EP0795678A1 - Device for enlarging the cross-section of a pilot borehole - Google Patents
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Definitions
- an expansion device in which an expansion head designed as a removal tool is arranged on a tubular thrust and / or rotary driven linkage.
- the expanding head has an inclined surface and peels the one surrounding the pilot hole Soil from.
- the linkage is rotatably connected at a distance behind the expanding head to an adapter piece, the end wall of which facing the expanding head is provided with inlet openings for the soil detached from the expanding head.
- the soil entering the adapter piece through the openings is discharged via a pull pipe connected to the adapter piece, which also serves as a product pipe.
- the cross-section of the clearing head openings should be smaller than the cross-section of the overburden pipe. This is necessary so that the stones penetrating through the openings can also pass through the overburden pipe. This is very important, especially in gravel soils or rough soils, where the conventional method of material removal does not work via the pipe.
- the land channels 11 in the clearing head of FIG. 3 are provided with peripheral nozzles 22, from which the flushing liquid reaches the narrow annular space between the product pipe 19 and the surrounding earth.
- the flushing liquid not only reduces the skin friction, but also stabilizes the earth hole created by the clearing head 1, which is relatively rough due to the influence of the mining tools 13.
- Web nozzles 23 opening into the interior of the clearing head, together with the head nozzle 10, promote the central removal of the soil from the clearing head 1 via the intermediate piece 15 into the clearing pipe 17.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vergrößern des Querschnitts einer Pilotbohrung oder Erneuern einer alten Rohrleitung mit Hilfe eines Räumkopfes (4). Dieser Räumkopf ist käfigartig ausgebildet und drehbar auf einem Zwischenstück gelagert, das zum Anschließen eines Abraumrohrs und eines Produktrohrs dient. Am Räumkopf angeordnete Abbauwerkzeuge (5,13) zerstören die alte Rohrleitung und/oder lösen das die Pilotbohrung umgebende Erdreich, das über Räumkopföffnungen (4) unter dem Einfluß einer Spülflüssigkeit in das Räumkopfinnere gelangt und von dort über das Abraumrohr (17) abgefördert wird. <IMAGE>The invention relates to a device for enlarging the cross section of a pilot hole or renewing an old pipeline with the help of a clearing head (4). This clearing head is cage-like and rotatably mounted on an intermediate piece, which is used to connect a waste pipe and a product pipe. Removal tools (5, 13) arranged on the clearing head destroy the old pipeline and / or loosen the soil surrounding the pilot hole, which reaches the inside of the clearing head through clearing openings (4) under the influence of a rinsing liquid and is removed from there via the clearing pipe (17). <IMAGE>
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vergrößern des Querschnitts einer Pilotbohrung oder Erneuern von Altrohren.The invention relates to a device for increasing the cross section of a pilot hole or renewing old pipes.
Vorrichtungen dieser Art sind bekannt und bedienen sich zumeist eines Kegels, der mit Hilfe eines Windenseils oder auch mit Hilfe eines Dreh/Zug-Gestänges durch die Pilotbohrung gezogen wird. Die Pilotbohrung kann dabei mit Hilfe eines geschlossenen Kegels durch seitliches Verdrängen des Erdreichs aufgeweitet werden.Devices of this type are known and mostly use a cone which is pulled through the pilot bore with the aid of a winch rope or with the aid of a rotating / pulling rod. The pilot hole can be expanded with the help of a closed cone by displacing the soil from the side.
Aus der deutschen Patentschrift 42 20 430 ist aber auch bereits eine Aufweitvorrichtung bekannt, bei der auf einem rohrförmigen schub- und/oder drehangetriebenen Gestänge ein als Abbauwerkzeug ausgebildeter Aufweitkopf angeordnet ist. Der Aufweitkopf besitzt eine Schrägfläche und schält das die Pilotbohrung umgebende Erdreich ab. Um dieses Erdreich abzufördern, ist das Gestänge mit Abstand hinter dem Aufweitkopf drehbar mit einem Adapterstück verbunden, dessen dem Aufweitkopf zugewandte Stirnwandung mit Eintrittsöffnungen für das von dem Aufweitkopf gelöste Erdreich versehen ist. Das durch die Öffnungen in das Adapterstück eintretende Erdreich wird über ein mit dem Adapterstück verbundenes Nachziehrohr abgefördert, das gleichzeitig als Produktrohr dient.From the German patent specification 42 20 430, however, an expansion device is already known, in which an expansion head designed as a removal tool is arranged on a tubular thrust and / or rotary driven linkage. The expanding head has an inclined surface and peels the one surrounding the pilot hole Soil from. In order to discharge this soil, the linkage is rotatably connected at a distance behind the expanding head to an adapter piece, the end wall of which facing the expanding head is provided with inlet openings for the soil detached from the expanding head. The soil entering the adapter piece through the openings is discharged via a pull pipe connected to the adapter piece, which also serves as a product pipe.
Um das Abfördern des Erdreichs durch das Nachziehrohr zu erleichtern, kann dem Adapterstück über das rohrförmige Gestänge eine Spülflüssigkeit, beispielsweise eine Bentonit-Suspension zugeführt werden. Wie das im einzelnen geschieht, gibt die Patentschrift jedoch nicht an.In order to facilitate the removal of the soil through the pull pipe, a flushing liquid, for example a bentonite suspension, can be fed to the adapter piece via the tubular rod. However, the patent specification does not specify how this happens in detail.
Ein gewisser Nachteil der bekannten Vorrichtung ergibt sich daraus, daß deren sich drehendes Abbauwerkzeug mit Abstand vor dem sich nicht drehenden Adapterstück angeordnet ist. Das führt dazu, daß sich vor dem Adapterstück zwangsläufig gelöstes Erdreich sammelt, das zwangsläufig eine gewisse Verdichtung erfährt und demgemäß nicht mehr oder nur zum Teil in das Adapterstück eintritt und daher auch nur zum Teil durch das Nachziehrohr abgefördert wird. Das nicht in das Adapterstück eintretende Erdreich wird außen über das Adapterstück und das sich anschließende Nachziehrohr abgefördert. Das führt zu Schwierigkeiten, weil der Aufweitkopf einen nur wenig größeren Durchmesser als das Adapterstück und das Nachziehrohr besitzt. Demgemäß existiert zwischen dem Aufweitkopf und dem Nachziehrohr und der von dem Aufweitkopf geschaffenen Erdbohrung nur ein schmaler Ringkanal, durch den das Erdreich abgefördert werden muß. Um die Mantelreibung zwischen Erdreich und Adapterstück sowie Nachziehrohr zu verringern und insbesondere auch Verstopfungen zu vermeiden, muß der Ringkanal mit verhältnismäßig großen Mengen Spülflüssigkeit versorgt werden. Diese Spülflüssigkeitsmengen müssen durch das rohrförmige Bohrgestänge angefördert werden und führen in dem das Anschlußstück und das Nachziehrohr umgebenden Ringraum zu unkontrollierten Freispülungen und damit zum Entstehen von Hohlräumen, die dann später Ursache für Bodensetzungen und dadurch verursachte Schäden an Fahrbahnen oder Gebäuden sein können.A certain disadvantage of the known device results from the fact that its rotating removal tool is arranged at a distance from the non-rotating adapter piece. The result is that inevitably loosened soil collects in front of the adapter piece, which inevitably undergoes a certain degree of compaction and accordingly no longer or only partially enters the adapter piece and is therefore only partially conveyed through the pull pipe. The soil that does not enter the adapter piece is removed from the outside via the adapter piece and the subsequent pull pipe. This leads to difficulties because the expanding head is only slightly larger in diameter than the adapter piece and the pulling tube. Accordingly, there is between the expansion head and the draw tube and the borehole created by the expanding head is only a narrow ring channel through which the soil must be removed. In order to reduce the skin friction between the soil and adapter piece and pulling pipe and in particular to avoid blockages, the ring channel must be supplied with relatively large amounts of flushing liquid. These amounts of flushing liquid must be pumped through the tubular drill pipe and lead to uncontrolled flushing in the annular space surrounding the connecting piece and the pulling pipe and thus to the formation of cavities, which can later be the cause of subsidence and the resulting damage to roadways or buildings.
In rölligen Böden bildet sich häufig überhaupt kein Ringkanal, zumindest kein stabiler Ringkanal, selbst dann, wenn eine stabilisierende Bentonit-Suspension oder Polymerlösung eingespült wird. Hinzu kommt, daß in solchen Böden wie auch in porösen Böden ein großer Teil der Spülflüssigkeit versickert, daher verlorengeht und das Erdreich verunreinigt. Zudem besteht beim Außenabfördern des Erdreichs kaum eine Möglichkeit, die Spülflüssigkeit aufzufangen und einen wesentlichen Teil für eine Wiederverwendung zurückzugewinnen.In rough soils, no ring channel is formed at all, at least not a stable ring channel, even if a stabilizing bentonite suspension or polymer solution is flushed in. In addition, in such floors as well as in porous floors, a large part of the flushing liquid seeps away and is therefore lost and contaminates the soil. In addition, when the soil is removed from the outside, there is hardly any possibility of collecting the rinsing liquid and recovering an essential part for reuse.
Die durch das Gestänge angelieferte Spülflüssigkeitsmenge reicht häufig nicht aus, um im Ringkanal, durch den das Bohrklein mit der Spülflüsssigkeit abgefördert wird, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen, die ein Verstopfen beim Abtansport verhindert. Heute ist es möglich, mit immer leistungsfähigeren Bohranlagen Pilotbohrungen über Längen bis 500 m zu erstellen. Probleme gibt es dann häufig mit dem Abtransport des Erdreichs über solch großen Entfernungen. Daraus ergibt sich eine praktische Grenze für die Länge der einzuziehenden neuen Leitung.The amount of flushing liquid supplied by the linkage is often not sufficient to achieve a sufficient flow rate in the ring channel through which the cuttings are carried away with the flushing liquid, which prevents clogging during discharge. Today it is possible with more powerful Drilling systems to create pilot holes over lengths of up to 500 m. Problems then often arise with the removal of the soil over such large distances. This results in a practical limit for the length of the new line to be pulled.
Um die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden, liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Aufweitvorrichtung zu schaffen, die ein möglichst weitgehendes Innenabfördern des bei der Querschnittsvergrößerung oder beim Ersetzen eines Altrohres abgebauten Erdreichs erlaubt.In order to avoid the above-mentioned disadvantages, the invention is based on the problem of creating an expansion device that allows the greatest possible internal removal of the soil that has been removed when the cross-sectional area is enlarged or when an old pipe is replaced.
Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, das Erdreich mit Hilfe eines Räumkopfs abzubauen und kontrolliert, zentral abzufördern.The solution to this task is based on the idea of mining the soil with the help of a clearing head and removing it in a controlled manner.
Dies geschieht bei einer Vorrichtung zum Vergrößern des Querschnitts einer Pilotbohrung oder Ersetzen einer Altleitung erfindungsgemäß mit einem drehbaren Räumkopf mit in das Räumkopfinnere mündenden Öffnungen, einem mit dem Räumkopf verbundenen Abraumrohr und einem mit dem Räumkopf einerseits sowie einem Drehantrieb andererseits verbundenen Zuggestänge.This is done in a device for enlarging the cross section of a pilot hole or replacing an old line according to the invention with a rotatable clearing head with openings opening into the clearing head interior, a clearing pipe connected to the clearing head and a pulling rod connected to the clearing head on the one hand and a rotary drive on the other hand.
Die Räumkopföffnungen sollten im Querschnitt kleiner sein als der Querschnitt des Abraumrohrs. Das ist notwendig, damit die durch die Öffnungen eindringenden Steine auch das Abraumrohr durchwandern können. Gerade in Kiesböden bzw. rölligen Böden, wo die herkömmliche Methode des Materialsabförderns außen über das Rohr nicht funktioniert, ist das sehr wichtig,The cross-section of the clearing head openings should be smaller than the cross-section of the overburden pipe. This is necessary so that the stones penetrating through the openings can also pass through the overburden pipe. This is very important, especially in gravel soils or rough soils, where the conventional method of material removal does not work via the pipe.
Der Räumkopf kann dabei drehbar auf einem Zwischenstück gelagert sein, das mit einem Anschluß für das Abraumrohr und gegebenenfalls auch mit einem Anschluß für ein Produktrohr und auch eine Leitung für Spülflüssigkeit versehen ist. Um das Abbauen des die Pilotbohrung umgebenden Erdreichs zu erleichtern und ein verhältnismäßig gut fließfähiges Erdreich zu schaffen, kann der Räumkopf als Abbauwerkzeug ausgebildet oder mit Abbauwerkzeugen, beispielsweise Schneiden versehen sein. Der Räumkopf kann eiförmig ausgebildet und/oder mit einem ihm in der Pilotbohrung oder dem Altrohr vorauseilenden Führungskörper versehen sein.The clearing head can be rotatably mounted on an intermediate piece which is provided with a connection for the waste pipe and optionally also with a connection for a product pipe and also a line for rinsing liquid. In order to facilitate the removal of the soil surrounding the pilot bore and to create a relatively free-flowing soil, the clearing head can be designed as a removal tool or can be provided with removal tools, for example cutting edges. The clearing head can be egg-shaped and / or can be provided with a guide body leading it in the pilot hole or the old pipe.
Eine weitere Verbesserung beim Abfördern des Erdreichs ergibt sich, wenn der Räumkopf mit nach innen und/oder nach außen gerichteten Düsen versehen ist, die über ein rohrförmiges Zug/Drehgestänge und im Räumkopf angeordnete Kanäle mit einer Spülflüssigkeit versorgt werden. Die Außendüsen können radial angeordnet oder auch so gerichtet sein, daß die austretende Spülflüssigkeit aufgrund von Rückstoßkräften als unterstützender Strahlantrieb für den Räumkopf dient und/oder den Abbau sowie den Abtransport des Erdreichs fördert.A further improvement in the removal of the soil results if the clearing head is provided with inwardly and / or outwardly directed nozzles which are supplied with a flushing liquid via a tubular train / rotating rod and channels arranged in the clearing head. The outer nozzles can be arranged radially or in such a way that the flushing liquid escaping serves as a supporting jet drive for the clearing head due to recoil forces and / or promotes the removal and removal of the soil.
Um das das Nachziehrohr umgebende Erdreich zu stabilisieren und gleichzeitig auch die äußere Mantelreibung zu verringern, kann der Räumkopf achsparallel nach hinten bzw. in Richtung des Nachziehrohrs gerichtete Düsen besitzen. Diese Düsen versorgen den schmalen Ringraum mit Spülflüssigkeit, den der Räumkopf aufgrund seines im Vergleich zu dem Nachziehrohr etwas größeren Außendurchmessers schafft.In order to stabilize the soil surrounding the pulling pipe and at the same time to reduce the external jacket friction, the clearing head can have nozzles directed axially parallel to the rear or in the direction of the pulling pipe. These nozzles supply the narrow annular space with flushing liquid, which the clearing head creates its slightly larger outer diameter compared to the draw tube.
Als Spülflüssigkeit eignet sich eine Betonitsupension mit schmierender, aber auch das die Erdbohrung umgebende Erdreich stützender Wirkung. Anstelle einer Spülflüssigkeit läßt sich über das Gestänge oder eine durch das Nachziehrohr verlaufende besondere Leitung auch eine den Ringraum zwischen dem Nachziehrohr und dem umgebenden Erdreich verfüllende gegebenenfalls aushärtende und/oder schmierend wirkende fluide oder pastöse Masse einbringen. Die Verwendung weiterer Hilfsstoffleitungen neben dem Bohrgestänge erlaubt es, mit unterschiedlichen Fluiden und unterschiedlichen Drücken für unterschiedliche Aufgaben wie Kühlen, Schmieren, Abbauen und Verbessern des Fließvermögens zu arbeiten. Besteht das Zuggestänge aus konzentrischen Rohren, dann lassen sich damit mehrere Fluide zum Räumkopf bringen. Schließlich läßt sich auch der Ringraum zwischen dem Abraumrohr und dem Produktrohr, oder mindestens eines von mehreren als Rohrbündel nachgezogenen Rohren für das Einbringen eines Arbeitsfluids nutzen.A concrete suspension with lubricating, but also supporting the soil surrounding the borehole is suitable as a flushing liquid. Instead of a flushing liquid, a hardening and / or lubricating fluid or pasty mass, which may fill the annular space between the pulling pipe and the surrounding soil, can also be introduced via the linkage or a special line running through the pulling pipe. The use of additional auxiliary lines in addition to the drill pipe makes it possible to work with different fluids and different pressures for different tasks such as cooling, lubricating, dismantling and improving the fluidity. If the drawbar consists of concentric tubes, then several fluids can be brought to the clearing head. Finally, the annular space between the overburden pipe and the product pipe, or at least one of several pipes drawn as a tube bundle, can also be used for introducing a working fluid.
Das Nachziehrohr kann Außenrippen aufweisen, die ein Mitdrehen zusammen mit dem Räumkopf verhindern. Des weiteren können die Räumkopföffnungen mit einer Klappe oder einer Art Rückschlagventil versehen sein, die verhindern, daß ein dem Abfördern dienendes Fluid aus dem Räumkopf nach außen in das Erdreich gelangt.The draw tube can have outer ribs that prevent it from turning together with the clearing head. Furthermore, the clearing head openings can be provided with a flap or a type of check valve, which prevent a fluid that is used for conveying out from the clearing head from reaching the ground into the outside.
Das Abfördern des Erdreichs läßt sich dadurch verbessern, daß im Räumkopf oder im Zwischenstück oder auch in dem Abraumrohr eine der Vertriebsrichtung engegengesetzt gerichtete Düse und/oder eine beispielsweise über das Zug/Drehgestänge angetriebene Förderschnecke angeordnet ist.The removal of the soil can be improved by arranging a nozzle directed in the opposite direction to the distribution direction and / or a screw conveyor driven, for example, by means of the pull / rotating linkage, in the clearing head or in the intermediate piece or also in the overburden pipe.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- einen axialen Längsschnitt durch einen Räumkopf mit einem Zwischenstück nach der Linie I-I in Fig. 2,
- Fig. 2
- einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
- Fig. 3
- einen ähnlichen, jedoch zusätzlich mit peripheren Düsen versehenen Räumkopf und
- Fig. 4
- einen Räumkopf mit mechanischer Innenabförderung.
- Fig. 1
- 3 shows an axial longitudinal section through a clearing head with an intermediate piece along the line II in FIG. 2,
- Fig. 2
- 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1,
- Fig. 3
- a similar clearing head but with additional peripheral nozzles and
- Fig. 4
- a clearing head with mechanical internal removal.
Der Räumkopf 1 ist käfigartig ausgebildet und besteht aus Längsstegen 2 und Querstegen 3, die Öffnungen 4 für das Erdreich bilden. Die Längsstege 2 laufen in der Räumkopfspitze zusammen, die mit achsparallelen Schneiden 5 besetzt ist und ein Anschlußstück 6 für ein die Pilotbohrung 8 oder ein Altrohr durchragendes Rohrgestänge 7. Durch die Räumkopfspitze führt ein Kanal 9 für Spülflüssigkeit zu einer Düse 10 im Innern des Räumkopfes 1. Von diesem Kanal 9 zweigen Seitenkanäle 11 ab, über die Manteldüsen 12 in den Längsstegen 2 mit Spülflüssigkeit versorgt werden. Die Längsstege 2 sind des weiteren mit Abbauwerkzeugen 13 besetzt, die das die Pilotbohrung 8 umgebende Erdreich oder ein Altrohr in unmittelbarer Nähe der Räumkopföffnungen 4 abbauen.The clearing
Der Räumkopf 1 ist mit Hilfe eines Wälzlagers 14 drehbar auf einem Zwischenstück 15 gelagert, das mit dem Flansch 16 eines Abraumrohrs 17 verschraubt und mit einem Anschluß 18 für ein Produktrohr 19 versehen ist. Der Anschluß 18 besteht aus einem Mantelstück 20 und einer innenliegenden Stützhülse 21, die zwischen sich das vordere Ende des Produktrohrs 19 aufnehmen.The
Durch den Ringraum zwischen dem Abraumrohr 17 und dem Produktrohr 19 erstreckt sich eine Flüssigkeitsleitung 24 bis zu einem Ringkanal 25, von dem aus Düsen 26 abgehen, über die den Abraum im Zwischenstück 15 und im Abraumrohr 17 ein das Abfördern erleichternde Flüssigkeit, beispielsweise Wasser zugeführt wird.A
Beim Aufweiten der Pilotbohrung 8 lösen die Schneiden 5 und die Werkzeuge 13 das die Pilotbohrung 8 umgebende Erdreich im Zusammenwirken mit der aus den Räumkopfdüsen 12 austretenden Spülflüssigkeit. Dieses Erdreich gelangt unmittelbar nach dem Lösen durch die Öffnungen 4 in das Räumkopfinnere, von wo es unter dem Einfluß der durch die Kopfdüse 10 eintretenden Spülflüssigkeit und der mitgeführten Spülflüssigkeit aus den Manteldüsen bei verhältnismäßig geringer Reibung durch das Zwischenstück 15 und das Abraumrohr 17 abgefördert wird.When the pilot bore 8 widens, the
Um die Mantelreibung zwischen dem Produktrohr 19 und dem umgebenden Erdreich zu verringern, sind die Stegkanäle 11 bei dem Räumkopf der Fig. 3 mit peripheren Düsen 22 versehen, aus denen die Spülflüssigkeit in den schmalen Ringraum zwischen dem Produktrohr 19 und dem umgebenden Erdreich gelangt. Hier setzt die Spülflüssigkeit nicht nur die Mantelreibung herab, sondern stabilisiert auch die von dem Räumkopf 1 geschaffene Erdbohrung, die aufgrund des Einflusses der Abbauwerkzeuge 13 verhältnismäßig rauh ist. In das Räumkopfinnere mündende Stegdüsen 23 begünstigen zusammen mit der Kopfdüse 10 das zentrale Abfördern des Erdreichs aus dem Räumkopf 1 über das Zwischenstück 15 in das Abraumrohr 17.In order to reduce the skin friction between the
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Räumkopf ist zur weiteren Verbesserung des Abförderns des Abraums im Produktrohr eine Förderschnecke 28 angeordnet, die von der Startgrube aus über ein Gestänge angetrieben ist. Eine solche Förderschnecke empfiehlt sich insbesondere bei großen Bohrlängen wegen der mit der Förderstreckenlänge zunehmenden Mantelreibung im Abraumrohr.In the clearing head shown in FIG. 4, a
Durch den Ringraum zwischen den beiden Nachziehrohren 17,19 führt eine Fluidleitung 24 zu einem Ringkanal 25 mit Düsen 26, aus denen das Fluid in Richtung des abzufördernden Erdreichs ausströmt.A
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