DE2701066C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von Rohren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei den zu verlegenden Rohren handelt es sich beispielsweise um Leitungsrohre für Gas- und Wasserversorgungssysteme, für Abwassersysteme, Kabel und dergleichen.

Es ist üblich, Rohrleitungen unter der Erde in einem offenen Verfahren zu verlegen, d. h, einen durchlaufenden Graben vorbestimmter Tiefe im Boden auszuheben, die Rohrleitung am Boden des Grabens zu verlegen und in Querrichtung zu verbinden, Holz-Gleitstücke unter der Rohrleitung in einer Bezugshöhe anzuordnen, die durch eine gespannte Schnur ermittelt wird, die Rohrleitung und Holzstücke mit Hilfe von Betonblöcken zu verbinden und sodann wieder den ausgehobenen Graben zu füllen. Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, da es zahlreiche Probleme in bezug auf Verkehr, Gebäude und so weiter in Städten und Vororten, gesetzliche Beschränkungen für den Arbeitsbereich, Hindernisse, wie bereits verlegte Rohre, und die Notwendigkeit einer Zerstörung von fertiggestellten Straßenbetten bedingt. Daher erheben sich sehr hohe Baukosten und lange Bauzeiten.

Zur Überwindung dieser Nachteile sind Verfahren zum Verlegen von Rohren mit verhältnismäßig geringem Durchmesser unter der Erde durch direktes Eintreiben der Rohre in die Erde entwickelt und als Alternative zu der offenen Verlegungsweise angewendet worden.

Herkömmliche Verfahren dieser Art lassen sich vereinfacht in drei Gruppen einteilen. Ein Führungskopf kann als Führungseinheil verwendet werden, so daß das durch den Führungskopf geführte Rohr in die Erde vor-

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getrieben wird und die Erde und der Sand, durch die die Rohrleitung hindurchgeht, verfestigt werden. Andernfalls kann ein Führungskopf mit einer Antriebsfunktion als Führungseinheit verwendet werden, so daß das durch den Führungskopf geführte Rohr in die Erde eingetrieben wird und Erde und Sand um das Rohr herum verfestigt werden. Schließlich können Erde und Sand ausgetragen werden, während das zu verlegende Rohr direkt eingetrieben wird, und die ausgetragene Erde kann durch das Rohr in Richtung einer Ausgangsgrube abtransportiert werden.

Bei dem ersten Verfahren, bei dem der Führungskopf nur als Führungseinheit verwendet wird, ist nachteilig, daß beim Eintreiben oder Vorrücken eines langen Rohres Beeinträchtigungen auftreten, die durch die Form des festen Führungskopfes und/oder Änderungen der Dichte der Erde oder des Sandes und Gerölls bedingt sind.

Andererseits ist die Verwendung eines Führungskopfes mit Antriebsfunktion insofern ungünstig, als die Steuerung der Richtung des Vortriebes des Führungskopfes schwierig ist, da die Antriebsfunktion auf ein direktes oder gerades Vorrücken beschränkt ist. Zwar hat dieses Verfahren den Vorteil, daß der Vortriebswiderstand wesentlich verringert werden kann, doch steht dem der Nachteil gegenüber, daß die Bewegungsrichtung des Führungskopfes in weitem Umfange durch Änderungen der Erdzusammensetzung oder Gerölleinschlüsse beeinflußt wird, so daß der Führungskopf gelegentlich aus der vorbestimmten Tiefe aufsteigt und den Boden anhebt oder einen vorbestimmten Kurs verläGt und bereits verlegte Rohre im Boden beschädigt Aus diesem Grunde konnte dieses Verfahren nicht in jedem Falle für Abwassersysteme und dergleichen verwendet werden, die einen vorbestimmten Neigungswinkel aufweisen und mit hoher Genauigkeit in der senkrechten Ebene verlegt werden müssen.

Das Verfahren, bei dem das Erdreich ausgetragen wird, hat den Nachteil, daß die Bewegung von Erde und Sand innerhalb des unter der Erde zu verlegenden Rohres die Messung und Steuerung der Vortriebsrichtung des Führungskopfes erschwert. Durch die Notwendigkeit, die ausgetragene Erde sowie das Grundwasser in Richtung der Arbeitsgrube abzutransportieren, wird die Anzahl der Arbeitsschritte erhöht. Es ist unvermeidlich, eine große Arbeits- oder Ausgangsgrube herzustellen, und die Arbeit erfolgt unter außerordentlich ungünstigen Bedingungen.

Aus der US-PS 28 39 271 ist ein Verfahren zum Verlegen von Rohren bekannt, bei dem zunächst ein Rohr von verhältnismäßig kleinem Durchmesser von der Anvangsgrube aus zu einer in vorgegebenem Abstand dazu hergestellten Zielgrube vorgetrieben und anschließend ein Rohr von verhältnismäßig großem Durchmesser verlegt wird, wobei das Rohr von kleinerem Durchmesser als Führungsrohr benutzt wird. Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird das Führungsrohr von der Ausgangsgrube in Richtung auf die Zielgrube vorgetrieben, während anschließend das Rohr größeren Durchmessers von der Zielgrube in Richtung auf die Ausgangsgrube vorgetrieben wird. Beim Vortieb beider Rohre wird das Erdreich ausgetragen und durch das Führungsrohr in Richtung auf die Ausgangsgrube abtransportiert.

Auch dieses Verfahren hat daher den Nachteil, daß beim Vortrieb des Führungsrohres die Steuerung der Vortriebsrichtung durch den Abtransport der Erde ercr-hu/prl wirH

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der Linienführung beim Verlegen von Rohren mit verhältnismäßig großem Durchmesser zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Erfindungsgemäß wird das Rohr kleineren Durchmessers unter Verdichtung des Erdreichs eingetrieben, während beim anschließenden Vortrieb der Rohre größeren Durchmessers das Erdreich ausgetragen und durch das Rohr kleineren Durchmessers hindurch nach vorn in Richtung auf die Zielgrube abtransportiert wird. Dies hat den Vorteil, daß die Linienführung beim Verlegen des kleineren Führungsrohres genau überwacht und gesteuert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das innere und das äußere Rohr in der gleichen Richtung vorgetrieben werden, so daß für den Vortrieb eine gemeinsame Vortriebspresse verwendet werden kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 2 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 3 und 4 aufgeführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist für den Vortrieb des Führungsrohres einen Vortriebskopf auf, dessen Vortriebsrichtung mittels einer hydraulisch betätigten Schwenkeinrichtung gesteuert werden kann. Ein derartiger Vortriebskopf ist im Prinzip aus der US-PS 34 65 834 bekannt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner einen Austragkopf zum Austragen des Erdreichs für die Rohre größeren Durchmessers und einen Schneckenförderer, der mit dem Austragkopf in Antriebsverbindung steht und das Erdreich durch das Führungsrohr hindurch abtransportiert. Ein mit einem Schneckenförderer zusammenwirkender Austragkopf ist grundsätzlich bereits aus der US-PS 34 65 834 bekannt. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht jedoch darin, daß der Austragkopf an das in Vortriebsrichtung hintere Ende des Schneckenförderers des Führungsrohres ankoppelbar ist. Ein Anschlußbereich zum Verbinden des Austragkopfes mit dem Schneckenförderer weist einen Einlaß auf, durch den das mit Hilfe des Austragkopfes gelöste Material auf den Schneckenförderer überführt und nach vorn abtransportiert werden kann.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß durch einen Führungskopf unter der Erde verlegten Rohres;

F i g. 2-1,2-2 und 2-3 sind Seitenansichten zur schematischen Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Rohrverlegungsverfahrens;

F i g. 3 ist eine Draufsicht auf eine Rohr-Vortriebseinrichtung;

F i g. 4 ist eine entsprechende Vorderansicht;

F i g. 5 ist eine entsprechende Seitenansicht;

F i g. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5;

F i g. 7-1 -a und b, 7-2-a und b, 7-3-a und b, 7-4-a und b sind Ansichten zur Veranschaulichung der Stufen der Faltung der Rohr-Vortriebseinrichtung;

Fi g. 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Vortriebscinrichtung für den Fall, daß ein bereits verlegter Gegenstand in einer Arbeiisgrube freiliegt;

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Fig.9 zeigt Reaktionskraft-Halteplatten an der Wand der Arbeitsgrube;

F i g. 10 zeigt Einzelheiten des Führungskopfes;

Fig. 11 zeigt einen Führungskopf mit einer Schutzeinrichtung;

Fig. 12 ist eine vergrößerte Darstellung entsprechend F i g. 11;

Fig. 13 veranschaulicht die Verbindung der Rohrleitung mit dem Führungskopf;

Fig. 14 zeigt Einzelheiten der Verbindung der in Fig. 13;

Fig. 15-1, 15-2 15-3 und 15-4 veranschaulichen schematisch die Steuerung der Richtung des Führungskopfes;

Fi g. 16 veranschaulicht ein Verfahren zum Abtasten der Richtung des Führungskopfes mit Hilfe eines Bezugslichtes;

Fig. 17 zeigt einen Detektor zur Aufnahme des Bezugslichtes und zum Abgeben eines Signals;

F i g. 18 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes System mit einem Führungsrohr zur Abgabe ausgetragener Erde, bei dem eine Rohrleitung größeren Durchmessers durch den Austragkopf verlegt wird;

F i g. 19 ist ein Längsschnitt durch den Austragkopf;

F i g. 20 ist eine vergrößerte Darstellung des vorderen Endes des Austragkopfes der F i g. 22;

Fig.21 ist ein Schnitt entlang der Linie XXI-XXl in F ig. 20;

F i g. 22 zeigt einen Schnitt einer weiteren Ausfüarungsform des Austragkopfes; jo

Fi g. 23 ist ein Schnitt entlang der Linie XXIII-XXIII in F i g. 22.

Nunmehr soll die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert werden. F i g. 1 zeigt den FaIi, daß vorbestimmte Rohrabschnitte 2-1,2-2,... 2—η einem Führungskopf folgen und in die Erde durch die Doppelvortriebswirkung einer Vortriebspresse 3 und eines Vortriebskopfes 25 vorgetrieben werden. Die Rohrabschnitte werden von der Ausgangsgrube 4 zu der Zielgrube 5 vorgetrieben, bis das vordere Ende des Rohres 2 die Zielgrube erreicht und damit die Verlegung des Rohres im Boden vollendet ist.

Innerhalb der Ausgangsgrube 4 sind eine Vortriebseinrichtung 6, eine Reaktionskraft-Halteplatte 7, eine Meß- und Bezugslicht-Übertragungseinrichtung 8 und eine Steuereinheit 9 angeordnet, so daß das Personal die Schalttafel der Steuereinheit 9 in der Ausgangsgrube 4 bedienen kann und das gesamte System somit steuert.

Eine Antriebseinheit 10 befindet sich auf dem Boden neben der Ausgangsgrube 4 und führt Druckfluid oder elektrische Energie der Steuereinheit 9 zu.

Ein Schlauch 14 für Hydrauiikfluid und ein elektrisches Kabel 11 verbinden die Antriebseinheit 10 mit der Steuereinheit 9 über Anschlüsse 12,13, 15 und 16. Das Druckfluid und die elektrische Energie der Steuereinheit 9 werden der Vortriebspresse 3 und dem Führungskopf 1 zugeführt. Die Steuereinheit 9 führt Druckfluid und elektrische Energie dem Führungskopf t über einen Schlauch 14' für Hydrauiikfluid und elektrische Kabel 11' über eine Aussparung in einem Adapter 26 der Vortriebspresse 3 und die Innenseite der zu verlegenden Rohrleitung zu. Der Schlauch und das Kabel können in ihrer Länge in Abhängigkeit von der Länge der Rohrleitung vergrößert werden oder sie können durch Verbindung mit Hilfe von Kupplungen für zwei oder drei Abschnitte des zu verlegenden Rohres verlängert werden.

Die Halteplatte 7 stützt sich an einer Erdplatte 48 über einen Haken 17 ab, an dem ein Draht 18 befestigt

Mit 21 ist ein Rohrsattel bezeichnet, der auf einer Schiene 22 frei beweglich ist und den Vortrieb des zu verlegenden Rohres unterstützt. Die Bezugsziffer 20 bezeichnet eine Abtasteinheit zum Abtasten der Vortriebsrichtung des Führungskopfes. Die Abtasteinheit dient zum Ablesen einer Abweichung in dem Maßstab der Meßeinheit oder Übertragungseinrichtung 8, beispielsweise eines Durchgangsinstruments bzw. eines Theodoliten, oder sie dient als Bezugslichtprojektor zur automatischen Abtastung der Vortriebsrichtung des Führungskopfes und zur Anzeige auf der Kontrolltafel.

Mit 19 sind ausfahrbare Stützen der Vortriebseinrichtung bezeichnet, die ein waagerechtes Ausbalancieren gestatten.

Die Vortriebspresse 3 weist einen Stützsattel 27 auf. der durch Rollen 23 beweglich auf den Schienen 22 geführt wird und mit vorgebener Teilung vorgeschoben und notwendigenfalls geklemmt und gelöst wird.

Fig.2 veranschaulicht schematisch das Verfahren zum Verlegen einer Rohrleitung unter der Erde gemäß der vorliegenden Erfindung. Die F i g. 2-1 und 2-2 zeigen den Zustand, bei dem die Führungspresse oder der Führungskopf 1, der den Vortrieb unter der Erde bewirkt, mit einer Reihe von zu verlegenden Rohren verbunden ist, die ihr folgen. Der Vortriebskopf 25 des Führungskopfes ist in der Erde ausgefahren, so daß er die Erde zusammendrückt, und sodann wird der Druck in dem Vortriebskopf abgebaut. Das rückwärtige Ende der zu verlegenden Rohrleitung wird nur durch den Hub der Vortriebspresse 3 in der Ausgangsgrube vorgeschoben, so daß sich ein doppelt wirkender Vortrieb ergibt. Wenn die Führungspresse oder der Führungskopf 1 durch die Erde hindurchgegangen ist und die Zielgrube 5 gemäß F i g. 2-3 nach wiederholter Durchführung der Vorgänge der Fig.2-1 und 2-2 erreicht hat, ist die Verlegung der Rohrleitung beendet

Da der Hub der Vortriebspresse normalerweise kleiner als die Länge der zu verlegenden Rohrleitung ist und die Vorgänge der Fig. 2-1 und 2-2 wiederholt durchgeführt werden müssen, kann der Stützsattel 27 auf den Schienen 22 entsprechend der Länge der Rohrleitung gleiten und dann verklemmt werden.

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht der Vortriebseinrichtung 6. Die beiden Schienen 22 sind parallel angeordnet und mit Hilfe von Querstreben 33 und den Stützen 19 verbunden. Die Schienen 22 weisen eine Anzahl von Einstellbohrungen 30 auf, die es gestatten, die Vortriebspresse 3 um eine vorgegebene Teilung zu verschieben und zu verklemmen. Der Stützsattel 27 ist ebenfalls wenigstens mit zwei Bohrungen 30' versehen, die den Einstellbohrungen 30 entsprechen und mit diesen in Eingriff zu bringen sind.

Mit 31 ist ein Stift bezeichnet, der durch die beiden Bohrungen 30 und 30' zur Einstellung und Klemmung der Vortriebspresse 3 eingeführt werden kann. Der Adapter 26 kann entsprechend dem Durchmesser des einzuführenden Rohres ausgewechselt werden. Mit 29 ist eine Nut oder öffnung bezeichnet, in die ein Schlauch zur Übertragung eines hydraulischen Druckes oder elektrischer Energie zu dem Führungskopf eingeführt wird. Ausfahrbare Stempel 34 und 35 am vorderen und rückwärtigen Ende der Schienen 22 dienen zur Festlegung der Vortriebseinrichtung innerhalb der Ausgangsgrube. Diese Stempel sind mit Hilfe von Druckfluid oder mechanischen Einrichtungen ausfahrbar und zurückziehbar. Mit 32 ist ein Anschlag bezeichnet.

Fig.4 ist eine Vorderansicht der Vortricbscinrich-

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tung der F i g. 3. Die Schienen 22 weisen wenigstens drei Paare von Stützen 19 auf, deren Höhe frei einstellbar ist. Wenigstens ein Stützenpaar 19 ist mit Hilfe einer Querstrebe 33 verbunden. Die Rohrsältel 21 werden durch eine Rolle 24 auf den Schienen 22 abgestützt und weisen ein nach unten gerichtetes Bett auf, das mit Rollen 36, Stützen 37, einer Rolle 38 und Armen 39 zum Halten der zu verlegenden Rohrleitung versehen ist. Die Arme 39 sind längeneinstellbar in Abhängigkeit von dem Durchmesser des zu verlegenden Rohres. Mit 40 ist ein Gleitkissen bezeichnet, das durch eine Rolle ersetzt werden kann.

F i g. 5 zeigt eine Seitenansicht der Vortriebseinrichtung zur Anordnung in der Ausgangsgrube und zum Vortreiben des zu verlegenden Rohres, das in strichpunktierten Linien angedeutet ist.

Fig.6 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform der Stützen 19 und eine Vorderansicht der Vortriebspresse 3 sowie den Stützsattel 27 für die Vortriebspresse, der beweglich auf den Schienen 22 über die Rollen 23 geführt ist. Der obere Bereich der Stützen 19 ist U-förmig und der untere Bereich stellt im Querschnitt einen geschlossenen Zylinder dar. Mit 41 ist eine Mutter bezeichnet, die eine ausfahrbare oder einfahrbare Spindel 42 aufnimmt. Eine Stützplatte 44 mit einer konischen Bohrung im Mittelbereich und einer Abdeckkappe 43 nimmt einen kugelförmigen Stützfuß 45 auf.

Die Einstell-Spindel 42 kann mit Hilfe eines Schlüssels durch den oberen offenen Bereich der Stütze 19 zur Einstellung gedreht werden.

F i g. 7 zeigt Draufsicht und Seitenansicht der zusammenlegbaren Vortriebseinrichtung. F i g. 7-1-a und 7-1-b veranschaulichen die normale Betriebsstellung. Wenn die Vortriebseinrichtung unverändert bleibt, kann sie in der Ausgangsgrube nicht untergebracht werden, sofern ein bereits verlegtes Rohr in die Grube hineinragt. Eine derartige Situation hat sich in der Praxis oft ergeben, so daß es häufig notwendig ist, die Vortriebseinrichtung in der Grube in teilweise demontiertem Zustand unterzubringen.

Zunächst werden gemäß F i g. 7-2-a und 7-2-b der Rohrsattel und der Stützsattel von den Schienen 22 entfernt und sodann wird gemäß Fig. 7-3-a und 7-3-b nur eine der Schienen 22 abgenommen. Sodann werden die Querstreben 33 mit den Stützen 19 um die Stützen 19 am anderen Ende der Schienen 22 gedreht, so daß die ganze Einheit in deren Projektionsebene liegt. Daher kann die gesamte Anordnung als kompakte Einheit in die Ausgangsgrube eingebracht werden. Mit anderen Worten, die Vortriebseinrichtung kann in der Grube untergebracht und aus dieser entfernt werden mit den geringstmöglichen Montage- und Demontagearuciien.

F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform von Reaktionskraft-Halteplatten, die an der Erdplatte 48 mit Hilfe der Drähte und Haken 17 aufgehängt sind. Die Halteplatte kann zusammenhängend ausgebildet sein. Zum Einstellen der Vortriebseinrichtung innerhalb der Grube mit Hilfe der Stempel ist es jedoch vorzuziehen, die Halteplatte in zwei Abschnitte zu unterteilen und mit Hilfe von Scharnieren 47 zu verbinden.

Es ist nämlich mit vernünftigem Aufwand nicht möglich, die Erdhalteplatte oder Erdplatte 48 in der Grube in einer genauen Ebene herzustellen. Wenn daher die Reaktionskraft-Halteplatte als Einheit ausgebildet ist, ist der Oberflächenbereich der Halteplatte, der die Erdplatte berührt gering. Dies stellt kein Problem dar, solange die anliegende Oberfläche außerhalb der Querverbindung der Stempel liegt Wenn jedoch die anliegende Fläche innerhalb liegt, ist eine stabile Abstützung der Stempel nicht möglich, so daß ein genauer und zuverlässiger Betrieb ausgeschlossen ist. Wenn die Halteplatte in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt ist, liegt die erwähnte Anschlagfläche stets außerhalb des Punktes, gegen den die Stempel anliegen, so daß die Stabilität der Stempel verbessert wird.

Wenn die Reaktionskraft-Halteplatte in zwei Abschnitte unterteilt ist, können die Scharniere 47 zum Verbinden gemäß F i g. 9 verwendet werden.

Fi g. 10 zeigt den inneren Aufbau des Führungskopfes 1, 25 mit einem Gehäuse 49, das in drei Abschnitte unterteilt sein kann. Das Gehäuse umfaßt eine Führungskopfeinheit a, eine Richtungs-Steuerungseinheit b und eine Richtungs-Abtasteinheit c. Diese drei Einheiten können durch Verschrauben des Gehäuses selbst oder durch Verbindungsbolzen 85 über Flansche verbunden sein. Der Vortriebskopf 25 umfaßt einen Zylinder 53, einen Kolben 71 und eine Kolbenstange 75 sowie einen Kolbenring 70 und wird mit Hilfe eines kugelabschnittförmigen Lagers 50 und eines Kugellagers 51 in dem Gehäuse 49 abgestützt.

Fluidkammern 72 und 73 befinden sich auf beiden Seiten des Kolbens 71 innerhalb des Zylinders 53, so daß die Vortriebspresse ausgefahren werden kann, wenn die Steuereinheit 9 eingeschaltet wird und Druckfluid durch einen Schlauch 64 und einen Kanal 74 in der Kolbenstange 75 in die Fluidkammer 72 einläßt.
Der Zylinder 53 erstreckt sich mit seiner Innenbohrung gleitend über den Kolben 70, und seine Außenfläche gleitet auf der Innenbohrung des Kugellagers 51. Die Vortriebspresse kann zurückgezogen werden, indem das Druckfluid durch den Kanal 74' in die Fluidkammer 73 eingelassen wird. Die Kolbenstange 75 weist auf ihrer rückwärtigen Seite einen kugelflächenförmigen Sitz 78 auf, der das Lager 50 erfaßt und mit Hilfe einer Mutter 79 gleitend festgelegt ist. Am vorderen Ende des Zylinders 53 ist ein Messer 54 mit Hilfe von Schrauben befestigt, durch das Erde und Sand verfestigt werden. Das Messer weist eine Aussparung 69 in der vorderen Seite auf, die zur Aufrechterhaltung der Vortriebsrichtung dient. Die Aussparung 69 sollte so geformt sein, daß der Einfluß von Änderungen der Dichte der Erde oder von Geröll möglichst gering ist.

Eine Reihe im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführter Versuche hat gezeigt, daß eine flache Aussparung günstiger als eine konische ist, und die dargestellte Aussparung 69 mit einer Schneidkante ist besonders vorzuziehen. Außerdem ist die oben beschriebene Vortriebseinrichtung nicht notwendig doppelt wirkend ausgerichtet. Dieselbe Wirkung kann erzielt werden mit einer rammenförmigen, einfach wirkenden Vortriebspresse.

Mit 49' ist eine Hülle bezeichnet, zwischen der und dem Gehäuse 49 das kugelförmige Lager 51 und die Dichtung 76 gehalten wird, durch die der Eintritt von Erde, Sand und Wasser in den Führungskopf vermieden wird. Die Bezugsziffer 77 bezieht sich auf eine Schmiermitteldichtung, in die ein Schmiermittel eingeführt wird.

Das rückwärtige Ende 82 der Kolbenstange 75 des Vortriebskopfes 25 wird schwenkbar durch ein kugelförmiges Lager 56 in einer schwenkbaren Buchse 55 abgestützt Die schwenkbare Buchse 55 liegt schwenkbar in einem Lager 62 innerhalb des Gehäuses 49.

Schwenkzylinder 80 und 81 sind ihrerseits schwenkbar durch einen Ring 58 aufgenommen, und zwar in einer Ebene, die im rechten Winkel zu der Längsachse des Führungskopfes liegt und mit einer Phasendifferenz

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von 90°. Die Schwenkzylinder 80 und 81 weisen Kolbenstangen auf, deren Enden wiederum schwenkbar mit der Buchse 55 verbunden sind.

Mit 65 ist ein Ventil bezeichnet, das zur manuellen oder automatischen Umschaltung des Stroms des Hydraulikfluids aufgrund eines Signals eines Richtungs-Detektors 57 dient, wenn diesem Druckfluid durch die Steuereinheit 9 zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Menge Druckfluid durch das Ventil 65 und eine Leitung 83 den Schwenkzylindern 80 und 81 zugeführt, so daß der Vortriebskopf 35 um einen Punkt 52 in beliebiger Richtung in einer Ebene geschwenkt werden kann, die im rechten Winkel zu der Längsachse des Führungskopfes verläuft.

Detektoren 63 befinden sich zwischen dem Ring 58 und der Schwenk-Buchse 55 mit einer Phasendifferenz symmetrisch zu den Schwenkzylindern 80 und 8i und in ähnlicher Anordnung. Im allgemeinen werden als Detektoren Potentiometer verwendet, die den Hub des Vortriebes in ein elektrisches Potential umwandeln, das als Signal durch Drahtleitungen 84 an die Steuereinheit 9 überführt wird. Mit der Bezugsziffer 68 ist eine Trennwand bezeichnet, die die Richtungssteuereinheit b von der Richtungsabtasteinheit c trennt.

Eine Abweichung der rechtwinkligen Koordinaten kann mit Hilfe einer Übetragungseinrichlung wie etwa eines Theodoliten 8 in der Ausgangsgrube gemessen werden, und die Richtung und das Ausmaß der Abweichung können errechnet werden.

Ein Neigungsmeßgerät 59 kann in Verbindung mit dem Richtungs-Detektor verwendet werden, so daß die Neigung des Führungskopfes in bezug auf die Längsachse direkt mit Hilfe der Steuereinheit 9 abgelesen werden kann.

Außerdem kann ein optischer Richtungs-Detektor gemäß F i g. 16 und 17 für denselben Zweck verwendet werden. Der Richtungs-Detektor umfaßt ein Gehäuse 92 mit einer Öffnung, in die eine konvexe Linse 91 eingefügt ist, die sich kreuzende Markierungslinien 91a aufweist Im Brennpunktabstand der konvexen Linse 91 ist ein Lichtempfänger 94 angeordnet, der eine Anzahl von lichtaufnehmenden Elementen aufweist Der Lichtempfänger ist mit einem Verstärker 96 über ein Kabel 95 verbunden. Mit 93 sind Lampen bezeichnet, die eine einfache Messung gestatten, wobei das von außen auf die Linse 91 auftreffende Licht fokussiert wird. Mit 98 ist ein Strahlen-Projektor bezeichnet, der beispielsweise Helium-Laser-Strahlen verwendet Dieser Detektor ist fest an der Trennwand 68 angebracht und ändert daher seine Richtung mit dem Führungskopf 1. Wenn der Führungskopf in irgendeine Richtung in bezug auf das Bezugslicht abweicht, empfängt eines der lichtaufnehmenden Elemente des Lichtemptängers 94 das Licht, so daß es leitend wird, und der dadurch hervorgerufene elektrische Strom wird durch den Verstärker 96 verstärkt, so daß die Richtung und der Betrag der Abweichung in der Steuereinheit angezeigt werden. Fig. 17 veranschaulicht dies schematisch.

Der Führungskopf 1 ist in der obenerwähnten Weise ausgeführt und ermöglicht eine sehr genaue Richtungssteuerung sowie eine erhebliche Reduzierung des Vortriebswiderstandes.

Zur Verbesserung der Haltbarkeit des Führungskopfes können Vorkehrungen getroffen sein, die einen Eintritt von Erde, Sand und Wasser durch die gleitenden Teile, wie etwa die Dichtung 76, das Lager 51 und den Vortriebskopf 25 im vorderen Bereich des Führungskopfes gemäß F i g. 11 und 12 verhindern. Die verfestig te Erde bricht zum Teil üblicherweise herab. Wenn in diesem Halle die Vortriebspresse ausgefahren wird und der Druck in die Kammer 72 abgebaut wird, können Sand und Schlamm zwischen das Messer 54 und das vordere Ende des Fühnungskopfes eintreten und dadurch die Dichtung 76 2;erstören und die Gleitflächen des Vortriebskopfes 25 beschädigen. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, eine Schutzhaube 99 aus flexiblem Material am rückwärtigen Teil des Messers 54 an einer dort vorgesehenen Stufe 103 anzubringen und damit den Eintritt von Erde und Sand zu verhindern.

Mit 101 ist eine Dichtung bezeichnet, die auf dem äußeren Umfang des Gehäuses 49 des Führungskopfes gleitet. Die Dichtung 101 weist eine Nut auf dem äußeren Umfang auf, in die ein ringförmiger Vorsprung 100 an der Schutzhaube 99 eingreift.

Auf diese Weise kann sich die Schutzhaube 99 entsprechend einer Ausdehnung, Zusammenziehung und Schwenkung des Vortriebskopfes 25 bewegen.

F i g. 15 veranschaulicht schematisch die Art und Weise der Richtungssteuerung des oben erläuterten Führungskopfes. In Fig. 15-1 ist der Fall gezeigt, bei dem der in die Erde vorgetriebene Führungskopf aufgrund von Unterschieden der Bodenqualität oder eines Zusammenpralls mit einem Felsbrocken in dem Boden nach unten abgelenkt ist. Eine derartige Richtungsänderung des Führungskopfes kann mit Hilfe der Meßeinheit abgelesen werden, so daß die Steuereinheit 9 unmittelbar einen Befehl geben kann, durch den der Führungskopf 25 gemäß Fig. 15-2 nach oben gerichtet und gemäß F i g. 15-3 ausgefahren wird, so daß der Vortriebskopf mit Hilfe der Vortriebspresse 3 gerade vorgerückt werden kann. Derartige Vorgänge müssen wiederholt durchgeführt werden, bis der gerade Verlauf des Führungskopfes wiederum gesichert ist.

Die Verhältnisse sind in Fig. 15 zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. In der Praxis sind derart erhebliche Änderungen nicht notwendig. Fig. 13 und 14 zeigen die Art der Verbindung der

unter der Erde zu verlegenden Rohrabschnitte, die mit dem Führungskopf verbunden und durch diesen geführt sind. Eine derartige Verbindung ist jedoch nicht in jedem Falle notwendig. Je nach dem Zweck, für den die Rohrleitung in der Erde verwendet wird, können die

Rohre lose miteinander verbunden werden, indem sie lediglich unter der Erde gegeneinandergelegt oder mit Hilfe von Adaptern verbunden und vorgetrieben werden. Wenn jedoch Änderungen der Erdzusammensetzung oder erhebliche Änderungen der Erddichte beim

Vortreiben der Rohre zu erwarten sind, ändert sich der Vortriebswiderstand nauurgemäß in störender Weise, insbesondere, wenn eine lange Rohrleitung zu verlegen ist in diesem Falle kann der Vortriebswiderstand gegenüber dem Rohr verringert werden durch Antreiben

des Vortriebskopfes entgegen der Richtung des Vortriebes.

Bei Betonrohren mit genauen rechten Winkeln an den Stirnflächen ist es schwierig, eine vorbestimmte Genauigkeit beim Vortrieb zu erzielen und Wellenbewegun-

gen einzelner Rohre in bezug auf die Längsachse der gesamten Rohrleitung zu verhindern, wenn die Rohre lediglich gegeneinander anliegen. Als Ergebnis verschiedener im Rahmen der Erfindung durchgeführte Versuche hat es sich gezeigt, daß ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden kann, wenn beide Enden der Rohrabschnitte 2 mit Ansätzen 115 versehen werden und diese mit Hilfe von Schrauben 117 und Muttern 118 verbunden sind. In diesem Falle kann ein besseres Er-

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gebnis erzielt werden, wenn ein elastisches Rohr 116 und ein Ring 119 zwischen die Ansätze gebracht und diese relativ lose mit Hilfe der Schraube und der Mutter verbunden werden.

Dies kann darauf beruhen, daß beim festen Anziehen der Schraube und der Mutter der rechte Winkel an den Stirnflächen der Rohre die Wirksamkeit der Richtungskorrektur des Führungskopfes verringert, während bei loser Verbindung die Rohre eine gewisse Bewegungsfreiheit in bezug auf eine Richtungsänderung aufweisen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verlegen einer Rohrleitung unter der Erde durch Verbinden und Führen mit Hilfe einer Rohrleitung kleineren Durchmessers, die durch den Führungskopf geführt worden ist, soll im folgenden beschrieben werden. Die Rohrleitung kleineren Durchmessers so!! als Führungsrohr bezeichnet werden.

Fig. 18 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Austragkopf 143 in Verbindung mit dem Führungsrohr verwendet wird. Bei diesem Beispiel wird das Führungsrohr 2, das bereits in der Erde verlegt worden ist, als Führung beim Austragen einer Bohrung großen Durchmessers unter der Erde verwendet, und die entfernte Erde 145 wird in die Zielgrube 5 mit Hilfe eines Schraubenförderers 144 überführt, der sich innerhalb der Rohrleitung 2 erstreckt und durch den erwähnten Austragkopf angetrieben wird. Mit dem Austragkopf 143 ist ein Schlauch verbunden, der sich in die zu verlegende Rohrleitung 121 hinein erstreckt, die durch den Austragkopf geführt wird. Der Schlauch ist mit einer Fluidquelle über ein Verbindungsstück verbunden und treibt den Austragkopf an. Die Vortriebspresse 3 wird angetrieben in Abhängigkeit von dem Aushub des Austragkopfes 143. Der Schraubenförderer 144 und der Austragkopf 143 können in der Zielgrube 5 in Empfang genommen werden. Die Vortriebspresse 3 vollendet ihren Vortrieb, wenn das vordere Ende der zu verlegenden Rohrleitung 121 die Zielgrube 5 erreicht. Der Schraubenförderer 144 ist im wesentlichen genauso lang wie das Führungsrohr, und seine Zwischenverbindungen können ohne Schwierigkeiten mit Hilfe von Kupplungen hergestellt und gelöst werden.

F i g. 19 zeigt den inneren Aufbau des Austragkopfes 143. Dieser umfaßt ein Gehäuse 146. das in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt wird, einen Hydraulikmotor 149 innerhalb des Gehäuses, der durch Druckfluid angetrieben wird, das durch einen Schlauch 147 zugeführt und durch einen Schlauch 148 abgeführt wird, eine Ausgangswelle 150 des Hydraulikmotors, die mit einer Kupplung 151 verbunden ist, und einer Förder- oder Antriebswelle 152, die mit der Kupplung in Eingriff steht und die Drehung des Hydrauükmotors 149 direkt zu einem Schraubenförderer 153 überträgt. Mit der Kupplung 151 ist ein Zahnrad 154 verbunden, das in ein Zahnrad 155 eingreift Das Zahnrad 155 treibt über eine Welle 156 ein mit dieser verbundenes Zahnrad 157. Das Zahnrad 157 greift in ein Ringzahnrad 158 ein. Das Ringzahnrad 158 ist mit einer Messer-Antriebswelle 159 verbunden. Ein Messer 161 wird in Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Schraubenförderers in einem Radiallager und einem Axiallager zwischen dem Gehäuse 146 und einem Gehäuse 160 gedreht

Das Gehäuse 160 ist fest an einer Trennwand 162 angebracht die drehbar die Antriebswelle 152 des Förderers trägt Weiterhin ist der Austragkopf 143 an seinem vorderen Ende mit einem Führungsrohr 163 versehen, das zur Verbindung mit dem Führungsrohr 2 dient. Das Führungsrohr 163 weist einen Einlaß 164 auf, durch den Erde und Sand, die durch das Messer 161 abgetragen worden sind, in Richtung des Schraubenförderers 153 und des Anschlußbereiches 165 des Führungsrohres überführt werden.

Mit dem vorderen Ende des auf diese Weise ausgebildeten Austragkopfes 143 sind das Führungsrohr 2 und der Schraubenförderer 144 innerhalb dieses Führungsrohres verbunden, und mit der Rückseite des Austragkopfes 143 steht die zu verlegende Rohrleitung 121 in

ίο Verbindung. Unter Verwendung des Führungsrohres 2 als Führung wird die Vortriebspresse 3 entsprechend dem Fortschreiten der Austragung durch den Austragkopf 143 vorgeschoben, so daß die Rohrleitung 121 unter der Erde verlegt werden kann.

Fig.20 zeigt das Messer 161 im einzelnen. Das Messer 161 ist mit der Antriebswelle 159 über einen Flansch 167 verbunden. Das Messer ist in der Seitenansicht trapezförmig ausgebildet und weist eine geneigte Oberfläche auf, mit der eine Anzahl von Schneidblättern 166 verbunden ist. Durch die Drehung des Messers ausgetragenc Erde und Sand fallen durch den Einlaß 164 in eine Förderkammer 168, von der aus sie durch den Schraubenförderer 153 in das Führungsrohr 2 übertragen werden.

F i g. 22 zeigt ein weiteres Beispiel mit einer vergrößerten Kammer 171 zur Aufnahme von Erde und Sand innerhalb des Messers 161. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlaß 164 des Führungsrohres 163 vergrößert. Ein Schaber 170 auf dem äußeren Umfang des Einlasses dient zum Fördern der ausgetragenen Erde und des Sandes in die Kammer 168.

Fig.23 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XXIII-XXIII in F i g. 22 und dient zur Erläuterung der relativen Anordnung des Schabers 170 und des Einlasses 164.

Wie oben erwähnt wurde, schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Verlegen von Rohrleitungen unter der Erde vor, bei dem in einem ersten Schritt eine Rohrleitung unter der Erde ohne Abtragung von Erde und Sand verlegt wird. Bei der hierzu eingesetzten Vorrichtung wird ein doppelt wirkender Vortrieb mit Hilfe eines Vortriebskopfes und einer Vortriebspresse erzielt, so daß die Verlegung mit sehr geringem Widerstand bei hoher Genauigkeit erfolgt. Während die Rohrleitung unter der Erde durch einen Führungskopf vorgeschoben wird, kann die Bewegungsrichtung des Führungskopfes jederzeit genau gesteuert werden.

In einem zweiten Schritt wird Erde und Sand ausgetragen. Ein Austragkopf wird anstelle eines Erdverdichtungskopfes verwendet und die ausgetragene Erde und der Sand werden in die Zielgrube mit Hilfe eines Schraubenförderers abgegeben, der innerhalb des Führnngsrohres angeordnet ist Das Führungsrohr, der Schraubenförderer und der Austragkopf werden in der Zielgrube herausgenommen.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

27 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verlegen von Rohren verhältnismäßig großen Durchmessers unter der Erde, bei dem zunächst ein Rohr von verhältnismäßig kleinem Durchmesser zwischen einer Anfangsgrube und einer in vorgegebenem Abstand dazu hergestellten Zielgrube verlegt wird, indem die Rohrabschnitte nacheinander miteinander verbunden und von der Anfangsgrube aus vorgetrieben werden, und anschließend die Rohre von verhältnismäßig großem Durchmesser unter Ausnutzung des Rohres von kleinerem Durchmesser als Führungsrohr mit Hilfe einer Vortriebspresse und eines Austragkopfes verlegt werden, wobei die ausgetragene Erde mit Hilfe eines Schneckenförderers durch das Führungsrohr abtransportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohr kleineren Durchmessers unter Mitwirkung der auch zum Vortrieb der Rohre größeren Durchmessers dienenden Vortriebspresse unter Verdichtung des Erdreichs eintreibt und dabei die Vortriebsrichtung von der Ausgangsgrube aus überwacht und steuert, daß man den Schneckenförderer erst nach dem Verlegen des Rohres von kleinerem Durchmesser einführt und den Austragkopf zum Verlegen der Rohre größeren Durchmessers mit den ausgangsgrubenseitigen Enden des Rohres kleineren Durchmessers und des Schneckenförderers verbindet und in Richtung auf die Zielgrube vortreibt und die ausgetragene Erde in Richtung der Zielgrube abtransportiert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zum erdverdichtenden Vortrieb des Rohres kleineren Durchmessers ein Führungskopf (1) vorgesehen ist, der innerhalb eines Gehäuses (49) eine Vortriebs-Einheit (a) mit einem über Fluid-Leitungseinrichtungen (64, 66) und eine Steuereinheit (9) mit einer hydraulischen Antriebsquelle (10) verbundenen, in Längsrichtung ausfahrbaren und zurückziehbaren Vortriebskopf (25) sowie eine sich nach rückwärts an die Vortriebseinheit (a) anschließende Richtungs-Steuereinheit (b) und eine sich nach rückwärts an die Richtungs-Steuereinheit (b) anschließende Richtungs-Abtasteinheit (c) aufweist, welcher Führungskopf (1) ferner am führenden Ende des Gehäuses (45) zwischen diesem Gehäuse und dem Vortriebskopf (25) angeordnete erste kugelförmige Lagereinrichtungen (51), im rückwärtigen Bereich des Vortriebskopfes (25) angeordnete zweite kugelförmige Lagereinrichtungen (!50,79), die eine Schwenkbewegung des Vortriebskopfes (25) um den Mittelpunkt der ersten Lagereinrichtungen (51) gestatten, und im rückwärtigen Bereich der zweiten Lagereinrichtungen (50,79) angeordnete Schwenkeinrichtungen (80, 8t) zum Schwenken des Vortriebskopfes (25) umfaßt, und daß der Austragkopf (143) zum Verlegen der Rohre größeren Durchmessers in einem Gehäuse (146) einen über die Steuereinheit (9) hydraulisch mit der Antriebsquelle (10) verbundenen Hydraulikmotor (149), eine durch den Hydraulikmotor (149) angetriebene, mit dem Schneckenförderer (144,153) verbundene Schneckenförderer-Antriebswelle (152) und eine Messerwelle (159) aufweist, die über einen Getriebezug (154-158) mit einer Ausgangswelle (150) des Hydraulikmotors (149) in Antriebsverbindung steht und am vorderen Ende des

to

15

20

25

30 Austragkopfes wenigstens ein drehbares Messer (161) trägt, und daß der Austragkopf (143) eine Antriebsverbindung zum Anschluß des Schneckenförderers (144, 153) an die Schneckenförderer-Antriebswelle (152) sowie einen Anschlußbereich (165) zum Anschluß an das Rohr (2) von kleinerem Durchmesser aufweist, welcher Anschlußbereich (165) mit einem Einlaß (164) zum Überführen von Erde und Sand in eine Förderer-Kammer aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung einen ersten Schwenkzylinder (80) und einen zweiten Schwenkzylinder (81) umfaßt, die mit einem Phasenwinkel von 90° schwenkbar parallel zur Längsachse des Führungskopfes (1) angeordnet und mit einer allseitig schwenkbaren Buchse (55) verbunden sind, die das rückwärtige Ende des Vortriebskopfes (25) abstützt

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Schneckenförderer-Antriebswelle (152) des Austragkopfes (143) direkt mit dem Hydraulikmotor (149) verbunden ist und ein die Antriebswelle (152) umgebendes Lager in einem Lagergehäuse (160) untergebracht ist und daß die Messerwelle (159) das Lagergehäuse (160) hülsenförmig umgibt, über Lager in dem Gehäuse (146) abgestützt und mit einer von der Drehzahl der Schneckenförderer-Antriebswelle (15:2) abweichenden Drehzahl in entgegengesetzter Richtung drehbar ist