DE4142343A1 - Vorrichtung zur herstellung von erdbohrungen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von
Erdbohrungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Herstellung von vertikalen, horizontalen oder geneigten
Verdrängungsbohrungen werden übliche Rammbohrgeräte
(Erdverdrängungshammer, Erdrakete) in Verbindung mit größeren
Verdrängungsköpfen eingesetzt, um gleichzeitig die für Brunnen
oder andere Anschlüsse, meist im Abwasserbereich, verwendeten Rohre
aus Stahl, Kunststoff, Beton oder anderen Werkstoffen einbringen
zu können.
Zur gleichzeitigen Einbringung dieser Rohre bzw. Schutzrohre mit
dem Verdrängungsbohrgang wird vor den einzubringenden Rohren ein
konischer Verdrängungskopf angeordnet, dessen maximaler
Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des
einzuziehenden Rohres. Ein derartiger Verdrängungskopf stellt das
erforderliche Bohrloch auf dem Weg der Erdverdrängung her. Dabei
wird das Erdreich nicht geräumt, sondern radial nach außen in die
Poren des umhüllenden Untergrundes verdrängt. Um den
Verdrängungskopf mit den nachfolgenden Rohren in das Erdreich
einzubringen, wird entweder eine statische Schubkraft
(hydraulische Presse oder Aufsatzgewichte) oder ein dynamisches
Rammbohrgerät (Rammhammer, Schnellschlaghammer) an den
Verdrängungskopf kraftschlüssig angesetzt. Dabei ist es
wünschenswert, daß ein Druckluft- oder ölbetriebenes dynamisches
Rammbohrgerät, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der
Innendurchmesser des einzubringenden Rohres, mit dem
Verdrängungskopf, der vor den einzubringenden Rohren angeordnet
ist, eine lösbare, kraftschlüssige Verbindung hat. Dadurch ist
sichergestellt, daß die Rammschläge verlustfrei und auf kurzem Weg
in Erdverdrängung umsetzbar sind und dabei ein Bohrloch erzeugt
wird, in welches die Rohre leicht eingebracht werden können. Wenn
bei einer Brunnenbohrung das Bohrloch die gewünschte Eindringtiefe
erreicht hat, wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen
Verdrängungskopf und dem Antriebsgerät gelöst und dieses innerhalb
des Rohres zurückgezogen. Bei einem dynamischen Rammbohrgerät bzw.
Schnellschlaghammer geschieht dies üblicherweise durch Schalten
auf Rückwärtslauf.
Dabei ist es allerdings von Nachteil, daß ein relativ kleines
Rammbohrgerät einen relativ großen Querschnitt verdrängen muß, da
der Verdrängungskopf zwangsläufig deutlich größer als der
Durchmesser des Rammbohrgerätes ist. Deshalb können vor allem
vertikale Bohrungen, z. B. zur Herstellung von Brunnen, häufig
nicht erfolgreich durchgeführt werden, da insbesondere beim
vertikalen Arbeiten mehrere Bodenschichten, zum Teil auch harte
Bodenschichten, zu durchfahren sind.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß insbesondere bei
Brunnenbohrungen die Wasserdurchlässigkeit des Untergrundes rund
um das Bohrloch verkleinert wird, da der verdrängte Boden Poren
und damit Kanäle verschließt, durch die das Wasser der
Brunnenbohrung zufließen soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die mit technisch einfachen
Mitteln den Verdrängungs- bzw. Spitzenwiderstand beim Bohrvorgang
deutlich herabsetzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung
zur Herstellung von Erdbohrungen mit gleichzeitiger Rohrverle
gung, insbesondere zur Herstellung von Brunnenbohrungen, umfas
send ein Erdbohrgerät mit einem Antriebsgerät und einem koaxial
zu diesem angeordneten Verdrängungskopf, dessen Außendurchmesser
größer ist als der Außendurchmesser des Antriebsgerätes und des
diesen umhüllenden Rohres und dessen kraftschlüssige Verbindung
mit dem Antriebsgerät lösbar ausgebildet ist, wobei erfindungs
gemäß am Verdrängungskopf annähernd in Bohrrichtung zeigend we
nigstens eine Flüssigkeitsstrahldüse mindestens annähernd sym
metrisch zur Längsachse des Verdrängungskopfes angeordnet ist,
die an eine Druckflüssigkeitsquelle anschließbar ist. Bei nur
einer Strahldüse heißt das, daß diese an der Spitze des Verdräng
ungskopfes mindestens annähernd in der Längsachse desselben an
geordnet ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bei einem
Bohrvorgang möglich, mittels aus den Flüssigkeitsstrahldüsen aus
tretender Druckflüssigkeit das vor dem Verdrängungskopf befind
liche Erdreich derart aufzulockern, daß für den Vorschub des Erd
bohrgerätes eine wesentlich geringere Energie benötigt wird, da
in dem aufgelockerten Erdreich der dem Verdrängungskopf entgegen
gesetzte Spitzenwiderstand verringert wird.
Der Flüssigkeitsdruck kann dabei je nach Bodenart zwischen ca.
10-300 bar variieren. Um den Vortrieb des Erdbohrgerätes durch eine
Verbesserung seiner Gleiteigenschaften zu erleichtern, kann eine
Druckflüssigkeit verwendet werden, die thixotrope oder
Gleitmitteleigenschaften aufweist. Desweiteren können Zusätze in
der Bohrflüssigkeit, z. B. Polymere, die Reibung zwischen dem
einzuziehenden Rohr und dem Erdreich deutlich verringern, so daß
auch größere Längen bzw. Tiefen möglich sind.
Um ggf. einen großflächigeren Bereich des Erdreiches auflockern zu
können, ist es zweckmäßig, eine Mehrzahl von
Flüssigkeitsstrahldüsen in Längsrichtung des Verdrängungskopfes
hintereinander anzuordnen. Diese Wirkung kann dadurch verstärkt
werden, wenn die Flüssigkeitsstrahldüsen in Längsrichtung des
Verdrängungskopfes unterschiedliche Strahlwinkel aufweisen.
Für Brunnenbohrungen ist es von besonderem Vorteil, wenn der
Verdrängungskopf zusätzliche Flüssigkeitsstrahldüsen aufweist, die
der Bohrrichtung mindestens annähernd entgegengesetzt ausgerichtet
sind, da dadurch das bereits verdrängte Erdreich aufgelockert und
dessen Wasserdurchlässigkeit verbessert wird. Eine weitere
Verbesserung dieser Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß am
Verdrängungskopf weitere Flüssigkeitstrahldüsen angeordnet sind,
die senkrecht zur Längsachse des Erdbohrgerätes nach außen
gerichtet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist eine Richtungssteuerung des Erdbohrgerätes dadurch möglich,
daß die Druckflüssigkeit zu jeder Flüssigkeitsstrahldüse bezüglich
Druck und /oder Menge der Druckflüssigkeit individuell gesteuert
wird. Durch die Auswahl der mit Druckflüssigkeit beaufschlagten
Flüssigkeitsstrahldüsen und/oder die Wahl des Druckes läßt sich
der Grad der Auflockerung des Erdreiches in einem bestimmten
Winkelbereich um den Verdrängungskopf des Erdbohrgerätes herum so
durchführen, daß durch diese Auflockerung eine große oder kleine
Richtungsänderung des Erdbohrgerätes ausgelöst werden kann, da in
dem aufgelockerten Erdreich der dem Verdrängungskopf des
Erdbohrgerätes entgegengesetzte Widerstand verringert wird und der
Verdrängungskopf des Erdbohrgerätes zwangsläufig nach der Seite
des geringeren Widerstandes ausweicht. Der gleiche Effekt kann
dadurch erzielt werden, daß der jeweilige Strahlwinkel der
Flüssigkeitsstrahldüsen verstellbar ist.
Der Verdrängungskopf des Erdbohrgerätes kann mit Ausnahme der
Anordnung der Flüssigkeitsstrahldüsen in herkömmlicher Weise
ausgebildet sein. So kann der Verdrängungskopf konisch geformt
sein und über die Konusfläche symmetrisch bezüglich der Längsachse
verteilte Rillen aufweisen, in denen die Flüssigkeitsstrahldüsen
angeordnet sind. Im Gegensatz zu diesem reinen Verdrängungskopf
kann der Verdrängungskopf auch gestuft ausgeformt sein und
ebenfalls symmetrisch bezüglich der Längsachse verteilte Rillen
aufweisen, in denen wiederum die Flüssigkeitsstrahldüsen
angeordnet sind. Durch die Anordnung der Flüssigkeitstrahldüsen
innerhalb der Rillen sind diese gegen Verschleiß und eventuelle
Zerstörungen geschützt. Der abgestufte Verdrängungskopf weist
bessere Zertrümmerungseigenschaften auf, da die abgestuften
Flächen einen höheren Druck ausüben können.
Die Druckflüssigkeitszufuhr zu den einzelnen
Flüssigkeitsstrahldüsen ist zweckmäßigerweise entweder in der
Gehäusewand des Antriebsgerätes oder zwischen dem Gehäuserand und
dem einzuziehenden Rohr achsparallel zum Erdbohrgerät angeordnet.
Die kopffernen Enden der Kanäle für die Druckflüssigkeitszufuhr
sind über flexible Leitungen mit einer Druckflüssigkeitsquelle
verbunden.
Die Steuerventile zur Steuerung der Druckflüssigkeitszufuhr zu den
einzelnen Flüssigkeitsstrahldüsen können entweder im
Verdrängungskopf selbst oder an der Druckflüssigkeitsquelle
vorgesehen sein. Die letztere Ausführungsform hat den Vorzug, daß
die Steuerleitungen zur Steuerung der Steuerventile kurz sind und
nicht auch mit dem Erdbohrgerät mitgezogen werden müssen.
Zur Feststellung und Überwachung der Position und Ausrichtung des
Erdbohrgerätes kann in dem Verdrängungskopf ein Sender vorgesehen
sein, der die gewünschten und geeigneten Positionssignale
aussendet.
Um den Einsatz eines als dynamisches Rammbohrgerät ausgebildeten
Erdbohrgerätes auch unter Wasser zu ermöglichen, ist es
zweckmäßig, wenn die Abluft der pneumatischen Rammeinrichtung
durch eine wasserdichte Leitung nach rückwärts abgeführt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen die Längsachse enthaltenden Schnitt
durch ein Erdbohrgerät gemäß einer ersten
Ausführungsform,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ver
drängungskopfes gemäß einer weiteren er
findungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 3 und 4 jeweils eine schematische Schnittdarstellung
einer Flüssigkeitsstrahldüse.
In Fig. 1 ist allgemein mit 10 ein Erdbohrgerät bezeichnet, das
aus einem Schnellschlaghammer 12 und einem Verdrängungskopf 14
besteht, mit dessen Hilfe im Erdreich eine Röhre oder ein Tunnel
erzeugt werden soll, in dem gleichzeitig mit dem Bohrvorgang ein
Rohr 16 eingezogen wird.
Der in Fig. 1 dargestellte Verdrängungskopf 14 weist mehrere
annähernd in Bohrrichtung ausgerichtete Flüssigkeitsstrahldüsen 18
auf, die zur Auflockerung des vor dem Verdrängungskopf 14
befindlichen Erdreiches dienen.
Da es insbesondere bei Brunnenbohrungen notwendig ist, daß das
verdrängte Erdreich zur Erhöhung bzw. Wiederherstellung seiner
Wasserdurchlässigkeit aufgelockert wird, weist der in Fig. 1
dargestellte Verdrängungskopf 14 zusätzliche
Flüssigkeitsstrahldüsen 20 und weitere Flüssigkeitsstrahldüsen 22
auf, die der Bohrrichtung mindestens annähernd entgegengesetzt
bzw. senkrecht zur Längsachse des Erdbohrgerätes 10 nach außen
gerichtet sind.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen
dem Gehäuse des Schnellschlaghammers 12 und der Innenwand des
mitgezogenen Rohres 16 mehrere Kanäle 26 achsparallel zur
Längsachse des Erdbohrgerätes 10 angeordnet. Diese Kanäle 26 sind
am kopffernen Ende über flexible Leitungen mit der nicht
dargestellten Druckflüssigkeitsquelle verbunden.
Die Zufuhr zu den einzelnen Flüssigkeitsstrahldüsen 18, 20 und 22
wird über in Fig. 1 schematisch angedeutete Steuerventile 28
gesteuert. Mit diesen Steuerventilen 28 kann die Menge und /oder
der Druck der den einzelnen Flüssigkeitsstrahldüsen 18, 20 und 22
zugeführten Druckflüssigkeit individuell eingestellt werden, um so
die oben beschriebene Richtungssteuerung des Erdbohrgerätes 10
sicherzustellen.
Die Druckluftzufuhr für den Schnellschlaghammer 12 erfolgt über
den Schlauch 30.
Fig. 2 zeigt einen gestuften Verdrängungskopf 14, der bessere
Zertrümmerungseigenschaften für den Einsatz in hartem und
steinhaltigem Erdreich aufweist. Dieser Verdrängungskopf 14 weist
symmetrisch zu seiner Längsachse angeordnete Rillen 24 auf, in
denen hier als Beispiel je zwei Flüssigkeitsstrahldüsen 18
hintereinander angeordnet sind, deren Abstrahlwinkel gleich oder
auch unterschiedlich gewählt sein kann, um so die
Steuerungsmöglichkeit zu vergrößern. Dabei können die
Flüssigkeitsstrahldüsen 18 in einer Rille 24 an eine gemeinsame
oder auch an getrennte Druckflüssigkeitsleitungen angeschlossen
sein.
In den Fig. 3 und 4 ist jeweils eine Flüssigkeitsstrahldüse 18
dargestellt, die in Form einer in die jeweilige Düsenöffnung
einschraubbaren Schlitzschraube ausgebildet ist, durch die ein
Düsenkanal 32 verläuft. Bei der Flüssigkeitsstrahldüse 18 gemäß
Fig. 3 ist der Düsenkanal 32 axial gerichtet, wogegen bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Düsenkanal 32 einen Winkel mit
der Schraubenachse bildet. Durch Eindrehen von
Flüssigkeitsstrahldüsen 18 mit unterschiedlich ausgebildetem
Düsenkanal 32 kann der Strahlwinkel der Flüssigkeitsstrahldüsen 18
eingestellt werden. Auch kann bei einem schräg gerichteten
Düsenkanal 32 durch eine Drehung der Flüssigkeitsstrahldüse 18 die
Strahlrichtung verändert werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde ein Rammbohrgerät als ein
Ausführungsbeispiel beschrieben. Sowohl die Auflockerung des
Erdreiches als auch die Steuerung mit Hilfe von am
Verdrängungskopf eines Rammbohrgeräts angeordneten
Flüssigkeitsstrahldüsen und durch die dadurch austretende
Druckflüssigkeit können auch bei einem statischen Erdbohrgerät
eingesetzt werden. Dieses Erdbohrgerät wird nicht durch Rammstöße
eines Schnellschlaghammers sondern durch den über ein Gestänge
eingeleiteten Vorschubdruck vorgetrieben. Im übrigen gelten jedoch
die zu dem vorstehend beschriebenen Rammbohrgerät gemachten
Ausführungen in gleicher Weise auch für ein statisches
Erdbohrgerät.
In allen Ausführungsbeispielen kann in dem Verdrängungskopf 14 des
Erdbohrgerätes 10 ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Sender
34 angeordnet sein, der eine einwandfreie Positionsbestimmung des
Erdbohrgerätes 10 ermöglicht.
Claims (16)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Erdbohrungen mit gleich
zeitiger Rohrverlegung, insbesondere zur Herstellung von
Brunnenbohrungen, umfassend ein Erdbohrgerät (10) mit
einem Antriebsgerät (12) und einem koaxial zu diesem an
geordneten Verdrängungskopf (14), dessen Außendurchmesser
größer ist als der Außendurchmesser des Antriebgerätes
(12) und des dieses umhüllenden Rohres (16) und dessen
kraftschlüssige Verbindung mit dem Antriebsgerät (12)
lösbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am
Verdrängungskopf (14) annähernd in Bohrrichtung zeigend
wenigstens eine Flüssigkeitsstrahldüse (18) mindestens
annähernd symmetrisch zur Längsachse des Verdrängungs
kopfes (14) angeordnet ist, die an eine Druckflüssig
keitsquelle anschließbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Erdbohrgerät (10) als statischer Verdrängungskörper
ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Erdbohrgerät (10) als dynamisches Rammbohrgerät aus
gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Flüssigkeitsstrahl
düsen (18) in Längsrichtung des Verdrängungskopfes (14)
hintereinander angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Flüssigkeitsstrahldüsen (18) zur
Längsrichtung des Verdrängungskopfes (14) unterschied
liche Strahlwinkel aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verdrängungskopf (14) zusätzliche
Flüssigkeitsstrahldüsen (20) aufweist, die der Bohrrich
tung mindestens annähernd entgegengesetzt ausgerichtet
sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verdrängungskopf (14) weitere Flüs
sigkeitsstrahldüsen (22) aufweist, die senkrecht zur
Längsachse des Erdbohrgerätes (10) nach außen gerichtet
sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Druckflüssigkeitszufuhr zu jeder
Flüssigkeitsstrahldüse (18, 20, 22) bezüglich Druck und/
oder Menge der Druckflüssigkeit individuell steuerbar
ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der jeweilige Strahlwinkel der Flüssig
keitsstrahldüsen (18, 20, 22) verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verdrängungskopf (14) konisch
ausgebildet ist und über die Konusfläche symmetrisch be
züglich dessen Längsachse verteilte Rillen (24) aufweist,
in denen die Flüssigkeitsstrahldüsen (18, 20, 22) ange
ordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verdrängungskopf (14) gestuft aus
gebildet ist und symmetrisch bezüglich der Längsachse
verteilte Rillen (24) aufweist, in denen die Flüssig
keitsstrahldüsen (18, 20, 22) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsstrahldüse (18, 20,
22) mit zwischen der Gehäusewand des Antriebsgerätes (12)
und des einzuziehenden Rohres (16) oder innerhalb der Ge
häusewand des Antriebsgerätes (12) verlaufenden achspa
rallelen Kanälen (26) verbunden sind, deren kopfferne
Enden über flexible Leitungen mit der Druckflüssigkeits
quelle verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß Steuerventile (28) zur Steuerung der
Druckflüssigkeitszufuhr zu den einzelnen Flüssigkeits
strahldüsen (18, 20, 22) in dem Verdrängungskopf (14) an
geordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß Steuerventile (28) zur Steuerung der
Druckflüssigkeitszufuhr zu den einzelnen Flüssigkeits
strahldüsen (18, 20, 22) an der Druckflüssigkeitsquelle
angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß im Verdrängungskopf (14) ein Sender
(34) zur Positionsbestimmung des Erdbohrgerätes (10) ein
gebaut ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse des dynamischen Rammbohrgerätes (12) mit
einer wasserdichten Abluftleitung verbunden ist, welche
die zum Antreiben des dynamischen Rammbohrgerätes (12)
benötigte Druckluft abführt.
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Legal Events
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