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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verlegen zumindest einer aus Einzelrohren zusammengesetzten Rohrleitung in einem Bohrloch, mit einer Vorschubeinrichtung für die Rohrleitung in dem Bohrloch. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Verlegen zumindest einer Rohrleitung in einem Bohrloch, bei dem eine Rohrleitung entlang einer Bohrlinie im Boden sukzessive aus Einzelrohren zusammengesetzt wird.
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In der Vergangenheit wurden zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren entwickelt, um Rohrleitungen in Bohrlöchern im Boden zu verlegen und somit sensible Bereiche an der Geländeoberfläche zu unterqueren, für die eine Verlegung im offenen Rohrgraben aus technischen, ökologischen, rechtlichen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich oder angeraten erschien. Eine solche grabenlose Verlegung kann z. B. dort sinnvoll sein, wo die Oberfläche im Verlegungsbereich mit schweren Baumaschinen nicht befahren werden kann (z. B. Moore, Gewässer) oder wo aus ökologischer Sicht keine Baugenehmigung erteilt werden kann (z. B. in Naturschutzgebieten) oder wo der Einsatz der konventionellen Verlegetechniken zu teuer würde (z. B. bei der Querung von Gewässern oder Eisenbahnlinien).
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In der Industrie werden bereits zahlreiche grabenlose Rohrverlegetechniken eingesetzt. Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren wird der Stand der Technik am ehesten durch das so genannte „Direct Pipe
©”-Verfahren (im Folgenden auch als „DP-Verfahren” bezeichnet) repräsentiert, wie es prinzipiell in der Patentanmeldung
DE 10 2006 020 339.9 bzw.
EP 2 013 438 B1 offenbart ist.
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Das DP-Verfahren wird inzwischen weltweit erfolgreich in der Praxis eingesetzt. Mit diesem einphasigen Verlegeverfahren lassen sich Rohrleitungen aus Stahl in einer Länge bis etwa 1.500 m und einem Rohrdurchmesser zwischen etwa 800 mm und 1.400 mm installieren.
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Als besonders vorteilhaft beim DP-Verfahren ist anzusehen, dass es ein einstufiges Verfahren ist, bei dem die Arbeitsschritte Pilotbohrung, Aufweitbohrung und Verlegevorgang in einem Arbeitsschritt ausgeführt werden. Des Weiteren ist es sehr günstig, dass beim DP-Verfahren lediglich eine größere Arbeitsfläche am Startpunkt für die Verlegevorrichtung und den Rohrbau erforderlich ist. Am Zielpunkt wird lediglich eine sehr kleine Arbeitsfläche zur Demontage eines Bohrkopfs benötigt.
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Allerdings weist das DP-Verfahren auch Nachteile bzw. Limitierungen auf. Ein Nachteil ist zum Beispiel darin zu sehen, dass beim DP-Verfahren der Rohrstrang vor Beginn der Verlegung in seiner ganzen Länge vorgefertigt werden muss. Dies setzt voraus, dass sehr große Arbeitsflächen in Achsenrichtung der Bohrung vorhanden sein müssen, was z. B. in Industriegebieten oder Wohngebieten fast nie der Fall ist.
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Des Weiteren ist die Art der Kraftübertragung durch eine Außenklemme insbesondere bei schlechten Witterungsbedingungen (Regen, Schnee, Eis) ungünstig, da in diesen Fällen die Reibungsbeiwerte signifikant kleiner werden und demzufolge nur eine wesentliche geringere Kraft als unter Normalbedingungen von der Außenklemme auf die Rohrleitung übertragen werden kann.
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Außerdem ist für die Außenklemme ein komplett neues Arbeitsgerät mit entsprechend hohen Investitionen erforderlich, da eine derartige Außenklemme nicht mit grundsätzlich ähnlich aufgebauten, bereits im Markt befindlichen Geräten (z. B. Horizontalbohrgeräten) kombiniert werden kann. Dadurch entstehen hohe Investitionen für die Ausführenden, was sich letztendlich in höheren Verlegekosten niederschlägt und damit die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit des Verfahrens negativ beeinträchtigt.
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Bei einer Außenklemme oder einer anderen außen an den Rohren ansetzenden Verlegevorrichtung besteht zudem die Gefahr, dass durch die an die Rohre anzusetzenden Bauteile eine Beschädigung von beispielsweise Beschichtungen oder Ummantelungen der Rohre eintreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit der ein rasches Verlegen der Rohre möglich ist, wobei geringe Platzverhältnisse ausreichen, Witterungsbedingungen keinen wesentlichen Einfluss haben und die Einzelrohre nicht beschädigt werden. Weiterhin soll ein Verfahren zum Verlegen aufgezeigt werden, das ein sicheres und schnelles Verlegen der Einzelrohre und der Rohrleitung ermöglicht.
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Vorrichtungsseitig ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorschubeinrichtung zumindest ein sich an die Innenseiten zumindest eines Einzelrohres anlegbares Ansetzorgan hat.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Einzelrohre nicht an ihrem Außenumfang durch Werkzeuge oder Anlagenteile belegt, dadurch wird der Außenumfang vorteilhaft nicht beeinflusst oder in Mitleidenschaft gezogen. Das Handhaben der Einzelrohre erfolgt vielmehr mit den sich an die Innenseiten anlegbaren Ansetzorganen. An den Innenseiten sind in der Regel keine Beschichtungen oder Isolierungen vorhanden, so dass hier keine entsprechenden Schädigungen eintreten können.
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Auch wenn die Außenseiten der Einzelrohre durch Witterungseinflüsse nass oder glatt werden, hat dies auf eine Verbindung zwischen an die Innenseiten anlegbarem Ansetzorgan und Einzelrohr keinen Einfluss.
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Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ansetzorgan Klemmelemente hat, die kraftschlüssig an die Innenseite des Einzelrohres anlegbar sind. Das Ansetzen an den Innenseiten der Einzelrohre erfolgt somit durch ein Klemmen. Durch Aufbringen der erforderlichen Klemmkraft entsteht eine kraftschlüssige Verbindung, über die Kräfte, insbesondere Vorschubkräfte, auf das Rohr übertragbar sind. Für ein Klemmen von Klemmelementen werden an den Einzelrohren jedoch keine Anlagenteile oder andere besondere Maßnahmen benötigt, ein Klemmelement wird an die Innenseite des Rohres einfach frei angelegt und anschließend verklemmt.
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Die Klemmelemente weisen vorzugsweise eine an die Krümmung des Einzelrohrs angepasste Krümmung auf. Aufgrund dieser Krümmung ist eine großflächige Anlage der Klemmelemente gegeben, so dass die aufgebrachte Klemmkraft großflächig und gleichmäßig auf die Innenseiten des Rohres übertragen wird. Dadurch gelingt zum einen eine sichere Übertragung der Anpresskraft auf das Rohr, zum anderen wird eine Beschädigung der Innenseite des Rohres durch eine punktuelle Anlage vermieden.
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Auf den der Innenseite des Einzelrohrs zugekehrten Abschnitten der Klemmelemente können noch Beläge mit hoher Haftreibung aufgebracht sein. Sie gewährleisten eine rutschsichere Anlage der Klemmelemente, ohne dass eine zu große Klemmkraft aufzubringen ist.
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Die verfahrensseitige Lösung der Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass jeweils zu Beginn des Vorschubs eines jeweils letzten Einzelrohrs einer Rohrleitung ein Ansetzorgan maximal am unteren Ende des jeweils letzten Einzelrohrs positioniert und dort aktiviert wird, anschließend die Vorschubeinrichtung die Rohrleitung über das jeweils letzte Einzelrohr in ein Bohrloch schiebt bis die Vorschubeinrichtung ihre unterste Position erreicht hat, dann die Klemmvorrichtung deaktiviert wird, die Vorschubeinrichtung anschließend maximal soweit zurück fährt bis die Klemmvorrichtung das obere Ende des jeweils letzten Einzelrohrs erreicht hat, dann die Klemmvorrichtung erneut aktiviert wird und anschließend die Vorschubeinrichtung die Rohrleitung weiter in das Bohrloch schiebt, bis der Abstand zwischen dem oberen Ende des jeweils letzten Einzelrohrs und der obersten Position der Vorschubeinrichtung so groß ist, dass ein weiteres Einzelrohr platziert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren grenzt sich gegenüber dem Stand der Technik insbesondere durch die bisher unbekannte Kombination einer Klemmvorrichtung mit Innenklemme und Einzelrohrverlegung ab, wodurch sich signifikante technische und wirtschaftliche Vorteilen ableiten lassen.
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Vorteile der Erfindung:
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Die grundsätzlichen Vorteile der Erfindung sind:
- • Sehr kleine Arbeitsfläche auf der Startseite erforderlich.
- • Minimierung der Witterungseinflüsse auf den Bohr- und Verlegeprozess.
- • Einsetzbarkeit der Klemmvorrichtung mit Innenklemme durch bereits am Markt befindliche Bohrgeräte.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Einzelrohr somit Stück für Stück bewegt, indem das Ansetzorgan in ein und demselben Innenrohr zwei- oder mehrmals angesetzt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit auch bei begrenztem Vorschubweg lange Einzelrohre verarbeitet werden. Der Platzbedarf ist reduziert.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein Ansetzorgan in einem zu installierenden Einzelrohr platziert wird, so dann das Einzelrohr mit dem Ansetzorgan zwischen Rohrleitung und Vorschubeinrichtung platziert wird, die Verbindung des Einzelrohrs mit der Rohrleitung mittels Schweißverbindung und die Verbindung des Ansetzorgans mit der Vorschubeinrichtung mittels Gewindeverbindung erfolgen und das Ansetzorgan nach vollständigen Vorschub des letzten Einzelrohrs von der Vorschubeinrichtung getrennt und in einem weiteren Einzelrohr vorinstalliert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit wesentlichen Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2a–g: einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionierung einer Rohrklemme während des Bohr- und Verlegevorgangs,
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3: eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung mit einem Verspannzylinder,
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4a und b: weitere Schnittansichten der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung mit Verspannzylinder, und
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5a und b: Schnittansichten einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung mit Verspannzylinder.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell dargestellt. In einem bevorzugten Anwendungsfall wird ein marktübliches Horizontalbohrgerät mit einem Bohrgerüst 11 und einer darauf befindlichen Vorschubvorrichtung 5 eingesetzt, wobei die Vorschubeinrichtung 5 mit einem Ansetzorgan 25 verbunden ist und die für den Bohr- und Verlegevorgang erforderlichen Axialkräfte aufbringt.
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Die Rohrleitung 2 wird aus Einzelrohren 3 entsprechend dem Bohr- und Verlegefortschritt auf bzw. vor dem Bohrgerüst 11 (zwischen Rohrleitung 2 und Vorschubeinrichtung 5) hergestellt.
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Am vorderen Ende der Rohrleitung 2 befindet sich ein steuerbarer Bohrkopf 4, der das Bohrloch 1 zur Aufnahme der Rohrleitung 2 entlang einer vorgegebenen Bohrlinie 9 unterhalb eines Hindernisses – im Beispiel eines Gewässers 27 – erstellt. Für den eigentlichen Bohrvorgang befindet sich dazu an der Vorderseite des steuerbaren Bohrkopfs 4 ein Schneidrad 6, mit dem der anstehende Boden 8 gelöst wird.
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Die direkt hinter der Vorschubeinrichtung 5 vorhandene Bebauung 31 verhindert im Beispiel den Einsatz eines Verlegeverfahrens, bei dem die gesamte Rohrleitung 2 in einem Stück vor Beginn des eigentlichen Bohr- und Verlegevorgangs vorbereitet werden muss.
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In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung des Ansetzorgans während des Bohr- und Verlegevorgangs dargestellt.
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2a zeigt die Situation zu Beginn eines Bohr- und Verlegevorgangs unmittelbar nach dem Nachsetzen eines weiteren Einzelrohrs 3 zwischen Rohrleitung 2 und Vorschubeinrichtung 5. Das mit der Vorschubeinrichtung 5 verbundene Ansetzorgan 25 befindet sich am unteren Ende des Einzelrohrs 3.
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2b zeigt die Situation, in der die Vorschubeinrichtung ihre unterste Position (d. h. ihren maximalen Verfahrweg) auf dem Bohrgerüst 11 erreicht hat. Da der Verfahrweg der Vorschubeinrichtung 5 auf dem Bohrgerüst 11 handelsüblicher Horizontalbohrgeräte in aller Regel kürzer ist als die erforderliche Länge zum Einbau eines Einzelrohrs 3, wird das Ansetzorgan 25 in der beschriebenen Position deaktiviert. Typische Verfahrwege handelsüblicher Horizontalbohrgeräte betragen etwa 10 m bis 12 m, während die Längen der Einzelrohre 3 oftmals zwischen 12 m und 18 m liegen.
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2c zeigt, wie die Vorschubeinrichtung 5 anschließend soweit auf dem Bohrgerüst 11 zurückfährt, bis sich das Ansetzorgan 25 in einem weiter oben gelegenen Bereich des letzten Einzelrohrs 3 befindet. Dort wird das Ansetzorgan 25 erneut aktiviert.
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2d zeigt den Zustand, der erreicht wird, wenn die Vorschubeinrichtung 5 erneut ihre untere Position auf dem Bohrgerüst 11 erreicht hat. Nun wird das Ansetzorgan 25 erneut deaktiviert.
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2e stellt dar, wie das Ansetzorgan 25 vom Bohrgerüst 11 entfernt wird, nachdem vorher auch die Verbindung zur Vorschubeinrichtung 5 gelöst wurde.
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2f zeigt, wie ein weiteres Einzelrohr 3 mit einen bereits darin befindlichem Ansetzorgan 25 auf das Bohrgerüst 11 verbracht wird. Dort wird dann das Ansetzorgan 25 mit der Vorschubeinrichtung 5 und das Einzelrohr 3 mit der Rohrleitung 2 verbunden (beide Vorgänge nicht explizit dargestellt).
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2g entspricht prinzipiell 2a, d. h. der Bohr- und Verlegevorgang der Rohrleitung 2 kann mit einem weiteren Einzelrohr 3 fortgesetzt werden.
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In 3 ist das erfindungsgemäße Ansetzorgan 25 in einer bevorzugten Ausführungsform abgebildet. Dargestellt sind die Vorschubeinrichtung 5 auf dem Bohrgerüst 11 und das mit dieser Vorschubeinrichtung 5 über eine Gewindeverbindung 14 verbundene Ansetzorgan 25.
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Das Ansetzorgan 25 ist im aktivierten Zustand gezeigt und weist die wesentlichen Bauteile Zentralrohr 13, Grundkörper 26, Verspannzylinder 21 und Klemmelemente 17 auf.
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Die Klemmelemente 17 befinden sich im Beispiel auf Grundkörpern 26. Die Grundkörper 26 und die auf den Grundkörpern 26 befindlichen Klemmelement 17 werden von den Verspannzylindern 21 von innen gegen das letzte Einzelrohr 3 einer Rohrleitung 2 gepresst. Die (z. B. pneumatisch oder hydraulisch) aktivierbaren Verspannzylinder 21 sind ihrerseits mit dem Zentralrohr 13 verbunden.
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Dadurch werden die von der Vorschubeinrichtung 5 aufgebrachten Axial-kräfte über die Klemmelemente 17 auf die Rohrleitung 2 übertragen.
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In 4a ist der Zustand mit mittels Verspannzylindern 21 aktivierten Klemmelementen 17 zu sehen. Bei den Verspannzylindern 21 kann es sich um bekannte Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder handeln.
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Die Verspannzylinder 21 sind auf der einen Seite mit dem Zentralrohr 13 verbunden und auf der anderen Seite mit Grundkörpern 26. Diese Grundkörper 26 wiederum tragen die Klemmelemente 17. Das Zentralrohr 13 kann als Voll- oder Hohlwelle ausgeführt werden.
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Durch die von den Verspannzylindern 21 erzeugten Radialkräfte werden die Grundkörper 26 und die darauf befindlichen Klemmelemente 17 von innen gegen das letzte Einzelrohr 3 der Rohrleitung 2 gepresst.
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In 4b ist der Zustand mit deaktivierten Verspannzylindern 21 dargestellt. Zu erkennen ist, dass nunmehr ein Spalt zwischen der Innenseite des letzten Einzelrohrs 3 der Rohrleitung 2 und den Klemmelementen 17 entsteht, so dass das gesamte Ansetzorgan von der Vorschubeinrichtung 5 innerhalb des letzten Einzelrohrs 3 der Rohrleitung 2 axial bewegt werden kann.
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Bei der Ausführungsform in 5a und 5b sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform ist das Zentralrohr 13 außerhalb des Zentrums angeordnet, es ist etwas tiefer als die Mittellinie des zu verarbeitenden Einzelrohrs 3 angeordnet. Diese exzentrische Anordnung des Zentralrohrs 13 ist dadurch begründet, dass der Abstand der Kraftachse der Vorschubeinrichtung von der Oberkante einer Lafette der Vorschubeinrichtung 5 bei den bevorzugt einzusetzenden, bereits am Markt befindlichen Horizontalbohrgeräten relativ klein ist (ca. 300–500 mm). Um nun auch größere Einzelrohre 3 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verlegen zu können, deren Radius größer ist als der Abstand der Kraftachse der Vorschubeinrichtung 5 von der Oberkante der Lafette der Vorschubeinrichtung 5, ist es erforderlich, die Kraftlinie der Vorschubeinrichtung 5 unterhalb der Mittelachse der Einzelrohre 3 anzuordnen. Durch diese exzentrische Anordnung lassen sich sodann auch Einzelrohre 3 mit einem Durchmesser von bis zu 1.4 m verlegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006020339 [0003]
- EP 2013438 B1 [0003]
