DE19858509C1

DE19858509C1 - Method for trench-free forming of pressure-sealed domestic gas/water pipe connections uses robots to place whip stock, drill string with head, draw head, and milling cutter robots

Info

Publication number: DE19858509C1
Application number: DE1998158509
Authority: DE
Inventors: Joerg Isele
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2018-12-19

Abstract

The method uses robots moving inside the pressure pipes. An angled whip stock is fitted into the main pipe in front of the branch-off of the house pipe to be connected. A drill string with drill head is inserted into the main pipe, and drills to the connection point. A draw head is fastened to the end of the house pipe, connected to the drill string, and retracted into the main pipe, until the draw head projects into the main pipe, and the house pipe end is connected to the main pipe. The whip stock is removed and a milling cutter robot cuts off the draw head part projecting into the main pipe. The drill string is removed and the connection point is sealed. A second milling cutter with smaller diameter cuts a sickle-shaped section out of the main pipe wall, and cuts smooth all projecting pipe parts. A formed part with opening is fitted into the cut-out with its opening aligned with the rest of the draw head, and welded pressure-sealed to the pipes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gra benlosen Herstellung von Rohr-Hausanschlüssen an im Erd reich verlegte druckführende Leitungen, insbesondere an erdverlegte Gas- oder Frischwasserleitungen unter Verwen dung von in der druckführenden Leitung operierenden Robo tern.The present invention relates to a method for gra useless manufacture of pipe house connections on the ground richly laid pressure-carrying lines, especially on buried gas or fresh water pipes under use Robo operating in the pressure line tern.

Hauptrohre z. B. für die Erdgasversorgung werden heute ent lang und unter den Straßen grabenlos mit minimaler Beein trächtigung des Verkehrs und der Straßendecke verlegt. Diese grabenlose Bauweise ist in innerörtlichen Bereichen besonders günstig, da Verkehr und Straßendecke nur wenig gestört werden. Wird daran ein Haus angeschlossen, so sind jedoch in der Regel Ausgrabungen vor dem Haus erforderlich, um die Anschlußleitung zum Haus verlegen zu können. Dabei wird ein mehr oder weniger großer Schacht über der Haupt leitung niedergebracht. Aus diesem Schacht heraus werden dann die Hausanschlüsse z. B. durch Erdraketen verlegt. Die Verbindung am Hauptrohr wird über Anbohrschellen herge stellt. Dieses Verfahren ist gerade in dicht bebauten Ge bieten besonders unschön und störend, da trotz grabenloser Verlegung des Hauptstranges die Straße in Abständen immer wieder geöffnet werden muß.Main pipes z. B. for natural gas supply are ent today long and trenchless under the streets with minimal legs the traffic and the road surface. This trenchless construction is in inner-city areas particularly cheap, since traffic and road surface are very few be disturbed. If a house is connected to it, then however, excavations are usually required in front of the house, to be able to lay the connection line to the house. Here becomes a more or less large shaft over the main one line brought down. Be out of this shaft then the house connections z. B. misplaced by earth missiles. The Connection to the main pipe is made using tapping clamps poses. This process is especially in densely built-up areas offer particularly unsightly and annoying, because despite trenchless Main road always laying the road at intervals must be opened again.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ver fahren anzugeben, mit welchem diesem Zustand abgeholfen werden kann und druckdichte Hausanschlüsse aus einer Haupt leitung heraus grabenlos hergestellt werden können.The object of the present invention is therefore a Ver drive to indicate which remedied this condition can be and pressure tight house connections from a main line can be made trenchless.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, wie es in den Patentansprüchen 1 und 2 ange führt ist. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung sind in den Merkmalen der weiteren Unteransprüche zu sehen. Durch sie wird ein Verfahren angegeben, mit dem sich in gewünschter Weise Neuanschlüsse von druckführenden Lei tungen auf einfache Weise erzeugen lassen.To achieve the object, the present invention suggests Method before, as indicated in claims 1 and 2 leads is. Further, advantageous embodiments of the Erfin are in the features of the further subclaims see. It specifies a procedure with which in the desired way new connections of pressure-carrying Lei can be created easily.

Weitere Einzelheiten des neuen Verfahren werden im folgen den und anhand der Fig. 1 bis 17 näher erläutert. Es zeigenFurther details of the new method are in the follow and explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 17. Show it

die Fig. 1 bis 8 eine erste Variante des Verfahrens und Figs. 1 to 8 a first variation of the method and

die Fig. 9 bis 17 eine zweite Variante. Figs. 9 to 17 show a second variant.

Die Durchmesser der Rohre von Hausanschlußleitungen sind im allgemeinen deutlich geringer als der Durchmesser des Rohrstranges einer Hauptleitung. Die Rohre 1 solcher Haupt leitungen 1 werden grabenlos verlegt, das heisst es wird zunächst gebohrt und danach in die Bohrung ein Rohr 1 ein gezogen (Fig. 1). Vor dem Verzweigungspunkt des Rohres 2 ei ner anzuschließenden Hausleitung wird z. B. mit Hilfe eines Roboters ein sogenannter Whipstock 3, das heisst ein Ab lenkkeil mit Ablenkung in der gewünschten Richtung in dem Rohr 1 der Hauptleitung positioniert (Fig. 2). Der Whipstock 3 ist dabei so ausgebildet, daß der Durchmesserunterschied der beiden Rohre 1 und 2 genutzt wird, um einen möglichst großen Bohrwinkel aus dem Rohr 1 zu erhalten. Wird nun ein Bohrstrang in das Rohr 1 eingeführt, so wird sein Bohrkopf 4 nach außen abgelenkt und bohrt aus dem Rohr 1 heraus. Da bei sind Ablenkwinkel um 15° oder etwas mehr praktikable Werte.The diameter of the pipes of house connection lines are generally significantly smaller than the diameter of the pipe run of a main line. The pipes 1 of such main lines 1 are laid without trenches, that is to say it is first drilled and then a pipe 1 is drawn into the bore ( FIG. 1). Before the branch point of the tube 2 egg ner to be connected house line z. B. with the help of a robot, a so-called Whipstock 3 , that is, from a steering wedge with deflection positioned in the desired direction in the tube 1 of the main line ( Fig. 2). The Whipstock 3 is designed so that the difference in diameter of the two pipes 1 and 2 is used to obtain the largest possible drilling angle from the pipe 1 . If a drill string is now inserted into the pipe 1 , its drill head 4 is deflected outwards and drills out of the pipe 1 . There are deflection angles of 15 ° or slightly more practical values.

Es wird nun, vorteilhafterweise mit trockenem Vorschub ohne Spülung mit dem Bohrkopf 4 aus dem Rohr 1 heraus bis zur Anschlußstelle des anzuschließenden Hauses 5 gebohrt, um so wenig wie möglich Verschmutzungen in das Rohr 1 einzutra gen. Zum Schutz des Rohres 1 kann dabei ein Schutzrohr 6 über den Bohrstrang 7 geschoben werden (Fig. 3). Auf dem Rohrende 9 der Hausleitung wird oder ist ein Ziehkopf 8 be festigt, z. B. geschweißt, der seinerseits mit dem Bohrstrang 7 oder dem Schutzrohr 6 verbunden wird. Danach wird der Ziehkopf 8 mit dem Rohr 2 über den Strang 7 oder das Rohr 6 soweit in das Rohr 1 der Hauptleitung gezogen, bis der Ziehkopf 8 in das Rohr 1 hineinragt und sich das Rohrende 9 des Rohres 2 in einer solchen Lage zum Rohr 1 befindet, daß es mit diesem verbunden bzw. an dieses ange schlossen werden kann (Fig. 4 und 5). Der Whipstock 3 wird entfernt und ein Roboter 11 mit einem ersten Fräser 10 an die Stelle des Abzweiges gefahren. Der Fräser trennt nun den Teil des Ziehkopfes 8 vom Rohr 2 der Hausanschlußlei tung der in das Rohr 1 einragt (Fig. 5). Danach wird der Bohrstrang 7 aus dem Rohr 1 weggezogen und die zukünftige Verbindungsstelle gegenüber dem Erdreich abgedichtet und fixiert. Dies kann durch Vereisung erfolgen, oder der Spalt wird vom Rohrinneren her mit einer Dichtungsmasse 13 ge füllt, die bis zum Aushärten durch eine Membran 14 in ihrer Position angepresst und dann fixiert wird (Fig. 6).It is now, advantageously with a dry feed without rinsing with the drill head 4 from the pipe 1 to the junction of the house to be connected 5 drilled in order to enter as little dirt as possible into the pipe 1. To protect the pipe 1 , a protective pipe can be used 6 are pushed over the drill string 7 ( Fig. 3). On the pipe end 9 of the house line is a pulling head 8 be fastened, z. B. welded, which in turn is connected to the drill string 7 or the protective tube 6 . Then the pulling head 8 with the pipe 2 is pulled over the strand 7 or the pipe 6 into the pipe 1 of the main line until the pulling head 8 protrudes into the pipe 1 and the pipe end 9 of the pipe 2 is in such a position relative to the pipe 1 is that it can be connected to this or be connected to this ( Fig. 4 and 5). The Whipstock 3 is removed and a robot 11 with a first milling cutter 10 is moved to the location of the branch. The cutter now separates the part of the drawing head 8 from the tube 2 of the Hausanschlußlei device that protrudes into the tube 1 ( Fig. 5). The drill string 7 is then pulled out of the pipe 1 and the future connection point is sealed off from the ground and fixed. This can be done by icing, or the gap is filled from the inside of the pipe with a sealing compound 13 , which is pressed into position until it is hardened by a membrane 14 and then fixed ( FIG. 6).

Danach wird der Fräsroboter 11 zur Feinbearbeitung mit ei nem zweiten Fräser 16 bestückt, dessen Durchmesser nur ge ringfügig kleiner als der Durchmesser des Rohres 1 ist. Dieser Fräser 16 fährt nun über die Anschlußstelle, wird von innen her gegen das Rohr 1 gebracht und schneidet einen sichelförmigen Teil 15 der Wand des Rohres 1 als Ausschnitt heraus, unabhängig davon, unter welchem Winkel das Rohr 2 der Hausleitung auf die Leitung 1 trifft. Dabei werden alle eventuell überstehenden Reste des Ziehkopfes 8, der Dich tungsmasse 13 und der Membran 14 bündig zur Innenfläche des Rohres 1 abgeschnitten (Fig. 7), kalibriert und gesäubert. Anschließend wird ein Formteil 17 mit einer Öffnung 20 durch einen geeigneten Roboter 18 unter die Anschlußstelle gebracht und paßgenau mit der Öffnung 20 zum Rohrende 9 in den sichelförmigen Ausschnitt 15 eingelegt. Auf dem Form teil 17 sind Heiz- oder Schweißdrähte 19 angebracht, durch deren elektrische Erhitzung das Formteil 17 unter Anpres sung mit dem Rohr 1 und dem dickwandigen Rest des Ziehkop fes 8 druckdicht verschweißt wird (Fig. 8) Der dickere Teil der Wandung des Ziehkopfes 8 gewährleistet dabei eine si chere Schweißverbindung mit dem sichelförmigen Formteil 17. Danach kann die Öffnung 20 des Formteiles 17 mit einem Frä ser so erweitert werden, daß kein unnötiger Druckverlust zwischen den Leitungen mehr entsteht. Mit einem Typus von Ziehkopf und einem Typus von Formteil können mit dem Ver fahren unterschiedliche Rohre, z. B. Rohre gleicher Nenn weite aber unterschiedlicher Druckstufen zuverlässig ver bunden werden.Then the milling robot 11 is equipped with a second milling cutter 16 for fine machining, the diameter of which is only slightly smaller than the diameter of the tube 1 . This cutter 16 now moves over the connection point, is brought from the inside against the pipe 1 and cuts out a crescent-shaped part 15 of the wall of the pipe 1 as a cutout, regardless of the angle at which the pipe 2 of the house line meets the line 1 . All remaining protruding remnants of the drawing head 8 , the processing mass 13 and the membrane 14 are cut off flush with the inner surface of the tube 1 ( FIG. 7), calibrated and cleaned. Subsequently, a molded part 17 with an opening 20 is brought under the connection point by a suitable robot 18 and inserted with an opening 20 into the crescent-shaped cutout 15 with the pipe end 9 . Heating or welding wires 19 are mounted on the mold part 17, 17 sung by the electrical heating of the molding under Anpres with the tube 1 and the thick-walled rest of the Ziehkop fes 8 pressure-tightly welded (FIG. 8), the thicker part of the wall of the pulling head 8 ensures a secure weld connection with the crescent-shaped molded part 17th Thereafter, the opening 20 of the molded part 17 can be expanded with a cutter so that there is no unnecessary pressure loss between the lines. With a type of pulling head and a type of molded part, different pipes, e.g. B. pipes of the same nominal width but different pressure levels are reliably connected ver.

In den Fig. 9 bis 17 ist eine zweite Variante des Ver fahrensprinzipes dargestellt, bei welchem die Schritte der Fig. 10, 11, 12 und 13 anders ausgeführt werden, als bei der im Vorstehenden beschriebenen Methode. Die Schritte der Fig. 9 und 14 bis 17 bleiben jedoch gleich, sind der Vollständigkeit wegen jedoch mit dargestellt. In den Fig. 9, 14 bis 17 gelten daher die gleichen Positionsnummern wie die der Fig. 1, 5 bis 8. Zum Unterschied zu der er sten Variante wird hier kein Whipstock gesetzt und der Hausanschluß aus der Hauptleitung heraus gebohrt, sondern umgekehrt vom anzuschließenden Haus 21 her. Dies geschieht aus dessen Keller oder Vorgarten mit einem steuerbaren Ho rizontalbohrgerät 22 oder einer Erdrakete 23 im rechten Winkel zu dem Hauptrohr 1 bis in dieses (Fig. 10). Dies hat den Vorteil, daß die Leitungen senkrecht aufeinander tref fen. Mit Hilfe von Sendern 24, die an der Anschlußstelle im Rohr 1 sowie im oder am Bohrkopf 26 positioniert sind und deren Signale mit einem Ortungsgerät 25 von der Oberfläche her verfolgt werden, kann durch eine Vergleichsmessung die ser Signale die gewünschte Genauigkeit der Tiefenortung bzw. der Rohrzusammenführung stark verbessert werden (Fig. 11). Besteht bei der vom Haus 21 her erzeugten An schlußbohrung die Gefahr des Einstürzens sobald der Bohr kopf 26 zurückgezogen wird, so wird mit einem Roboter 27 ein Zugseil 28 am Bohrkopf 26 eingehängt, das nach Zurück ziehen ins Haus 21 den Bohrungsanfang im oder am Haus 21 mit dem Revisionsschacht des Rohres 1 verbindet, von dem aus das Rohr 1 zugänglich ist. Mit dem Zugseil 28 wird an schließend das Rohr 2 der Hausleitung mittels des Ziehkop fes 8 bis in das Rohr 1 eingezogen bis dieser in das Rohr 1 hineinragt und sich das Rohrende 9 des Rohres 2 in einer solchen Lage zum Rohr 1 befindet, daß es mit diesem verbun den bzw. an dieses angeschlossen werden kann. Die anschlie ßend folgenden Verfahrensschritte sind danach die gleichen wie die der ersten Version. In FIGS. 9 to 17 show a second variant of the Ver 11 is shown driving principle, wherein the steps of Fig. 10, 12 and 13 are practiced otherwise than in the described in the foregoing method. However, the steps in FIGS. 9 and 14 to 17 remain the same, but are also shown for the sake of completeness. In Figs. 9, 14 to 17, the same item numbers as those of Figs. 1, 5 to 8 therefore apply . In contrast to the first variant, no whipstock is set here and the house connection drilled out of the main line, but vice versa from the one to be connected House 21 ago. This is done from the basement or front yard with a controllable Ho rizontalbohrgerät 22 or a rocket 23 at right angles to the main pipe 1 into this ( Fig. 10). This has the advantage that the lines meet vertically. With the help of transmitters 24 , which are positioned at the connection point in the pipe 1 and in or on the drill head 26 and whose signals are tracked from the surface with a locating device 25 , the desired accuracy of the deep localization or the Pipe merging can be greatly improved ( Fig. 11). If there is a danger of collapse as soon as the drilling head 26 is withdrawn from the connection bore generated by the house 21, a traction cable 28 is attached to the drilling head 26 with a robot 27 , which after pulling back into the house 21 starts the drilling in or on the house 21 connects to the inspection shaft of the tube 1 , from which the tube 1 is accessible. To the traction cable 28, the tube 2 is the front line by means of Ziehkop fes 8 drawn up into the tube 1 until it protrudes into the pipe 1 and the pipe end 9 of the tube 2 is in such a location to the tube 1 to closing that with this can be connected to or connected to this. The subsequent process steps are the same as those of the first version.

Reference symbol list:

11

Rohr Hauptleitung
Main pipe

22nd

Rohr Hausleitung
Pipe house line

33rd

Whipstock
Whipstock

44th

Bohrkopf
Drill head

55

Haus
House

66

Schutzrohr
Protective tube

77

Bohrstrang
Drill string

88th

Ziehkopf
Pulling head

99

Rohrende
Pipe end

1010th

erster Fräser
first router

1111

Roboter
robot

1212th

Spalt
gap

1313

Dichtmasse
Sealant

1414

Membran
membrane

1515

sichelförmiger Teil
crescent-shaped part

1616

zweiter Fräser
second router

1717th

Formteil
Molding

1818th

Roboter
robot

1919th

Schweißdrähte
Welding wires

2020th

Öffnung
opening

2121

Haus
House

2222

Horizontalbohrgerät
Horizontal drilling machine

2323

Erdrakete
Earth rocket

2424th

Sender
Channel

2525th

Ortungsgerät
Tracking device

2626

Bohrkopf
Drill head

2727

Roboter
robot

2828

Zugseil
Traction rope

Claims

1.Procedure for the trenchless manufacture of pipe house connections (house pipes) to pressure-carrying pipes (main pipes) laid in the ground, in particular to underground gas or fresh water pipes using robots operating in the pressure-carrying pipe, with the following process steps:

a) a whipstock ( 3 ) with a corresponding deflection direction is positioned in the pipe ( 1 ) of the main pipe in front of the branching point of the pipe ( 2 ) of the house pipe to be closed,
b) then a drill string is inserted into the pipe ( 1 ) and its drill head ( 4 ) is deflected outwards, after which the pipe ( 1 ) is then drilled out with the drill head ( 4 ) to the connection point of the house ( 5 ) to be connected becomes,
c) a drawing head ( 8 ) is then attached to the pipe end ( 9 ) and connected to the drill string ( 7 ),
d) then the drawing head ( 8 ) with the pipe ( 2 ) is pulled back over the strand ( 7 ) into the pipe ( 1 ) until the drawing head ( 8 ) protrudes into the pipe ( 1 ) and the pipe end ( 9 ) is in such a position with respect to the pipe ( 1 ) that it can be connected to it,
e) the whipstock ( 3 ) is then removed and a milling robot is brought to the branching point, with the milling cutter ( 10 ) of which part of the drawing head ( 8 ) protruding into the tube ( 1 ) is cut off,
f) the drill string ( 7 ) is then pulled out of the pipe ( 1 ) and the connection point is sealed and fixed,
g) then with a second cutter ( 16 ), the diameter of which is smaller than the diameter of the tube ( 1 ), a crescent-shaped part ( 15 ) of the wall of the tube ( 1 ) is cut out from the inside and all residues projecting inwards are flush Cut the inside surface of the tube ( 1 ),
h) at the end a molded part ( 17 ) with an opening ( 20 ) is brought under the connection point, fits with the opening ( 20 ) to the thick-walled rest of the Ziehkop fes ( 8 ) in the crescent-shaped cutout ( 15 ) and by electrical heating under pressure with the pipe ( 1 ) and the end ( 9 ) of the pipe ( 2 ) welded pressure-tight.

2.Procedure for the trenchless manufacture of pipe house connections (house lines) to pressure-carrying lines laid in the ground (main lines), in particular to underground gas or fresh water lines using robots operating in the pressure-carrying line, with the following process steps:

a) from the house to be connected ( 21 ) is drilled at right angles to the main pipe ( 1 ) up to this and in the connection bore thus created, a traction cable ( 28 ) is inserted by hanging on the drill head ( 26 ), which after retracting into the house ( 21 ) connects the beginning of the bore in the house ( 21 ) with the access point of the pipe ( 1 ),
b) with the traction cable ( 28 ), the pipe ( 2 ) of the house line is then pulled into the connection bore by means of a pulling head ( 8 ) attached to it, until the pulling head ( 8 ) protrudes into the pipe ( 1 ) and the pipe end ( 9 ) is in such a position with respect to the pipe ( 1 ) that it can be connected to it,
c) a milling robot is then brought to the branching point, with the milling cutter ( 10 ) of which part of the drawing head ( 8 ) projecting into the tube ( 1 ) is cut off,
d) the pulling cable ( 28 ) is then pulled away from the tube ( 1 ) and the connection point is sealed and fixed,
e) then with a second cutter ( 16 ), the diameter of which is smaller than the diameter of the tube ( 1 ), a crescent-shaped part ( 15 ) of the wall of the tube ( 1 ) is cut out from the inside and all the residues projecting inwards are flush Inner surface of the tube ( 1 ) cut off,
f) then a molded part ( 17 ) with an opening ( 20 ) is brought under the connection point, with an exact fit with the opening ( 20 ) to the pipe end ( 9 ) in the si-shaped cutout ( 15 ) and by electrical heating under pressure with the pipe ( 1 ) and welded pressure-tight to the thick-walled rest of the drawing head ( 8 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at h) and a molded part ( 17 ) without opening ( 20 ) this is drilled after welding from the inside of the tube for connecting the tubes ( 1 and 2 ).

4. The method according to claim 1, characterized in that b) drilled with dry feed without flushing becomes.

5. The method according to claim 1, characterized in that at b) for protecting the tube ( 1 ), a protective tube ( 6 ) is pushed over the drill string ( 7 ).

6. The method according to claim 1 or 2, characterized in net, that at f) the sealing and fixing by Icing takes place.

7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at f) the gap from the inside of the tube with egg ner sealant ( 13 ) is filled, which is pressed until hardened by a membrane ( 14 ) in position and then is fixed.

8. The method according to claim 2, characterized in that drilling is carried out with a controllable drilling device ( 22 ), with the aid of transmitters ( 24 ) in the tube ( 1 ) and on the drilling head ( 26 ), the signals of which are tracked from the surface, the accuracy of the pipe junction is checked by comparative measurements.