DE3686433T2

DE3686433T2 - Verfahren und geraet zum bewegen und herstellen von unterirdischen durchlaessen im boden.

Info

Publication number: DE3686433T2
Application number: DE8686104275T
Authority: DE
Inventors: Tian Shanda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2006-03-28
Also published as: EP0197456A2; DE3686433D1; US4726711A; EP0197456B1; CN85102785A; CN1007635B; EP0197456A3; JPS61294085A

Description

Die Erfindung bezieht sich um eine Einrichtung, mit der ein Raum im Boden ausgepreßt werden kann. Diese Einrichtung setzt sich aus einer in Reihenfolgen angeschlossenen Presse, einem Einschieber und einer Antriebsmaschine zusammen.
In BE-B 120 99 74 werden Einrichtungen zum Auspressen von Raum im lockeren Boden vorgestellt. Der mit der Spiralschaufel angerichtete kegelförmige Vorderteil der Einrichtung ist zur Lockierung vom Boden benutzt. Die gegenwärtig angewendeten Einrichtungen verschieben sich normalweise beim Umdrehen des Vorderteils voran.
In DE 30 15 381 A1 werden allgemeine Einrichtungen vorgestellt. Zur Ganzheit setzt sich die Presse der gegenwärtig angewendeten Einrichtung mit dem umdrehenden vorderen Spiraleinschieber zusammen, der wiederum in Verbindung mit einem anderen Spiraleinschieber ist, dessen Gewindegang mit von demjenigen vorderem Spiraleinschieber umgekehrt ist. Der Einschieber soll in der Gegendrehung getrieben werden, damit sich die Einrichtung voranverschieben werden kann. So wird das Gegendrehmoment vom Boden in großem Umfang ausgeglichen. Die gegenwärtig angewendete Einrichtung geeignet sich zum Auspressen von Raum im lockeren Boden. Aber bei größerem Widerstand vom Boden verschiebt sich die Einrichtung wegen fester gepreßtem Bodens sehr langsam voran. Außerdem muß eine Antriebsmaschine mit sehr großer Leistung eingesetzt werden, damit sich die Einrichtung durch festen Boden voranverschieben kann. Übrigens, wenn das Bodenmaterial oder die Dichte vom Boden im Längebereich der angewendeten Einrichtung im verschiedenen Ort unterschiedlich ist, können sich die beiden in Reihenfolgen an zwei Stangen angerichteten gegendrehenden Spiralschaufeln wegen des Unterschieds der Reibung zwischen beider Spiralschaufeln nicht mehr drehen. Anderseits entstehen zwei gegenseitig kreuzende Kerben beim Schneiden beider gegendrehenden Spiralschaufeln Kreuznuten im Boden. Somit werden kleine Stücke des quer geschnittenen Bodens einstürzen.
Deshalb ist die Leistungsfähigkeit der gegenwärtig angewendeten Einrichtungen besonders beim Auspressen vom Boden mit größerer Reibung nicht hoch.
In Anbetracht des Nachteils der allgemeinen Einrichtungen wird in dieser Erfindung eine einfache Vorrichtung gestellt. Mit solcher Einrichtung kann Raum im Boden mit großer Reibung ausgepreßt und die Form von Raum kontrolliert werden.
Eines der Verfahren zur Lösung des Problems ist, daß zur Verminderung der Reibung im Boden ein Vibrator in der Presse eingebaut wird. Hierbei wird die Presse an den Einschieber durch eine verschlossene Anschlußvorrichtung angeschlossen. Die Anschlußvorrichtung setzt sich aus einem Schiebkraftsempfänger, der mit dem Einschieber ineinandergreift, und einem hydraulischen Antrieber zusammen, der den Schiebkraftsempfänger und die Presse koppelt. Ein Stoßdämpfer wird zwischen der Presse und der Anschlußvorrichtung angerichtet. Der Einschieber besteht aus einer von der Antriebsmaschine getriebenen Schubstange und einer an der Schubstange angerichteten Spiralschaufel.
Anderes der Verfahren zur Lösung des Problems ist, daß zur Verminderung der Reibung im Boden ein Vibrator in der Presse eingebaut wird. Hierbei wird die Presse an den Einschieber durch eine verschlossene Anschlußvorrichtung angeschlossen. Die Anschlußvorrichtung besteht aus einem Schiebkraftsempfänger, der mit dem Einschieber ineinandergreift, und einem hydraulischen Antrieber, der den Schiebkraftsempfänger an die Presse anschließt. Und ein Stoßdämpfer wird zwischen der Presse und Anschlußvorrichtung angerichtet. Der Einschieber besteht aus einem hydraulischen Einschieber, einer Kolbenstange des hydraulischen Einschiebers, der mit dem Schiebkraftsempfänger der Anschlußvorrichtung ineinandergreift ist, und einer Blockierungsvorrichtung, die zur Verhütung des Rückzugs der Einrichtung eingesetzt.
Bei dem Vorschub der Einrichtung wird der Boden dicht an der Presse durch die Schwingung des Vibrators gelockert. Die Bedeutung von dicht an der Presse ist der Abstandsbereich von einigen Millimetern bis einigen hunderten Zentimetern. Somit vermindert sich die Reibung zwischen dem Boden und der Einrichtung beim Vorschub des Einschiebers.
Zur Verminderung der Schwingung der Anschlußvorrichtung wird ein Vibrator zwischen der Presse und der Anschlußvorrichtung angerichtet.
Die räumliche Form kann dadurch kontrolliert werden, daß die Bewegungsrichtung des Vorderteils der Presse vom hydraulischen Antrieber verändert wird.
Wie bei der ersten Einrichtung der Erfindung wird die Spiralschaufel nur an der Schubstange angerichtet. An der Durchgangswand ist nur eine Spiralnute entstanden. Deshalb werden kleine Stücke des geschnittenen Bodens nicht einstürzen und dadurch ist die Qualität des Durchgangs höher.
Als optimales Beispiel der Einrichtungen enthält die Anschlußvorrichtung einen Kontroller zur Kontrollierung des Vibrators und eine Schubstange. Mit solcher Anschlußvorrichtung kann die Verschiebungsrichtung ausgerichtet werden und erstreckt sich der Durchgang in eine feste Richtung. Wie z. B., mit einem Kreisel oder anderer Vorrichtung wie dreidimensionalem Sensor oder Mikrorechner wird einen Befehl für die nächste Betätigung an das Stellglied gegeben. Daraufhin kann die Richtung automatisch kontrolliert werden. Außerdem kann auch der Schwingungsvorgang der Presse kontrolliert und die Schwingungsamplitude eingestellt werden, damit der Kontaktbereich des vom Vibrator gepreßten Bodens begrenzt wird. Für einen Vibrator ist eine von Motor getriebene exzentrische Vorrichtung besser.
Soll ein Durchgang ganz dicht an der Erdoberfläche ausgepreßt werden, ist das Vorderteil der Presse am besten grundsätzlich keilförmig. Beim keilförmigen Vorderteil der Presse soll die Schwingungsrichtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung aber grundsätzlich parallel zur Erdoberfläche sein.
Die Schwingungsbewegung des Vibrators kann von verschiedenen Vorrichtungen getrieben werden, wie z. B. exzentrischer, elektromagnetischer, hydraulischer oder pneumatischer Vorrichtung, solange die Presse mit solcher Vorrichtung die nötige Schwingungsamplitude und Frequenz erzeugen kann. Die folgenden grundsatzlichen Anforderungen müssen erfüllt werden, damit der Vibrator sich unter dem Boden etwas ruhig und sicher verschieben kann.
2) Die Schwingungsamplitude soll nicht kleiner als eine bestimmte Amplitude sein. Wenn ein Körper z. B. unter der Schwingung ausgepreßt wird, soll die Amplitude größer sein als diejenige am Anfang des Auspressens der Einrichtung, damit es weiter ausgepreßt werden kann. Der Wert der Anfangsamplitude hängt sich von der Frequenz der Schwingung und der Eigenschaft des Bodens sowie der Dimension und Form der Einrichtung ab. Im allgemeinen ist der ausgepreßte Bereich größer bei niedriger Frequenz der Schwingung und größerem Querschnitt des Körpers. Je größer die Amplitude der Schwingung als die Anfangsamplitude des Auspressens ist, desto schneller wird es ausgepreßt.
b) Die Schwingungsfrequenz soll größer als die Zerstörfrequenz des Bodens sein. Wenn ein Gegenstück im Boden schwingt, verringert sich die vom Boden auf das Gegenstück rückwirkende Reibung unter der Wirkung einer bestimmten Frequenz und einer Schwingungskraft, so verschiebt sich das Gegenstück ganz frei.
c) Die Schubkraft, unter deren Wirkung sich die Einrichtung voranverschiebt, soll dem Widerstand am Vorderteil der Einrichtung entgegenwirken.
Wenn die Einrichtung sich durch die Schwingung und das Pressen voranverschiebt, ist nicht viel Boden zu entstehen, der danach wegtransportiert werden muß. Das erfundene Verfahren und die Einrichtung können beim Boden mit hohem Widerstand sehr wirtschaftlich und effektiv eingesetzt werden.
Demnach sind bei dem Vorschub dieser Einrichtung durch die Schwingung und das Pressen ein Durchgang und Raum unter dem Boden auszupressen. Bei Bedarf kann entsprechende Vorrichtung zur Kontrollierung der Verschiebungsrichtung eingesetzt werden. Die Form des Durchgangs kann senkrecht oder waagerecht, sogar schräg sein. Wenn es in einem ausgepreßten Durchgang mit gleichem Verfahren aber leistungsfähiger Einrichtung wiederholt geschüttelt und ausgepreßt wird, kann der Durchgang oder Raum expandiert werden. Oder wenn es mit gleichem Verfahren in der horizontalen Richtung in der Nähe vom ausgepreßten Durchgang immer wieder geschüttelt und ausgepreßt wird, werde ein sehr großer untergründiger Raum entstehen, wie z. B., Eingang von Ölbohrloch oder unterirdische Garage und so ähnliches.
In den folgenden Abbildungen ist der konkrete Inhalt dieser Erfindung weiter zu erklären:
Abb. 1 Die Grobskizze der erfundenen Einrichtung im ersten Beispiel, die zum Auspressen von Raum im Boden eingesetzt wird.
Abb. 2 Der Querschnitt II-II von Abb. 1,
Abb. 3 Der Querschnitt III-III von Abb. 1,
Abb. 4 Die Schnittansicht der Anschlußvorrichtung der in Abb. 1 dargestellte Einrichtung,
Abb. 5 Die Schnittansicht des Vorderteils der in Abb. 1 dargestellte Einrichtung,
Abb. 6 Der Querschnitt VI-VI von Abb. 5,
Abb. 7 Die Schnittansicht des Hinterteils der in Abb. 1 dargestellte Einrichtung,
Abb. 8 Die Grobskizze der Verschiebung der in Abb. 1 dargestellte Einrichtung,
Abb. 9 Die Grobskizze der erfundenen Einrichtung im zweiten Beispiel, die zum Auspressen von Raum im Boden eingesetzt wird,
Abb. 10 Die Grobskizze der keilförmigen Presse.
Wie in Abb. 1-7 gezeigt, die angewendete Einrichtung zum Auspressen von Raum im Boden im ersten Beispiel enthält eine am Vorderteil der Einrichtung aufgestellte Presse 6, die gegen Drehen durch eine Gruppe von Festhalteschaufeln 7 im Boden festgehalten wird. In einem bestimmten Maßstab haben die Festhalteschaufeln noch die Führungswirkung. Durch die Anschlußvorrichtung 8 mit einem Wellrohr wird die schwingende Presse 6 an den Einschieber 9 angeschlossen. Die Stromversorgung des Vibrators wird von einer Leitung durch dieses Wellrohr ausgefüllt. Der Vibrator ist in der Presse 6 verschlossen eingebaut, die den Motor 13 und die exzentrische Vorrichtung 14 enthält. Der Motor 13 treibt die exzentrische Vorrichtung 14, so daß die Kreisschwingung in der Presse 6 entstanden ist. Innerhalb des Hinterteils der Presse 6 wird ein Stoßdämpfer eingebaut, der ein Kugellager 15, eine Kugellagerschale 16 und Stoßdämpferungsmatrial 17 sowie eine Lagerscheibe 18 enthält. Die Lagerscheibe 18 empfängt die Schubkraft von der Schubstange 9 oder überträgt die Schubkraft durch die Anschlußvorrichtung 8.
Die Lagerscheibe 18 empfängt von der Schubstange 9 die durch die Universalkupplung der Anschlußanlage 8 übertragene Schubkraft. Dadurch wird die Schubkraft durch die Kugeln des Kugellagers 15 auf die ganze Presse übertragen. Weil sich die Schwingung des Vibrators des Vorderteils, die bei der Übertragung der Schubkraft auf die Lagerscheibe 18 entstanden ist, unter dem Einfluß von Rollen der Kugeln verringert kann, dienen hier die Kugeln als ein Vibrator. Auf der Lagerscheibe 18 gibt es noch einen Festhaltestift 19, der in das Bolzenloch 20 an der Festhaltescheibe am Hinterteil der Presse eingesteckt wird. Zwischen dem Festhaltestift 19 und Bolzenloch 20 ist das Stoßdämpfungsmaterial, z. B. der Schaumgummi 21 angerichtet. Das Dickenmaß des Stoßdämpfungsmaterial 17 und 21 soll größer als die Schwingungsamplitude der Presse sein. Der Festhaltestift 19 und Bolzenloch 20 hüten sich vor der Relativbewegung zwischen der Lagerscheibe 18 und dem Bolzenloch 20, somit wird es garantiert, daß der Geber des Kontrolliers 25 einen exakten Positionierungsbefehl geben kann. In der Anschlußvorrichtung 8 ist der Kontroller eingebaut, der dreidimensionalen Geber, Mikrorechner und Antrieber, z. B. eine Gruppe von hydraulischen Antriebern 23, enthält. Deshalb kontrolliert die Presse dreidimensional. Die Spiralschaufel 10 ist an der Schubstange angerichtet, die in den Boden eingeschoben werden kann. Die Kontaktfläche zwischen der Spiralschaufel 10 und dem Boden soll genug groß sein, damit daß die Einrichtung axiale Kraft auf den Boden ausübt. Die Scherbeanspruchung und Druckstärke des Bodens sollen kleiner als die Grenzscheranspruchung der Grenzdruckstärke des Bodens, somit wird Rutschen der Spiralschaufel 10 vermieden. Die Schubkraft wird daher korrigiert und freigegeben. Ein Ende der Schubstange 9I ist in Verbindung mit dem Getriebe 28 und Motor 27. Der Motor 27 ist zum Transport demotierbar durch einen Festhaltestift mit Getriebe 28 festgehalten. Der Motor 27 kann auch durch eine Universalkupplung an das Getriebe 28 angeschlossen werden, damit die Leistung auf die Schubstange 9 zu übertragen ist und die Schubstange 9 getrieben werden kann. Durch das Drehen der Spiralschaufel 10 im Boden verschiebt sich die Einrichtung voran. Am Motorgestell sind eine Gruppe von Festhaltestiften angerichtet, damit beim Antreiben der Schubstange 9 durch den Motor die Rückwärtsdrehung des Motorgestells vermieden werden kann. Es ist für die Vermeiden der Rückwärtsdrehung schon genug, daß der zum Festhalten eingesetzte Festhaltestift 12 in der Seite des Bodens eingesteckt ist. Es ist sehr wichtig, daß die Scherkraft und Druckkraft, die vom Festhaltestift 12 auf den Boden ausgeübt worden sind, kleiner als die eigene Scherfestigkeit und Druckfestigkeit vom Boden sind, sonst wird dort ein Rutschen entstehen.
Es ist hinzuweisen, daß die Einrichtung mit der Hilfe einer anderen Schubvorrichtung, z. B. hydraulisches Antriebers oder ähnlichem (in den Abbildungen nicht gezeigt) zu funktionieren beginnt. So können die Presse 6 oder die Spiralschaufel 10 und der Festhaltestift 12 am Vorderteil der Schubstange 9 in den Boden eingeschoben werden. Die Einrichtung beginnt dadurch zu schwingen und pressen und verschiebt sich durch die Widerstandskraft des Bodens gegen die Spiralschaufel 12 voran.
Wie in Abb. 9 gezeigt, die angewendete Einrichtung zum Auspressen von Raum im Boden im zweiten Beispiel enthält neben der wie im ersten Beispiel ähnlichen schwingenden Presse 35 einen zum Festhalten eingesetzten Festhaltestift 36, eine Anschlußvorrichtung 37, eine Blockierungsvorrichtung 38 und Schaufel 39 am Vorderteil, einen hydraulischen Zylinder 40, einen hydraulischen Kolben 41, eine Blockierungsvorrichtung 42 und -schaufel 43 am Hinterteil sowie ein Wellrohr 44.
Der im zweiten Beispiel gezeigte Einschieber ist hydraulisch getrieben, der mindestens einen hydraulischen Zylinder oder eine Gruppe von gleichmäßig angeordneten hydraulischen Antriebern enthält. Die Stange 41 des Anschlußkolbens ist an der vorderen Blockierungsvorrichtung 38 angeschlossen, in der die vordere Blockierungsschaufel 39 eingebaut ist, die sich vorund zurückschieben läßt. An der Rückseite des hydraulischen Zylinders ist die hintere Blockierungsvorrichtung 42 angerichtet, in dem auch die größere Fläche besitzende hintere Blockierungsschaufel 43 eingebaut ist, die sich vorund zurückschieben läßt. Nach dem Einziehen der vorderen Blockierungsschaufel 39 und beim Vorschieben der hinteren Blockierungsschaufel 43 verschiebt sich der hydraulische Kolben 41 voran, um die Kraft auf den schwingenden Vibrator zu übertragen, so daß der Vibrator zu schwingen und zu voranverschieben beginnt. Der Widerstand, den die im Boden eingesteckte hinteren Blockierungsschaufel 45 erzeugt hat, vermeidet diesem Augenblick, daß sich der hydraulische Zylinder 40 der Antriebsmaschine zurückzieht. Wenn sich die vordere Blockierungsschaufel 39 grade voranverschiebt und sich die hintere Schaufel 43 grade zurückschiebt, zieht sich der hydraulische Kolben 41 in den hydraulischen Antrieber zurück. Der Widerstand, den die im Boden eingesteckte vorne Blockierungsschaufel 39 erzeugt hat, vermeidet danach die Rückziehung der schwingende Presse. Dann verschiebt sich der hydraulische Antrieber eine Strecke von einem Kolbenhub voran. Nach dieser Weise verschiebt sich die Einrichtung nach diesen allen Betätigung in einem Zyklus eine Strecke von einem Kolbenhub voran. Der oben erwähnte Bewegungszyklus kann von einem an der Anschlußvorrichtung 37 angeschlossenen Mikrorechner programmiert und kontrolliert werden.
Die im anderen Beispiel dieser Erfindung gezeigte Einrichtung hat außerdem ein Endglied 31 zur Expandierung, das durch ein Stahlseil 32 an das Ende dieser Einrichtung angeschlossen ist (Abb. 8). Im Endglied 31 ist einen Vibrator eingebaut. Mit dieser Einrichtung kann der vorhandenen Durchgang 33 expandiert werden. Nach der Form, z. B., U-Form, elliptische oder quadratische Form ist ein Durchgang 34 mit der Querschnittsform anders als Kreis auszupressen.
Im Vergleich zur Werte der Schwingungsamplitude und -frequenz der am Vorderteil aufgestellten schwingenden Presse lassen sich die Werte der Schwingungsamplitude und -frequenz des Endglieds etwas hoch vorgeben und nicht begrenzen. Das Endglied ist am Hinterteil der Spiralschaufel angerichtet, damit die Grenzscherfestigkeit und Grenzdruckfestigkeit des Bodens, der Kontakt mit der Spiralschaufel hat, keinen Einfluß vom Endglied haben kann. Durch diese Weise vermindert sich der bei der Verschiebung der Einrichtung entstandene Preßwiderstand in großem Umfang.
In Abb. 10 werden die verschiedenen Ansichten der keilförmigen Presse bei der Bewegung in der Richtung 45 und 46 gezeigt.

Claims

1. Vorrichtung zur Bildung eines Raums im Erdreich, mit einer Preßeinrichtung (6, 35), einer Schubeinrichtung (9, 40) und einem Hauptantrieb (27), die der Reihe nach miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, - daß die Preßeinrichtung (6, 35) eine Vibrationseinrichtung (13, 14) zur Verringerung des Widerstands des Erdreichs enthält,

- daß die Preßeinrichtung (6, 35) durch eine umschlossene Verbindungseinrichtung (8, 37) mit der Schubeinrichtung (9, 40) verbunden ist, die eine mit der Schubeinrichtung (9, 40) in Eingriff stehende Schubaufnahmeeinrichtung (26) und eine hydraulische Hubeinrichtung umfaßt, die die Schubaufnahmeeinrichtung (26) und die Preßeinrichtung (6, 35) verbindet,

- daß eine Vibrationsaufnahmeeinrichtung (17) zwischen der Preßeinrichtung (6) und der Verbindungseinrichtung (8) angeordnet ist und

- daß die Schubeinrichtung eine Schubstange (9) mit spiralförmigen Schaufeln (10) umfaßt, die auf der von dem Hauptantrieb (27) angetriebenen Schubstange (9) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zur Bildung eines Raums im Erdreich, mit einer Preßeinrichtung (6, 35), einer Schubeinrichtung (9, 40) und einem Hauptantrieb (27), die der Reihe nach miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, - daß die Preßeinrichtung (6, 35) eine Vibrationseinrichtung (13, 14) zur Verringerung des Widerstands des Erdreichs enthält,

- daß die Schubeinrichtung eine hydraulische Schubeinrichtung (40), deren Kolbenstange (41) mit der Schubaufnahmeeinrichtung (26) der Verbindungseinrichtung (37) in Eingriff steht, und eine Sperreinrichtung (42) zur Verhinderung einer Rückwärtsbewegung der Vorrichtung umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (8, 37) eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Vibrationseinrichtung (13, 14) und der Schubeinrichtung (9, 40) umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung eine von einem Antrieb (13) angetriebene Exzentereinrichtung (14) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderteil der Preßeinrichtung (35) im wesentlichen keilförmig oder konisch ist.