DE2362425A1

DE2362425A1 - Vorrichtung zum herstellen von bohrungen im erdreich

Info

Publication number: DE2362425A1
Application number: DE2362425A
Authority: DE
Inventors: Claude Sourice
Original assignee: HYDROSOL; HYDROSOL Sarl PARIS
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1972-12-14
Filing date: 1973-12-15
Publication date: 1975-01-30
Also published as: JPS564692B2; DE2362425B2; IT1000939B; GB1430617A; JPS4997407A; US3894587A; ES420924A1; CA986148A

Description

Prieöaidi KShne

Patentanwalt

Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich, welche rotierende Organe aufweist, die mit Werkzeugen versehen sind und um eine Achse umlaufen, die quer zur Bohrungsrichtung verläuft. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen in sehr hartem Erdreich.

Es sind bereits Zahlreiche Verfahren zum Herstellen von Bohrungen in Erdreich bekanntgeworden, und zwar auch schon für Bohrungen bis unterhalb des Grundwasserspiegels, wobei im allgemeinen mit Bentonit-Schlamm gerabeitet wird.

Bei einigen Verfahren wird mit entgegengesetztem Umlauf von . Vorrichtungen mit Arbeitswerkzeugen gearbeitet, die durch Schlag oder- Stoß den Boden angreifen und auflockern, und zwar sei es durch Rotation der mit einfachen Werkzeugen ausgestatteten Bauteile oder mit mehrfah'cen Werkzeugen in vertikaler oder horizontaler Achse·

Bei anderen Verfahren wird diskontinuierlich gearbeitet:, wobei

409885/0821

also die Vorrichtungen den Boden zur Herstellung der Bohrung diskontinuierlich angreifen, beispielsweise mit Kübel- oder löffelartigen einfachen oder doppelten Werkzeugen.

Diese Verfahren sind im allgemeinen ausreichend und anwendbar bei angeschwemmten Bodenformationen wie beispielsweise bei Kies, Sand, Lehm und Ton oder bei lockerem mürben Gestein, wie bei Sandstein-Formationen oder bei Tuffsteinο

Andererseits sind diese Verfahren wirkungslos oder zumindestens zu langsam, das heißt die Herstellung von Bohrungen »iramt zuviel Zeit in Anspruch, wenn es sich um harten Felsstein, wie zum Beispiel Kalkstein, harten Sandstein oder Eruptivgestein handelt, welches durchquert werden muß, sei es zur Herstellung von Verankerungen oder sei es zum Durchbohren in untere Schichten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach gestaltete Vorrichtung zu schaffen, welche es gestattet, auch Bohrungen in mittelhartem und hartem Felsgestein durchzuführen und außerdem ein schnelleres Durchbohren durch lockeres Gestein, Schwemmstein bzw. angeschwemmte Bodenformationen zu ermöglichen, und zwar mittels einer Vorrichtung, welche in an sich bekannter Weise rotierende Organe aufweist, wie Fräser oder Trommeln, welche mit Werkzeugen bestückt sind, die zum Angriff an den Boden und zum Auflockern bestimmt sind und die sich um eine Achse drehen, die ihrerseits quer zur Richtung der Bohrung verläuft.

409885/0821

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese Organe paarweise und in unmittelbarer Nähe eines gemeinsamen dünnen Supportes angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur allgemeinen Erläutertung sei noch folgendes ausgeführt.

Der erfindungsgemäße Support zwischen den rotierenden Organen bewirkt, daß während des Arbeitens der Vorrichtung entsprechend dem Bereich des Supportes ein gewisser zungenartiger Teil des Bodens stehenbleibt, der nicht durch die Werkzeuge der besagten Organe bearbeitet worden ist und es ist daher nach den Überlegungen, die der Erfindung zugrundeliegen, zweckdienlich, wenn diese stehenbleibende Erdzunge so dünn wie möglich ist, so daß sie ohne Schwierigkeiten schrittweise in dem Maße aufgelöst und zerstört werden kann, wie die Bohrung fortschreitet.

Damit man die Dicke dieser Zunge verkleinern kann, trotzdem aber den Support sehr robust halten kann, weist jedes der rotierenden Organe auf dem nach dem Support zuliegenden Rand mindestens ein Werkzeug auf, welches »eitlich über den Rand des Organes hinausragt; der Support erhält demgemäß in bezug auf diese hervorragenden Teile des oder der Werkzeuge koaxial, ringsumlaufende Nuten oder Rillen, so daß die Werkzeuge im Bereich dieser Rillen umlaufen können.

409885/0821'

Man kann auch bei gleichem Widerstandsquerschnitt des Supportes die Spreizung zwischen den Werkzeugen der baden rotierenden Organe noch geringer halten, so daß diese noch dichter aneinander vorbeilaufen, so daß auf diese Weise die Dicke der verbleibenden besagten Bodenzunge noch weiter verringert wird. Diese sehr zerbrechliche Zunge zerbröckelt infolgedefflen sehr leicht und die kleinen Erdreichteile können demgemäß noch leichter abgebaut werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 8 ermöglicht die Herstellung von Bohrungen mit rechteckigem Querschnitt. In diesem Falle ist es vorteilhaft, den Abraum durch ein übliches Verfahren abzuziehen, nämlich durch inverse Zirkulation, nämlich durch Mischung des Abraumes mit Wasser oder mit einem Hntonit - Schlamm, wobei der letztere dazu dient, die Wände der Bohrung zu stützen. Dabei ist es möglich, eine Pumpe zu verwenden, die entweder von der Oberfläche her arbeitet oder untergetaucht bzw. versenkt ist oder mit komprimierter Luft öder beispielsweise auch rait Hydro-Εjektion zu arbeiten.

Die Vorteile der Brfindungsgemäßen Vorrichtung sind im wesentlichen folgende:

1. Einfachheit der Mechanik unter Vermeidung von irgendwelchen Antriebssystemen, wie Triebwerken, Getrieben, Ketten, Vorgelege. Die Gefahr von Verschleiß, eines Blockierens der Vorrichtung und von mechanischen Brüchen irgendwelcher Art sind auf ein Miniraum herabgesetzt.

409885/0621

2. Möglichkeit ein Maximum des zur Verfügung stehenden Raumes verwenden zu können (zum Beispiel weniger als 20 cm im Falle von betonierten Gräben), so daß man einen langsam drehenden Motor mit erhöhter Leistung installieren kann, zum Beispiel einen Motor mit 100 PS bei 150 Umdrehungen pro Minute.

3. Vermeidung von Erdreichzonen die nicht direkt von den Werkzeugen bearbeitet werden und die nicht nachträglich oder vorhergehend durch hilfsweise Aktion zerstört worden wäre (vorausgehende Bohrung, seitliche Einbohrung usw.), wodurch eine Vereinfachung im Hinblick auf die Mechanik und die Benutzung bzw· Bedienung erreicht wird.

/her

4. Aus den vorgehenden Punkten ergibt sich die Möglichkeit, auch

härtere Bodenschichten zu bearbeiten bzw. zu durchbohren als es bisher üblich war, insbesondere Menggesteine, harte Sandsteine, Kalkstein usw.

409885/0821

In. der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung im.Schema, .zur Hälfte geschnitten gemäß Schnittlinie I - I in Fig.

2, - ■■;..

Fig. 2 eine Vorderansicht mit hälftigem Schnitt mit Schnittlinie II - II in Fig. 1, ■

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Ebene, welche durch die Drehachse hindurchgeht und parallel zur Bohrungsrichtung verläuft, einer Vorrichtung, welche einen mit einer Nute bzw. Rille versehenen Supports aufweist und Fig. einen Querschnitt durch den Support gemäß Schnittlinie IV- IV in Fig. 3.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in den Fig. 1 und 2 ist, besitzt die Bohrvorrichtung ein Gestell 1 im wesentlichen in Gestalt eines ParallelepipetJ-Gehäuses, welches an dem oberen Teil mit Ösen 2 versehen ist, die das Einhaken an flexiblen oder starren Aufhängungen 3 gestatten. Das _Gehäuse 1 weist seitlich Führungsplatten 4 mit nach innen abgebogenen Rändern auf, welche dazu bestimmt sind, mit den Wandungen der Bohrung 5 zusammenzuwirken bzw. an diesen entlang zu gleiten, der Bohrung nämlich, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgehöhlt werden soll.

4098 85/0821

An der unteren Stirnfläche des Gestelles bzw. Gehäuses sind in der mittleren längsverlaufenden Ebene dieses Gehäuses Trägerplatten 6 befestigt, beispielsweise mit einer Dicke in der Größenordnung von 5 cm, welche jede für sich einen Hydraulik- oder Elektromotor 7 trägt, dessen Drehzahl verändert werden kann, und zwar beispielsweise zwischen Θ und 150 Umdrehungen je Minute · Derartige Motoren können bei geringer Drehzahl ein sehr großes Drehmoment aufweisen und demgemäß eine verhältnismäßig große Kraft bzw. Leistung bei geringem Raumbedarf·

Die Supportplatten sind paarweise, und zwar eine nach der anderen in der gleichen Längsebene der Vorrichtung angeordnet, derart, daß die Motorachsen senkrecht zu dieser Ebene stehen und symmetrisch in bezug auf die mittlere durch das Gehäuse verlaufende Ebene angeordnet sind. Auf beiden dieser letzten Ebene drehen die Motoren im entgegengesetzten Sinne zueinander , wie durch die Zeile in Fig. 1 dargestellt ist, um so weit wie möglich die resultierenden Kräfte aufzuheben bzw. auszugleichen. Die Motoren werden mithilfe von Kanälen 8 vorzugsweise flexiblen Rohrleitungen, beaufschlagt und gesteuert, wobei diese Kanäle oder Rohrleitungen durch die Supporte 6 hindurchgeführt sind.

Die Ausgangswellen 9 der Motore treten an den beiden Seiten des Motorgehäuses heraus und an jedem Ende ist eine Radnabe aufgekeilt, welche eine Trommel 11 trägt, die sich von der betreffenden Supportplatte 6 bis im wesentlichen zum Bereich

409885/0821

senkrecht unter der betreffenden Führungsplatte 4 erstreckt.

Jede Trommel 11 ist über ihre gesamte Breite der äußeren Oberfläche mit einer oder mehreren Schnecken ausgestattet, die Werkzeuge 13 tragen, wie beispielsweise Zähne oder kleine Rädchen oder Rollen, welche dazu eingerichtet und bestimmt sind, den Boden zu zerkleinern.

Die Schrauben sind symmetrisch in bezug auf die Supportplatten 6 angeordnet, Dabei sind die Schraubengänge entgegengesetzt gerichtet und derart gewählt, daß bei Umdrehung der Trommeln im Drehsinne nach Fig. 1 das aufgelockerte Bodenmaterial nach dem innern der Vorrichtung zu bewegt wird, damit es von dort mithilfe einer mittleren Leitung abgezogen bzw. herausgefördert werden kann. Diese mittlere Leitung ist zu diesem Zweck auf dem Gehäuse 1 angeordnet und mit einer flexiblen Entleerungsleitung verbunden.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann wie folgt benutzt bzw. verwendet werden.

Zu Beginn wird die Vorrichtung in eine Ausnehmung des Bodens eingesetzt, die zunächst vorbereitet wird und deren Abmessungen so gewählt sind, daß die Führungsplatten 4 in Berührung mit dem Boden kommen.

Zunächst wird der Bohrvorgang mit geringer Geschwindigkeit betrieben, um das Einsetzen bzw. Herausarbeiten des Bohrungsan-

409885/0821

JCL

fanges durch die Werkzeuge 13 zu erleichtern. 236 24 25

Gleichzeitig wird in die Bohrung ein Schlamm eingegeben, beispielsweise ein Schlamm auf der Basis von Bentonit, der dazu bestimmt ist, die Bohrung auszufüllen, Una den Einsturz der Wandungen der BohrungSif zu verhindern. Dieser Schlamm wird ständig durch die Leitung 14 mit dem Abraum abgeführt, und zwar nach dem Prinzip, welches als "inverse Zirkulation" bekannt ist; der Schlamm wird anschließend gesiebt und in einer Installation behandelt, so daß er anschließend wieder in die Bohrung zurückgeführt werden kann.

Indem die Drehgeschwindigkeit der Trommeln und das Herabführen der Vorrichtung in die Bohrung in der Weise geregelt wird, daß sich ein Optimum in' bezug auf die betreffende Bodenbeschaffenheit und die Möglichkeiten zum Evakuieren des Schlammes und des Abraumes ergibt, führt man die Bohrung bis in die gewünschte Tiefe durch.

Um einen Graben auszuhöhlen, kann man nach einer an sich bekannten Methode nacheinander parallel zueinander verlaufende Bohrungen durchführen, die jeweils voneinander durch eine Zwischenerdschicht getrennt sind, wobei die Länge dieser Zwischenerdschicht kleiner als die Abmessungen der Vorrichtung ist, so daß anschließend die jeweilige verbleibende Zwischenerdschicht ausgebohrt bzw. abgetragen wird. Durch das Übereinandergreifen der Trommeln über der Zwischenerdschicht wird die Führung der Vorrichtung in Längsrichtung gesichert. Weiter-

409885/0821

hin kann die Vorrichtung zum Abhobeln bzw. Ausgleichen von Ungleichmäßigkeiten des Bodens des Grabens Verwendung finden. · -

Es ist auf diese Weise möglich* einmal einzelne Tdzw. elementare Bohrungen durchzuführen, deren Querschnitt demjenigen der Vorrichtung entspricht und zum anderen ist es möglich, mehr ader weniger komplexe Wandelemente oder auch kontinuierlich verlaufende Wände, zum Beispiel Grabenwände herzustellen, und zwar selbst in des sehr harten Bodenschichten.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes Ausf ührungsbeispiel der Erfindung. Man erkennt, daß auf dem Support 6 der Motor" 7 angebracht ist, dessen Ausgangswelle 9 die Radnaben 10 der Rotationsorgane 11 trägt. Der Motor wird durch Kanäle 8 beaufschlagt, die durch den Support 6 geführt sind. Der Support ist an seinem oberen Teil an einer Platte 15 angeschweißt_? welche eine Befestigung am Gestell bzw. Gehäuse der Bohrungsvorrichtung gestattet (Pig. 3).. ■

Auf jedem der rotierenden Organe 11 befinden sich eine oder mehrere Werkzeuge 130, die sich ganz in der Nähe des Randes des Teiles des vorbeschriebenen Organes befinden, welches sich in der Nähe des Supportes 6 befindet« Diese Werkzeuge sind nach dem Support zu und nach dem äußeren Ende dieses Örgeneszu geneigt, derart, daß. sie durch die gedachte Ebene des Randes 110 hindurchtreten. - '---- -

409885/0821

Des weiteren ist in Bezug auf die äußeren Enden . _r

jedes dieser Werkzeuge 130 der Support 6 mit einer umlaufenden kreisförmigen Nut 16 bzw. Rille versehen, und zwar Vorzugsweise mit trapezförmigem Querschnitt. Diese Nut gestattet das Eingreifen des Werkzeuges 130 oder entsprechendem gewünschten Spiel, wenn die Vorrichtung arbeitet.

Auf diese Weise kann der Abstand d zwischen den beiden äußeren Rändern der sich gegenüberliegenden Werkzeuge 130 der beiden umlaufenden Organe kleiner gehalten werden als die Dicke e des Supportes 6.

Damit der Support durch die Nuten nicht geschwächt wird, kann der Teil 17 des Supportes, welcher sich außerhalb der Nuten 16 Befindet in bezug auf die Drehachse des Organes 11 , also ringsum laufend, dicker gewählt werden, als dir im Innern zwischen den Organen 11 befindliche Supportteil.

Wenn man zum Beispiel den Querschnitt durch den Support, und zwar in einer senkrecht zu dem Support verlaufenden Schnittebeneund in Richtung der Bohrung betrachtet, wobei auch die Nuten 16 geschnitten werden, wie zum Beispiel entsprechend der Schnittlinie II - II in Fig. 1, so sieht man , daß der Materialverlust, der sich durch die beiden Nuten ergibt, weitgehend dadurch kompensiert wird, daß das Supportteil 17 wesentlich dicker gestaltet ist (Fig. 4).

Man kann vorteilhafterweise für die Dicke e 50 mm wählen, wenn

409885/0821

23£2425

die Dicke d 40 mm beträgt und sodann kann man dem Teil 17 eine Dicke von 60 ram zuordnen.

409885/08 21

Claims

DipHng-FriedridiKöhne ^ ,, -ei it^i Patentanwalt Ji v*-'-· * - sKöiax/postfad^sQaoi. ' 2362425 Anmelder:. HYDR OS OL* S.A.R.L·. 49 rue Saint-Ferdinand Paris , Frankreich P atent an spr ü ehe

1. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich, welche rotierende Organe aufweist, die mit Werkzeugen versehen sind und um eine Achse umlaufen, die quer zur Bohrungs— richtung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß diese ,Organe paarweise und in unmittelbarer Nähe eines gemeinsamen dünnen Supportes (6) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (6) eine Motorgruppe (7) trägt mit doppelseitigem Ausgang der Abtriebswellen (9), auf welchen die rotierenden Organe (10, 11) wechselseitig entsprechend angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorgruppe (7) durch Kanäle (8) beschickt und/oder gesteuert wird, welche durch den gemeinsamen Support (6) geführt sind.

409885/0821

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (13) auf den rotierenden Organen ClI) nach Art entgegengesetzt laufender Schraubengänge verteilt sind, daß die Organe in der Weise zueinander drehen, daß der Abraum sich nach dem gemeinsamen Support zu sammelt:.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch cpfceraizeichnet, daß jedes rotierende Organ (11) an den dem SupportCS) benachbarten Rändern mindestens ein Werkzeug (130) trägt, welches seitlich über den Rand des Organes hinaustritt, und daß der Support in bezug auf den herausragenden Teil des betreffenden Werkzeuges Nuten (16) aufweist, die Koaxial zu den rotierenden Organen (11) verlaufen und in welche die Endes jedes betreffenden Werkzeuges hineinragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außerateil (17) des Supportes, welches die Nuten (16) in. bezug auf die Drehachse der Organe umgibt, dicker gewählt ist als das Suppotfrtteil im inneren Bereich in bezug auf diese Nuten.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (130) schräg nach dem Support (6) zu timi schräg nach außen in bezug auf die Drehachse gerichtet sind.

""" ID —

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Supporte in einer gleichen Ebene symmetrisch zu einer mittleren transversal verlaufenden Ebene angeordnet sind, daß der Drehsinn der rotierenden Organe derart gewählt ist, daß der Abraum nach dieser mittleren Ebene zu bewegt wird und daß Mittel (14) zum Abführen dieses Abraumes vorgesehen sind· ' .---"". . :

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekannzeichnet, daß der oder die Supporte von einem Gestell (1) getragen sind, weiches Führungselemente (4) trägt, die ihrerseits mit den Wandungen der Bohrung zusammen arbeiten bzw· an diesen entlang gleiten, und daß Mittel (2, zum Einhaken vorgesehen sind·

409885/0821