DE4308856C1

DE4308856C1 - Verfahren und Bohrgerät zur Herstellung einer verrohrten Tiefbohrung, insbesondere für Pfahlgründungen

Info

Publication number: DE4308856C1
Application number: DE4308856A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Leffer
Original assignee: Leffer Stahl & App
Current assignee: Leffer Stahl & App
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2013-03-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Verfahren und Vorrichtungen zum Abteufen von verrohrten Bohrungen in weichen oder harten Formationen sind in unter schiedlichen Ausgestaltungen bekannt Hinsichtlich der Aushubmethode des dabei anfallenden Bohr kerngutes sind im wesentlichen zwei Verfahren bekannt:

1. Schlagendes Bohren

Der Aushub erfolgt in weicheren Formationen mit einem Bohr greifer. Zum Lösen von härteren Formationen wird vorzugs weise ein Bohrmeißel eingesetzt. Dieser nützt zum Eindrin gen in das zu fördernde Material die Fallenergie aus. In abgewandelter Form werden auch Bohrgreifer mit vergleichs weise großer Schließkraft eingesetzt, um die Scherfestig keit der anstehenden Formation zu überwinden und um diese aus dem Bohrloch herauszufördern. Bei der Herstellung von Bohrungen mit einem vergleichsweise größeren Anteil an har ten Formationen ist jedoch das schlagende Bohren aufgrund des geringen Bohrfortschritts im Verhältnis zum technischen Aufwand unwirtschaftlich.

2. Drehendes Bohren

Der Antrieb des Bohrwerkzeuges erfolgt über ein rotierendes Gestänge, das von oben in die Bohrung eingeführt wird, da bei unterscheidet man das Trockenbohrverfahren und Spül bohrverfahren. Bei beiden Verfahren erfolgt der Antrieb des Bohrgestänges von oben. Mit dem Drehbohrverfahren lassen sich insbesondere härtere Formationen wirtschaftlich lösen und fördern. Jedoch ergibt sich mit zunehmendem Bohrdurch messer, beispielsweise 1000 mm und mehr, sowie bei großen Bohrtiefen, beispielsweise über 20 m, hinsichtlich der ge samten Bohreinrichtung ein überproportional großer Aufwand an Material-, Energie- und Lohnkosten, um die zum Lösen des Gesteins erforderlichen Drehmomente und Antriebskräfte zu erzeugen, sowie diese über das Bohrgestänge zur Bohrloch sohle zu leiten. Es kommt hinzu, daß ein Drehbohrverfahren nicht in allen Formationen wirtschaftlich einsetzbar ist, so kann beispielsweise bei rolligen Böden mit größeren Findlingen, groben diesen etc. das Schlagbohrverfahren gün stiger angewendet werden, da größere Steine oder Hindernis se mit dem Bohrgreifer angehoben werden können, während Drehbohrwerkzeuge und Antriebsgestänge aufgrund der inhomo genen Beschaffenheit des Aushubmaterials einem starken Ver schleiß unterliegen. Die Bohrwerkzeuge verklemmen sich und neigen infolge der Torsionselastizität des Gestänges zum Rattern und Schwingen unter hohem Verschleiß.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurden bereits Im rohrbohrgeräte verwendet, die unter Wegfall eines Bohrge stänges im Bereich der Sohle des Bohrrohres in diesem fest legbar verspannt werden und mit motorischen Antriebsmitteln zum Antrieb der an ihnen vorgesehenen Bohrwerkzeuge ausge rüstet sind und sowohl die Rotationsbewegung als auch die Vorschubbewegung mit eigenen Mitteln erzeugen. In der Pra xis hat es sich jedoch gezeigt, daß es technisch außeror dentlich aufwendig und infolgedessen unwirtschaftlich ist, die zur Erzeugung der Rotationsbewegung erforderliche Ener gie von der Maschinenbasis der Erdoberfläche bis in größere Tiefen einzubringen. In diesem Zusammenhang wird auf die Offenlegungsschriften 27 22 075 sowie 27 34 185 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Bohrgerät zur Herstellung einer verrohrten Tiefbohrung, insbesondere für Pfahlgründungen, zum Aushub von Bohrkern gut aus einem mittels einer Rohrdrehmaschine abteufbaren, mit geeigneten Schneidzähnen bestückten Bohrrohr anzugeben, welche das drehende Bohren unter Überwindung der vorgenann ten Schwierigkeiten, technischen Grenzen und Nachteile er möglicht und weder ein aufwendiges Antriebsgestänge noch vorrichtungsgebundene aufwendige und schwer zu versorgende Antriebsmittel benötigt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt hinsichtlich des Verfahrens mit Vorteil durch ein Verfahren entsprechend den Merkmalen von Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2.

Weil das verwendete Imrohrbohrgerät zum Bohrantrieb kein relativ aufwendiges torsionssteifes Gestänge benötigt, kann es mittels eines Seilbaggers am Seil hängend problemlos in das Bohrrohr ein- und ausgefahren werden, woraus sehr kurze Taktzeiten resultieren, die eine wesentliche Steigerung der Produktivität beispielsweise gegenüber den Taktzeiten beim Gestängeantrieb möglich machen, hierdurch wird die Produk tivität bei gleichzeitiger Verringerung der Kosten wesent lich gesteigert. Dadurch, daß das Imrohrbohrgerät durch das Bohrrohr in drehende Bohrbewegung angetrieben wird, können eigene Antriebsmittel hierfür entfallen.

Dadurch wird eine signifikante Vereinfachung in der Bauwei se des Imrohrbohrgerätes erreicht, weil dieses lediglich einerseits mit Klemmitteln zur Festlegung im Bohrrohr und andererseits mit Vorschubmitteln für das Bohrwerkzeug aus gerüstet ist.

Ein Bohrgerät für den Aushub von Bohrkerngut aus einem zur Herstellung einer verrohrten Bohrung mittels einer Rohr drehmaschine abteufbaren, mit Drehbohrwerkzeugen bestückten Bohrrohr, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens ist ein Imrohrbohrgerät, welches eine ein Oberteil mit einer Klemmeinrichtung zum kraftschlüssigen Verspannen im Bohrrohr und ein Drehbohrwerkzeuge aufweisen des Unterteil umfassende Einheit bildet, die durch das Bohrrohr absenkbar und mittels der Klemmvorrichtung zur Abstützung eines Drehmomentes sowie einer axialen Vorschub kraft festlegbar ist, dessen Unterteil am Oberteil sowie zur Ausübung eines begrenzten Arbeitshubes mittels einer Vorschubeinrichtung teleskopierend vorschiebbar geführt ist.

Das Unterteil wird mit einem dem zu lösenden Gestein opti mal angepaßten Drehbohrwerkzeug, beispielsweise einem soge nannten Kernbohrrohr, beliebig bestückt.

Die Erfindung wird in Zeichnung in einer rein schematischen Ausführung gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere Ein zelheiten der Erfindung entnehmbar sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Tiefbohranlage;

Fig. 2 im Schnitt ein Imrohrbohrgerät.

Die Tiefbohranlage gemäß Fig. 1 umfaßt einen Bagger 9 mit Raupenfahrwerk 11 und eine an dieses momentensteif angelenkte Rohrdrehmaschine 12. Weiterhin umfaßt die Anlage ein Imrohrbohrgerät 20. Dieses ist zum besseren Verständnis einmal in einer in das Bohrloch 13 bzw. in das Innere des Bohrrohres 5 abgelassenen Position und zum anderen 20a in vom Kran 9 hochgezogener Position gezeigt. Zur Betätigung der hydraulischen Klemm- und Vorschubeinrichtung des Imrohrbohrgerätes 20 bzw. 20a ist dieses über hydraulische Versorgungsleitungen 10a an die Hydraulikanlage 10 ange schlossen. Das Imrohrbohrgerät 20 bzw. 20a ist über ein Krangeschirr 14 an das Tragseil 15 des Kranes 9 angeschlos sen.

Erfindungsgemäß wird das Imrohrbohrgerät 20 in das Bohrrohr 5 eingeführt und im Bereich der Bohrlochsohle 16 im Rohr 5 durch Betätigen der Klemmeinrichtung 4 mit den Klemmbacken 40, 41 kraftschlüssig festgelegt. Dabei wird das Imrohrbohr gerät 20 durch das Bohrrohr 5 in drehende Bohrbewegung an getrieben und bohrt sich mit der Schneide 8 des Drehbohr werkzeugs 6 in die anstehende Formation 30. Bei der in Fi gur 2 gezeigten Arbeitsposition des Imrohrbohrgerätes 20 dreht das Bohrrohr 5 weiter, jedoch unter Beibehaltung der niedergebrachten Tiefe. Währenddessen führt das Imrohrbohr gerät 20 mit seinem Bohrwerkzeug 6 eine steuerbare Vor schubbewegung solange aus, bis der begrenzte Vorschubweg erreicht ist, wobei das Bohrwerkzeug 6 in die Bohrlochsohle 16 eingedreht wird.

Das in der Fig. 2 im Schnitt gezeigte Imrohrbohrgerät 20 weist eine hydraulisch wirkende Klemmvorrichtung 4 mit bei spielsweise zwei Klemmbacken 40 und 41 auf. Die Funktion ist folgende: Nachdem das Imrohrbohrgerät 20 an Seil 15 bis zur Bohrlochsohle abgesenkt ist, werden die Klemmbacken durch Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 31, der über Versorgungsleitungen 10a (Fig. 1) an die Hydraulikanlage 10 angeschlossen ist, über eine Druck- und Zugstange 32 mit einem daran befestigten Konusteil 33 mit großer Kraft zen trisch nach außen gedrückt, wodurch der Oberteil 1 des Im rohrbohrgerätes im Rohr 5 kraftschlüssig festgelegt wird.

Das Imrohrbohrgerät 20 bildet, wie aus der Fig. 2 erkenn bar, eine ein Oberteil 1 mit der Klemmeinrichtung 4 und ein Drehwerkzeuge 6 aufweisendes Unterteil 2 umfassende Ein heit, die durch das Bohrrohr 5 absenkbar und nach Absenken mittels der Klemmvorrichtung 4 selbsttätig zur Abstützung eines Drehmomentes sowie einer axialen Vorschubkraft fest legbar ist. Dabei ist das Unterteil 2 am Oberteil 1 mittels einer rechteckigen Führung 34 undrehbar, jedoch teleskopie rend vorschiebbar geführt.

Diese Anordnung ist lediglich beispielhaft aufzufassen und kann in jeder dem Fachmann konstruktiv geläufigen Art und Weise ähnlich oder anders gelöst werden.

Wie die Figur weiter zeigt, weist das Imrohrbohrgerät 20 zwischen Oberteil 1 und Unterteil 2 eine Vorschubeinrich tung 7 auf. Diese kann als hydraulische Kolben/Zylinder- Einheit mit mehreren ineinander teleskopierenden Zylindern ausgebildet sein. Diese ist dann mit der Versorgungsleitung 10a (Fig. 1) an die Hydraulikanlage 10 angeschlossen und kann durch diese mit einstellbarem Druck betätigt werden.

Das Verfahren und die entsprechende, ein neues Imrohrbohr gerät umfassende Vorrichtung sind im Vergleich zum Stand der Technik außerordentlich einfach und von hoher funktio neller Qualität. Somit erfüllt die Erfindung in idealer Weise die eingangs genannte Aufgabenstellung.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer verrohrten Tiefbohrung, insbesondere für Pfahlgründungen, unter Verwendung ei nes Seilbaggers mit Freifalleinrichtung, an dem eine Rohrdrehmaschine momentensteif angelenkt ist, welche ein Bohrrohr kontinuierlich bei gleichzeitiger Ausübung einer Vorschubkraft in Drehung antreibt, wobei zum Aus hub von Bohrkerngut ein Imrohrbohrgerät verwendet wird, weiches an einem Seil hängend durch den Seilbagger in das Bohrrohr ein- und ausfahrbar und am Grunde des Roh res mittels einer Klemmeinrichtung zur Abstützung so wohl eines Drehmomentes als auch einer Vorschubkraft festlegbar ist, gekennzeichnet durch die Arbeitsschrit te:

a) das Imrohrbohrgerät wird in das Bohrrohr eingeführt und im Bereich der Bohrlochsohle im Rohr durch Be tätigen der Klemmeinrichtung kraftschlüssig festge legt, wobei es durch das Bohrrohr in drehende Bohr bewegung mitgenommen und dadurch angetrieben wird;
b) das Bohrrohr dreht währenddessen weiter, jedoch unter Beibehaltung der erreichten Tiefe;
c) das Imrohrbohrgerät führt mit seinem Bohrwerkzeug eine steuerbare Vorschubbewegung solange aus, bis ein begrenzter Vorschubweg erreicht ist, wobei das Bohrwerkzeug in die Bohrlochsohle eingedreht wird;
d) die Klemmeinrichtung des Imrohrbohrgerätes wird gelöst und das berät vom Bagger aus dem Bohrrohr herausgezogen und dessen Bohrwerkzeug entleert;
e) das Bohrrohr wird um den Betrag der vom Imrohrbohr gerät an der Sohle vorgebohrten Strecke drehend und bohrend niedergebracht;
f) der Vorgang wird intermittierend mit den Arbeits schritten a)-e) wiederholt.

2. Bohrgerät für den Aushub von Bohrkerngut aus einem zur Herstellung einer verrohrten Bohrung mittels einer Rohrdrehmaschine abteufbaren, mit Schneidzähnen bestückten Bohrrohr, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Imrohrbohrgerät (20) ist, welches eine ein Oberteil (1) mit einer Klemmeinrichtung (4) zum kraft schlüssigen Verspannen im Bohrrohr (5) und ein Dreh bohrwerkzeuge (6) aufweisendes Unterteil (2) umfassen de Einheit bildet, die durch das Bohrrohr (5) absenk bar und mittels der Klemmvorrichtung (4) zur Abstüt zung eines Drehmomentes sowie einer axialen Vorschub kraft festlegbar ist, und daß das Unterteil (2) am Oberteil (1) undrehbar sowie zur Ausübung eines begrenzten Arbeitshubes mittels einer Vorschubeinrich tung (7) teleskopierend vorschiebbar geführt ist.

3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (2) ein Drehbohrwerkzeug (6) mit geeigne ter Bohrschneidenausbildung (8) aufweist.