EP1310600A1 - Bohrvorrichtung und Bohrverfahren - Google Patents

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EP1310600A1
EP1310600A1 EP02024209A EP02024209A EP1310600A1 EP 1310600 A1 EP1310600 A1 EP 1310600A1 EP 02024209 A EP02024209 A EP 02024209A EP 02024209 A EP02024209 A EP 02024209A EP 1310600 A1 EP1310600 A1 EP 1310600A1
Authority
EP
European Patent Office
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drilling
support tube
linkage
drill string
drilling device
Prior art date
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Granted
Application number
EP02024209A
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English (en)
French (fr)
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EP1310600B1 (de
Inventor
Leonhard Dipl.-Ing. Weixler
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Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
Publication of EP1310600A1 publication Critical patent/EP1310600A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1310600B1 publication Critical patent/EP1310600B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/18—Connecting or disconnecting drill bit and drilling pipe
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting
    • E21B7/027—Drills for drilling shallow holes, e.g. for taking soil samples or for drilling postholes
    • E21B7/028—Drills for drilling shallow holes, e.g. for taking soil samples or for drilling postholes the drilling apparatus being detachable from the vehicle, e.g. hand portable drills
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/12—Underwater drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a drilling device according to the preamble of claim 1 and a drilling method for creating a bore with a support tube according to the preamble of Claim 7.
  • a generic state of the art is based on the DE 27 34 185 C2.
  • An inner drill is inserted into the casing tube using a suspension cable.
  • the rotary drive Located in the cylindrical housing of the drill the rotary drive. Via a clamping device on the housing, the drill on the inside of the Cladding tube clamped close to the bottom of the borehole, so that the torque of the rotary drive is supported on the casing tube becomes.
  • a cased Bore is known from FR 15 09 586 A.
  • a auger is attached with a drill bucket, which is smaller in diameter than a surrounding one Has casing tube.
  • the drill bucket can by means of a clamping device on one guided on the drilling mast Sled to be clamped, using a Locking and unlocking mechanism of the drill bucket from the Drill pipe can be solved.
  • the rotary drive is also housed, which the auger over the linkage drives rotating.
  • a support tube Usually used a auger, the outer diameter adapted to the inside diameter of the support tube is.
  • a auger there is a special one Drilling rig with a vertical mast necessary, on which the auger is guided vertically and is at the same time rotatably driven. Since the vertical mast, which is usually on a mobile Mount is attached, can only be tilted a few degrees can, is the use of a auger in an uneven Terrain or a terrain with large differences in level problematic. If necessary, in such a First drop a horizontal platform on the support tube created for the drilling device with the auger become.
  • the drilling device with a auger not or at most after very lengthy device changes for the previous insertion of the support tube in the floor can be used.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a drilling device and a drilling method which permit efficient drilling of a hole with a support tube.
  • the drilling device according to the invention can be suspended from a Crane are used, so that larger uneven terrain or greater level differences between the Support tube and the drilling device does not affect the Have to carry out the drilling process.
  • the rod of the drilling device is for effective drilling hollow and with at least two fluid lines Mistake.
  • One fluid line can be used to transport the Drill bits are used by the drilling tool.
  • the other Line is used to supply a fluid. On the one hand, this can be a fluid like water or air to help carry it away to support the cuttings.
  • the flush line can but also used to supply a curing suspension so that when pulling out the drilling device from the borehole with the curable suspension, in particular concrete can be filled.
  • the invention Drilling device with an extension frame on the top Edge of the support tube placed on and over this a connecting device releasably attached.
  • the connection device allows a quick release of the non-rotating Connection what together with the continuous suspension efficient creation of the drilling device on the crane allows a variety of holes.
  • the connecting device can have various positive connections or include non-positive locking devices.
  • the connecting device has hydraulic collets with which the Attachable frame can be clamped to an upper edge of the support tube is. Allow hydraulically operated collets quick clamping and releasing with high clamping forces.
  • first port or the second port have a swivel.
  • Rotary joint usually comprises two rotatable to each other and liquid-tight rotating flanges, of which one with the flushing line and the other with the stationary one Line is connected.
  • drilling tools for example a drilling bucket can be used.
  • the drilling tool is a full cut drill head with drill string, and that the drill string is hollow and has two lines, which with the first flush line and the second Flush line in the linkage can be connected.
  • Such one Full cut drill head is especially for machining a hard surface, for example a rock floor, suitable.
  • a bore can also be drilled into a larger one via the flushing line Depth to be brought down.
  • different drilling tools can be attached so that for each layer of soil to be drilled the most suitable drilling tool can be used.
  • the drilling device suspended from a rope on a boom of a crane is that on the side facing the boom a first Traction rope is attached, which extends to the boom, and that on the other side a second pull rope is articulated, which is to the upper end of the boom extends.
  • the one hung on a crane boom Drilling device can thus from two opposite sides be acted upon by pulling ropes and winches. hereby can cause undesirable swaying of the drill can be counteracted and the drilling device can continue simply swiveled to the side of the crane boom and in be held in this pivoted position. In a Such pivoted position can, for example, the Crane via a second winch for positioning and insertion of the support tube can be used without the Drilling device would have to be released from the crane.
  • At least one flushing line is arranged in the hollow rod.
  • the linkage can be a double-walled according to the invention Linkage be formed, the annular Cavity between an inner core and the outer Rod wall forms the flushing line.
  • the other flush line can be on the outside or in a radially inner Cavity of the inner linkage arranged his.
  • the drilling method according to the invention is characterized in that that a previously described drilling device is used and that the drilling device at one Rope of a crane is suspended. This can be an efficient Create a hole with the above Benefits are carried out.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is a first hole inside the support tube is created that a drill head with drill string separated from the drilling device into the support tube is used and that then the drilling device is firmly connected to the drill string via the rods.
  • the first hole can be made with a different drilling tool, like a drill bucket or a auger, be introduced.
  • the drilling tool can be Drilling device attached and with this for making the first hole in, for example be used on a loose surface.
  • This arises there is a free space in the support tube for insertion and adjusting a drill head with drill string used can be.
  • This way is different Drilling tools an efficient drilling progress possible, being a full cut drill head with drill string in particular useful for working on a hard surface is.
  • This method is further developed according to the invention in that that the drill head with the drill string before fastening on the linkage by means of a holding device in the support tube is held in a connecting position, that after the fastening, the holding device is released, while the drill continues to hang on the rope and that afterwards the stacking frame rotates with the support tube is connected. This allows a safe and at the same time fast connection of the drill string of the drill head with the drill string.
  • a particularly efficient fixation of the drill string inside of the support tube for connecting to the linkage achieved according to the invention in that the holding device at least one slide radially movable to the support tube with a holding fork in which a flange of the drill string lies in the holding position.
  • a holding fork in which a flange of the drill string lies in the holding position.
  • the fork width of the holding fork corresponds to the outside diameter of the drill string, whereby the larger diameter flange or collar of the drill string rests on the holding fork (s) and so in a desired stop position is arranged. So it is easy connection to the drill string possible outside the support tube.
  • the pressure on the drilling tool can a telescopic linkage via corresponding hydraulic pressure cylinders be applied.
  • the drill rods when drilling guided axially freely in the stack frame is so that the weight of the rod on the drilling tool suppressed.
  • the drill string can also be used Load weights must be provided, so that a sufficient Pressure for rapid drilling progress on the drilling tool can be exercised.
  • a preferred embodiment of the drilling method according to the invention further consists in the fact that when drilling over the first purge line purge air is supplied while via the second flushing line drill cuttings with liquid and the flushing air be dissipated. Using this procedure is a special one efficient removal of the cuttings possible, so that rapid drilling progress is achieved.
  • To create Foundation piles are already two support tubes 46 in one loose soil layer 3 rammed at the bottom of the water.
  • a drilling tool is inserted into the support tube 46.
  • the Drilling tool which consists of a full-cut drill head 18 with a tubular drill string 19, is by means of of the rope 5 up to a defined height of a larger diameter Collar 21 lowered on the drill string 19.
  • the drilling tool is in this position by means of a holding device 42 fixed.
  • two opposite Carriage 44 which on an annular platform 43 movably supported at the upper end of the support tube 46 are delivered radially to the drill string 19.
  • Holding forks not shown, below the larger diameter Collar 21 to lie so that the collar 21 on the holding forks of the two carriages 44 in the holding position rests.
  • the rope 5 is released from the drilling tool and the Crane 4 can use the drilling device provided on pontoon 2 Record 10.
  • the drilling device 10 is by means of of the crane 4 via the drilling tool fixed in the support tube 46 aligned, which is shown in Fig. 2. Subsequently is on a crane suspension 14 on the rope 5th located drilling device 10 on the upper end of the drill string 19 lowered and rotatably connected to this. If necessary, between the drilling device 10 and the drill string 19 still used additional drill string elements to achieve a desired drilling depth.
  • the drill head 18 with the drill string 19 is on a Mount frame 20 arranged hydraulic drive 16 in rotation offset, the drill head 18 as shown 3 a bottom 3 within the support tube 46 removed and by further lowering a bore 40 into the rocky bottom layer 7.
  • the hole When the hole is completed, it can be used to form a Foundation pile with concrete and, if necessary, with reinforcing steels be provided.
  • the drilling device 10 can then by means of the crane 4 in a simple manner next support tube 46 are transported without a complex Modification and readjustment of pontoon 2 necessary would.
  • a drilling device 10 which is equipped with a drilling bucket 11 is provided as a drilling tool in the previously described Way over a rope 5 on a boom 6 of a crane 4th suspended.
  • a second pull rope 32 is on the boom 6 opposite side of the drilling device 10 articulated. The second pull cable 32 extends from the drilling device 10 to the boom tip 8. This is with a deflection roller provided, which extends beyond the rope 5 from Boom 6 extends away by a defined amount. By corresponding tension of the second pull cable 32 and first pull rope 31 can cause an undesirable pendulum movement the drilling device 10 are counteracted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung und ein Bohrverfahren zum Erstellen einer Bohrung (40) mit einem Stützrohr (46), welches vor einem Aushub in einen Boden eingebracht wird. Die Bohrvorrichtung weist ein Gestänge (12), ein Bohrwerkzeug (18), welches an dem unteren Ende des Gestänges befestigbar ist, einen Aufsatzrahmen (20) zum Aufsetzen auf das Stützrohr, einen Antrieb (16) und eine Verbindungseinrichtung (22) auf, welche zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Stützrohr und dem Aufsatzrahmen dient. Das Gestänge ist hohl ausgebildet und weist eine erste Spülleitung (26) und eine zweite Spülleitung (28) auf. Im Bereich des oberen Endes des Gestänges sind ein erster Anschluss (27) zur Zuführung eines Fluides in die erste Spülleitung und ein zweiter Anschluss (29) vorgesehen, welcher zur Abführung des Bohrkleines über die zweite Spülleitung ausgebildet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Bohrverfahren zum Erstellen einer Bohrung mit einem Stützrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Ein gattungsgemäßer Stand der Technik geht aus der DE 27 34 185 C2 hervor. In ein im Boden angeordnetes Mantelrohr wird über ein Tragkabel ein Innenbohrgerät eingelassen. In dem zylindrischen Gehäuse des Bohrgerätes befindet sich der Drehantrieb. Über eine Klemmvorrichtung am Gehäuse wird das Bohrgerät an der Innenseites des Mantelrohres nahe am Bohrlochgrund festgeklemmt, so dass das Drehmoment des Drehantriebes an dem Mantelrohr abgestützt wird.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer verrohrten Bohrung ist aus der FR 15 09 586 A bekannt. An einem Gestänge ist eine Bohrschnecke mit einem Bohreimer befestigt, welcher einen kleineren Durchmesser als ein umgebendes Mantelrohr hat. Beim Niederbringen der Bohrung fördert die Bohrschnecke des Bodenmaterial in den Bohreimer. Wenn dieser gefüllt ist, wird der Bohreimer zusammen mit der Bohrschnecke aus dem Bohrloch gezogen. Der Bohreimer kann mittels einer Spanneinrichtung an einem am Bohrmast geführten Schlitten festgeklemmt werden, wobei über einen Ver- und Entriegelungsmechanismus der Bohreimer von dem Bohrgestänge gelöst werden kann. An dem am Bohrmast geführten Schlitten ist auch der Drehantrieb untergebracht, welcher die Bohrschnecke über das Gestänge drehend antreibt.
In Bieske, Handbuch des Brunnenbaus, Band 1, Seiten 88, 89, Berlin 1956 wird ein Spülbohrverfahren in einem unverrohrten Bohrloch beschrieben.
Bei der Erstellung von Gründungspfählen für Bauwerksgründungen ist es weiter bekannt, zunächst ein Stützrohr in den Boden, beispielsweise mittels Ramme oder einem Vibrationsbär einzubringen. Der Boden innerhalb des Stützrohres kann dann mittels einer Bohrvorrichtung entfernt werden. Dies ist vor allem bei einem relativ lockeren Boden zweckmäßig, da durch das Stützrohr das Einbrechen der Bohrungswände verhindert wird.
Zum Entfernen des Bodens innerhalb eines Stützrohres wird üblicherweise eine Bohrschnecke verwendet, dessen Außendurchmesser auf den Innendurchmesser des Stützrohres angepasst ist. Beim Einsatz einer Bohrschnecke ist eine spezielle Bohrvorrichtung mit einem vertikalen Mast notwendig, an welchem die Bohrschnecke vertikal verschiebbar geführt und gleichzeitig drehend antreibbar gehaltert ist. Da der vertikale Mast, welcher üblicherweise an einer fahrbaren Lafette angebracht ist, nur um wenige Grad verkippt werden kann, ist der Einsatz einer Bohrschnecke in einem unebenen Gelände oder einem Gelände mit großen Niveauunterschieden problematisch. Gegebenenfalls muss in einem solchen Fall zunächst eine horizontale Plattform an dem Stützrohr für die Bohrvorrichtung mit der Bohrschnecke geschaffen werden.
Weiterhin kann die Bohrvorrichtung mit einer Bohrschnecke nicht oder allenfalls nach sehr langwierigen Geräteveränderungen zum vorausgehenden Einbringen des Stützrohres in den Boden eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Bohrverfahren anzugeben, welche ein effizientes Erstellen einer Bohrung mit einem Stützrohr erlauben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einem Bohrverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist versehen mit
  • einem Gestänge mit einer Kranaufhängung an seinem oberen Ende,
  • einem Bohrwerkzeug, welches an einem unteren Ende des Gestänges befestigbar ist,
  • einem Aufsatzrahmen, in welchem das Gestänge drehbar und axial verschiebbar gehalten ist und welcher zum Aufsetzen auf das Stützrohr ausgebildet ist,
  • einem Antrieb, welcher auf dem Aufsatzrahmen angeordnet ist und zum drehenden Antreiben des Gestänges ausgebildet ist, und
  • einer Verbindungseinrichtung zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Stützrohr und dem Aufsatzrahmen, wobei
  • das Gestänge hohl ausgebildet ist und eine erste Spülleitung und eine zweite Spülleitung aufweist und
  • im Bereich des oberen Endes des Gestänges ein erster Anschluss zur Zuführung eines Fluides in die erste Spülleitung und ein zweiter Anschluss vorgesehen sind, welcher zur Abführung des Bohrkleins über die zweite Spülleitung ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung kann aufgehängt an einem Kran eingesetzt werden, so dass größere Geländeunebenheiten oder größere Niveauunterschiede zwischen dem Stützrohr und der Bohrvorrichtung keinen Einfluss auf die Durchführung des Bohrverfahrens haben. Insbesondere richtet sich die an einem Kranseil aufgehängte Bohrvorrichtung von alleine vertikal aus, so dass aufwändige Justierarbeiten für ein vertikales Bohren entfallen.
Für ein effektives Bohren ist das Gestänge der Bohrvorrichtung hohl ausgebildet und mit zumindest zwei Fluidleitungen versehen. Die eine Fluidleitung kann zum Transport des Bohrkleins vom Bohrwerkzeug eingesetzt werden. Die andere Leitung dient zur Zuführung eines Fluides. Dies kann einerseits ein Fluid wie Wasser oder Luft sein, um den Abtransport des Bohrkleins zu unterstützen. Die Spülleitung kann aber auch zur Zuführung einer aushärtenden Suspension eingesetzt werden, so dass beim Herausziehen der Bohrvorrichtung aus der Bohrung diese mit der aushärtbaren Suspension, insbesondere Beton aufgefüllt werden kann. Um trotz der Kranaufhängung eine zuverlässige Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeug sicherzustellen, wird die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung mit einem Aufsatzrahmen auf den oberen Rand des Stützrohres aufgesetzt und an diesem über eine Verbindungseinrichtung lösbar befestigt. Die Verbindungseinrichtung erlaubt ein schnelles Lösen der drehfesten Verbindung, was zusammen mit der kontinuierlichen Aufhängung der Bohrvorrichtung an dem Kran ein effizientes Erstellen einer Vielzahl von Bohrungen erlaubt.
Die Verbindungseinrichtung kann verschiedene formschlüssige oder kraftschlüssige Verriegelungseinrichtungen umfassen. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Verbindungseinrichtung hydraulische Spannzangen aufweist, mit welchen der Aufsatzrahmen an einem oberen Rand des Stützrohres festklemmbar ist. Hydraulisch betätigbare Spannzangen erlauben ein schnelles Spannen und Lösen bei hohen Spannkräften.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der erste Anschluss oder der zweite Anschluss ein Drehgelenk aufweisen. Hiermit können die sich mit dem Gestänge drehenden Spülleitungen mit stationären Einrichtungen, insbesondere Fluidreservoiren, außerhalb des Bohrloches zuverlässig verbunden werden. Ein derartiges Drehgelenk umfasst in der Regel zwei zueinander drehbare und flüssigkeitsdicht angeordnete Drehflansche, von denen einer mit der Spülleitung und der andere mit der stationären Leitung verbunden ist.
Als Bohrwerkzeuge können verschiedenste Einrichtungen, beispielsweise ein Bohreimer eingesetzt werden. Nach der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass das Bohrwerkzeug ein Vollschnitt-Bohrkopf mit Bohrstrang ist, und dass der Bohrstrang hohl ausgebildet ist und zwei Leitungen aufweist, welche mit der ersten Spülleitung und der zweiten Spülleitung in dem Gestänge verbindbar sind. Ein derartiger Vollschnitt-Bohrkopf ist insbesondere zur Bearbeitung eines harten Untergrundes, beispielsweise eines Felsbodens, geeignet. In Kombination mit der Abführung des Bohrkleins über die Spülleitung kann eine Bohrung auch in eine größere Tiefe niedergebracht werden. An der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung können jedoch verschiedene Bohrwerkzeuge angebracht werden, so dass für jede zu bohrende Bodenschicht das geeignetste Bohrwerkzeug eingesetzt werden kann.
Weiter ist es erfindungsgemäß, dass die Bohrvorrichtung über ein Seil an einem Ausleger eines Kranes aufgehängt ist, dass auf der dem Ausleger zugewandten Seite ein erstes Zugseil befestigt ist, welches sich zum Ausleger erstreckt, und dass auf der anderen Seite ein zweites Zugseil angelenkt ist, welches sich zum oberen Ende des Auslegers erstreckt. Die an einem Kranausleger aufgehängte Bohrvorrichtung kann so von zwei gegenüberliegenden Seiten durch Zugseile und Winden beaufschlagt werden. Hierdurch kann einem unerwünschten Pendeln der Bohrvorrichtung entgegengewirkt werden und die Bohrvorrichtung kann weiterhin einfach zur Seite des Kranauslegers verschwenkt und in dieser ausgeschwenkten Position gehalten werden. In einer derartigen ausgeschwenkten Position kann beispielsweise der Kran über eine zweite Seilwinde zum Positionieren und Einbringen des Stützrohres eingesetzt werden, ohne dass die Bohrvorrichtung hierbei von dem Kran gelöst werden müsste.
In dem hohlen Gestänge ist mindestens eine Spülleitung angeordnet. Das Gestänge kann erfindungsgemäß als ein doppelwandiges Gestänge ausgebildet sein, wobei der ringförmige Hohlraum zwischen einem inneren Kern und der äußeren Gestängewandung die Spülleitung bildet. Die andere Spülleitung kann dabei an der Außenseite oder in einem radial innenliegenden Hohlraum des inneren Gestänges angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Bohrverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorausgehend beschriebene Bohrvorrichtung verwendet wird und dass die Bohrvorrichtung dabei an einem Seil eines Kranes aufgehängt ist. Hierdurch kann ein effizientes Erstellen einer Bohrung mit den vorausgehend genannten Vorteilen durchgeführt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine erste Bohrung innerhalb des Stützrohres erstellt wird, dass ein Bohrkopf mit Bohrstrang getrennt von der Bohrvorrichtung in das Stützrohr eingesetzt wird und dass anschließend die Bohrvorrichtung über das Gestänge mit dem Bohrstrang fest verbunden wird.
Dabei kann die erste Bohrung mit einem anderen Bohrwerkzeug, etwa einem Bohreimer oder auch einer Bohrschnecke, eingebracht werden. Das Bohrwerkzeug kann dabei an der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung angebracht und mit dieser zum Einbringen der ersten Bohrung in beispielsweise einem lockeren Untergrund eingesetzt werden. Somit entsteht in dem Stützrohr ein Freiraum, welcher zum Einbringen und Justieren eines Bohrkopfes mit Bohrstrang verwendet werden kann. Auf diese Weise ist mit unterschiedlichen Bohrwerkzeugen ein effizienter Bohrfortschritt möglich, wobei ein Vollschnitt-Bohrkopf mit Bohrstrang insbesondere zur Bearbeitung eines harten Untergrundes zweckmäßig ist.
Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass der Bohrkopf mit dem Bohrstrang vor einem Befestigen an dem Gestänge mittels einer Halteeinrichtung in dem Stützrohr in einer Verbindungsposition gehalten wird, dass nach dem Befestigen die Halteeinrichtung gelöst wird, während die Bohrvorrichtung weiter an dem Seil aufgehängt ist, und dass anschließend der Aufsatzrahmen drehfest mit dem Stützrohr verbunden wird. Dies erlaubt ein sicheres und zugleich schnelles Verbinden des Bohrstranges des Bohrkopfes mit dem Gestänge der Bohrvorrichtung.
Ein besonders effizientes Fixieren des Bohrstranges innerhalb des Stützrohres zum Verbinden mit dem Gestänge wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Halteeinrichtung mindestens einen radial zum Stützrohr verfahrbaren Schlitten mit einer Haltegabel aufweist, in welcher ein Flansch des Bohrstranges in der Halteposition aufliegt. Insbesondere sind zwei, drei oder vier Haltegabeln gleichmäßig über den Umfang des oberen Endes des Stützrohres verteilt auf einer Plattform angeordnet. Die Gabelweite der Haltegabel entspricht dabei dem Außendurchmesser des Bohrstranges, wobei der durchmessergrößere Flansch oder Kragen des Bohrstranges auf der oder den Haltegabeln aufliegt und so in einer gewünschten Halteposition angeordnet wird. Es ist somit ein einfaches Verbinden mit dem Gestänge der Bohrvorrichtung außerhalb des Stützrohres möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Kran ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Bohrung mit der Bohrvorrichtung durch das Stützrohr hindurch bis in eine darunterliegende Bodenschicht niedergebracht wird. Grundsätzlich kann ein Stützrohr nur in einen relativ lockeren Boden eingerammt werden. Ist jedoch ein über die lockere Bodenschicht hinaus verlängerter Gründungspfahl erforderlich, so kann zunächst die lockere Bodenschicht innerhalb des Stützrohres durch ein erstes Bohrwerkzeug, beispielsweise einen Bohreimer entfernt werden. Es kann dann ein zweites Bohrwerkzeug, insbesondere ein Vollschnitt-Bohrkopf mit Bohrstrang, an derselben Bohrvorrichtung befestigt und eingesetzt werden, mit der dann auch ein unterhalb des Stützrohres liegender festerer, felsiger Boden effizient abgearbeitet werden kann.
Grundsätzlich kann der Druck auf das Bohrwerkzeug mittels eines teleskopierbaren Gestänges über entsprechende Hydraulikdruckzylinder aufgebracht werden. Besonders wirksam und energiesparend ist es jedoch, dass beim Bohren das Gestänge in dem Aufsatzrahmen axial frei verschiebbar geführt ist, so dass das Gewicht des Gestänges auf das Bohrwerkzeug drückt. Dabei kann der Bohrstrang zusätzlich mit Auflastgewichten versehen sein, so dass ein ausreichender Druck für einen zügigen Bohrfortschritt auf das Bohrwerkzeug ausgeübt werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrverfahrens besteht weiter darin, dass beim Bohren über die erste Spülleitung Spülluft zugeführt wird, während über die zweite Spülleitung Bohrklein mit Flüssigkeit und der Spülluft abgeführt werden. Mit diesem Verfahren ist ein besonders effizientes Abtransportieren des Bohrkleines möglich, so dass ein zügiger Bohrfortschritt erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
das Einbringen eines Bohrwerkzeuges in ein Stützrohr;
Fig. 2
das Aufbringen der Bohrvorrichtung auf das Bohrwerkzeug;
Fig. 3
die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung beim Einbringen einer Bohrung;
Fig. 4
eine schematische Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung, welche an einem Kran aufgehängt ist.
Gemäß Fig. 1 ist auf einem schwimmenden Ponton 2 ein Kran 4 mit einem Ausleger 6 angeordnet. Zum Erstellen von Gründungspfählen sind bereits zwei Stützrohre 46 in eine lockere Bodenschicht 3 am Grund des Gewässers eingerammt. In ein erstes Stützrohr 46, welches über die Gewässeroberfläche hinausreicht, wird mit dem Kran 4 über ein Seil 5 ein Bohrwerkzeug in das Stützrohr 46 eingeführt. Das Bohrwerkzeug, welches aus einem Vollschnitt-Bohrkopf 18 mit einem rohrförmigen Bohrstrang 19 besteht, wird mittels des Seiles 5 bis zu einer definierten Höhe eines durchmessergrößeren Kragens 21 an dem Bohrstrang 19 abgesenkt.
In dieser Position wird das Bohrwerkzeug mittels einer Halteeinrichtung 42 fixiert. Hierzu werden zwei gegenüberliegende Schlitten 44, welche auf einer ringförmigen Plattform 43 am oberen Ende des Stützrohres 46 verfahrbar gelagert sind, radial an den Bohrstrang 19 zugestellt. Dabei kommen nicht näher dargestellte Haltegabeln unterhalb des durchmessergrößeren Kragens 21 zu liegen, so dass der Kragen 21 auf den Haltegabeln der beiden Schlitten 44 in der Halteposition aufliegt.
Nunmehr wird das Seil 5 von dem Bohrwerkzeug gelöst und der Kran 4 kann die auf dem Ponton 2 bereitgestellte Bohrvorrichtung 10 aufnehmen. Die Bohrvorrichtung 10 wird mittels des Kranes 4 über den im Stützrohr 46 fixierten Bohrwerkzeug ausgerichtet, was in Fig. 2 dargestellt ist. Anschließend wird die an einer Kranaufhängung 14 am Seil 5 befindliche Bohrvorrichtung 10 auf das obere Ende des Bohrstranges 19 abgesenkt und mit diesem drehfest verbunden. Gegebenenfalls können zwischen die Bohrvorrichtung 10 und dem Bohrstrang 19 noch weitere Bohrstrangelemente eingesetzt werden, um eine gewünschte Bohrtiefe zu erreichen.
Beim drehfesten Verbinden eines Gestänges 12 der Bohrvorrichtung 10 mit dem Bohrstrang 19 werden auch lediglich schematisch angeordnete Spülleitungen 26, 28 mit entsprechenden Leitungen innerhalb des Bohrstranges 19 verbunden.
Anschließend werden die beiden Schlitten 44 der Haltevorrichtung 42 radial von dem Bohrstrang 19 entfernt, wobei die Bohrvorrichtung 10 mittels des Seiles 5 weiter abgesenkt wird, bis ein Aufsatzrahmen 20 der Bohrvorrichtung 10 am oberen Rand des Stützrohres 46 aufliegt. Dabei umgreifen Spannzangen 24 einer Verbindungseinrichtung 22 den Rand des Stützrohres 46 und klemmen den Aufsatzrahmen 20 am Stützrohr 46 fest.
Nunmehr wird der Bohrkopf 18 durch axiales Verschieben des Gestänges 12 der Bohrvorrichtung 10 durch Absenken des Seiles 5 auf die Oberfläche der lockeren Bodenschicht 3 abgesetzt.
Der Bohrkopf 18 mit dem Bohrstrang 19 wird über einen am Aufsatzrahmen 20 angeordneten Hydraulikantrieb 16 in Rotation versetzt, wobei der Bohrkopf 18 entsprechend der Darstellung von Fig. 3 einen Boden 3 innerhalb des Stützrohres 46 entfernt und durch weiteres Absenken eine Bohrung 40 bis in die felsige Bodenschicht 7 einbringt.
Entsprechend dem Pfeil P1 wird Luft über einen ersten Anschluss 27 in die erste Spülleitung eingeblasen, wobei die Spülluft vom Bohrkopf abgetragenes Bohrklein aus der Bohrung 40 in die zweite Spülleitung 28 abführt. Über einen zweiten Anschluss 29 wird das Bohrklein entsprechend dem Pfeil P2 am oberen Ende der Bohrvorrichtung 10 abgeführt.
Bei Fertigstellung der Bohrung kann diese zum Bilden eines Gründungspfahles mit Beton und gegebenenfalls mit Armierungsstählen versehen werden. Die Bohrvorrichtung 10 kann daraufhin mittels des Kranes 4 in einfacher Weise zu dem nächsten Stützrohr 46 befördert werden, ohne dass ein aufwändiges Verändern und neu Justieren des Pontons 2 notwendig wäre.
Bei der weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 ist eine Bohrvorrichtung 10, welche mit einem Bohreimer 11 als Bohrwerkzeug versehen ist, in der zuvor beschriebenen Weise über ein Seil 5 an einem Ausleger 6 eines Kranes 4 aufgehängt. Um ein unerwünschtes Pendeln der Bohrvorrichtung 10 zu verhindern und um ein Beiseiteschwenken der Bohrvorrichtung 10 an den Ausleger 6 zu ermöglichen, ist zwischen der Bohrvorrichtung 10 und dem Ausleger 6 ein erstes Zugseil 31 angeordnet. Dieses kann zum Beiseiteschwenken mittels einer nicht dargestellten Winde gestrafft werden. Weiterhin ist ein zweites Zugseil 32 auf der vom Ausleger 6 abgewandten Seite der Bohrvorrichtung 10 angelenkt. Das zweite Zugseil 32 erstreckt sich dabei von der Bohrvorrichtung 10 zur Auslegerspitze 8. Diese ist mit einer Umlenkrolle versehen, welche sich über das Seil 5 hinaus vom Ausleger 6 weg um einen definierten Betrag erstreckt. Durch entsprechende Spannung des zweiten Zugseiles 32 und des ersten Zugseiles 31 kann einer unerwünschten Pendelbewegung der Bohrvorrichtung 10 entgegengewirkt werden.

Claims (13)

  1. Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung (40) mit einem Stützrohr (46), welches in einen Boden eingebracht wird, mit
    einem Bohrwerkzeug, welches an einem unteren Ende eines Gestänges (12) befestigbar ist,
    einer Kranaufhängung (14) zum Halten des Bohrwerkzeuges mit dem Gestänge (12) an einem Kranseil (5),
    einem Antrieb (16) zum drehenden Antreiben des Gestänges (12) und
    einer Verbindungseinrichtung (22) zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Stützrohr (46) und dem Antrieb (16),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gestänge (12) hohl ausgebildet ist und mindestens eine Spülleitung (26, 28) aufweist,
    dass im Bereich des oberen Endes des Gestänges (12) mindestens ein Anschluss (27, 29) zur Zu- und/oder Abführung eines Fluides in die Spülleitung (26, 28) vorgesehen ist,
    dass ein Aufsatzrahmen (20) vorgesehen ist, in welchem das Gestänge (12) drehbar und axial verschiebbar gehalten ist und welcher zum Aufsetzen auf das Stützrohr (46) ausgebildet ist,
    dass der Antrieb (16) auf dem Aufsatzrahmen (20) angeordnet ist und
    dass durch die Verbindungseinrichtung (22) eine drehfeste Verbindung zwischen dem Stützrohr (46) und dem Aufsatzrahmen (20) herstellbar ist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (22) hydraulische Spannzangen (24) aufweist, mit welchen der Aufsatzrahmen (20) an einem oberen Rand des Stützrohres (46) festklemmbar ist.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (27) und/oder der zweite Anschluss (29) ein Drehgelenk aufweisen.
  4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug ein Vollschnitt-Bohrkopf (18) mit Bohrstrang (19) ist und
    dass der Bohrstrang (19) hohl ausgebildet ist und zwei Leitungen aufweist, welche mit der ersten Spülleitung (20) und der zweiten Spülleitung (28) in dem Gestänge (12) verbindbar sind.
  5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass diese über ein Seil (5) an einem Ausleger (6) eines Kranes (4) aufgehängt ist,
    dass auf der dem Ausleger (6) zugewandten Seite ein erstes Zugseil (31) befestigt ist, welches sich zum Ausleger (6) erstreckt, und
    dass auf der anderen Seite ein zweites Zugseil (32) angelenkt ist, welches sich zum oberen Ende des Auslegers (6) erstreckt.
  6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (12) als ein doppelwandiges Gestänge ausgebildet ist.
  7. Bohrverfahren zum Erstellen einer Bohrung (40) mit einem Stützrohr (46), welches in einen Boden eingebracht wird, bei dem
    ein Bohrwerkzeug, welches an einem unteren Ende eines Gestänges (12) angebracht ist, mittels eines Kranseiles (5) in dem Stützrohr (46) gehalten wird und
    mittels einer Verbindungseinrichtung (22) das Stützrohr (46) mit einem Antrieb (16) drehfest verbunden wird, welcher das Gestänge (12) drehend antreibt,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass auf das Stützrohr (46) ein Aufsatzrahmen (20) aufgesetzt wird, in welchem das Gestänge (12) drehbar und axial verschiebbar gehalten ist und welcher den Antrieb (16) aufweist,
    dass durch die Verbindungseinrichtung (22) das Stützrohr (46) mit dem Aufsatzrahmen (20) drehfest verbunden wird und
    dass über mindestens eine Spülleitung (26, 28) in dem hohlen Gestänge (12) ein Fluid zu- und/oder abgeführt wird.
  8. Bohrverfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine erste Bohrung innerhalb des Stützrohres (46) erstellt wird,
    dass ein Bohrkopf (18) mit Bohrstrang (19) getrennt von der Bohrvorrichtung (10) in das Stützrohr (46) eingesetzt wird und
    dass anschließend die Bohrvorrichtung (10) über das Gestänge (12) mit dem Bohrstrang (19) fest verbunden wird.
  9. Bohrverfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrkopf (18) mit dem Bohrstrang (19) vor einem Befestigen an dem Gestänge (12) mittels einer Halteeinrichtung (42) in dem Stützrohr (46) in einer Verbindungsposition gehalten wird,
    dass nach dem Befestigen die Halteeinrichtung (42) gelöst wird, während die Bohrvorrichtung (10) weiter an dem Seil aufgehängt ist, und
    dass anschließend der Aufsatzrahmen (20) drehfest mit dem Stützrohr (46) verbunden wird.
  10. Bohrverfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (42) mindestens einen radial zum Stützrohr (46) verfahrbaren Schlitten mit einer Haltegabel aufweist, in welcher ein Flansch des Bohrstranges (19) in der Halteposition aufliegt.
  11. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (40) mit der Bohrvorrichtung (10) durch das Stützrohr (46) hindurch bis in eine darunterliegende Bodenschicht niedergebracht wird.
  12. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass beim Bohren das Gestänge (12) in dem Aufsatzrahmen (20) axial frei verschiebbar geführt ist, so dass das Gewicht des Gestänges (12) auf das Bohrwerkzeug drückt.
  13. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass beim Bohren über die erste Spülleitung (26) Spülluft zugeführt wird, während über die zweite Spülleitung (28) Bohrklein mit Flüssigkeit und der Spülluft abgeführt werden.
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