in größerem Maßstab die Ausbildung einer Rohrverbindung nach der Erfindung dargestellt. Gezeigt ist die Verbindung zweier Rohrschüsse 6a und 6b, wobei von dem Rohrschuß 6a lediglich das Muffenende 12 und von dem Rohrschuß 6b das Spitzende 13 dargestellt sind.

[0018] Zur Bildung des Muffenendes 12 ist an der Innenseite des Rohrschusses 6a kurz vor dessen eigentlichem Ende 14 ein winkelförmiger Stahlring 15 befestigt, der aus einem axial verlaufenden längeren Schenkel-16 und einem rechtwinklig dazu verlaufenden flanschartig ausgebildeten kürzeren Schenkel 17 besteht. Mit dem Ende dieses kürzeren Schenkels 17 ist der Stahlring 15 an der Innenwand 18 des Rohrschusses 6a angeschweißt. Der längere Schenkel 16 besitzt an seiner Außenfläche 19, die auch als Dichtfläche wirkt, einen keilförmigen Anlauf 20.

[0019] Das Spitzende 13 des Rohrschusses 6b ist an diesem selbst ausgebildet. An der Innenwand 21 des Rohrschusses 6b ist im Abstand von dessen Ende 22 ein Flacheisenring 23 angeschweißt, dessen äußere, radial verlaufende Stirnfläche 24 eine Schulter für einen Dichtring 25 bildet. Der Dichtring 25 selbst besteht aus einem unteren Anlageteil 26, mit dem er an der Innenwand 21 des Rohrschusses 6b anliegt und sich gegen die Schulter 24 abstützt sowie aus einem aufragenden Wulst 27, der in Vorpreßrichtung (Pfeil 9) eine schräge Anlauffläche 28 und auf der Rückseite eine Ausnehmung 29 besitzt.

[0020] Die Rohrverbindung kommt beim Zusammenschieben zweier Rohrschüsse beim Ansetzen jeweils eines neuen Rohrschusses im Anfahrschacht A zustande. Wenn der anzusetzende Rohrschuß 6b in Vortriebsrichtung (Pfeil 9) gegen den letzten Rohrschuß 6a geschoben wird, gleitet der Dichtring 25 mit der schrägen Anlauffläche 28 zunächst auf den keilförmigen Anlauf 20 des Stahlrings 15 auf, wodurch der Rohrschuß 6b grob zentriert wird. Zugleich wird schon während des Aufgleitens des Wulstes 27 des Dichtrings 25 auf die Anlauffläche 20 der Wulst 27 entgegen der Vorpreßrichtung umgelegt. In dem in Fig. 3 dargestellten Endzustand liegt der Wulst 27 auf dem Anlageteil 26 auf, ist also die Ausnehmung 29 geschlossen. Der Dichtring 25 wirkt so wie ein einteiliges, kompaktes Profil.

[0021] Zur Feinzentrierung des Spitzendes 13 beim Zusammenschieben der Rohre und zur Sicherung des Querkraftschlusses im Endzustand der Rohrverbindung dienen Führungsklötzchen 30, die möglichst gleichmäßig verteilt auf der Außenfläche 19 des Stahlrings 15 unmittelbar innerhalb der Preßfuge 31 zwischen den Stirnflächen der Rohrschüsse 6a, 6b angeordnet sind (Fig. 3 und 4). Die Führungsklötzchen 30 sind zweckmäßig mit dem Stahlring 15 verschweißt. Auch die Führungsklötzchen 30 besitzen am äußeren Ende einen keilförmigen Anlauf 32, auf den das stirnseitige Ende 22 des Spitzendes 13 des Rohrschusses 6b beim Zusammenschieben der Rohre aufgleiten kann.

[0022] Da auch der nach der Erfindung erreichbare Querkraftschluß nicht immer völlig spielfrei gewährleistet werden kann, ist das Spitzende 13 des Rohrschusses 6b am äußeren Ende mit einer Abschrägung 33 versehen, um, wenn beim weiteren Vortrieb geringe Querverschiebungen auftreten sollten, den Gleitwiderstand des Vortriebsrohres im Boden nicht durch eine wenn auch niedrige Schulter zu vergrößern.

[0023] Da die Längsachse des Vortriebsrohres einem Polygonzug folgt, lassen sich geringe Winkeldrehungen in den Rohrverbindungen meist nicht vermeiden. Deshalb ist es zweckmäßig, in der Preßfuge 31 zwischen den stirnseitigen Enden der Rohrschüsse 6a und 6b eine Zwischenlage aus einem elastoplastisch verformbaren Material, z.B. eine Papierdichtung, anzuordnen.

Ansprüche

1. Druckdichte Rohrverbindung für eine aus einer Anzahl von stählernen Rohrschüssen (6a, 6b) bestehende, im Vorpreßverfahren hergestellte Rohrleitung mit vornehmlich nicht mehr begehbarem Querschnitt, bei der die Rohrschüsse, die jeweils ein Spitzende (13) und ein durch einen mit dem Rohr verbundenen Stahlring (15) gebildetes Muffenende (12) mit winkelförmigem Querschnitt aufweisen, durch Ineinanderstecken druckfest miteinander verbindbar sind, wobei der längere, in der Rohrachse verlaufende Schenkel der Muffe über das Rohrende (14) hinausragt und der kürzere Schenkel (17) rechtwinklig zur Rohrachse verläuft und wobei der Außendurchmesser der Muffe geringer ist als der Innendurchmesser des Vortriebsrohres, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere, einen Flansch bildende Schenkel (17) kurz vor dem eigentlichen Ende (14) des Rohrschusses (6a, 6b) an der Innenwand (18) des Rohrschusses (6a, 6b) befestigt, z.B. angeschweißt ist, und daß der längere Schenkel (16) mit seiner Außenfläche (19) eine Dichtfläche für einen Dichtring (25) bildet, der an der Innenfläche (21) des Spitzendes (13) des anzuschließenden Rohrschusses (6a, 6b) angeordnet und gegen eine Schulter (24) eines an der Innenfläche (21) angeordneten Widerlagers (23) abgestützt ist und daß im Bereich des Rohrstoßes eine radiale Führung (30) zur Verhinderung von Querverschiebungen der Rohrenden vorgesehen ist.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längere Schenkel (16) des Stahlrings (15) an seinem äußeren Ende einen keilförmigen Anlauf (20) aufweist.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Führung aus Führungsklötzchen (30) besteht, die gleichmäßig über den Umfang verteilt an der Außenfläche (19) des Schenkels (16) befestigt sind.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsklötzchen (30) an ihrem äußeren Ende einen keilförmigen Anlauf (32) aufweisen.

5. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzende (13) eines Rohrschusses an der Außenfläche mit einer Abschrägung (33) versehen ist.

6. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (24) an einem Flacheisenring (23) gebildet ist, der am Spitzende (13) des Rohrschusses (6b) im Abstand von seinem Ende (22) an dessen Innenfläche (21) befestigt, z.B. angeschweißt ist.

7. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (25) aus einem Auflageteil (26) mit einer unteren Auflagefläche und einer stirnseitigen, etwa rechtwinklig dazu verlaufenden Abstützfläche sowie einem aus dem Auflageteil (26) lippenartig aufragenden Wulst (27) besteht, der an der Vorderseite eine geneigte Anlauffläche (28) und an der Rückseite eine winkelförmige Ausnehmung (29) mit einem aufragenden und einem liegenden Schenkel aufweist, die einen Winkel von maximal 90 Grad einschließen, wobei der Wulst (27) beim Ineinanderschieben der Rohrenden derart verformbar ist, daß die Ausnehmung im Endzustand geschlossen ist.

Claims

1. A pressure-tight pipe coupling for a pipeline consisting of a number of steel pipe sections (6a, 6b), produced in an advancing-pushing operation and generally of a cross-section not allowing access thereto, wherein the pipe sections, each of which has a spigot (13) and a socket (12) of angular cross-section and formed by a steel ring (15) connected to the pipe, can be joined together in a pressure-resistant manner by being fitted into one another, wherein the longer arm (16) of the socket extending on the pipe axis projects beyond the pipe end (14) and the shorter arm (17) extends at right angles to the pipe axis, and wherein the outer diameter of the socket is smaller than the inner diameter of the driving pipe, characterised in that the shorter arm (17) forming a flange is secured, e.g. welded, to the inner wall (18) of the pipe section (6a, 6b) just before the end (14) proper of the pipe section (6a, 6b), and in that with its outer surface (19) the longer arm (16) forms a sealing surface for a sealing ring (25) which is provided on the inner surface (21) of the spigot (13) of the pipe section (6a, 6b) to be connected and which bears against a shoulder (24) of an abutment (23) provided on the inner surface (21), and in that a radial guide (30) for preventing transverse displacement of the pipe ends is provided in the vicinity of the pipe joint.

2. A pipe coupling according to Claim 1, characterised in that the longer arm (16) of the steel ring (15) has a wedge-shaped ramp (20) at its outer end.

3. A pipe coupling according to Claim 1 or 2, characterised in that the radial guide comprises guide blocks (30) which are spaced apart uniformly over the periphery on the outer surface (19) of the arm (16).

4. A pipe coupling according to Claim 3, characterised in that at their outer end the guide blocks (30) have a wedge-shaped ramp (32).

5. A pipe coupling according to any of Claims 1 to 4, characterised in that the spigot (13) of a pipe section is provided at the outer surface with a tapered portion (33).

6. A pipe coupling according to any of Claims 1 to 6, characterised in that the shoulder (24) is formed on a flat iron ring (23) which at the spigot (13) of the pipe section (6b) is secured, e.g. welded, to the inner surface (21) thereof at a distance from its end (22).

7. A pipe coupling according to any of Claims 1 to 6, characterised in that the sealing ring (24) comprises a bearing member (26) with a lower bearing surface and an end support surface extending substantially at right angles thereto, and also comprises a bead (27) which projects from the bearing member (26) in the manner of a lip and which at the front end has an inclined abutment surface (28) and at the rear end an angular recess (29) with one upwardly projecting arm and one horizontal arm, which arms form a maximum angle of 90_°, whereupon, when the pipe ends are fitted into one another, the bead (27) is deformable in such a way that the recess is closed in its final position.

Revendications

1. Joint de tuyau étanche, tenant la pression, pour une tuyauterie constituée d'un certain nombre d'éléments de tuyau (6a, 6b) en acier, réalisée par ébauchage à la presse et présentant une section qui pour l'essentiel n'est plus à dimension d'homme, joint dans lequel les éléments de tuyau, qui présentent chacun une extrémité mâle (13) et une extrémité en manchon (12) de section angulaire formée par une bague en acier (15) assemblée au tuyau, peuvent être assemblés de manière résistante à la pression par emboîtement les uns dans les autres, la branche plus longue (16) s'étendant dans l'axe du tuyau du manchon dépassant de l'extrémité (14) du tuyau et la branche plus courte (17) s'étendant perpendiculairement à l'axe du tuyau, et le diamètre extérieur du manchon étant inférieur au diamètre intérieur du tuyau de creusement, caractérisé en ce que la branche plus courte (17), qui forme une bride, est fixée peu avant l'extrémité proprement dite (14) de l'élément de tuyau (6a, 6b) à la paroi intérieure (18) de l'élément de tuyau (6a, 6b), par exemple par soudage, et en ce que la face extérieure (19) de la branche plus longue (16) forme une face d'étanchéité pour une bague d'étanchéité (25), laquelle est disposée contre la face intérieure (21) de l'extrémité mâle (13) de l'élément de tuyau (6a, 6b) à raccorder, et est appuyée contre un épaulement (24) d'une butée (23) disposée sur la face intérieure (21), et en ce qu'il est prévu dans la région du joint de tuyau un guidage radial (30) pour empêcher les déplacements transversaux des extrémités de tuyau.

2. Joint de tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche plus longue (16) de la bague en acier (15) présente à son extrémité extérieure, un congé cunéiforme (20).

3. Joint de tuyau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le guidage radial est constitué de petits blocs de guidage (30), qui sont fixés sur la face extérieure (19) de la branche (16) en étant uniformément répartis sur la périphérie.

4. Joint de tuyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les petits blocs de guidage (30) présentent à leur extrémité extérieure un congé cunéiforme (32).

5. Joint de tuyau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité mâle (13) d'un élément de tuyau est munie sur sa face extérieure d'un chanfrein (33).

6. Joint de tuyau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaulement (24) est formé sur une bague en acier plat (23) qui est fixée à l'extrémité femelle (13) de l'élément de tuyau (6b) à distance de son extrémité (22) sur sa face intérieure (21), par exemple par soudage.

7. Joint de tuyau selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la bague d'étanchéité (25) est constituée d'une partie d'appui (26) avec une face d'àppui inférieure et une face de soutien frontale s'étendant approximativement perpendiculairement à la précédente, ainsi que d'un bourrelet (27) partant de la partie d'appui (26) vers le haut à la manière d'une lèvre, bourrelet qui présente, sur le côté avant, une face de congé inclinée (28) et sur le côté arrière un évidement coudé (29) avec une branche verticale et une branche horizontale qui forment entre elles un angle maximal de 90_°, le bourrelet (27) pouvant, lors de l'enfilement des extrémités de tuyau l'une dans l'autre, être déformé de telle sorte que l'évidement est finalement fermé.

Zeichnung