DE2531582C2

DE2531582C2 - Verfahren zum bogenförmigen Unterfahren eines Oberflächenhindernisses

Info

Publication number: DE2531582C2
Application number: DE2531582A
Authority: DE
Inventors: Martin Dee Sacramento Calif. Cherrington
Original assignee: Reading & Bates Construction Co Houston Tex Us; Reading & Bates Construction Co Houston Tex
Current assignee: Reading & Bates Construction Co Houston Tex U
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1985-10-17
Also published as: FR2279009A1; YU183175A; JPS5136711A; NL7508627A; JPS6059398B2; GB1501919A; CA1047481A; NL174293C; AU8282875A; FR2279009B1; US3894402A; DE2531582A1; EG11759A; CH604060A5; BE831519A; ES439516A1; BR7504618A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum bogenförmigen Unterfahren eines Oberflächenhirdernisses. z. B. eines Gewässers, gemJß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

to Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der US-PS 37 20 272 bekannt. Als nachteilig ist hierbei anzusehen, daß bei einem Durchziehen eines Räumwerkzeugs durch die konkav verlaufende Pilotbohrung zu deren Erweiterung das Problem auftritt, daß der Bohrstrang in das Erdreich einschneidet und dadurch das Räumwerkzeug nicht der ursprünglich erzeugten Bohrung folgt. Ungünstig ist ferner, daß beim Einziehen des Schaiungsgehäuses in die erweiterte Bohrung die Außenfläche der Schalung angegriffen wird, weil Schmiermaßnahmen fehlen. Dies ist insbesondere dann k.i'isch, wenn Gasoder Ölleitungen verlegt werden sollen. Da die Unversehrtheit des installierten Schalungsgehäuses, beispielsweise einer Pipeline nicht garantiert werden kann und da dieses vorbekannte Verfahren relativ aufwendig und kompliziert ist, scheidet eine kommerzielle Ausnutzung aus.

In der DE-OS 23 43 079 und der DE-OS 21 25 267 sind Verfahren zum geradlinigen Unterfahren eines Oberflächenhindernisses bekannt, bei denen mit einem Bohrstrang eine Pilotbohrung gebohrt und anschließend ein Räumwerkzeug zur Erweiterung der Pilotbohrung mit dem Bohrstrang verbunden und angetrieben wird.

Aus der US-PS 35 89 135 ist es beim geradlinigen Unterfahren eines Oberflächenhindernisses bekannt, mit einer zusätzlichen Bohrspülung zu arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart weiterzubilden, daß auch Schalungsgehäuse größeren Querschnitts sicher und auf wirtschaftlich vertretbare Weise verlegt werden können.

Erfindungsgemäß sind zur Lösung die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale vorgesehen.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprüchen genannt.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren verfügbar ge-

macht, bei dem günstigerweise das Räumwerkzeug stets der Pilotbohrung folgt und bei dem beim Einziehen des Schalungsgehäuses dessen Unversehrtheit garantiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist relativ einfach durchzuführen und besitzt auf Grund seiner Wirtschaftlichkeit eine besondere Eignung für eine kommerzielle Ausnutzung.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Anordnungen zur Durchführung ues erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses lediglich beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer vollendeten Pilotbohrung unterhalb eines Oberflächenhindernisses.

Fig.2 eine der Fig. 1 ähnliche perspektivische Ansicht, aus der das Räumen der Pilotbohrung auf einen gewählten größeren Durchmesser ersichtlich ist.

Fig. 3 eine teüweise Seitenansicht eines Räumwerkzeugs,

F i g. 4 eine teilweise Seitenansicht eines teilweise geschnittenen Räumwerkzeugs und

Fig. 5 eine teilweise Seitenansicht einer anderen Durchführungsform der vorliegenden Erfindung.

Das Bohren einer Pilotbohrung 10 unter einem Oberflächenhindernis, wie z. B. einem Wasserlauf 12 wird durch Fi g. 1 dargestellt. Eine geneigt in einer ebenfalls geneigten Startgrube 16 auf einer Seite des Wasserlaufs 12 angeordnete Bohrvorrichtung ist mit 14 bezeichnet. Ein Bohrkopf 18 mit einem nachlaufenden Bohrstrang 20 wird längs der gewünschten bogenförmigen bzw. konkav verlaufenden Bahn geführt, um auf der anderen Seite des Hindernisses 12 wieder aufzutauchen. Der Bohrstrang 20 umfaßt eine Anzahl miteinander verbundener Seil-Strangteilstücke, die zur Bildung des Bohrstrangs zusammengefügt sind. Der Ausdruck »Bohrstrang« bezeichnet ein Gebilde, das sich der bogenförmigen Bahn anpassen kann und auch seilförmige Gebilde im weitesten Sinn, wie z. B. ein Bohrgestänge, umfaßt. Nachem der Bohrkopf 18 an der anderen Seite des Hindernisses 12 ausgetreten ist, füllt der Bohrstrang 20 die gesamte Pilotbohrung 10 aus.

Um die Pnotbohrung 10 zu erweitern, wird das kleinere, voranlaufende Ende eines kegelstumpfförmigen Räumwerkzeugs 30 mit einem Ende des Bohrstrangs 20 verbunden, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Bei einer bevorzugten Durchführungsform der Erfindung ist ein Schalungsgehäuse 32 nicht drehbar mit dem größeren, nachlaufenden Ende des Räumwerkzeugs 30 verbunden Das Schalungsgehäuse wird durch Druckkraftbeaufschlagung seitens der Bohrvorrichtung 14 auf das nachlaufende Ende des Schalungsgehäuses in die Pilotbohrung 10 eingetrieben, und das Räumwerkzeug wird durch Drehung des Schalungsgehäuses in Betrieb gesetzt. Das Schalungsgehäuse 32 kann entweder ein Stahl- oder ein Betonrohr sein, wie sie für Öl- und Wasserleitungen verwendet werden, oder als Schutzgehäuse für Fernmeldeleitungen od. dgl. Das Schalungsgehäuse 32 besteht aus einer Anzahl von Teilstücken, wie z. B. 34.

In F i g. 2 ist mit dem vorderen, führenden Ende des Bohrstrangs 20 ein Rohr 36 verbunden, rias andererseits an eine Pumpe 38 angeschlossen ist, die Bohrschlamm durch den hohlen Bohrstrang drückt, der am Räumwerkzeug 30 austritt. Wenn Teilstücke des Bohrstrangs 20 aus der Pilotbohrung beim Vorantreiben des Schalungsgehäuses der Pilotbohrung austreten, werden die Teilstücke in einem Stapel 40 gelagert, und das Rohr 36 wird jeweils mit dtrr führenden Ende des nächsten Teilstücks verbunden. Es wird somit kontinuierlich Bohrschlamm in den Bohrstrang eingespeist, um am Räumwerkzeug auszutreten. Während Teilstücke des Bohrstrangs 20 am führenden Ende des ßohrstrangs abgenommen werden, werden Teilstücke 34 des Schalunjsgehäuses 32 am nachlaufenden Ende angefügt. Die Bohrvorrichtung 14, die zur Bohrung der Leitbohrung dient, wirkt auch zum Eintreiben des Schalungsgehäuses 32 in den Boden mit, wie dies durch den Pfeil 42' angedeutet ist, und versetzt bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sowohl das Schalungsgehäuse als auch das Räumwerkzeug in Drehung.

Die Art. in der das Räumwerkzeug 30 zwischen den Bohrstrang 20 und das Schalungsgehäuse 32 eingefügt wird, ist mehr im Detail aus Fig.3 ersichtlich. Das kleinere führende Ende des kegelstumpfförmigen Räum-Werkzeugs 30 ist nicht drehbar mit dem Bohrstrang 20 verbunden. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das größere nachlaufende Ende des Räumwerkzeugs 30 nicht drehbar tnit dem Schalungsgehäuse 32 verbunden. Das Räumwerkzeug 30 besitzt eine Vielzahl von Räumzähnen 42. die die Pilotbohrung 10 auf einen Durchmesser erweite·:. der etwas größer ist ais der des Schaiungsgehäuses 52. Dadurch entsteht ein kleiner Ringraum 44 um die Außenfläche des Schalungsgehäuses 32. Durch den Bohrstrang 20 zugeführter Bohrschlamm, der am Räumwerkzeug 30 austritt, fließt um da«- Räumwerkzeug und nimmt die Erde 46 auf, die durch die Räumzähne 42 abgeschabt und abgetragen worden ist, wie durch Pfeile 48 angedeutet ist. Der die abgetragene Erde enthaltende Bohrschlamm fließt in den das Schalungsgehäuse 32 umgeber.den Ringraum 44 ein. wie durch Pfeile 50 angedeutet ist. Der benutzte Bohrschlamm dient zur Schmierung des Schalungsgehäuses 32, so daß es leicht in die erweiterte Bohrung gleiten kann.

Wenn ein relativ langes Schalungsgehäuse unterirdisch verlegt werden soil, kann der Auftrieb des Schaiungsgehäuses ein großes Problern darstellen. Da die Dichte des Schalungsgehäuses 32 mit seinem hohlen Inneren wesentlich geringer ist als die Diclite de; Bohr-Schlamms im Ringraum 44, sofern man Schalungsgehäuse größerer Abmessungen betrachtet, wird das Schalui.gsgehäuse nach oben gedrückt, und die Bahn des Schalungsgehäuses wird sich während seiner Verlegung verziehen. Bei kleineren Schalungjgehäusen ist die Dichte des Schalungsgehäuses mit seinem hohlen Inneren größer als die des Bohrschlamms, und das Gewicht des Schalungsgehäuses zerstört die Bahn. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Gewicht des Schalungsgehäuses 32 ausgewogen und so ausgeglichen.

daß dessen Dichte einschließlich des hohlen Inneren im wesentlichen gleich der des Bohrschlamms ist. In diesem Zustand wird das Schalungsgehäuse 32 in bezug auf den Bohrschlamm einen neutralen Auftrieb haben und leicht in d^:\: Bohrung längs der Achse der Pilotbohrung 10 eindringen. Ein derartiger neutraler Auftrieb kann dadurch erreicht ws.Jen, daß das Schalungsgehäuse ausgeschäumt wird, daß das Gehäuse mit einem Überzug versehen wird, daß Gewichte im Gehäuse angeordnet werden u. dgl.

Unter Bezugnanme auf F i g. 4 wird eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßcn Verfahrens erläutert, bei der überflüssiger Bohrschlamm bein: Einbetten des Schalungsgehäuses 32 entfernt wird. Bei dieser Ausgestaltung v/ird Bohrschlamm — wie durch den Pfeil 60 angedeutet — durch den Bohrstrang 20 zugeführt, wie vorstehend erläutert wurde. Dieser Bohrschlamm tritt am Räumwerkzeug aus und fließt in den Ringraum 44 um das Schalungsgehäuse 32. Um jedoch

den Druck des Bohrschlamms im Ringraum 44 zu verringern, ist eine innere Rückführleitung 62 innerhalb des Schalungsgehäuses 32 vorgesehen. Die Rückführleitung 62 besitzt eine Anzahl von Abzweigungen 64, die mit Löchern 66 in den Wänden des Schalungsgehäuses 32 in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist eine Verbindung zwischen der Rückführleitung 62 und dem Ringraum 44 hergestellt, so daß überflüssiger Bohrschlamm im Ringraum über die Rückführlcitung 62 ausströmen kann, wie anhand des Pfeils 68 gezeigt ist.

Da mengenmäßig der Zustrom an Bohrschlamm in die Bohrung im allgemeinen größer ist als das, was durch den Ringraum 44 aufgenommen werden kann, führt das Fehlen einer Rückführleitung wie z. B. 62 da/u, daß der Bohrschlamm längs des Sehalungsgchäuses 32 rückwärts gedrückt wird. Beim Einbringen eines relativ langen Schalungsgehäuses wird der Druck auf das vergrößerte Bohrloch in der Nachbarschaft des Räumwerkzeugs relativ groß sein und den Bohrschlamm längs

S ι cigC ΚίϊΓΓ Ci

ciiäüScS ufüCKCn. r\iS ι

Bohren unter den Sohlen von Flußläufen u. dgl. unter der Wirkung dieses Druckes die Bohrung »ausblasen«. und es kann Wasser aus dem Fluß in die Bohrung eindringen. Außerdem wird überschüssiger Bohrschlamm in das Gewässer eindringen, dieses verschmutzen und das natürliche Leben zerstören. Sieht man eine Rückführleitung 62 vor, so wird ein solches »Ausblasen« verhindert, wenn lange Schalungsgehäuse eingebracht werden. Ein weiterer Vorteil der Rückführleitung besteht darin, daß der Durchmesser des Rohrs derart gewählt werden kann, daß der Bohrschlamm das Schalungsgehäuse so belasten wird, daß es gegenüber dem Bohrschlamm einen neutralen Auftrieb hat. Es ist somit kein besonderer Ausgleichsmechanismus erforderlich, um einen neutralen Auftrieb zu erhalten, bei dem der Schalungskörper im Bohrschlamm schwebt.

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird die Rückführieitun" 62 benutzt, um opbrauchten Bohrschlamm zurückzuleiten, wie dies durch die Pfeile 68 angedeutet ist. Es kann gemäß einer alternativen Durchführungsform aber auch eine Leitung wie die Leitung 62 benutzt werden, um Bohrschlamm derart einzubringen, daß er in der Nähe des Räumwerkzeugs 30 austritt, statt ihn durch den Bohrstrang 20 zuzuführen. Zu diesem Zweck würde — wie in unterbrochenen Linien 69 angedeutet — die Leitung 62 derart verlängert, daß der Bohrschlamm am Räumwerkzeug 30 statt in den Ringraum 44 austritt. Nachdem der Bohrschlamm die vom Räumwerkzeug 30 abgelöste Erde aufgenommen hat, fließt der Bohrschlamm wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in den Ringraum 44.

Eine alternative Ausgestaltung zu den vorstehend erläuterten, die in erster Linie für das Verlegen relativ großer Schalungsgehäuse geeignet ist, ist in F i g. 5 dargestellt Wenn ein Schalungsgehäuse, wie z. B das Gehäuse 70 einen Durchmesser von mehr als etwa 50 cm aufweist, kann eine Drehung des Schalungsgehäuses in der bogenförmig gekrümmten Bahn eine weitgehende Ermüdung des Schalungsgehäuses zur Folge haben, weshalb vorzugsweise das Gehäuse nicht gedreht wird, ω Bei solchen großen Schalungsgehäusen ist das Gehäuse mit dem nachlaufenden Ende des Räumwerkzeugs, wie z. B. des Werkzeugs 72 drehbar verbunden. Das vordere Ende des Räumwerkzeugs 72 ist nicht drehbar mit dem Bohrstrang 74 verbunden, und — wie durch den Pfeil 76 angedeutet ist — es wird Bohrschlamm durch den Bohrstrang 74 zugeführt, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Beispielen. Das Räumwerkzeug 72 wird dabei mittels einer Antriebswelle 78 betrieben, die am Ende des Schalungsgehäuses 70 gelagert ist. Ein Riementrieb 80 oder eine andere Getriebeanordnung verbindet das Räumwerkzeug 72 mit der Antriebswelle 78. to daß eine j Drehung der Welle 78 das Räumwerkzeug 72 betätigt. Alternativ kann am vorderen Ende des Schalungsgehäuses 70 ein an sich bekannter Bohrmotor angeordnet werden, urn das Räumwerkzeug 72 zu betätigen.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform kann

11) auch eine Rückführleitung, wie z. B. die Leitung 62 in F i g. 4, vorgesehen sein. Es kann auch das Schalungsgehäuse 70 relativ zur Drehung des Räumwerkzeugs 72 langsam gedreht werden, damit das Schalungsgehäuse leichter in die Bohrung gleitet und die Reibungscinwir-

i-i kung auf das Schalungsgehäuse verringert wird. Eine Ermüdung des Sehalungsgchäuses hängt von der Rotationsgcschwindigkcit ab, so daß eine Drehung mit niedriger Geschwindigkeit annehmbar ist, während eine hohe Geschwindigkeit, wie sie zur Betätigung des Räum-

Ki vvcrkrcügs bcPiö;i~i würde, r.ich; ;::;r!eh"ibur ii.'..

Bei vielen Anwendungen, wie z. B dem Verlegen von Femsprechleitungen, werden mehrere kleinere Schalungsrohre innerhalb des Schalungsgehäuses verlegt, wenn dieses an Ort und Stelle ist. Ein Verlegen dieser Schalungsrohre wird erleichtert, wenn man das Schalungsgehäuse mit einem Strömungsmittel, wie z. B. vorbehandeltem Wasser oder öl, füllt und die Enden der Schalungsrohre abdichtet, bevor man sie in das Schalungsgehuvise einbringt. Die Schalungsrohre werden deshalb zumindest teilweise einen Auftrieb besitzen, der es ermöglicht, daß sie leicht in das Schalungsgehäuse eingeschwommen werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum bogenförmigen Unterfahren eines Oberflächenhindernisses, z. B. eines Gewässers, mit einem insbesondere rohrförmigen Schalungsgehäuse, bei dem unter Verwendung eines Bohrstrangs zunächst eine konkav verlaufende Pilotbohrung von der einen zur anderen Seite des Hindernisses gebohrt und der Bohrstrang danach derart in der Pilotbohrung belassen wird, daß sich jeweils eines seiner Enden aus der Pilotbohrung hervorstehend auf einer der Seiten des Hindernisses befindet, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verlegen des Schalungsgehäuses anschließend das einen geringeren Durchmesser aufweisende, vorlaufende Ende eines Räumwerkzeugs auf einer der beiden Seiten des Hindernisses mit dem Bohrstrang und das einen größeren Durchmesser aufweisende, nachlaufende Ende des Räumwerkzeugs dort mit dem Schalungsgehäuse verbufi Jen wird, und daß danach das das Schalungsgehäuse nachschleppende Räumwerkzeug mittels des Bohrstrangs zur anderen Seite des Hindernisses hin gezogen wird, wobei die Pilotbohrung auf einen gegenüber dem Außendurchmesser des Schalungsgehäuses geringfügig größeren Durchmesser erweitert wird, und wobei über den Bohrstrang Bohrschlamm in den Bereich des Räumwerkzeugs eingeführt wird, der mit dem abgetragenen Erdreich beladen über den Ringraum zwischen dem Schalungsgehäuse und der Wand des erweiterten Bohrlochs sowie zi äizlich über eine im Innern des Schalungsgehäuses verlegte, an den Ringraum angeschlossene Rückführleitung zur Erdoberfläche hin abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende des Schalungsgehäuses beim Einziehen des Schalungsgehäuses mit Druckkraft beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenzeichnet, daß das Räumwerkzeug gleichzeitig mit seinem Eintreiben in die Pilotbohrung gedreht wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang aus einer Mehrzahl von Bohrstrangteilstükken gebildet wird, die einzeln vom Bohrstrang abgenommen werden, wenn sie auf der gegenüberliegenden Seite des Hindernisses die Pilotbohrung verlassen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite des Hindernisses eine geneigte Bohrvorrichtung angeordnet wird, mit der der Bohrstrang und das Schalungsgehäuse in die Pilotbohrung eingetrieben werden und mit der das Schalungsgehäuse in Drehung versetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalungsgehäuse mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, und daß eine Anzahl von Schalungsrohren in das gefüllte Schalungsgehäuse eingebracht werden, wobei die vorauslaufenden, führenden Enden dieser Schalungsrohre zur Erzeugung eines Auftriebs abgedichtet werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vorauslaufende Ende des Schalungsgehäuses nicht drehbar

mit dem relativ größeren, nachlaufenden Ende des Räumwerkzeugs verbunden wird, und daß zur Betätigung des Räumwerkzeugs das Schalungsgehäuse gleichzeitig mit seinem Eintreiben in die Pilotbohrung gedreht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Schalungsgehäuses eine Antriebswelle vorgesehen und mit dem Räumwerkzeug zu dessen Drehung verbunden wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche -■ bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Räumwerkzeug drehbar mit dem Schalungsgehäuse verbunden wird, und daß innerhalb des Schalungsgehäuses Drehantriebsmittel für das Drehen des Räumwerkzeugs beim Eintreiben in die Pilotbohrung angeordnet werden.

10. Verfahren nach Anspruch*), dadurch gekennzeichnet, daß im Schalungsgehäuse eine Antriebswelle angeordnet wird, deren Ausgangseiide mit dem Räumwerkzeug zu dessen Drehung beim Eintreiben in die Pilotbohrung verbunden wird.