DE19718527C2 - Vorrichtung zum Aufweiten einer Erdbohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auf­ weiten von Erdbohrungen, beispielsweise einer mit Hilfe ei­ nes Rammbohrgeräts hergestellten Pilotbohrung oder auch einer im Erdreich verlegten Rohrleitung, die beim Aufwei­ ten gleichzeitig zerstört wird.

Es ist bekannt, selbstgetriebene Rammbohrgeräte am vor­ deren oder am rückwärtigen Ende mit einem Aufweitkonus zu versehen, der das die Pilotbohrung umgebende Erdreich während des Gerätevortriebs seitwärts verdrängt und dabei zu einer erheblichen Verdichtung des die Bohrung umge­ benden Erdreichs führt. Schwierigkeiten ergeben sich dabei jedoch, wenn das Erdreich Bodenhindernisse enthält und/­ oder sich nicht hinreichend verdichten läßt. In jedem Fall ist aber der Energieaufwand im Hinblick auf die zu leistende Verdichtungsarbeit erheblich und beim Vorhandensein von Bodenhindernissen die Richtungsstabilität gering.

Um dem entgegenzuwirken, ist es des weiteren bekannt, den Aufweitkonus nicht nur mit Hilfe des Rammbohrgeräts durch das Erdreich zu treiben, sondern gleichzeitig mit Hilfe eines durch die Pilotbohrung bzw. die Rohrleitung geführten Seils und einer in der Zielgrube angeordneten Winde zu zie­ hen. Damit läßt sich zwar die Arbeitsgeschwindigkeit erhö­ hen und auch die Richtungsstabilität verbessern; die Ver­ dichtungsarbeit zur Vergrößerung der Ausgangsbohrung muß jedoch weiterhin aufgebracht werden.

Aus der US-Patentschrift 4 925 344 ist eine andere Ar­ beitsweise bekannt, bei der am Ende eines rohrförmigen Bohrgestänges ein Bohrkopf in Gestalt eines verhältnismä­ ßig schlanken, mit einer Schneidwendel besetzten Konus angeordnet ist, an dem ein Zugseil angreift. Die Schneid­ wendel dient als Werkzeug zum Zerstören einer erdverleg­ ten Rohrleitung und gleichzeitig zum Abfördern der Rohr­ scherben und des beim Erweitern der Erdbohrung abgebau­ ten Erdreichs in der Bohrrichtung.

Zwischen der Schneidwendel befinden sich Austrittsöff­ nungen, die über das rohrförmige Bohrgestänge mit einem Schmiermittel versehen werden. Dieses Schmiermittel dient einerseits zum Kühlen der hoch beanspruchten Schneidwen­ del; zum anderen aber auch dazu, die Reibung zwischen dem Bohrkopf und der Schneidwendel einerseits sowie der zu zerstörenden Rohrleitung und dem umgebenden bzw. ab­ gebauten Erdreich andererseits zu verringern. Darüber hin­ aus setzt das Schmiermittel den Reibungswiderstand des die aufgeweitete Bohrung umgebenden Erdreichs herab und er­ leichtert dadurch das spätere oder auch gleichzeitige Einzie­ hen einer neuen Rohrleitung.

Ein wesentlicher Nachteil der zuvor geschilderten Ar­ beitsweise besteht darin, daß das Erdreich in der Bohr- bzw. Vortriebsrichtung, d. h. durch den im Verhältnis zu dem Vo­ lumen des beim Erweitern abgebauten Erdreichs und der Scherben der Altleitung geringen Querschnitt der Altleitung abgefördert werden muß. Demzufolge schiebt der Bohrkopf ständig ein mehr oder minder kompaktes Volumen abgebau­ ten Erdreichs vor sich her. Dies erfordert infolge der Rei­ bung mit dem sich drehenden Bohrkopf und in Abhängig­ keit von den anfallenden Erdmassen einen erheblichen, zu­ sätzlichen Energieaufwand.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen schnelleren Bohrfortschritt zu ermöglichen und insbeson­ dere den für das Abfördern des abgebauten Erdreichs und der Rohrscherben beim Zerstören einer erdverlegten Rohr­ leitung erforderlichen Energieaufwand zu vermindern.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung eine Aufweitvorrichtung vor, bei der am Ende eines mit einem Dreh-Zug-Antrieb verbundenen Gestänges mindestens eine Räumwendel mit konischer Hüllfläche und der Vortriebs­ richtung entgegengesetzter Förderrichtung für das abge­ baute Erdreich und gegebenenfalls der Scherben einer Alt­ leitung angeordnet ist. Auf diese Weise gelangt das abzuför­ dernde Erdreich sehr schnell aus dem Bereich der Räum­ wendel, mit deren Hilfe sich so das Erdreich im wesentli­ chen ungehindert durch loses Erdreich und etwaige Rohr­ scherben abbauen läßt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch zwei Wendeln parallel zueinander verlaufen. Außerdem kann die Räumwendel als Kanal für eine Spülflüssigkeit ausgebildet sein; sie besteht dann aus U-förmig miteinander verschweißten Blechen und besitzt einen auf einer Schmal­ seite stehenden Rechteck-Querschnitt.

Mindestens zwischen dem Gestänge und der Wendel kön­ nen Düsen angeordnet sein, die in und/oder entgegen der Vortriebsrichtung gerichtet sind. Die Düsen können ganz oder teilweise so beschaffen sein, daß die austretenden Strahlen auch Abbauarbeit leisten, in jedem Falle aber das Abfördern des losen Erdreichs entgegen der Vortriebsrich­ tung erleichtern. Des weiteren können auch in einem die Räumwendel tragenden Kernrohr spitzwinklig zur Rohr­ achse angeordnete Düsen mit gleicher oder ähnlicher Wir­ kung angeordnet sein. Das Kernrohr besitzt vorzugsweise einen im Vergleich zu der Hüllfläche geringen Durchmesser, so daß sich zwischen der Hüllfläche und dem Kernrohr ein verhältnismäßig großer Freiraum für das abgebaute Erdreich ergibt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Ein­ schlußwinkel zwischen der Kernrohrachse und der Hüllflä­ che 5 bis 60°, vorzugsweise 25 bis 40° beträgt.

Die Düsen können in einem Aufweitkegel angeordnet sein, der eine gewisse Aufweitarbeit leistet, ehe die Räum­ wendel wirksam wird.

In Vortriebsrichtung hinter der Räumwendel kann ein Glättring angeordnet sein, der die Wandung der von der Räumwendel erweiterten Erdbohrung glättet und dabei je nach seiner Beschaffenheit zu einem gewissen Verdichten des Erdreichs in einer mehr oder minder schmalen Rand­ zone führt und gleichzeitig die Richtungsstabilität erhöht.

Besonders bewährt hat sich ein Glättring aus einem Hohl­ zylinderabschnitt, der über Radialstreben mit einem Lager­ stück verbunden ist. Die sich zwischen den Radialstreben ergebenden Öffnungen dienen dem Durchtritt des abzuför­ dernden Erdreichs; sie sind in ihrer Gesamtheit groß genug, um ein ungehindertes Abfördern des Erdreichs zu ermögli­ chen.

Um die Reibung zwischen dem Glättring und dem Erd­ reich gering zu halten, sollte die Räumwendel in dem Lager­ stück drehbar gelagert sein, so daß der Glättring nicht rotiert und die Räumwendel unabhängig von dem Glättring ihre Arbeit leisten kann.

In jedem Fall kann das Lagerstück mit einer Kupplung zum Befestigen eines Nachziehrohrs versehen sein, das gleichzeitig mit dem Erweitern der Erdbohrung eingezogen wird und zudem das Abfördern des Erdreichs durch das Rohrinnere erleichtert. Die Kupplung für das Nachziehrohr kann sich auch an dem Glättring befinden, sofern diese nicht rotiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Wendelräumers teilweise im Längsschnitt und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Wendelräumer der Fig. 1 in Zugrichtung.

Der Wendelräumer besteht im wesentlichen aus einem Anschlußstück 1, an dem ein mit einem nicht dargestellten Dreh-Zug-Antrieb verbundenes Rohrgestänge 2 angreift, ei­ nem Aufweitkegel 3 und einem Kernrohr 4 mit mindestens einer Räumwendel 5. Die Wendel kann als Hohlkörper aus­ gebildet sein und Austrittsöffnungen für eine Spülflüssigkeit besitzen. Der Mantel des Aufweitkegels 3 stellt praktisch eine Verlängerung der Hüllfläche der Räumwendel dar und bewirkt daher, daß sich die Räumwendel 5 nicht in das Erd­ reich hineinfrißt, sondern lediglich eine mehr oder minder dünne Schicht des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs abschält. Dieses Erdreich füllt dann den verhältnismäßig großen Freiraum zwischen der Hüllfläche und dem Kernrohr 4 mit seinem verhältnismäßig geringen Durchmesser.

Das freie Ende des Kernrohrs 4 ist drehbar in einem La­ gerstück in Gestalt eines Wirbels 6 gelagert. Dieser Wirbel ist über Radialstreben 7 mit einem Glättring 8 verbunden und mit einer Kupplung 9 beispielsweise für ein nicht darge­ stelltes Nachziehrohr oder ein Seil. Zwischen den Streben 7 befinden sich verhältnismäßig große Durchtrittsöffnungen 10 für das von der Räumwendel abgebaute Erdreich.

Das Rohrgestänge 2 ist mit einer Längsbohrung 11 des Wendelräumers verbunden, von der mehrere Düsen 12, 13, 14, 15, 16, 17 in unterschiedlichen Richtungen abgehen. Über diese Düsen läßt sich eine Spülflüssigkeit, beispiels­ weise eine Bentonit/Wasser-Suspension zuführen, um das Abfördern des abgebauten Erdreichs zu erleichtern, das um­ gebende Erdreich zu stabilisieren und die Reibung zwischen dem Erdreich und dem Wendelräumer zu verringern. Die Düsen können unterschiedlich dimensioniert sein. So kön­ nen beispielsweise einzelne Düse einen solch geringen Querschnitt besitzen, daß aus ihnen das Erdreich abbauende Schneidstrahlen austreten, während aus anderen Düsen, ins­ besondere die nach hinten weisenden Düsen 13, 14, 15, 16, 17 lediglich Spülflüssigkeit austritt. Je nach Bodenbeschaf­ fenheit können jedoch aus allen Düsen nur abfördernde Spülflüssigkeit oder abbauende Schneidstrahlen austreten.

Da das Gestänge 2 mit dem Anschlußstück 1, dem Auf­ weitkegel 3 und dem Kernrohr 4 drehbar in dem Wirbel 6 gelagert ist, steht der Glättring 8 während des Bohrbetriebs still; seine Aufgabe besteht darin, die Wandung der von der Räumwendel 5 erweiterten Erdbohrung zu glätten und die Lage des Wendelräumers zu stabilisieren bzw. die Räum­ wendel zu zentrieren, um so Richtungsabweichungen zu vermeiden.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Aufweiten einer Erdbohrung mit:
mindestens einer am Ende eines mit einem Dreh-Zug-Antrieb verbundenen Gestänges ange­ ordneten Räumwendel (5) mit
konischer Hüllfläche und
der Vortriebsrichtung entgegengesetzter För­ derrichtung für das abgebaute Erdreich.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Räumwendel (5) auf einem zylindri­ schen Kern (4) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich­ net durch mindestens zwischen einem Gestänge (2) und der Räumwendel (5) angeordneten Düsen (12, 13, 14, 15, 16, 17).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düsenachsen in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Räumwendel (5) verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düsen (12, 13, 14, 15, 16, 17) mindestens teilweise in einem Aufweitkegel (3) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düsen (12, 13, 14, 15, 16, 17) in unterschiedliche Richtungen weisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Räumwendel (5) mit ei­ nem Glättring (8) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Glättring (8) aus einem Hohlzylinder­ abschnitt besteht und über Radialstreben (7) mit einem Lagerstück (6) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Lagerstück (6) das Kopfende der Räumwendel (5) drehbar gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Lagerstück (6) mit ei­ nem Nachziehrohr verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschlußwinkel zwi­ schen der Hüllfläche der Räumwendel (5) und der Achse des Kernrohrs (4) 5 bis 60° beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Räumwendel (5) als Hohlkörper ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Räumwendel (5) mit Austrittsöffnun­ gen für eine Spülflüssigkeit versehen ist.