EP2295646B1 - Bohrvorrichtung und Bohrverfahren - Google Patents

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EP2295646B1
EP2295646B1 EP09011062A EP09011062A EP2295646B1 EP 2295646 B1 EP2295646 B1 EP 2295646B1 EP 09011062 A EP09011062 A EP 09011062A EP 09011062 A EP09011062 A EP 09011062A EP 2295646 B1 EP2295646 B1 EP 2295646B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
casing tube
receiving part
drill
offset position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP09011062A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2295646A1 (de
Inventor
Leonhard Weixler
Stefan Michael Finkenzeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
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Priority to EP09011062A priority patent/EP2295646B1/de
Priority to ES09011062T priority patent/ES2388645T3/es
Priority to PT09011062T priority patent/PT2295646E/pt
Priority to US12/857,807 priority patent/US8579048B2/en
Priority to BRPI1003107-3A priority patent/BRPI1003107B1/pt
Priority to AU2010212433A priority patent/AU2010212433B2/en
Priority to JP2010189291A priority patent/JP5274523B2/ja
Priority to CN2010102688075A priority patent/CN102003137B/zh
Publication of EP2295646A1 publication Critical patent/EP2295646A1/de
Priority to HK11109206.8A priority patent/HK1154921A1/xx
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds
    • E02D5/40—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds in open water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds
    • E02D5/385—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds with removal of the outer mould-pipes
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a drilling apparatus with a drill for drilling within a casing pipe, wherein the drill has a support frame with a fixing device for fixing against the casing pipe and a drilling tool which is driven in rotation via a telescopic linkage by means of a drill drive, which is arranged on the support frame.
  • the invention further relates to a drilling method for creating a bore within a casing tube, wherein a support frame of a drilling device is fixed relative to the casing tube and a drilling tool is rotationally driven by means of a support frame arranged on the drill drive via a telescopic linkage, whereby soil material is removed within the casing tube.
  • Such a drilling device and such a drilling method are known from EP 1 154 078 B1 known.
  • a jacket tube is first pressed or screwed by means of a known insertion device.
  • a drilling device with a support frame is placed by means of a crane device, which is clamped at the upper end of the casing tube.
  • a box drill is lowered as a drilling tool on the crane device.
  • the drilling tool of the drill is rotationally driven by the Kelly linkage by a drill drive which is located on the clamped support frame.
  • the drilling tool is lifted by the crane device again, the support frame detached from the casing tube and the drill overall side of the casing pivoted, in which position the box drill is emptied. Subsequently, the drill is placed back on the casing pipe to continue drilling, the support frame clamped thereto and drained the drilling tool again.
  • the drill is completely removed by means of the crane device and the resulting cavity within the jacket tube can be filled, for example, by introducing a reinforcement cage made of steel and a concrete mass to form a foundation pile.
  • This known drilling method is overall very economical because after completion of the drilling, the drill can be moved over the crane device to the next jacket tube, so that immediately after the next drilling can be started.
  • a "flying drill” is created, which can be moved quickly and efficiently on the crane device, especially in difficult terrain.
  • the invention has for its object to provide a drilling apparatus and a drilling method, with which an efficient creation of a hole in a casing pipe is possible even under adverse weather conditions.
  • the drilling device is characterized in that an adjustable receptacle is arranged at the upper end of the jacket tube, to which the support frame can be fastened, and that the receptacle between a drilling position in which the drill is the same axis to the casing tube, and an offset position is adjustably mounted, in which the receptacle is laterally offset from the casing tube.
  • a basic idea of the invention is that the drilling device can no longer be completely detached from the jacket tube during the creation of the bore, that is to say, for example, for emptying the drilling tool or when carrying out measuring or maintenance operations. Rather, the drill remains in connection with the jacket tube and is defined here adjusted.
  • the drill according to the invention is no longer clamped directly to the casing tube, but to a receptacle provided thereon, which is adjustably mounted on the casing tube.
  • a rapid and reliable adjustment of the receptacle with the drill located thereon can take place between a drilling position and an offset position, in which, for example, the drilling tool can be emptied.
  • the offset position is preferably arranged so that there is also a free access to the upper opening of the jacket tube, so that about measurements or additional work can be performed within the hole.
  • the workflow is simplified as a whole, with a fast and reliable emptying of the drilling tool is possible even in strong winds.
  • the drilling device according to the invention can be used for example in the offshore area for the creation of foundation piles in the seabed. Strong winds on the sea as well as fluctuation movements of a crane device arranged on a vessel thus have hardly any influence on the workflow.
  • the adjustment of the recording can be done by a corresponding movement of the crane device on which the drill is suspended.
  • the receptacle would be passively guided with respect to the jacket tube.
  • an adjusting device is provided with drive, with which the receptacle between the drilling position and the offset position is adjustable.
  • the drive of the adjusting device can be arranged on a platform on the casing pipe or on the drill, such as the support frame. The adjusting movement takes place along a guide.
  • a pivot joint can be provided for adjusting, so that the receptacle is pivotable relative to the jacket tube by a rotational movement.
  • the adjusting device comprises a carriage which is guided along a displacement track.
  • the sliding track can for this purpose have one or two guide rails for a linear sliding movement.
  • other adjustment movements may be provided.
  • drilling tools can be used on the drill.
  • Particularly advantageous according to the invention are discontinuous drilling tools, including augers count, which screw into the ground.
  • the drilling tool is designed as a box drill with a bottom which can be opened to empty the box drill.
  • a development of the invention is that an actuating mechanism is provided, which is designed for unfolding the bottom of the box drill when the box drill is arranged in the offset position.
  • the hinged floor initially has an opening with a cutting device, so that soil material can be removed and passed through the opening into the cylindrical receiving space of the box drill.
  • a screw may be arranged as an additional conveyor.
  • the opening is closed by turning the bottom, so that the box drill with the removed soil material from the casing pipe is retracted into the receptacle. Subsequently, the box drill can be transported with the recording for emptying to the offset position.
  • actuating mechanism which can be actuated, for example, by a short lifting movement of the drilling device via the crane device, a closure of the bottom can be unlocked.
  • the floor can be folded around a pivot joint, so that the soil material can fall by gravity from the receiving space of the box drill.
  • a further preferred embodiment of the invention results from the fact that when adjusting the recording of the offset position in the drilling position an unfolded bottom of the box drill is closed.
  • a wedge-shaped or ramp-shaped control element for example, during a displacement movement back into the drilling position of the unfolded floor back to its closed position be pressed, with the closure of the floor locked again. If the drilling tool with the receptacle is again in the drilling position, the drilling tool can be lowered through the telescopic linkage to continue the drilling into the jacket tube.
  • a platform is provided, on which the receptacle and the adjusting device are arranged.
  • the platform with the receptacle is releasably connected via suitable fastening means with the jacket tube. After completion of the drilling work, the platform can be loosened again from the jacket pipe and placed on a new jacket tube, which was pressed into the ground.
  • the platform may have corresponding connecting devices for a cable suspension.
  • the invention is characterized in that the support frame of the drill is attached to a receptacle which is disposed at an upper end of the jacket tube, and that the drill by the recording between a drilling position in which the drill on the recording axis of the Jacket tube is, and is adjusted at an offset position in which the receptacle is laterally offset from the jacket tube.
  • acceleration and simplification of the workflow are achieved by the recording according to the invention.
  • a preferred method according to the invention is that in the offset position a drilling tool of the drill is emptied of removed soil material. It can be carried out as a batch process, which is particularly advantageous for soft soils.
  • the drill is held both in the drilling position and in the offset position via a telescopic linkage to a crane device.
  • the crane device can be a boom or a crane customary on construction sites, on which the drill device hangs on a crane cable.
  • the telescopic linkage may be a so-called Kelly linkage, which is actuated directly by the crane cable for adjusting the drilling tool.
  • the drilling method according to the invention is also suitable in particular for be confirmed by means of a crane device on a ship or other watercraft, which is exposed for example due to the wave motion particularly strong fluctuations.
  • the jacket tube is introduced into the ground, in particular pressed.
  • a known pressing device can be used.
  • the created hole in the casing tube filled with concrete mass and a bored pile is formed.
  • a jacket pipe 5 shown only partially, is introduced in a manner known per se with a feed device into a relatively soft bottom 2, which in the illustrated embodiment is below a body of water 3.
  • the jacket tube 5 protrudes beyond the surface of the water body 3, so that in the upper region of the jacket tube 5, a receptacle 20 mounted rotationally fixed can be.
  • a platform 30 is releasably secured in the upper region of the jacket tube 5.
  • a drill 100 is lowered in the direction of the receptacle 20 via a telescopic linkage 130, which is held on a crane device 60 by a crane cable 62.
  • the crane device 60 comprises a track-mounted tracked vehicle which is arranged on a floating pontoon 7.
  • the drill 100 is drained into the approximately tubular receptacle 20, and attached to the top of the receptacle 20.
  • the receptacle 20 With the drill 100 received therein and the telescopic linkage 130 coaxially to the center axis of the casing tube 5.
  • this drilling position can now extend by extending the telescopic rod 130, a drilling tool 140 of the drill 100 in the casing tube 5 and drill out therein soil material.
  • Fig. 1c is shown a possible final depth at which the telescopic telescopic telescopic boom 130 is extended.
  • the jacket tube 5 can extend to the lower end of the bore, that is, to the bore sole. In this case, a completely cased bore would be created.
  • the jacket tube 5 can be arranged only in an upper region of the bore, in which there is relatively soft soil material. If there are more stable soil layers underneath, further piping is not necessary, so that the bore can also be sunk below a jacket tube 5.
  • the drilling tool 140 is formed as a box drill with a cylindrical receiving box 146, which serves to carry out a discontinuous drilling method.
  • the adjusting device 40 has a displacement track 44 with rails, which is arranged transversely to the casing tube 5 along the platform 30.
  • a carriage 40 At the bottom of the sleeve-shaped receptacle 20 is a carriage 40, which is movable along the displacement track 44 by means of a drive, not shown.
  • the platform 30 is arranged approximately horizontally above the water body 3 and releasably secured via a support structure 32 and retaining sleeves 34 at the upper end of the jacket tube 5.
  • a bottom 142 which is pivotally hinged on a hinged joint 144 on the underside of the receiving box 146, can be opened via an actuating mechanism 50.
  • the floor 142 can thereby unfold into the illustrated vertical position, so that the soil material within the receiving box 146 can fall down.
  • the receptacle 20 is pushed back with the drill 100 back to the right in the direction of the casing tube 5 in the drilling position.
  • the bottom 142 is pushed back into the horizontal closure position on the receiving box 146, in which the bottom 142 is locked by a shutter, not shown.
  • a new drilling step can be performed until the receiving box 146 is filled again and must be moved to emptying in the offset position again.
  • FIG Fig. 4 A preferred attachment of the drill 100 to the receptacle 20 is shown schematically in FIG Fig. 4 clarified.
  • the drill 100 has a support frame 110 which is provided at its lower end with transverse struts 117.
  • attachment bracket 111 On the underside of the transverse struts 117 on the one hand attachment bracket 111 are arranged, with which the drill 100 can be placed on an upper edge of the sleeve-shaped receptacle 20.
  • one or more attachment devices 114 Offset to the attachment brackets 111, one or more attachment devices 114 are provided, which hydraulically actuated collets exhibit. With these collets, the support frame 110 can be rotatably attached to the receptacle 20.
  • the drill drive 116 is also arranged on the support frame 110 for rotationally driving the drilling tool 140 via the telescopic linkage 130.
  • the support frame 110 is formed in two parts with a support frame base 115 and an overlying support frame top 113.
  • the support frame upper part 113 which is axially adjustable by means of hydraulic cylinders 112 with hydraulic cylinder pistons 112a relative to the support frame lower part 115, the drill drive 116 is fixed.
  • the drill 100 can be pulled out of the receptacle 20 upwards and then placed on a receptacle on another jacket tube to create a further hole.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem Bohrgerät zum Bohren innerhalb eines Mantelrohres, wobei das Bohrgerät einen Tragrahmen mit einer Befestigungseinrichtung zum Festlegen gegenüber dem Mantelrohr sowie ein Bohrwerkzeug aufweist, welches über ein Teleskopgestänge mittels eines Bohrantriebes drehend angetrieben ist, welcher am Tragrahmen angeordnet ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bohrverfahren zum Erstellen einer Bohrung innerhalb eines Mantelrohres, wobei ein Tragrahmen eines Bohrgerätes gegenüber dem Mantelrohr festgelegt wird und mittels eines am Tragrahmen angeordneten Bohrantriebes über ein Teleskopgestänge ein Bohrwerkzeug drehend angetrieben wird, wodurch Bodenmaterial innerhalb des Mantelrohres abgetragen wird.
  • Eine derartige Bohrvorrichtung und ein derartiges Bohrverfahren sind aus der EP 1 154 078 B1 bekannt. Zur Erstellung eines Bohrpfahles in weichem Untergrund wird zunächst ein Mantelrohr mittels einer bekannten Einbringvorrichtung eingepresst oder eingedreht. Zum Entfernen des Bodenmateriales innerhalb des Mantelrohres wird mittels einer Kraneinrichtung ein Bohrgerät mit einem Tragrahmen aufgesetzt, welcher am oberen Ende des Mantelrohres festgespannt wird. Über ein teleskopierbares Kellygestänge wird ein Kastenbohrer als Bohrwerkzeug über die Kranvorrichtung abgelassen. Das Bohrwerkzeug des Bohrgerätes wird über das Kellygestänge von einem Bohrantrieb drehend angetrieben, welcher an dem festgespannten Tragrahmen angeordnet ist.
  • Nachdem der Aufnahmeraum des Kastenbohrers mit abgetragenem Bodenmaterial gefüllt ist, wird das Bohrwerkzeug durch die Kraneinrichtung wieder angehoben, der Tragrahmen vom Mantelrohr gelöst und das Bohrgerät insgesamt seitlich zum Mantelrohr verschwenkt, wobei in dieser Position der Kastenbohrer entleert wird. Anschließend wird zum Fortgang des Bohrens das Bohrgerät wieder auf das Mantelrohr aufgesetzt, der Tragrahmen daran festgespannt und das Bohrwerkzeug wieder abgelassen.
  • Nach Fertigstellen der Bohrung wird das Bohrgerät insgesamt mittels der Kraneinrichtung entfernt und der entstandene Hohlraum innerhalb des Mantelrohres kann beispielsweise durch Einbringen eines Bewehrungskorbs aus Stahl und einer Betonmasse zum Bilden eines Gründungspfahles verfüllt werden.
  • Dieses bekannte Bohrverfahren ist insgesamt sehr wirtschaftlich, da nach Abschluss des Bohrens das Bohrgerät über die Kraneinrichtung zum nächsten Mantelrohr bewegt werden kann, so dass unmittelbar im Anschluss mit der nächsten Bohrung begonnen werden kann. Durch die Seilaufhängung des Bohrgerätes an einer Kraneinrichtung wird sozusagen ein "fliegendes Bohrgerät" geschaffen, welches über die Kraneinrichtung insbesondere in schwierigem Gelände schnell und effizient bewegt werden kann.
  • Bei ungünstigen Witterungsbedingungen, insbesondere bei starken Winden, erfordert das Aufsetzen des Bohrgerätes auf das Mantelrohr und das Festspannen des Tragrahmens sehr viel Erfahrung und Geschick des Bedieners in der Kraneinrichtung. Aufgrund von Schwankungsbewegungen des am Kranseil aufgehängten Bohrgerätes kann es zu zeitlichen Verzögerungen beim Arbeitsablauf kommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Bohrverfahren anzugeben, mit welchen ein effizientes Erstellen einer Bohrung in einem Mantelrohr auch unter widrigen Witterungsverhältnissen möglich ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise durch ein Bohrverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem oberen Ende des Mantelrohres eine verstellbare Aufnahme angeordnet ist, an welcher der Tragrahmen befestigbar ist, und dass die Aufnahme zwischen einer Bohrposition, in welcher das Bohrgerät an der Aufnahme achsgleich zum Mantelrohr ist, und einer Versatzposition verstellbar gelagert ist, in welcher die Aufnahme seitlich versetzt zum Mantelrohr ist.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, das Bohrgerät während der Erstellung der Bohrung, also beispielsweise zum Entleeren des Bohrwerkzeuges oder bei der Durchführung von Mess- oder Wartungsvorgängen, nicht mehr vollständig vom Mantelrohr zu lösen. Vielmehr bleibt das Bohrgerät dabei in Verbindung mit dem Mantelrohr und wird hieran definiert verstellt. Dabei wird das Bohrgerät erfindungsgemäß nicht mehr unmittelbar an dem Mantelrohr festgespannt, sondern an einer daran vorgesehenen Aufnahme, welche am Mantelrohr verstellbar gelagert ist. Es kann beispielsweise so bei starken Winden eine schnelle und zuverlässige Verstellung der Aufnahme mit dem daran befindlichen Bohrgerät zwischen einer Bohrposition und einer Versatzposition erfolgen, in welcher beispielsweise das Bohrwerkzeug entleert werden kann. Die Versatzposition ist dabei vorzugsweise so angeordnet, dass auch ein freier Zugang zur oberen Öffnung des Mantelrohres besteht, so dass etwa Messungen oder Zusatzarbeiten innerhalb der Bohrung durchgeführt werden können.
  • Der Arbeitsablauf wird so insgesamt vereinfacht, wobei selbst bei starken Winden ein schnelles und zuverlässiges Entleeren des Bohrwerkzeuges möglich wird. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung etwa auch im Offshore-Bereich zur Erstellung von Gründungspfählen im Meeresboden eingesetzt werden. Starke Winde am Meer sowie Schwankungsbewegungen einer auf einem Wasserfahrzeug angeordneten Kranvorrichtung haben somit kaum Einfluss auf den Arbeitsablauf.
  • Grundsätzlich kann das Verstellen der Aufnahme durch eine entsprechende Bewegung der Kraneinrichtung erfolgen, an welchem das Bohrgerät aufgehängt ist. In diesem Fall wäre die Aufnahme gegenüber dem Mantelrohr passiv geführt. Besonders bevorzugt ist es jedoch nach der Erfindung, dass eine Verstelleinrichtung mit Antrieb vorgesehen ist, mit welcher die Aufnahme zwischen der Bohrposition und der Versatzposition verstellbar ist. Der Antrieb der Verstelleinrichtung kann dabei an einer Plattform am Mantelrohr oder am Bohrgerät, etwa am Tragrahmen, angeordnet sein. Die Verstellbewegung erfolgt entlang einer Führung.
  • Grundsätzlich kann zum Verstellen ein Schwenkgelenk vorgesehen sein, so dass die Aufnahme gegenüber dem Mantelrohr durch eine Drehbewegung verschwenkbar ist. Eine besonders einfache und zuverlässige Anordnung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Verstelleinrichtung einen Schlitten aufweist, welcher entlang einer Verschiebebahn geführt ist. Die Verschiebebahn kann hierzu eine oder zwei Führungsschienen für eine lineare Schiebebewegung aufweisen. Es können jedoch auch andere Verstellbewegungen vorgesehen sein.
  • Grundsätzlich können verschiedenste Bohrwerkzeuge an dem Bohrgerät eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft sind nach der Erfindung diskontinuierlich arbeitende Bohrwerkzeuge, wozu auch Schneckenbohrer zählen, die sich in den Boden eindrehen. Zum Arbeiten in weichen Böden oder unter Wasser ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass das Bohrwerkzeug als Kastenbohrer mit einem Boden ausgebildet ist, welcher zum Entleeren des Kastenbohrers aufklappbar ist.
  • Eine erfindungsgemäße Weiterbildung besteht darin, dass ein Betätigungsmechanismus vorgesehen ist, welcher zum Aufklappen des Bodens des Kastenbohrers ausgebildet ist, wenn der Kastenbohrer in der Versatzposition angeordnet ist. In bekannter Weise weist der klappbare Boden zunächst eine Öffnung mit Schneideinrichtung auf, so dass Bodenmaterial abgetragen und über die Öffnung in den zylindrischen Aufnahmeraum des Kastenbohrers gelangen kann. Innerhalb des Kastenbohrers kann bei bestimmten Ausführungsformen als zusätzliche Fördereinrichtung eine Schnecke angeordnet sein. Wenn der Aufnahmeraum gefüllt ist, wird die Öffnung durch Verdrehen des Bodens verschlossen, so dass der Kastenbohrer mit dem abgetragenen Bodenmaterial aus dem Mantelrohr in die Aufnahme rückgezogen wird. Anschließend kann der Kastenbohrer mit der Aufnahme zum Entleeren zu der Versatzposition befördert werden. Mittels eines Betätigungsmechanismus, welcher beispielsweise durch eine kurze Hubbewegung des Bohrgerätes über die Kraneinrichtung betätigt werden kann, kann ein Verschluss des Bodens entriegelt werden. Dabei kann der Boden um ein Schwenkgelenk aufklappen, so dass das Bodenmaterial schwerkraftbedingt aus dem Aufnahmeraum des Kastenbohrers fallen kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass bei Verstellen der Aufnahme von der Versatzposition in die Bohrposition ein aufgeklappter Boden des Kastenbohrers verschließbar ist. Durch ein keilförmiges oder rampenförmiges Stellelement kann beispielsweise während einer Verschiebebewegung zurück in die Bohrposition der aufgeklappte Boden wieder zurück in seine Schließstellung gedrückt werden, wobei sich der Verschluss des Bodens wieder verriegelt. Befindet sich das Bohrwerkzeug mit der Aufnahme wieder in der Bohrposition, kann das Bohrwerkzeug durch das Teleskopgestänge zum Fortgang des Bohrens in das Mantelrohr abgelassen werden.
  • Bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass an dem oberen. Ende des Mantelrohres eine Plattform vorgesehen ist, an welcher die Aufnahme und die Verstelleinrichtung angeordnet sind. Die Plattform mit der Aufnahme ist dabei über geeignete Befestigungseinrichtungen lösbar mit dem Mantelrohr verbunden. Nach Beendigung der Bohrarbeiten kann die Plattform so wieder vom Mantelrohr gelöst und auf ein neues Mantelrohr aufgesetzt werden, welches in den Boden eingedrückt wurde. Hierzu kann die Plattform entsprechende Verbindungseinrichtungen für eine Seilaufhängung aufweisen.
  • Hinsichtlich des Bohrverfahrens ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen des Bohrgerätes an einer Aufnahme befestigt wird, welche an einem oberen Ende des Mantelrohres angeordnet ist, und dass das Bohrgerät durch die Aufnahme zwischen einer Bohrposition, in welcher das Bohrgerät an der Aufnahme achsgleich zum Mantelrohr ist, und an einer Versatzposition verstellt wird, in welcher die Aufnahme seitlich versetzt zum Mantelrohr ist.
  • Wie zuvor beschrieben, wird durch die erfindungsgemäße Aufnahme eine Beschleunigung und Vereinfachung des Arbeitsablaufes erreicht.
  • Ein bevorzugter Verfahrensablauf besteht erfindungsgemäß darin, dass in der Versatzposition ein Bohrwerkzeug des Bohrgerätes von abgetragenem Bodenmaterial entleert wird. Es kann so ein diskontinuierliches Verfahren durchgeführt werden, was insbesondere bei weichen Böden vorteilhaft ist.
  • Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bohrgerät sowohl in der Bohrposition als auch in der Versatzposition über ein Teleskopgestänge an einer Kraneinrichtung gehalten wird. Die Kraneinrichtung kann insbesondere ein Ausleger oder ein auf Baustellen üblicher Kran sein, an welchem das Bohrgerät an einem Kranseil hängt. Dabei kann insbesondere das Teleskopgestänge ein sogenanntes Kellygestänge sein, welches unmittelbar durch das Kranseil zur Verstellung des Bohrwerkzeuges betätigt wird. Das erfindungsgemäße Bohrverfahren ist insbesondere auch dazu geeignet, mittels einer Kraneinrichtung auf einem Schiff oder einem anderen Wasserfahrzeug bestätigt zu werden, welches etwa aufgrund der Wellenbewegung besonders starken Schwankungen ausgesetzt ist.
  • Weiter ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass das Mantelrohr in den Boden eingebracht, insbesondere eingepresst wird. Hierzu kann eine bekannte Drückvorrichtung eingesetzt werden. Weiter ist es erfindungsgemäß, dass abschließend die erstellte Bohrung in dem Mantelrohr mit Betonmasse verfüllt und ein Bohrpfahl gebildet wird.
  • Zur Durchführung des Bohrverfahrens kann insbesondere ein Bohrgerät verwendet werden, wie es beispielsweise aus der eingangs erwähnten EP 1 154 078 B1 bekannt ist.
  • Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    schematische Ansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens in verschiedenen Stadien beim Erstellen der Boh- rung;
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht beim Verstellen des Bohrgerätes von der Bohrposition zur Versatzposition;
    Fig. 3
    eine schematische Seitenansicht der Bohrvorrichtung in der Versatzposition; und
    Fig. 4
    eine schematische Teilquerschnittsansicht eines erfindungsgemä- ßen Bohrgerätes.
  • In Fig. 1a ist die Anfangsphase bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Bohrverfahrens gezeigt. Zunächst wird ein nur teilweise dargestelltes Mantelrohr 5 in an sich bekannter Weise mit einer Einbringvorrichtung in einen relativ weichen Boden 2 eingebracht, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel unterhalb eines Gewässers 3 ist. Das Mantelrohr 5 ragt über die Oberfläche des Gewässers 3 hinaus, so dass im oberen Bereich des Mantelrohres 5 eine Aufnahme 20 drehfest angebracht werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch eine Plattform 30 im oberen Bereich des Mantelrohres 5 lösbar befestigt.
  • Als Teil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 10 wird ein Bohrgerät 100 über ein Teleskopgestänge 130, welches über ein Kranseil 62 an einer Kraneinrichtung 60 gehalten ist, in Richtung auf die Aufnahme 20 abgelassen. Die Kraneinrichtung 60 umfasst im vorliegenden Beispiel ein Kettenfahrzeug mit Ausleger, welches auf einem Schwimmponton 7 angeordnet ist.
  • Wie in Fig. 1b dargestellt, wird das Bohrgerät 100 in die etwa rohrförmige Aufnahme 20 abgelassen, und an der Oberseite der Aufnahme 20 befestigt. In der dargestellten Position gemäß Fig. 1b ist die Aufnahme 20 mit dem darin aufgenommenen Bohrgerät 100 und dem Teleskopgestänge 130 achsgleich zur Mittenachse des Mantelrohres 5. In dieser Bohrposition kann nunmehr durch Ausfahren des Teleskopgestänges 130 ein Bohrwerkzeug 140 des Bohrgerätes 100 in das Mantelrohr 5 einfahren und darin befindliches Bodenmaterial ausbohren.
  • In Fig. 1c ist eine mögliche Endtiefe gezeigt, bei welcher das dreifach teleskopierbare Teleskopgestänge 130 ausgefahren ist.
  • Grundsätzlich kann sich das Mantelrohr 5 bis zum unteren Ende der Bohrung, also bis zur Bohrsohle erstrecken. In diesem Fall würde eine komplett verrohrte Bohrung erstellt. Alternativ kann das Mantelrohr 5 nur in einem oberen Bereich der Bohrung angeordnet sein, in welchem sich relativ weiches Bodenmaterial befindet. Sofern sich darunter stabilere Bodenschichten befinden, ist eine weitere Verrohrung nicht notwendig, so dass die Bohrung auch unterhalb eines Mantelrohres 5 abgeteuft werden kann.
  • Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 10 das Bohrwerkzeug 140 als ein Kastenbohrer mit einem zylindrischen Aufnahmekasten 146 ausgebildet, welcher zur Durchführung eines diskontinuierlichen Bohrverfahrens dient.
  • Durch entsprechende Drehbewegung des Bohrwerkzeuges 140, welches über das Teleskopgestänge 130 mittels eines Bohrantriebes 116 drehend angetrieben wird, wird Bodenmaterial innerhalb des Mantelrohres 5 abgetragen und durch eine Öffnung innerhalb eines Bodens in den Aufnahmekasten 146 gefördert. Wenn dieser gefüllt ist, wird das Bohrwerkzeug 140, nachdem die Öffnung im Boden des Bohrwerkzeuges 140 durch eine kurze Gegendrehung geschlossen wird, über das Teleskopgestänge 130 und das Kranseil 62 aus dem Mantelrohr 5 zurück in die Aufnahme 20 bewegt. Anschließend wird die Aufnahme 20 mit dem Bohrgerät 100 mittels einer Verstelleinrichtung 40 zu einer Versatzposition verfahren. Hierzu weist die Verstelleinrichtung 40 eine Verschiebebahn 44 mit Schienen auf, welche quer zum Mantelrohr 5 entlang der Plattform 30 angeordnet ist. An der Unterseite der hülsenförmigen Aufnahme 20 befindet sich ein Schlitten 40, welcher entlang der Verschiebebahn 44 mittels eines nicht dargestellten Antriebes verfahrbar ist.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Plattform 30 etwa horizontal oberhalb des Gewässers 3 angeordnet und über eine Stützstruktur 32 und Haltemanschetten 34 am oberen Ende des Mantelrohres 5 lösbar befestigt.
  • Bei Erreichen der Versatzposition, welche in Fig. 3 dargestellt ist, kann ein Boden 142, welcher über ein Klappgelenk 144 klappbar an der Unterseite des Aufnahmekastens 146 angelenkt ist, über einen Betätigungsmechanismus 50 geöffnet werden. Der Boden 142 kann dabei in die dargestellte vertikale Position ausklappen, so dass das Bodenmaterial innerhalb des Aufnahmekastens 146 nach unten fallen kann. Anschließend wird die Aufnahme 20 mit dem Bohrgerät 100 wieder nach rechts in Richtung auf das Mantelrohr 5 in die Bohrposition zurückgeschoben. Hierbei wird der Boden 142 zurück in die horizontale Verschlussposition am Aufnahmekasten 146 gedrückt, in welcher der Boden 142 über einen nicht dargestellten Verschluss verrastet. Anschließend kann ein neuer Bohrschritt durchgeführt werden, bis der Aufnahmekasten 146 abermals gefüllt ist und wieder zum Entleeren in die Versatzposition bewegt werden muss.
  • Eine bevorzugte Befestigung des Bohrgerätes 100 an der Aufnahme 20 wird schematisch in Fig. 4 verdeutlicht. Das Bohrgerät 100 weist einen Tragrahmen 110 auf, der an seinem unteren Ende mit Querstreben 117 versehen ist. An der Unterseite der Querstreben 117 sind zum einen Aufsatzbügel 111 angeordnet, mit welchen das Bohrgerät 100 auf einen oberen Rand der hülsenförmigen Aufnahme 20 aufgesetzt werden kann. Versetzt zu den Aufsatzbügeln 111 sind ein oder mehrere Befestigungseinrichtungen 114 vorgesehen, welche hydraulisch betätigbare Spannzangen aufweisen. Mit diesen Spannzangen kann der Tragrahmen 110 drehfest an der Aufnahme 20 befestigt werden.
  • Weiterhin ist am Tragrahmen 110 auch der Bohrantrieb 116 zum drehenden Antreiben des Bohrwerkzeuges 140 über das Teleskopgestänge 130 angeordnet.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Tragrahmen 110 zweiteilig mit einem Tragrahmenunterteil 115 und einem darüber angeordneten Tragrahmenoberteil 113 ausgebildet. Das Tragrahmenoberteil 113, welches über Hydraulikzylinder 112 mit Hydraulikzylinderkolben 112a gegenüber dem Tragrahmenunterteil 115 axial verstellbar ist, ist der Bohrantrieb 116 fest angeordnet.
  • Durch Lösen der Befestigungseinrichtung 114 kann das Bohrgerät 100 aus der Aufnahme 20 nach oben herausgezogen werden und anschließend auf eine Aufnahme an einem anderen Mantelrohr aufgesetzt werden, um eine weitere Bohrung zu erstellen.

Claims (11)

  1. Bohrvorrichtung mit einem Bohrgerät (100) zum Bohren innerhalb eines Mantelrohres (5), wobei das Bohrgerät (100) einen Tragrahmen (110) mit einer Befestigungseinrichtung (114) zum Festlegen gegenüber dem Mantelrohr (5) sowie ein Bohrwerkzeug (140) aufweist, welches über ein Teleskopgestänge (130) mittels eines Bohrantriebes (116) drehend angetrieben ist, welcher am Tragrahmen (110) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass an dem oberen Ende des Mantelrohres (5) eine verstellbare Aufnahme (20) angeordnet ist, an welcher der Tragrahmen (110) des Bohrgerätes (100) befestigbar ist, und
    - dass die Aufnahme (20) zwischen einer Bohrposition, in welcher das Bohrgerät (100) an der Aufnahme (20) achsgleich zum Mantelrohr (5) ist, und einer Versatzposition verstellbar gelagert ist, in welcher die Aufnahme (20) seitlich versetzt zum Mantelrohr (5) ist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Verstelleinrichtung (40) mit Antrieb vorgesehen ist, mit welcher die Aufnahme (20) zwischen der Bohrposition und der Versatzposition verstellbar ist.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verstelleinrichtung (40) einen Schlitten (42) aufweist, welcher entlang einer Verschiebebahn (44) geführt ist.
  4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohrwerkzeug (140) als Kastenbohrer mit einem Boden (142) ausgebildet ist, welcher zum Entleeren des Kastenbohrers aufklappbar ist.
  5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Betätigungsmechanismus (50) vorgesehen ist, welcher zum Aufklappen des Bodens (142) des Kastenbohrers ausgebildet ist, wenn der Kastenbohrer in der Versatzposition angeordnet ist.
  6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Verstellen der Aufnahme (20) von der Versatzposition in die Bohrposition ein aufgeklappter Boden (142) des Kastenbohrers verschließbar ist.
  7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem oberen Ende des Mantelrohres (5) eine Plattform (30) vorgesehen ist, an welcher die Aufnahme (20) und die Verstelleinrichtung (40) angeordnet sind.
  8. Bohrverfahren zum Erstellen einer Bohrung innerhalb eines Mantelrohres (5), insbesondere mittels einer Bohrvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Tragrahmen (110) eines Bohrgerätes (100) gegenüber dem Mantelrohr (5) festgelegt wird und mittels eines am Tragrahmen (110) angeordneten Bohrantriebes (116) über ein Teleskopgestänge (130) ein Bohrwerkzeug (140) drehend angetrieben wird, wodurch Bodenmaterial innerhalb des Mantelrohres (5) abgetragen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Tragrahmen (110) des Bohrgerätes (100) an einer Aufnahme (20) befestigt wird, welche an einem oberen Ende des Mantelrohres (5) angeordnet ist, und
    - dass das Bohrgerät (100) durch die Aufnahme (20) zwischen einer Bohrposition, in welcher das Bohrgerät (100) an der Aufnahme (20) achsgleich zum Mantelrohr (5) ist, und einer Versatzposition verstellt wird, in welcher die Aufnahme (20) seitlich versetzt zum Mantelrohr (5) ist.
  9. Bohrverfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Versatzposition ein Bohrwerkzeug (140) des Bohrgerätes (100) von abgetragenem Bodenmaterial entleert wird.
  10. Bohrverfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohrgerät (100) sowohl in der Bohrposition als auch in der Versatzposition über ein Teleskopgestänge (130) an einer Kraneinrichtung (60) gehalten wird.
  11. Bohrverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Mantelrohr in den Boden eingebracht wird und
    dass anschließend Betonmasse in die erstellte Bohrung in dem Mantelrohr gefüllt und ein Bohrpfahl gebildet wird.
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