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(11) | EP 0 578 034 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung Method and device for drilling an earth borehole Procédé et dispositif pour le forage d'un trou dans le sol |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung zum grabenlosen Verlegen von Leitungen, bei dem zunächst eine Pilotbohrung verhältnismäßig geringen Durchmessers hergestellt und diese Pilotbohrung schließlich bis auf einen Querschnitt aufgeweitet wird, der das Einziehen oder Einschieben eines Produktrohrs erlaubt.
[0002] Ein Verfahren zum Herstellen einer Erdbohrung mit Hilfe eines am freien Ende eines beispielsweise rohrförmigen Gestänges angeordneten Bohrkopfs beschreibt die europäische 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 aufgeweitet wird. Dies geschieht mit Hilfe eines in Vortriebsrichtung hinter dem Bohrkopf angeordneten konischen Aufweitkopfes, der mit dem Bohrkopf eine Baueinheit bildet.
[0003] 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 Pilotbohrung 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 Rammbohrgeräts hindurchgezogen werden und erfordert daher ein besonderes Antriebsaggregat. Hinzu kommt, daß derartige Aufweitköpfe das die Pilotbohrung umgebende Erdreich lediglich seitlich verdrängen und sich daher nur für gut bindige Böden oder Sandböden ohne Steine eignen. Zudem ist ihre Vortriebsgeschwindigkeit angesichts der erforderlichen Verdrängungsarbeit verhältnismäßig gering.
[0004] Aus der französischen Offenlegungsschrift 2 201 374 ist ebenfalls ein zweistufiges Verfahren zum Herstellen einer Erdbohrung bekannt, bei dem zunächst mittels eines schlagend und drehend angetriebenen Bohrgestänges eine Pilotbohrung erstellt und anschließend ein rohrförmiger Aufweitkopf mit am Außenumfang in Arbeitsrichtung angeordneten Zähnen am Bohrgestänge befestigt wird, um mit Hilfe des Bohrgestänges entgegen der Vortriebsrichtung der Pilotbohrung in die Startgrube zurückgezogen zu werden. Durch die Bohrkrone wird das innerhalb der Bohrkrone liegende Material nicht zerkleinert und gelangt als Bohrkern in eine nachfolgende Glocke, von wo es zentral abgefördert wird und nur bei sandigem oder bröckeligem Boden in leicht abzufördernde Kleinteile zerfällt.
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ebenfalls zweistufiges Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die nicht nur die vorerwähnten Nachteile der herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen vermeiden, sondern darüber hinaus auch ein Aufweiten im wesentlichen ohne Verdrängungsarbeit erlauben.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren, bei dem mit Hilfe eines am Ende eines angetriebenen Drehgestänges angeordneten Bohrkopfes zunächst eine Pilotbohrung hergestellt, der Bohrkopf durch einen keilförmigen Aufweitkopf aus einem zylindrischen Teil mit wenigstens einer auf dessen Mantel angeordneten schraubenförmig verlaufenden Umfangs- bzw. Fördernut und einer Schrägfläche an seinem in die Arbeitsrichtung weisenden Ende ersetzt und mit dem Aufweitkopf entgegen der Vortriebsrichtung das die Pilotbohrung umgebende Erdreich durch den mittels des Drehgestänges in Drehung versetzten Aufweitkopf abgeschält sowie das Erdreich über die Nut peripher entgegen der Vortriebsrichtung abgefördert wird. Demgemäß kommt sowohl beim Herstellen der Pilotbohrung als auch beim Aufweiten derselben lediglich ein einziges, in einer Startgrube angeordnetes Antriebsaggregat zur Verwendung und braucht zwischen den beiden Arbeitsphasen lediglich der Bohrkopf durch einen Aufweit- bzw. Schälkopf ersetzt zu werden.
[0007] Der Aufweitkopf wird mit Hilfe des Gestänges in Rotation versetzt und schält so das die Pilotbohrung umgebende Erdreich, das sich mit Hilfe eines Spülmittels entgegen der Vortriebsrichtung, d.h. durch die aufgeweitete Bohrung hindurch entfernen läßt.
[0008] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders eine Vorrichtung mit einem Drehgestänge, einem auswechselbaren Bohrkopf am freien Ende des Gestänges zum Herstellen einer Pilotbohrung, einem auswechselbaren, keilförmigen, drehangetriebenen Aufweitkopf zum Herstellen einer aufgeweiteten Bohrung durch Abschälen des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs, aus einem zylindrischen Teil mit wenigstens einer auf dessen Mantel angeordneten, schraubenförmig verlaufenden Umfangs- bzw. Fördernut und einer Schrägfläche an seinem in die Arbeitsrichtung weisenden Ende.
[0009] Das Gestänge kann zusätzlich mit einem Schubantrieb versehen sein, um den Vortrieb sowohl beim Bohren als auch beim Schälen zu beschleunigen.
[0010] Der Aufweitkopf kann mit einem Förder- oder auch Produktrohr verbunden sein, über das sich das von dem Aufweitkopf gelöste Erdreich abfördern läßt, wenn beispielsweise über ein rohrförmiges Gestänge ein Spülmittel in das Förder- bzw. Produktrohr eingeleitet wird und zwischen dem Aufweitkopf und dem Förderrohr ein Adapterstück mit mindestens einer Eintrittsöffnung für das Erdreich angeordnet ist. Vor dieser Öffnung kann ein Abweiser angeordnet sein, um ein Verstopfen der Öffnung oder auch des Förderrohrs durch größere Stein zu verhindern. Das Abfördern des Erdreichs durch das Förderrohr läßt sich noch verbessern, wenn am Aufweitkopf und/oder im Bereich der Eintrittsöffnung des Adapterstücks Spülmitteldüsen angeordnet sind, die als Injektoren wirken und das Erdreich gleichsam in das Adapterinnere hineinsaugen.
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1:
- eine Vorrichtung beim Herstellen einer Pilotbohrung 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 Aufweitphase,
- Fig. 4:
- die Vorrichtung in derselben Situation, jedoch mit einem Adapter zwischen Aufweitkopf und Förderrohr,
- Fig. 5:
- eine Seitenansicht des Aufweitkopfs und
- Fig. 6:
- eine Draufsicht auf den Aufweitkopf der Fig. 5, jeweils mit einem nachgeordneten Adapter.
[0012] Das Antriebsaggregat befindet sich in einer Startgrube 1 und ist in seinen Einzelheiten in der deutschen Offenlegungsschrift 41 03 196 beschrieben; es besteht im wesentlichen aus einer Lafette 2 mit einem Schub- und Schlagantrieb 3 sowie einem Drehantrieb 4 für ein Gestänge 5 auf einem Schlitten 6.
[0013] 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 Produktrohr 12 ausgetauscht. Nach einer Antriebsumkehr bewegt sich das Gestänge 5 mit dem Aufweitkopf 11 und dem Produktrohr 12 entgegen der Vortriebsrichtung durch die Pilotbohrung und schafft auf diese Weise eine Erdbohrung 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 Spülflüssigkeit abgefördert wird.
[0014] Ein kontinuierliches Abfördern des Erdreichs, insbesondere mit Hilfe einer Spülflüssigkeit ermöglicht die Anordnung eines Adapterstücks 14 mit mehreren in Arbeitsrichtung weisenden Eintrittsöffnungen 15 zwischen dem Aufweitkopf 11 und dem Produktrohr 12, das in diesem Falle zum Abfördern des über die Öffnungen 15 eintretenden losen Erdreichs dient. Um das Abfördern des Erdreichs zu erleichtern, ist das aus Rohren bestehende Bohrgestänge 5 in nicht dargestellter Weise mit einer Spülmittelquelle verbunden. Wie sich aus den Fig. 5 und 6 ergibt, setzt sich das Gestänge axial durch den Aufweitkopf 11 bis zu dem Adapterstück 14 mit dem Produktrohr 12 fort.
[0015] Der Aufweitkopf ist keilförmig ausgebildet und besitzt eine Schrägfläche 16 mit einer Schneidplatte 17 am vorderen Ende sowie einer axialen Bohrung 18, durch die sich ein Gestängestück 5 erstreckt, das mit dem Rest des Gestänges in nicht dargestellter Weise lösbar verbunden ist. Weitere Schneidplatten 19 befinden sich an der einen Seite des Aufweitkopfes, dessen Kanten mit einem verschließfesten Werkstoff gepanzert sein können.
[0016] Um das Abfördern des gelösten Erdreichs zu erleichtern, ist der Aufweitkopf 11 mit Nuten 20 versehen. Ein Verstopfen des Produkt- bzw. Förderrohrs 12 und des Adapters 14 vermeiden in Arbeitsrichtung vor dem Adapter 14 angeordnete Abweiser 21, die ein Eindringen größerer Steine in die Eintrittsöffnungen bzw. den Adapter verhindern.
- mit Hilfe eines am Ende eines angetriebenen Drehgestänges (5) angeordneten Bohrkopfs (7)
- eine Pilotbohrung (8) hergestellt,
- der Bohrkopf (7) durch einen keilförmigen Aufweitkopf (11)
- aus einem zylindrischen Teil mit wenigstens einer auf dessen Mantel angeordneten schraubenförmig verlaufenden Umfangs- bzw. Fördernut (20) und
- einer Schrägfläche (16) an seinem in die Arbeitsrichtung weisenden Ende ersetzt und mit dem Aufweitkopf
- entgegen der Vortriebsrichtung das die Pilotbohrung umgebende Erdreich durch den mittels des Drehgestänges (5) in Drehung versetzten Aufweitkopf (11) abgeschält sowie
- das Erdreich über die Nut peripher entgegen der Vortriebsrichtung abgefördert wird.
- einem Drehgestänge (5),
- einem auswechselbaren Bohrkopf (7) am freien Ende des Gestänges (5) zum Herstellen einer Pilotbohrung (8),
- einem auswechselbaren, keilförmigen, drehangetriebenen Aufweitkopf (11) zum Herstellen einer aufgeweiteten Bohrung durch Abschälen des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs,
- aus einem zylindrischen Teil mit wenigstens einer auf dessen Mantel angeordneten, schraubenförmig verlaufenden Umfangs- bzw. Fördernut (20) und
- einer Schrägfläche (16) an seinem in die Arbeitsrichtung weisenden Ende.
- a pilot borehole (8) is produced
- by means of a drilling head (7) fitted on the end of a driven rotary rod assembly (5),
- the drilling head (7) is replaced by a wedge-shaped expanding head (11)
- comprising a cylindrical portion having at least one helical circumferential or transport groove (20) located on its cylindrical surface and
- having an oblique face (16) at its end pointing in the working direction, and in which
- the soil surrounding the pilot borehole is peeled off by the expanding head counter to the direction of advance as the expanding head (11) is caused to rotate by means of the rotary rod assembly (5) and
- the spoil is transported away peripherally through the groove counter to the direction of advance.
- a rotary rod assembly (5),
- an exchangeable drilling head (7) at the free end of the rod assembly (5) for producing a pilot borehole (8),
- an exchangeable, wedge-shaped rotationally driven expanding head (11) for producing an expanded borehole by peeling off the soil surrounding the pilot borehole,
- said expanding head comprising a cylindrical portion having at least one helical circumferential or transport groove (20) and having
- an oblique face (16) at its end pointing in the working direction.
- un trou pilote (8) est réalisé
- à l'aide d'une tête de forage (7) disposée à l'extrémité d'un train de tiges rotatives entraînées (5),
- la tête de forage (7) est remplacée par une tête élargisseuse cunéiforme (11)
- constituée d'une partie cylindrique avec au moins une rainure circonférentielle ou encore d'évacuation (20) s'étendant en hélice sur sa surface extérieure et
- une face biaise (16) à son extrémité dirigée dans la direction de travail, et
- la terre entourant le trou pilote est écroûtée à l'encontre de la direction de creusement par la tête élargisseuse (11) mise en rotation au moyen du train de tiges rotatives (5) et
- la terre est évacuée circonférentiellement à l'encontre de la direction de creusement par l'intermédiaire de la rainure.
- un train de tiges rotatives (5),
- une tête de forage remplaçable (7) à l'extrémité libre du train de tiges (5), pour forer un trou pilote (8),
- une tête élargisseuse (11) remplaçable, cunéiforme, entraînée en rotation, pour forer un trou élargi par écroûtage de la terre entourant le trou pilote,
- constituée d'une partie cylindrique avec au moins une rainure circonférentielle ou encore d'extraction (20) s'étendant en hélice sur sa surface extérieure et
- une face biaise (16) à son extrémité dirigée dans la direction de travail.