DE10029476A1

DE10029476A1 - Bohrvorrichtung

Info

Publication number: DE10029476A1
Application number: DE10029476A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kaiser; Thomas Studer
Original assignee: Herrenknecht AG
Current assignee: Herrenknecht AG
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-01-18
Also published as: DE29912404U1

Abstract

Eine Bohrvorrichtung umfasst ein Schild (1), in dem eine eine Werkzeugscheibe (3) tragende Antriebswelle (2) drehbar angeordnet ist, mindestens einen Antriebsmotor (20) zum Antreiben der Antriebswelle (2), eine hinter der Werkzeugscheibe (3) angeordnete Zellenwand (4), die von der Werkzeugscheibe (3) abgebautes Bohrgut aufnehmende Zellen (41) aufweist, und eine eine hinter der Zellenwand (4) angeordnete Förderleitung (5) mit einem der Zellenwand (4) zugewandten Aufnahmeende (51) aufweisende Fördereinrichtung zum Wegfördern des Bohrguts aus den Zellen (41). Erfindungsgemäß ist das Aufnahmeende (51) der Förderleitung (5) derart bewegbar angeordnet, dass es an allen Zellen (41) vorbeibewegbar ist, so dass das in den Zellen (41) vorhandene Bohrgut sukzessive weggefördert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvor richtung, wie sie im Oberbegriff des unabhängigen Patentan spruchs 1 definiert ist.

Beispielsweise zum unterirdischen Verlegen von Rohren die nen Bohrvorrichtungen, die einen Vortrieb in einer horizon talen oder schrägen Richtung ohne manuellen Eingriff erlau ben. Der Bohrkopf wird von einer Startbaugrube aus mittels einer hydraulischen Presseneinheit vorgetrieben und schnei det eine Bohrung in das Erdreich oder das Gestein, deren Durchmesser demjenigen der nachgeschobenen Produktrohre entspricht. Er umfasst im wesentlichen ein zylinderförmiges Schild, in dem eine eine Werkzeugscheibe mit Abbauwerkzeu gen tragende Antriebswelle drehbar angeordnet ist, die von einem oder mehreren Antriebsmotoren angetrieben wird. Das am Kopfende anfallende Bohrgut muss mittels einer geeigne ten Fördereinrichtung nach rückwärts zur Startbaugrube und von dort aus nach über Tage weggefördert werden.

Bekannt ist die Verwendung von Schneckenförderern, die das Bohrgut bis zur Startbaugrube fördern. Dieses muss dann aber noch aus der Startbaugrube herausgehoben werden, was mit zusätzlicher Arbeit verbunden ist.

Ausserdem werden auch hydraulische oder pneumatische För dersysteme eingesetzt. Bei der hydraulischen Spülförderung wird beispielsweise Wasser über eine Speiseleitung durch eine Schottwand hindurch in den Bohrkopf bis an die Werk zeugscheibe gepumpt. Der beim Bohrbetrieb entstehende dünn flüssige Schlamm wird mittels einer vorne in der Bohrvor richtung installierten Pumpe über eine Förderleitung in ein über Tage aufgestelltes Absetzbecken weggepumpt. Durch ent sprechende Steuerung des Drucks im Wasservor- bzw. -rück lauf kann im Raum zwischen der Schottwand und der Werkzeug scheibe ein Druck aufgebaut werden, der etwas über dem sta tischen Druck des Grundwassers liegt, so dass die Werkzeug scheibe geschützt wird und ein unkontrollierter Schlammab fluss verhindert wird.

Ein Nachteil der im DE-GM 92 09 545.3 beschriebenen pneuma tischen Förderung liegt bei Anlagen im Saugbetrieb in der Einschränkung, dass sie nur oberhalb des Grundwasserspie gels arbeiten können. Bei diesen Fördereinrichtungen ist die Förderleitung in den Raum zwischen der Schottwand und der Werkzeugscheibe hineingeführt. Der Lufteintritt erfolgt durch eine Öffnung im oberen Bereich der Schottwand. Wäh rend des Saugbetriebs stellt sich an der Werkzeugscheibe ein Unterdruck ein, so dass beim Bohren im Grundwasserbe reich das Grundwasser unkontrolliert einströmen und abge saugt würde. Fliesssände würden mitgerissen und ebenfalls abgesaugt. Dadurch könnten aber unkontrollierbare Hohlräume vor der Werkzeugscheibe entstehen, die zu Bodensetzungen führen können, was unter allen Umständen vermieden werden muss.

Im DE-GM 94 15 536.4 wird daher vorgeschlagen, hinter der Werkzeugscheibe und einem Exzenterbrecher, aber noch vor der Schottwand, ein ebenfalls auf der Antriebswelle ange ordnetes und von dieser angetriebenes Zellenrad anzubrin gen, das in seinem äusseren Bereich rund herum verteilt Zellen aufweist, die von der Werkzeugscheibe abgebautes Bohrgut aufnehmen. Die hinter dem Zellenrad drehfest ange ordnete Förderleitung weist ein mehreren der Zellen zuge wandtes Aufnahmeende auf. Die von hinter dem Zellenrad her kommende Förderluft wird durch einen Kanal aussen um das Zellenrad herum geführt und durch eine Umlenkeinrichtung von vorne in die erwähnten mehreren Zellen eingeströmt und von dort zusammen mit dem vorhandenen Bohrgut über die För derleitung abgesaugt. Durch das Drehen des Zellenrads wer den gleichzeitig einige Zellen von der Werkzeugscheibe her mit Bohrgut gefüllt und andere Zellen mittels Förderluft über die Förderleitung entleert. Dadurch, dass getrennte Zellen vorhanden sind und eine Zelle nicht gleichzeitig mit Bohrgut gefüllt und entleert wird, kann keine grössere Schlammmenge direkt von der Werkzeugscheibe her in die För derleitung gesaugt werden und die Bohrvorrichtung ist daher auch unter dem Grundwasserspiegel einsetzbar.

Ein Nachteil der im DE-GM 94 15 536.4 beschriebenen Bohr vorrichtung besteht darin, dass aufgrund des rotierenden Zellenrads die Förderluft aussen um das Zellenrad herum zu den Zellen geführt werden muss und der Antrieb der An triebswelle in der Folge innen auf einen kleinen Durchmes ser erfolgt, wodurch die ganze Antriebseinrichtung relativ lang gebaut werden muss.

Angesichts der Nachteile der bisher bekannten, oben be schriebenen Bohrvorrichtungen liegt der Erfindung die fol gende Aufgabe zugrunde. Zu schaffen ist eine Bohrvorrich tung der eingangs erwähnten Art, die auch unter dem Grund wasserspiegel einsetzbar ist und vergleichsweise kurz ge baut werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Bohrvorrich tung gelöst, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 defi niert ist. Bevorzugte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass eine Bohrvor richtung ein Schild umfasst, in dem eine eine Werkzeug scheibe tragende Antriebswelle drehbar angeordnet ist. Zum Antreiben der Antriebswelle ist mindestens ein Antriebsmo tor vorhanden. Hinter der Werkzeugscheibe ist eine Zellen wand angeordnet, die von der Werkzeugscheibe abgebautes Bohrgut aufnehmende Zellen aufweist. Die Bohrvorrichtung umfasst ausserdem eine Fördereinrichtung, die eine hinter der Zellenwand angeordnete Förderleitung mit einem der Zel lenwand zugewandten Aufnahmeende zum Wegfördern des Bohr guts aus den Zellen aufweist. Das Aufnahmeende der Förder leitung ist derart bewegbar angeordnet, dass es an allen Zellen vorbeibewegbar ist, so dass das in den Zellen vor handene Bohrgut sukzessive weggefördert wird.

Dadurch, dass das Aufnahmeende der Förderleitung bewegbar ist und die Zellenwand sich nicht dreht, kann die Förder luft von hinten durch die Zellenwand hindurch und dann von vorne zu den Zellen geführt werden. Aufgrund des nun zur Verfügung stehenden Platzes kann der Antrieb der Antriebs welle aussen auf einen grossen Durchmesser erfolgen, wo durch die ganze Antriebseinrichtung relativ kurz gebaut werden kann.

Im folgenden wird die erfindungsgemässe Bohrvorrichtung un ter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von drei Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 - schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der er findungsgemässen Bohrvorrichtung, bei dem das ab gebaute Bohrgut über eine Förderleitung abgesaugt wird;

Fig. 2 - einen Längsschnitt durch den Bohrkopf der Bohrvor richtung von Fig. 1;

Fig. 3 - eine Ansicht von vorne des Bohrkopfs von Fig. 2;

Fig. 4 - eine Schnittansicht des Bohrkopfs gemäss der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 5 - eine Schnittansicht des Bohrkopfs gemäss der Linie B-B in Fig. 2;

Fig. 6 - eine Schnittansicht des Bohrkopfs gemäss der Linie C-C in Fig. 2;

Fig. 7 - schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Bohrvorrichtung, bei dem das abgebaute Bohrgut mittels Druck über die Förder leitung weggefördert wird; und

Fig. 8 - schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Bohrvorrichtung, bei dem das abgebaute Bohrgut mittels eines flüssigen Trans portmediums über die Förderleitung weggefördert wird.

Fig. 1

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäs sen Bohrvorrichtung befinden sich in einem horizontalen Tunnel im Erdreich 90 ein Bohrkopf 150 und an diesem hinten anschliessend drei Produktrohre 8. Die Produktrohre 8 und der Bohrkopf 150 werden mittels einer in einer Startbaugru be 9 angeordneten hydraulischen Presseneinheit 7 mit einem aus der dargestellten Position nach vorne verschiebbaren Presszylinder 74 unter gleichzeitigem Abbau von Bohrgut nach vorne getrieben. Erreicht der Presszylinder 74 seine vordere Endstellung, wird er ohne Produktrohre 8 in seine hintere Endstellung zurückverschoben. Zwischen das hinter ste Produktrohr 8 und den Presszylinder 74 wird dann ein neues Produktrohr 8 eingelegt und der Presszylinder 74 wird anschliessend wieder nach vorne verschoben. Die Bewegung des Presszylinders 74 wird von einem Betriebscontainer 71 aus über eine hydraulische Leitung 72 gesteuert. Vom Be triebscontainer 71 aus wird ausserdem über eine elektrische Leitung 73 auch der Bohrkopf 150 gesteuert.

Die Wegförderung des abgebauten Bohrguts aus dem Bohrkopf 150 erfolgt über eine Förderleitung 5, die sich vom Bohr kopf 150 aus durch die Produktrohre 8 hindurch aus der Startbaugrube 9 hinaus in einen Abscheider 110 erstreckt. Im Betrieb wird mittels eines Saugaggregats 100 über eine Saugleitung 120 und den Abscheider 110 in der Förderleitung 5 ein Unterdruck erzeugt, so dass das abgebaute Bohrgut aus dem Bohrkopf 150 abgesaugt wird. Im als solchem bekannten Abscheider 110 wird das Bohrgut von der Förderluft abge schieden. Zur Verhinderung einer Verschmutzung ist das Saugaggregat 100 mit einer Filtereinheit versehen.

Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festle gung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeu tigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zuge hörigen Beschreibungstext nicht erläutert, so wird auf de ren Erwähnung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen.

Fig. 2 bis 6

Der Bohrkopf 150 umfasst ein hohlzylinderförmiges Schild 1, in dem eine Antriebswelle 2 über ein Wälzlager 21 drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Antriebswelle 2 erfolgt über drei am Schild 1 befestigte Antriebsmotoren 20, deren ro tierende Motorenwellen 23 an relativ weit aussen liegenden Mitnehmern 22 der Antriebswelle 2 ansetzen. Fest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist eine Werkzeugscheibe 3, die verschiedene Abbauwerkzeuge 31, 32 und vier Abführöffnungen 33 zur Abführung des abgebauten Bohrguts aufweist. Zur Be netzung des Bohrguts sind auf der Werkzeugscheibe 3 mehrere nach vorne gerichtete Hochdruckdüsen 6 angebracht. Weitere Hochdruckdüsen 6, welche zur Reinigung der Vorrichtung die nen, befinden sich am Schild 1 und an der Antriebswelle 2.

Zwischen der Werkzeugscheibe 3 und der Antriebswelle 2, die im Bohrbetrieb beide rotieren, ist eine fest mit dem Schild 1 verbundene und somit nicht rotierende Zellenwand 4 ange ordnet, durch deren Mitte sich die Antriebswelle 2 und die Werkzeugscheibe 3 erstrecken. Die Zellenwand 4 weist vorne und hinten offene Zellen 41 auf, die von der Werkzeugschei be 3 abgebautes Bohrgut aufnehmen. Weist das Bohrgut zu grosse Erdkörner oder Steine auf, werden diese an den Öff nungen der Zellenwand 4 gebrochen, bis sie eine geeignete Grösse haben.

Das Schild 1 ist leicht verschwenkbar an einem Maschinen rohr 10 angebracht, an das dann, wie in Fig. 1 dargestellt, die Produktrohre 8 anschliessen. Die Verschwenkung des Schilds 1 zur Einstellung der Vortriebsrichtung und zur Korrektur von Abweichungen erfolgt mittels dreier Steuerzy linder 11, die vom Betriebscontainer 71 aus über die elek trische Leitung 73 gesteuert werden. Für die Einhaltung der gewünschten Vortriebsrichtung ist am Maschinenrohr 10 eine Zieltafel 12 angebracht, welche, durch einen Laser ange steuert, die Abweichung der Vortriebsrichtung im Betriebs container 71 anzeigt.

Zur Wegförderung des von der Werkzeugscheibe 3 in den Zel len 41 abgelagerten Bohrguts sind die Antriebswelle 2 und die Werkzeugscheibe 3 mit einem Durchgangskanal 30 für För derluft versehen, durch den hindurch Förderluft von hinter der Zellenwand 4 durch die Zellenwand 4 hindurch und dann von vorne mehreren Zellen 41 zuführbar ist. Die Förderluft gelangt danach über eine Öffnung 24 in der Antriebswelle 2 in die Förderleitung 5, die einen an der Antriebswelle 2 befestigten Leitungsteil 52 mit einem Aufnahmeende 51 auf weist. Aufgrund des vom Saugaggregat 100 in der Förderlei tung 5 erzeugten Unterdrucks wird Förderluft von hinter der Zellenwand 4 durch den Durchgangskanal 30 und die direkt dahinter angeordneten Zellen 41 hindurch gesaugt, wobei das in den entsprechenden Zellen 41 abgelagerte Bohrgut bis zum Abscheider 110 mitgerissen wird.

Da der Leitungsteil 52 mit dem Aufnahmeende 51 an der An triebswelle 2 befestigt ist, dreht sich das Aufnahmeende 51 mit dieser mit und die einzelnen Zellen 41 werden sukzes sive abgesaugt, wobei gleichzeitig andere Zellen 41 durch die Werkzeugscheibe 3 wieder mit Bohrgut befüllt werden. Das Mitdrehen des Aufnahmeendes 51 der Förderleitung 5 wird durch ein nach aussen dichtes Rohrdrehgelenk 53 ermöglicht, das zwischen dem Leitungsteil 52 und dem Rest der Förder leitung 5 angeordnet ist. Das Rohrdrehgelenk 53 besitzt ausserdem noch Drehdurchführungen für Hochdruckwasser, das teilweise über die Hochdruckdüsen 6 in der Werkzeugscheibe 3 ins Bohrgut gesprüht wird, so dass dieses für die pneuma tische Flugförderung besser geeignet ist, und teilweise über die Hochdruckdüsen 6 in der Antriebswelle 2 zur Reini gung eingesetzt wird.

Nicht dargestellt sind in der Förderleitung 5 in bestimmten Abständen angeordnete Drucksensoren zur Ermittlung des Druckes, die mit einer Anzeigeeinheit im Betriebscontainer 71 verbunden sind und so das rasche Erkennen von allfälli gen Verengungen der Förderleitung 5 ermöglichen.

Fig. 7

Dieses zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Bohrvorrichtung unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass anstelle einer Absaugung des Bohrguts über die Förderlei tung 5 eine Druckförderung erfolgt. Hierzu ist im Bohrkopf 250 eine Schottwand 230 zur Abschottung nach hinten ange ordnet, durch die hindurch die Förderleitung 5 zur Öffnung 24 in der Antriebswelle 2 geführt ist. Im Raum zwischen der Schottwand 230 und der Werkzeugscheibe 3 wird mittels eines Druckaggregats 200 über eine bis an eine Öffnung in der Schottwand 230 führende Druckleitung 220 ein Überdruck er zeugt. Dadurch strömt Förderluft durch den Durchgangskanal 30 hindurch von vorne in mehrere Zellen 41 der Zellenwand 4 und von dort aus in die Förderleitung 5 und weiter in einen mit einem Filter versehenen Abscheider 210, wobei das in den entsprechenden Zellen 41 vorhandene Bohrgut mitgerissen wird.

Im weiteren entsprechen Aufbau und Betriebsweise des zwei ten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Bohrvor richtung im wesentlichen dem Aufbau und der Betriebsweise des ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 8

Dieses dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Bohrvorrichtung unterscheidet sich von den ersten beiden dadurch, dass anstelle von Förderluft Wasser als Transport medium verwendet wird. Wiederum ist im Bohrkopf 350 eine Schottwand 340 zur Abschottung nach hinten angeordnet, durch die hindurch die Förderleitung 5 zur Öffnung 24 in der Antriebswelle 2 geführt ist. In den Raum zwischen der Schottwand 340 und der Werkzeugscheibe 3 wird mittels einer Speisepumpe 300 über eine bis an eine Öffnung in der Schottwand 340 führende Speiseleitung 320 Wasser einge speist, das aus einem Absetzbecken 310 stammt. Das Wasser strömt durch den Durchgangskanal 30 hindurch von vorne in mehrere Zellen 41 der Zellenwand 4 und von dort aus in die Förderleitung 5 und weiter zurück in das Absetzbecken 310, wobei das in den entsprechenden Zellen 41 vorhandene Bohr gut mitgerissen wird. Die Speisepumpe 300 wird zur Auf rechterhaltung eines genügend starken Wasserflusses durch eine in der Förderleitung 5 angeordnete Förderpumpe 330 un terstützt.

Im weiteren entsprechen Aufbau und Betriebsweise des drit ten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Bohrvor richtung im wesentlichen dem Aufbau und der Betriebsweise des ersten Ausführungsbeispiels.

Claims

1. Bohrvorrichtung mit einem Schild (1), in dem eine eine Werkzeugscheibe (3) tragende Antriebswelle (2) drehbar angeordnet ist, mindestens einem Antriebsmotor (20) zum Antreiben der Antriebswelle (2), einer hinter der Werk zeugscheibe (3) angeordneten Zellenwand (4), die von der Werkzeugscheibe (3) abgebautes Bohrgut aufnehmende Zellen (41) aufweist, und einer eine hinter der Zellenwand (4) an geordnete Förderleitung (5) mit einem der Zellenwand (4) zugewandten Aufnahmeende (51) aufweisenden Fördereinrich tung zum Wegfördern des Bohrguts aus den Zellen (41), da durch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeende (51) der För derleitung (5) derart bewegbar angeordnet ist, dass es an allen Zellen (41) vorbeibewegbar ist, so dass das in den Zellen (41) vorhandene Bohrgut sukzessive weggefördert wird.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der das Aufnahmeende (51) aufweisende Lei tungsteil, (52) der Förderleitung (5) mit der Antriebswelle (2) verbunden ist und sich mit dieser mitdreht, so dass das Aufnahmeende (51) bei einer Umdrehung der Antriebswelle (2) an allen Zellen (41) vorbeibewegt wird.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der sich mit der Antriebswelle (2) mitdre hende Leitungsteil (52) mit dem Rest der Förderleitung (5) über ein Rohrdrehgelenk (53) verbunden ist.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenwand drehfest mit dem Schild verbunden ist und in der Mitte eine Öffnung auf weist, durch die hindurch sich die Antriebswelle (2) und/oder die Werkzeugscheibe (3) erstreckt bzw. erstrecken, welche seinerseits bzw. ihrerseits einen Durchgangskanal (30) für ein Transportmedium, z. B. Luft oder Wasser, auf weist bzw. aufweisen, durch den hindurch Transportmedium von vorne mindestens einer der Zellen (41) der Zellenwand (4) zuführbar ist, wobei das Transportmedium danach zusam men mit dem Bohrgut über die Förderleitung (5) weggefördert wird.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung ein Saugaggregat (100) aufweist, mit welchem das Bohrgut aus den Zellen (41) über die Förderleitung (5) in einen Ab scheider (110) saugbar ist.

6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung ein Druckaggre gat (200) aufweist, mit welchem über eine Druckleitung (220) Transportmedium mit Druck dem Durchgangskanal (30) zuführbar ist, welches das Bohrgut aus den Zellen (41) über die Förderleitung (5) in einen Abscheider (210) wegfördert.

7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Fördereinrichtung eine Speisepumpe (300) aufweist, mit welcher über eine Speiseleitung (320) flüssi ges Transportmedium dem Durchgangskanal (30) zuführbar ist, welches das Bohrgut aus den Zellen (41) über die Förderlei tung (5) in ein Absetzbecken (310) wegfördert, wobei in der Förderleitung (5) eine die Speisepumpe (300) unterstützende Förderpumpe (330) angeordnet ist.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderleitung (5) in vorbestimmten Abständen Drucksensoren zur Ermittlung des Druckes angeordnet sind, die vorzugsweise mit einer Anzei geeinheit verbunden sind, so dass allfällige Verengungen der Förderleitung (5) rasch erkennbar sind.

9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugscheibe (3) Ab bauwerkzeuge (31, 32) und Abführöffnungen (33) aufweist, so dass während des Drehens der Werkzeugscheibe (3) den ein zelnen Zellen (41) der Zellenwand (4) sukzessive über die sich drehenden Abführöffnungen (33) abgebautes Bohrgut zu geführt wird.

10. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Hochdruckdüsen (6) zur Flüssigkeitszuführung aufweist, die an der Werkzeugscheibe (3) und/oder am Schild (1) und/oder an der Antriebswelle (2) und/oder an der Zellenwand (4) und/oder an der Förder leitung (5) angeordnet sind und zur Benetzung des Bohrguts und/oder zur Reinigung bestimmter Vorrichtungsteile dienen.