DE19506337C1 - Verankerungsvorrichtung für einen Bohrwagen einer mobilen Erdbohreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verankerungsvorrichtung für einen Bohrwagen einer mobilen Erdbohreinrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Beim Einsatz von steuerbaren Bohranlagen zur Herstellung ge­ steuerter, im wesentlichen horizontaler Bohrungen wird in der Regel ein Bohrwagen auf die Erdoberfläche gestellt. Damit verläuft der Beginn der Bohrung zwangsweise geneigt zur Erd­ oberfläche, und zwar unter einem Winkel, mit dem die Bohr­ rampe zur Erdoberfläche geneigt ist. Dieser Winkel liegt in der Regel zwischen 15 bis 30°. Nachdem der Bohrkopf die ge­ wünschte Verlegetiefe erreicht hat, wird die Bohrrichtung durch Steuern des Bohrkopfes in einen in der Regel horizonta­ len Verlauf geändert.

Da die Bohrlängen gesteuerter Bohrungen bis zu 300 Meter lang sein können, ist es erforderlich, zur Herstellung der Pilot­ bohrung mit relativ hohen Bohrvorschubkräften zu arbeiten.

Moderne steuerbare Bohranlagen arbeiten mit Bohrkräften von 50 bis 100 kN. Da das Eigengewicht eines Bohrwagens bei ca. zwei Tonnen liegt, ist es zur Einleitung der Bohrvorschub­ kräfte erforderlich, den Bohrwagen zuverlässig zu verankern.

Übliche Verankerungssysteme arbeiten mit Verankerungsstäben oder mit Verankerungsplatten, die senkrecht zur Erdoberfläche oder senkrecht zur Achse des Bohrgestänges im Bohrwagen ins Erdreich eingeschlagen werden. Eine Lösung mit Verankerungs­ stäben zeigt beispielsweise die US-A-5 341 887.

Ferner ist ein Verankerungssystem bekannt, bei dem Dreh-Erd­ anker, die für sich schon seit Jahrzehnten bekannt sind, senkrecht zur Erdoberfläche ins Erdreich eingeschraubt wer­ den. Mit diesen Dreh-Erdankern wird eine große Bodenplatte gegen die Erdoberfläche gedrückt. Auf dieser Bodenplatte wird anschließend das vordere Ende der Bohrrampe des Bohrwagens befestigt. Die Erdanker werden vom Bohrwagen selbst ins Erd­ reich eingeschraubt, indem die Bohrrampe vertikal gestellt wird. Dies erfordert eine äußerst aufwendige Konstruktion des Bohrwagens, die dementsprechend auch teuer ist.

Der Nachteil aller bisherigen Verankerungssysteme liegt darin, daß die eigentliche Verankerung rechtwinklig zur Erd­ oberfläche bzw. rechtwinklig zur Bohrachse am Bohrlochanfang erfolgt. Damit muß die Haltekraft dieser Verankerungssysteme zur Aufnahme der eigentlichen Bohr-Vorschubkräfte sehr groß sein. Bei einer Verankerung rechtwinklig zur Bohrachse wäre die theoretische Haltekraft zur vollständigen Aufnahme der Bohrvorschubkraft unendlich groß. In der Praxis bedeutet dies, daß diese Verankerungssysteme in der Regel nicht stark genug sind, um die tatsächlichen Bohrkräfte aufzunehmen. Bei der Herstellung der Pilotbohrung löst sich der Bohrwagen und wird nach hinten geschoben. Dabei wird der Bohrwagen in der Regel auch seitlich ausgelenkt, so daß dann die Bohrgestänge an der Eintrittstelle ins Erdreich zusätzlich noch seitlich belastet werden.

Nach Beendigung der gesteuerten Pilotbohrung wird in der Re­ gel der Bohrkopf in der Zielgrube vom Gestänge abgeschraubt und durch einen deutlich größeren Aufweitkopf ersetzt, an dem ein in die Bohrung einzuziehendes Rohr aus Kunststoff oder Stahl befestigt ist. Durch Zurückziehen des Bohrgestänges bei gleichzeitigem Drehen wird der Aufweitkopf von der Zielgrube zum Bohrwagen durchs Erdreich gezogen und gleichzeitig das zu verlegende Rohr mit eingezogen. Die hierfür erforderlichen Einzugskräfte, die vom Bohrwagen bereitgestellt werden müs­ sen, liegen mindestens in der Höhe der Bohrvorschubkraft. Bei modernen Bohranlagen liegen die Einzugskräfte sogar beim dop­ pelten der Bohrvorschubkräfte. Daher muß auch für diesen Ein­ zugsvorgang der Bohrwagen gut verankert sein, da sich andern­ falls die theoretisch möglichen Einzugskräfte gar nicht auf­ bringen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verankerungs­ vorrichtung der eingangs genannten Art für einen Bohrwagen anzugeben, die ohne großen konstruktiven Aufwand eine Zuverlässige Ver­ ankerung des Bohrwagens sowohl bei Zug- als auch Druckbela­ stung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß der Erdanker zumindest annähernd parallel zur Neigungsebene der Rampe in dem Boden steckt und in dieser Stellung mit dem Bohrwagen verbunden ist, wird der Erdanker beim Bohren der Pilotbohrung bzw. beim Zurückziehen des Bohr­ gestänges und dem Einziehen des zu Verlegenden Rohrs nur auf Zug bzw. Druck belastet, braucht aber keine wesentlichen Querkräfte aufzunehmen.

Vorzugsweise umfaßt der Erdanker eine Welle, die nahe ihrem einen Ende eine sich mindestens über 360° erstreckende Schneckenwendel trägt. Die Welle kann an ihrem in den Boden eintreibbaren Ende mit einer Zentrierspitze versehen sein. Der Durchmesser der Schneckenwendel sollte so groß wie mög­ lich sein, um den Widerstand des Erdankers zu erhöhen, den dieser einem axialen Druck oder Zug entgegensetzen kann. Um dabei das Ein- und Ausschrauben des Erdankers in das bzw. aus dem Erdreich zu erleichtern, ist es zweckmäßig, wenn sich die über mehr als 360° erstreckende Schneckenwendel ausgehend von einem durchmessergroßen Mittelabschnitt nach beiden axialen Enden hin verjüngt.

Der mit der Schneckenwendel versehene Erdanker wird durch Drehen und axialen Vorschub in den Boden eingetrieben. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Welle an ihrem der Zentrierspitze abgewandten Ende eine Kupplungseinrichtung zur Verbindung des Erdankers mit einem Dreh- und Schubantrieb hat. Auf diese Weise kann der Erdanker beispielsweise mit dem Bohrgestänge­ antrieb des Bohrwagens gekoppelt werden. In diesem Fall kann der Erdanker auf einfache Weise von der Rampe des Bohrwagens aus in das Erdreich eingetrieben werden in einer Stellung der Rampe, die diese ohnehin für das Bohren einnimmt. Es brauchen keine Vorkehrungen getroffen zu werden, um die Rampe in eine spezielle Stellung bringen zu können, in der die. Erdanker in das Erdreich eingetrieben werden. Alternativ hierzu kann der Erdanker aber auch mit Hilfe eines eigenen Antriebsaggregates gesetzt werden.

Die Kupplungseinrichtung an der Welle kann auch dazu dienen, die Welle des Erdankers durch eine Verlängerungsstange zu verlängern, wenn die normale Länge des Erdankers für die zu­ verlässige Verankerung nicht ausreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Verbindungseinrichtung zwischen Bohrwagen und Erdanker eine zur Auflage auf der Erdoberfläche bestimmte Stützplatte, die einerseits mit dem vorderen Ende der geneigten Rampe verbind­ bar ist und andererseits Mittel zur Verbindung mit dem oder den Erdanker(n) trägt. Diese Lösung ermöglicht das Eintreiben der Erdanker mittels des Bohrgestängeantriebes. Anschließend werden dann die Erdanker mit der Rampe des Bohrwagens ver­ spannt.

Eine zuverlässige Verbindung mit einfachen Mitteln wird da­ durch erreicht, daß die Verbindungsmittel jeweils eine Ver­ bindungsplatte umfassen, die mit der Stützplatte starr und im wesentlichen senkrecht zu einer mittleren Neigungsrichtung der Rampe in deren Betriebsstellung verbunden ist und eine Durchbrechung hat, durch welche die Welle des Erdankers mit Spiel hindurchführbar ist. Ferner trägt die Welle des Erdan­ kers oder eine mit ihr koaxial kuppelbare Stange ein Außenge­ winde zum Aufschrauben von Spannmuttern, zwischen denen die Verbindungsplatte einspannbar ist. Die Stützplatte wirkt als breitflächige Abstützung für die Rampe des Bohrwagens, wenn der Aufweitkopf oder das zu verlegende Rohr in die Pilotboh­ rung eingezogen wird, wobei der Bohrwagen gegen die Erdober­ fläche gezogen wird. Gleichzeitig verhindert dabei die breit­ flächige Auflage der Stützplatte, daß der in diesem Fall auf Druck belastete Erdanker ausknickt.

Da die Richtung der auf den Bohrwagen wirkenden Kräfte nicht exakt vorausbestimmbar ist und um die Kräfte besser zu ver­ teilen, ist es zweckmäßig, wenn mindestens zwei Erdanker vor­ gesehen sind, die beiderseits der Bohrrampe angeordnet sind und somit eine breitere Basis für die Abstützung des Bohrwa­ gens bilden. Darüber hinaus können die Erdanker so angeordnet sein, daß sie einen sich in Vorwärtsrichtung öffnenden spit­ zen Winkel mit der Bohrgestängeachse bilden, also leicht ge­ spreizt sind. Auch dies verhindert zumindest beim Einziehvor­ gang, bei dem die Erdanker auf Druck belastet werden, eine seitliche Auslenkung des Bohrwagens.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Bohrwa­ gens in Arbeitsstellung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Bohrwa­ gen mit zwei Erdankern,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Verbin­ dungseinrichtung zwischen der Rampe des Bohr­ wagens und den Erdankern,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf die Anord­ nung gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Kupplungs­ verbindung zwischen einer Gewindestange oder Verlängerungsstange und dem rückwärtigen Ende der Welle eines Erdankers.

In Fig. 1 erkennt man einen allgemein mit 10 bezeichneten Bohrwagen mit einem Raupenfahrgestell 12, auf dessen Platt­ form 14 eine Rampe 16 zur Halterung und Führung eines Bohrge­ stänges 18 angeordnet ist. Die Rampe 16 ist um eine Achse 20 schwenkbar an der Plattform 14 gelagert, so daß sie zwischen einer horizontalen Transportstellung und der in der Fig. 1 dargestellten Arbeitslage verschwenkbar ist, in der sie um ca. 25° gegenüber dem Erdboden geneigt ist. Die Plattform 14 trägt ferner ein Antriebs- und Steueraggregat 23 zum Vortrieb und Drehen des Bohrgestänges sowie zum Steuern des Bohrkopfes 22 am vorderen Ende des Bohrgestänges 18. Die Rampe 16 ist in an sich bekannter Weise an ihrem rückwärtigen Ende durch eine Stütze 24 auf der Erdoberfläche abgestützt. Der soweit be­ schriebene Bohrwagen 10 ist bekannt.

Das vordere Ende der Rampe 16, mit dem die Rampe 16 in der in Fig. 1 dargestellten Arbeitsstellung sich an der Erdoberflä­ che abstützt, ist mit einer Stützplatte 26 verbindbar. An dieser Stützplatte 26 sind zwei allgemein mit 28 bezeichnete Erdanker gehalten. Jeder Erdanker besteht aus einer Welle 30, die an ihrem vorderen Ende eine Zentrierspitze 32 hat und in ihrem vorderen Endbereich eine Schneckenwendel 34 trägt. Die Schneckenwendel 34 umfaßt mehrere Gänge und hat in ihrem mittleren Bereich einen großen Durchmesser, während der Wen­ deldurchmesser zu den axialen Enden der Wendel 34 hin ab­ nimmt.

Gemäß Fig. 5 hat die Welle 30 des Erdankers an ihrem rück­ wärtigen Ende einen Vierkantzapfen 31, mit dem sie in ein entsprechendes Vierkantloch einer koaxial zur Welle 30 ange­ ordneten Gewindestange 33 eingreift. Die Verbindung wird durch einen Bolzen 36 gesichert, wie dies in Fig. 5 darge­ stellt ist. Diese Art der Kupplung gilt sowohl für die Ver­ bindung der Welle 30 mit einer Gewindestange 33 als auch ei­ ner Verlängerungsstange.

An der Stütz- oder Bodenplatte 26 sind zwei Verbindungsplat­ ten 38 starr so befestigt, daß sie einen spitzen Winkel mit der Stützplatte 26 bilden und im wesentlichen senkrecht zu der Neigungsrichtung der Rampe 16 gerichtet sind. Die Verbin­ dungsplatten 38 sind jeweils durch eine senkrecht zu ihnen und der Stützplatte 26 gerichtete Versteifungsplatte 40 abge­ stützt. In der Verbindungsplatte 38 ist jeweils ein Schlitz 42 ausgebildet, in den die Gewindestange 33 eingelegt wird. Diese Gewindestange 33 trägt zwei Muttern 44, welche die Ver­ bindungsplatte 38 zwischen sich einschließen. Mit Hilfe die­ ser Muttern 44 kann die jeweilige Verbindungsplatte und die mit ihr verbundene Boden- oder Stützplatte 26 fest mit den Ankern 28 verspannt werden. Da die Rampe 16 wiederum fest in nicht dargestellter Weise mit der Bodenplatte 26 verbunden werden kann, ist für eine sichere Verbindung zwischen den Erdankern und der Rampe 16 gesorgt.

Wie man in den Fig. 1 und 3 erkennt, liegen die Erdanker in einer zur Neigungsebene der Rampe 20 parallelen Ebene E, wobei sie jedoch gemäß der Darstellung in Fig. 2 mit der Bohrachse 46 einen sich nach vorne öffnenden spitzen Winkel α einschließen.

Bevor mit dem Bohren begonnen wird, wird die Rampe 16 auf dem Fahrgestell 12 um den gewünschten Winkel verschwenkt, unter dem das Bohrgestänge in den Boden eingetrieben werden soll. Dann wird zunächst die Stützplatte 26 auf den Boden aufgelegt und es wird ein Erdanker mit der Welle 30 in den Schlitz 42 der Verbindungsplatte 38 eingelegt. Der Erdanker wird mit der Antriebseinheit für das Bohrgestänge auf der Rampe 16 gekop­ pelt und unter Drehung mittels dieser Antriebseinheit axial in den Boden eingetrieben. Das Setzen des zweiten Erdankers erfolgt in der gleichen Weise. Wenn die Erdanker 28 tiefer eingebohrt werden müssen, wird der Vorgang mit einer mit den Erdankern gekoppelten Verlängerungsstange fortgesetzt. An­ schließend werden die Erdanker mittels der Muttern 44 an der jeweiligen Verbindungsplatte 38 gesichert. Die Rampe wird mit der Stützplatte 26 verbunden.

Wenn nun mit dem Bohrvorgang begonnen wird, werden durch den Vorschub des Bohrgestänges die Erdanker auf Zug belastet. Um­ gekehrt werden beim Zurückziehen des Bohrgestänges und dem gleichzeitigen Einziehen eines Aufweitkopfes oder eines zu verlegenden Rohres oder Kabels die Erdanker auf Druck bela­ stet. Bei beiden Vorgängen werden die Erdanker nicht oder nur unwesentlich Querkräften ausgesetzt. Dadurch ist der Bohrwa­ gen 10 bei beiden Vorgängen stabil in seiner Stellung veran­ kert, so daß die mögliche Kraft optimal vom Bohrwagen 10 auf das Bohrgestänge 18 übertragen werden kann.

Claims (12)

1. Verankerungsvorrichtung für einen Bohrwagen einer mobilen Erdbohreinrichtung, der ein Fahrgestell (12), eine an diesem gegenüber der Erdoberfläche neigbar angeordnete Rampe (16) zur Halterung und Führung eines Bohrgestänges (18) und eine Antriebseinheit (25) zum Drehen und axialen Verstellen des Bohrgestänges (18) hat, gekennzeichnet durch mindestens einen Erdanker (28) und eine Verbin­ dungseinrichtung (26, 38, 33, 44) des Erdankers (28) mit dem Bohrwagen (10) in einer Stellung des Erdankers (28), in der dieser mindestens annähernd parallel zur Neigungs­ ebene (E) der Rampe (16) des seine Betriebsstellung ein­ nehmenden Bohrwagens (10) gerichtet ist.

2. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Erdanker (28) eine Welle (30) hat, die nahe ihrem einen Ende eine sich mindestens über 360° er­ streckende Schneckenwendel (34) trägt.

3. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle an ihrem rückwärtigen Ende eine Kupplungseinrichtung (31) zur Verbindung mit einem Ver­ längerungsabschnitt (33) und/oder einem Dreh- und Schub­ antrieb (23) hat.

4. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (30) mit einem an dem Bohr­ wagen (10) angeordneten Drehantrieb (23) kuppelbar ist.

5. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle (30) mit dem Antrieb (23) für das Bohrgestänge (18) kuppelbar ist.

6. Verankerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der sich über mehr als 360° erstreckenden Schneckenwendel (34) ausge­ hend von einem Mittelabschnitt derselben nach beiden axialen Enden hin abnimmt.

7. Verankerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem in den Boden eintreib­ baren Ende der Welle (30) eine Zentrierspitze (32) ausge­ bildet ist.

8. Verankerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, daß die Verbindungseinrichtung eine zur Auflage auf der Erdoberfläche bestimmte Stützplatte (26) hat, die einer­ seits mit dem vorderen Ende der geneigten Rampe (16) ver­ bindbar ist und andererseits Mittel (38) zur Verbindung mit dem oder den Erdanker(n) (28) trägt.

9. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsmittel jeweils eine Verbin­ dungsplatte (38) umfassen, die mit der Stützplatte (26) starr und im wesentlichen senkrecht zu einer mittleren Neigungsrichtung der Rampe (16) verbunden ist und eine Durchbrechung (42) hat, durch welche die Welle (30) des Erdankers (28) mit Spiel hindurchführbar ist, und daß die Welle (30) des Erdankers (28) oder eine mit ihr koaxial kuppelbare Stange (33) ein Außengewinde zum Aufschrauben von Spannmuttern (44) trägt, zwischen denen die Verbin­ dungsplatte (38) einspannbar ist.

10. Verankerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Erdankers (28) auf mindestens einem Teil ihrer Länge mit einem Außenge­ winde versehen ist, mit dem sie in eine mit der Stütz­ platte (26) verbundene Gewindehülse eingreift.

11. Verankerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Erdanker (28) bei­ derseits des Bohrgestänges (18) angeordnet sind.

12. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Erdanker (28) einen sich in Vor­ wärtsrichtung öffnenden spitzen Winkel (α) mit der Bohr­ gestängeachse (46) bilden.