DE9002368U1

DE9002368U1 - Vortriebseinheit

Info

Publication number: DE9002368U1
Application number: DE9002368U
Authority: DE
Original assignee: Bilfinger und Berger Bau AG
Current assignee: Bilfinger SE
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1991-01-03
Anticipated expiration: 2000-03-02

Description

BILFINGER + BERGER " ' ' "" " MahnKeim, 20.02.1990
Bauaktiengesellschaft Carl-Reiß-Platz 1-5

3T-Per/usch - A 394

Vortrielie einheit

BESCERBIBUNG

"" "j Die Erfindung betrifft eise "^Tortri©fci;i3inh6it zur Hers teil?:, ag ein=sr zi?¹ genauen geradlinigen Bohru»v- im Vorpreß verfahren, die durch eine Verrohrung abgestützt .*;-f

Durch die DE-OS 3" 06 047 ist eine Einrichtung zum steuerbaren Vorpressen von Äohren bekannt. Vor einem Abstut&zgr;rohr ist ein Steuerkopf angeordnet. In diesem und im Abstützrohr befindet ß-c> eine Bohr-Förderschnecke, die das Abstützrohr ausfüllt. Sie ist mit einem großdurchmeßrig hohlen Achs rohr versahen, so daß hier hindurch ein Richtstrahl von der Startgrubenseite aus auf eine im Kopfbereich des Ächsrohres befestigte Zielscheibe gerichtet werden kann und Richtungsabweichungen des Bohrkopfes festgestellt werden können. Richtungskorrekturen des Bohrkopfes erfolgen durch Betätigung der Steuerzylinder. Der Vortrieb erfolgt nach dem Bodenentnahmeprinzip. Die Steuerleitungen für die Steuerzylinder werden ausgehend von der Startgrube außenseitig am Abstützrohr mitgeführt.

Durch die Monographie "Leitungstunnelbau" von Stein, Möllers, Bieleckle, Verlag Ernst und Sohn, Seite 73 ff, ist eine Einrichtung bekannt, die nach dem steuerbaren Pilotrohrverfahren arbeitet. Je nach anstehender Bodenart kommt bei der Pilot-

bohrung (0 150 nun) entweder ein nach dem Bodenverdrängungsprinzip oder nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitender steuerbarer Pilotkopf zur Anwendung. Der Bohrkopf hat Zylinderform und ist an seiner Vorderseite keilförmig abgeschrägt. Richcungskorrekturen erfolgen bei entsprechender Stellung der schrägen Vorderseite, wobei der ~iarkopf ohne Drehung vorgepreßt wird und eine Richtungsänderung in Richtung der Schräge ^r^olgt. Richtung kontroll en und -korrekturen erfolgen durch Beobachtung einer beleuchteten Zieltafel im Bohrkopf durch das hohle Bohrgestänge von der Preßgrube aus.

Nachteilig bei der erstgenannten Einrichtung der DE-OS 33 06 047 ist in erster Linie die Steuereinrichtung. Nach dem Einleiten eines Steuervorganges durch entsprechende Stellung des Steuerkopfes fährt die Vortriebseinrichtung noch eine gewisse Strecke in der falschen Richtung, d. h. sie reagiert sehr spät. Nachteilig sind ebenfalls die Steuerleitungen, die außerhalb des Abstützrohres geführt sind, und somit leicht beschädigt werden können. Weiterhin ist dieses Vortriebsverfahren für Vortriebe im Grundwasser ungeeignet, da der Bohrkopf nicht gegen Wasser absperrbar ist.

Die zweitgenannte Einrichtung weist den Nachteil auf, daß für Vortriebe in und außerhalb des Grundwassers verschiedene Bohrköpfe erforderlich sind.

Beide Einrichtungen weisen den Nachteil auf, daß Spüleinrichungen im Bohrkopfbereich gänzlich fehlen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vortriebeeinheit anzugeben, die es ermöglicht, wahlweise nach dem Bodenentnähme- oder nach dem Bodenverdrängungeprinzip zu arbeiten. Weiterhin sollen alle Zwischenstufen, also Teilentnahme und TeilVerdrängung ermöglich+·, werden. Außerdem soll beim Lösen und/oder Rückfördern des Bodenmaterials eine Spülung ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vortriebeeinheit ermöglicht viele Anwendungemöglichkeiten. Ein Hauptanwendungsgebiet ist das Herstellen verrohrter Bohrungen, in deren Schutz Ver- oder Entsorgungsleitungen jeglicher Art verlegt werden können. Die Schutzrohre können nach dem Verlegen im Boden verbleiben oder aber bei gleichzeitiger Ausfüllung der Hohlräume wieder gezogen werden. Als Verdämmungsmaterialien können hierbei beispielsweise Sand, Filtermaterial, hydraulisch abbindende Mischungen oder ähnliches verwendet werden. In bestimmten Anwendungsfällen ist es auch möglich, hinter der VortrieLiainheit sofort das Produktrohr einzubauen. Ein Anwendungsgebiet ist der Einbau von Vereisungsrohren im Schütze des abstützenden Rohres. Da bei diesem Anwendungsfall oft keine Zielgrube vorhanden ist, wird man bei Bohrungen im Grundwasserbereich den Bohrkopf abwerfbar gestalten, um beim Ziehen des Bohrgestänges den Bohrkopf als Abdichtelement am vorderen Ende des Schutzrohres zu belassen.

weiterhin ist mit der erfindungsgemäSen Bohreinheit die Herstellung von Injektionsbohrungen möglich. Auch hierbei wird der Bohrkopf abwerfbar gestaltet. Nach Erreichen der Endteufe wird der Bohrkopf abgeworfen, in das Schutzrohr ein I njekti ons -element, z. B. ein Packer, eingeführt, und beim Zurückziehen des Schutzrohres der verbleibende Hohlraum und die Hohlräume des umgebenden Bodenmaterials mit verfestigenden Materialien verpreßt. Die Bohreinheit in Verbindung mit einem abstützenden Schutzrohr ermöglicht auch die Herstellung von Bodenankern jeglicher Art. Auch die Herstellung von bewehrten und unbewehrten Bohrpfählen ist möglich. Hierbei wird beim Zurückziehen des Schutzrohres der verbleibende Hohlraum in bekannter Weise mit Beton verpreöt.

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Die bevorzugten Durchmesserbereiche der mit der Bohreinheit hirsteilbaren Bohrungen werden zwischen ca. 200 bis 800 mm liegen. Herstellbar sind Bohrungen in allen Raumrichtungen, also im Bereich senkrecht von oben nach unten bis senkrecht von
unten nach oben. Bohrversuche haben weiterhin gezeigt, daß Bohrtiefen von über 100 m problemlos bewältigt werden können mit Richtungsgenauigkeiten unter 0,2 %.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, die anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

iig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vortriebseinheit mit am Bohrgestänge angeschweißtem Bohrkopf

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vortriebseinheit der
Fig. 1

ng. j einen L·angsscnnl'C'C aurcn eine vorcrieoseinneii mn einem lösbaren Bohrkopf

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Vortriebseinheit der
( Fig. 3

Fig. 5 eine Seitenansicht auf einen abwerfbaren Bohrkopf

Fig. 6

und 7 einen Quer- und einen Längsschnitt durch den Bohrkopf der Fig. 5

Fig. 8 die Metalleiste 13

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Der Längsschnitt der Fig. 1 zeigt eine Vortriebseinheit mit einem Bobrkopf 1, der am Außenrohr 3. 1 des Bohrgestänges 3 angeschweißt ist. Diese Ausführungsform der Vortriebseinheit wird vorzugsweise angewandt, wenn der Bohrkopf 1 in einem Zielschacht ausgebaut werden kann. Das Bohrgestänge 3 besteht aus einem Außenrohr 3. 1 und dem Innenrohr 3. 2, die miteinander unverschieblich verbunden sind. Das Innenrohr 3. 2 dient alleine der Steuerung, Richtungskontrolle der Bohrung und der Feststellung der Drehst öl lung u»s Bönirkopreö i. Wichtig ist vor allem die Wasserdichtigkeit der Bohrgestängeverbindungen, damit das optische Meßverfahren jederzeit durchführbar ist. In der Nähe des vorderen Endes 5 des Innenrohres 3. 1 ist die Be.leuchtungseinheit 17 mit einer mit Leuchtdioden bestückten Zieltafel 6 befestigt. Die Leuchtdioden sind so angeordnet, daß jederzeit die Drehstellung des Bohrkopfes 1 und die Lage des Bohrkopfes 1 zur Sollbohrachse feststellbar ist. Die Zieltafel 1 kann jederzeit während des Bohrens über einen in der Vorpreßgrube positionierten Theodolithen anvisiert werden. Geringe Abweichungen des Bohrkopfes 1 von der Sollbohrachse können somit sofort korrigiert werden. Das Bohrgestänge 3 ist auf Längs1eisten 11, die am vorderen Ende des AuBenrohres 3. 1 befestigt sind; is Führugnsrchr 2 gslagsrt. Ir. Ssrührungsbereich cCsssr Bauteile ist insbesondere bei Bodenentnahme und Rückförderung durch den Ringraum 19 ein hoher Materialverschleiß vorhanden. Vorzugsweise werden deshalb die Längsleisten 11 und die Innenseite des Führungsrohres 2 an ihrer Oberfläche gehärtet oder gepanzert. Weiterhin können diese Bauteile auswechselbar sein. Der Normalvortrieb mit der Vortriebseinheit erfolgt mit kontinuierlich drehendem Bohrkopf 1. Die Begrenzungskanten der Stirnfläche 19 schürfen den anstehenden Boden ab. Der Schürfeffekt wird von den durch die Längsrillen 12 gebildeten Kanten auf der Mantelfläche des Bohrkopfes 1 unterstützt. Weiterhin haben die Längsrilen 12 die Funktion, bei Bodenentnahmebetrieb das abgebaute Bodenmaterial zum Ringraum 18 innerhalb des Führungsrohres 2 zu leiten. Der Weitertransport des Bodenmaterials erfolgt im Bereich der einzubauenden Verrohrung 4 über

eine Förderschnecke 20 zum VorpreOschacht. Über den Ringraum 8 kann dem vorderen Bereich der Vortriebseinheit ein Spülmeclium zugeführt werden. Die genaue Lage der Spülkanäle 9 und 10 kanfi den jeweiligen Bodenverhältnissen angepaßt werden. Die Spülkanäle 9 im Bohrkopf 1 sollen in erster Linie das Lösen das Bodenmaterials erleichtert. Di^ Spülkanäle 10 im Außenrohr 3. 1 dienen der Herstellung einer optimalen Fördersuspension aus Bodenmaterial und Spülmittel.

Als Spülmittel können Wasser, Luft, Waser-Luft-Gemische oder beispielsweise eine Bentonit-Suspenion eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Vortriebeeinheit mit der in Fig. 1 gezeigten Lage. In diesem Querschnitt sind zu sehen das Führungsrohr 2, das Außenrohr 3. 1 des Bohrgestänges 3, das dicht verschlossene Ende 5 des Innenrohres 3. 2, die am Außenrohr 3.2 befestigten Längsleisten 11 sowie der Kingraum 8 und der Ringraum 18.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vortriebseinheit mit einem lösbaren Bohrkopf 1. Der Bohrkopf 1 ist über eine Metallspindel 15 an einer Halteplatfe« 21 befestigt^ die is» AuBenrohr 3. 2 angeschweißt ist. Die Halteplatte 21 besitzt Durchlaßöfföffnungen 22 für das Spülmittel. Durch eine ringförmige Einkerbung an der Metallspindel 15 wurde eine Sollbruchstelle 16 geschaffen. Der abwerfbare Bohrkopf wird dort zum Einsatz gebracht, wo die Bohrungen nicht in einem Zie¹ &xgr;·"_: acht enden.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Vortriebseinheit der Fig. 3. Der Bohrkopf 1 besitzt eine Vi erkant verbindung 23 zum Außenrohr 3. 1 zur Übertragung des Drehmomentes des Bohrgestänges 3.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen in Seitenansicht und Schnitten ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel eines abwerfbaren Bohrkopfes 1. In Fig. 5 und 6 ist die Ausbildung der Längsrillen 12

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gezeigt. Die Mantelfläche 24 weist zwischen zwei Längsrillen 12 einen in UmIaufrichtung 25 ansteigenden Radius R2 > Ri auf, um die Reibungskräfte beim Bohren klein zu halten und das Bodenmaterial in die Längsrillen 12 zu befördern. Die Stirnfläche 19 weist eine Ausnehmung 26 auf, in die eine Metalleiste 13 mit Hartmetall-Reißzähnen 14 einsetzbar it. Die Hartmetall-Reißzähne 14 ermöglichen das Durchbohren von Hindernissen wie beispielsweise Betonfundamente, Mauerwerk oder Baumstämme. Die Hartmetalleiste 13 kann mit Schrauben 27 befestigt werden und ist damit auswechselbar. Die Hartmetalleiste 13 ist in Fig. 8 dargestellt.

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1 Bohrkopf

2 Führungsrohr

3 Bohrgestänge 3. 1 Außenrohr, 3. 2 Innenrohr

4 einzubauende Verrohrung

5 vorderes BMe 3©s Iimsnrohrss

6 mit Leuchtdioden bestückte Sieltafel

7 lange Seite des Bohrkopfes

<jL Neigungswinkel der langen Seite

c Freischnitt, Oberstand

h Vx lauf ds3 Bohr: kopfes 1 gegenüber dem Führungsrohr

a Abstand zwischen Bohrkopf und Innenrohr 3. 2 bzw. Ende

8 Ringraum

9 Spülkniiäle im Bohrkopf

10 Spülkanäle im Außenrohr 3.

11 Längsleisten

12 Längsrillen

13 Metalleiste

14 Hartmetall-Reißzähne

15 Metallspindel

16 Sollbruchstelle

17 Beieuchtungeeinheit

18 Ringraum

19 Stirnfläche des Bohrkopfes

20 Förderschnecke

21 Halteplatte

22 Durchlaßöffnungen

23 Vierkantverbindung

24 Mantelfläche dee Bohrkopfes

25 Umlaufrichtung

26 Ausnehmung

27 Schraube

Claims

BILFINGER + BESSER '··* ·'·' *"**·" Mannheim, 20.02.1990 Bauaktiengesellschaft Carl-Reiß-Platz 1-5

ZT-Per/usch - A 394 -

ANSPRÜCHE

A, Vertriebs einheit zur Herste- us ng ein© zielgenauen geradlinigen Boiriruncf 5m Vordreßverfahren, die äv.i'ch eine Verrohrung abgestützt ist,

gekennzeichnet durch:

a) einen an seiner Vorderseite keilförmig abgeschrägten Bohrkopf (1),

b) ein Führungsrohr (2), an das die einzubauende Verrohrung (4) ans chi lesbar ist und das als Lager für das an den Bohrkopf (1) angeschlossene Bohrgestänge (3) dient,

c) ein Bohrgestänge (3), bestehend aus dem AuBenrohr (3. 1), das an den Bohrkopf (1) abschließbar ist, und einem Innenrohr (3.2), das im AuBenrohr (3.1) unverschleblich befestigt ist und mit einem Abstand (a) vor diesem endet und an seinem Ende (5) dicht verschlosssen ist,

d) eine mit Leuchtdioden bestückte Zieltafel (6), die im Innenrohr (3.2) in der Näh· dessen vorderem Ende (S) angeordnet ist.

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2. Vortriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lange Seite (7) des Bohrkopfes (1) gegenüber der AuBenbegrenzung des Führungsrohres (2) mit einem Winkel (0^) nach außen geführt ist und dadurch beim drehenden Bobi-en vor dem Führungsrohr (2) sin tfohlrausi mit ©inem Freiiohnitt (c) herstellbar ist.

3. Vortriebsexnheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ira Ringraum (3) des Bohrgestänges (3) ein Spül medi um, z. B. Wasser, Luft, ein Wasser-Luft-Gemisch oder eine Suspension über Spülkanäle (9, 10) im Bohrkopf (1) und/oder im Außenrohr (3.1) des Bohrgestänges (3) zuführbar ist.

4. Vortriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bit 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (b) des Bohrkopfes (1) gegenüber dem Führungsrohr (2) veränderbar ist, so daß bei geringem Vorlauf (b) der Vortrieb durch Bodenverdrängung und bei großem Vorlauf (b) durch Bodenentnahme erfolgt, sowie alle Zwischenstufen einstellbar sind.

5. Vortriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ^n der Außenseite das Außenrohres (3.1) mehrere Längsleisten (11) angeordnet sind, die zusammen mit dem Führungsrohr (2) ein Drehlager bilden.

5. Vortriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daP die Berührungsflächen der Längeleisten (11) und dee Führungsrohres (2) gehärtet oder gepanzert sind.

7. Vortriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) Längsrillen (12), die 'aber den Umfang verteilt- angeordnet sind, aufweist.

8. Vortriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der abgeschrägten Vorderseite des Bohrkopfes (1) eine lösbare Metalleiste (13) angeordnet ist, die mit Hartmetall-Reißzahnen (14) ausgestattet ist.

9. Vortriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) nach dem Erreichen der Bndteufe der Bohrung abwerfbar ist.

10. Vortriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) mit einer Metal Is pi MeI (15), die eine Sollbruchstelle (16) aufweist, mit dem Bohrgestänge (3) verbunden ist, und die Sollbruchstelle (13) durch Vorpressen des Führungsrohres (2) und Zurückziehen des Bohrgestänges (3) zum Bruch gebracht wird.