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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft eine Technik zum Durchführen eines Kabelbohrvorgangs
im Wesentlichen parallel zu einer existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit.
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HINTERGRUND
TECHNIK
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Einrichtungen
bzw. Unternehmen, wie diejenigen, die einen Elektrik-, Gas-, Wasser-
und Telefondienst bereitstellen, vergraben oft ihre Beförderungseinheiten
(d. h. Rohre und/oder Kabel) im Untergrund, und zwar wegen der Sicherheit
und der Ästhetik.
Gewöhnlicherweise
gibt die Umgebung und das Terrain den Typ des Verfahrens vor, der
zum Vergraben von derartigen Beförderungseinheiten
verwendet wird. In ländlichen
Gebieten verwenden Einrichtungen vorzugsweise ein direktes Vergraben,
was sie durch ein Pflügen
und durch Bilden von Gräben
in der Erde erreichen. In Stadtgebieten, und beim Durchqueren von
Wasserstrassen, wird eine Bohrung bevorzugt. Um einen derartigen
Bohrvorgang fertig zu stellen gräbt
die Einrichtung, oder ein unter ihrer Aufsicht stehender Vertragspartner,
zunächst
ein Loch bzw. einen Schacht an jeder der gegenüberliegenden Enden der beabsichtigten
Route für
die Beförderungseinheit.
Von dem einen Schacht drückt
eine Bohrmaschine (Lochherstellungseinrichtung) einen Bohrkopf horizontal
durch die Erde in das andere Loch (bzw. in den anderen Schacht),
um einen Tunnel zu erzeugen, durch den eine Beförderungseinheit der Einrichtung
bzw. des Unternehmens geführt
werden kann.
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Das
Vergraben der Beförderungseinheit
einer Untergrundeinrichtung durch einen Bohrvorgang erzeugt in der
Tat ein gewisses Risiko. Ein Betreiber muss den Pfad des Bohrkopfs
vorsichtig steuern, um einen Kontakt mit einer oder mehreren existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheiten
zu vermeiden, die in der Nähe
zu dem Pfad vergraben sind, der durch den Bohrkopf geschaffen wird.
Deshalb haben viele Einrichtungen bzw. Unternehmen wie AT&T, Regeln, die
den minimal zulässigen
Abstand vorgeben, der zwischen dem Bohrkopf und einer existierenden
Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit
zugelassen ist. Um eine Steuerung des Bohrkopfs zu ermöglichen
stellen die meisten Bohrkopf-Hersteller einen Sender (nachstehend
als "Sonde") in dem Bohrkopf
zum Übertragen
eines Signals in dem Bereich von 33 Hz bis 9 kHz bereit. Das Signal,
das von der Sonde gesendet wird, wird durch den Boden zur Erfassung
von einem oder mehreren Empfängern,
die über
Grund angeordnet sind, abgestrahlt. Durch Überwachen des Signals, das
durch die Sonde in dem Bohrkopf abgestrahlt wird, bestimmt der Betreiber
der Bohrmaschine die relative Position des Bohrkopfs, wenn er einen
Pfad durch die Erde bohrt, um einen Kontakt mit einer existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit
zu vermeiden.
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Unglücklicherweise
neigt das Signal, das von dem Sondenkopf abgestrahlt wird, dazu
elektromagnetische Signale in anderen Einrichtungen, wie anderen
Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheiten,
hervorzurufen, wobei ein oder mehrere von diesen veranlasst wird/werden
Signale in der Nähe von
Beförderungseinheiten
von Interesse abzustrahlen. Der Empfänger (die Empfänger), der
(die) abgestimmt ist (sind), um das Signal zu empfangen, das von
der Sonde abgestrahlt wird, empfangen auch die Signale, die darin
induziert werden und durch derartige andere Einrichtungen abgestrahlt
werden, dass eine Verwechslung bezüglich der tatsächlichen
Position des Bohrkopfs verursacht wird. Da viele Bohrvorgänge in nächster Nähe zu existierenden
Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheiten
auftreten, kann ein Fehler beim Bestimmen der relativen Position
des Bohrkopfs sich als Desaster erweisen. In der Tat haben Bohrvorgänge existierende
Untergrund-Beförderungseinrichtungen
beschädigt,
was zu Wartungs-Ausfallzeiten
und verlorenen Gewinnen führt,
abgesehen von den Kosten im Zusammenhang mit Reparaturen.
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Die
US-A-3907045 und die US-A-3853185 offenbaren Verfahren zum Bohren
eines horizontalen Bohrlochs im Wesentlichen parallel zu einem existierenden
Bohrloch. Eine Signalerzeugungsvorrichtung, wie eine Antenne, ist
in dem existierenden Bohrloch angeordnet, und ein geeigneter Empfänger ist
auf dem Bohrkopf vorgesehen. Diese Verfahren ermöglichen dem Bohrkopf jedoch
nicht eine Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit zu erfassen.
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Die
US-A-4755805 und die US-A-5027108 offenbaren eine elektrisch geleitete
Bohreinrichtung, die mit einer Einrichtung versehen ist, um zu erfassen,
wenn die Bohreinrichtung elektrisch an einer Untergrund-Hochspannungsquelle
angreift. Dies ist vorgesehen, um einen Schutz für den Betreiber bereitzustellen.
Jedoch gibt es keine Einrichtung bzw. keine Mittel um den Betreiber
in die Lage zu versetzen die Bohreinrichtung so zu steuern, dass
ein Kontakt mit Untergrund-Hochspannungsquelle vermieden wird, und
zur Zeit, zu der ein Kontakt mit einer Untergrund-Hochspannungseinrichtungs-Beförderungseinheit
erfasst wird, ist es wahrscheinlich, dass ein beträchtlicher
Schaden an der Einrichtungs-Beförderungseinheit
verursacht worden ist. Ferner ist diese Bohreinrichtung beim Erfassen
von Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheiten,
die nicht Hochspannungsquellen sind (z. B. Gas- oder Wasserrohre), vollständig ineffektiv.
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Somit
besteht eine Notwenigkeit bzw. ein Bedarf eines Alarms wenn ein
Bohrkopf innerhalb eines minimal zulässigen Abstand von einer existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit
liegt, wodurch eine Beschädigung
an der Beförderungseinheit
vermieden wird.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum
bereitstellen eines Alarms während
eines Bohrvorgangs, wenn ein Bohrkopf innerhalb eines minimal zulässigen Trennabstands
von einer existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit
ist, die ein Lokalisierungssignal mit einer vorgegebenen Stärke abstrahlt,
vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Erfassen an der existierenden Einrichtungs-Beförderungseinheit, der Stärke des
Lokalisierungssignals; Erfassen der Stärke des Lokalisierungssignals
an dem Bohrkopf; Bestimmen, ob die Stärke des Lokalisierungssignals,
das an dem Bohrkopf erfasst wird, einen vorgeschriebenen Anteil
der Stärke
des Lokalisierungssignals übersteigt,
das an der existierenden Einrichtungs-Beförderungseinheit erfasst wird;
und wenn dem so ist, Erzeugen eines Alarms um anzuzeigen, dass der
Bohrkopfs innerhalb des minimal zulässigen Trennabstands ist.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bereistellen
eines Alarms während eines
Bohrvorgangs, wenn ein Bohrkopf innerhalb eines minimal zulässigen Trennabstands
von einer existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit
ist, deren Lokalisierungssignal mit einer vorgewählten Stärke abstrahlt, bereit, wobei
die Vorrichtung umfasst: eine Einrichtung zum Erfassen der Stärke des
Lokalisierungssignals an dem Bohrkopf; eine Einrichtung zum Bestimmen,
ob die Stärke
des Lokalisierungssignals, das an dem Bohrkopf erfasst wird, einen
vorgeschriebenen Anteil der Stärke
des Lokalisierungssignals übersteigt,
welches an der existierenden Einrichtungs-Beförderungseinheit erfasst wird;
und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarms, um anzuzeigen, dass
der Bohrkopf innerhalb des minimalen zulässigen Trennabstands ist.
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Kurz
zusammengefasst, die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zum
Erzeugen eines Alarms während
eines Bohrvorgangs bereit, wenn der Bohrkopf innerhalb eines minimal
zulässigen
Abstands von einer existierenden Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit
ist. Das Verfahren nutzt den Vorteil der Tatsache aus, dass eine
typische existierende Untergrundeinrichtungs-Beförderungseinheit ein Lokalisierungssignal
abstrahlt, welches einzigartig für
den Dienstanbieter ist, der die Beförderungseinheit bereitstellt.
In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird die Stärke
des Lokalisierungssignals an der existierenden Beförderungseinheit
von Interesse überwacht,
und zwar typischerweise mit Hilfe einer induktiven Klemme oder dergleichen
für eine
lösbare
Anbringung an der Beförderungseinheit.
Die Stärke
des Lokalisierungssignals, das von existierenden Beförderungseinheit
von Interesse abgestrahlt wird, wird ebenfalls an dem Bohrkopf überwacht,
typischerweise mit Hilfe einer zweiten induktiven Klemme. Das Signal,
das an der existierenden Einrichtungs-Beförderungseinheit erfasst wird,
dient als ein Referenzwert in Bezug auf das Signal, das an dem Bohrkopf
erfasst wird. Wenn das Signal, das an dem Bohrkopf erfasst wird,
einen vorgeschriebenen Anteil an der Stärke des Signals übersteigt,
das an der existierenden Beförderungseinheit
erfasst wird, dann ist der Bohrkopf zu nahe (d. h. innerhalb des
minimal zulässigen
Abstands von existierenden Beförderungseinheit)
und ein Alarm wird erzeugt.
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In Übereinstimmung
mit einem bevorzugten Merkmal der Erfindung kann der Betrieb des
Bohrkopfs in vorteilhafter Weise in Übereinstimmung mit der Stärke des
Lokalisierungssignals, sowie es an dem Bohrkopf erfasst wird, im
Vergleich mit der Stärke
des Lokalisierungssignals, das an der Beförderungseinheit erfasst wird,
gesteuert werden. Durch Steuer des Bohrkopfs während eines Bohrvorgangs derart,
das die Stärke
des Lokalisierungssignals, das an dem Bohrkopf erfasst wird, auf
einem relativ konstanten Pegel relativ zu dem Signal, das an der
Beförderungseinheit
erfasst wird, gehalten wird, wird der Bohrkopf im Wesentlichen parallel
zu der Beförderungseinheit
bohren. In dieser Weise tritt keine Beschädigung an der Beförderungseinheit
auf.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ZEICHNUNG
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Vorrichtung in Übereinstimmung mit
der Erfindung sowohl zum Überwachen
als auch Steuern eines Bohrkopfs.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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1 zeigt
einen Bohrvorgang der mit Hilfe einer Bohrmaschine 10 ausgeführt wird,
die in dem technischen Gebiet bekannt ist. Um einen Bohrvorgang
fertig zu stellen, bohrt eine Einrichtung bzw. ein Unternehmen,
wie AT&T oder
dessen Vertragspartner erste und zweite Bohrschächte 12 und 14 an
gegenüberliegenden
Enden eines beabsichtigten Pfads für eine Einrichtungs-Beförderungseinheit
(nicht gezeigt). Danach platziert die Einrichtung oder der Vertragspartner
die Bohrmaschine 10 in dem ersten Schacht 12.
Ein Betreiber (der nicht gezeigt ist) betreibt die Maschine 10,
um einen Bohrkopf 16 horizontal durch denjenigen Abschnitt
des Bohrens 18 zwischen den Bohrlöchern 12 und 14 zu
drängen. Eine
Bohrmaschine 10 zwingt den Bohrkopf durch die Erde 18 von
dem ersten Schacht 12 in den zweiten Schacht 14 hinein,
wobei der Bohrkopf einen horizontalen Kanal 20 zum Führen der
Einrichtungs-Beförderungseinheit
erzeugt.
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Oft
tritt ein Bohrvorgang des beschriebenen Typs in der Nähe einer
existierenden Beförderungseinheit 22,
beispielsweise einem faseroptischen Kabel, auf. Da der Bohrvorgang "blind" ist, d. h. ohne
die Fähigkeit
den Pfad des Bohrkopfs 16 visuell zu überwachen, kann der Bohrkopf
zufällig
das faseroptische Kabel 22 kontaktieren, wobei es möglicherweise
beschädigt
wird. Gegenwärtig
wird eine Überwachung
des Pfads des Bohrkopf 16 mit der Hilfe einer Sonde 23 innerhalb
des Bohrkopfs zum Abstrahlen eines Signals in dem Bereich 33 Hz
bis 9 kHz erreicht. Ein oder mehrere Kabelalarmempfänger 26 (siehe 1)
sind über
der Erde 18 angeordnet und überwachen das Signal, das von
der Sonde 23 abgestrahlt wird, wodurch eine Anzeige über die
relative Position des Bohrkopfs 16 bereitgestellt wird.
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In
der Praxis induziert das Signal, das von der Sonde 23 abgestrahlt
wird, ein ähnliches
Signal in anderen Einrichtungen, wie einer Metallumhüllung (nicht
gezeigt), die das faseroptische Kabel 22 umgibt. Wiederum
strahlt die Metallumhüllung
des faseroptischen Kabels 22 das induzierte Signal an andere Einrichtungen
ab. In Folge dessen empfängt
der Empfänger
(empfangen die Empfänger) 26 das
Signal, das von einer derartigen anderen Einrichtung abgestrahlt
wird, zusammen mit dem Signal das von der Sonde 23 abgestrahlt
wird. Somit kann der Empfänger
(können
die Empfänger) 26 die
relative Position des Bohrkopfs 16 nicht genau bestimmen.
Eine fehlende Kenntnis der relativen Position des Bohrkopfs 16 kann
sich als Desaster erweisen, insbesondere dann, wenn der Bohrvorgang
in nächster
Nähe zu existierenden
Einrichtungs-Beförderungseinheiten auftritt,
beispielsweise in nächster
Nähe zu
dem faseroptischen Kabel 22.
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Um
den voranstehenden Nachteil zu vermeiden, stellt die vorliegenden
Erfindung eine Technik zum Erzeugen eines Alarms bereit, wenn der
Bohrkopf 16 zu nahe zu (d. h. innerhalb eines minimal zulässigen Abstands
zu) dem existierenden faseroptischen Kabel 22 kommt. Die
Technik der Erfindung nutzt den Vorteil eines Lokalisierungssignals,
das von der Metallumhüllung
des faseroptischen Kabels 22 abgestrahlt wird, aus. In
der Praxis führt
die Umhüllung
des faseroptischen Kabels 22 wenigstens ein Lokalisierungssignal
für den
Zweck einer Lokalisierung des Kabels in der Weise, die von dem US
Patent 5.644.237, das am 1. Juli 1997 im Namen von AT&T erteilt wurde,
gelehrt wird. Wie mit näheren
Einzelheiten nachstehend diskutiert dient das Kabellokalisierungssignal,
und insbesondere dessen Stärke,
als ein Referenzpunkt zum Bestimmen der relativen Position des Bohrkopfs 16 von
dem faseroptischen Kabel 22.
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Um
den Ort des Bohrkopf 16 relativ zu dem faseroptischen Kabel 22 festzustellen
empfängt
eine Differenzsignal-Überwachungseinheit 28 auf
einem ersten Kanal das Signal, das von dem Kabel 22 abgestrahlt
wird. In der Praxis empfängt
die Signal-Überwachungseinheit 28 das
Signal durch eine induktive Klemme 30, die für einen
lösbaren
Eingriff um das Kabel herum ausgelegt ist. Derartige induktive Klemmen
sind alt bekannt und werden mit dem Typ, der zur Strommesseinrichtungen
gehört,
als Beispiel dargestellt. Eine zweite induktive Klemme 32, mit
einer ähnlichen
Konstruktion wie die Klemme 30, koppelt das Lokalisierungssignal,
das in den Bohrkopf 16 induziert wird, von dem faseroptischen
Kabel 22 an die Signal-Überwachungseinheit 28.
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Die
Signal-Überwachungseinheit 28 vergleicht
die Stärke
des Signals, das in den Bohrkopf 16 induziert wird, wie über die
Klemme 32 erfasst, relativ zu der Stärke des Lokalisierungssignals
an dem faseroptischen Kabel 22, wie über die Klemme 30 erfasst.
Die Signal-Überwachungseinheit
verwendet die Stärke
des Lokalisierungssignals an dem faseroptischen Kabel 22 als
einen Referenzwert, mit dem die Stärke des an dem Bohrkopf 16 empfangenen
Signals verglichen wird. Die Stärke
des Lokalisierungssignals, das in den Bohrkopf 16 induziert
wird, verändert
sich im Allgemeinen umgekehrt mit dem Abstand des Bohrkopfs 16 von
dem faseroptischen Kabel 22. Je näher der Bohrkopf 16 zu
dem faseroptischen Kabel 22 ist, desto größer ist
somit die Stärke
des in den Bohrkopf induzierten Lokalisierungssignals. Im Gegensatz
dazu, je weiter der Bohrkopf 16 von dem faseroptischen
Kabel 22 entfernt ist, desto schwächer ist das in dem Bohrkopf 16 induzierte
Signal. Jedoch beeinflusst die Stärke des Lokalisierungssignals
auf dem faseroptischen Kabel 22 selbst die Stärke des Signals,
das in den Bohrkopf 16 induziert wird. Somit ist es erforderlich
die Stärke
des Lokalisierungssignals in Betracht zu ziehen, wenn die Stärke des
Lokalisierungssignals untersucht wird, das in den Bohrkopf 16 induziert
wird.
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Die
Signal-Überwachungseinheit
speichert einen Referenzwert, der das Verhältnis der Stärke des
Signals, das in den Bohrkopf 16 induziert wird, zu der
Stärke
des Lokalisierungssignals an dem faseroptischen Kabel 22,
welches erhalten wird, wenn der Bohrkopf 16 nicht näher zu dem
faseroptischen Kabel 22 als der minimal zulässige Abstand
ist, darstellt. Sollte das Verhältnis
der Stärke
des Lokalisierungssignals, das an dem Bohrkopf 16 erfasst
wird, zu der Stärke
des Lokalisierungssignals an dem faseroptischen Kabel 22 den
Referenzwert übersteigen,
dann weiß die
Signal-Überwachungseinheit 28,
dass der Bohrkopf zu nahe zu dem Kabel ist. Unter derartigen Bedingungen
löst die
Signal-Überwachungseinheit 28 einen
Alarm 31 aus, der einen Alarm erzeugt, entweder in der
Form einer visuellen und schriftlich oder hörbaren Warnung, um den Betreiber
der Bohrmaschine 10 über
die nächste
Nähe des
Bohrkopfs 16 zu dem faseroptischen Kabel 22 zu
informieren. Auf die Erzeugung der Warnung durch den Alarm 31 hin, nimmt
der Betreiber der Bohrmaschinen 10 wahrscheinlich einen
geeigneten Vorgang vor, um eine Beschädigung des faseroptischen Kabels 22 zu
vermeiden.
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Zusätzlich zum
Erzeugen des Warnsignals mit Hilfe des Alarms 31 kann die
Signal-Überwachungseinheit
auch ein Steuersignal (mit der gestrichelten Linie in 1 dargestellt)
erzeugen, um die Bohrmaschine 10 zu steuern. Die Signal-Überwachungseinheit 28 erzeugt
das Steuersignal in Übereinstimmung
mit dem Verhältnis
der Stärke
des Lokalisierungssignals, das an dem Bohrkopf 16 erfasst wird,
zu der Stärke
des Lokalisierungssignals, das an dem faseroptischen Kabel 22 erfasst
wird. In einer Rückkopplungsschleifen-Weise
steuert die Bohrmaschinen 10 den Betrieb des Bohrkopfs 16,
um den Bohrkopf 16 im wesentlichen parallel zu dem faseroptischen
Kabel 22 in einem vorgeschriebenen Trennabstand davon in Übereinstimmung
mit dem Steuersignal zu halten. Wenn das Steuersignal über einen
Ruhepegel ansteigt, der einem vorgeschriebenen Trennabstand des
Bohrkopf 16 von dem faseroptischen Kabel 22 entspricht,
versetzt die Bohrmaschine 10 den Bohrkopf weg von dem Kabel.
In Folge dessen verringert die Signal-Überwachungseinheit 28 die
Stärke
des Steuersignals, was die Bohrmaschinen 10 veranlasst
den Bohrkopf näher
zu dem faseroptischen Kabel 22 zu versetzen. Wenn sich
der Bohrkopf 16 näher
zu dem faseroptischen Kabel 22 bewegt, dann steigt die
Steuersignalgröße an, was die
Bohrmaschine veranlasst den Bohrkopf weg von dem Kabel zu versetzen.
Durch diesen Prozess steuert die Bohrmaschine 10 die Verschiebung
bzw. Versetzung des Bohrkopfs 16 so, dass der Bohrkopf
im wesentlichen parallel zu dem faseroptischen Kabel 22 bohrt.
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Die
voranstehende Beschreibung beschreibt eine Technik zum Bereitstellen
eines Alarms, wenn der Bohrkopf innerhalb eines minimalen zulässigen Abstands
von einer existierenden Untergrund-Einrichtungs-Beförderungseinheit ist, so wie
zum steuern des Betriebs des Bohrkopfs, um im wesentlichen parallel
zu der existierenden Beförderungseinheit
zu bohren.