DE19732479C1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, mit einem drehend angetriebenen rohrförmigen Außengestänge, durch das sich eine ebenfalls drehend angetriebene Bohraus­ rüstung erstreckt, zur Durchführung von Erdbohrarbeiten oder zur Verwendung im Spezialtiefbau.

Übliche Bohrvorrichtungen, wie sie beispielsweise in DE 35 03 893 C1 beschrieben sind, weisen ein Außengestänge und ein Innengestänge auf. Beide Gestänge werden von Drehantrieben unabhängig voneinander gedreht. Auf das Innengestänge werden von einer Schlagvorrichtung Schläge ausgeübt. Diese Schläge werden auf eine am In­ nengestänge befestigte Bohrkrone übertragen, welche die Bohrlochsohle bearbeitet. Es ist möglich, nur das In­ nengestänge mit Schlägen zu beaufschlagen oder Außenge­ stänge und Innengestänge zu schlagen. In jedem Fall übernimmt das Innengestänge einen wesentlichen Teil der mechanischen Bohrbelastung, so daß es dickwandig und stabil ausgebildet sein muß, um der Schlag- und Drehbe­ anspruchung standzuhalten.

Es gibt Bohraufgaben, bei denen eine relativ empfind­ liche Bohrausrüstung in das Bohrloch eingebracht werden muß. Ein Beispiel hierfür ist das Injektionsbohren, bei dem ein Hochdruck-Injektionsgestänge verwendet wird, das aus einem oder mehreren ineinandergeschobenen Bohr­ strängen besteht. Am vorderen Ende des Injektionsge­ stänges befinden sich Düsen, aus denen härtbare Suspen­ sion mit hohem Druck in das Erdreich injiziert wird, um einen Hohlraum freizuspülen, in dem durch Zementinjek­ tion eine Vermörtelung erzeugt wird, die nach dem Ab­ binden einen Betonpfahl oder eine Bodenplatte bildet. Solche Injektionsgestänge sind relativ dünnwandig und sie können nicht zum Schlagbohren benutzt werden. Beim Injektionsbohren oder Spülbohren wird das Bohrgestänge lediglich drehend vorgeschoben. Wenn sich im Bohrweg Felsen oder große Steine befinden, bilden diese ein unüberwindliches Hindernis, da keine Möglichkeit be­ steht, sie zu zertrümmern. Häufig gleitet die am vor­ deren des Bohrgestänges befindliche Drehbohrkrone an solchen Steinen ab, wodurch eine unbeabsichtigte Rich­ tungsänderung des Bohrvorgangs erfolgt.

Aus DE 19 09 931 B2 ist eine Vorrichtung zum Überla­ gerungsbohren bekannt, die ein Außengestänge und ein Innengestänge mit jeweils einem Drehantrieb aufweist. Jedes der Gestänge wird an seinem rückwärtigen Ende mit den Schlägen eines Außenhammers beaufschlagt, um beim Überlagerungsbohren höhere Bohrgeschwindigkeiten zu erzielen.

Eine ähnliche Bohrvorrichtung ist in JP-5-98 885 A beschrieben. Hierbei ist das Außengestänge mit einer Schlagvorrichtung und einer Drehvorrichtung versehen, während das Innengestänge am rückwärtigen Ende nur einen Drehantrieb aufweist. Im Verlaufe des Innenge­ stänges ist jedoch ein Tieflochhammer angeordnet. Auch hierbei werden beide Gestänge stark beansprucht.

US 3 154 158 beschreibt ein Kernbohrverfahren, bei dem nur ein einziges Rohrgestänge vorhanden ist, das von einem Ringkolben mit Schlägen beaufschlagt wird, wäh­ rend es gleichzeitig von einem Drehantrieb gedreht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvor­ richtung zu schaffen, mit der ein empfindliches Hoch­ druck-Injektionsgestänge auf schnelle und einfache Weise niedergebracht werden kann und die beim Injek­ tionsbohren zugleich mit dem Injektionsgestänge ver­ wendbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung übt die Schlagvorrichtung Schläge ausschließlich auf das Außen­ gestänge aus, das zu diesem Zweck mit einem rohrför­ migen Einsteckende versehen ist. Die Bohrausrüstung in Form eines Hochdruck-Injektionsgestänges erstreckt sich durch das Außengestänge, das Einsteckende und durch den als Ringkolben ausgebildeten Kolben der Schlagvorrich­ tung hindurch. Sie wird von den Schlägen, die aus­ schließlich auf das Außengestänge ausgeübt werden, nicht beeinträchtigt. Auf diese Weise ist es möglich, zusammen mit dem Außengestänge eine gegen Schläge em­ pfindliche innere Bohrausrüstung niederzubringen, wobei mit dem Außengestänge die eigentliche Bohrarbeit dre­ hend und schlagend verrichtet werden kann. Danach kann die Bohrausrüstung vorgeschoben werden, um ihr vorderes Ende aus dem Außengestänge herauszubewegen, so daß die Bohrausrüstung ihre eigentliche Bohraufgabe verrichten kann. Das Hochdruck-Injektionsgestänge dient dazu, einen Bodenhohlraum freizuspülen, um durch Zementinjek­ tion eine Vermörtelung durchzuführen und im Boden einen Betonpfahl oder eine Platte zu erzeugen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am vorderen Ende des Außengestänge eine Schlagbohr­ krone befestigt, die bei Drehung die gesamte Fläche der Bohrlochsohle bearbeitet. Diese Schlagbohrkrone ist ganz oder nur in ihrem mittleren Teil von dem Außenge­ stänge trennbar. Nach Erreichen der vorgesehenen Bohr­ tiefe wird die Schlagbohrkrone ganz oder teilweise ab­ geworfen, so daß die innere Bohrausrüstung vorgeschoben werden kann, um mit ihrem vorderen Ende aus dem Außen­ gestänge hervorzuragen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Außengestänge als Schlagrohr und gleichzeitig als Schutzrohr für die darin befindliche innere Bohr­ ausrüstung wirkt. Während des Bohrens und Schlagens ist die Bohrausrüstung in Ruhe.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Bohrvorrichtung und

Fig. 2 eine Stirnansicht der Schlagbohrkrone aus Rich­ tung des Pfeiles II in Fig. 1.

Die Bohrvorrichtung weist ein Außengestänge 10 auf, das aus mehreren miteinander verbundenen Rohren bestehen kann. Am vorderen Ende des Außengestänges 10 befindet sich eine Schlagbohrkrone 11. Am rückwärtigen Ende ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Auswurfstück 12 vor­ gesehen, durch das rückgespültes Bohrgut ausgeworfen werden kann. Das rückwärtige Ende des Außengestänges 10 ist mit einem Einsteckende 13 verschraubt. Das Ein­ steckende 13 ist rohrförmig ausgebildet. Es erstreckt sich durch ein Gehäuse 14 eines Drehantriebes 15. Das Gehäuse 14 enthält ein Getriebe 16, welches von einem Hydraulikmotor 17 angetrieben wird und ein im wesent­ liches rohrförmiges Drehorgan 18 antreibt. Das Drehor­ gan 18 ist mit einer inneren Keilverzahnung versehen, die mit einer äußeren Keilverzahnung 19 des Einstecken­ des 13 zusammengreift. Das Einsteckende 13 wird also in dem Gehäuse 14 gedreht, wobei es sich in Grenzen axial bewegen kann.

An dem rückwärtigen Ende des Gehäuses 14 ist die Schlagvorrichtung 20 befestigt. Diese besteht aus einem mit dem Gehäuse 14 verbundenen Hammergehäuse 21 und einem darin bewegbaren rohrförmigen Schlagkolben 22. Die Einzelheiten der Schlagvorrichtung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen. Die Schlagvorrich­ tung arbeitet generell in der Weise, wie diejenige nach DE-PS 24 28 236. Sie weist einen (nicht dargestellten) Steuerkolben auf, der die Umsteuerung des Schlagkolbens 22 bewirkt und veranlaßt, daß der Schlagkolben 22 ab­ wechselnd Schlaghübe und Rückhübe ausführt. Bei einem Schlaghub schlägt er gegen die rückwärtige Stirnfläche 23 des Einsteckendes 13, das den Amboß für den Schlag­ kolben 22 bildet.

Durch das Außengestänge 10, das Einsteckende 13 und den Ringkolben 22 der Schlagvorrichtung 20 erstreckt sich eine Bohrausrüstung 24, bei der es sich hier um ein Hochdruck-Injektionsgestänge handelt. Dieses ist am vorderen Ende mit radial nach außen weisenden Düsen 25 versehen und am rückwärtigen Ende mit einem Einspeise­ kopf 26. Das Rohr der Bohrausrüstung 24 ist wesentlich dünner als dasjenige des Außengestänges 10. Der Durch­ gang des Rohres der Bohrausrüstung 24 durch das Ein­ steckende 13 ist an beiden Enden des Einsteckendes mit einer Dichtung 27, 28 abgedichtet. Im übrigen besteht jeweils ein Ringspalt zwischen dem Rohr der Bohraus­ rüstung 24 und dem Einsteckende 13 sowie dem Ringkolben 22, so daß das Rohr nicht in Berührung mit dem Material des Einsteckendes oder dem Ringkolben kommt.

Schläge, die von dem Ringkolben 22 auf das Einsteckende 13 ausgeführt werden, werden über die Stirnfläche 29 des Einsteckendes als Schlagübertragungsfläche auf das Außengestänge 10 übertragen.

Das Gehäuse 14 des Drehantriebs 15 ist an einem Schlit­ ten 30 befestigt, der auf einer (nicht dargestellten) Lafette verfahren werden kann, um die Bohrvorrichtung vorzutreiben. Auf dem Schlitten 30 ist ein zweiter Drehantrieb 31 mit einem Getriebegehäuse 32 und einem Drehmotor 33 angeordnet. Der Drehantrieb 31 dreht einen Spannkopf 34, in den das Rohr der Bohrausrüstung 24 eingespannt ist und durch den dieses Rohr hindurchragt.

Die beiden Drehantriebe 15 und 31 sind durch eine An­ triebsvorrichtung 35, hier in Form eines Hydraulik­ zylinders, untereinander verbunden, um ihren Abstand verändern zu können. Während der Drehantrieb 15 an dem Schlitten 30 fest ist, kann der Drehantrieb 31 auf dem Schlitten verschoben werden. Durch Betätigung der An­ triebsvorrichtung 35 wird die Bohrausrüstung 24 in Bezug auf das Außengestänge 10 vorgeschoben oder zu­ rückgezogen.

Die Schlagbohrkrone 11 weist gemäß Fig. 2 einen Kranz 36 auf, der mit Meißelelementen 37 bestückt ist. In dem Kranz 36 erstreckt sich eine kreuzförmige Speichen­ struktur 38, die ebenfalls Meißelelemente tragen kann. Beim Drehen der Bohrkrone 11 wird somit die gesamte Fläche der Bohrlochsohle bearbeitet. Die Speichenstruk­ tur 38 ist Bestandteil eines auswerfbaren Mittelteils 39 der Bohrkrone. Dieser Mittelteil 39 ist in den Ring­ teil eingesetzt und er wird beim Bohren von dem Ringnut abgestützt. Nach Beendigung der Bohrarbeit kann das Rohr der Bohrausrüstung 24 vorgeschoben werden, um den Mitteilteil 39 aus dem Ringteil herauszustoßen, so daß die Bohrkrone 11 nun für den Durchtritt des Rohres der Bohrausrüstung geöffnet ist.

Bei Benutzung der Bohrvorrichtung nehmen das Außenge­ stänge 10 und die innere Bohrausrüstung 24 zunächst den in Fig. 1 dargestellten Zustand ein, in dem mit dem Außengestänge 10 drehend und schlagend gebohrt wird, wobei der Drehantrieb 15 und die Schlagvorrichtung 20 in Betrieb sind. Der Drehantrieb 31 ist abgeschaltet, kann jedoch auch eingeschaltet sein, um die Bohraus­ rüstung 24 leer mitdrehen zu lassen. Während des Boh­ rens wird ein Spülmedium in Richtung der in Fig. 1 dar­ gestellten Pfeile durch die innere Bohrausrüstung ge­ leitet, um gelöstes Bohrgut von der Bohrlochsohle im Außengestänge rückzuspülen. Zum Zwecke des Bohrvorschu­ bes wird der Schlitten 30 in Richtung auf die Bohrloch­ sohle vorgeschoben.

Wenn die vorgesehene Bohrtiefe erreicht ist, wird die Antriebsvorrichtung 35 eingezogen, so daß der Drehan­ trieb 31 an den Drehantrieb 15 herangezogen wird und die Bohrausrüstung 24 den Mitteilteil 39 der Bohrkrone 11 ausstößt. Die Bohrausrüstung 24 kann dann mit der benötigten Länge aus dem Außengestänge 10 ausgefahren und in Funktion gesetzt werden. Die Bohrausrüstung 24 ist ein Hochdruck-Injektionsgestänge, das mit einem Injektionsdruck in der Größenordnung von 300 bis 600 bar betrieben wird, wobei die zu injizierende Flüssig­ keit aus den Düsen 25 mit hohem Druck austritt, während der Drehantrieb 31 die Bohrausrüstung 24 kontinuierlich dreht.

Claims (4)

1. Bohrvorrichtung mit einem drehend angetriebenen rohrförmigen Außengestänge (10), durch das sich eine ebenfalls drehend angetriebene Bohrausrüstung (24) erstreckt, einer Antriebsvorrichtung (35) zum Verschieben der inneren Bohrausrüstung (24) in dem Außengestänge (10), und einer hydraulischen Schlagvorrichtung (20) mit einem Ringkolben (22) aufweist, der Schläge auf ein am rückwärtigen Ende des Außengestänges (10) befestigtes rohrförmiges Einsteckende (13) ausführt, wobei die Bohraus­ rüstung (24) durch den Ringkolben (22) und das Einsteckende (13) hindurchragt, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Bohrausrüstung (24) aus einem Hoch­ druck-Injektionsgestänge besteht, das ausschließ­ lich drehend und nichtschlagend angetrieben ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am vorderen Ende des Außengestänges (10) eine Schlagbohrkrone (11) befestigt ist, die bei Drehung die gesamte Fläche der Bohrlochsohle bearbeitet.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schlagbohrkrone (11) ganz oder nur in ihrem mittleren Teil (39) von dem Außenge­ stänge (10) trennbar ist.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Durchgang der Bohr­ ausrüstung (24) durch das rohrförmige Einsteckende (13) mit mindestens einer Dichtung (27, 28) abge­ dichtet ist.