DE19610238A1 - Vorrichtung zur Querschnittsvergrößerung einer Pilotbohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Querschnittsvergrößerung einer Pilotbohrung oder auch zum Erneuern einer erdverlegten Rohrleitung.

Vorrichtungen dieser Art sind bekannt und bedienen sich zumeist eines Kegels, der mit Hilfe eines Winden­ seils oder auch mit Hilfe eines Dreh/Zug-Gestänges durch die Pilotbohrung gezogen wird. Die Pilotbohrung kann dabei mit Hilfe eines geschlossenen Kegels durch seitliches Verdrängen des Erdreichs aufgeweitet wer­ den.

Aus der PCT-Offenlegungsschrift WO 91/05132 ist auch ein am Ende eines Dreh/Zug-Gestänges angeordneter, mit Abbauwerkzeugen in Gestalt schraubenlinienförmiger Schneiden versehener Abbaukopf bekannt, der drehbar auf einem technisch aufwendigen Adapterstück gelagert ist. Dieses Adapterstück ist mit einem Produktrohr verbunden, das dem Abbaukopf folgt und so in die erweiterte Pilotbohrung eingezogen wird. Das von dem Abbaukopf gelöste Erdreich wird unter dem Einfluß der schraubenlinienförmig angeordneten Schneiden und unter Zuhilfenahme einer durch das rohrförmige Gestänge zugeführten Spülflüssigkeit über den Abbaukopf und den Adapter hinweg in den Ringraum zwischen dem Produkt­ rohr und den die erweiterte Bohrung umgebenden Erd­ reich peripher abgefördert. Diese Art des Abförderns ist mit einer Reihe von Nachteilen verbunden.

Aus der deutschen Patentschrift 42 20 430 ist des wei­ teren eine Aufweitvorrichtung bekannt, bei der auf einem rohrförmigen schub- und/oder drehangetriebenen Gestänge ein als Abbauwerkzeug ausgebildeter Aufweit­ kopf angeordnet ist. Der Aufweitkopf besitzt eine Schrägfläche und schält das die Pilotbohrung umgebende Erdreich ab. Um dieses Erdreich abzufördern, ist das Gestänge mit Abstand hinter dem Aufweitkopf drehbar mit einem Adapterstück verbunden, dessen dem Aufweit­ kopf zugewandte Stirnwandung mit Eintrittsöffnungen für das von dem Aufweitkopf gelöste Erdreich versehen ist. Das durch die Öffnungen in das Adapterstück ein­ tretende Erdreich wird über ein mit dem Adapterstück verbundenes Nachziehrohr abgefördert, das gleichzeitig als Produktrohr dient.

Um das Abfördern des Erdreichs durch das Nachziehrohr zu erleichtern, kann dem Adapterstück über das rohr­ förmige Gestänge eine Spülflüssigkeit, beispielsweise eine Rentonit-Suspension, zugeführt werden. Wie das im einzelnen geschieht, gibt die Patentschrift jedoch nicht an.

Ein gewisser Nachteil der bekannten Vorrichtung ergibt sich daraus, daß deren sich drehendes Abbauwerkzeug mit Abstand vor dem sich nicht drehenden Adapterstück angeordnet ist. Das führt dazu, daß sich vor dem Adapterstück zwangsläufig gelöstes Erdreich sammelt, das zwangsläufig eine gewisse Verdichtung erfährt und demgemäß nicht mehr oder nur zum Teil in das Adapterstück eintritt und daher auch nur zum Teil durch das Nachziehrohr abgefördert wird. Das nicht in das Adapterstück eintretende Erdreich wird außen über das Adapterstück und das sich anschließende Nachzieh­ rohr abgefördert. Das führt, wie auch bei der obener­ wähnten Verwendung eines Abbaukopfes, zu Schwierig­ keiten, weil der Aufweit- bzw. Abbaukopf einen nur wenig größeren Durchmesser als das Adapterstück und das Nachziehrohr besitzt. Demgemäß existiert zwischen dem Aufweit- bzw. Abbaukopf und dem Nachziehrohr und der von dem Aufweit- bzw. Abbaukopf geschaffenen Erd­ bohrung nur ein schmaler Ringkanal, durch den das Erd­ reich abgefördert werden muß. Um die Mantelreibung zwischen Erdreich und Adapterstück sowie Nachziehrohr zu verringern und insbesondere auch Verstopfungen zu vermeiden, muß der Ringkanal mit verhältnismäßig gro­ ßen Mengen Spülflüssigkeit versorgt werden. Diese Spülflüssigkeitsmengen müssen durch das rohrförmige Bohrgestänge angefördert werden und führen in dem das Anschlußstück und das Nachziehrohr umgebenden Ringraum zu unkontrollierten Freispülungen und damit zum Ent­ stehen von Hohlräumen, die dann später Ursache für Bodensetzungen und dadurch verursachte Schäden an Fahrbahnen oder Gebäuden sein können.

In rölligen Böden bildet sich häufig überhaupt kein Ringkanal, zumindest kein stabiler Ringkanal, selbst dann, wenn eine stabilisierende Bentonit-Suspension oder Polymerlösung eingespült wird. Hinzu kommt, daß in solchen Böden wie auch in porösen Böden ein großer Teil der Spülflüssigkeit versickert, daher verloren­ geht und das Erdreich verunreinigt. Zudem besteht beim Außenabfördern des Erdreichs kaum eine Möglichkeit, die Spülflüssigkeit aufzufangen und einen wesentlichen Teil für eine Wiederverwendung zurückzugewinnen.

Die durch das Gestänge angelieferte Spülflüssigkeits­ menge reicht häufig nicht aus, um im Ringkanal, durch den das Bohrklein mit der Spülflüssigkeit abgefördert wird, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, die ein Verstopfen beim Abtransport verhin­ dert. Heute ist es möglich, mit immer leistungsfähi­ geren Bohranlagen Pilotbohrungen über Längen bis 500 m zu erstellen. Probleme gibt es dann häufig mit dem Abtransport des Erdreichs über solch große Entfernun­ gen. Daraus ergibt sich eine praktische Grenze für die Länge der einzuziehenden neuen Leitung.

Um die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden, liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Aufweitvorrich­ tung zu schaffen, die ein möglichst weitgehendes innenabfördern des bei der Querschnittsvergrößerung oder beim Ersetzen einer erdverlegten Altrohrleitung abgebauten Erdreichs erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, das Erdreich mit Hilfe eines Abbauwerkzeugs unmittel­ bar einem Räumkopf zuzuführen und ohne äußere Mantel­ reibung zentral abzufördern.

Dies geschieht bei einer Vorrichtung zum Vergrößern des Querschnitts einer Pilotbohrung erfindungsgemäß mit einem Abraumöffnungen aufweisenden Räumkopf, einem mit dem Räumkopf einerseits sowie einem Drehantrieb andererseits verbundenen Zuggestänge und einem am Räumkopf kreisenden Werkzeug. Dieses Werkzeug leistet Abbau- und/oder Zerkleinerungsarbeit; es kann, je nach Beschaffenheit, auch das Abfördern des Erdreichs und gegebenenfalls der Bruchstücke eines Altrohrs fördern. Vorzugsweise kreist das Werkzeug um den Räumkopf.

Das Dreh/Zug-Gestänge ist vorzugsweise drehbar in dem Räumkopf gelagert und mit einem den Räumkopf minde­ stens teilweise umgreifenden Werkzeug verbunden. Ein besonders intensiver Abbau des die Pilotbohrung umge­ benden Erdreichs ergibt sich, wenn das Werkzeug aus einem den Räumkopf mindestens teilweise umgebenden Käfig besteht, dessen Streben mit Schneiden besetzt sind. Der Räumkopf ist normalerweise mit einem Nach­ ziehrohr in Gestalt eines Produktrohres verbunden, das gleichzeitig mit der Querschnittsvergrößerung einge­ zogen wird. Durch dieses Rohr oder eine separate Abraumleitung wird das von dem Abbauwerkzeug gelöste, dem Räumkopf zugeführte Erdreich in der vorm einer fluiden Masse abgefördert.

Der Räumkopf kann eiförmig ausgebildet und/oder mit einem ihm in der Pilotbohrung oder dem Altrohr voraus­ eilenden Führungskörper versehen sein.

Um das Abfördern des gelösten Erdreichs zu erleichtern und ein gut fließfähiges Erdreich zu schaffen, kann der Räumkopf mit nach innen und/oder nach außen gerichteten Düsen versehen sein, die über ein rohr­ förmiges Zug/Drehgestänge und im Räumkopf angeordnete Kanäle mit einer Spülflüssigkeit versorgt werden. Die Außendüsen können radial angeordnet oder auch so gerichtet sein, daß die austretende Spülflüssigkeit, beispielsweise eine Betonit/Wasser-Suspension, auf­ grund von Rückstoßkräften als unterstützender Strahl antrieb für den Räumkopf dient und/oder den Abbau sowie den Abtransport des Erdreichs fördert.

Eine weitere Verbesserung beim Abfördern des Erdreichs ergibt sich, wenn durch das Nachziehrohr eine Spülmit­ telleitung vorzugsweise bis in den Räumkopf geführt und dort beispielsweise mit kreisförmig angeordneten Düsen oder einer Venturidüse verbunden ist. Als Spül­ mittel kommen Wasser oder Luft in Frage, die ohne die Gefahr einer Erdreichverschmutzung in beliebiger Menge eingesetzt werden können.

Um das das Nachziehrohr umgebende Erdreich zu stabi­ lisieren und gleichzeitig auch die äußere Mantelrei­ bung zu verringern, kann der Räumkopf achsparallel nach hinten bzw. in Richtung des Nachziehrohrs ge­ richtete Düsen besitzen. Diese Düsen versorgen den schmalen Ringraum mit Spülflüssigkeit, den der Räum­ kopf aufgrund seines im Vergleich zu dem Nachziehrohr etwas größeren Außendurchmessers schafft.

Das Abfördern des Erdreichs läßt sich dadurch verbes­ sern, daß im Räumkopf oder im Zwischenstück oder auch in dem Abraumrohr eine der Vertriebsrichtung entgegen­ gesetzt gerichtete Düse und/oder eine beispielsweise über das Zug/Drehgestänge angetriebene Förderschnecke angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Räum­ kopf mit einem umlaufenden Abbauwerkzeug nach der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen ähnlichen, jedoch mit einem vorgeschal­ teten Abbauwerkzeug versehenen Räumkopf und

Fig. 4 einen Räumkopf mit mechanischer Innenabförde­ rung.

Der Räumkopf 1 ist käfigartig ausgebildet und besteht aus Längsstegen 2 und Querstegen 3, die Öffnungen 4 für das Erdreich bilden. Die Längsstege 2 laufen in der Räumkopfspitze zusammen, die mit einer Lagerboh­ rung 5 für ein die Pilotbohrung 6 durchragendes Rohr­ gestänge 7 versehen ist.

Das Rohrgestänge W ist mit einem den Räumkopf 1 käfig­ artig umgebenden Abbauwerkzeug 8 verbunden, durch­ greift mit einem Rohrstutzen 9 die Lagerbohrung 5 und ist jenseits eines Widerlagers 10 mit einer in den Innenraum 11 mündenden Düse 12 versehen.

Das Abbauwerkzeug 8 besteht im wesentlichen aus einem Ring 13, von dem Streben 14 abgehen, die mit Schneiden 15 besetzt sind und vor dem Räumkopf 1 in das Rohrge­ stänge 7 übergehen. Die Streben drücken das gelöste Erdreich und etwaige Bruchstücke eines Altrohrs unmit­ telbar in die Räumkopföffnungen 4 und wirken außerdem als Abstreifer; sie drücken größere, nicht durch die Öffnungen 4 passende Steine zur Seite oder brechen diese und verhindern so ein Festfressen des Räumkopfes durch sich in dessen Öffnungen verhakende Steine.

Das Rohrgestänge 7 besitzt eine in eine Ringnut 16 des Räumkopfes mündende, in der Zeichnung nicht darge­ stellte Öffnung, und von der Ringnut gehen Kanäle 17 in den Längsstegen 2 ab, die zu nach außen gerichtete Düsen 18 führen.

Der Räumkopf 1 ist mit einem Anschluß 19 für ein Nach­ zieh- bzw. Produktrohr 20 versehen. Der Anschluß 19 besteht aus einem Mantelstück 21 und einer innenlie­ genden Stützhülse 22, die zwischen sich das vordere Ende des Produktrohrs 20 aufnehmen.

Beim Aufweiten der Pilotbohrung 6 lösen die Schneiden 15 und das Abbauwerkzeug 8 das die Pilotbohrung 6 umgebende Erdreich im Zusammenwirken mit der aus den Räumkopfdüsen 18 austretenden Spülflüssigkeit. Dieses Erdreich gelangt unmittelbar nach dem Lösen durch die Öffnungen 4 in das Räumkopfinnere 11, von wo es unter dem Einfluß der durch die Kopfdüse 12 eintretenden Spülflüssigkeit und der mitgeführten Spülflüssigkeit aus den Stegdüsen 18 bei verhältnismäßig geringer Rei­ bung durch das Zwischenstück 15 und das Abraumrohr 17 abgefördert wird.

Um die Mantelreibung zwischen dem Produktrohr 20 und dem umgebenden Erdreich zu verringern, können die Stegkanäle 17 zusätzlich noch mit peripheren Düsen verbunden sein, aus denen die Spülflüssigkeit in den schmalen Ringraum zwischen dem Produktrohr 20 und dem umgebenden Erdreich gelangt. Hier setzt die Spülflüs­ sigkeit nicht nur die Mantelreibung herab, sondern stabilisiert auch die von dem Abbauwerkzeug 8 geschaf­ fene Erdbohrung, die aufgrund des Einflusses der Schneiden 15 verhältnismäßig rauh ist. In das Räum­ kopfinnere mündende, ringförmig angeordnete Düsen 23 eines Düsenrings 24 begünstigen zusammen mit der Kopf­ düse 12 das zentrale Abfördern des Erdreichs aus dem Räumkopf 1 in das Produktrohr 20. Der Düsenring 24 wird über eine durch das Produktrohr 20 geführte Lei­ tung 25 von der Startgrube aus mit Spülwasser ver­ sorgt.

Bei dem Räumkopf gemäß Fig. 3 ist das Rohrgestänge 7 mit einer Konsole 26 verbunden, auf der ein Werkzeug 27 angeordnet ist. Das Werkzeug 27 ist mit Hartmetall­ köpfen 28 besetzt und rotiert mit dem Gestänge W, wobei sich ein Hüllkreis ergibt, der je nach Bodenart etwas kleiner sein kann als der größte Durchmesser des Räumkopfes 1. Auf diese Weise leistet der Räumkopf noch eine gewisse Verdrängungsarbeit und stabilisiert so die von dem umlaufenden Werkzeug 27 geschaffene Erdbohrung.

Das Gestänge 7 kann auch mit mehreren umlaufenden Werkzeugen versehen sein, die gegebenenfalls axial gestaffelt angeordnet sind und/oder unterschiedliche Hüllkreise besitzen können.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Räumkopf ist zur wei­ teren Verbesserung des Abförderns des Abraums im Pro­ duktrohr eine Förderschnecke 29 angeordnet, die von der Startgrube aus über ein Gestänge angetrieben ist. Eine solche Förderschnecke empfiehlt sich insbesondere bei großen Bohrlängen wegen der mit der Förder­ streckenlänge zunehmenden Mantelreibung im Abraumrohr.

Die Förderschnecke 29 kann jedoch auch mit dem Gestän­ ge 7 verbunden sein und so zugleich mit dem Werkzeug 8, 27 angetrieben werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Querschnittsvergrößern einer Pilotbohrung oder zum Ersetzen einer erdverlegten Rohrleitung mit

• - einem Abraumöffnungen (4) aufweisenden Räum­ kopf (1),
• - einem mit dem Räumkopf sowie einem Drehan­ trieb verbundenen Zuggestänge (7) und
• - einem am Räumkopf kreisenden Werkzeug (8, 27).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Dreh/Zug-Gestänge (7) drehbar im Räumkopf (1) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein den Räumkopf (1) mindestens teilweise umgreifendes, mit dem Dreh/Zug-Gestänge (7) verbundenes Abbauwerkzeug (8).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Abbauwerkzeug (8) mit Schneiden (15) besetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Räumkopf (1) mit einem Nachziehrohr (20) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Räumkopf (1) mit Spülflüssigkeitsdüsen (12, 18, 23) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Räumkopf (1) Kanäle (17) für die Spülflüssigkeit enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Rohrgestänge mit einer Düse (12) im Räumkopf-Inneren (11) endet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrgestänge mit zu Düsen (18) im Räumkopf (1) führenden Kanälen (17) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Räumkopf (1) aus Hohlstegen (2) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Räumkopf (1) achsparallel nach hinten gerichtete Düsen besitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbauwerkzeug (27) unmittelbar vor dem Räumkopf (1) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Räumkopf (1) eine Spülmittelleitung (25) mündet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spülmittelleitung (25) mit einem Düsenring (23, 24) im Räumkopf-Innern (11) verbun­ den ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Räumkopf (1), im Zwischenstück (15) oder im Nachziehrohr (17) eine entgegen der Vortriebsrichtung wirkende Strahldüse und/oder eine Förderschnecke (28) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Förderschnecke (29) mit dem Dreh/Zug-Ge­ stänge (7) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Förderschnecke (29) mit einem durch das Nachziehrohr (20) geführten Drehgestänge ver­ bunden ist.