"Werkwijze voor het onder diverse hoeken verwezenlijken van schachten en hierbij gebruikte inrichting"
Deze uivinding heeft betrekking op een werkwijze voor het onder diverse hoeken verwezenlijken van schachten.
Verschillende werkwijzen worden heden toegepast voor het aanleggen van schachten of boringen. Deze kunnen in drie hoofdgroepen worden onderverdeeld:
a) In alluviale gronden, o.m. in met water verzadigde gronden, worden één van de twee hiernagenoemde werkwijzen toegepast:
1. Door bevriezen worden de grondlagen gestabiliseerd waarna men de boorpunt door mechanisch uitgraven realiseert;
2. In de grondlagen worden bepaalde stoffen, o.m. waterglas, geïnjecteerd, waarna de eigenlijke boorput door mechanisch uitgraven wordt verwezenlijkt.
b) In kleiachtige of versteende gronden, ook nog in rotsen wordt de z.g. "fullfreesmethode" toegepast, gevolgd door het plaatsen van beschoeiingen; c) door spoelboren onder gebruikmaking van zeer zware boorinstallaties wordt eerst een boorgat verwezenlijkt en bij middel van bentoniet gestabiliseerd, waarna de schacht element na element wordt ingebouwd.
De hierbovenvernoemde werkwijzen hebben alle bepaalde nadelen waarvan de voornaamste hieronder worden samengevat.
De onder a en b geciteerde werkwijzen, in 't kort genoemd : "bevriezen" en "injecteren" zijn uiteraard duur en traag. Zij houden veel risico's in . Wat de z.g. "fullfreesmethode" betreft, deze is uitsluitend toepasbaar in versteende ondergrond of van grondwater vrije rots. Dergelijke grondstructuren zijn niet courant, en hoe ook, moet er van uitgegaan worden dat de door deze laatste methode verwezenlijkte boringen onder eigen stabiliteit open blijven staan.
Tenslotte moet de onder c genoemde werkwijze als zeer omslachtig en zeer duur worden beschouwd.
De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze en een daarbij te gebruiken inrichting voor te schrijven die geen van de hierbovengenoemde nadelen vertoont en het mogelijk maakt in alle grondstructuren boringen aan te brengen zonder beroep te moeten doen op zware, delikaat te hanteren, gereedschappen.
Om dit volgens de uitvinding mogelijk te maken, wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat men gebruik maakt van een snijkop met een daarbij aansluitende tussenkamer voor het vermengen van de met water verzadigde grond en een pompinrichting voor het verwijderen hiervan, men de stalen cilindrische behuizing voor deze aggregaten in de grond drukt door hierop, door middel van hydraulische vijzels, meerdere buizen vanaf een boven de grond verankerde persinrichting te persen en men middelen aanwendt om de in de aldus in de grond geperste buizen tegen de hydrostatische druk van het grondwater in ten opzichte van de persinrichting en dus van de grond te vergrendelen.
Steeds volgens de uitvinding schakelt men op regelmatige afstanden, tussen twee opeenvolgende buizen, een tussenstation in dat is uitgerust met hydraulische vijzels die het verder in de grond persen van de daaronder gelegen buizen verzekert, wanneer de boven de grond verankerde persinrichting niet meer bij machte is de reeds in de grond geperste buizen verder in de grond te duwen.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op de inrichting in het raam van deze werkwijze gebruikt.
Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een werkwijze voor het onder diverse hoeken verwezenlijken van schachten en van de daarbij gebruikte inrichting, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 is een schematische voorstelling van een boorinrichting gesteund op de werkwijze volgens de uitvinding. Figuur 2 vertoont een detail van de inrichting volgens figuur 1 in het stadium waarin een nieuwe buis is geplaatst en het persen van de buizen tijdelijk is gestopt. Figuur 3 vertoont op een grotere schaal een verder detail van de inrichting volgens de uitvinding.
De werkwijze volgens de uitvinding en de hierbij gebruikte inrichting worden gekenmerkt door de inschakeling van een snijkop 1 die onderaan in een stalen cilindrische behuizing 2 is gemonteerd. Aansluitend bij de snijkop 1 volgt de tussenkamer 3 met de nodige roerinrichting 4 voor het vermengen van de met water verzadigde grond. Op de tussenkamer 3 is de afvoerleiding 5 aangesloten. Op deze afvoerleiding 5 staat de pompinrichting 6 voor het verpompen van de grondspecie en het water. Om de tekening niet te overladen, werden de noodzakelijke onderdelen schematisch voorgesteld en tot hun minimum herleid. De afvoerleiding 5 is dan ook slechts gedeeltelijk voorgesteld en werd de stuurinrichting van de stalen cilindrische behuizing 2 met de snijkop 1 niet voorgesteld.
Op te merken valt dat deze onderdelen op zichzelf niet nieuw zijn en bekend zijn uit de techniek toegepast bij het horizontaal boren.
Kenmerkend voor de werkwijze volgens de uitvinding, is de wijze waarop deze booraggregaten, afgezien van de eigenschappen van de grondstructuur, thans tot onbeperkte dieptes, afhankelijk van de grondsoort kunnen worden geperst.
Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een boven de grond geïnstalleerde persinrichting 7 die hoofdzakelijk bestaat uit twee verticale geleidingen 8 die onderaan op het beton steunmassief 9 rusten, en bovenaan verbonden zijn door een dwarsbalk 10 op de onderzijde van dewelke de hydraulische vijzels 11 zijn bevestigd.
De hydraulische vijzels 11 zijn onderaan verbonden met een lichaam 12 dat onder tussenkomst van een ring 13 de nodige druk op een in de grond te persen buis 14 overbrengt.
De schacht wordt dus gevormd door de boven elkaar gestapelde en in de grond hydraulisch gedrukte buizen 14, wat een tweede zeer belangrijk kenmerk van de uitvinding vormt.
In figuur 1 worden meerdere dergelijke buizen 14 boven elkaar voorgesteld, terwijl figuur 2 een buis 14' laat zien die zich boven de laatste door de persinrichting in de grond gedrukte buis 14 bevindt. De hydraulische vijzels 11 zijn hierbij ingetrokken.
Om de hydraulische vijzels 11 toe te laten de nodige persdruk uit te oefenen, is de persinrichting door trekankers
15, trekstangen 16 en armen 17 in de grond en aan het steunmassief 9 verankerd. De diepte waarop de trekankers zijn verankerd, hangt af van de bodemstructuur.
Om de nodige buizen over de lengte van de schacht tegen de werking in van de hydrostatische druk in de grond te kunnen persen, wordt nog gebruik gemaakt van een vergrendelingsinrichting.
Een dergelijke vergrendelingsinrichting, met de verwijzing 18 duidelijk gemaakt, is boven het steunmassief 9 aangebracht. Het is uitgerust met hydraulische vijzels 18' die minstens langs twee tegenover elkaar liggende zijden een reeds voor een deel in de grond geperste buis 14 geklemd houden, zodat de hydraulische vijzels 11 het lichaam 12 terug naar omhoog kunnen brengen. Duidelijk oefent het grondwater geen hydrostatische druk op een open buis 14 maar wel op een reeds gevormde waterdichte schacht die onderaan eindigt met de reeds genoemde aggregaten, t.w. de snijkop 1 en de andere noodzakelijke onderdelen die in de cilindrische stalen behuizing 2 zijn gemonteerd. Het is om te voorkomen dat de in vorming zijnde schacht door de hydrostatische druk omhoog zou worden gedrukt, dat de hogerbedoelde vergrendelingsinrichting 18 werd voorzien.
Tijdens het geklemd houden van de bovenste buis 14, en dus van de daarbijhorende schacht, kan de buis 14' gepositionneerd worden zoals figuur 2 dit duidelijk maakt. Na het "ontgrendelen" van de geklemde buis 14 kan terug de nodige persdruk door de hydraulische vijzels 11 worden uitgeoefend en kan het boren verder worden doorgezet.
Op bepaalde afstanden tussen meerdere buizen 14 worden z.g. "tussenstations" 19 ingeschakeld. Wanneer inderdaad de lengte van de aangeboorde schacht, m.a.w. de lengte van de in de grond geperste buizen, zo groot wordt dat de hydraulische vijzels 11 van de persinrichting 7 in bepaalde omstandigheden niet meer bij machte zijn de buizen verder in de grond te persen, wordt op deze tussenstations 19 beroep gedaan. Elk tussenstation 19, bestaande uit een stalen cilinder 20 is met meerdere hydraulische vijzels 21 uitgerust. De hydraulische vijzels 21 steunen onderaan op een ring 22 die zelf op een buis 14 rust, en drukken bovenaan op een gelijkaardige metalen ring 23, waarop een buis 14 rust.
De buizen 14 vertonen ter hoogte van de stalen cilinder 20 een verminderde dikte zodat de buitendiameter van een stalen cilinder 20 steeds gelijk is aan de normale buitendiameter van een buis 14 en in zekere mate steeds gelijk is aan de binnendiameter van de boring zelf. Elk tussenstation 19 bestaat nog uit een kleine stalen ring 24 die op een ring 22 is gelast en telescopisch met de stalen ring 20 samenwerkt. Zowel tussen de stalen ringen 20 en 24 (onderaan) als tussen dezelfde stalen ring 20 en een buis 14 (bovenaan) zijn dichtingsringen 25 voorzien die insijpeling van grondwater moeten verhinderen.
Wordt nu de bovenste buis 14 van een buizenreeks door de hydraulische vijzels 11 onder druk gehouden, dan kan verder de nodige druk op de daaronder gelegen buizen 14 door de vijzels 21 van een tussenstation 19 worden uitgeoefend. Een tussenstation 19 kan dan in de vereiste stand worden vergrendeld, hetzij door:
a) het blokkeren van de hydraulische vijzels
21 door het op klassieke wijze sluiten van de hydraulische terugvoerleidingen van deze vijzels; b) het mechanisch vergrendelen van de vijzels door op het beweegbare gedeelte van de vijzels voorziene klammen in te werken.
Deze met hydraulische vijzels 21 uitgeruste tussenstations 19 zijn voorzien om de buizen tegen de reeds genoemde hydrostatische druk van het grondwater in de grond te persen. Ook wrijving tussen de buitenmantel van de buizen 14 en de omringende grondmassa's kan er de oorzaak van zijn dat tussenstations dienen te worden ingeschakeld om, door middel van de daarin gemonteerde vijzels, het neerwaarts persen van de buizen 14 mogelijk te maken. De slaglengte of koers van de vijzels 21 is natuurlijk kleiner dan de lengte van het gedeelte van de stalen cilinder 20 dat in contact staat met de in deze cilinder geschoven buis 14.
Uit de hierboven beschreven werkwijze voor het verwezenlijken van verticale schachten en van de daarbijhorende apparatuur blijkt dat op grote dieptes boringen kunnen worden uitgevoerd waarbij de buizen tegelijkertijd dienst doen om de nodige druk naar het boorfront, t.w. naar de stalen cilindrische behuizing 2 over te brengen en om als definitieve schacht dienst te doen.
Het is duidelijk dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven beschreven uitvoeringvorm en dat vele wijzigingen hieraan zouden kunnen worden aangebracht zonder buiten het raam van de octrooiaanvrage te treden.
"Method for realizing shafts at various angles and device used for this"
This invention relates to a method for realizing shafts at various angles.
Various methods are used today for making shafts or bores. These can be divided into three main groups:
(a) In alluvial soils, including water-saturated soils, one of the two methods described below shall be used:
1. The soil layers are stabilized by freezing, after which the drilling point is realized by mechanical excavation;
2. In the soil layers, certain substances, including water glass, are injected, after which the actual well is realized by mechanical excavation.
b) In clayey or petrified soils, also in rocks, the so-called "full-milling method" is applied, followed by the installation of revetments; c) by drilling, using very heavy drilling rigs, a borehole is first created and stabilized by bentonite, after which the shank is built in element after element.
The above-mentioned methods all have certain drawbacks, the main ones of which are summarized below.
The methods cited under a and b, briefly called "freezing" and "injecting" are, of course, expensive and slow. They involve many risks. As far as the so-called "full-milling method" is concerned, it can only be used in petrified surfaces or rock free from groundwater. Such ground structures are not common, and in any case, it must be assumed that the drillings realized by the latter method remain open under their own stability.
Finally, the method mentioned under c must be regarded as very laborious and very expensive.
The object of the invention is now to prescribe a method and an apparatus to be used therewith which does not have any of the above-mentioned drawbacks and makes it possible to drill holes in all soil structures without having to rely on heavy, delicate tools to be handled.
To make this possible according to the invention, the method according to the invention is characterized in that a cutting head with an adjoining intermediate chamber is used for mixing the water-saturated soil and a pumping device for removing it, the steel cylindrical housing for these aggregates is pressed into the ground by pressing several pipes on it from a press anchored above ground by means of hydraulic jacks and means are used to counteract the hydrostatic pressure of the groundwater in the pipes thus pressed into the ground. lock to the pressing device and thus to the ground.
According to the invention, an intermediate station is equipped at regular intervals between two successive pipes, which is equipped with hydraulic jacks, which ensures that the pipes below are pressed further into the ground when the pressing device anchored above the ground is no longer capable of push the pipes already pressed into the ground further into the ground.
The invention also relates to the device used in the context of this method.
Other details and advantages of the invention will become apparent from the following description of a method for realizing shafts at various angles and of the device according to the invention used therewith. This description is given by way of example only and does not limit the invention. The reference numbers refer to the attached figures.
Figure 1 is a schematic representation of a drilling device based on the method according to the invention. Figure 2 shows a detail of the device of Figure 1 at the stage where a new tube has been placed and the pressing of the tubes has been temporarily stopped. Figure 3 shows on a larger scale a further detail of the device according to the invention.
The method according to the invention and the device used here are characterized by the activation of a cutting head 1 which is mounted at the bottom in a steel cylindrical housing 2. The intermediate chamber 3 follows the cutting head 1 with the necessary stirring device 4 for mixing the water-saturated soil. The discharge pipe 5 is connected to the intermediate chamber 3. The pump device 6 stands on this discharge pipe 5 for pumping the soil mortar and the water. In order not to overload the drawing, the necessary parts were schematically presented and reduced to their minimum. The discharge pipe 5 is therefore only partially shown and the control device of the steel cylindrical housing 2 with the cutting head 1 has not been shown.
It should be noted that these parts are not new in themselves and are known from the art used in horizontal drilling.
Characteristic of the method according to the invention is the manner in which these drilling aggregates can now be pressed to unlimited depths, depending on the type of soil, apart from the properties of the soil structure.
For this purpose use is made of a press device 7 installed above the ground, which mainly consists of two vertical guides 8 resting at the bottom on the concrete supporting mass 9, and connected at the top by a cross beam 10 on which the hydraulic jacks 11 are fixed.
The hydraulic jacks 11 are connected at the bottom to a body 12 which transmits the necessary pressure to a tube 14 to be pressed into the ground by means of a ring 13.
The shaft is thus formed by the tubes 14 stacked one above the other and hydraulically pressed into the ground, which is a second very important feature of the invention.
In Figure 1, several such tubes 14 are shown one above the other, while Figure 2 shows a tube 14 'located above the last tube 14 pressed into the ground by the pressing device. The hydraulic jacks 11 are hereby retracted.
To allow the hydraulic jacks 11 to exert the necessary pressing pressure, the pressing device is through tension anchors
15, tie rods 16 and arms 17 anchored in the ground and on the supporting mass 9. The depth at which the anchors are anchored depends on the soil structure.
A locking device is still used to press the necessary pipes along the length of the shaft against the action of the hydrostatic pressure in the ground.
Such a locking device, indicated with reference 18, is arranged above the supporting mass 9. It is equipped with hydraulic jacks 18 'which clamp at least on two opposite sides a tube 14 which has already been partly pressed into the ground, so that the hydraulic jacks 11 can bring the body 12 back up. The groundwater clearly does not exert hydrostatic pressure on an open pipe 14 but on an already formed watertight shaft that ends at the bottom with the aggregates already mentioned, i.e. the cutting head 1 and the other necessary parts mounted in the cylindrical steel housing 2. It is to prevent the shaft in formation from being pushed up by the hydrostatic pressure that the above-mentioned locking device 18 was provided.
While the top tube 14, and thus the associated shaft, is clamped, the tube 14 'can be positioned as shown in Figure 2. After the "unlocked" of the clamped tube 14, the necessary pressing pressure can again be exerted by the hydraulic jacks 11 and the drilling can be continued.
So-called "intermediate stations" 19 are switched on at certain distances between several tubes 14. When indeed the length of the tapped shaft, in other words the length of the pipes pressed into the ground, becomes so great that the hydraulic jacks 11 of the pressing device 7 are no longer able, in certain circumstances, to push the pipes further into the ground, 19 stations were called upon. Each intermediate station 19, consisting of a steel cylinder 20, is equipped with several hydraulic jacks 21. The hydraulic jacks 21 support at the bottom on a ring 22 which itself rests on a tube 14, and press at the top on a similar metal ring 23, on which a tube 14 rests.
The tubes 14 have a reduced thickness at the level of the steel cylinder 20, so that the outer diameter of a steel cylinder 20 is always equal to the normal outer diameter of a tube 14 and to some extent always the inner diameter of the bore itself. Each intermediate station 19 still consists of a small steel ring 24 which is welded to a ring 22 and cooperates telescopically with the steel ring 20. Sealing rings 25 are provided between the steel rings 20 and 24 (at the bottom) and between the same steel ring 20 and a pipe 14 (at the top), which are to prevent seepage of groundwater.
If the upper pipe 14 of a series of pipes is now kept under pressure by the hydraulic jacks 11, the necessary pressure can further be exerted on the pipes 14 located below by the jacks 21 of an intermediate station 19. An intermediate station 19 can then be locked in the required position, either by:
a) blocking the hydraulic jacks
21 by closing the hydraulic return lines of these jacks in a classical manner; b) mechanically locking the jacks by acting on claws provided on the movable part of the jacks.
These intermediate stations 19, equipped with hydraulic jacks 21, are provided for pressing the pipes into the ground against the hydrostatic pressure of the groundwater already mentioned. Friction between the outer casing of the tubes 14 and the surrounding ground masses may also cause intermediate stations to be engaged to allow the tubes 14 to be pressed down by means of the jacks mounted therein. The stroke length or course of the jacks 21 is of course smaller than the length of the part of the steel cylinder 20 which is in contact with the tube 14 slid into this cylinder.
The method described above for realizing vertical shafts and the associated equipment shows that drilling can be carried out at great depths, the pipes simultaneously serving to provide the necessary pressure to the drilling front, i.e. to the steel cylindrical housing 2 and to act as a final shaft.
It is clear that the invention is not limited to the above-described embodiment and many modifications could be made to it without departing from the scope of the patent application.