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EP0578034B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung Download PDF

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EP0578034B1
EP0578034B1 EP93109815A EP93109815A EP0578034B1 EP 0578034 B1 EP0578034 B1 EP 0578034B1 EP 93109815 A EP93109815 A EP 93109815A EP 93109815 A EP93109815 A EP 93109815A EP 0578034 B1 EP0578034 B1 EP 0578034B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
head
expanding head
rod assembly
borehole
expanding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93109815A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0578034A1 (de
Inventor
Franz-Josef Püttmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tracto Technik GmbH and Co KG
Original Assignee
Tracto Technik GmbH and Co KG
Tracto Technik Paul Schmidt Spezialmaschinen KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tracto Technik GmbH and Co KG, Tracto Technik Paul Schmidt Spezialmaschinen KG filed Critical Tracto Technik GmbH and Co KG
Publication of EP0578034A1 publication Critical patent/EP0578034A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0578034B1 publication Critical patent/EP0578034B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/002—Down-hole drilling fluid separation systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/201—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes with helical conveying means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing an earth hole for trenchless laying of lines, in which a pilot hole of relatively small diameter is first produced and this pilot hole is finally widened to a cross section which allows a product pipe to be drawn in or pushed in.
  • European patent application 0 247 767 describes a method for producing an earth borehole with the aid of a drill head arranged at the free end of a tubular rod, for example.
  • the rod is connected to a feed and rotary drive and rotates the drill head through the soil.
  • the drill head is provided with an inclined surface pointing in the direction of advance and produces a kind of pilot bore which is expanded in the same operation, ie in the direction of advance. This is done with the help of a conical expansion head arranged behind the drill head in the direction of advance, which forms a structural unit with the drill head.
  • Two-stage methods are also known, in which a pilot hole is first produced with the aid of a self-driven ram boring machine of smaller diameter, as is known, for example, from German patent specification 21 57 259, and this is then counter-driven with the aid of a more or less conical or egg-shaped tool is expanded.
  • this tool must be pulled with a rope through the pilot hole against the working direction of the ram boring machine and therefore requires a special drive unit.
  • such expanding heads only laterally displace the soil surrounding the pilot hole and are therefore only suitable for well-cohesive soils or sandy soils without stones.
  • their speed of advance is comparatively slow in view of the required displacement work.
  • the invention is therefore based on the object of providing a likewise two-stage method and a device which not only avoid the aforementioned disadvantages of the conventional methods and devices, but also allow expansion without substantially any displacement work.
  • the solution to this problem consists in a method in which, with the aid of a drill head arranged at the end of a driven rotating rod, a pilot hole is first produced, the drill head by a wedge-shaped widening head made of a cylindrical part with at least one helically extending circumferential or conveying groove arranged on its jacket and an inclined surface at its end pointing in the working direction is replaced and with the expanding head against the direction of advance the soil surrounding the pilot hole is peeled off by the expanding head rotated by means of the rotating rod and the soil is removed via the groove peripherally against the direction of advance. Accordingly, only a single drive unit arranged in a starting pit is used both in the production of the pilot bore and in the expansion thereof, and only the drilling head needs to be replaced by an expanding or peeling head between the two working phases.
  • the expanding head is rotated with the help of the rod and thus peels the soil surrounding the pilot hole, which counteracts with the help of a detergent the direction of advance, ie can be removed through the enlarged bore.
  • a device with a rotating rod, an exchangeable drill head at the free end of the rod for producing a pilot hole, an exchangeable, wedge-shaped, rotationally driven expanding head for producing an expanded hole by peeling off the soil surrounding the pilot hole from a cylindrical one is particularly suitable for carrying out the method according to the invention Part with at least one helical circumferential or conveying groove arranged on its casing and an inclined surface at its end pointing in the working direction.
  • the linkage can also be provided with a thrust drive in order to accelerate the advance during both drilling and peeling.
  • the expanding head can be connected to a conveyor or product pipe, via which the soil detached from the expanding head can be removed, for example, if a flushing agent is introduced into the delivery or product tube via a tubular rod and is inserted between the expanding head and the delivery pipe
  • Adapter piece with at least one inlet opening for the ground is arranged.
  • a deflector can be arranged in front of this opening in order to prevent the opening or the delivery pipe from becoming blocked by larger stones.
  • the removal of the soil through the delivery pipe can be improved further if detergent nozzles are located on the expansion head and / or in the area of the inlet opening of the adapter piece are arranged, which act as injectors and, as it were, suck the soil into the interior of the adapter.
  • the drive unit is located in a starting pit 1 and is described in detail in German Offenlegungsschrift 41 03 196; it essentially consists of a carriage 2 with a thrust and impact drive 3 and a rotary drive 4 for a linkage 5 on a carriage 6.
  • a drill head 7 for producing a pilot hole 8 in the soil 9 to be traversed.
  • This drill head 7 is detachably fastened to the rod 5 and is exchanged in a target pit for an expansion head 11 with a product pipe 12 .
  • the linkage 5 moves with the expanding head 11 and the product tube 12 against the direction of advance through the Pilot hole and in this way creates an earth hole 13 with a cross section substantially corresponding to the diameter of the expander head 11, through which the soil loosened from the expander head is discharged mechanically or by means of a flushing liquid in a manner not shown.
  • the expansion head is wedge-shaped and has an inclined surface 16 with a cutting plate 17 at the front end and an axial bore 18 through which a rod piece 5 extends, which is detachably connected to the rest of the rod in a manner not shown. Further cutting plates 19 are located on one side of the expansion head, the edges of which can be armored with a wear-resistant material.
  • the expansion head 11 is provided with grooves 20. Blocking of the product or delivery pipe 12 and the adapter 14 prevent deflectors 21 arranged in front of the adapter 14 in the working direction, which prevent larger stones from penetrating into the inlet openings or the adapter.
  • a pilot bore can be produced in a simple manner in two working phases with a single drive unit and then widened to the diameter required for the product tube while simultaneously pulling in a product tube.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Gestänge kann zusätzlich mit einem Schubantrieb versehen sein, um den Vortrieb sowohl beim Bohren als auch beim Schälen zu beschleunigen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich in zwei Arbeitsphasen mit einem einzigen Antriebsaggregat auf einfache Weise eine Pilotbohrung herstellen und anschließend bei gleichzeitigem Einziehen eines Produktrohrs auf den für das Produktrohr erforderlichen Durchmesser aufweiten.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Erdbohrung, bei dem
    - 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.
  2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit
    - 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.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitkopf (11) mit einem Förderrohr (12) verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr (12) mit einem rohrförmigen Gestänge (5) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gestänge (5) an eine Spülmittelquelle angeschlossen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufweitkopf (11) und dem Förderrohr (12) ein Adapterstück (14) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohles Adapterstück (14) mindestens eine Eintrittsöffnung (15) besitzt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Öffnung (15) ein Abweiser (21) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Öffnung (15) Injektordüsen angeordnet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Aufweitkopf (11) Spülmitteldüsen angeordnet sind.
EP93109815A 1992-06-24 1993-06-19 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung Expired - Lifetime EP0578034B1 (de)

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DE4220430A DE4220430C2 (de) 1992-06-24 1992-06-24 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Erdbohrung
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EP0578034A1 EP0578034A1 (de) 1994-01-12
EP0578034B1 true EP0578034B1 (de) 1997-10-15

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