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Verfahren und Vorrichtung zum Vortreiben von Rohren in Lockergestein
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zum Vortreiben von Rohren vorzugsweise
in 11 lüssigkeit und/oder Gas führendem Lockergestein, bei welchem man zuerst mindestens
ein Rohr größeren Durchmessers bis zu einer gewissen L hige vortreibt und hierauf
mindestens ein in dieses Rohr eingeführtes Rohr kleineren Durchmessers bei stillstehendem
äußerem Rohr weiter vortreibt.
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Solche Verfahren sind unter dem -;amen Teleskopierverfahren schon
gebraucht worden. So hat man auf diese «"eise Vertikalbohrungen oder Schächte abgesenkt.
Man ging dabei so vor, daß matt zuerst eine Bohrung größten Durchmessers vortrieb.
Der Rohrfuß war dabei offen, und das Material wurde aus dem Innern der Bohrung durch
Kiespumpen oder andere bekannte Mittel ausgehoben. Wur die Bohrung bis auf vorgeschriebene
Länge abgesenkt, so führte man ein Rohr kleineren Durchmessers in diese ein und
senkte es auf gleiche Weise ab wie das erste Rohr. Auch der Fuß des kleineren Rohres
war dabei offen.
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Das oben besehriebene bekannte Teleskopierverfa@hren blieb auf den
Vortrieb vertikaler oder leicht geneigter Bohrungen oder Schächte beschränkt. Es
war bis heute unmöglich. Rohre durch Teleskopierung horizontal oder stark geneigt
zu verlegen. weil das -Material durch die offenen vorderen Enden der Rohre auf nicht
kontrollierbare Weise eintreten würde, und zwar nicht nur in das innere Rohr, sondern
auch in den Raum zwischen den beiden ineinandergesteckten Röhren.
Diese
Nachteile können durch das erfindungsgemäße Verfahren behoben werden. Es ist dadurch
gekennzeichnet, daß man die Rohre unter Zuhilfenahme eines an ihrem vorderen Ende
vorgesehenen gemeinsamen Piloten vortreibt und den Raum zwischen Aden beiden ineinandergesteckten
Rohren abdichtet. So ist es möglich geworden, das Tele= skopiereri für horizontale
oder geneigte Bohrungen anzuwenden.
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Bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man z. B. so
vorgehen, d90 man einen mindestens zweiteiligen Piloten vorsieht, an dessen einem
Teil man das innere Rohr sieh abstützen läßt, während der andere Teil des Piloten
mit dem äußeren Rohr in Verbindung steht, wobei man beim Vortreiben das inneren
Rohres dieses an dem mit dem äußeren, nun stillstehenden Rohr verbundenen Teil des
Piloten führt.
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Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens hat einen gemeinsamen
Piloten für die ineinandergesteckten Rohre und eine Abdichtung zum Abdichten des
Raumes zwischen den Rohren. Der Pilot kann aus einem oder aus zwei .oder mehr gegeneinander
verschiebbaren Teilren bestehen, und der eine Teil des Piloten kann als Führung
für das innere Rohr ausgebildet sein.
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Im folgenden wird an Hand der Zeichnung gezeigt, wie das erfindungsgemäße
Verfahren beispielsweise durchgeführt werden kann. Darin ist Fig. i ein Axialschnitt
durch eine erste beispielsweise Ausführungsform des Piloten mit zwei ineinandergesteckten,
am Piloten abgestützten Rohren und einem an den Kanal des Piloten angeschlossenen
Spülgestänge; Fig. @2 ist ein entsprechender Schnitt durch einen Pilkoten für eine
dreifache Teleskopierung mit drei ineinandergesteckten Rohren; Fig. 3 ist ein Axialsdhnitt
,durch einen dritten Piloten mit den zugehörigen Rohren für Zweifachteleskopierung;
Fig.4 zeigt einen zweiteiligen Piloten für Zweifadhteleskopierung; Fig. 5 ist ein
Schnitt nach der Linie V-V der Fiä. 4; Fig. 6 ist ein Axialschnitt durch einen dreiteiligen
Piloten für Dreifachteleskopierung mit drei ineinandergesteckten Rohren und Fig.
7 ist ein Axialschnitt durch einen zweiteiligen Piloten, dessen innerer Teil exzentrisch
zum äußeren Teil liegt und der an seinem vorderen Ende eine besondere Ausbildung
aufweist.
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Der einteilige Pilot i der Fig..i hat an seinem inneren Ende einen
Kragen a und einen zentralen Kanal 3, der die Öffnungen 4 mit dem Spülgestänge 5
verbindet, welches auf irgendeine bekannte V(T;ei.se am Piloten i angeschlossen
isst, und das z. B. in das Innere eines vertikalen Schachtes führt, von welchem
aus die Rohre ,6 und 7'horizontal vorgetrieben werden sollen. Ein Verfahren zum
Vortrieb horizontaler Rohre ohne Teleskopierung ist z. B. im schweizerischen Patent
ä5-5 -0413 veranschaulicht. Das vordere Ende des äußeren Rohres. 6 stützt sich am
Rand 8 des Kragens 2, und das innere, ins Rohr 6 eingesteckte Rohr 7 an der .Schulter
9 des Piloten i ab, wobei der Kragen 2 dem Rohr 7 als Führung dient. Der Raum zwischen
den - Rohren,6 und 7 ist unmittelbar hinter dem Piloten,i durch eine Packung io
abgedichtet, so daß weder Material noch Wasser in diesen Raum eintreten kann. Die
Abdichtung kann z. B. auch durch Einführung von Druckflüssigkeit (Wasser, ö1) bewerkstelligt
werden.
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Mit der Vorrichtung der Fig. i kann man das Verfahren beispielsweise
auf folgendeArt durchführen: Man steckt im -Innern- des nicht dargestellten Vertikalschachtes
Rohre,6 und 7 solcher Länge ineinander, als es der Durchmesser des Vertikalschachtes
und die Länge der in diesem Schacht aufgestellten Vortriebspresse gestatten. Diese
Rohre stützt man dann auf die in Fig. i dargestellte Weise am Piloten i ab. Der
Pilot liegt vor einem Loch des Vertikalschachtes, das vorläufig noch z. B. durch
einen Holzpfropfen abgeschlossen ist. Nunmehr übt man durch die Presse auf das innere
Ende beider Rohre 6 und 7 einen Vortriebsdruck aus, worauf zuerst der Holzpfropfen
vom Piloten nach außen gestoßen wird, und der Pilot hernach mit den Rohren 6 und
7 in :dem den Schacht umgebenden Lockergestein vorwärts getrieben wird. Bei diesem
Vortrieb führt man das durch die Öffnungen 4 eintretende Material durch das Spülgestänge
5 in das Schachtinnere ab. Dies kann z. B. durch den statischen Druck der Flüssigkeit,
z. B. Wasser, Rohöl, im Lockergestein oder durch Zuführung von Spülflüssigkeit;
z. B. Wasser, geschehen. So oft eine Rohrlänge vorgetrieben ist, setzt inan im Schachtinnern
weitere Rohre 6 und 7 an die beiden vorgetriebenen Längen an. Dies kann beispielsweise
durch Verschraubung geschehen. Hierauf treibt man die neue Rohrlänge mittels der
Presse vor. Wird bei einer gewissen Vortriebslänge die Reibung zwischen .dem Lockergestein
und der Außenwandung des Rohres 6. so groß, daß ein weiterer Vortrieb nicht mehr
oder nur noch unwirtschaftlich möglich ist, so läßt man das äußere Rohr 6 stehen
und gibt durch die Presse nur noch Druck auf das innere Rohr 7, treibt also nunmehr
nur noch dieses innere Rohr vor. Dadurch vermeidet man die Reibung über die Vortriebslänge
des äußeren Rohres,6. Der Pilot i wandert also nunmehr nur noch unter Druck des
inneren Rohres 7 vorwärts, während der Raum zwischen dem nun stillstehenden äußeren
Rohr 6 und dem sich vorwärtsbewegenden inneren Rohr 7 durch die Dichtung @i(o gegen
Eindringen von Flüssigkeit (Wasser, Rohöl) und Material geschützt ist. Es haben
somit das innere und .das äußere Rohr einen gemeinsamen Piloten. Sollen die Rohre
zurückgezogen werden, so geht man unter Zurücklassung des Piloten in umgekehrter
Weise vor.
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Man könnte aber auch das Verfahren so ausführen, daß man zuerst im
Schachtinnern nur äußere Rohre 6 ansetzt, diese äußeren Rohre mit dem Piloten allein
bis zu einer vorgeschriebenen Länge vortreibt und erst nachher in das äußere Rohr
6 innere Rohrlängen 7 einschiebt, bis das vordere
Ende derselben
an der Schulter 9 des Piloten anstößt, worauf man dann mittels der Presse im Schacht
nur noch das innere Rohr vortreibt. Bei einem allfälligen Zurückziehen der Rohre
kann man unter Zurücklassung des Piloten im umgekehrten Sinn vorgehen.
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Während oben eine sogenannte zweifache Teleskopierung veranschaulicht
wurde, zeigt Fig. 2 eine Vorrichtung für Dreifacilteleskopierung. Hier hat der einteilige
Pilot 1 außer einem Kragen 2 zwei Schultern 11 und 12. Am Kragen 2 stützt sich das
äußere Rohr 6 ab, während an den Schultern iii und i2 sich innere Rohre 7 bzw. 13
abstützen. Alles Übrige am Piloten ist gleich wie in Fig. i, und das Vortreiben
kann entsprechend den oben geschilderten Verfahren für Zweifachteleskopierung ausgeführt
werden, mit dem Unterschied, daß man nach dem Vortrieb des Rohres 7 auf bestimmte
Länge noch das innerste Rohr 13 allein vortreibt. Auch hier ist der Pilot i allen
drei Rohren 6, 7 und 13 gemeinsam. Außer der Dichtung -io zwischen den Rohren.6
und 7 ist natürlich noch eine Dichtung 1d. zwischen den Rohren 7 und 113 vorgesehen,
so daß auch der Raum zwischen diesen letzten Rohren gegen Eindringen von Wasser
und :Material geschützt ist.
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Die Vorrichtung der Fig.3 unterscheidet sieh von derjenigen der Fig.,i
nur dadurch, daß der Pilot i keinen Kragen, sondern zwei ringförmige Schultern 15
und 16 aufweist, welche zur Abstützung des Rohres 6 bzw. 7 dienen. Mit dieser Vorrichtung
kann das Verfahren auf eine der beiden mit Bezug auf Fig. i beschriebenen Arten
durchgeführt werden.
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l11111- d. zeigt eine Vorrichtung für Zweifach-F 27 teleskopierung
mit einem zweiteiligen Piloten. Der innere Teil 17 des Piloten i weist den Kanal
3 und die Öffnungen .1 auf. All ihm ist auch das Spülgestänge 5 angeschlossen. Im
weiteren hat der Teil z7 eine ringförmige Schulter 1S für das innere Rohr 7. Der
andere Teil -r9 des Piloten i, gegen welchen derTeil 17 verschiebbar ist, ist am
vorderen Ende des Rohres 6 befestigt. Er könnte aber auch gegenilber dem Rohr 6
lose sein. Die vordere Stirnfläche 2o dieses Teils i9 ist konisch und hat den gleichen
Öffnungswinkel wie die konische Flüche 211 des Teiles 17. Der Teil i9 weist im weiteren
einen Innenflansch 22 auf, der sich beim Vortrieb an der Schulter 18 des Pilotenteils
17 abstützt. Auch 'hier ist wiederum zwischen den Rohren 6 und 7 eine Dichtung io
zum gleichen Zweck wie in den vorangehenden Beispielen vorgesehen.
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Mit der Vorrichtung gemäß Fig. q. kann das Verfahren gleichfalls auf
eine der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Arten durchgeführt werden. Man
kann also entweder so vorgehen, da@ß man schon von Anfang an das innere Rohr 7 zusammen
mit dem Rohr 6 vortreibt, oder aber, man kann zuerst nur das äußere Rohr -6 auf
vorgeschriebene Länge vortreiben und hernach das Rohr 7 einstecken, bis es an die
Schulter 18 anstößt. Beim Vortrieb des inneren Rohres ; allein dient der Flansch
2,2 des nun stillstehenden Rohres 6 dem inneren Rohre 7 als Führung.
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Die Vorrichtung der Fig. 6 zeigt einen dreiteiligen Piloten 1 für
eine Dreifachteleskopierung mit den Rohren 6, 7 und 13 und dem Spülgestänge 5. Der
innere Teil 17 des Piloten ist im wesentlichen gleich ausgebildet wie der entsprechende
Teil der Fig. .4. Auch er hat eine Schulter 18, einen Kanal 3 und Öffnungen 4. Der
zweite, mittlere Teil 23 des Piloten ist an das vordere Ende des Rohres 7 angeschlossen
und hat eine konische Außenfläche 2.1, deren öffliungswinlcel demjenigen der Fläche
1211 des Teiles 17 entspricht. Das vordere Ende des Rohres 13 und das vordere Ende
des Teiles 23 stützen sich beim Vortrieb auf der Schulter 18 ab. Der dritte, äußere
Teil 25 des Piloten ist am vorderen Ende des äußersten Rohres 6 festgemacht, und
seine konische Außenfläche 26 bildet die Fortsetzung der Flächen :2i und 424.. Das
vordere Ende dieses Teils 25 stützt sich beim Vordringen all der Schulter 27 des
Teiles 23 ab. Zwischen den Rohren 6 und 7 und den Rohren 7 und i.3 befindet sich
wiederum eine Packung 1o bzw. i¢. Die Teile 2'3 und 25 könnten aber auch gegenüber
den Rohren 6 und 7 lose sein.
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Hat beim Vortrieb das Rohr 5 der Fig. 6 die gewünschte Vortrie'bslänage
erreicht, so treibt man nur noch entweder das Rohr 6 allein oder beide Rohre 6 und
13 zusammen vor, wobei der Teil 25 des Piloten dem Rohr 6 als Führung dient. Nach
beendigtem Vortrieb des Rohres 7 treibt man das Rohr 13 mit dem inneren Pilotenteil
ü7 allein vor, wobei dann das Rohr 13 am Pilotenteil 23
gefiihrt ist.
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Der Pilot der Fig. 7 ist auch zweiteilig wie derjenige der Fig. ,4.
-Er unterscheidet sich von jenem aber einmal dadurch, daß sein innerer Teil 28 zum
äußeren Teil 29 exzentrisch liegt. Der äußere Teil 29 ist wiederum am vorderen Ende
des Rohres b befestigt und kann z. B. mit diesem aus einem Stück bestehen. Er könnte
gegenüber dem Rohr 6 aber auch lose sein. Der Kanal 3, an welchem das Spülgestänge
5 angeschlossen ist, ist hier leicht nach vorn unten geneigt, und sein vorderes
Ende ist in seinen Partien 30 im Vergleich zu .den gegenüberliegenden Partien
31 verlängert. Am vorderen Ende des Kanals 3 befindet sich also in dessen Innern
lockeres Material, welches beim Vortreiben das Ausweichen der Pilotenspitze nach
er 'kürzeren. liier der oberen Partie 3u hin, also nach oben erleichtert. Damit
kann dem Bestreben des Piloten, nach unten auszuweichen, entgegengewirkt werden.
Während die Partie 32 der Außenfläche in der axialen Verlängerung des Rohres 6 liegt,
ist in Fig. 7 die gegenüberliegende Partie 3.3 der Außenfläche nach Z=orn unten
geneigt. Wenn nun z. B. bei dem gerade herrschenden Vortriebsdruc k der Pilot infolge
der verlängerten unteren Partie 3o zu stark nach oben ausweichen will, so erhöht
man diesen Vortriebsdruck, bis die Vergrößerung des Druckes des Lockergesteins auf
die Außenfläche 33 so groß ist, daß sie der Ausweichtendenz des Piloten nach oben
in gewünschter Weise entgegenwirkt. Ist
der Druck auf die Außenfläehe33
hingegen zu groß, so verringert man den Vortriebsdruck, bis die Wirkung des Druckes
auf die Außenfläche 33 und der verlängerten Partie 3o im richtigen Verhältnis zueinander
stehen. Auch hier ist zwischen ,den beiden Rohren 6 und 7 eine Pack -ng 3¢ vorgesehen.
Die ''orte oben und unten beziehen sich auf die Lage der Fig. 7 in der Zeichnung.
Die Partien 30, 31, 32 und 33 können natürlich auch vertauscht oder in bezug auf
die Lage des Piloten im Lockergestein seitlich angeordnet sein. Das Verfahren kann
mit der Vorrichtung der Fig. 7 gleich ausgeführt werden wie mit der Vorrichtung
der Fig. i. Es kann auch eine mehr als dreifache Teleskopierung durchgeführt werden.
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Das geschilderte Verfahren ist anwendbar für horizontale, geneigte
und vertikale Bohrungen. Es kann z. B. gebraucht werden bei der Herstellung von
Fassungen oder Grundwasserabsenkungen mit horizontalen Filterrohren (schweizerisches
Patent 255 04-3), zur Herstellung von Dükern fier die Verlegung von Wasser- und
Gasleitungen, Kabeln usw. unter Straßen, Häusern, Bahnlinien, Flüssen usw., weiter
für die Ausführung von vertikalen oder geneigten Bohrungen, z. B. zu Sondierzwecken
oder zur 'Gewinnung von Wasser, Rohöl, Erdgas usw.
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Bei vertikalen oder geneigten Bohrungen in flüssigkeitsführendem Lodkergestein
(Wasser, ö1 usw.) kann die Hereingewinnung des Bohrgutes z. B. dadurch bewerkstelligt
werden, daß der Flüssigkeitsdruck im Innern des Spülrohres künstlieh verringert
wird.
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Das Verfahren kann auch in nicht Flüssigkeit oder Gas führendem Lockergeste@in
dltrchgeführt werden.