DE19930504B4 - Verfahren zum Auffahren von Strecken in stark wasserführenden Schichten und dafür geeignete Bohreinrichtung - Google Patents

Verfahren zum Auffahren von Strecken in stark wasserführenden Schichten und dafür geeignete Bohreinrichtung Download PDF

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Abstract

Bohreinrichtung zum Herstellen von Gefrierbohrungen in stark wasserführenden Schichten mit einer Außen- und Innenrohrstrang (13, 14) antreibenden Bohrmaschine (10), einer Bohrlafette (11) und dem Außen- und Innenrohrstrang (13, 14) zugeordneten Bohrkrone (15), die mit dem Innenrohrstrang (14) lösbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) aus einem Tieftemperaturstahl gefertigt und über eine metallische Verbindung (22) miteinander koppelbar sind, dass eine mit dem Innenrohrstrang (14) lösbar verbundene Innenbohrkrone (16) in einer Außenbohrkrone (17) festsetzbar ist und dass die Bohrkrone (15) und ein in das Rohr (18, 19) des Außenrohrstranges (13) einführbarer Verschlussstopfen (27) den Außenrohrstrang (13) zusätzlich nach innen und außen abdichtend ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohreinrichtung zum Herstellen von Gefrierbohrungen in stark wasserführenden Schichten mit einer Außen- und Innenrohrstrang antreibenden Bohrmaschine, einer Bohrlafette und dem Außen- und Innenrohrstrang zugeordneter Bohrkrone, die mit dem Innenrohrstrang lösbar verbunden ist.
  • Bei der Durchführung von Gründungsarbeiten, der Herstellung von Hohlräumen sowie beim Vorantreiben von unterirdischen Trassen in stark wasserführenden und kohäsionslosen Schichten findet die Vereisungstechnik des Gebirges Anwendung. Es werden sowohl im oberflächennahen Bereich, wie auch beim Abtaufen von Schächten Hohlräume bzw. Strecken oder Schächte mit mehreren Metern Durchmesser aufgefahren, nachdem ein entsprechender Eismantel die notwendige Sicherung während der Herstell- und Abtäufarbeiten erbracht hat. Ziel der Vereisungstechnik ist es dementsprechend, einen geschlossenen, dickwandigen Eispanzer im Gebirge herzustellen, der einerseits drohende Wasserzuflüsse sicher verhindert und zum anderen durch Eisbildung einen festen, tragfähigen Zusammenhalt des Lockergebirges ermöglicht. Für die Vereisungstechnik müssen so genannte Gefrierbohrungen hergestellt werden, durch die das Kältemittel bei Temperaturen bis –28°C zirkulieren kann. Das Gefrierrohr bekommt so die Funktion eines Wärmetauschers, wobei sich um das Gefrierrohr ein ringförmiger dichter Eismantel ausbildet. Der jeweilige Vereisungsmantel um die Gefrierrohre wächst schließlich zu einer geschlossenen Schicht zusammen. Für die Ausbildung der Eisschicht und deren Gleichförmigkeit ist es von höchster Bedeutung, dass die Gefrierrohre parallel zueinander mit geringstmöglicher Abweichung verlaufen. Die Gefrierrohre werden nach Herstellung der entsprechenden Bohrungen in diese eingeschoben und bestehen aus einem Außen- und einem Innenrohr, so dass das Kältemittel durch das Innenrohr bis zum Bohrlochtiefsten gepumpt werden kann, um von dort an der Innenwand des Außenrohrs vorbeistreichend wieder zurückgeführt zu werden. Das Kältemittel wird dann in einer entsprechenden Kühlmaschine wieder auf –28°C abgekühlt, um erneut eingesetzt zu werden. Dort, wo das Lockergebirge oder gar der Schwimmsand das Austauschen der Bohrrohre gegen die Gefrierrohre nicht zulässt, hat man in der Vergangenheit bereits den Außenrohrstrang im Gebirge belassen und nach entsprechender Abdichtung und dem Gewinnen der Bohrkrone Kunststoffrohre eingeschoben, über die die Zirkulation des Kältemittels sichergestellt wird. Bei dem derartigen Verbleiben den Rohrtour im Bohrloch besteht die Gefahr, dass an den Verbindungsstellen der Bohrrohre oder im Bereich der Bohrkrone (siehe vor allem DE 38 39 760 C1 ) aufgrund von Undichtigkeiten Kältemittel austritt. Dies ist deshalb besonders problematisch, weil in diesem Bereich ein Gefrieren des Schwimmsandes oder des Lockergebirges nicht mehr möglich ist. Es kommt dann unter Umständen nicht mehr zu dem notwendigen Dichtmantel. Problematisch ist außerdem, dass im Bereich des Bohrlochtiefsten eine Abdichtung schwierig ist, weil dort während der Bohrarbeiten die mehr oder weniger aufwändige Bohrkrone im Einsatz ist, die das Abdichten in diesem Bereich erschwert. Dies trifft auch für ein Verfahren zu, das in der DE 38 39 760 C1 zumindest angedeutet ist. Dort ist ausgeführt, dass ein Einbrechen des Bohrloches mit zwangsläufig auftretenden unerwünschten Setzungen dadurch vermieden werden kann, dass das Außenrohrgestänge im Bohrloch verbleibt, wobei über die ausklinkbare Bohrkrone eine Abdichtung im Bohrlochtiefsten erfolgt. Anschließend soll das Innenrohrgestänge gezogen werden, wobei dann Gefrierleitungen oder andere Versorgungsleitungen eingebaut werden können. Aus der Beschreibung und insbesondere auch den 2 bis 4 ist entnehmbar, dass die Bohrkrone in den Außenrohrstrang eingezogen oder gegen ihn gezogen werden kann, um die gewünschte Abdichtung herbeizuführen, was aber sehr problematisch ist, weil auch die geringste Menge ausgetretenen Kältemittels zu den oben beschriebenen Problemen führt. Diese Probleme entstehen vor allem auch. Weil ja nach dem Ablösen der Bohrkrone vom Innenrohrstrang ein Dichtdruck nur erfolgen kann, wenn der Außenrohrstrang von oben her mit entsprechender Auflast gegen die Bohrkrone aufgedrückt wird, die nicht unbedingt auf ebenem Grund steht, sondern auch durchaus schräg stehen kann, so dass dann die beschriebenen Undichtigkeiten auftreten. Im Prinzip die gleichen Probleme sind mit der Lösung verbunden, die aus der EP 0 017 783 offenbart ist. Hier ist eine Vorrichtung zur Nutzung der Erdwärme beschrieben, wobei im Bohrlochtiefsten ein Kolben vorgesehen ist, über den das untere Ende des Rohrstranges verschließbar ist. Abgesehen davon, dass das zum Einsatz kommende Bohrgestänge nur mit einem Meißel ausgerüstet ist, erfolgt hier die Abdichtung durch ein gesondertes und sehr aufwändig betätigbares Organ und nicht über ein den Meißel bzw. die Bohrkrone als solche. Insbesondere bei hohem Druck im Gebirge besteht die Gefahr, dass der Kolben geöffnet wird, so dass dann die schon mehrfach angesprochene Problematik auftritt, dass der Kühlprozess nicht richtig ablaufen kann bzw. Kältemittel in den Boden austritt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Bohreinrichtung zu schaffen, die auch bei extremen Bedingungen, schlechtem Gebirge u. Ä. eine einfache und sichere Vereisung des Hohlraumrandes ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Rohre des Außenrohrstranges aus einem Tieftemperaturstahl gefertigt und über eine metallische Verbindung miteinander koppelbar sind, dass eine mit dem Innenrohrstrang lösbar verbundene Innenbohrkrone in einer Außenbohrkrone festsetzbar ist und dass die Bohrkrone und ein in das Rohr des Außenrohrstranges einführbarer Verschlussstopfen den Außenrohrstrang zusätzlich nach innen und außen abdichtend ausgebildet sind.
  • Bei einer derartigen Ausbildung einer Bohreinrichtung ist es zunächst einmal möglich, die notwendige absolut sichere Dichtung der Rohre des Außenrohrstranges sicherzustellen. Die metallische Verbindung und Dichtung sorgt dafür, dass auch bei extremen Temperaturunterschieden und auch axialen und sonstigen Belastungen die „Dichtung” im Verbindungsbereich nicht beeinträchtigt werden kann. Über den Innenrohrstrang wird die Innenbohrkrone in der Außenbohrkrone festgesetzt, so dass die Bohrkrone einen ersten Dichtungsbereich bildet. Den zweiten Dichtungsbereich bildet dann der nach dem Herausziehen des Innenrohrstranges in den Außenrohrstrang eingeschobenen Verschlussstopfen, der im Bereich der Bohrkrone und im Innenbereich des Außenrohrstranges bzw. der Außenbohrkrone festgesetzt wird. Diese mehrfache Abdichtung ermöglicht es auch in kritischen Bereichen mit der Vereisungstechnik zu arbeiten, beispielsweise beim Verbinden zweier schon bestehender Tunnelröhren in wasserführenden Schichten, bei denen das Durchtreten von Wasser in einer der Tunnelröhren zu erheblichen Schäden führen würde. Mit der entsprechenden Bohreinrichtung wird durch die vorhandene Abdichtung der einen Tunnelröhre hindurch die entsprechende Bohrung bis an oder in den Betonmantel der anderen Tunnelröhre hineingebracht, um dann dort wie geschildert abgedichtet zu werden, so dass gezielt der entsprechende Vereisungsmantel hergestellt wird, der dann das Herstellen der Verbindungsstrecke zwischen den beiden Tunnelröhren sicher ermöglicht.
  • Weiter vorn ist bereits erwähnt, dass das Doppelkopfdrehverfahren die Herstellung besonders richtungsstabiler Bohrungen ermöglicht. Die Erfindung sieht dementsprechend vor, dass die Bohrmaschine als Doppelkopfdrehantrieb ausgebildet ist, mit dem also entsprechende Bohrungen hergestellt werden können. Die Bohrungen und damit die späteren Vereisungsrohre ermöglichen die schnelle und gleichmäßige Ausbildung des notwendigen Eismantels rund um den herzustellenden Hohlraum. Neben dem so genannten Doppelkopfverfahren mit der hohen Richtstabilität ist auch das Duplexverfahren möglich, bei der das Innen- und das Außenrohr in der gleichen Richtung drehend angetrieben werden. Wie erwähnt ist aber das Doppelkopfverfahren vorteilhafter.
  • Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Innenbohrkrone und der Innenbohrstrang über einen Bajonettverschluss miteinander lösbar verbunden sind. Über den Bajonettverschluss kann auf einfache und zweckmäßige Weise die Innenbohrkrone so mit dem Innenbohrstrang verbunden werden, dass ein einwandfreies Auffahren mit der Innenbohrkrone möglich ist. Ist dann die Bohrung entsprechend fertiggestellt, wird die Bohrmaschine auf Rückwärtsdrehgang gestellt, nachdem vorher oder gleichzeitig die Innenbohrkrone in die Außenbohrkrone hineingezogen worden ist. Näheres hierzu wird weiter hinten noch erläutert. Dann kann über den Bajonettverschluss der Innenbohrstrang aus der Innenbohrkrone herausgezogen und der Verschlussstopfen eingesetzt werden.
  • Um dann gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens die hergestellte Bohrung als Vereisungsrohr einsetzen zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Außenrohrstrang mit einem aus Kunststoffrohren bestehenden Rohrstrang ausrüstbar ausgebildet ist, der über den Umfang und die Länge verteilt angeordnete Abstandshalter verfügt. Über die Abstandshalter wird dafür gesorgt, dass der aus den Kunststoffröhren bestehende Rohrstrang immer im gleichmäßigen Abstand zum Außenrohrstrang gehalten wird, so dass das rückflutende Kältemittel einen entsprechenden Ringmantel vorfindet, über den es zum Ausgangspunkt zurückströmt und dabei sich am Gebirge aufwärmt und den Eismantel herstellt. Die Abstandshalter sind über den Umfang und die Länge verteilt, um über die gesamte Länge in etwa den gleichen Abstand zwischen Außenrohrstrang und Innenrohrstrang sicherzustellen, d. h. also einen gleichmäßigen Ring bildet.
  • Das Kältemittel soll den Außenrohrstrang und damit das anliegende Gebirge entsprechend abkühlen, wobei gemäß der Erfindung vorteilhafterweise die Abstandshalter jeweils über den Umfang versetzt, das Kältemittel gegen die Innenwand des Außenrohrstranges leitend angeordnet sind. Die notwendigen Abstandshalter stellen also für den Kältemittelfluss keine Behinderung dar, sondern sie wirken vielmehr so, dass das Kältemittel immer wieder und aufgewirbelt gegen die Innenwand des Außenrohrstranges geführt wird, so dass sich hier ein besonders günstiger Wärmetausch einstellt.
  • Weiter vorn ist bereits erwähnt worden, dass Innenbohrkrone und Außenbohrkrone so miteinander in Kontakt gebracht werden, dass eine erste Dichtzone geschaffen ist. Dies erreicht man insbesondere dadurch, dass die Innenbohrkrone in der Außenbohrkrone festsetzbar ausgebildet und dazu mit einem mit de Außenbohrkrone zugeordneten Gewinde korrespondierenden Gewinde ausgerüstet ist. Durch entsprechendes Drehen der Innenbohrkrone in der Außenbohrkrone wird die Innenbohrkrone somit in die Außenbohrkrone hineingezogen, was aber eben nur in einer Drehrichtung möglich ist. In der anderen Drehrichtung wird die Innenbohrkrone das Gebirge beeinflussend gedreht, während beim umgekehrten Vorgang die Abdichtung zwischen Außenbohrkrone und Innenbohrkrone hergestellt wird. Mit verhältnismäßig wenig Arbeitsaufwand kann so die geschilderte erste Dichtzone hergestellt werden.
  • Dabei ist nach einer Weiterbildung die gezielte Herstellung dieser geschilderten Dichtzone zu erreichen, indem die Innenbohrkrone mit Dichtflanken an der den Schneiden abgewandten Seite ausgerüstet ist, die mit schrägen bzw. schräg verlaufenden Innenflanken an der Außenbohrkrone korrespondierend ausgebildet sind. Die Innenbohrkrone wird somit wie ein Keil in eine Art Trichter hineingezogen, so dass damit nicht nur eine gezielte Führung der Innenbohrkrone in die Außenbohrkrone erreicht ist, sondern auch die Erzeugung entsprechend optimaler Dichtflächen im Bereich der Dichtflanken/innenflanken.
  • Die zweite Dichtzone wird wie schon erwähnt hinter den Bohrkronen gebildet, wozu der Verschlussstopfen entsprechend gegen die Innenwand des Außenbohrstranges verspannt wird. Dies erreicht man dadurch, dass der Verschlussstopfen ein Kernstück mit radial gegen die Kraft von Feder verschieblichen Verriegelungsbolzen und ein im Endsitz aktivierbares Dichtelement aufweist. Über die Verriegelungsbolzen wird der Verschlussstopfen nach den Einschieben an ein und derselben Stelle festgesetzt und zwar im richtigen Abstand zur Bohrkrone, wobei dann ein Dichtelement so aktiviert wird, dass aufgrund dessen Verspannung zur Innenwand des Außenrohrstranges die optimale Abdichtung erreicht wird.
  • Nach einer zweckmäßigen Ausbildung ist für diesen Verriegelungsbolzen vorgesehen, dass das Kernstück über die Verriegelungsbolzen im Endsitz gegen ein Widerlager drehbar und dann eine Spannhülse das ringförmige Dichtelement gegen die Innenwand verspannend über das Kernstück schiebbar ausgebildet ist. Der Verriegelungsbolzen selber kann also zunächst einmal bis zu seinem Endsitz kurz vor die Bohrkrone geschoben werden, um dann nach dem Ansprechen der Verriegelungsbolzen in der entsprechenden Nut bzw. in dem Nutring so lange gedreht zu werden, bis einer der Verriegelungsbolzen gegen das Widerlager stößt. Dann kann die Spannhülse auf das Kernstück aufgeschoben werden, um dabei gleichzeitig das ringförmige Dichtelement zu beeinflussen und einzuquetschen, so dass es gegen die Innenwand des Außenbohrstrangs angepresst wird. Eine bleibend sichere Abdichtung ist so geschaffen, auch wenn abschließend das Kältemittel mit entsprechend niedrigen Temperaturen bis in den Bereich des Verriegelungsbolzens gelangt. Die Abdichtung bzw. Abdichtungswirkung wird durch die niedrigen Temperaturen nicht beeinflusst.
  • Eine einfache und zweckmäßige Ausbildung des Widerlagers ist die, bei der als Widerlager ein Einschweißbolzen dient, der durch eine Bohrung hindurch in die Ringnut eingeschoben wird, so dass beim Drehen des Kernstücks einer der Verriegelungsbolzen sicher gegen das Widerlager anstößt und dann entsprechend wirken kann.
  • Die Abdichtung der einzelnen Rohre des Außenrohrstranges wird durch eine metallische Verbindung bzw. Abdichtung gewährleistet, wobei die Rohre des Außenrohrstranges über eine Gewindeverbindung verfügen, die bei planparallelem Gewinde endseitig eine gewindefreie und metallischen Kontakt vorgebende Dichtstrecke im Außenrand aufweist und einen Schulterschlussbereich und damit eine metallische Verbindung sichernd ausgebildet ist. Diese Ausbildung des Gewindes im Verbindungsbereich der einzelnen Rohre ermöglicht es zunächst einmal von Hand die Bohrrohre lose miteinander zu verbinden. Mit Hilfe der Antriebe wird dann gezielt und mit dem entsprechenden Drehmoment das eine Rohr so weit gegen das andere Rohr verschoben, bis die Dichtstrecke überwunden und der Schulterschluss hergestellt ist. Aufgrund der gezielten „Verformung” der miteinander zu verbindenden Rohre wird ein absolut dichter Schulterschluss erreicht, der auch bei sich ändernden Temperaturen oder sonstigen Belastungen keinerlei Durchtritt von Kältemittel zulässt. Es muss bei der Herstellung der Verbindung entsprechend genau gearbeitet werden, doch wird nach Erreichen des Schulterschlusses das Drehmoment so stark ansteigen, dass der Betreiber sofort merkt, dass er die Enddichtstellung erreicht hat.
  • Die optimierte Abdichtung in diesem Bereich wird dadurch gewährleistet, dass die Dichtstrecke durch eine spezielle Ausprägung der Gewindegeometrie und bei einem vorgegebenen Anzugmoment die Flächenberührung ergebend ausgeführt ist. Über die Flächenberührung und den Schulterschluss erfolgt eine metallische Verbindung und Dichtung mit den beschriebenen Vorteilen.
  • Die gewünschte Flächenberührung bzw. Verformung der miteinander zu verbindenden Außenrohre kann genau und sicher eingestellt und erreicht werden, wenn die Konizität im Bereich der Dichtstrecke 1–5°, vorzugsweise 2–3° beträgt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass mit Hilfe derartiger Ausbildungen an Bohrrohren auch bei längeren Rohrstrecken die notwendige Abdichtung sicher zu erreichen ist.
  • Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren und eine Bohreinrichtung geschaffen sind, mit denen auch unter schwierigsten Verhältnissen eine einfache und sichere Vereisung des Hohlraumrandes ermöglicht wird, so dass dann auch bei stark wasserführenden Schichten das Herstellen beispielsweise von Verbindungsstrecken und ähnlichen Hohlräumen ohne Probleme möglich ist. Da weder aus dem Verbindungsbereich der Rohre des Außenrohrstranges noch über den Endbereich, d. h. im Bereich der Bohrkrone, die Gefahr besteht, dass Kältemittel unbeabsichtigt austritt, können somit Strecken in der Vereisungstechnik auch unter kritischen Verhältnissen hergestellt werden, wie dies insbesondere für die Verbindungsstrecken zwischen zwei bereits vorhandenen Tunnelröhren gilt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, den Außenrohrstrang nach Fertigstellung der Bohrung in der Bohrung zu belassen und dann für die Vereisungstechnik mit einzusetzen, wobei dies eben auch möglich ist, wenn das Bohrlochtiefste in dem Schutzmantel oder kurz vor dem Schutzmantel der benachbarten Tunnelröhre liegt. Vorteilhaft ist weiter, dass Doppelkopfdrehantriebe zum Einsatz kommen, über die eine hohe Richtungsstabilität erreicht wird, was wiederum für die Herstellung des Eismantels von erheblicher Bedeutung ist.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
  • 1 zwei parallel zueinander verlaufende Tunnelröhren mit einer geplanten Verbindungsstrecke,
  • 2 die Verbindungsstrecke im Schnitt, nach Fertigstellung der Vereisungsbohrungen,
  • 3 eine Tunnelröhre mit Mehrfachbohreinrichtung,
  • 4 ein Rohrstrang in Doppelrohrausführung,
  • 5 den vorderen Bereich des Rohrstrangs mit Innen- und Außenbohrkrone,
  • 6 den Bereich der Bohrkrone nach Festsetzen der Innenbohrkrone und Einsetzen des Verschlussstopfens,
  • 7 den Verschlussstopfen im Schnitt,
  • 8 die Verbindung zweier Rohre des Außenrohrstranges vor Herstellung des Schulterschlusses und
  • 9 den Verbindungsbereich nach Herstellung des Schulterschlusses.
  • 1 zeigt zwei Tunnelröhren (1, 2) die nebeneinander verlaufend in stark wasserführendes Gebirge eingebracht sind. Die hier dargestellten Tunnelröhren (1, 2) dienen dem Eisenbahnverkehr, wobei wie gezeigt zwei Gleise (5) nebeneinander verlegt sein können oder aber auch nur ein Gleis in der Mitte. Neuere Erkenntnisse haben gezeigt, dass es zwingend notwendig ist, diese Tunnelröhren (1, 2) in gewissen Abständen über Verbindungsstrecken (3) miteinander zu verbinden, wobei diese Verbindungsstrecken (3) einmal als Fluchtweg, aber auch als Druckausgleichsstrecke benötigt werden.
  • Um die geplante Verbindungsstrecke (3) im Nachhinein herstellen zu können, ist die Tunnelröhe (1) durch eine Trennwand (7) unterteilt, wobei in der verbleibenden Röhre (4) der Zugverkehr zumindest eingleisig weitergeführt werden kann, während in dem danebenliegenden Teil der Tunnelröhre (1) eine Bohreinrichtung (6) untergebracht ist. Mit dieser Bohreinrichtung (6) werden Gefrierbohrungen (8, 9) hergestellt, wobei in 2 deren Lage gekennzeichnet ist. Über die die Gefrierbohrungen (8, 8', 8'', 9) wird ein Eispanzer rundum die geplante Verbindungsstrecke (3) gelegt, sodass dann der Kern (3') der geplanten Verbindungsstrecke aufgefahren werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, das es zu Wassereinbrüchen oder gar zu einem Zusammenbrechen der Strecke kommen kann.
  • 3 zeigt eine runde Tunnelröhre (1) mit der Trennwand (7), wobei auch erkennbar ist, dass ein die notwendige Abdichtung erbringender Sicherungsmantel (31) vorhanden ist, gegen den sich auch die zum Einsatz kommende Bohrmaschine (10) abstützen kann. Diese Bohrmaschine (10) ist auf der Bohrlaffette (11) angebracht und kann in Längsrichtung des Bohrstranges (12) so weit verfahren werden, dass die einzelnen Rohre nacheinander in das Gebirge eingeschoben bzw. eingedreht werden können. Die Darstellung nach 3 verdeutlicht, dass mit einer entsprechenden Bohreinrichtung (6) gleichzeitig mehrere Bohrmaschinen (10) betrieben werden können. Die Bohrungen sind mit 55, 56, 57, 58, 59 gekennzeichnet, wobei sie, wie in 2 angedeutet, in einem Bogen bzw. in einem Kreis verlaufend eingebracht werden.
  • Eine entsprechende Bohrmaschine (10), die auf der Bohrlaffette (11) verschoben werden kann, ist in 4 wiedergegeben, wobei diese Bohrmaschine (10) hier nur mit einem relativ kurzem Bohrstrang (12) versehen ist. Der Bohrstrang (12) kann durch Aneinandersetzen entsprechend vieler Rohre entsprechend den Notwendigkeiten verlängert werden.
  • Die 4 verdeutlicht, dass der Rohrstrang (12) vom Außenrohrstrang (13) und dem Innenrohrstrang (14) sowie der Bohrkrone (15) gebildet ist. Die Bohrkrone (15) wiederum besteht aus der Innenbohrkrone (16) und der Außenbohrkrone (17). Der Außenrohrstrang (13) wird aus dicht miteinander verbundenen Rohren (18, 19) gebildet, weil er als verlorener Rohrtour im Gebirge verbleiben soll. Näheres dazu weiter hinten.
  • Den Bereich der Bohrkrone (15) verdeutlicht 5. Die Innenbohrkrone (16) steht hier etwas über die Außenbohrkrone (17) vor, wobei die Außenbohrkrone (17) mit einem Besatz (21) versehen ist, beispielsweise mit Hartmetallschneiden. Wiedergegeben ist hier der Arbeitsabschnitt des Herstellen der Bohrungen 54 bis 59. Die Innenbohrkrone (16) wird über den Innenrohrstrang (14) in eine andere Richtung gedreht, als der Außenrohrstrang (13) mit der Außenbohrkrone (17). So werden sehr genaue und richtungsstabile Bohrungen 54 bis 59 hergestellt.
  • Der Innenrohrstrang (14) ist mit der Innenbohrkrone (16) über einen Bajonettverschluss (20) verbunden, sodass beide Teile nach Fertigstellung beispielsweise der Bohrung 54 sich leicht voneinander trennen lassen. Der Innenrohrstrang (14) wird dann anders herum angetrieben, um auf diese Art und Weise das Lösen der beiden Bauteile zu bewirken.
  • Mit (22) ist die metallische Verbindung zwischen Rohren (18, 19) angedeutet, wobei auch zwischen dem letzten Rohr (19) und der Außenbohrkrone (17) eine entsprechende metallische Verbindung (22) vorhanden sein muss, um das Austreten von Kältemittel sicher zu verhindern.
  • Die erste Abdichtung des Außenrohrstranges (13) im Bereich der Bohrkrone (15) wird dadurch erreicht, dass die Innenbohrkrone (16) über das Gewinde (24, 25) in die Außenbohrkrone (17). hineingedreht wird, bis die Dichtflanke (32) gemäß 6 auf der Innenflanke (35) aufliegt. Erst dann ist der Bajonettverschluss (20) zu betätigen. In der Innenwand der Außenbohrkrone (17) ist eine Ringnut (23) ausgebildet, in die der hier nicht wiedergegebene Verschlussstopfen später einsetzbar ist.
  • Erkennbar ist hier in der 5 im Übrigen, dass die Innenbohrkrone (16) mit Austrittsbohrungen (26) ausgerüstet ist, um das Bohrklein abtransportieren zu können.
  • 6 ist bereits weiter vorne erwähnt worden. Hier ist zunächst einmal der Verschlussstopfen (27) wiedergegeben, der bereits abdichtend in der Außenbohrkrone (17) festgesetzt ist. In den Außenrohrstrang (13) ist ein Rohrstrang (28) aus Kunststoff eingeschoben, der mit Abstandshaltern (29) ausgerüstet ist, um einen immer gleichbleibenden Abstand zur Innenwand (30) des Außenrohrstrangs (13) einhalten zu können. Das Kältemittel fließt bis zum vorderen Ende (36) des Rohrstranges (28), um hier auszutreten und dann durch den Ringspalt (46) das Gebirge abkühlend wieder in Richtung Bohrmaschine (10) zurückzuströmen.
  • Weiter vorn ist bereits anhand der 5 erläutert worden, dass die Innenbohrkrone (16) in die Außenbohrkrone (17) hineinziehbar ist und dass beide hierzu mit einem Gewinde (24, 25) ausgerüstet sind. Der zurückgezogene Zustand der Innenbohrkrone (16) ist in 6 angedeutet. Hier liegen die Innenflanke (35) dicht an der Dichtflanke (32) an. Die Schneide (33) ist angedeutet, die der Schneide (33) abgewandte Seite (34) besitzt den Ansatz einmal mit dem Bajonettverschluss (20) und zum anderen mit dem Gewinde (25), mit dem die Innenbohrkrone (16) wie schon geschildert in die Außenbohrkrone (17) hineingezogen werden kann.
  • In die Ringnut (23) sind die Verriegelungsbolzen (38) des Kernstücks (37) des Verschlussstopfens (27) eingerastet. Dies verdeutlicht 6. Die Verriegelungsbolzen (38) sind hierzu mit Federn (39) belastet, die nach dem Einschieben des Verschlussstopfens (27) für das Einrasten der Verriegelungsbolzen (38) Sorge tragen. Sie sind hierzu in Sackbohrungen (40) gelagert und können daher auch die Belastung aufnehmen, wenn einer der Verriegelungsbolzen (38) gegen das Widerlager (32) stößt, um so das Eindrehen bzw. Überschieben der Spannhülse (43) über das Kernstück (37) zu ermöglichen. Hierbei wird das ringförmige Dichtelement (41) zusammengequetscht, um für die entsprechende Abdichtung Sorge zu tragen. Als Widerlager (32) dient ein Einschweißbolzen, der in eine entsprechende radial angeordnete Bohrung, die genau in die Ringnut (23) vorstößt, eingesetzt ist. Mit dem Blockieren des Kernstücks (37) ist es möglich, mit Hilfe der Spannschraube (45) wie schon erwähnt die Spannhülse (43) entsprechend festzusetzen.
  • 7 zeigt den Verschlussstopfen (27) vor dem Einsetzen und Verspannen innerhalb der Außenbohrkrone (17). Hier ist deutlich gemacht, dass die einzelnen Verriegelungsbolzen (38) über Federn (39, 39') belastet sind, und in entsprechenden Sackbohrungen (40) so untergebracht sind, dass sie auch gewisse Querkräfte aufnehmen können. Erkennbar ist auch die verschiebbare oder aufschiebbare Spannhülse (43) die über die Spannschraube (45) entsprechend zu belasten und zu verschieben ist. Bei dem Dichtelement (41) handelt es sich um einen O-Ring entsprechender Stärke, der beim Aufschieben durch die Hülsenenden (47) gezielt so zusammengepresst werden, dass sie sich gegen die Innenwandung der Außenrohrkrone (17) abdichtend anpassen.
  • Die 8 und 9 schließlich zeigen die Gewindeverbindung (48) bzw. metallische Verbindung (22) im Ausschnitt. Erkennbar ist hier, dass ein planparalleles Gewinde (49) mit entsprechender Steigung dafür sorgt, dass zunächst einmal die beiden benachbarten Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) von Hand aufeinandergeschoben werden können, bis die Dichtstrecke (50) erreicht ist. Diese spezielle Gewindeverbindung (48) lässt beispielsweise einen Spalt (60) von 5 mm Breite und einen Spalt (61) von 1 mm Breite. Nach Aufbringen des entsprechenden Drehmomentes bzw. Anzugmomentes der Bohrmaschine (10) wird der Spalt (61) vollständig geschlossen, während der Spalt (60) sich auf 4 mm verringert. Über die Konizität von 2–3° ist sichergestellt, dass sich über die Dichtstrecke (50) am Außenrand (51) im Schulterschlussbereich (52) die notwendige Abdichtung ergibt. Über das Aufbringen des Anzugmomentens erfolgt die metallische Abdichtung in Folge des Kontaktes über die Dichtstrecke hinweg, ohne das es weiterer Abdichtmaterialien oder Maßnahmen bedarf.

Claims (13)

  1. Bohreinrichtung zum Herstellen von Gefrierbohrungen in stark wasserführenden Schichten mit einer Außen- und Innenrohrstrang (13, 14) antreibenden Bohrmaschine (10), einer Bohrlafette (11) und dem Außen- und Innenrohrstrang (13, 14) zugeordneten Bohrkrone (15), die mit dem Innenrohrstrang (14) lösbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) aus einem Tieftemperaturstahl gefertigt und über eine metallische Verbindung (22) miteinander koppelbar sind, dass eine mit dem Innenrohrstrang (14) lösbar verbundene Innenbohrkrone (16) in einer Außenbohrkrone (17) festsetzbar ist und dass die Bohrkrone (15) und ein in das Rohr (18, 19) des Außenrohrstranges (13) einführbarer Verschlussstopfen (27) den Außenrohrstrang (13) zusätzlich nach innen und außen abdichtend ausgebildet sind.
  2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmaschine (10) als Doppelkopfdrehantrieb ausgebildet ist.
  3. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrkrone (16) und der Innenbohrstrang (14) über einen Bajonettverschluss (20) miteinander lösbar verbunden sind.
  4. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrohrstrang (13) mit einem aus Kunststoffrohren bestehenden Rohrstrang (28) ausrüstbar ausgebildet ist, der über den Umfang und die Länge verteilt angeordnete Abstandshalter (29) verfügt.
  5. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (29) jeweils über den Umfang versetzt, das Kältemittel gegen die Innenwand (30) des Außenrohrstranges (13) leitend angeordnet sind.
  6. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Außenbohrkrone (17) festsetzbare Innenbohrkrone (16) mit einem mit der Außenbohrkrone (17) zugeordneten Gewinde (24) korrespondierenden Gewinde (25) ausgerüstet ist.
  7. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (27) ein Kernstück (37) mit radial gegen die Kraft von Federn (39) verschieblichen Verriegelungsbolzen (38) und ein im Endsitz aktivierbares Dichtelement (41) aufweist.
  8. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernstück (37) über die Verriegelungsbolzen (38) im Endsitz gegen ein Widerlager (42) drehbar und dann eine Spannhülse (43) das ringförmige Dichtelement (41) gegen die Innenwand (30) verspannend über das Kernstück (37) schiebbar ausgebildet ist.
  9. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Widerlager (42) ein Einschweißbolzen (44) dient.
  10. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrkrone (16) mit Dichtflanken (32) an der den Schneiden (33) abgewandten Seite (34) ausgerüstet ist, die mit schrägen bzw. schräg verlaufenden Innenflanken (35) an der Außenbohrkrone (17) korrespondierend ausgebildet sind.
  11. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18, 19) des Außenrohrstranges (13) über eine Gewindeverbindung (48) verfügen, die bei planparallelem Gewinde (49) endseitig eine gewindefreie und metallischen Kontakt vorgebende Dichtstrecke (50) im Außenrand (51) aufweist und einen Schulterschlussbereich (52) und damit eine metallische Verbindung (22) sichernd ausgebildet ist.
  12. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstrecke (50) durch eine spezielle Ausprägung der Gewindegeometrie und bei einem vorgegebenen Anzugmoment die Flächenberührung ergebend ausgeführt ist.
  13. Bohreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität im Bereich der Dichtstrecke (50) 1–5°, vorzugsweise 2–3° beträgt.
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