EP0350580A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einrammen von Rohren - Google Patents

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EP0350580A2
EP0350580A2 EP89107904A EP89107904A EP0350580A2 EP 0350580 A2 EP0350580 A2 EP 0350580A2 EP 89107904 A EP89107904 A EP 89107904A EP 89107904 A EP89107904 A EP 89107904A EP 0350580 A2 EP0350580 A2 EP 0350580A2
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tube
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tubes
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    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/205—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes without earth removal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D23/00—Caissons; Construction or placing of caissons
    • E02D23/08—Lowering or sinking caissons
    • E02D23/14—Decreasing the skin friction while lowering
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/28—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes
    • E02D7/30—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes by driving cores

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for ramming pipes into the ground.
  • the ramming pipe is open at the front or on the cutting shoe, apart from the difficulties or the effort involved in laying a non-steel pipe, the soil penetrates further and further into the pipe during ramming, while the cutting shoe compresses the soil surrounding the pipe and due to its larger diameter compared to the tube creates an earth channel in which the ram tube moves forward under the blows of the ram with a relatively low casing friction.
  • a number of methods for removing soil from the interior of the pipe are known.
  • the soil can be removed from the inside of the pipe using a driven screw.
  • this requires an additional, high outlay on equipment.
  • a pushing shear sealingly against the inner wall of the pipe is inserted be used and the pipe inside the ram in front of the disc is placed under compressed air in order to press the soil against the ramming direction out of the pipe inside with the help of the thrust washer moving under the influence of compressed air.
  • This process is also complex and can also only be carried out with short pipe lengths and low frictional resistance in view of the earth friction on the inner pipe wall.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device which allow the ramming of pipes which are not made of steel directly into the ground and also the removal of the ground accumulating inside the pipe without difficulty.
  • this object is achieved in that a composite of pipes is driven in. It is advisable to center the pipes, which are preferably concentrically nested, in their position relative to one another and to introduce the propulsive force into the pipe assembly, preferably via the inner pipe.
  • the pipes are driven from a starting pit to a target pit. Since the ramming pipes have only a limited length, the outer pipeline can be put together from several ramming pipes. If the driving force is applied via the inner tube, which is preferably made of steel, the outer tube can be, in particular, a plastic or ceramic tube which can thus be introduced into the ground without being damaged by the impacts of the ram.
  • the outer tube can be, in particular, a plastic or ceramic tube which can thus be introduced into the ground without being damaged by the impacts of the ram.
  • several individual pipes or pipe sections can be joined to form a pipe string.
  • the pipes are preferably driven in step by step, the inner pipe filled with soil being pulled out, emptied and reinserted after each step.
  • the outer pipes can be placed in the ground while removing soil. Because it can be achieved in this way an intermediate or partial emptying if the inner tube, for example after it has rammed half into the ground, is pulled out of the outer tube and the earth core located therein is removed.
  • the inner tube can be pulled out, for example, with a gripping pull or a winch.
  • a cutting shoe placed at the front in the ramming direction on an outer tube and an inner tube preferably arranged concentrically therein can center the tubes.
  • the outer pipe can be a plastic or ceramic pipe, ie a pipe which, because of the always acute risk of breakage, is not directly in contact with the conventional ramming method ramming the soil.
  • the cutting shoe can advantageously be provided with a stepped collar and has an inner diameter which is not greater than the outer diameter of the inner tube.
  • the stepped collar allows both tubes to be centered at the same time, namely that the front section of the stepped collar in the direction of impact encloses the inner tube protruding from the outer tube, while the rear stepped portion encloses the outer tube.
  • the limitation of the inside diameter of the cutting shoe ensures that no soil penetrates into the annular gap between the inner and the outer pipe.
  • a lubricating liquid can be supplied from the starting pit through these openings to reduce the friction between the ground and the outer pipe.
  • inner tubes placed next to each other are firmly connected at their joints.
  • the pipe joints of the individual inner pipes assembled up to the finished length can, for example, be provided with a thread and screwed together or permanently connected to one another by welding.
  • An intermediate piece which is arranged on a ram and engages in the rear end of the inner tube can have a driver which projects radially beyond the inner tube and is advantageously designed as a driver edge. While, for example, the intermediate piece arranged either on the striking tip or at the rear end of the ram engages with its front section in the tube, the driving edge remains outside the tube and corresponds with it the face of the outer tube.
  • the section of the intermediate piece engaging in the inner tube expands radially and connects intimately to the wall of the inner tube; the impact energy is thus introduced into the inner tube, and the edge takes the outer tube with it without transmitting impact energy to it.
  • a ram 3 guided in a starting pit 1 on a bearing block 2 engages with its striking tip 4 via an intermediate piece 5 into the rear end of a pipe assembly 9 which is to be driven into the ground 6 and is guided on bearing blocks 7 and provided with a cutting shoe 8 at the front end a.
  • the tube assembly 9 consists of an outer tube 10, for example made of plastic or ceramic, and an inner tube 11, preferably made of steel.
  • the inner diameter 15 of the cutting shoe 8 is not larger than the outer diameter of the inner tube 11, so that no soil can penetrate into the radial gap 16 between the concentrically nested tubes 10, 11.
  • the cutting shoe 8 is provided with outlet openings 17 connected to one another in the manner of an annular channel, of which a lubricant line 18 extends through the intermediate piece 5 into the starting pit 1.
  • the tubes 10, 11 are flush, and the intermediate piece 5 inserted there guides the impact force of the ram 3 into the tube assembly via its section engaging in the inner tube 11, while the outer tube 10 is entrained by a driving edge formed as a radial collar of the intermediate piece 5 substantially without applying any force. Therefore, in particular pipes which break otherwise under the influence of impact, such as in particular plastic and ceramic pipes, can be laid directly in the ground 6 via the advance of the inner pipe 11 without being exposed to destructive influences.
  • the soil 6 collecting in the inner tube 11 as a core is emptied, e.g. B. after the pipe assembly 9 has been driven halfway into the soil 6.
  • the inner tube 11 is then emptied and pushed back into the outer tube 10 until it abuts the cutting shoe 8, and the intermediate piece 5 and the ram 3 are inserted into the rear end of the tube assembly 9 for re-ramming.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Einrammen von Rohren in das Erdreich ist es möglich, insbesondere auch Rohre (10), die nicht aus Stahl bestehen, direkt in das Erdreich einzurammen und dabei das sich im Rohrinneren ansammelnde Erdreich zu entfernen, wenn ein Verbund von Rohren (10, 11) eingerammt wird. Den Zusammenhalt des Rohrverbundes beim Einrammen gewährleistet ein Schneidschuh (8), der in Rammrichtung vorne aufgesetzt ist und das Außen- mit einem Innenrohr (10, 11) zentriert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einrammen von Rohren in das Erdreich.
  • Das Einrammen von Stahlrohren, wie beispielsweise Schutz- oder Leitungsrohren, mit Hilfe einer Ramme, deren konische Schlagspitze direkt oder mittels eines Rammaufsatzes in das rückwärtige Ende eines auf Lagerböcken geführten Rohres mit einem das vordere Ende nach innen und außen übergreifenden Schneidschuh eingreift, hat sich in zunehmendem Maße in die Praxis eingeführt.
  • Allerdings ist es bei den bekannten Verfahren aufgrund der sehr hohen Schlagenergie der das Rammrohr in das Erdreich eintreibenden Ramme nicht möglich, Rohre die nicht wie Stahlrohr eine hohe Festigkeit und Zähigkeit besitzen, wie beispielsweise Kunststoff- oder Keramikrohre, direkt in das Erdreich einzurammen. Vielmehr wird in diesem Falle zu­nächst ein Erdkanal mittels z.B. eines Rammbohrgerätes her­gestellt und anschließend das Keramik- oder Kunststoffrohr in den Erdkanal eingezogen, bzw. das zu verlegende Rohr kann sogleich von dem Rammbohrgerät nachgezogen werden. Allerdings sind die mittels eines Rammbohrgerätes herzustel­lenden Erdkanäle im Durchmesser begrenzt. Zum Verlegen ei­nes Rohres von geringer Festig- und Zähigkeit ist es außer­ dem häufig erforderlich, zunächst ein Schutzrohr aus Stahl in das Erdreich einzubringen und erst danach das Kunst­stoff- oder Keramikrohr in das Schutzrohr einzuziehen.
  • Da das Rammrohr vorne bzw. am Schneidschuh offen ist, dringt - abgesehen von den Schwierigkeiten bzw. dem Aufwand beim Verlegen eines Nicht-Stahlrohres - das Erdreich wäh­rend des Rammens immer weiter in das Rohrinnere ein, wäh­rend der Schneidschuh das das Rohr umgebende Erdreich ver­dichtet und infolge seines im Vergleich zum Rohr größeren Durchmessers einen Erdkanal schafft, in dem sich das Ramm­rohr unter den Schlägen der Ramme mit verhältnismäßig ge­ringer Mantelreibung vorwärtsbewegt.
  • In dem Maße, wie sich das Rohrinnere bei zunehmendem Ramm­fortschritt mit Erdreich füllt, erhöht sich auch die Erd­reichreibung an der Rohrinnenwand; dies insbesondere, wenn sich das Erdreich im Rohrinnern unter dem Einfluß der Ramm­schläge und des vom vorderen Rohrende eindringenden Erd­reichs immer mehr verdichtet. Des weiteren wird das im Rohrinnern befindliche Erdreich bei der Vorwärtsbewegung des Rohrs zwangsläufig mitbeschleunigt. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt ein zusätzlicher Energieaufwand.
  • Es sind eine Reihe von Verfahren zum Entfernen des Erd­reichs aus dem Rohrinneren bekannt. So läßt sich das Erd­reich beispielsweise mit Hilfe einer angetriebenen Schnecke aus dem Rohrinnern entfernen. Das erfordert aber ebenso wie ein Ausspülen des Erdreichs mit Hochdruckwasser einen zu­sätzlichen, hohen apparativen Aufwand. Bei einem anderen Verfahren zum Entfernen des Erdreichs aus dem Rohrinnern wird nach Beendigung des Rammens in das vordere Rohrende eine an der Rohrinnenwandung dichtend anliegende Schubschei­ be eingesetzt und das in Rammrichtung vor der Scheibe liegende Rohrinnere unter Druckluft gesetzt, um mit Hilfe der sich unter dem Einfluß der Druckluft durch das Rohr bewegenden Schubscheibe das Erdreich gegen die Rammrichtung aus dem Rohrinnern herauszupressen. Dieses Verfahren ist ebenfalls aufwendig und läßt sich zudem angesichts der Erdreichreibung an der Rohrinnenwand nur bei kurzen Rohrlän­gen und geringem Reibungswiderstand durchführen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne Schwierigkei­ten das Einrammen von Rohren, die nicht aus Stahl bestehen, direkt in das Erdreich und außerdem das Entfernen des sich im Rohrinneren ansammelnden Erdreichs ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verbund aus Rohren eingerammt wird. Hierbei empfiehlt es sich, die vorzugsweise konzentrisch ineinandergesetzten Roh­re in ihrer Lage zueinander zu zentrieren und die Vor­triebskraft vorzugsweise über das Innenrohr in den Rohrver­bund einzuleiten. Indem von zwei Rohren das äußere im Erdreich verbleibt, lassen sich ohne zusätzlichen Arbeits­gang Rohre direkt in das Erdreich einbringen. Die Rohre werden dabei von einer Startgrube aus bis zu einer Zielgru­be eingerammt. Da die Rammrohre nur eine begrenzte Länge besitzen, läßt sich die Außenrohrleitung aus mehreren Ramm­rohren zusammenstecken. Wenn die Vortriebskraft über das vorzugsweise aus Stahl bestehende Innenrohr aufgebracht wird, kann das Außenrohr insbesondere ein Kunststoff- oder Keramikrohr sein, das sich somit in das Erdreich einbringen läßt, ohne Beschädigungen durch die Schläge der Ramme zu erleiden. Entsprechend der Entfernung von der Start- bis zur Zielgrube, lassen sich mehrere einzelne Rohre bzw. Rohrschüsse zu einem Rohrstrang zusammenfügen.
  • Vorzugsweise werden die Rohre schrittweise eingerammt, wo­bei nach jedem Schritt das mit Erdreich gefüllte Innenrohr herausgezogen, entleert und wieder eingesetzt wird. Auf diese Weise lassen sich die Außenrohre bei gleichzeitiger Bodenentnahme in das Erdreich einbringen. Denn es läßt sich auf diese Weise eine Zwischen- bzw. Teilentleerung errei­chen, wenn das innere Rohr, beispielsweise nachdem es zur Hälfte in das Erdreich eingerammt ist, aus dem äußeren Rohr herausgezogen und der darin befindliche Erdkern entfernt wird. Das Innenrohr läßt sich beispielsweise mit einem Greifzug oder einer Winde herausziehen. Aufgrund des - schrittweisen Rohrvortriebs mit Zwischenentleerungen des Innenrohrs bildet sich nicht mehr wie bei bekannten Rammver­fahren im Rammrohr ein der gesamten Länge des Rammrohres entsprechender und folglich mit zu beschleunigender Erdkern aus, so daß erfindungsgemäß demgegenüber geringere Vor­triebskräfte zum Einrammen ausreichen. Nach jeder Zwischen­entleerung wird das leere Innenrohr wieder in das Außenrohr geschoben. Nach jeder Teilentleerung ergibt sich auf ein­fache Weise die Möglichkeit, eine Richtungskontrolle des Rohres vorzunehmen, beispielsweise mittels Laserstrahlen. Nachdem der Rohrverbund die Zielgrube erreicht hat, wird das Innenrohr mit dem darin befindlichen Erdkern aus dem Außenrohr herausgezogen, und im Erdreich verbleibt die fer­tig erstellte Außenrohrleitung.
  • Ein in Rammrichtung vorne auf ein Außen- und ein darin vorzugsweise konzentrisch angeordnetes Innenrohr aufgesetz­ter Schneidschuh kann die Rohre zentrieren. Auf diese Weise läßt sich ein zwar lösbarer, während des Einrammens jedoch fester Verbund der beiden Rohre erreichen, von denen das Außenrohr ein Kunststoff- oder Keramikrohr sein kann, d.h. ein Rohr, das sich wegen der stets akuten Bruchgefahr mit den üblichen Rammverfahren nicht direkt in das Erdreich einrammen läßt.
  • Der Schneidschuh läßt sich vorteilhaft mit einem Stufenkra­gen versehen und besitzt einen Innendurchmesser, der nicht größer als der Außendurchmesser des Innenrohres ist. Der Stufenkragen erlaubt es, beide Rohre gleichzeitig zu zen­trieren, und zwar umschließt der in Schlagrichtung vordere Abschnitt des Stufenkragens das gegenüber dem Außenrohr vorstehende Innenrohr, während der hintere Stufenabschnitt das Außenrohr umschließt. Mit der Begrenzung des Innendurch­messers des Schneidschuhs wird erreicht, daß kein Erdreich in den Ringspalt zwischen dem Innen- und dem Außenrohr eindringt.
  • Wenn der Scheidschuh Austrittsöffnungen aufweist, läßt sich zur Verringerung der Reibung zwischen dem Erdreich und dem Außenrohr von der Startgrube aus eine Gleitflüssigkeit über diese Öffnungen zuführen.
  • Es empfiehlt sich, daß aneinandergesetzte Innenrohre an ihren Stoßstellen fest miteinander verbunden sind. Die Rohr­stöße der bis zur Fertiglänge zusammengesetzten einzelnen Innenrohre lassen sich beispielsweise mit einem Gewinde versehen und miteinander verschrauben oder durch Ver­schweißen dauerhaft miteinander verbinden.
  • Vorzugsweise kann ein auf einer Ramme angeordnetes, in das rückwärtige Ende des Innenrohres eingreifendes Zwischen­stück einen das Innenrohr radial überkragenden, vorteilhaft als Mitnehmerkante ausgebildeten Mitnehmer aufweisen. Wäh­rend das z.B. entweder auf der Schlagspitze oder dem rück­wärtigen Ende der Ramme angeordnete Zwischenstück mit sei­nem vorderen Abschnitt in das Rohr eingreift, bleibt die Mitnehmerkante außerhalb des Rohres und korrespondiert mit der Stirnfläche des Außenrohres. Im Betrieb der Ramme spreizt sich der in das Innenrohr eingreifende Abschnitt des Zwischenstücks radial auf und verbindet sich innig mit der Wandung des Innenrohres; die Schlagenergie wird somit in das Innenrohr eingeleitet, und die Kante nimmt das Außenrohr, ohne Schlagenergie auf dieses zu übertragen, mit.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. Beim horizontalen Rammen greift ein in einer Startgrube 1 auf einem Lagerbock 2 geführte Ramme 3 mit ihrer Schlag­spitze 4 über ein Zwischenstück 5 in das rückwärtige Ende eines in das Erdreich 6 einzurammenden, auf Lagerböcken 7 geführten und am vorderen Ende mit einem Schneidschuh 8 versehenen Rohrverbundes 9 ein. Der Rohrverbund 9 besteht aus einem Außenrohr 10, beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik, und einem Innenrohr 11, vorzugsweise aus Stahl.
  • Das konzentrisch in das Außenrohr 10 eingesetzte Innenrohr 11 ragt in Schlag- bzw. Rammrichtung 12 aus dem Außenrohr 10. Der dort auf den Rohrverbund 9 aufgesteckte Schneid­schuh 8 zentriert gleichzeitig beide Rohre 10, 11, wozu er einen Stufenkragen 13 aufweist, der mit seinem in Schlag­richtung 12 vorderen Stufenabschnitt das vorkragende Ende des Innenrohres 11 und mit seinem hinteren Stufenabschnitt 14, der einen größeren Durchmesser als der vordere Ab­schnitt aufweist, das Außenrohr 10 umschließt. Der Innen­durchmesser 15 des Schneidschuhs 8 ist nicht größer als der Außendurchmesser des Innenrohres 11, so daß kein Erdreich in den radialen Spalt 16 zwischen den konzentrisch ineinan­dergesetzten Rohren 10, 11 eindringen kann. Außerdem ist der Schneidschuh 8 mit nach Art eines Ringkanals miteinan­der verbundenen Austrittsöffnungen 17 versehen, von denen sich eine Gleitmittelleitung 18 durch das Zwischenstück 5 hindurch bis in die Startgrube 1 erstreckt. Am rückwärti­gen, d.h. der Ramme 3 zugewandten Ende des Rohrverbundes 9 schließen die Rohre 10, 11 bündig ab, und das dort einge­setzte Zwischenstück 5 leitet die Schlagkraft der Ramme 3 über seinen in das Innenrohr 11 eingreifenden Abschnitt in den Rohrverbund ein, während das Außenrohr 10 von einer als radialer Kragen des Zwischenstücks 5 ausgebildeten Mitneh­merkante im wesentlichen ohne Kraftbeaufschlagung mitgenom­men wird. Daher lassen sich insbesondere ansonsten unter Schlageinwirkung zerbrechende Rohre, wie insbesondere Kunst­stoff- und Keramikrohre, über den Vortrieb des Innenrohres 11 direkt im Erdreich 6 verlegen, ohne zerstörenden Ein­flüssen ausgesetzt zu sein.
  • Beim Einrammen des Rohrverbundes 9 in das Erdreich 6 wird das sich im Innenrohr 11 als Kern sammelnde Erdreich 6 zwischenentleert, z. B. nachdem der Rohrverbund 9 bis zur Hälfte in das Erdreich 6 eingerammt worden ist. Zum Entlee­ren werden die Ramme 3 und das Zwischenstück 5 aus dem Rohr 10 gezogen, beispielsweise mittels einer nicht dargestell­ten Winde; anschließend wird das Innenrohr 11 entleert und wieder in das Außenrohr 10 bis zur Anlage am Schneidschuh 8 eingeschoben sowie das Zwischenstück 5 und die Ramme 3 zum erneuten Einrammen in das rückwärtige Ende des Rohrverbun­des 9 eingesetzt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Einrammen von Rohren in das Erdreich, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbund von Rohren (10, 11) eingerammt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10, 11) in ihrer Lage zueinander zentriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Vortriebskraft über das Innenrohr (11) in den Rohrverbund (9) eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Erdreich ge­füllte Innenrohr (11) herausgezogen und entleert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Vortriebs des Außenrohres nach dem Herausziehen des Innenrohres kontrolliert wird.
6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Rammrich­tung (12) vorne auf ein Außen- und ein Innenrohr (10, 11) aufgesetzter Schneidschuh (8) die Rohre (10, 11) zentriert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (15) des Schneidschuhs (8) nicht größer als der Außendurchmesser des Innenrohres (11) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Schneidschuh (8) Austrittsöffnungen (17) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidschuh (8) einen Stufenkragen (13) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) aus Kunststoff oder Keramik besteht.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (11) an ihren Stoßstellen fest miteinander verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf einer Ramme (3) angeordnetes, in das rückwärtige Ende des Innenrohres (11) eingreifendes Zwischenstück (5) einen das Innenrohr (11) radial überkragenden Mitnehmer (19) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch, eine Mitnehmerkante (19) des Zwischenstücks (5).
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