DE3513194C1 - Vorrichtung zum Durchdringen oberflächennaher Bodenschichten - Google Patents

Description

Die DE-PS 10 12 264 zeigt zwar eine Rückholmög-Iichkeit für ein Preßwerkzeug, jedoch erfolgt hier die Verdrängung des Erdreichs mittels Rütteln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchdringen oberflächennaher Bodenschichten anzugeben, die insbesondere zur Herstellung von Sackbohrungen ohne Verlust des Vorderteils und des Druckkopfes geeignet ist, mit der im Erdreich befindliche Hindernisse flexibel umgangen oder verdrängt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach der Erfindung befindet sich im Vorderteil einer Vortriebseinrichtung ein Druckkopf, der unabhängig von der Vortriebsbewegung der Preßrohre sowohl axiale, radiale als auch Kreisumfangsbewegungen ausführen, kann. Durch diese sehr flexible Bewegungsmöglichkeit des Druckkopfes im Raum kann die Beseitigung von Hindernissen, z. B. Steine oder Äste, sehr viel einfacher vorgenommen werden als beim Stand der Technik. Durch die besondere Ausbildung des Bohrkopfes und scheibenförmiger Abstufungen an dessen Stirnseite wird die gute Verdrängungseigenschaft des Druckkopfes noch erhöht.

Die Erfindung bewährt sich auch insbesondere beim Herstellen von Sackbohrungen, denn in diesem Fall kann das gesamte Vorderteil einschließlich Druckkopf von den Preßrohren gelöst werden und durch die Preßrohre hindurch zum Ausgangspunkt zurückgeholt werden. Danach können auf einfache Weise Produktrohre, z. B. Brunnenrohre, eingezogen werden. Erst danach wird das Preßrohr wieder zurückgeholt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung.

F i g. 2 zeigt 3 Querschnitte in verschiedenen Ebenen durch eine Anordnung von F i g. 1 und

Fig.3 zeigt eine Anordnung zur Lagerung des Druckkopfes in dem Vorderteil der Vortriebseinrichtung.

Zur Erstellung einer Bohrung in einer oberflächennahen Erdschicht, z. B. zum Einbringen von Versorgungsleitungen, wird von einer Startstelle, z. B. einem Startschacht, die Vortriebseinrichtung mittels aufeinandergesetzter Preßrohre, d^: _te miteinander verschraubt werden, in vorbestimmter Neigung und Richtung kontrolliert in das Erdreich gedruckt. Das Erdreich wird dabei durch den Druckkopf der Anordnung verdrängt. Nach Erreichen des vorbestimmten Zieles, welches z. B. ein bestimmter Raumpunkt in der Erde oder ein Zielschacht sein kann, wird das Vorderteil der Vortriebseinrichmng von den Preßrohren gelöst, Produktrohre eingezogen und dann die Preßrohre ausgebaut.

Zum Vorpressen oder Zurückziehen der Preßrohre sind bekannte Hydraulikpressen vorgesehen, die durch sogenannte Gripper die Druck- und Zugkräfte auf die Preßrohre übertragen. Die Preßrohre selbst sind miteinander verschraubt und bilden eine glatte äußere Oberfläche.

Fig. 1 zeigt das Vorderteil einer erfindungsgemäßen Vortriebseinrichtu.ig. Das Vorderteil 2 ist mit dem ersten Preßrohr 1 über eine formschlüssige Verbindung 12 verbunden, die als Knaggenverbindung ausgeführt ist. Auf der Innenseite des vorderen Preßrohres 1 befinden sich in zwei Reihen je *twa zehn rechteckige Knaggen.

die in gleicher Zahl am hinteren Ende des Vorderteils 2 vorgesehen sind. Durch Verdrehen des Vorderteils 2 zum Preßrohr 1 können die Knaggen der beiden Teile auf Lücke gestellt werden, so daß die beiden Teile voneinander getrennt werden können. Zur Verdrehsicherung der beiden Teile werden im eingebauten Zustand zwischen die Lücken der einzelnen Knaggen längliche Metallstücke eingesetzt, die die Lücken in dem Vorderteil 2 mit den Lücken im Preßrohr 1 zwischen den einzelnen Knaggen überdecken. Das Vorderteil 2 kann sowohl nach vorne aus dem Preßrohr 1 herausgezogen werden, sobald die Drehsicherung gelöst ist. es kann aber auch nach hinten durch die Preßrohre 1 hindurch zurückgezogen werden, denn der äußere Durchmesser des Vorderteils 2 einschließlich des Druckkopfes 4 ist kleiner als der innere Durchmesser des Preßrohres 1 gewählt.

Am vo» deren Ende des Vorderteils 2 befindet sich ein Druckkopf 4, der aus einem Teil n\y. größerem radialen Durchmesser besteht, das aus dem Vor derteil 2 heraussteht und welches zum Verdrängen des Erdreiches benutzt wird, sowie einem hinteren Teil 3, der in dem Vorderteil 2 mittels einer Kugel 16 in einem Kugelbuchsenla^er gelagert ist. Das Kugelbuchsenlager 7 ist sowohl auf Druck als auf Zug belastbar. Es ist vorgesehen, daß das Kugelbuchsenlager radial innerhalb des Vorderteils 2 verschieblich ist. Gleichzeitig kann das Kugelbuchsenlager über einen Antriebsmotor 9 in Umfangsrichtung des Vorderteils 2 gedreht werden. Dazu ist eine in Axialrichtung gesicherte, drehbare Druckplatte 8 vorgesehen, die einen Zahnkranz aufweist, in den das Zahnritzel eines Antriebsmotors 9 eingreift.

Am vorderen Ende des Vorderteils 2 befindet sich ein Gleitlager 5. das den Druckkopf 4 unmittelbar hinter

j5 dessen Kopfteil lagert. Das Gleitlager 5 ist als durchbohrte Kugelscheibe ausgebildet, die am Umfang in schalenförmigen Ausformungen des Vorderteils 2 gleitet.
Wenn die Lagerkugel 16, die am hinteren Teil 3 des Druckkopfes 4 angeordnet ist, exzentrisch verstellt ist und der Antriebsmotor 9 eingeschaltet wird, beschreibt die Kugel 16 einen Kreis, dessen Radius von der eingestellten Exzentrizität abhängt. Der Motor 9 kann in beide Richtungen gedreht werden und ermöglicht daher sowohl eine kreisförmige Drehung der Kugel 16 als auch ein oszillierendes Hin- und Herschwenken entlang eines Kreisumfangs. Wenn exzentrische Verstellung 7 und Motor 9 gleichzeitig betätigt werden, beschreibt die Kugel 16 die Form einer Spirale. Die entsprechenden geometrischen Figuren übertragen sich als Bewegungsfiguren über das Gelervk 5 auf das Kopfteil des Druckkopfes 4. Bei axialer Stellung der Kugel 16 und nicht eingeschaltetem Motor wirkt der Druckkopf 4 bei Vortrieb der Preßrolire 1 allein in axialer Richtung. Wird jedoch der Motor 9 eingeschaltet und die Kugel 16 exzentrisch verstellt, können auch seitliche Bewegungen des vorderseitiyen Endes des Druckkopfes 4 ausgeführt werden. Auf diese Weise können leicht Hindernisse beseitigt werden, insbesondere wenn die stirnseitige Vorderseite des Druckkopfes 4 eine abgestufte Spitze aufweist. Dann können Steine oder Äste ooer andere Hindernisse leicht zur Seite gedruckt werden. Welcher Art von Bewegung des Druckkopfes 4 erforderlich ist und am besten zum Erfolg führt, ist von der Erfahrung der Bedienungskräfte abhängig. Es kann sowohl eine oszillierende, eine kreisförmige oder auch eine spiralförmige Bewegung hervorgerufen werden.

In einer besonderen Ausführungsfurin der Erfindung

ist das vordere Ende des Druckkopfes 4 aus dem Vorderteil 2 der Maschine ausfahrbar, indem das hintere Ende 3 des Druckkopfes 4 als Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Vorzugsweise umfaßt das Gleitlager 5 den Mantel des Hydraulikzylinders. Durch diese zusätzliche Betätigungsmöglichkeit kann die Bewegungsbahn des Druckkopfes noch weiter flexibler gestaltet werden. Es ist auch möglich, den Druckzylinder des Druckkopfes 4 auszufahren und gleichzeitig die Preßrohre 1 zurückzuziehen, so daß bei entsprechender Einstellung einer Exzentrizität der Kugel 16 eine vergrößerte, spiralförmige Bewegung des Druckkopfes 4 erfolgen kann.

Um Hindernisse seitlich verschieben zu können und ein Vorwärtsdrücken von Erdreich zu ermöglichen, ist die Vorderseite 17 des Druckkopfes 4 abgestuft ausgebildet, nämlich in Form von mehreren Scheiben mit nach vorne kleiner werdendem Durchmesser.

Wenn das Vorderteil der Vortriebseinrichtung von dem Preßrohr 1 gelöst werden soll, wird vorzugsweise mit Hilfe eines Seiles die Verdrehsicherung 11 zwischen den Knaggen gelöst und mit dem gleichen Seil anschließend das Vorderteil durch das Preßrohr 1 zurückgeholt. Es ist vorgesehen, daß das Preßrohr 1 nach Abziehen des Vorderteiles sich selbsttätig mittels die Stirnseite des Preßrohres sternförmig abdichtender Segmente verschließt. Diese können z. B. durch Federkraft betätigt sein. Damit wird verhindert, das Erdreich oder Wasser in das Preßrohr 1 gelangen kann. Wenn das Vorderteil 2 am vorderen Ende des Preßrohres 1 angebracht ist, liegen diese Segmente 13 am Außenumfang des Vorderteils 2 an. Um beim Vortrieb durch das verdrängte Erdreich nicht nach außen gedrückt zu werden, weist das Vorderteil 2 vor den Spitzer, der Segmente 13 auf dem Umfang verteilt entsprechend der Zahl der Segmente Ableiter 14 auf, die das Erdreich um die Segmente 13 herum wegdrücken. Wenn beim Ausbauen des Vorderteils 2 die Drehsicherung 11 gelöst ist und das Vorderteil dann durch Drehung mittels des Gegenmomentes des Antriebsmotors 9 auf Lücke der Knaggen 10 gestellt wird, werden gleichzeitig die Ableiter 14 auf Lücke zwischen die Segmente gestellt, so daß das Zurückziehen des Vorderteils 2 nicht behindert ist.

F i g. 2 zeigt verschiedene Schnittansichten der Einrichtung nach F i g. 1. Der Schnitt B-B zeigt die Ansicht aus dem Preßrohr 1 heraus auf das Vorderteil 2. Es sind insbesondere die Knaggen 10 zu erkennen.

Der Schnitt A-A zeigt vom Vorderteil 2 in Richtung auf das Preßrohr 1. Insbesondere sind die einzelnen Segmente 13 erkennbar, deren Spitzen von den Ableitern 14 abgedeckt sind.

Die Ansicht A zeigt auf das Preßrohr 1, wenn die Segmente 13 geschlossen sind. In gestrichelter Linie sind die einzelnen Knaggen 10 dargestellt.

F i g. 3 zeigt die Ausbildung der exzentrischen Lagerung der Kugel 16 im Kugelbuchsenlager 7. Die Druckplatte 8 ist im Vorderteil 2 mittels des Motors 9 drehbar gelagert. Innerhalb der Druckplatte 8 befindet sich ein rechteckförmiger Ausschnitt, in dem das Kugelbuchsenlager 7 in Längsrichtung des Ausschnittes verschiebbar ist Das Kugelbuchsenlager 7 nimmt die Kugel 16 des Druckkopfes 4 bzw. dessen hinteres Ende 3 auf. Die Verschiebung des Kugelbuchsenlagers 7 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Hydraulikzylinders, kann jedoch auch ohne weiteres mit Hilfe einer angetriebenen Spindel erfolgen.

Sowohl Antriebsmotor 9, Verstellzylinder des Kugelbuchsenlagers 7 als auch der Axialzylinder des Druckkopfes 4 werden vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei über eine geeignete Steuerleitung die Hydraulikflüssigkeit an die gewünschten Stellen geleitet werden kann. Zur Ermittlung der jeweiligen Stellung der einzelnen Zylinder können geeignete Meßeinrichtungen vorgesehen sein.

Mittels im Vorderteil angebrachter Zieltafeln 15 kann über eine optische Zieleinrichtung die Raumstellung des Vorderteils ermittelt und damit der Vortriebsrichtung festgestellt werden. Die Einstellung der Vortriebsrichtung selbst wird vorzugsweise durch radiales Verstellen des Kugelbuchsenlagers 7 bei abgeschaltetem Antriebsmotor 9 vorgenommen. Durch ein geringes Spiel in der Knaggenverbindung 12 läßt sich auf diese Weise erreichen, daß die Vortriebseinrichtung einem Kreisumfangsabschnitt folgen kann.

Durch die Überwachung und Steuerung der Vortriebseinrichtung kann ein angestrebtes Ziel zentimelergenau erreicht werden. Abhängig von aufzubringendem Druck auf die Preßrohre und der Bodenreibung können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung Bohrungsdurchmesser von 30 bis 40 cm bei bis zu 200 m Länge erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

1 2 gleichfalls mittels der Rückholvorrichtung vom hin-Patentansprüche: teren Ende des Preßrohres (1) her ausführbar ist. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch

1. Vorrichtung zum Durchdringen oberflächenna- gekennzeichnet, daß die Rückholvorrichtung ein her Bodenschichten unter Verdrängen des Erd- 5 Zugseil ist

reichs, insbesondere zum nachfolgenden Einbringen

von Ver- und Entsorgungsleitungen in den Boden,

aus einem Vorderteil (2), das an seinem rückwärtigen
Ende mit einem mit einer Kraft beaufschlagbaren

Preßrohr (1) lösbar verbunden ist und stirnseitig ei- io Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durch-

nen Druckkopf (4) trägt, der gegenüber dem Vorder- dringen oberflächennaher Bodenschichten, insbesonde-

teil (2) radial verschwenkbar ist, dadurch ge- re zur nachfolgenden Einbringung von Ver- oder Ent-

kennzeichnet, daß der Druckkopf (4) zusatz- sorgungsleitungen in den Boden, nach dem Oberbegriff

lieh mittels eines im Vorderteil (2) angeordneten des Anspruchs 1.

Stellmotors (9) um die Längsachse des Vorderteils 15 In vielen Fällen können Ver- und Entsorgungsleitun-

(2) drehbar gelagert ist und das Vorderteil (2) sowie gen, z. B. Schutzrohre für Elektrokabel, Gasleitungen,

der Druckkopf (4) einen kleineren Außendurchmes- Brauchwasserleitungen und Horizontalbrunnen nicht in

ser als der Innendurchmesser des Preßrohres (1) auf- offener Bauweise verlegt werden, weil z. B. Eisenbahnli-

weisen. wobei das Vorderteil (2) und der Druckkopf nien, Wasserläufe oder andere Verkehrswege über-

(4) mittels et«er am hinteren Ende des Vorderteils (2) 20 kreuzt werden müssen. Weitere Gründe, die gegen eine

angebrachten Rückholvorrichtung vom rückwärti- offene Baugrube sprechen, sind große Tiefen von mehr

gen Ende des Preßrohres (1) her durch das Preßrohr als 6 m und/oder hoher Grundwasserstand sowie der

(1) hindurch zurückziehbar sind. Schutz wertvoller Bäume usw.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- Es ist bereits bekannt, derartige Bohrungen mit Hilfe zeichnet, daß der Druckkopf (4) im Vorderteil (2) 25 von Vortriebseinrichtungen zu erstellen, die über hygleichzeitig in Axialrichtung verschieblich ist draulische DruckeinB^htungen durch den Boden getrie-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ben werden und am vorderseitigen Ende durch einen zeichnet daß der Druckkopf (4) mit seinem hinteren Druckkopf den Boden seitlich verdrängen. Zusätzlich ist Ende (16) drehfähig in einem Zug und Druck aufneh- es bekannt, daß der Druckkopf mit einer Spülung versemenden Kugelzapfenlager (7) aufgenommen ist, das 30 hen ist

in einer im Vorderteil (2) drehbar gelagerten Lager- Aus der DE-OS 33 06 070 ist eine Vorrichtung zur

platte (8) radial verschieblich ist. Herstellung eines unterirdischen Rohrvortriebes be-

4. Vorrichtung nach Afupcuch 3, dadurch gekenn- kannt mit dem ein ständig drehendes Vorderteil radial zeichnet, daß die Lagerplatte (8) nittels des im Vor- schwenkbeweglich über ein Abstützrohr unter Bodenderteil (2) angebrachten Motors (9) drehbar ist. 35 Verdrängung durch den Boden vorgetrieben werden

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- kann. Die Verschwenkbarkeit ermöglicht zwar eine zeichnet, daß der Druckkopf (4) hinter seinem einen Richtungssteuerung der Einrichtung, jedoch sind die größeren Durchmesser aufweisenden, stirnseitigen Einwirkungsmöglichkeiten auf das zu verdrängende Ende, das in Axialrichtung vom Vorderteil (2) vor- Erdreich beschränkt

steht, im Anfangsbereich des Vorderteils (2) in einem 40 Die BE-PS 8 65 955 zeigt ebenfalls einen Preßvor-

axial verschwenkbaren Gleitlager (5) gehalten ist. trieb mit radialer Verschwenkmöglichkeit des Preßkop-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- fes für dessen Richtungssteuerung, wobei der Preßkopf zeichnet, daß der Druckkopf (4) einen Druckzylinder von einem rückwärts anschließbaren Mantelrohr vorgezum Ausfahren des stirnseitigen Endes des Druck- trieben wird.

kopfes (4) aufweist, wobei die Zylinderhülse (3) von 45 Schließlich zeigt die DE-OS 27 01 066 eine Vorrichdem Gleitlager (5) getragen ist tung zum Verlegen von Rohren, die ebenfalls eine radia-

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor- Ie Verstellung des Preßkopfes gestattet und bei der der hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Preßkopf durch ein Mantelrohr vorgetrieben wird, von daß die zwischen dem hinteren Ende des Vorderteils dem der Preßkopf nach Erreichen der Zielgrube ab-

(2) und dem Vorderende des Preßrohres (1) beste- 50 nehmbar ist. Die Einwirkmöglichkeiten auf das Erdreich hende lösbare Verbindung eine formschlüssige und sind hier ebenfalls beschränkt.

drehfeste Verbindung (12) ist Mit den bekannten Einrichtungen ist es jedoch nicht

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ohne weiteres möglich, z. B. Sackbohrungen zu erstelzeichnet, daß die Verbindung (12) eine Knaggenver- len, da nach Fertigstellung der Bohrung die gesamte bindung ist, wobei durch zwischen die nebeneinan- 55 Einrichtung wieder zurückgeholt werden muß und daderliegenden Knaggen (10) lösbar eingesetzte Plat- mit, bevor Produktrohre eingezogen werden können, ten (11) die Verdrehsicherung erreicht ist. die Bohrung wieder zufallen kann. Bei Auftreten von

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Hindernissen ist es bei den bekannten Einrichtungen zeichnet, daß das Preßrohr (1) nach Zurückziehen ebenfalls notwendig, die gesamte Einrichtung zurückzudes Vorderteils (2) durch sternförmig nach innen 6ö ziehen und auf einem anderen Wege einen erneuten klappbare Verschlußelemente (13) verschließbar ist. Versuch zu starten. Die bekannten Einrichtungen sind

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, im wesentlichen für den Zweck vorgesehen, Durchbohdadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des rungen bestimmter Oberflächenbereiche vorzunehmen, Druckkopfes mittels hydraulischer Einrichtungen bei denen die Vortriebseinrichtung am Zielpunkt enterfolgt 65 nommen und gleichzeitig vom Ausgangspunkt her Pro-

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch duktrohre nachgeschoben werden können. Die bekanngekennzeichnet, daß das Lösen der Verdrehsiche- ten Einrichtungen erlauben nur im geringen Umfang rung zwischen Vorderteil (2) und Preßrohr (1) das Umgehen bzw. das Beseitigen von Hindernissen.