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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft grundsätzlich
ein Verfahren zum Ersetzen eines vergrabenen Rohres ohne Extraktion
des Rohres infolge eines Oberflächenaushubs.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zerkleinern
oder Fräsen
eines bestehenden vergrabenen Rohres, das ersetzt werden muss, zu
pulverisiertem Schutt oder Abraum, der durch den inneren Kanal des
bestehenden Rohres durch ein flüssiges
Schmiermittel getrieben und gewaschen wird. Das Zerkleinern des
bestehenden Rohres kann gleichzeitig mit der Installation eines Austauschrohrs
geschehen, dessen Durchmesser größer als
der Durchmesser des bestehenden Rohres sein kann. Insbesondere bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Anwenden einer
Zugkraft und eines Rotationsmoments auf einen Rückdrehmeißel mittels eines damit verbundenen,
flexiblen Hohlbohrgestänges,
das innerhalb und durch das bestehende Rohr angeordnet ist; das Drehmoment
und die Zugkraft werden von einer Bohreinheit des Typs aufgebracht,
der üblicherweise
mit Richtungsbohrsystemen eingesetzt wird, wobei die Bohreinheit
auf Bodenhöhe
angeordnet ist. Die von der Bohreinheit aufgebrachte Zugkraft zieht
den Rückdrehmeißel und
das angefügte
Austauschrohr seitlich durch den Kanal des bestehenden Rohres. Das
Rotationsmoment, das von der Bohreinheit auf das Bohrgestänge aufgebracht
wird, rotiert den Rückdrehmeißel, wodurch
das bestehende Rohr in pulverisierten Schutt oder Abraum zermahlen
wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf das Ersetzen von Tonziegel-Abflussrohren, Betonrohren,
Kunststoffrohren und Metallrohren anwendbar. Gleichwohl wird die
Erfindung hier für
illustrative Zwecke in ihrer Anwendung auf das Ersetzen eines Tonziegel-Abflussrohres
erläutert.
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Ein
typisches Tonziegel-Abflussrohr ist in Abschnitte aufgeteilt, wobei
jeder Abschnitt eine vergrößerte Glocke
an einem Ende und einen verjüngten Abschnitt
am anderen Ende hat. Die Abschnitte von Tonabflussrohren werden
Ende an Ende platziert, wobei das verjüngte Ende jedes Abschnitts
in das Glockenende des vorhergehenden Rohrabschnittes passt.
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Tonabflussrohre
verfallen mit der Zeit. Eine Verschiebung des Untergrundes verursacht
ein Brechen von Tonabflussrohren und Baumwurzeln, die in Rohrrisse
wachsen, verursachen ein weiteres Aufbrechen. Setzungen des Untergrundes
können
dazu führen,
dass Rohrverbindungen auseinandergezogen werden. Tonabflussrohre
die nicht mehr verbunden sind oder die zerbrochen sind, verlieren
ihre Funktion und werden notwendigerweise ersetzt. Es ist daher
wünschenswert,
ein Mittel zum Ersetzen von Tonabflussrohren zu schaffen.
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Ein
typisches Verfahren zum Ersetzen von Tonabflussrohren umfasst die
Schritte eines Aushebens eines Grabens über die Länge des auszutauschenden Rohres,
des Freilegens des Rohres, des Herausnehmens des Rohres und des
Ersetzens des Rohres durch ein neues Abflussrohr. Straßen, Aufbauten
und Versorgungsleitungen, die über
einem Abflussrohr liegen, das ausgetauscht werden muss, machen jedoch
oft einen Aushub des Rohres unpraktikabel. Es ist daher wünschenswert,
ein Mittel zum Ersetzen eines Abflussrohres zu schaffen, das eine Störung der
Strukturen und Versorgungen, die über dem auszutauschenden Rohr
liegen, nicht erforderlich macht.
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Ein
Verfahren zum Ersetzen eines zerfallenen, bestehenden Abflussrohres
ohne Störung
der darüber
liegenden Strukturen besteht darin, ein flexibles Kunststoffaustauschrohr
durch den Kanal des bestehenden Rohres zu schieben. Ein derartiges Verfahren
führt jedoch
zur Verwendung eines Austauschrohrs, dessen Querschnittsfläche im Wesentlichen
geringer ist als die des bestehenden Rohres, was zu einem verringerten
Trag- und Fassungsvermögen
führt.
Häufig
ist es wünschenswert
oder notwendig, das Trag- und Fassungsvermögen eines bestehenden Rohres
zu erhöhen
statt es zu reduzieren. Ein vergrößertes Trag- und Fassungsvermögen erfordert
aber, dass der Durchmesser des Austauschrohres größer ist
als der Durchmesser des bestehenden Rohres. Es ist daher wünschenswert,
ein Verfahren zum Ersetzen eines bestehenden Tonabwasserrohres mit
einem Austauschrohr bereit zu stellen, dessen Durchmesser größer ist
als der des bestehenden Rohres, und dies ohne Störung der darüber liegenden
Strukturen.
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Es
ist bekannt, dass Tonabwasserrohre in situ mittels einer Antreib-
oder Ziehmaschine ersetzt werden können wie z. B. ein pneumatischer
Hammer oder eine hydraulische Ramme; eine derartige Maschine wird
axial in Linie mit dem Ende des bestehenden Rohres angeordnet. Die
axiale Anordnung in Linie derartiger Maschinen erfordert das Ausheben
eines Loches an einem Ende des bestehenden Rohres für die Installation
und den Betrieb der Maschine unterhalb der Bodenhöhe. Das
Verfahren des Aushebens eines Loches an einem Ende des auszutauschenden
Rohres, des Absenken einer Maschine wie einer hydraulischen Ramme
oder eines pneumatischen Hammers in das Loch, die Installation der
Maschine zum Betrieb, das Entfernen der Maschine und das Verschließen des
Loches nach Austausch des Rohres ist ein aufwendiger, zeitverbrauchender
und arbeitsintensiver Prozess. Das Verfahren umfasst auch personelle
Sicherheitsgefahren. Der Betrieb eines pneumatischen Hammers oder
einer hydraulischen Ramme unter Grundniveau setzt den Maschinenbediener
der Gefahr eines Einsturzes der Wandung des Lochs aus. Zudem fließt in vielen
Fällen Grundwasser
in das Loch, das für
den Betrieb eines Hammerbohrers oder hydraulischen Ramme gegraben
wurde, wodurch die Notwendigkeit für Entwässerungsoperationen besteht.
Daher ist es wünschenswert
ein Rohraustauschsystem bereitzustellen, bei dem das im Verfahren
verwendete, leistungsgetriebene Equipment über dem Boden angeordnet ist.
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Stand der
Technik
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Patent
Nummer 4,925,344 erteilt an Peres Deceased, et al, und Patent Nummer
4,507,019 erteilt an Thompson sind beispielhaft für den Stand
der Technik. Weder das Peres-Patent noch das Thompson-Patent offenbaren
oder lehren die neuen und vorteilhaften Schritte und Verfahren der
vorliegenden Erfindung.
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In
Peres wird ein Loch gegraben, so dass eine Rohrdehnungs- und Vorschubmaschine
unter Bodenniveau axial in Linie mit dem bestehenden, auszutauschenden
Rohr angeordnet werden kann. Die Rohrdehnungs- und Vorschubmaschine
stellt durch ein Hohlbohrgestänge
eine Stoßkraft
zur Verfügung
und wendet ein Rotationsmoment auf einen gefluteten Bohrkopf an,
der axial in Linie mit dem auszutauschenden Rohr angeordnet ist.
Gleichzeitig mit dem Zermahlen des bestehenden Rohrs werden die
Abschnitte des Austauschrohrs in den Kanal hinter dem Zerkleinerungskopf
ausgedehnt. Die Rohrdehn- und Vorschubmaschine ist auf Schienen
oder einer Spur montiert, um sie in inkrementalen Längen vorwärts zu winden
bzw. zu versetzen und für
eine Rückwärtsbewegung
bereitzustellen, um nachfolgende Austauschrohrabschnitte aufzunehmen.
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Das
Verfahren nach dem Thompson-Patent ist dahingehend ähnlich zu
Peres, dass eine Bohr- und Vorschubmaschine unter Bodenhöhe auf Schienen
in einem Loch axial in Linie mit dem auszutauschenden Rohr platziert
wird. Anstatt das bestehende Rohr unter Einsatz eines Zerkleinerungskopfes
zu zermahlen, benutzt das Thompson-Patent einen konischen Rohrexpansionsabschnitt,
der rotiert und entweder durch den Kanal des bestehenden Rohrs durch
die Bohr- und Vorschubmaschine getrieben oder gezogen wird. Der
Durchgang des Rohrexpansionsabschnitts durch das bestehende Rohr
zerbricht das bestehende Rohr und erlaubt den Kanal des Rohres zu
expandieren.
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US 5,403,122 (Granella)
offenbart ein Verfahren zum Ersetzen alter Abflussrohre, in denen Mannlöcher verwendet
werden, ein Schneidkopf und ein Führungsmechanismus eingeführt werden,
ein altes Rohr feinst zerkleinert und weggewaschen wird und ein
neues Rohr eingeführt
und an Ort und Stelle gezogen wird. Der Führungsmechanismus umfasst Rollen
zur Steuerung der Axialstellung des Schneidkopfes.
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Nach
der Erfindung wird ein Verfahren zum Ersetzen eines bestehenden
Rohres durch ein Austauschrohr bereitgestellt; das bestehende Rohr
hat ein erstes Ende und ein zweites Ende; das bestehende Rohr ist
im Untergrund vergraben; die innere Oberfläche des bestehenden Rohrs definiert
anfangs einen Austauschrohrkanal; der Austauschrohrkanal hat ein
erstes Ende und ein zweites Ende, die den ersten und zweiten Enden
des bestehenden Rohrs entsprechen; das bestehende Rohr und der Untergrund,
der das bestehende Rohr umgibt, weisen einen Feststoff auf, der
die radiale Peripherie des Austauschrohrkanals umgibt; und der äußere Durchmesser
des Austauschrohrs ist größer als
der innere Durchmesser des bestehenden Rohrs; wobei das Verfahren
die Schritte aufweist:
- (a) Positionieren einer
Bohreinheit der Art, wie sie üblicherweise
für Richtungsbohrsysteme
eingesetzt wird, auf Bodenhöhe,
wobei die Bohreinheit ein Bohrgestänge hat und in der Lage ist,
das Bohrgestänge
anzutreiben, zu ziehen, zu rotieren und zu führen, und wobei das Bohrgestänge ein erstes
Ende und ein zweites Ende hat, wobei das Positionieren dem ersten
Ende des Bohrgestänges
ermöglicht,
durch die Bohreinheit in enge Nähe
des ersten Endes des Austauschrohrkanals getrieben und geführt zu werden;
- (b) Betreiben der Bohreinheit, um das erste Ende des Bohrgestänges entlang
eines nach oben konkaven Bogens durch den Untergrund in enge Nähe des ersten
Endes des Austauschrohrkanals zu treiben und zu führen;
- (c) Betreiben der Bohreinheit, um das erste Ende des Bohrgestänges in
das erste Ende des Austauschrohrkanals hineinzuerstrecken und durch den
Kanal hindurch, um aus seinem zweiten Ende hervorzutreten;
- (d) fixierendes Anfügen
eines Rückdrehmeißels am
Bohrgestänge
zum Zermahlen und Pulverisieren des bestehenden Rohrs, wobei der
Rückdrehmeißel ein
führendes
Ende und ein nachlaufendes Ende hat, wobei das führende Ende des Rückdrehmeißels fixierend
angefügt
ist am ersten Ende des Bohrgestänges
und wobei der Rückdrehmeißel einen
Durchmesser hat, der größer oder
gleich dem Durchmesser des Austauschrohres ist;
- (e) Betreiben der Bohreinheit zum Rotieren und Ziehen des Bohrgestänges, um
dadurch dafür
zu sorgen, dass der Rückdrehmeißel rotiert
und sich seitlich in das zweite Ende des Austauschrohrkanals und
durch den Kanal bewegt, wodurch ein Teil des Feststoffes, der den
Kanal umgibt, zu pulverisiertem Schutt zermahlen wird, und
- (f) Ziehen des Austauschrohrs in und durch den Austauschrohrkanal.
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Die
Aspekte der vorliegenden, hier beschriebenen Erfindung suchen ein
Verfahren zum Ersetzen von Abflussrohren oder anderer Arten von
Versorgungsrohren bereitzustellen, bei dem ein bestehendes, im Untergrund
befindliches Rohr zermahlen und vor Ort pulverisiert wird mittels
eines flexiblen Hohlbohrgestänges,
das innerhalb und durch den Kanal des bestehenden Rohres angeordnet
wird; das Bohrgestänge
wird rotiert und von einer Bohreinheit derart gezogen, wie sie üblicherweise
bei Richtungsbohrsystemen eingesetzt wird, wobei die Bohreinheit
auf Bodenhöhe
montiert wird; und das Bohrgestänge
hat an seinem gegenüberliegenden
Ende einen Rückdrehmeißel angefügt. Momente
und Zugkraft, die von der Bohreinheit auf das Bohrgestänge aufgebracht werden,
erzeugt eine Rotations- und Lateralbewegung auf den Rückdrehmeißel durch
den Kanal des bestehenden Rohres wodurch das bestehende Rohr zermahlen,
pulverisiert und entfernt wird und gleichzeitig das Austauschrohr
an Ort und Stelle gezogen wird.
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Es
ist auch ein Merkmal der hier beschriebenen Erfindung, ein neues
Verfahren zum Ersetzen eines Rohres im Untergrund bereitzustellen,
das ein Ersetzen eines bestehenden Rohres mit einem Austauschrohr
erlaubt, das einen Durchmesser hat, der gleich oder größer als
der Durchmesser des bestehenden Rohres ist.
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Es
ist ferner ein Merkmal der Erfindung ein neues Verfahren für das Ersetzen
eines Rohres im Untergrund bereitzustellen, wobei Strukturen, Aufbauten,
Straßen
und im Untergrund über
dem bestehenden Rohr liegende Versorgungen ungestört bleiben.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ein neues Verfahren
für das
Ersetzen eines Rohres im Untergrund bereitzustellen, wobei ein Aushub
für die
Installation und Betrieb einer leistungsbetriebenen Maschinerie
unter Bodenhöhe nicht
erforderlich ist.
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Es
ist ein anderes und weiteres Merkmal dieser Erfindung, ein neues
Verfahren für
das Ersetzen eines Rohres im Untergrund bereitzustellen, wobei im
Wesentlichen alle Gegenstände
und Materialien, die das bestehende Rohr ausmachen, pulverisiert und
entlang des Kanal des bestehenden Rohrs getrieben und gewaschen
werden und dadurch aus dem Kanal entfernt werden.
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Es
ist ein anderes Merkmal dieser Erfindung, ein neues Verfahren für das Ersetzen
eines Rohres im Untergrund bereitzustellen, wobei die Neigung und
Steigung des bestehenden Rohres bewahrt und passend durch das Austauschrohr
ersetzt wird.
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Es
ist ein weiteres Merkmal dieser Erfindung, dass es möglich wird,
Rohraustauscharbeiten in einem Mannloch auszuführen, wobei die Notwendigkeit
eines Loches für
das Einsetzen eines Bohrgestänges
vermieden wird.
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Weitere
und andere Aufgaben und vorteilhafte Eigenschaften der hier beschriebenen
Erfindung werden für
den Durchschnittsfachmann offensichtlich bei genauer Betrachtung
der hiesigen Offenbarung. Die Form der hier beschriebenen Erfindung
ist hinsichtlich der Funktion der Erfindung im Allgemeinen erläuternd.
Die Details dieser Offenbarung sollen nicht als den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung einschränkend betrachtet werden.
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Die
neuen Gesichtspunkte dieser Erfindung werden durch eine Rückdreh-
und Ziehoperation des Austauschrohrs erreicht, das in einem oder
mehreren Durchgängen
durch den Kanal eines bestehenden Rohrs auftritt, das ausgetauscht
werden muss. Um dies zu erreichen, wird ein Loch an beiden Enden
des Abschnitts des bestehenden, austauschenden Rohres ausgehoben.
Ein Ende des Abschnittes des bestehenden Rohrs dient dem Zweck des
Einführens des
Austauschrohrs und das andere dient dem Zweck des Einsetzens des
Bohrgestänges.
Dort, wo das bestehende Rohr geneigt ist, dient das untere Ende
des bestehenden Rohrs vorzugsweise als das Ende, an dem das Bohrgestänge eingesetzt
wird. Häufig
ist ein Mannloch zur Rohrwartung an einem Ende des Abschnitts des
auszutauschenden Rohres angeordnet. Wenn ein Mannloch vorhanden
ist, kann das Mannloch die Stelle des Lochs zum Einsatz des Bohrgestänges sein.
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Das
bestehende Rohr, das am Grund der Löcher oder je nach dem des Lochs
und des Mannlochs offen liegt, wird zerbrochen oder geschnitten
und ein Abschnitt davon wird entfernt, um das jeweilige Einsetzen
des Austauschrohrs und des Bohrgestänges zu erlauben. Die Wandung
des Loches für
das Einbringen des Austauschrohres, die in Richtung auf die freigesetzte Öffnung des
bestehenden Rohres liegt, wird von der Öffnung abgeschrägt, um es
einem Austauschrohr, das auf Bodenhöhe liegt, zu ermöglichen, flexibel
gebogen und in das Loch hinein nach unten gezogen zu werden.
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Sobald
das Loch oder die Löcher
ausgehoben sind, wird eine Bohreinheit des Typs, der üblicherweise
bei Richtungsbohrsystemen eingesetzt wird, auf Bodenhöhe über dem
bestehenden Rohr an einem Punkt angeordnet, der seitlich und nach
außen entfernt
vom Ende des Rohrs angeordnet ist, in dem das Bohrgestänge eingeführt wird,
so dass der Winkel zwischen Bodenhöhe und einer Linie, die sich
von der Bohreinheit zum Bohrgestängeeinsatzpunkt
erstreckt ungefähr
30° beträgt. Die
Bohreinheit ist vorzugsweise von dem Typ, der in der Lage ist, gleichzeitig
ein Rotationsmoment und eine Zug- oder Druckkraft auf ein nachfolgend
zusammengefügtes Bohrgestänge aufzubringen,
und ist ferner in der Lage, eine Fluidunterstützung durchzuführen, wobei das
Fluid gleichzeitig von der Bohreinheit und durch den hohlen Kanal
des Bohrgestänges
gepumpt wird. Das Bohrgestänge
ist vorzugsweise zu einer elektrischen Führung durch die Erde durch
ein Steuermittel wie z. B. einen Steuermeißel imstande, der von einem
elektronischen Sensor und Steuerungsmodul geführt wird, das an seinem Führungsende
befestigt ist.
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Mit
der so angeordneten Bohreinheit wird ein Steuerbit und ein elektronisches
Führungsmodul
am Ende des Bohrgestänges
befestigt und der Meißel und
das Bohrgestänge
werden von der Bohreinheit angetrieben und entlang eines Weges in
und durch die Erde geführt.
Vorzugsweise ist der Weg des Bohrgestänges ein nach oben konkaver
Bogen, der sich von der Bohreinheit durch die Erde zum bestehenden Rohr
erstreckt. Eine so gebogene Passage wird geführt, um dafür zu sorgen, dass das Ende
des Bohrgestänges
in enge Nähe
des bestehenden Rohres gelangt, und um dafür zu sorgen, dass das Ende
im Wesentlichen parallel mit dem bestehenden Rohr ist. Der Steuerungsmeißel wird
dann weitergetrieben und im Wesentlichen parallel mit dem bestehenden Rohr
geführt,
bis er aus der Wandung des Bohrgestängeeinsatzlochs hervortritt.
Wenn ein Mannloch die Stelle des Bohrgestängeeinsatzlochs einnimmt, wird
eine Öffnung
durch die Wandung des Mannlochs gebrochen oder geschnitten, um den
Durchgang des Steuermeißels
in den Mannlochraum zu ermöglichen.
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Nachdem
der Steuermeißel
und das Führungsmodul
des Bohrgestänges
aus der Wand des Einsatzlochs für
das Bohrgestänge
oder je nachdem des Mannlochs hervorgetreten sind, werden der Meißel und
das Modul entfernt. Das Ende des Bohrgestänges wird dann mit einem Stecker
versehen und das Bohrgestänge
wird weiter verlängert
und geführt, um
in die offenliegende Öffnung
des bestehenden Rohres zu gelangen. Das Bohrgestänge wird dann weiter durch
die Länge
des Abschnitts des bestehenden, auszutauschenden Rohres verlängert, bis
das Ende des Bohrgestänges
in das Einsatzloch für
das Austauschrohr eintritt. Dort wird der Stecker vom Ende des Bohrgestänges entfernt.
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Ein
Rückdrehmeißel, dessen
Außendurchmesser
größer ist
als der Außenmesser
des Austauschrohres, wird dann fest am Ende des Bohrgestänges befestigt.
Der Rückdrehmeißel ist
vorzugsweise konisch und hat eine spiralförmige Schneidklinge, die fest
an seiner äußeren Oberfläche befestigt
ist. Der Rückdrehmeißel hat
ebenfalls vorzugsweise eine hohle Innenkammer, die, wenn der Meißel am Bohrgestänge befestigt
ist, einen kontinuierlichen Durchgang für den Fluss von Flüssigkeit
aus dem Innenkanal des Bohrgestänges
in die Kammer bildet. Der Rückdrehmeißel hat
ebenfalls vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen, die Durchgänge von
der Innenkammer zu der äußeren Oberfläche des
Rückdrehmeißels bilden.
Der Rückdrehmeißel hat
auch ein drehgelenkiges Verbindungsmittel wie ein rotierbares Auge,
das fest an seinen nachfolgenden Ende zum Ziehen eines Austauschrohrs
ohne Rotation des Austauschrohrs befestigt ist.
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Nachdem
der Rückdrehmeißel am Bohrgestänge befestigt
ist, wird das Ende eines flexiblen Austauschrohres nach unten in
das Einsatzloch für das
Austauschrohr zum Anbringen am Rückdrehmeißel gezogen.
Um dieses Anbringen zu erleichtern, wird das Austauschrohr mit einem
Stecker versehen, wobei der Stecker ein Anfügemittel wie z. B. einen Zughaken
hat. Das Anfügemittel
des Steckers ist in Linie mit dem drehgelenkigen Verbindungsmittel
des Rückdrehmeißels und
der Rückdrehmeißel ist
fest und rotierbar an dem Austauschrohr mittels z. B. eines Stifts
angefügt,
der durch den Gabelkopf oder Zughaken und das Auge eingefügt ist.
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Wenn
die mechanisch verbundene Folge von Austauschrohr, Rückdrehmeißel, dem
innerhalb und durch das bestehende Rohr angeordneten Bohrgestänge und
der Bohreinheit an Ort und Stelle ist, beginnt der Betrieb des Rückdrehens
und der Installation des Austauschrohrs. Die Bohreinheit wird betrieben,
um gleichzeitig eine Zugkraft und ein Rotationsmoment auf das Gestänge aufzubringen,
wodurch der Rückdrehmeißel um die
Achse des Bohrgestänges
rotiert wird und der Rückdrehmeißel sich lateral
in und durch den Kanal des bestehenden Rohres in Richtung auf das
Einsatzende des Bohrgestänges
bewegt. Die laterale Bewegung führt
dazu, dass die spiralförmige
Klinge des Rückdrehmeißels in
Berührung
mit dem bestehenden Rohr kommt. Bei einem derartigen Kontakt findet
ein Zermahlen und Pulverisieren des bestehenden Rohres statt. Das Zermahlen
des bestehenden Rohres schreitet mit einer Rate von 100 bis 200
Fuß pro
Stunde fort.
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Während das
bestehende Rohr weggemahlen wird, wird die Bohreinheit betrieben,
um eine Fluidunterstützung
durchzuführen.
In der Fluidunterstützung
wird ein Fluid, das aus Wasser und einem polymeren Schmierstoff
zusammengesetzt und in einem Verhältnis von etwa einer halben
Gallone des Polymers auf 500 Gallonen Wasser gemischt ist, in den inneren
Kanal des Bohrgestänges
gepumpt, was dazu führt,
dass das Fluid durch das Bohrgestänge in die hohle innere Kammer
des Rückdrehmeißels fließt und das
Fluid aus den Öffnungen
im Rückdrehmeißel austritt.
Das Fluid schmiert auch die spiralförmige Klinge des Rückdrehmeißels, während sie
das bestehende Rohr zermahlt. Das Fluid schmiert auch die Wandung
des Kanals hinter dem Rückdrehmeißel und
verringert die Reibung zwischen Kanal und Austauschrohr. Das Fluid
führt auch
dazu, dass der pulverisierte Schutt des bestehenden Rohrs und des umgebenden
Untergrunds entlang des Kanals des bestehenden Rohrs in Richtung
auf das Einsatzloch für
das Bohrgestänge
oder je nach dem des Mannlochs fließt. Wenn der das bestehende
Rohr umgebende Untergrund sandig oder aus loser verbundener Erde
besteht, kann das durch das Bohrgestänge gepumpte Fluid ferner Bentonit
aufweist, das in einem Verhältnis
von etwa 100 Pfund auf 500 Gallonen Wasser gemischt ist. Eine Bentonitfluidmischung dient
der zusätzlichen
Funktion einer Stabilisierung des erdenen Kanals, der nach Entfernen
des bestehenden Rohres zurückbleibt,
um ein Zusammenbrechen oder Einstürzen des Kanals zu vermeiden.
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Wenn
der Rückdrehmeißel rotiert
und sich seitlich durch das bestehende Rohr bewegt, wird eine Zugkraft
auf das drehgelenkige Verbindungsmittel am nachfolgenden Ende des
Rückdrehmeißels aufgebracht;
dieser zieht seinerseits an dem Anfügemittel des Steckers, der
am Ende des Austauschrohrs angebracht ist. Damit wird das Austauschrohr
in und durch den Kanal gezogen, während der Zerkleinerungsprozess
fortschreitet. Während
sich der Rückdrehmeißel seitlich
durch das bestehende Rohr bewegt, wirkt er als ein Kolben, der Fluid,
pulverisierten Abraum von dem bestehenden Rohr und Erde oder Sand
von der Kanalwandung in Richtung auf das Einsatzende für das Bohrgestänge des
bestehenden Rohres treibt. Das Fluid, Erde und Abraum treten als eine
Schlämme
aus der Öffnung
des bestehenden Rohres in das Einsatzloch für das bestehende Bohrgestänge oder
das Mannloch aus. Die Schlämme kann
dann aus dem Loch herausgepumpt werden oder manuell zur anderweitigen
Entsorgung entfernt werden. Nach Beendigung des Verfahrens tritt
der Rückdrehmeißel in das
Einsatzloch für
das Bohrgestänge
oder das Mannloch gefolgt vom Ende des Austauschrohres aus. Wenn
das Austauschrohr in das Einsatzloch für das Bohrgestänge oder
das Mannloch austritt, ist der Rohraustauschvorgang beendet.
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Das
Austauschrohr ist üblicherweise
aus einem oder mehreren Kunststoff- oder Polymermaterialien aufgebaut.
Dort wo ein nicht aus Segmenten bestehendes Kunststoff- oder Polymeraustauschrohr installiert
werden soll, wird das Rohr auf Bodenhöhe entlang des Weges des bestehenden
Rohres ausgelegt, wobei das Ende des Austauschrohres über dem Einsatzloch
für das
Austauschrohr liegt und sich flexibel in das Einsatzloch zum Anhängen an
das drehgelenkige Verbindungsmittel des Rückdrehmeißels biegt. Dort wo ein segmentförmiges Austauschrohr installiert
werden muss, können
seine Verbindungspunkte mittels eines Lösungsmittelschweißens oder -klebens
oder mittels eines temporären
internen Zugmittels wie eines Kabels, das sich vom nachfolgenden
Ende des Austauschrohrs bis zu seinem führenden Ende erstreckt fest
verbunden werden. Eine feste Verbindung der Segmente eines segmentförmigen Austauschrohres
ermöglicht
es, dass solch ein Rohr in den Rohrkanal nahezu auf die selbe Weise
wie ein nichtsegmentförmiges
Austauschrohr gezogen werden kann.
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Das
oben beschriebene Verfahren zum Ersetzen eines Rohres wird nicht
notwendigerweise durch einen einzigen Gang des Rückdrehmeißels durch den Kanal des bestehenden
Rohres durchgeführt.
Während
der letzte Durchgang notwendigerweise das Austauschrohr in und durch
den Kanal zieht, kann irgendeine Anzahl von Durchgängen des Rückdrehmeißels durch
das bestehende Rohr vor dem endgültigen
Durchgang durchgeführt
werden. Derartige weitere Durchgänge
können
dort eingesetzt werden, wo aufeinanderfolgende größer werdende
Rückdrehmeißel progressiv
das bestehende Rohr wegmahlen. Das Rückdrehen wird nicht notwendigerweise
bei dem letzten Durchgang durchgeführt. Vorausgesetzt, dass der
Rohrkanal ausreichend aufgeweitet ist, kann ein Zugmittel vorzugsweise
ein Bohrgestänge,
das von der Bohreinheit gezogen wird, sich durch den Rohrkanal erstrecken
und fest am Ende des Austauschrohrs angefügt werden. Das Austauschrohr
wird dann in und durch den Kanal durch das Zugmittel gezogen.
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Nachdem
ein Abschnitt des bestehenden Rohrs ausgetauscht ist, kann das Loch
oder Mannloch an jedem Ende des Abschnitts eine Wiederholung des
Verfahrens auf dem nächsten
folgenden Abschnitt des bestehenden, auszutauschenden Rohres erleichtern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
hier anhängenden
Zeichnungen werden übermittelt,
so dass die Merkmale und Ziele der Erfindung, die oben kurz beschrieben
wurden, in weiterem Detail zu verstehen sind. Derartige Zeichnungen
erläutern
nur typische Ausführungsformen
der Erfindung und sollen nicht konstruiert oder betrachtet werden
als eine Beschränkung
im Schutzbereich. Die Erfindung kann andere gleich effektive Ausführungsformen
zulassen.
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In den Zeichnungen
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ist 1 eine
Schnittansicht die über
dem Boden und unter Bodenhöhe
Artikel und Maschinen zeigt, die in dem Verfahren dieser Erfindung
verwendet werden.
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2 ist
eine alternative teilweise Schnittansicht, wobei ein Mannloch den
Platz des Einsatzlochs für
das Bohrgestänge
einnimmt.
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3 zeigt
den mit dem Bohrgestänge
verbundenen Rückdrehmeißel, während des
Vorganges des Zermahlens eines bestehenden Rohrs unter gleichzeitigem
Ziehen eines Austauschrohres.
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4 ist
eine Querschnittsansicht des Rückdrehmeißels, wobei
die Schnittebene im rechten Winkel zu seiner Rotationsachse steht
und seine innere Kammer schneidet.
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Detail und
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
eine befestigte Straße 5,
die über einem
bestehenden Abwasserrohr 1 liegt, das im Grund vergraben
ist, wobei das Rohr verfallen und auszutauschen ist. Die Breite
der befestigten Straße definiert
die Länge
und Stelle des Entfernungssegments 10 des bestehenden Rohrs 1,
auf das das Verfahren angewandt wird. Die Steigung oder Neigung des
Entfernungssegments 10 wird bestimmt und an seinem unteren
Ende wird ein Loch zum Einsetzen eines Bohrgestänges ausgehoben, wobei das
erste Ende des Entfernungssegments 10 aufgeschnitten und
offengelegt wird. Alternativ und unter Bezug auf 2 kann
ein bereits bestehendes Mannloch 16 zur Wartung des Abwasserrohrs
an die Stelle des Einsatzlochs 15 für das Bohrgestänge treten.
Unter Bezug auf 1 wird am zweiten Ende des Entfernungssegments 10 auf
der anderen Seite der Straße 5 ein
Loch 20 zum Einsetzen eines Austauschrohrs ausgehoben,
wobei durch das zweite Ende des Entfernungssegments 10 geschnitten
und dieses offengelegt wird. Die Wandung des Lochs 20 zum
Einsetzen des Austauschrohrs, die in Richtung auf die Öffnung des
Entfernungssegments 10 zeigt wird von der Öffnung angeschrägt, um es
einem flexiblen Austauschrohr 30 zu ermöglichen, nach unten hineingezogen
zu werden.
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Eine
Bohreinheit 35 der Art, die üblicherweise bei Richtungsbohrsystemen
verwendet wird, wird auch Bodenhöhe über dem
bestehenden Rohr 1 positioniert an einem seitlich und nach
außen
von dem ersten Ende des Entfernungssegments 10 entfernten Punkt,
so dass der Winkel zwischen der Bodenhöhe und einer Linie, die sich
von der Bohreinheit 35 zum ersten Ende des Entfernungssegments 10 erstreckt, ungefähr 30° beträgt. Die
Bohreinheit 35 wird dann betrieben, um ein flexibles, hohles
Bohrgestänge 20 nach
unten durch die Erde zu treiben, zu bohren und zu führen auf
einem gebogenen Pfad, der berechnet ist, um dafür zu sorgen, dass das Ende
des Bohrgestänges
in das Einsatzloch 15 für
das Bohrgestänge eintritt
und dieses durchquert. Unter Bezug auf 2, in der
ein Mannloch 16 an die Stelle des Einsatzloches 15 für das Bohrgestänge tritt,
wird eine Öffnung 17 durch
die Wandung des Mannlochs 16 gebrochen oder geschnitten,
um den Durchgang des Bohrgestänges 40 zu
ermöglichen.
Nach Passieren des Endes des Bohrgestänges 40 in den offenen Raum
des Einsatzlochs 15 für
das Bohrgestänge oder
das Mannloch 16, wird die Bohreinheit 35 betrieben,
um das Ende des Bohrgestänges 40 in
die Öffnung
des ersten Endes des Entfernungssegments 10 zu erstrecken.
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Wiederum
unter Bezug auf 1 wird die Bohreinheit 35 nach
Eintritt des Endes des Bohrgestänges 40 in
die Öffnung
des ersten Endes des Entfernungssegments 10 betrieben,
um das Bohrgestänge 40 weiter
durch den Kanal des Entfernungsabschnitts 10 zu erstrecken,
was dazu führt,
dass das Ende des Bohrgestänges 40 aus
dem zweiten Ende des Entfernungssegments 10 in das Einsatzloch 20 für das Austauschrohr
hervortritt. Ein Rückdrehmeißel 45 wird
dann fest am Ende des Bohrgestänges 40 angebracht.
Unter Bezug auf 3 ist das führende Ende des Rückdrehmeißels 45 konisch
mit einer spiralförmigen
Schneidklinge 46 an seiner äußeren Peripherie. Der Rückdrehmeißel hat
auch ein drehgelenkiges Verbindungsmittel 48, das fest
an seinem nachfolgenden Ende angeordnet ist. Unter Bezug auf 4 weist
der Rückdrehmeißel 45 eine
hohle innere Kammer 60 auf, deren offener Raum durchgängig mit
einem hohlen Fluidunterstützungskanal 61 ist, der
unter Bezug auf 3 innerhalb des Bohrgestänges 40 liegt.
Unter Bezug auf 3 und 4 hat der
Rückdrehmeißel 45 eine
Vielzahl von Fluidunterstützungsöffnungen 47 zum
Austritt des Fluids 62 aus dem Rückdrehmeißel.
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Unter
Bezug auf 1 wird ein flexibles Austauschrohr 30,
das aus Kunststoff oder Polymermaterial zusammengesetzt ist, auf
Bodenhöhe
ungefähr
in Linie mit dem Weg des bestehenden Rohres 1 positioniert.
Das Ende des Austauschrohrs 30 wird flexibel nach unten
in das Einsatzloch 20 für
das Austauschrohr gezogen. Unter Bezug auf 3 hat das
Austauschrohr 30 einen Stecker 31, der fest an
der Bohrung des Austauschrohrs 30 angeordnet ist und dieses
verschließend
abdichtet; der Stecker hat ein Anfügemittel 32, das für die feste
Anordnung am drehgelenkigen Verbindungsmittel 48 des Rückdrehmeißels 45 geeignet
ist. Unter Bezug auf 1 wird das Ende des Austauschrohrs 30 innerhalb
des Einsatzlochs 20 für
das Austauschrohr geführt,
um dafür
zu sorgen, dass unter Bezug auf 3 die Anfügemittel 32 des
Steckers 31 in enge Nähe
mit den drehgelenkigen Verbindungsmittel 48 des Rückdrehmeißels 45 kommen.
Die Anfügemittel 32 werden
dann fest an dem drehgelenkigen Verbindungsmittel 48 z.
B. mittels eines Stifts 33 befestigt.
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Unter
Bezug auf 1 wird die Bohreinheit 35 dann
betrieben, um eine Zugkraft auf das Bohrgestänge 40 aufzubringen,
das seinerseits den Rückdrehmeißel 45 seitlich
in die Öffnung
des zweiten Endes des Entfernungssegments 10 zieht. Gleichzeitig mit
der Aufbringung dieser Zugkraft wird die Bohreinheit 35 betrieben,
um ein Rotationsmoment auf das Bohrgestänge 40 aufzubringen,
das dafür
sorgt, dass der Rückdrehmeißel 45 sich
dreht. Unter Bezug auf 3 verursacht die laterale Zugkraft
und das Rotationsmoment, das durch das Bohrgestänge 40 auf den Rückdrehmeißel 45 übertragen
wird, dass die spiralförmige
Schneidklinge 46 das Entfernungssegment 10 in
pulverisierten Schutt 48 oder Abraum zermahlt.
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Gleichzeitig
mit dem Zermahlen des Entfernungssegments 10 wird die Bohreinheit 35 betrieben, um
eine Fluidunterstützung
durchzuführen,
wobei ein Fluid 62, das vorzugsweise aus Wasser, einem
polymeren Schmierstoff und optional Bentonit zusammengesetzt ist,
von der Bohreinheit 35 in das Ende des Bohrgestänges 40 gepumpt
wird, das dem Rückdrehmeißel 45 gegenüberliegt.
Unter Bezug auf die 3 und 4 führt ein
derartiges Pumpen dazu, dass das Fluid 62 durch den Fluidunterstützungskanal 61 hindurchtritt.
Das Fluid 62 tritt dann aus dem Fluidunterstützungskanal 61 in
die hohle Kammer 60 des Rückdrehmeißel 45 aus. Das Fluid
tritt dann weiter aus den Fluidunterstützungsöffnungen 47 in den Kanal
des Entfer nungssegments 10 aus. Unter Bezug auf 3 dient
das Fluid 62, das aus den Fluidunterstützungsöffnungen 47 des Rückdrehmeißels 45 austritt,
der Funktion eines Schmierens des Zerkleinerungsprozesses und eines
Schmieren des erdenen Kanals 55 hinter den Rückdrehmeißel 45,
wodurch die Reibung auf das Austauschrohr 30 reduziert
wird. Wenn das Fluid 62 Bentonit aufweist, hat ein solches
Fluid die weitere Funktion eines Stabilisierens des erdenen Kanals 55,
um ein Einstürzen
zu verhindern. Das Fluid 62 hat die weitere Funktion eines
Auswaschen des pulverisierten Abraums 48 in Richtung auf
das erste Ende des Entfernungssegments, was zu einem Entfernen des
Entfernungssegments 10 aus dem Kanal 55 führt. Unter
Bezug auf 1 und 3 wird der
pulverisierte Abraum 48 und das Fluid 62, das
aus dem Rückdrehmeißel 45 ausgetreten
ist und den Kanal des Entfernungssegments 10 heruntergewaschen
wird, als Schlämme 50 auf
dem Grund des Einsatzlochs 15 für das Bohrgestänges oder
unter Bezug auf 2 je nach dem auf dem Grund
des Mannlochs 16 abgelagert.
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Unter
Bezug auf 3 erzeugt die Zerkleinerungsoperation
des Rückdrehmeißels 45 einen
Rohrkanal 55 mit einem Durchmesser, der ausreichend ist,
um gleichzeitig das Austauschrohr 30 gleitend hindurchzuziehen.
Der Prozess des Zermahlens des Entfernungssegments 10 und
des gleichzeitigen Ziehens des Austauschrohrs 30 in den
Rohrkanal 55 dauert fort, bis der Rückdrehmeißel 45 und das Ende des
Austauschrohrs 30 aus der Öffnung am ersten Ende des Entfernungssegments 10 austreten.
Nach Austritt des Endes des Austauschrohrs 30 aus der Öffnung am
ersten Ende des Entfernungssegments 10 ist der Rohraustauschprozess
für dieses
Segment beendet.
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Angesichts
des Vorangegangenen ist es offensichtlich, dass die vorliegend Erfindung
sehr wohl in der Lage ist, alle der Aufgaben und der oben genannten
Merkmale zusammen mit weiteren Aufgaben und Merkmalen, die für das oben
beschriebene Verfahren inhärent
sind, zu erreichen.
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Während das
Vorgenannte auf die bevorzugte Ausführungsform gerichtet ist, wird
sein Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche bestimmt.