EP2527539A1 - Unterwasser-Bohranordnung und Verfahren zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund - Google Patents

Unterwasser-Bohranordnung und Verfahren zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund Download PDF

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EP2527539A1
EP2527539A1 EP11004380A EP11004380A EP2527539A1 EP 2527539 A1 EP2527539 A1 EP 2527539A1 EP 11004380 A EP11004380 A EP 11004380A EP 11004380 A EP11004380 A EP 11004380A EP 2527539 A1 EP2527539 A1 EP 2527539A1
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EP
European Patent Office
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guide tube
drive
water
working platform
foundation element
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Stefan Michael Finkenzeller
Ulrich Wiedemann
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Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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    • 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
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    • 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 DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B7/124—Underwater drilling with underwater tool drive prime mover, e.g. portable drilling rigs for use on underwater floors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B7/128—Underwater drilling from floating support with independent underwater anchored guide base

Definitions

  • the invention relates to an underwater drilling assembly for introducing a foundation element in a body of water with a retractable platform for placement on the river bottom, a plurality of ground contact elements, which are arranged to align the platform on the bottom of the water adjustable on the platform, and at least one arranged on the platform guide tube
  • the invention relates to a method for introducing a foundation element into a waterbed with an underwater drilling arrangement.
  • Such a drilling arrangement serves, for example, for introducing foundation elements for offshore wind installations or for flow turbines in tidal power plants in the sea.
  • a generic prior art for example, from the GB 2 469 190 A out.
  • the work platform is first placed on the bottom of the water.
  • a guide tube with receiving hopper is brought into a specific position in which a borehole is to be created in the water bottom.
  • a rotationally driven drilling tool is inserted axially into the guide tube and sunk to form the borehole in the waterbed.
  • An improved method is from the EP 23 22 724 A1 known.
  • a plurality of sleeve-shaped guide tubes are arranged on the working platform, in each of which a tubular foundation element is already arranged, which simultaneously receives a drilling tool.
  • the tubular foundation element is held by a tensioning device on the platform and can be lowered after creating a hole in this.
  • each drive units for drilling tools show that can be lowered under water.
  • the invention has for its object to provide an underwater drilling assembly and a method for introducing a foundation element in a body of water, with which a foundation element is particularly accurately inserted position.
  • the underwater drilling assembly according to the invention is characterized in that the guide tube mounted longitudinally displaceable and rotatable on the work platform is and that on the platform a guide tube drive for rotating driving the guide tube is provided.
  • a basic idea of the invention is not to store a working platform alone with the floor standing elements arranged on the side of the working platform at the bottom of the water.
  • the mounted on the platform guide tube is driven by a self-rotating guide tube itself and is screwed into the ground. This creates an additional anchorage of the working platform in the riverbed.
  • the guide tube is driven a few meters into the river bottom. This is done by means of a arranged on the platform guide tube drive.
  • the foundation element can then be introduced by a conventional drilling tool into the water bottom, wherein the drilling tool is guided along the guide tube.
  • the guide tube is already partially introduced into the body of water, an improved guidance of the drilling tool in the ground is achieved as well. Transverse forces on the guide tube during insertion of the drilling tool or a foundation element are intercepted directly in the water body, so that no displacement of the working platform takes place.
  • the guide tube has at its upper end an insertion funnel for insertion of the drilling tool.
  • This usually conical funnel allows in the work under water easier insertion of the drilling tool or a pile-shaped foundation element in the guide tube.
  • the insertion funnel can also be designed as a catching device only on part of the circumference.
  • the guide tube has at its lower end cutting teeth for removing soil material.
  • the cutting teeth are in particular arranged annularly on the lower edge of the guide tube.
  • the guide tube is thus formed in its lower region similar to a drill pipe, so that it can also be cut into harder soil material, such as rock or rock.
  • the guide tube is rotatably driven by a guide tube drive, which preferably acts on the outside of the guide tube.
  • the guide tube drive can be arranged in a simple manner on the platform next to the guide tube.
  • the invention provides as a preferred embodiment that the guide tube drive has at least one collet drive with collet which engages around and clamps the guide tube, wherein the collet is rotatable about a predetermined angle of rotation via at least one rotational cylinder arranged transversely to the tube axis.
  • the collet acts on at least a portion of the outer circumference of the guide tube.
  • clamping cylinder so a non-positive connection between the collet and the guide tube.
  • the collet on laterally disposed torsion which act substantially tangentially to the outside of the cylindrical guide tube, displaced and thereby rotated about the axis of the guide tube by a predetermined angle of rotation.
  • the tension of the collets is released and the collet moved back by retracting the Vercardzylinder in the starting position. It can then be done a new tightening and twisting of the guide tube.
  • a simple, compact and high-torque rotary drive for the guide tube is achieved.
  • the discontinuous operation of such a collet drive is sufficient to drive the guide tube preferably one meter to five feet deep into the body of water for anchoring the platform.
  • a coil can be provided by strips on the outside of the guide tube.
  • the collet drive has at least one feed cylinder arranged longitudinally of the drilling axis through which the collet chuck and the clamped guide tube are movable in the direction of the drilling axis.
  • the drill drive of the drilling tool can be fixed to the guide tube.
  • the drilling drive for the drilling tool is a drive unit known in the prior art for continuously rotating driving of the drilling tool.
  • the drilling tool may be a conventional drill head or a drill pipe, which itself remains as a foundation element in the ground.
  • the drill drive is preferably relatively firmly attached thereto via clamps on the top of the guide tube. After creating the borehole by means of the boring tool, the boring drive can be released again from the guide tube and removed from the working platform.
  • the drill drive can be stored in a known manner on a rope and be retrievable on a watercraft. Subsequently, a pile-shaped foundation element can be inserted into the borehole and anchored therein with concrete.
  • the ground contact elements are adjustable by means of lifting cylinders.
  • unevenness of the body of water can be compensated.
  • a vertical orientation of the guide tube can be adjusted.
  • at least three ground contact elements are arranged approximately in the shape of a star on the outer circumference of the working platform.
  • more ground contact elements may be provided. These can be designed for a first anchoring of the work platform itself with tips for penetrating into the body of water. In principle, a rotating drive of the ground contact elements is possible, so that the ground contact elements are drilled for anchoring the working platform in the body of water at least for a small area.
  • the above-mentioned object is further achieved by a method for introducing a foundation element into a body of water with an underwater drilling arrangement, in which a working platform of the underwater drilling assembly is lowered onto the bottom of the water and placed with the ground contact elements on the bottom of the water, a guide tube by means of a mecanicsrohrbohrantriebes is drilled into the body of water and then an inserted into the guide tube drilling tool is driven by a rotary drive, wherein a borehole is formed for receiving the foundation element.
  • a method for introducing a foundation element into a body of water with an underwater drilling arrangement in which a working platform of the underwater drilling assembly is lowered onto the bottom of the water and placed with the ground contact elements on the bottom of the water, a guide tube by means of a suitssrohrbohrantriebes is drilled into the body of water and then an inserted into the guide tube drilling tool is driven by a rotary drive, wherein a borehole is formed for receiving the foundation element.
  • guide tube is driven discontinuously by means of a collet drive as a guide tube drive.
  • another drive is preferably provided, wherein it is preferred according to the invention that the drilling tool is driven by means of the drilling tool, which is designed as a continuously operating rotary drive.
  • the drilling tool is driven by means of the drilling tool, which is designed as a continuously operating rotary drive.
  • the drill drive is releasably fixed to the guide tube.
  • the drill drive can already be determined when lowering the platform on the bottom of the river on the guide tube.
  • the drill drive can also be introduced into the guide tube at a later time, when the work platform is already arranged on the seabed.
  • a plurality of guide tubes may be arranged on the work platform, so that after creating a first hole of the drill drive 42 can be solved with the drilling tool again from the guide tube and then inserted into a second guide tube for drilling a second hole.
  • the borehole is filled during retraction of the drilling tool with a curable composition which cures to the foundation element.
  • the drilling tool may be approximately a flushing drill head, through which first soil material is removed and rinsed out of the borehole.
  • a hardenable mass, in particular concrete, for forming the foundation element into the borehole can be introduced through a core tube of the drilling tool during withdrawal of the drilling tool from the borehole.
  • the guide tube is again removed from the ground and lifted off the ground with the working platform.
  • the guide tube be firmly clamped to the work platform.
  • the platform can then be removed via a corresponding hoist winch and / or activation of the lifting cylinder of the ground clearance elements from the bottom of the water.
  • the release of the guide tube from the bottom of the water can also be supported by a rotational movement by means of the guide tube drive.
  • a basic structure of an underwater drilling assembly 10 is based on the Figures 1 and 2 out.
  • This has a star-shaped platform 16 with three each with the same angular distance to each other radially extending horizontal base struts 18.
  • a drum-shaped frame 14 formed as a beam construction extends vertically upwards.
  • the frame 14 is additionally connected via diagonal bracing struts 16 to the base struts 18.
  • At the connection points of the stiffening struts 16 and the base struts 18 each of the ground contact elements 22 are arranged.
  • These have a stamp, which are vertically adjustable via a lifting cylinder 24.
  • stamp anchoring elements 26 are arranged.
  • These anchoring elements 28 may be formed as tips or cutting teeth, so that the ground contact elements 22 can be anchored in the body of water.
  • a cylindrical guide tube 30 is rotatably mounted and longitudinally displaceable according to the invention within the drum-shaped frame 14.
  • a smaller diameter sprocket with cutting teeth 34 is formed.
  • an at least segmentally formed insertion funnel 32 is provided, which facilitates the capture and insertion of a cylindrical drilling tool 40 in the guide tube 30.
  • the drilling tool 40 is supplied via a supply line 44 with energy, rinsing liquid and / or curable material, in particular concrete, from a supply ship, not shown.
  • the working platform 20 is also connected to the supply vessel via a cable and winch arrangement, not shown, and is supplied with energy from this.
  • FIG. 3 and 4 Another inventive underwater drilling assembly 10 in a modified form is in the Figures 3 and 4 shown.
  • the given same reference numerals designate the parts with the same function, reference being made to the preceding description.
  • the work platform 20 has base struts 18 and stiffening struts 16 in a star-shaped arrangement extending between the riser elements 22 and the drum-shaped scaffolding frame 14.
  • the base struts 18 are employed in this embodiment as the stiffening struts 16 at an acute angle to a drilling axis 12.
  • the ground contact elements 22 comprise a housing 23, which receive the actual lifting cylinder 24.
  • columnar stamp 28 are arranged, on the underside of which are arranged anchoring elements 26 for anchoring in the bottom of the water.
  • the guide tube 30 is mounted axially adjustable and rotatable in the drum-shaped frame 14.
  • a guide tube drive 60 with two collet drives 61 a and 61 b is provided.
  • the two collet drives 61 a, 61 b each have a guide tube 30 embracing collets 62a, 62b, which are by means of a clamping cylinder, not shown, for non-positive retention of the guide tube 30 can be applied to this.
  • the rotatably mounted collets 62a, 62b can be rotated together with the guide tube 30 by a predetermined angle of rotation. The twisting movement can thereby for advancing the guide tube 30 by an axial movement along the drilling axis 12th get supported.
  • a vertically arranged feed cylinder 66 between the collet 61 and the frame 14 is arranged.
  • the two collet drives 61a, 61b are axially spaced and rotated in the circumferential direction to each other.
  • a first collet drive 61 a can firstly perform a rotary movement, while the other second collet drive 61 b is reset in its starting position.
  • the two collet drives 61 a, 61 b each alternately perform a rotational movement of the guide tube 30 or reset.
  • the drilling tool 40 can then be introduced into the guide tube 30 via the insertion funnel 32.
  • the drilling tool 40 has a drill drive 42 with a housing 43 which is fixed by means of hydraulically operated clamping elements 52 on the inside of the guide tube 30.
  • the continuously rotating auger drive 42 drives a drill pipe 50 at the lower end of which is disposed a wellhead 46 for processing rock material.
  • a drill feed cylinder 48 is arranged, which can additionally apply an axial force to the drill head 46.
  • the drilling tool 40 with the drill drive 42 is connected as a flying drill via a not shown cable assembly with a supply vessel and can be pulled out of the guide tube 30 after completion of drilling. Subsequently, a foundation element can be formed in the borehole, in particular in which a pile is inserted and anchored therein.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Bohranordnung und ein Verfahren zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund mit einer versenkbaren Arbeitsbühne zum Aufsetzen auf den Gewässergrund, mehreren Bodenaufstandselementen, welche zum Ausrichten der Arbeitsbühne auf dem Gewässergrund verstellbar an der Arbeitsbühne angeordnet sind, und mindestens einem Führungsrohr zum Aufnehmen und Führen des Bohrwerkzeuges. Zur verbesserten Verankerung ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass das Führungsrohr längs verschiebbar und drehbar an der Arbeitsbühne gelagert ist und dass an der Arbeitsbühne ein Führungsrohrantrieb zum drehenden Antreiben des Führungsrohres vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Bohranordnung zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund mit einer versenkbaren Arbeitsbühne zum Aufsetzen auf den Gewässergrund, mehreren Bodenaufstandselementen, welche zum Ausrichten der Arbeitsbühne auf dem Gewässergrund verstellbar an der Arbeitsbühne angeordnet sind, und mindestens einem an der Arbeitsbühne angeordneten Führungsrohr, welches zum Aufnehmen und Führen eines von einem Bohrantrieb angetriebenen Bohrwerkzeuges ausgebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund mit einer Unterwasser-Bohranordnung.
  • Eine solche Bohranordnung dient beispielsweise dem Einbringen von Gründungselementen für Offshore-Windanlagen oder für Strömungsturbinen bei Gezeitenkraftwerken im Meer.
  • Ein gattungsgemäßer Stand der Technik geht beispielsweise aus der GB 2 469 190 A hervor. Nach diesem bekannten Verfahren wird zunächst die Arbeitsbühne auf dem Gewässergrund aufgesetzt. Mittels einer horizontalen Verstelleinrichtung an der Arbeitsbühne wird ein Führungsrohr mit Aufnahmetrichter in eine bestimmte Position gebracht, in welcher im Gewässergrund ein Bohrloch erstellt werden soll. Anschließend wird ein drehend angetriebenes Bohrwerkzeug in das Führungsrohr axial eingeführt und zum Bilden des Bohrloches in den Gewässergrund abgeteuft.
  • Bei starken unterseeischen Strömungen besteht die Gefahr, dass die Arbeitsbühne noch vor Einbringen des ersten Bohrloches verschoben oder abgetrieben wird. Die
  • Gefahr besteht insbesondere dann, wenn zusätzlich das große Bohrwerkzeug in das Führungsrohr an der Arbeitsbühne eingesetzt wird, da hierdurch zumindest kurzfristig eine erhebliche Angriffsfläche für die Strömung besteht. Auch können beim Einführen des Bohrwerkzeuges in das Führungsrohr aufgrund nie völlig zu vermeidender Ungenauigkeiten unter Wasser auf die Arbeitsbühne erhebliche Querkräfte aufgebracht werden, welche zu einem unerwünschten Verschieben der Arbeitsbühne auf dem Gewässergrund führen. Ein positionsgenaues Erstellen des Gründungselementes ist dann nicht möglich.
  • Ein demgegenüber verbessertes Verfahren ist aus der EP 23 22 724 A1 bekannt. Bei dieser Unterwasser-Bohranordnung sind an der Arbeitsbühne mehrere hülsenförmige Führungsrohre angeordnet, in welchen jeweils bereits ein rohrförmiges Gründungselement angeordnet wird, welches gleichzeitig ein Bohrwerkzeug aufnimmt. Das rohrförmige Gründungselement wird über eine Spanneinrichtung an der Arbeitsbühne gehalten und kann nach Erstellen eines Bohrloches in dieses abgesenkt werden.
  • Aus der WO 02/18711 A1 und der EP 0 301 116 A1 gehen jeweils Antriebseinheiten für Bohrwerkzeuge hervor, welche unter Wasser abgesenkt werden können.
  • Aus der US 3,029,608 geht ein bekanntes Verankerungsverfahren hervor, bei welchem ein Gründungselement mittels eine Vibrationsantriebes in den Gewässergrund eingebracht wird, wobei der Vibrationsantrieb oberhalb der Wasseroberfläche über einer Plattform angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterwasser-Bohranordnung und ein Verfahren zum Einbringen eines Gründungselements in einen Gewässergrund anzugeben, mit welchen ein Gründungselement besonders positionsgenau einbringbar ist.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch eine Unterwasser-Bohranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zum anderen wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Unterwasser-Bohranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr längs verschiebbar und drehbar an der Arbeitsbühne gelagert ist und dass an der Arbeitsbühne ein Führungsrohrantrieb zum drehenden Antreiben des Führungsrohres vorgesehen ist.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine Arbeitsbühne nicht allein mit den seitlich an der Arbeitsbühne angeordneten Bodenaufstandselementen am Gewässergrund zu lagern. Vor dem Einbringen des eigentlichen Bohrloches ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass das an der Arbeitsbühne gelagerte Führungsrohr mittels eines Führungsrohrantriebes selbst drehend angetrieben wird und in den Boden eingedreht wird. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Verankerung der Arbeitsbühne im Gewässergrund. Dabei wird das Führungsrohr einige Meter in den Gewässergrund eingetrieben. Dieses erfolgt mittels eines an der Arbeitsbühne angeordneten Führungsrohrantriebes.
  • Nach dieser Verankerung der Arbeitsbühne kann dann das Gründungselement durch ein übliches Bohrwerkzeug in den Gewässergrund eingebracht werden, wobei das Bohrwerkzeug entlang dem Führungsrohr geführt wird. Nachdem das Führungsrohr bereits teilweise in den Gewässergrund eingebracht wird, wird so auch eine verbesserte Führung des Bohrwerkzeuges im Boden erreicht. Querkräfte auf das Führungsrohr beim Einführen des Bohrwerkzeuges oder eines Gründungselementes werden direkt im Gewässergrund abgefangen, so dass keine Verschiebung der Arbeitsbühne erfolgt.
  • Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Führungsrohr an seinem oberen Ende einen Einführtrichter zum Einführen des Bohrwerkzeuges aufweist. Dieser in der Regel konische Trichter erlaubt bei den Arbeiten unter Wasser ein leichteres Einführen des Bohrwerkzeuges oder eines pfahlförmigen Gründungselementes in das Führungsrohr. Der Einführtrichter kann auch nur an einem Teil des Umfanges als Fangeinrichtung ausgebildet sein.
  • Weiterhin ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass das Führungsrohr an seinem unteren Ende Schneidzähne zum Abtragen von Bodenmaterial aufweist. Die Schneidzähne sind insbesondere ringförmig an der unteren Kante des Führungsrohres angeordnet. Das Führungsrohr ist also in seinem unteren Bereich ähnlich wie ein Bohrrohr ausgebildet, so dass dieses auch in härteres Bodenmaterial, wie Gestein oder Fels, eingeschnitten werden kann.
  • Das Führungsrohr wird mit einem Führungsrohrantrieb drehend angetrieben, welcher vorzugsweise an der Außenseite des Führungsrohres angreift. Der Führungsrohrantrieb kann so in einfacher Weise auf der Arbeitsbühne neben dem Führungsrohr angeordnet werden. Dabei sieht die Erfindung als eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass der Führungsrohrantrieb mindestens einen Spannzangenantrieb mit Spannzange aufweist, welcher das Führungsrohr umgreift und einspannt, wobei die Spannzange über mindestens einen quer zur Rohrachse angeordneten Verdrehzylinder um einen vorgegebenen Drehwinkel verdrehbar ist.
  • Die Spannzange greift dabei zumindest an einem Teilbereich des Außenumfanges des Führungsrohres an. Durch entsprechende Spannzylinder erfolgt so eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Spannzange und dem Führungsrohr. Anschließend wird die Spannzange über seitlich angeordnete Verdrehzylinder, welche im Wesentlichen tangential zur Außenseite des zylindrischen Führungsrohres wirken, verschoben und dabei um die Achse des Führungsrohres um einen vorgegebenen Verdrehwinkel verdreht. Danach wird die Spannung der Spannzangen gelöst und die Spannzange durch Einfahren der Verdrehzylinder wieder in die Ausgangsstellung rückbewegt. Es kann dann ein erneutes Spannen und Verdrehen des Führungsrohres erfolgen.
  • Mit einem derartigen Spannzangenantrieb wird ein einfacher, kompakter und zugleich drehmomentstarker Drehantrieb für das Führungsrohr erreicht. Die diskontinuierliche Arbeitsweise eines derartigen Spannzangenantriebes ist ausreichend, um das Führungsrohr vorzugsweise einen Meter bis fünf Meter tief in den Gewässergrund zur Verankerung der Arbeitsbühne einzutreiben.
  • Um zum Eindrehen des Führungsrohres in den Gewässergrund einen ausreichenden Vortrieb zu ermöglichen, kann an der Außenseite des Führungsrohres eine Wendel durch Leisten vorgesehen sein. Nach der Erfindung ist es jedoch besonders bevorzugt, dass der Spannzangenantrieb mindestens einen längs zur Bohrachse angeordneten Vorschubzylinder aufweist, durch welchen die Spannzange und das eingespannte Führungsrohr in Richtung der Bohrachse bewegbar sind. Somit können mit dem Vorschubzylinder definierte Kräfte parallel zur Achse des Führungsrohres in Richtung auf den Gewässergrund aufgebracht werden. Dies erlaubt einen guten und zuverlässigen Vorschub beim Eindrehen des Führungsrohres.
  • Nach der Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, dass der Bohrantrieb des Bohrwerkzeuges an dem Führungsrohr festlegbar ist. Der Bohrantrieb für das Bohrwerkzeug ist eine im Stand der Technik bekannte Antriebseinheit zum kontinuierlichen drehenden Antreiben des Bohrwerkzeuges. Das Bohrwerkzeug kann ein üblicher Bohrkopf oder ein Bohrrohr sein, welches selbst als Gründungselement im Boden verbleibt. Der Bohrantrieb wird dabei vorzugsweise über Spannklemmen an der Oberseite des Führungsrohres relativ fest zu diesem angebracht. Nach dem Erstellen des Bohrloches mittels des Bohrwerkzeuges kann der Bohrantrieb wieder von dem Führungsrohr gelöst und von der Arbeitsbühne entfernt werden. Hierzu kann der Bohrantrieb in bekannter Weise an einem Seil gelagert und auf ein Wasserfahrzeug einholbar sein. Anschließend kann ein pfahlförmiges Gründungselement in das Bohrloch eingesetzt und darin mit Beton verankert werden.
  • Zur Ausrichtung der Arbeitsbühne auf dem Gewässergrund ist es nach der Erfindung weiterhin vorteilhaft, dass die Bodenaufstandselemente mittels Hubzylindern verstellbar sind. Auf diese Weise können durch eine individuelle Einstellung des Hubes der Hubzylinder Unebenheiten des Gewässergrundes ausgeglichen werden. Hierdurch kann eine vertikale Ausrichtung des Führungsrohres eingestellt werden. Gemäß der Erfindung sind mindestens drei Bodenaufstandselemente etwa sternförmig am Außenumfang der Arbeitsbühne angeordnet. Abhängig vom Einsatzzweck der Arbeitsbühne können auch mehr Bodenaufstandselemente vorgesehen sein. Diese können für eine erste Verankerung der Arbeitsbühne selbst mit Spitzen zum Eindringen in den Gewässergrund ausgebildet sein. Grundsätzlich ist auch ein drehender Antrieb der Bodenaufstandselemente möglich, so dass die Bodenaufstandselemente zur Verankerung der Arbeitsbühne in den Gewässergrund zumindest für einen kleinen Bereich eingebohrt werden.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund mit einer Unterwasser-Bohranordnung gelöst, bei dem eine Arbeitsbühne der Unterwasser-Bohranordnung auf den Gewässergrund abgesenkt und mit den Bodenaufstandselementen auf den Gewässergrund aufgesetzt wird, ein Führungsrohr mittels eines Führungsrohrbohrantriebes in den Gewässergrund eingebohrt wird und anschließend ein in das Führungsrohr eingeführtes Bohrwerkzeug mittels eines Bohrantriebes drehend angetrieben wird, wobei ein Bohrloch zur Aufnahme des Gründungselementes gebildet wird. Mit diesem Verfahren können insbesondere die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht werden.
  • Für ein einfaches und drehmomentstarkes Einbringen des Führungsrohres ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass Führungsrohr mittels eines Spannzangenantriebes als Führungsrohrantrieb diskontinuierlich angetrieben wird.
  • Zum Antreiben des Bohrwerkzeuges ist vorzugsweise ein anderer Antrieb vorgesehen, wobei es nach der Erfindung bevorzugt ist, dass das Bohrwerkzeug mittels des Bohrwerkzeuges angetrieben wird, welcher als ein kontinuierlich arbeitender Drehantrieb ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine gleich bleibende Drehbewegung mit einem gleich bleibenden Drehmoment erzeugt werden, was insbesondere beim Erstellen tiefer Bohrlöcher vorteilhaft ist.
  • Weiterhin ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass der Bohrantrieb an dem Führungsrohr lösbar festgelegt wird. Der Bohrantrieb kann bereits beim Einsenken der Arbeitsbühne auf den Gewässergrund an dem Führungsrohr festgelegt sein. Alternativ kann der Bohrantrieb auch erst zu einem späteren Zeitpunkt in das Führungsrohr eingeführt werden, wenn die Arbeitsbühne bereits auf dem Meeresgrund angeordnet ist. Insbesondere können mehrere Führungsrohre an der Arbeitsbühne angeordnet sein, so dass nach dem Erstellen eines ersten Bohrloches der Bohrantrieb 42 mit dem Bohrwerkzeug wieder vom Führungsrohr gelöst und dann in ein zweites Führungsrohr zum Bohren eines zweiten Bohrloches eingeführt werden kann.
  • Für ein effizientes Erstellen eines Gründungselementes ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass das Bohrloch beim Rückziehen des Bohrwerkzeuges mit einer aushärtbaren Masse verfüllt wird, welche zu dem Gründungselement aushärtet. Dabei kann das Bohrwerkzeug etwa ein Spülbohrkopf sein, durch welchen zunächst Bodenmaterial abgetragen und aus dem Bohrloch herausgespült wird. Anschließend kann durch ein Seelenrohr des Bohrwerkzeuges beim Rückziehen des Bohrwerkzeuges aus dem Bohrloch eine aushärtbare Masse, insbesondere Beton, zum Bilden des Gründungselementes in das Bohrloch eingeführt werden.
  • Weiter ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass beim oder nach dem Bilden des Gründungselementes das Führungsrohr wieder aus dem Boden entfernt und mit der Arbeitsbühne vom Gewässergrund abgehoben wird. Hierzu kann das Führungsrohr an der Arbeitsbühne fest eingespannt werden. Die Arbeitsbühne kann dann über eine entsprechende Hubwinde und/oder Aktivierung der Hubzylinder der Bodenabstandselemente vom Gewässergrund entfernt werden. Gegebenenfalls kann das Lösen des Führungsrohres aus dem Gewässergrund auch durch eine Drehbewegung mittels des Führungsrohrantriebes unterstützt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohranordnung;
    Fig. 2
    eine Draufsicht von oben auf die Unterwasser-Bohranordnung von Fig. 1;
    Fig. 3
    eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohranordnung mit eingeführtem Bohrwerkzeug und
    Fig. 4
    eine geschnittene Darstellung der Unterwasser-Bohranordnung von Fig. 3.
  • Ein grundsätzlicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Unterwasser-Bohranordnung 10 geht aus den Figuren 1 und 2 hervor. Diese weist eine sternförmige Arbeitsbühne 16 mit drei sich jeweils mit gleichem Winkelabstand zu einander radial erstreckenden horizontalen Grundstreben 18 auf. Von den Grundstreben 18 erstreckt sich ein als Balkenkonstruktion gebildeter trommelförmiger Rahmen 14 vertikal nach oben. Der Rahmen 14 ist zusätzlich über diagonale Versteifungsstreben 16 mit den Grundstreben 18 verbunden. An den Verbindungspunkten der Versteifungsstreben 16 und der Grundstreben 18 sind jeweils die Bodenaufstandselemente 22 angeordnet. Diese weisen einen Stempel auf, welche über einen Hubzylinder 24 vertikal verstellbar sind. An der Unterseite der durch die Hubzylinder 24 betätigten Stempel sind Verankerungselemente 26 angeordnet. Diese Verankerungselemente 28 können als Spitzen oder Schneidzähne ausgebildet sein, so dass die Bodenaufstandselemente 22 im Gewässergrund verankert werden können.
  • Zur zusätzlichen Verankerung der Arbeitsbühne 20 ist nach der Erfindung innerhalb des trommelförmigen Rahmens 14 ein zylindrisches Führungsrohr 30 drehbar und längs verschiebbar gelagert. An der Unterseite des Führungsrohres 30 ist ein durchmesserkleinerer Zahnkranz mit Schneidzähnen 34 ausgebildet. An der Oberseite des Führungsrohres 30 ist ein zumindest segmentförmig ausgebildeter Einführtrichter 32 vorgesehen, welcher das Einfangen und Einführen eines zylindrischen Bohrwerkzeuges 40 in das Führungsrohr 30 erleichtert. Das Bohrwerkzeug 40 wird über eine Versorgungsleitung 44 mit Energie, Spülflüssigkeit und/oder aushärtbarer Masse, insbesondere Beton, von einem nicht dargestellten Versorgungsschiff aus versorgt. Die Arbeitsbühne 20 ist über eine nicht dargestellte Seil- und Windenanordnung ebenfalls mit dem Versorgungsschiff verbunden und wird hiervon mit Energie versorgt.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Unterwasser-Bohranordnung 10 in einer abgewandelten Form ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die angegebenen gleichen Bezugszeichen benennen die Teile mit gleicher Funktion, wobei auf die vorausgegangene Beschreibung verwiesen wird.
  • Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform weist die Arbeitsbühne 20 Grundstreben 18 und Versteifungsstreben 16 in einer sternförmigen Anordnung auf, welche sich zwischen den Aufstandselementen 22 und dem trommelförmigen Gerüstrahmen 14 erstrecken. Die Grundstreben 18 sind bei dieser Ausführungsform wie die Versteifungsstreben 16 in einem spitzen Winkel zu einer Bohrachse 12 angestellt.
  • Gemäß Fig. 4 umfassen die Bodenaufstandselemente 22 ein Gehäuse 23, welche den eigentlichen Hubzylinder 24 aufnehmen. Am Kolben des Hubzylinders 24 sind ausfahrbare, säulenförmige Stempel 28 angeordnet, an deren Unterseite spitze Verankerungselemente 26 zur Verankerung im Gewässergrund angeordnet sind.
  • Zu einer zusätzlichen Verankerung ist das Führungsrohr 30 in dem trommelförmigen Rahmen 14 axial verstellbar und verdrehbar gelagert. Hierzu ist ein Führungsrohrantrieb 60 mit zwei Spannzangenantrieben 61 a und 61 b vorgesehen. Die beiden Spannzangenantriebe 61 a, 61 b weisen jeweils eine das Führungsrohr 30 umgreifende Spannzange 62a, 62b auf, welche mittels eines nicht dargestellten Spannzylinders zum kraftschlüssigen Halten des Führungsrohres 30 an dieses anlegbar sind. Über je drei horizontal gerichtete Verdrehzylinder 64a, 64b kann die verdrehbar gelagerte Spannzange 62a, 62b um einen vorgegebenen Verdrehwinkel zusammen mit dem Führungsrohr 30 verdreht werden. Die Verdrehbewegung kann dabei zum Vorschub des Führungsrohres 30 durch eine Axialbewegung längs der Bohrachse 12 unterstützt werden. Hierzu ist ein vertikal angeordneter Vorschubzylinder 66 zwischen der Spannzange 61 und dem Rahmen 14 angeordnet.
  • Die beiden Spannzangenantriebe 61a, 61b sind axial beabstandet und in Umfangsrichtung verdreht zueinander. Zum Erreichen eines zumindest quasi kontinuierlichen Drehantriebes kann dabei zunächst ein erster Spannzangenantrieb 61 a eine Drehbewegung ausführen, während der andere zweite Spannzangenantrieb 61 b in seiner Ausgangsposition rückgestellt wird. So können die beiden Spannzangenantriebe 61 a, 61 b jeweils abwechselnd eine Verdrehbewegung des Führungsrohres 30 durchführen beziehungsweise rückgestellt werden.
  • Durch Eindrehen des Führungsrohres 30 in den Gewässergrund wird eine zuverlässige Verankerung und Abstützung der Arbeitsbühne 20 erreicht. Anschließend kann dann über den Einführtrichter 32 das Bohrwerkzeug 40 in das Führungsrohr 30 eingeführt werden.
  • Wie aus der Querschnittsansicht gemäß Fig. 4 entnehmbar, weist dabei das Bohrwerkzeug 40 einen Bohrantrieb 42 mit einem Gehäuse 43 auf, welches mittels hydraulisch betätigter Spannelemente 52 an der Innenseite des Führungsrohres 30 festgelegt wird. Der kontinuierlich drehende Bohrantrieb 42 treibt ein Bohrgestänge 50 an, an dessen unterem Ende ein Bohrkopf 46 zum Abarbeiten von Gesteinsmaterial angeordnet ist. Zusätzlich zu der Rotationsbewegung des Bohrantriebs 42 ist ein Bohrvorschubzylinder 48 angeordnet, welcher zusätzlich eine axiale Kraft auf den Bohrkopf 46 aufbringen kann.
  • Das Bohrwerkzeug 40 mit dem Bohrantrieb 42 ist als ein fliegendes Bohrgerät über eine nicht dargestellte Seilanordnung mit einem Versorgungsschiff verbunden und kann nach Abschluss der Bohrarbeiten wieder aus dem Führungsrohr 30 herausgezogen werden. Anschließend kann ein Gründungselement in dem Bohrloch gebildet werden, insbesondere in dem ein Pfahl eingesetzt und darin verankert wird.

Claims (13)

  1. Unterwasser-Bohranordnung zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund mit
    - einer versenkbaren Arbeitsbühne (20) zum Aufsetzen auf den Gewässergrund,
    - mehreren Bodenaufstandselementen (22), welche zum Ausrichten der Arbeitsbühne (20) auf dem Gewässergrund verstellbar an der Arbeitsbühne (20) angeordnet sind, und
    - mindestens einem an der Arbeitsbühne (20) angeordneten Führungsrohr (30), welches zum Aufnehmen und Führen eines von einem Bohrantrieb (42) angetriebenen Bohrwerkzeuges (40) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Führungsrohr (30) längs verschiebbar und drehbar an der Arbeitsbühne (20) gelagert ist und
    - dass an der Arbeitsbühne (20) ein Führungsrohrantrieb (60) zum drehenden Antreiben des Führungsrohres (30) vorgesehen ist.
  2. Unterwasser-Bohranordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungsrohr (30) an seinem oberen Ende einen Einführtrichter (32) zum Einführen des Bohrwerkzeuges (40) aufweist.
  3. Unterwasser-Bohranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungsrohr (30) an seinem unteren Ende Schneidzähne (34) zum Abtragen von Bodenmaterial aufweist.
  4. Unterwasser-Bohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Führungsrohrantrieb (60) mindestens einen Spannzangenantrieb (61) mit Spannzange (62) aufweist, welche das Führungsrohr (30) umgreift und einspannt, wobei die Spannzange (62) über mindestens einen quer zur Rohrachse (12) angeordneten Verdrehzylinder (64) um einen vorgegebenen Drehwinkel verdrehbar ist.
  5. Unterwasser-Bohranordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Spannzangenantrieb (61) mindestens einen längs zur Bohrachse (12) angeordneten Vorschubzylinder (66) aufweist, durch welchen die Spannzange (62) und das eingespannte Führungsrohr (30) in Richtung der Bohrachse (12) bewegbar sind.
  6. Unterwasser-Bohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrantrieb (42) des Bohrwerkzeuges (40) an dem Führungsrohr (30) festlegbar ist.
  7. Unterwasser-Bohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bodenaufstandselemente (22) mittels Hubzylindern (24) verstellbar sind.
  8. Verfahren zum Einbringen eines Gründungselementes in einen Gewässergrund mit einer Unterwasser-Bohranordnung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
    - eine Arbeitsbühne (20) der Unterwasser-Bohranordnung (10) auf den Gewässergrund abgesenkt und mit den Bodenaufstandselementen (22) auf den Gewässergrund aufgesetzt wird,
    - ein Führungsrohr (30) mittels eines Führungsrohrantriebes (60) in den Gewässergrund eingebohrt wird und
    - anschließend ein in das Führungsrohr (30) eingeführtes Bohrwerkzeug (40) mittels eines Bohrantriebes (40) drehend angetrieben wird, wobei ein Bohrloch zur Aufnahme des Gründungselementes gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Führungsrohr (30) mittels eines Spannzangenantriebes (61) als Führungsrohrantrieb (60) diskontinuierlich angetrieben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohrwerkzeug (40) mittels des Bohrantriebs (42) angetrieben wird, welcher als ein kontinuierlich arbeitender Drehantrieb ausgebildet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrantrieb (42) an dem Führungsrohr (30) lösbar festgelegt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohrloch beim Rückziehen des Bohrwerkzeuges (40) mit einer aushärtbaren Masse verfüllt wird, welche zu dem Gründungselement aushärtet.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim oder nach dem Bilden des Gründungselementes das Führungsrohr (30) wieder aus dem Boden entfernt und mit der Arbeitsbühne (20) vom Gewässergrund abgehoben wird.
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