EP2728104A1 - Method for producing a horizontally drilled bore hole in the ground and horizontal drilling device - Google Patents
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- EP2728104A1 EP2728104A1 EP13005268.1A EP13005268A EP2728104A1 EP 2728104 A1 EP2728104 A1 EP 2728104A1 EP 13005268 A EP13005268 A EP 13005268A EP 2728104 A1 EP2728104 A1 EP 2728104A1
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- E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
- E21B7/30—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring without earth removal
Definitions
- the invention relates to a method for creating a horizontal well in the ground and a horizontal drilling device for use in such a method.
- Horizontal drilling devices are used to bring in trenchless construction supply and disposal lines in the ground or to replace already laid old lines trenchless.
- Horizontalbohrvoriquesen there are a variety of different Horizontalbohrvoriquesen. Widely used are horizontal drilling devices in which a drill head is initially driven obliquely into the soil by means of a drill pipe and, starting from a drilling carriage positioned on the earth's surface, until the drill head reaches the desired drilling depth. Then the drill head is reversed to the horizontal to introduce the desired horizontal bore.
- the Zleisville such a horizontal well, for example, in a specially excavated for this purpose target pit or in a basement room or he may also, i. like the starting point, located on the earth's surface.
- the drill head is reversed in an obliquely upwardly pointing direction in order to allow the drill head to exit again at the earth's surface.
- an expander such as a conical expander
- It can be provided to attach to the expansion device a newly deviszlehende line to collect these simultaneously with the expansion of the pilot hole in the ground.
- Horizontal drilling rigs are also used to replace trenchless trenchings buried underground.
- the drill string is pushed by the drill carriage along the old line (and in particular by an old pipe) and after reaching a destination point, which may for example lie in a maintenance shaft of the sewer, the front end of the drill string connected to a widening device the old pipe is cut or ruptured during the retraction of the drill string, wherein the portions of the destroyed old pipe are displaced radially into the surrounding soil.
- a new pipe can be pulled into the old pipe.
- the new pipe can have an outer diameter which corresponds to or even exceeds the outer diameter of the old pipe.
- an expansion device instead of an expansion device to connect an adapter to the front end of the drill pipe, which acts on the rear end of the old pipe and this pulls out when retracting the drill string from the ground. This can prevent fragments of the old pipe from remaining in the ground, which could otherwise damage the neuro-ear due to the sharp-edged breaklines in connection with the pressure exerted by the surrounding soil.
- Horizontal drilling devices regularly have a linear drive, with which the drill string is driven into the soil and withdrawn from it. Furthermore, a rotary drive is provided on a regular basis, with which the drill string (and the associated drilling or expansion head) can be set in rotation. Through the rotation of the drill head or the expander the propulsion in the soil can be improved.
- a rotation of the drill head is required in order to be able to control it in the desired drilling direction.
- the drill heads of such horizontal drilling devices have an asymmetrically shaped (eg, beveled) drill head front that results in lateral deflection of the drill head during movement of the drill head through the soil. If the drill head is driven in rotation simultaneously with the driving in the ground, the asymmetrical design of the drill head has no influence on the straight bore course, because the lateral deflection compensates in the middle of a turn.
- Horizontal wellhead drilling rigs are often only suitable for use in out-of-town areas as they must be positioned at a considerable distance from the area because of the tapping path required to achieve the desired depth of drilling in which the bore or the new pipeline is to be introduced into the soil or in which an existing old pipeline is to be replaced. Frequently, space is not available in built-up urban areas.
- Another disadvantage of such Horizontalbohrvoriquesen is that these - regularly trained as a self-propelled Bohrlafette - horizontal drilling produce considerable land damage that must be eliminated again with a corresponding financial outlay.
- the trenchless line construction in built-up areas is still largely limited to the trenchless replacement of old pipes, since the old pipes always extend between existing underground cavities (especially supply shafts and cellars), which can be used for the positioning of Hori-zontalbohrvorraum. Excavation work and thus land damage can be largely avoided.
- horizontal drilling devices were developed, which are dimensioned so that they can be positioned in a supply shaft of the sewer system.
- new utility lines are often not to be routed along existing utility lines, it is often not possible to resort to these horizontal wells for utility relocation.
- a horizontal boring machine which is designed for use in small excavation pits with a rectangular cross section of about 70 cm x 40 cm and a depth of about 1 m to 1.5 m.
- This horizontal drilling device comprises a frame whose dimensions correspond approximately to the cross-sectional dimensions of the excavation and which is lowered into the excavation. A part of the frame protrudes beyond the upper edge of the excavation.
- a combined Linear / Rotationsantrleb provided over the one of individual rod sections screwed together drill pipe is driven into the soil.
- the rod sections which are gradually screwed to the rear end of the already drilled drill string, are fed to the linear / rotary drive via a linkage lift, which is from a rod magazine in the upper, over the edge of the pit extending portion of the frame is arranged, transported to the linear / rotary drive.
- a disadvantage of the DE 196 33 934 A1 known horizontal drilling is, however, that for this exact alignment of the excavated excavation is required because the direction in which the bore is started starting from the horizontal drilling, is substantially perpendicular to the two narrow sides of the excavation.
- the horizontal drilling device of DE 196 33 934 A1 can be carried out starting from an excavation also only two holes in the opposite direction, namely in the two directions that are perpendicular to the two narrow sides of the pit. In order to drill in the two directions, it is necessary to lift the entire horizontal boring device out of the excavation, to rotate 180 ° about the vertical axis and then release again into the excavation.
- the present invention seeks to provide an improved horizontal drilling. Furthermore, an improved method for introducing a hole in the soil should be given. In particular, a method and a corresponding horizontal drilling device should be specified, which / allows you to introduce from a relatively small excavation horizontal wells flexible in the soil.
- the idea underlying the invention is to provide a horizontal drilling device having a circular cross-section, and this in an excavation to use, which also has a circular cross-section with preferably approximately the same diameter.
- the horizontal boring device can be rotated in the excavation around the vertical axis and thus aligned in a simple manner exactly in the desired drilling direction. It is not necessary to lift the horizontal drilling device out of the excavation pit. Special requirements for the alignment of the excavation in the soil thus omitted due to the circular cross-section.
- the excavation volume of the excavation pit can be reduced to the required minimum by a cylindrical shape of the horizontal boring device and of the surrounding wall of the excavation pit.
- a particularly large-scale support of the horizontal drilling device can be achieved within the excavation and this regardless of the respective rotational orientation of the horizontal drilling in the excavation.
- the production of the horizontal bore can be done in any known manner, i. E. in particular by the propulsion or the retraction of a drill string, on the front of a drill head or a widening device can be arranged, whereby for example either a (plumb) hole is introduced into the soil, destroyed an existing old line and / or replaced by a new line or a Neutechnisch is drafted into a hole.
- the term "producing” or “producing a horizontal bore in the ground” is understood to mean all the methods of trenchless line rehabilitation mentioned at the outset, and thus not merely the creation of a (pilot) bore per se, but also that Expanding a hole, inserting a new pipe into a hole, and rupturing or pulling out an old pipe.
- a horizontal drilling device in particular for use in a method according to the invention, has at least one linear drive and a drill pipe which can be driven into or pulled out of the ground by the linear drive.
- a housing is additionally provided which largely or completely surrounds the linear drive and which in at least that portion with which this in the operating state of the Horizontalbohrvorides, i. when the linear drive drives the drill pipe into the soil or pulls out of it, is arranged within an excavation (pit section), at least partially has a circular portion and in particular is cylindrical.
- the housing of the horizontal drilling device is preferably dimensioned so that it determines the outer dimension of the horizontal drilling device at least in the pit section.
- the housing surrounds the remaining components of a Horizontalbohrvorraum, in particular the Linearund possibly a rotary drive and is intended for a concern on a wall of a pit to support the forces applied by the horizontal boring forces in the ground.
- a housing may be open or closed.
- An open housing may for example consist of a framework or truss.
- the method according to the invention can be created in a simple manner horizontal wells also from excavations with very small dimensions and especially those in which no operators can stop to operate the horizontal drilling, out.
- the method according to the invention is suitable for creating horizontal boreholes in the ground from excavation pits whose maximum diameter is about 85 cm and in particular about 60 cm or less.
- a diameter of about 60 cm can be a good compromise, since on the one hand the size of the excavation is relatively small and thereby keep the ground damage within limits, but at the same time within the housing of the horizontal drilling still sufficient space for the arrangement of a sufficiently powerful Llnear - And / or rotary drive remains.
- diameters of the excavation of greater than 85 cm, the cost of producing a pit with a circular cross section can be so large that it can not be compensated by the advantages of the method according to the invention.
- An excavation pit with a circular cross-section can not or only at great expense by means of a conventional excavator or manually created. This is especially true for small excavations with diameters of up to about 60 cm, according to the invention should preferably be provided.
- a surface seal such as a tar or asphalt surface, drilled with a conventional crown drill the underlying soil is sucked by a conventional suction drill. In this way, relatively small (more or less geometrically accurate) cylindrical holes can be introduced into the soil.
- the excavation can be done by drilling a surface seal with a crown drill and / or by the suction of the soil.
- the housing forms a substantially closed jacket in the pit section of the horizontal drilling device according to the invention. This can largely be prevented that soil from the pit walls falls into the interior of the housing and the functional elements arranged there, such as in particular the linear and rotary drive, etc. dirty.
- a large support surface can be achieved by a largely closed shell, whereby the stability of the horizontal drilling can be increased within the pit.
- substantially closed jacket a jacket which covers the corresponding portion of the housing to a large extent and in particular has only recesses or openings, which are required for the function of the drilling device. Such a recess or opening is required, for example, for the passage of the drill string.
- the support member may be moved radially outward from a retracted position in which it is disposed within the dimensions defined by the housing to securely position the horizontal drilling apparatus in an excavation pit.
- more than one support element and in particular at least two, three, four or five support elements are provided, which are arranged spaced apart in a defined, preferably uniform pitch and also preferably can be extended individually.
- the horizontal drilling device according to the invention in the Excavation not only be supported safely, but at the same time still in their position (alignment of the longitudinal axis of the housing, corresponds in operation, the vertical axis of the horizontal drilling) are aligned.
- the support element has a support plate which forms a section of the jacket.
- the horizontal boring device in the corresponding section forms a largely closed cylindrical shell when the one or more supporting elements are positioned in a retracted position; on the other hand, the support plate as a section of the shell on a curved shape, which is similar in radius to the radius of the arcuate wall of the excavation, so that a uniform and secure support can be achieved when the support element is extended radially.
- the horizontal drilling device according to the invention has a section (surface section) which is located in the operating state above the excavation.
- this section of the horizontal drilling device there may be the functional elements that should or must be accessible by an operator in order to operate the horizontal drilling device.
- the surface portion of the horizontal boring device may further comprise a supporting device via which the horizontal boring device is supported on the earth's surface. About this horizontal drilling device can thus be stored suspended within the pit.
- this support device can be designed to be adjustable in order to enable a height positioning of the horizontal drilling device in the excavation.
- a simple and flexible (because easily changeable) height positioning of the horizontal drilling device according to the invention (or the pit portion of the horizontal drilling device) can be achieved within the excavation.
- a suitable for the support of the horizontal drilling device i. level and aligned in the correct angle to the horizontal ground of the pit must be provided. As a result, the effort for the introduction of the excavation can be reduced.
- both the cylindrical excavation pit and the correspondingly dimensioned horizontal boring device preferably have a small diameter, it may be necessary to supply the linear drive arranged within the pit section of the horizontal boring machine gradually with soil from the surface of the earth, which are then connected to each other drill pipe train.
- the horizontal drilling device according to the invention may preferably be provided with a linkage which transports a rod section of the drill string between the surface section and the pit section.
- the rod sections are transported one after the other from the surface section to the linear drive within the pit section of the horizontal boring device, while retracting the drill string from an already created bore, for example when flared and / or a new line is drawn, the individual, detached from the drill string rod sections transported by means of the linkage pin from the linear drive to the surface portion where they can be removed either by an operator or an automated Gestibeüberddling.
- the linkage pin has a boom support into which a rod section can be inserted from the side.
- a boom support allows easy accessibility from the side by the operator and at the same time ensures a secure hold during transport of the rod assembly (along a vertically oriented linkage pin).
- a transfer of the rod assembly from the linkage to the linear drive can preferably take place by means of a receiving mandrel which is arranged such that the rod assembly is attached directly to the linkage after reaching the target position of the rod holder becomes.
- the rod sections preferably have a length which is only as short as possible shorter than the diameter of the housing in the pit section of the horizontal drilling device.
- the effort required for the assembly or release of the individual rod sections of the drill string can be reduced to a minimum.
- the Fig. 1 shows in an isometric view of a horizontal drilling device 1 according to the invention when introducing a pilot hole in the ground.
- the horizontal drilling device comprises a cylindrical housing 2, which is partially closed by a cylindrical jacket 3. Functionally, the horizontal boring device 1 or the housing 2 of the horizontal boring device 1 is subdivided into two sections, namely a lower section called a "pit section", which is located inside a excavation pit 4 specially excavated for receiving the horizontal boring device 1.
- the housing 2 In the pit section of the horizontal drilling device 1, the housing 2 is substantially completely closed by the jacket 3. This prevents soil from falling off the wall of the excavation 4 from falling into the cavity formed by the housing 2, where further functional elements of the horizontal boring device 1 and in particular a combined linear / rotary drive 5 are located. Otherwise, soil falling into the cavity could contaminate these functional elements, which could impair the function of the horizontal drilling apparatus 1.
- the housing 2 is partially open to give an operator access to a linkage pin 6 extending into this area.
- the horizontal drilling device 1 is positioned "suspended" within the excavation 4, that is, this is not supported on the bottom of the excavation 4, but rather on a support device with a total of three support legs 7, in the region of the surface portion of the horizontal drilling device 1 on side members 8 of the housing 2 are attached.
- Each of the support legs 7 can be attached to the respective side member 8 at a total of five different positions.
- a height adjustment of the horizontal drilling device 1 suspended in the excavation pit 4 can take place. This height adjustment is important, for example, to position the located within the pit section linear / rotary drive 5 on the correct for introducing the pilot hole into the ground height.
- Each of the support legs 7 further comprises a spindle support, which is connected via a rotary joint with the cross member 10 of the respective support leg 7.
- the spindle support comprises a threaded rod 11 which has a support leg 12 at its foot end.
- a handle 13 is provided, via which the threaded rod 11 can be rotated about its longitudinal axis, whereby a longitudinal displacement relative to the threaded rod surrounding the spindle housing 14 is achieved.
- the spindle supports serve to align the Hori-zontalbohrvorides 1 within the pit 4 exactly after a first height positioning has already been achieved by the attachment of the support legs 7 on the side rails 8 of the housing 2.
- the excavation 4 - as well as the housing 2 of the horizontal drilling device 1 - has a cylindrical shape whose inner diameter also corresponds substantially to the outer diameter of the housing 2 of the horizontal drilling device.
- the casing 3 of the horizontal drilling device 1 in the region of the pit section thus lies more or less directly against the wall of the excavation pit 4. Due to the extensive agreement of the inner diameter of the excavation 4 and the outer diameter of the housing 2, not only the size of the excavation pit 4 to be excavated can be kept to a minimum, but it can be achieved within the excavation 4 as large as possible and homogeneous support of the horizontal drilling 1. Due to the circular cross section of the excavation 4 and the housing 2, the support is also independent of the respective rotational orientation (about the longitudinal axis of the horizontal drilling device).
- the excavation 4 was excavated by first with a crown drill (not shown) an annular groove with the required (outer) diameter in the surface seal (asphalt surface) was introduced, which removes so exposed schelbenförmige Asphaltdeckel and then the underlying soil by means of a Suction dredger (not shown) was sucked.
- the suction dredger used for this purpose comprises a suction nozzle, which likewise has a circular cross section.
- the excavation 4 is excavated slightly lower than necessary in order to allow a height adjustment of the suspended horizontal drilling device 1 within the excavation 4, without causing an accidental placement of the lower end of the horizontal drilling 1 on the pit floor.
- the horizontal drilling 1 was lowered by means of a crane (not shown) in the pit 4 until the previously secured to the side rails 8 of the housing 2 support legs 7 have contact with the earth's surface. With the help of the crane horizontal drilling device 1 was then still rotationally aligned within the excavation by these far enough about their longitudinal axis is rotated until the of the arranged within the pit portion of the horizontal drilling device 1 linear / rotary drive defined drilling axis in the desired starting direction for the pilot hole. On the spindle supports then a fine adjustment of the working height of the horizontal drilling device 1 and within limits of the inclination of the horizontal drilling device 1 with respect to the vertical could be achieved.
- the horizontal boring device 1 Since the wall of the excavation 4 - in particular when it was excavated by means of a suction dredger - is not uniformly cylindrical, the horizontal boring device 1 according to the invention has in the region of the excavation section a total of four support elements 15 distributed uniformly over the circumference. These support elements 15 comprise support plates 16, which in a retracted position in each case form a section of the cylindrical jacket 3 of the horizontal drilling device. The support plates 16 can be deflected outwards in the radial direction by means of a hydraulic cylinder 17 in order to produce a direct contact of the horizontal drilling device 1 with the wall of the excavation 4 in order to safely support it within the excavation 4.
- Each of the support plates 16 is connected via a first pivot 18 to a first end of a Auslenkhebels 19, which in turn is rotatably supported by a second pivot joint 21 on the housing 2 of the horizontal drilling device 1.
- a second end of Auslenkhebeis 19 is connected to the head of a piston rod 20 of the hydraulic cylinder 17.
- a extension and retraction of the hydraulic cylinder 17 thus causes a partial rotation of the Auslenkhebels 19 about the pivot 21, whereby the respective support plate 16 can be deflected radially or withdrawn.
- End stops 22 prevent the support plate 16 when retracting the hydraulic cylinder 17 penetrates into the interior defined by the shell of the housing.
- the Fig. 2 shows one of the Fig. 1 corresponding representation of the entire horizontal drilling device 1, but in which a part of the shell 3 is removed in the pit section to make visible the functional elements arranged therein.
- Fig. 3 to 5 show various views of this portion of the horizontal drilling device 1 in enlarged views. It can be seen that the combined linear / rotary drive 5 is arranged at the lower end of the horizontal drilling device 1 within the housing 2. This serves to propel a composite of individual rod sections 23 drill pipe 24 rotating in the soil.
- the Fig. 6 shows a partial section through the linear / rotary drive 5 in an isolated from the other elements of the horizontal drilling device 1 representation.
- the linear drive is formed by two hydraulic cylinders 25.
- the piston rods 26 of the two hydraulic cylinders 25 pass through the respective cylinder tube 27 completely and are connected at their two ends to the housing 2 of the horizontal drilling device 1.
- the piston rods 26 each have a centrally disposed piston (not shown), which divides the respectively formed between the cylinder tube 27 and the piston rod 26 annular space into two working chambers, which can be supplied via a hydraulic line 66 with the hydraulic oil.
- a movement of the respective cylinder tube 27 on the piston rod 26 in one or the other direction is achieved.
- the movement of the two hydraulic cylinders 25 of the linear drive is synchronized.
- a rotary drive is arranged between the two cylinder tubes 27 of the linear drive forming hydraulic cylinder 25 and secured thereto.
- the rotary drive comprises a flange-mounted on a hollow gear 28 motor 29 (in particular a hydraulic or an electric motor).
- a drive shaft 30 of the motor 29 is connected to a bevel gear 31, which in turn meshes with a toothed ring 32, which in turn is connected via screw 33 with a drive sleeve 34.
- the drive sleeve 34 is rotatably supported by two roller bearings 35 within a housing 36 of the hollow gear 28. A rotation of the drive shaft 30 of the motor 29 thus causes a rotation of the drive sleeve 34 about its longitudinal axis.
- This longitudinal axis substantially corresponds to the longitudinal axis of the drill pipe 24 held therein and consequently also the drilling axis, i. the starting direction of a pilot hole to be introduced or the longitudinal axis of an opening in the wall of the excavation 4 hole or an old pipe.
- a drive ring 37 For transmitting the rotational movement of the drive sleeve 34 and the longitudinal movement generated by the hydraulic cylinders 25 of the linear drive on the drill pipe 34 held in the drill pipe 24 is a drive ring 37 which - fixed in an operating position of the drill string 24 within the driver ring 37 - the drill string 24 positively.
- the driver ring 37 is positively mounted within the drive sleeve 34 and can be easily replaced when worn by first removing a snap ring 63 from a corresponding groove in the inside of the drive sleeve 34 and then a spacer 64 is pulled out of the drive sleeve. The driver ring 37 can then be easily pulled out of the drive sleeve 34.
- the Fig. 9a and 9b 10a and 10b show, in two views in each case, the two operating positions of the drill pipe 24 within the driver ring 37 relevant to the operation of the horizontal drilling apparatus 1. These two operating positions differ by a 90 ° relative rotation of the driver ring 37 about its longitudinal axis relative to the drill string 24.
- the drill pipe 24 is locked in the drive ring. This locking is achieved by the special shell shape of the rod sections 23 of the drill string 24 and a shape adapted thereto of the central opening of the driver ring 37.
- Each rod assembly 23 of the drill string 24 has a cylindrical basic shape with a relatively small diameter central portion 38 and two relatively large diameter end portions 39a, 39b.
- two parallel flats 40 are provided, resulting in a cross section with two parallel straight sides and two opposite arcuate sides.
- the driving ring 37 forms a passage opening corresponding to this cross section, so that it is possible, provided the driving ring 37 and the rod section 23 guided therein in the in the 10a and 10b Rotational alignment shown are arranged to each other, the rod section 23 to be inserted into the through hole of the cam ring 37 and free to move (in the longitudinal direction).
- the middle section 38 of each rod section 23 has a reduced outside diameter so as to reduce (defined) one end section 39a, 39b. To achieve stiffness. This should enable the use of a controllable inclined drilling head. By reversing the drill head 43 in the ground, a sectionally arcuate bore profile is achieved. The drill string 24 must adapt to this arcuate bore profile, which leads to a corresponding bending stress.
- the reduced diameter and thus relative to the end portions 39a, 39b blegewiche relatively middle section 38 of each rod section 23 serves to hold the rod assembly 23 altogether bendable, but at the same time the end portions 39a, 39b, which are particularly vulnerable to breakage, stiff execute.
- an automated linkage supply is provided, which consists of a rod holder 44, which is arranged at the height of the linear / rotary drive 5, and the linkage pin 6.
- the rod receiver 44 is in the overall view of Fig. 4 and 5 as well as isolated in the representations of the Fig. 7a, 7b . 8a and 8b shown.
- the central element of the boom support 44 is a receiving mandrel 45, which is mounted in a bridge 46 which is connected to the cylinder tubes 47 of two further hydraulic cylinders 48.
- Also in the hydraulic cylinders 48 are those in which the piston rod 49 protrudes from both sides of the cylinder tube 47.
- the two free ends of the two piston rods 49 are connected to the housing 2 of the horizontal drilling device 1, so that by a corresponding pressurization of the hydraulic cylinder 48 with hydraulic oil, the cylinder tubes 47 can be moved on the stationary piston rods 49 and consequently the boom support 44 in the horizontal direction.
- the receiving mandrel 45 of the boom receptacle 44 is pivotally mounted within the bridge 46 about a horizontal axis, wherein a pivoting between the two in the Fig. 7a, 7b on the one hand and 8a, 8b on the other hand shown end positions is possible.
- the pivoting is achieved via a further hydraulic cylinder 50, which is supplied via corresponding hydraulic connections 65 with a hydraulic oil.
- a receiving carriage 52 which can receive a rod section 23, slidably guided, wherein the receiving carriage 52 is fixed to a run of a drive belt 53 which extends outside of the guide rail 51 and parallel thereto.
- An upper drive roller of the drive belt 53 is connected to a motor (not shown) for driving the same.
- a lower guide roller 54 is mounted on an axle 55, which is guided at its two ends on a respective threaded rod 56 and in a respective groove 57. By rotating the threaded rods 56, the vertical position of the lower guide roller 54 can be changed to tension the drive belt 53.
- the receiving carriage 52 By means of the drive belt 53, the receiving carriage 52 can be moved up and down within the guide rail 51. In this way, a boom section 23, which is used by an operator in a loading station 58 in the surface portion of the horizontal drilling device 1, to the boom support 44 in the pit section - and vice versa - be transported.
- the Fig. 11 shows in an isolated view of the boom receptacle 44 and the lower part of the linkage pin 6 including the receiving carriage 52, in which a rod section 23 is held.
- the receiving carriage 52 forms a passage opening into which the rod section 23 can be inserted by the operator in the region of the loading station 58 from the side.
- the inserted rod assembly 23 is suspended, that is, two pairs of projections 59 each form a free space, which is only slightly wider than the diameter of the central portion 38 and narrower than the wider side of the end portions 39a, 39b of the rod section 23 ,
- One of the projection pairs engages in the locking grooves 41 of the front end portion 39 a, while the second projection pair engages in the central portion 38 of the rod section 23.
- the horizontal drilling apparatus 1 is designed to carry out scavenging bores, i. the drilling head 43 arranged on the front side of the drill pipe 24 is supplied via the drill string 24 with a drilling fluid which emerges through front and side outlet openings.
- the individual rod sections 23 of the drill string 24 are designed to be hollow throughout.
- the drilling fluid is fed to the drill string 24 via the receiving mandrel 45, which is likewise designed to be almost hollow throughout. Only at the rear end, i. the projecting from an attached rod assembly 23 end, this is closed by means of a screw 60.
- the cavity formed by the hollow mandrel 45, the drilling fluid is supplied via a likewise hollow shaft on which the receiving mandrel 45 is rotatably mounted.
- Two sealing rings on the outside of the mandrel 45 prevent leakage of the drilling fluid through the gap between the mandrel 45 and the rod section 23. This can be achieved in a simple manner a safe and structurally simple connection of the pivoting mandrel 45 to the Bohrroughkeits provoke.
- the horizontal drilling device 1 is then lowered into the excavation 4, aligned and supported, as already described.
- the drill head 43 is drilled as far as possible in the ground. Due to the length of the drill head 43, the drilling is carried out with two strokes of the linear drive; at the first stroke, the cam ring 37 is located at the front end of the two parallel flats, so that the pressure forces are transmitted via the trained there paragraph and the torque on the serving as a key surfaces parallel flats. After the first stroke of the linear drive is moved back so that the driving ring 37 engage in the locking grooves and lock the drill head 43. Then the linear drive is again moved forward by one working stroke, whereby the drill head 43 is completely bored. The rotary drive is then in the example in the Fig. 4 and 5 illustrated foremost position.
- a provided in the region of the passage opening locking fork (not shown) is then shut down.
- the fork width of the locking fork corresponds to the distance between the two parallel flats of the drill head 43 and the distance between the two locking grooves.
- the drill bit 43 was aligned by means of the rotary drive so that the two flats of the end portion are aligned vertically, so that the locking fork can drive over the end portion (in a section in front of the locking grooves) of the drill head 43, whereby rotation of the drill head by means of a positive fixation 43 is temporarily prevented.
- the drive ring 37 is then released from the locking grooves of the drill head 43 and the linear / rotary drive 5 so far back that it is located in a defined region of the front end portion 39 a of the first rod section 23.
- the first rod assembly 23 is screwed to the drill head 43 fixed in the direction of rotation by the locking fork, the torque being transmitted via the parallel flats 40.
- the driving ring 37 is not yet locked in the locking groove 41, the rod section can be displaced relative to the driving ring 37 during screwing in the longitudinal axial direction.
- the longitudinal movement of the rod section 23 required for screwing the rod section 23 can be realized without a complex length compensation realized by the linear drive.
- the position of the rotary drive during the screwing is chosen so that the locking grooves 41 of the front end portion 39a are located after the complete screwing of the rod assembly 23 with the drill bit 43 within the driving ring 43, so that this by a 90 ° rotation directly, i. without the need for another method of linear drive, can engage in the locking grooves 41 to fix the rod assembly 23 in the longitudinal direction.
- the drill string is then drilled so far until the rotary drive has returned to its front end position.
- the rotary drive is unlocked by a 90 ° rotation (in the opposite direction) of the driver ring and moved back by means of the hydraulic cylinder 25 of the linear drive until the driver ring 37 can engage in the locking grooves 41 of the rear end portion 39b of the first rod section 23; There, the driving ring 37 is locked again by a 90 ° rotation. Then the drill string, consisting of drill head 43 and first rod assembly 23 is driven by the use of the linear / rotary drive 5 by a further working stroke of the linear drive further into the soil.
- the locking grooves 41 of the front end portion 39a of the first linkage 23 are below the Verriegelungsgebel, which can then be moved down to fix the drill string, while the second rod section 23 is screwed to the existing drill string.
- the second rod section 23 by means of Boom receptacle 44 moved up to the rear end of the first rod section 23.
- the rotational drive is released from the first linkage 23 and moved backwards so far that it can engage the parallel flats 40 in the front end section 39a of the second linkage section 23.
- the second rod section 23 is then screwed to the first rod section 23, wherein after completing the screwing of the cam ring 37 is locked again in the locking grooves 41 of the front end portion 39 a of the second rod section and the drill string back to the Reaching the front end position (of the linear drive) is bored.
- the linear / rotary drive 5 is then released by a 90 ° relative rotation of the drive ring 37 of the second rod section 23 and moved backwards to lock the second rod section 23 in the rear end portion 39b and the drill string to another working stroke in to drive the soil.
- the locking fork always engages in the locking grooves 41 of the rod sections 23 in order to secure this or the drill string not only rotationally but also against longitudinal movement. As a result, it is possible to prevent the drill string from shifting unintentionally due to elastic re-deformations of the compressed soil and of the drill string compressed or stretched by the loads.
- the preparation and Verbohren further rod sections 23 is then carried out in an identical manner.
- pilot bore After the pilot bore has been completed, it may be provided to replace the drill head 43 by a widening device (not shown) to widen the bore during retraction of the drill string.
- a neural tube (not shown) or other supply line (not shown) may be attached to the expander head, which is retracted into the bore simultaneously with the expander.
- the driving ring 37 of the rotary drive is locked in the locking grooves 41 of the rear end portion 39b of the last linkage 23.
- the rotary drive is moved by a process of the hydraulic cylinder 25 of the linear drive to the rear.
- the locking fork is then moved down and fixes the penultimate rod assembly 23 by this in the locking grooves 41 of the rear end portion 39 b of this rod section 23 engages.
- the linear / rotary drive is then released by a 90 ° rotation of the driving ring of the rod section 23 and moved forward again until the driving ring 37 can engage in the locking grooves of the front end portion 39a of the last rod section 23.
- the drill string 24 is pulled out of the ground so far that the locking fork can lock the penultimate rod section 23 in the front end portion 39a. Then the last rod section 23 can be unscrewed from the penultimate rod section 23 by a rotation of the drive sleeve 34 in the counterclockwise direction. Due to the particular shape of the rod section in the region of the end sections, a torque for releasing the threaded connection can be transmitted without the carrier ring 37 being fixed in the locking groove 41 also in the longitudinal axial direction. This allows the driving ring 37 slide when unscrewing the rod assembly 23 according to the thread pitch over the rod section, whereby a length compensation on the linear drive can be avoided.
- the boom support 44 forwards to accommodate the unscrewed last rod section 23.
- the boom support 44 then moves back to its rearmost position and the linear / rotary drive 5 at the same time forward, so that it can attack on the rear end portion 39b of the then last (previously penultimate) rod section 23.
- the unscrewed rod assembly 23 is then completely moved out of the drive sleeve 34 and can be used by pivoting the receiving mandrel 45 in the vertical position in the receiving carriage 52 of the linkage pin 6.
- the receiving carriage 52 can then be moved up to the feed station 58, where the rod section can be removed by an operator.
- the horizontal drilling device shown is particularly suitable for use in inner city areas and in particular for the creation of domestic connections in the supply area (in particular gas, water, electricity, glass fiber, etc.). Drill holes of up to 20 meters in length can be drilled and used to retract pipes or cables with an outside diameter of up to 63 mm.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Horizontalbohrung im Erdreich sowie eine Horizontalbohrvorrichtung zur Verwendung in einem solchen Verfahren.The invention relates to a method for creating a horizontal well in the ground and a horizontal drilling device for use in such a method.
Horizontalbohrvorrichtungen kommen zum Einsatz, um in grabenloser Bauweise Ver-und Entsorgungsleitungen in das Erdreich einzubringen bzw, bereits verlegte Altleitungen grabenlos auszutauschen.Horizontal drilling devices are used to bring in trenchless construction supply and disposal lines in the ground or to replace already laid old lines trenchless.
Es existieren eine Vielzahl unterschiedlicher Horizontalbohrvorrichtungen. Weit verbreitet sind Horizontalbohrvorrichtungen, bei denen ein Bohrkopf mittels eines Bohrgestänges und ausgehend von einer an der Erdoberfläche positionierten Bohrlafette zunächst schräg in das Erdreich vorgetrieben wird, bis der Bohrkopf die gewünschte Bohrtiefe erreicht. Daraufhin wird der Bohrkopf in die Horizontale umgesteuert, um die gewünschte Horizontalbohrung einzubringen. Der Zleipunkt einer solchen Horizontalbohrung kann beispielsweise in einer extra hierfür ausgehobenen Zielbaugrube oder in einem Kellerraum liegen oder er kann sich ebenfalls, d.h. wie der Startpunkt, an der Erdoberfläche befinden. Hierfür wird der Bohrkopf nach einem gewissen Bohrfortschritt In eine schräg nach oben weisende Richtung umgesteuert, um den Bohrkopf wieder an der Erdoberfläche auszutreten zu lassen.There are a variety of different Horizontalbohrvorrichtungen. Widely used are horizontal drilling devices in which a drill head is initially driven obliquely into the soil by means of a drill pipe and, starting from a drilling carriage positioned on the earth's surface, until the drill head reaches the desired drilling depth. Then the drill head is reversed to the horizontal to introduce the desired horizontal bore. The Zleipunkt such a horizontal well, for example, in a specially excavated for this purpose target pit or in a basement room or he may also, i. like the starting point, located on the earth's surface. For this purpose, after a certain drilling progress, the drill head is reversed in an obliquely upwardly pointing direction in order to allow the drill head to exit again at the earth's surface.
Nachdem der Bohrkopf den Zielpunkt erreicht hat, wird dieser häufig gegen eine Aufweitvorrichtung, beispielsweise einen konischen Aufweitkörper, ersetzt, um bei dem Zurückziehen des Bohrgestänges mittels der Bohrlafette die zuvor erstellte (Pilot-)Bohrung aufzuweiten. Dabei kann vorgesehen sein, an die Aufweitvorrichtung eine neu einzuzlehende Leitung anzuhängen, um diese gleichzeitig mit dem Aufweiten der Pilotbohrung in das Erdreich einzuziehen.After the boring head has reached the target point, it is often replaced by an expander, such as a conical expander, to recover the drill string when the drill string is withdrawn by the borer carriage (Pilot) bore to widen. It can be provided to attach to the expansion device a newly einzuzlehende line to collect these simultaneously with the expansion of the pilot hole in the ground.
Horizontalbohrvorrichtungen werden auch dazu verwendet, im Erdreich verlegte Altleitungen grabenlos zu ersetzen. Hierzu wird in einem ersten Arbeitsschritt das Bohrgestänge von der Bohrlafette entlang der Altleitung (und insbesondere durch ein Altrohr) geschoben und nach dem Erreichen eines Zielpunkts, der beispielsweise in einem Wartungsschacht der Kanalisation liegen kann, das vordere Ende des Bohrgestänges mit einer Aufweitvorrichtung verbunden, durch die das Altrohr beim Zurückziehen des Bohrgestänges zerschnitten oder geborsten wird, wobei die Teilstücke des zerstörten Altrohrs radial in das umgebende Erdreich verdrängt werden. Gleichzeitig kann ein Neurohr in das Altrohr eingezogen werden. Durch das Zerstören des Altrohrs und das Verdrängen der Teilstücke des Altrohrs kann das Neurohr einen Außendurchmesser aufweisen, der dem Außendurchmesser des Altrohrs entspricht oder diesen sogar übersteigt.Horizontal drilling rigs are also used to replace trenchless trenchings buried underground. For this purpose, in a first step, the drill string is pushed by the drill carriage along the old line (and in particular by an old pipe) and after reaching a destination point, which may for example lie in a maintenance shaft of the sewer, the front end of the drill string connected to a widening device the old pipe is cut or ruptured during the retraction of the drill string, wherein the portions of the destroyed old pipe are displaced radially into the surrounding soil. At the same time a new pipe can be pulled into the old pipe. By destroying the old pipe and displacing the sections of the old pipe, the new pipe can have an outer diameter which corresponds to or even exceeds the outer diameter of the old pipe.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, anstelle einer Aufweitvorrichtung einen Adapter an das vordere Ende des Bohrgestänges anzuschließen, der an dem rückseitigen Ende des Altrohrs angreift und dieses beim Zurückziehen des Bohrgestänges aus dem Erdreich herauszieht. Dadurch kann verhindert werden, dass Bruchstücke des Altrohrs Im Erdreich verbleiben, die anderenfalls aufgrund der scharfkantigen Bruchkanten in Verbindung mit dem von dem umgebenden Erdreich ausgeübten Druck das Neurohr beschädigen könnten.Alternatively, it is also possible, instead of an expansion device to connect an adapter to the front end of the drill pipe, which acts on the rear end of the old pipe and this pulls out when retracting the drill string from the ground. This can prevent fragments of the old pipe from remaining in the ground, which could otherwise damage the neuro-ear due to the sharp-edged breaklines in connection with the pressure exerted by the surrounding soil.
Horizontalbohrvorrichtungen weisen regelmäßig einen Linearantrieb auf, mit dem das Bohrgestänge in das Erdreich vorgetrieben und aus diesem zurückgezogen wird. Weiterhin ist regelmäßig ein Rotationsantrieb vorgesehen, mit dem das Bohrgestänge (und der damit verbundene Bohr- oder Aufweitkopf) In Rotation versetzt werden kann. Durch die Rotation des Bohrkopfs oder der Aufweitvorrichtung kann der Vortrieb im Erdreich verbessert werden.Horizontal drilling devices regularly have a linear drive, with which the drill string is driven into the soil and withdrawn from it. Furthermore, a rotary drive is provided on a regular basis, with which the drill string (and the associated drilling or expansion head) can be set in rotation. Through the rotation of the drill head or the expander the propulsion in the soil can be improved.
Weiterhin ist bei den meisten der steuerbaren Horizontalbohrvorrichtungen eine Rotation des Bohrkopfs erforderlich, um diesen in die gewünschte Bohrrichtung steuern zu können. Die Bohrköpfe solcher Horizontalbohrvorrichtungen weisen eine asymmetrisch ausgebildete (z.B. abgeschrägte) Bohrkopffront auf, die zu einer seitlichen Ablenkung des Bohrkopfs während der Bewegung des Bohrkopfs durch das Erdreich führt. Wenn der Bohrkopf gleichzeitig mit dem Vortreiben im Erdreich rotierend angetrieben wird, hat die asymmetrische Ausbildung des Bohrkopfs keinen Einfluss auf den geradlinigen Bohrverlauf, denn die seitliche Ablenkung gleicht sich im Mittel einer Umdrehung aus. Wird dagegen die Rotation des Bohrkopfs gestoppt und dieser ausschließlich schiebend - gegebenenfalls unterstützt durch von einer in den Bohrkopf oder in die Bohrlafette integrierten Schlagvorrichtung ausgeübte Schläge - vorgetrieben, führt die asymmetrische Ausgestaltung des Bohrkopfs zu einer (konstanten) seitlichen Ablenkung. Dadurch wird ein bogenförmiger Bohrverlauf und im Ergebnis eine Änderung der Bohrrichtung erzielt.Furthermore, in most of the controllable horizontal drilling devices, a rotation of the drill head is required in order to be able to control it in the desired drilling direction. The drill heads of such horizontal drilling devices have an asymmetrically shaped (eg, beveled) drill head front that results in lateral deflection of the drill head during movement of the drill head through the soil. If the drill head is driven in rotation simultaneously with the driving in the ground, the asymmetrical design of the drill head has no influence on the straight bore course, because the lateral deflection compensates in the middle of a turn. If, however, the rotation of the drill head stopped and this only sliding possibly supported by blows exerted by an impactor integrated in the drill head or drill mount, driven in advance, the asymmetrical design of the drill head results in a (constant) lateral deflection. This results in an arcuate bore profile and, as a result, a change in the drilling direction.
Horizontalbohrvorrichtungen, die ausschließlich zum Ersetzen von bereits im Erdreich verlegten Altrohren vorgesehen sind, weisen häufig keinen zusätzlichen Rotationsantrieb auf.Horizontal drilling devices, which are provided exclusively for replacing old pipes already laid in the ground, frequently have no additional rotary drive.
Horizontalbohrvorrichtungen, bei denen die Bohrlafette für eine Positionierung an der Erdoberfläche vorgesehen ist, eignen sich häufig nur für einen Einsatz in außerstädtischen Gebieten, da diese wegen des für das Erreichen der gewünschten Bohrtiefe erforderlichen Anbohrwegs in einer teilweise erheblichen Entfernung von dem Bereich entfernt positioniert werden müssen, in dem die Bohrung bzw. die Neuleitung In das Erdreich eingebracht werden soll bzw, in dem eine bereits bestehende Altleitung ausgewechselt werden soll. Häufig sind entsprechende Platzverhältnisse in bebauten städtischen Gebieten nicht gegeben. Ein weiterer Nachteil derartiger Horizontalbohrvorrichtungen liegt darin, dass diese - regelmäßig als selbstfahrende Bohrlafette ausgebildeten - Horizontalbohrvorrichtungen erhebliche Flurschäden erzeugen, die mit einem entsprechenden finanziellen Aufwand wieder beseitigt werden müssen.Horizontal wellhead drilling rigs are often only suitable for use in out-of-town areas as they must be positioned at a considerable distance from the area because of the tapping path required to achieve the desired depth of drilling in which the bore or the new pipeline is to be introduced into the soil or in which an existing old pipeline is to be replaced. Frequently, space is not available in built-up urban areas. Another disadvantage of such Horizontalbohrvorrichtungen is that these - regularly trained as a self-propelled Bohrlafette - horizontal drilling produce considerable land damage that must be eliminated again with a corresponding financial outlay.
Aufgrund dieser Nachteile beschränkt sich der grabenlose Leitungsbau in bebauten Gebieten noch weitgehend auf das grabenlose Ersetzen von Altrohren, da sich die Altrohre stets zwischen bereits vorhandenen unterirdischen Hohlräumen (insbesondere Versorgungsschächte und Kellerräume) erstrecken, die für die Positionierung der Hori-zontalbohrvorrichtung genutzt werden können. Aushubarbeiten und folglich Flurschäden können dadurch weitgehend vermieden werden. Hierfür wurden Horizontalbohrvorrichtungen entwickelt, die so dimensioniert sind, dass sie in einem Versorgungsschacht der Kanalisation positioniert werden können. Da neue Versorgungsleitungen häufig nicht entlang bestehender Versorgungstrassen verlegt werden sollen, kann für die Neuverlegung von Versorgungsleitungen jedoch häufig nicht auf diese Horizontalbohrvorrichtungen zurückgegriffen werden.Because of these disadvantages, the trenchless line construction in built-up areas is still largely limited to the trenchless replacement of old pipes, since the old pipes always extend between existing underground cavities (especially supply shafts and cellars), which can be used for the positioning of Hori-zontalbohrvorrichtung. Excavation work and thus land damage can be largely avoided. For this purpose, horizontal drilling devices were developed, which are dimensioned so that they can be positioned in a supply shaft of the sewer system. However, as new utility lines are often not to be routed along existing utility lines, it is often not possible to resort to these horizontal wells for utility relocation.
Aus der
Die aus der
Ein Nachteil bei der aus der
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Horizontalbohrvorrichtung anzugeben. Weiterhin sollte ein verbessertes Verfahren zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich angegeben werden. Insbesondere sollte ein Verfahren und eine entsprechende Horizontalbohrvorrichtung angegeben werden, das/die ermöglicht, ausgehend von einer relativ kleinen Baugrube Horizontalbohrungen flexibel in das Erdreich einzubringen.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved horizontal drilling. Furthermore, an improved method for introducing a hole in the soil should be given. In particular, a method and a corresponding horizontal drilling device should be specified, which / allows you to introduce from a relatively small excavation horizontal wells flexible in the soil.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfndung.This object is solved by the subject matters of independent claims 1 and 4. Advantageous developments of the method according to the invention or of the horizontal boring device according to the invention are the subject matter of the respective dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.
Die der Erfindung zugrundellegende Idee liegt darin, eine Horizontalbohrvorrichtung vorzusehen, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und diese in einer Baugrube einzusetzen, die ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt mit vorzugsweise in etwa demselben Durchmesser aufweist. Durch eine vorzugsweise zylindrische Form der Baugrube sowie der darin angeordneten Horizontalbohrvorrichtung kann die Horizontalbohrvorrichtung in der Baugrube um die Hochachse rotiert werden und so auf einfache Weise exakt in der gewünschten Bohrrichtung ausgerichtet werden. Ein Herausheben der Horizontalbohrvorrichtung aus der Baugrube ist nicht erforderlich. Besondere Anforderungen an die Ausrichtung der Baugrube in dem Erdreich entfallen somit aufgrund des kreisförmigen Querschnitts. Dadurch dass die Baugrube und der sich innerhalb der Baugrube befindliche Abschnitt der Horizontalbohrvorrichtung jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit weitgehend identischen Durchmessern aufweisen, kann das auszuhebende Volumen der Baugrube auf das benötigte Minimum reduziert werden, Durch eine zylindrische Form der Horizontalbohrvorrichtung sowie der diese umgebenden Wand der Baugrube kann zudem eine besonders großflächige Abstützung der Horizontalbohrvorrichtung innerhalb der Baugrube erreicht werden und dies unabhängig von der jeweiligen rotatorischen Ausrichtung der Horizontalbohrvorrichtung in der Baugrube.The idea underlying the invention is to provide a horizontal drilling device having a circular cross-section, and this in an excavation to use, which also has a circular cross-section with preferably approximately the same diameter. By a preferably cylindrical shape of the excavation pit and the horizontal drilling device arranged therein, the horizontal boring device can be rotated in the excavation around the vertical axis and thus aligned in a simple manner exactly in the desired drilling direction. It is not necessary to lift the horizontal drilling device out of the excavation pit. Special requirements for the alignment of the excavation in the soil thus omitted due to the circular cross-section. As a result of the fact that the excavation pit and the section of the horizontal boring device located within the construction pit each have a circular cross-section with largely identical diameters, the excavation volume of the excavation pit can be reduced to the required minimum by a cylindrical shape of the horizontal boring device and of the surrounding wall of the excavation pit In addition, a particularly large-scale support of the horizontal drilling device can be achieved within the excavation and this regardless of the respective rotational orientation of the horizontal drilling in the excavation.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erstellen einer Horizontalbohrung im Erdreich weist demnach die folgenden Schritte auf:
- Erzeugen einer im Querschnitt kreisförmigen Baugrube;
- Absenken einer Horlzontalbohrvorrichtung in die Baugrube, wobei die Erdbohrvorrichtung zumindest in demjenigen Abschnitt, in dem diese nach dem Absenken in die Baugrube in dieser angeordnet ist, teilweise einen ebenfalls kreisförmigen Querschnitt mit vorzugsweise einem annähernd gleichen Durchmesser aufweist;
- Erzeugen der Horizontalbohrung durch den Einsatz der Erdbohrvorrichtung.
- Generating a circular excavation in cross-section;
- Lowering a Horlzontalbohrvorrichtung in the pit, said Erdbohrvorrichtung has at least in that portion in which it is arranged after lowering into the excavation in this partially also has a circular cross section, preferably with an approximately equal diameter;
- Generating the horizontal hole through the use of Erdbohrvorrichtung.
Das Erzeugen der Horizontalbohrung kann dabei auf beliebige bekannte Art und Weise erfolgen, d.h. insbesondere durch das Vortreiben oder das Zurückziehen eines Bohrgestänges, an dem frontseitig ein Bohrkopf oder eine Aufweitvorrichtung angeordnet sein kann, wodurch beispielsweise entweder eine (Pllot-)Bohrung in das Erdreich eingebracht wird, eine bestehende Altleitung zerstört und/oder durch eine Neuleitung ersetzt oder eine Neuleitung in eine Bohrung eingezogen wird.The production of the horizontal bore can be done in any known manner, i. E. in particular by the propulsion or the retraction of a drill string, on the front of a drill head or a widening device can be arranged, whereby for example either a (plumb) hole is introduced into the soil, destroyed an existing old line and / or replaced by a new line or a Neuleitung is drafted into a hole.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass erfindungsgemäß unter dem "Erstellen" bzw. dem "Erzeugen einer Horizontalbohrung im Erdreich" sämtliche eingangs genannte Verfahren der grabenlosen Leitungssanierung verstanden werden, somit nicht lediglich das Erzeugen einer (Pilot-)Bohrung an sich, sondern auch das Aufweiten einer Bohrung, das Einziehen einer neuen Leitung in eine Bohrung und das Bersten oder Herausziehen einer Altleitung.It should be pointed out that, according to the invention, the term "producing" or "producing a horizontal bore in the ground" is understood to mean all the methods of trenchless line rehabilitation mentioned at the outset, and thus not merely the creation of a (pilot) bore per se, but also that Expanding a hole, inserting a new pipe into a hole, and rupturing or pulling out an old pipe.
Eine erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren, weist zumindest einen Linearantrieb und ein Bohrgestänge auf, das von dem Linearantrieb in das Erdreich eintreibbar oder aus diesem herausziehbar ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich ein Gehäuse vorgesehen, das den Linearantrieb weitgehend oder vollständig umgibt und das in zumindest demjenigen Abschnitt, mit dem dieses im Betriebszustand der Horizontalbohrvorrichtung, d.h. wenn der Linearantrieb das Bohrgestänge in das Erdreich eintreibt oder aus diesem herauszieht, innerhalb einer Baugrube angeordnet ist (Grubenabschnitt), zumindest teilweise einen kreisförmigen Abschnitt aufweist und insbesondere zylindrisch ausgebildet ist.A horizontal drilling device according to the invention, in particular for use in a method according to the invention, has at least one linear drive and a drill pipe which can be driven into or pulled out of the ground by the linear drive. According to the invention, a housing is additionally provided which largely or completely surrounds the linear drive and which in at least that portion with which this in the operating state of the Horizontalbohrvorrichtung, i. when the linear drive drives the drill pipe into the soil or pulls out of it, is arranged within an excavation (pit section), at least partially has a circular portion and in particular is cylindrical.
Das Gehäuse der Horizontalbohrvorrichtung ist vorzugsweise so dimensioniert, dass dieses zumindest in dem Grubenabschnitt die Außenabmessung der Horizontalbohrvorrichtung bestimmt. Darunter Ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass das Gehäuse die übrigen Bestandteile einer Horizontalbohrvorrichtung, wie insbesondere den Linearund gegebenenfalls einen Rotationsantrieb umgibt und für ein Anliegen an einer Wand einer Baugrube bestimmt ist, um die von der Horizontalbohrvorrichtung aufgebrachten Kräfte im Erdreich abzustützen. Ein solches Gehäuse kann offen oder geschlossen ausgebildet sein. Ein offenes Gehäuse kann beispielsweise aus einem Gerüst oder Fachwerk bestehen.The housing of the horizontal drilling device is preferably dimensioned so that it determines the outer dimension of the horizontal drilling device at least in the pit section. By this is to be understood according to the invention that the housing surrounds the remaining components of a Horizontalbohrvorrichtung, in particular the Linearund possibly a rotary drive and is intended for a concern on a wall of a pit to support the forces applied by the horizontal boring forces in the ground. Such a housing may be open or closed. An open housing may for example consist of a framework or truss.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auf einfache Weise Horizontalbohrungen auch aus Baugruben mit sehr kleinen Abmessungen und insbesondere solchen, in denen sich keine Bedienpersonen zur Bedienung der Horizontalbohrvorrichtung aufhalten können, heraus erstellt werden. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Erstellen von Horizontalbohrungen im Erdreich aus Baugruben, die im Durchmesser maximal ca. 85 cm und insbesondere ca. 60 cm oder auch kleiner betragen. Ein Durchmesser von ca. 60 cm kann sich als guter Kompromiss darstellen, da zum einen die Größe der Baugrube relativ klein ist und sich dadurch die Flurschäden in Grenzen halten, gleichzeitig jedoch innerhalb des Gehäuses der Horizontalbohrvorrichtung noch ausreichend Platz für die Anordnung eines ausreichend leistungsfähigen Llnear- und/oder Rotationsantrieb verbleibt. Bei Durchmessern der Baugrube von größer als 85 cm kann der Aufwand für das Herstellen einer Baugrube mit einem kreisförmigen Querschnitt so groß werden, dass dieser von den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahren nicht kompensiert werden kann.By the method according to the invention can be created in a simple manner horizontal wells also from excavations with very small dimensions and especially those in which no operators can stop to operate the horizontal drilling, out. In particular, the method according to the invention is suitable for creating horizontal boreholes in the ground from excavation pits whose maximum diameter is about 85 cm and in particular about 60 cm or less. A diameter of about 60 cm can be a good compromise, since on the one hand the size of the excavation is relatively small and thereby keep the ground damage within limits, but at the same time within the housing of the horizontal drilling still sufficient space for the arrangement of a sufficiently powerful Llnear - And / or rotary drive remains. With diameters of the excavation of greater than 85 cm, the cost of producing a pit with a circular cross section can be so large that it can not be compensated by the advantages of the method according to the invention.
Eine Baugrube mit kreisförmigem Querschnitt kann nicht oder nur unter einem hohen Aufwand mittels eines konventionellen Baggers oder manuell erstellt werden. Dies gilt insbesondere für kleine Baugruben mit Durchmessern von bis zu ca. 60 cm, die erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen werden sollen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher vorgesehen sein, die Baugrube dadurch zu erstellen, dass eine Oberflächenversiegelung (sofern vorhanden), wie beispielsweise eine Teer- oder Asphaltdecke, mit einem konventionellen Kronenbohrer aufgebohrt das darunter liegende Erdreich mittels eines konventionellen Saugbohrers abgesaugt wird. Auf diese Weise können relativ einfach (mehr oder weniger geometrisch exakt) zylindrische Bohrungen in das Erdreich eingebracht werden.An excavation pit with a circular cross-section can not or only at great expense by means of a conventional excavator or manually created. This is especially true for small excavations with diameters of up to about 60 cm, according to the invention should preferably be provided. In a preferred embodiment of the method according to the invention can therefore be provided to create the pit by a surface seal (if present), such as a tar or asphalt surface, drilled with a conventional crown drill the underlying soil is sucked by a conventional suction drill. In this way, relatively small (more or less geometrically accurate) cylindrical holes can be introduced into the soil.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Baugrube durch das Aufbohren einer Oberflächenversiegelung mit einem Kronenbohrer und/oder durch das Absaugen des Erdreichs erfolgen.In a method according to the invention, the excavation can be done by drilling a surface seal with a crown drill and / or by the suction of the soil.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Gehäuse in dem Grubenabschnitt der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung einen im Wesentlichen geschlossenen Mantel ausbildet. Dadurch kann weitgehend verhindert werden, dass Erdreich von den Grubenwänden in das Innere des Gehäuses fällt und die dort angeordneten Funktionselemente, wie insbesondere den Linear- und Rotationsantrieb, etc. verschmutzt. Zudem kann durch einen weitgehend geschlossenen Mantel eine große Abstützfläche erreicht werden, wodurch die Stabilität der Horizontalbohrvorrichtung innerhalb der Baugrube erhöht werden kann.It is preferably provided that the housing forms a substantially closed jacket in the pit section of the horizontal drilling device according to the invention. This can largely be prevented that soil from the pit walls falls into the interior of the housing and the functional elements arranged there, such as in particular the linear and rotary drive, etc. dirty. In addition, a large support surface can be achieved by a largely closed shell, whereby the stability of the horizontal drilling can be increased within the pit.
Unter einem "weitgehend geschlossenen Mantel" wird ein Mantel verstanden, der den entsprechenden Abschnitt des Gehäuses zu einem Großteil bedeckt und insbesondere lediglich Aussparungen oder Öffnungen aufweist, die für die Funktion der Bohrvorrichtung erforderlich sind. Eine solche Aussparung oder Öffnung ist beispielsweise für den Durchtritt des Bohrgestänges erforderlich.By a "substantially closed jacket" is meant a jacket which covers the corresponding portion of the housing to a large extent and in particular has only recesses or openings, which are required for the function of the drilling device. Such a recess or opening is required, for example, for the passage of the drill string.
Um die Positionierung und Abstützung der Horizontalbohrvorrichtung innerhalb der Baugrube zu verbessern, kann weiterhin vorgesehen sein, mindestens ein Abstützelement vorzusehen, das - über den Außenumfang des Gehäuses hinaus - radial nach außen verfahrbar ist, um eine möglichst spielfreie Abstützung der Horizontalbohrvorrichtung an der Wand der Baugrube sicherzustellen. Das Abstützelement kann demnach von einer zurückgezogenen Stellung, in der dieses innerhalb der durch das Gehäuse definierten Abmessungen angeordnet ist, radial nach außen verfahren werden, um die Horizontalbohrvorrichtung In einer Baugrube sicher zu positionieren.In order to improve the positioning and support of the horizontal drilling within the pit, may further be provided to provide at least one support element which - over the outer circumference of the housing addition - is moved radially outward to a possible backlash-free support of the horizontal drilling on the wall of the pit sure. Accordingly, the support member may be moved radially outward from a retracted position in which it is disposed within the dimensions defined by the housing to securely position the horizontal drilling apparatus in an excavation pit.
Besonders bevorzugt sind mehr als ein Abstützelement und insbesondere mindestens zwei, drei, vier oder fünf Abstützelemente vorgesehen, die in definierter, vorzugsweise gleichmäßiger Teilung zueinander beabstandet angeordnet sind und zudem vorzugsweise einzeln ausgefahren werden können. Durch ein individuelles Ausfahren mehrerer Abstützelemente kann die erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung in der Baugrube nicht nur sicher abgestützt werden, sondern gleichzeitig noch in ihrer Lage (Ausrichtung der Längsachse des Gehäuses; entspricht im Betrieb der Hochachse der Horizontalbohrvorrichtung) ausgerichtet werden.More preferably, more than one support element and in particular at least two, three, four or five support elements are provided, which are arranged spaced apart in a defined, preferably uniform pitch and also preferably can be extended individually. By individually extending a plurality of supporting elements, the horizontal drilling device according to the invention in the Excavation not only be supported safely, but at the same time still in their position (alignment of the longitudinal axis of the housing, corresponds in operation, the vertical axis of the horizontal drilling) are aligned.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Abstützelement eine Abstützplatte aufweist, die einen Ausschnitt des Mantels ausbildet. Dadurch kann zum einen erreicht werden, dass die Horizontalbohrvorrichtung in dem entsprechenden Abschnitt einen weitgehend geschlossen zylindrischen Mantel ausbildet, wenn das oder die Abstützelemente in einer zurückgezogenen Stellung positioniert sind; zum anderen weist die Abstützplatte als Ausschnitt des Mantels eine gebogene Form auf, die in ihrem Radius dem Radius der bogenförmigen Wand der Baugrube ähnelt, so dass eine gleichmäßig und sichere Abstützung erreicht werden kann, wenn das Abstützelement radial ausgefahren wird.In a further preferred embodiment it can be provided that the support element has a support plate which forms a section of the jacket. As a result, on the one hand can be achieved that the horizontal boring device in the corresponding section forms a largely closed cylindrical shell when the one or more supporting elements are positioned in a retracted position; on the other hand, the support plate as a section of the shell on a curved shape, which is similar in radius to the radius of the arcuate wall of the excavation, so that a uniform and secure support can be achieved when the support element is extended radially.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung einen Abschnitt (Oberflächenabschnitt) aufweist, der sich im Betriebszustand oberhalb der Baugrube befindet. In diesem Abschnitt der Horizontalbohrvorrichtung können sich insbesondere die Funktionselemente befinden, die von einer Bedienperson erreichbar sein sollen oder müssen, um die Horizontalbohrvorrichtung zu bedienen.Furthermore, it can be provided that the horizontal drilling device according to the invention has a section (surface section) which is located in the operating state above the excavation. In particular, in this section of the horizontal drilling device, there may be the functional elements that should or must be accessible by an operator in order to operate the horizontal drilling device.
Der Oberflächenabschnitt der Horizontalbohrvorrichtung kann weiterhin eine Stützvorrichtung aufweisen, über die die Horizontalbohrvorrichtung an der Erdoberfläche abgestützt wird. Über diese kann die Horizontalbohrvorrichtung somit innerhalb der Baugrube hängend gelagert werden.The surface portion of the horizontal boring device may further comprise a supporting device via which the horizontal boring device is supported on the earth's surface. About this horizontal drilling device can thus be stored suspended within the pit.
Besonders bevorzugt kann diese Stützvorrichtung verstellbar ausgebildet sein, um eine Höhenpositionierung der Horizontalbohrvorrichtung in der Baugrube zu ermöglichen. Hierdurch kann eine einfache und flexible (weil problemlos veränderbare) Höhenpositionierung der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung (bzw. des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung) innerhalb der Baugrube erreicht werden. Zudem wird vermieden, dass ein für die Abstützung der Horizontalbohrvorrichtung geeigneter, d.h. ebener und in dem richtigen Winkel zur Horizontalen ausgerichteter Boden der Baugrube vorgesehen werden muss. Dadurch kann der Aufwand für das Einbringen der Baugrube reduziert werden.Particularly preferably, this support device can be designed to be adjustable in order to enable a height positioning of the horizontal drilling device in the excavation. In this way, a simple and flexible (because easily changeable) height positioning of the horizontal drilling device according to the invention (or the pit portion of the horizontal drilling device) can be achieved within the excavation. In addition, it is avoided that a suitable for the support of the horizontal drilling device, i. level and aligned in the correct angle to the horizontal ground of the pit must be provided. As a result, the effort for the introduction of the excavation can be reduced.
Da sowohl die zylindrische Baugrube als auch die entsprechend dimensionierte Horizontalbohrvorrichtung vorzugsweise einen kleinen Durchmesser aufweisen, kann es erforderlich sein, den innerhalb des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung angeordneten Linearantrieb nach und nach von der Erdoberfläche aus mit Gestängeschüssen zu versorgen, die dann miteinander verbunden werden, um das Bohrgestänge auszubilden. Hierfür kann die erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung vorzugsweise mit einem Gestängelift versehen sein, der einen Gestängeschuss des Bohrgestänges zwischen dem Oberflächenabschnitt und dem Grubenabschnitt transportiert. Dies kann in beide Richtungen erfolgen, d.h. während des Erstellens einer (Pilot-)Bohrung werden die Gestängeschüsse nacheinander von dem Oberflächenabschnitt zu dem Linearantrieb Innerhalb des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung transportiert, während beim Zurückziehen des Bohrgestänges aus einer bereits erstellten Bohrung, beispielsweise wenn diese aufgeweitet und/oder eine neue Leitung eingezogen wird, die einzelnen, von dem Gestängestrang gelösten Gestängeschüsse mittels des Gestängelifts von dem Linearantrieb zu dem Oberflächenabschnitt transportiert, wo diese entweder von einer Bedienperson oder einer automatisierten Gestangeübernahme entnommen werden können.Since both the cylindrical excavation pit and the correspondingly dimensioned horizontal boring device preferably have a small diameter, it may be necessary to supply the linear drive arranged within the pit section of the horizontal boring machine gradually with soil from the surface of the earth, which are then connected to each other drill pipe train. For this purpose, the horizontal drilling device according to the invention may preferably be provided with a linkage which transports a rod section of the drill string between the surface section and the pit section. This can be done in both directions, ie during the creation of a (pilot) bore, the rod sections are transported one after the other from the surface section to the linear drive within the pit section of the horizontal boring device, while retracting the drill string from an already created bore, for example when flared and / or a new line is drawn, the individual, detached from the drill string rod sections transported by means of the linkage pin from the linear drive to the surface portion where they can be removed either by an operator or an automated Gestibeübernahme.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Gestängelift eine Gestängeaufnahme aufweist, in die ein Gestängeschuss von der Seite einsteckbar ist. Eine solche Gestängeaufnahme ermöglicht eine einfache Erreichbarkeit von der Seite durch die Bedienperson und sorgt gleichzeitig für einen sicheren Halt während des Transports des Gestängeschusses (entlang eines vertikal ausgerichteten Gestängelifts).Further preferably, it can be provided that the linkage pin has a boom support into which a rod section can be inserted from the side. Such a boom support allows easy accessibility from the side by the operator and at the same time ensures a secure hold during transport of the rod assembly (along a vertically oriented linkage pin).
Sofern Gestängeschüsse zum Einsatz kommen, die zumindest teilweise hohl ausgebildet sind, kann eine Übergabe des Gestängeschusses von dem Gestängelift an den Linearantrieb vorzugsweise mittels eines Aufnahmedorns erfolgen, der so angeordnet ist, dass der Gestängeschuss von dem Gestängelift nach dem Erreichen der Zielposition der Gestängeaufnahme direkt aufgesteckt wird.If rod sections are used which are at least partially hollow, a transfer of the rod assembly from the linkage to the linear drive can preferably take place by means of a receiving mandrel which is arranged such that the rod assembly is attached directly to the linkage after reaching the target position of the rod holder becomes.
Die Gestängeschüsse weisen vorzugsweise eine Länge auf, die nur möglichst wenig kürzer als der Durchmesser des Gehäuses in dem Grubenabschnitt der Horizontalbohrvorrichtung ist. Durch die Verwendung möglichst langer Gestängeschüsse kann der Aufwand, der für das Zusammenfügen bzw. Lösen der einzelnen Gestängeschüsse des Bohrgestänges erforderlich ist, auf ein Minimum reduziert werden. Aus Platzgründen kann es jedoch erforderlich oder sinnvoll sein, die relativ langen Gestängeschüsse in dem Gestängelift in einer vertikalen Ausrichtung zu transportieren. In diesem Fall kann vorgesehen sein, den Aufnahmedorn verschwenkbar auszubilden, um das Aufstecken des von dem Gestängelift transportierten Gestängeschusses ebenfalls in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung zu ermöglichen. Nach dem Aufstecken des Gestängeschusses kann der Aufnahmedorn dann in eine Im Wesentlichen horizontale, der Bohrrichtung entsprechende Ausrichtung verschwenkt werden.The rod sections preferably have a length which is only as short as possible shorter than the diameter of the housing in the pit section of the horizontal drilling device. By using the longest possible rod sections, the effort required for the assembly or release of the individual rod sections of the drill string can be reduced to a minimum. For reasons of space, however, it may be necessary or useful to transport the relatively long rod sections in the linkage lift in a vertical orientation. In this case, it may be provided to form the receiving mandrel in such a way that it can be swiveled in order to enable the attachment of the rod section transported by the linkage pin also in a substantially vertical orientation. After attaching the rod assembly the mandrel can then be pivoted in a substantially horizontal, the drilling direction corresponding alignment.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.
In den Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
- Fig._2
- die Horizontalbohrvorrichtung der
Fig. 1 in einer zweiten perspektivischen Ansicht; - Fig. 3
- einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung gemäß
Fig. 2 ; - Fig. 4
- den unteren Abschnitt der Horizontalbohrvorrichtung gemäß den
Fig. 1 bis 3 in einer perspektivischen Ansicht; - Fig. 5
- die Darstellung gemäß
Fig. 4 in einer anderen Betriebsstellung der Horizontalbohrvorrichtung; - Fig. 6
- eine isolierte Darstellung des Rotationsantriebs der Horizontalbohrvorrich-tung in einer perspektivischen Ansicht;
- Fig. 7a
- eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohvorrich-tung in einer ersten Betriebsstellung In einer perspektivischen Ansicht;
- Fig. 7b
- eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrich-tung in einer ersten Betriebsstellung in einer geschnittenen Seitenansicht;
- Fig. 8a
- eine Isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrich-tung in einer zweiten Betriebsstellung in einer perspektivischen Ansicht;
- Fig. 8b
- eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrich-tung in einer zweiten Betriebsstellung in einer geschnittenen Seitenansicht;
- Fig. 9a
- eine isolierte Darstellung des Mitnehmerrings des Rotationsantriebs einschließlich eines Gestängeschusses in einer ersten Betriebsstellung in einer isometrischen Ansicht;
- Fig. 9b
- eine Frontansicht des in der
Fig, 9a dargestellten Mitnehmerrings und Gestängeschusses; - Fig. 10a
- eine isolierte Darstellung des Mitnehmerrings des Rotationsantriebs einschließlich eines Gestängeschusses in einer zweiten Betriebsstellung in einer isometrischen Ansicht;
- Fig. 10b
- eine Frontansicht des in der
Fig. 10a dargestellten Mitnehmerrings und Gestängeschusses; und - Fig. 11
- eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme sowie des unteren Abschnitts des Gestängelifts in einer isometrischen Ansicht.
- Fig. 1
- a horizontal drilling device according to the invention in a perspective view;
- Fig._2
- the horizontal drilling of the
Fig. 1 in a second perspective view; - Fig. 3
- an enlarged section of the illustration according to
Fig. 2 ; - Fig. 4
- the lower portion of the horizontal drilling according to the
Fig. 1 to 3 in a perspective view; - Fig. 5
- the representation according to
Fig. 4 in another operating position of the horizontal drilling device; - Fig. 6
- an isolated view of the rotary drive of the Horizontalbohrvorrich-device in a perspective view;
- Fig. 7a
- an isolated view of the boom support of Horizontalbohvorrich-tung in a first operating position In a perspective view;
- Fig. 7b
- an isolated view of the boom support of Horizontalbohrvorrich-device in a first operating position in a sectional side view;
- Fig. 8a
- an isolated view of the boom support of Horizontalbohrvorrich-device in a second operating position in a perspective view;
- Fig. 8b
- an isolated view of the boom support of Horizontalbohrvorrich-device in a second operating position in a sectional side view;
- Fig. 9a
- an isolated view of the driving ring of the rotary drive including a rod section in a first operating position in an isometric view;
- Fig. 9b
- a front view of the in the
Fig. 9a illustrated Mitnehmerrings and rod section; - Fig. 10a
- an isolated view of the drive ring of the rotary drive including a rod section in a second operating position in an isometric view;
- Fig. 10b
- a front view of the in the
Fig. 10a illustrated Mitnehmerrings and rod section; and - Fig. 11
- an isolated view of the boom support and the lower portion of the linkage pin in an isometric view.
Die
Die Horizontalbohrvorrichtung umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2, das teilweise über einen zylindrischen Mantel 3 verschlossen ist. Funktional ist die Horizontalbohrvorrichtung 1 bzw. das Gehäuse 2 der Horizontalbohrvorrichtung 1 in zwei Abschnitte unterteilt, nämlich einen unteren als "Grubenabschnitt" bezeichneten Abschnitt, der sich innerhalb einer extra zur Aufnahme der Horizontalbohrvorrichtung 1 ausgehobenen Baugrube 4 befindet. In dem Grubenabschnitt der Horizontalbohrvorrichtung 1 ist das Gehäuse 2 im Wesentlichen vollständig durch den Mantel 3 verschlossen. Dies verhindert, dass sich von der Wandung der Baugrube 4 lösendes Erdreich in den von dem Gehäuse 2 ausgebildeten Hohlraum hineinfällt, wo sich weitere Funktionselemente der Horizontalbohrvorrichtung 1 und insbesondere ein kombinierter Linear-/Rotationsantrieb 5 befindet. In den Hohlraum fallendes Erdreich könnte anderenfalls diese Funktionselemente verschmutzen, wodurch die Horizontalbohrvorrichtung 1 in ihrer Funktion beeinträchtigt werden könnte.The horizontal drilling device comprises a
In dem oberen Abschnitt der Horizontalbohrvorrichtung 1, erfindungsgemäß auch als "Oberflächenabschnitt" bezeichnet, ist das Gehäuse 2 teilwelse geöffnet ausgebildet, um einer Bedienperson einen Zugang zu einem sich bis in diesem Bereich erstreckenden Gestängelift 6 zu geben.In the upper section of the horizontal drilling device 1, also referred to as "surface section" according to the invention, the
Die Horizontalbohrvorrichtung 1 ist "hängend" innerhalb der Baugrube 4 positioniert, d.h. diese stützt sich nicht an dem Boden der Baugrube 4 ab, sondern vielmehr über eine Stützvorrichtung mit insgesamt drei Stützbeinen 7, die im Bereich des Oberflächenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 an Längsträgern 8 des Gehäuses 2 befestigt sind. Jedes der Stützbeine 7 kann an insgesamt fünf verschiedenen Positionen an dem jeweiligen Längsträger 8 befestigt werden. Dadurch kann eine Höhenein-stellung der in die Baugrube 4 gehängten Horizontalbohrvorrichtung 1 erfolgen. Diese Höheneinstellung ist wichtig, um z.B. den sich innerhalb des Grubenabschnitts befindlichen Linear-/Rotationsantrieb 5 auf der für das Einbringen der Pilotbohrung In das Erdreich richtigen Höhe zu positionieren. Eine Fixierung der Stützbeine 7 an den verschiedenen Positionen entlang der Längsträger 8 erfolgt über jeweils einen Querbolzen 9, der durch eine Durchgangsbohrung in einem Querträger 10 des jeweiligen Stützbeins 7 sowie des jeweiligen Längsträgers 8 des Gehäuses 2 hindurch gesteckt und dann fixiert wird.The horizontal drilling device 1 is positioned "suspended" within the excavation 4, that is, this is not supported on the bottom of the excavation 4, but rather on a support device with a total of three support legs 7, in the region of the surface portion of the horizontal drilling device 1 on side members 8 of the
Jedes der Stützbeine 7 weist weiterhin eine Spindelstütze auf, die über ein Drehgelenk mit dem Querträger 10 des jeweiligen Stützbeins 7 verbunden ist. Die Spindelstütze umfasst eine Gewindestange 11, die an ihrem Fußende einen Stützfuß 12 aufweist. An dem dem Stützfuß 12 gegenüberliegenden Ende der Gewindestange 11 ist ein Handgriff 13 vorgesehen, über den die Gewindestange 11 um ihre Längsachse rotiert werden kann, wodurch eine Längsverschiebung relativ zu dem die Gewindestange umgebenden Spindelgehäuse 14 erreicht wird. Die Spindelstützen dienen dazu, die Hori-zontalbohrvorrichtung 1 innerhalb der Baugrube 4 exakt auszurichten, nachdem eine erste Höhenpositionierung bereits durch die Befestigung der Stützbeine 7 an den Längsträgern 8 des Gehäuses 2 erreicht wurde.Each of the support legs 7 further comprises a spindle support, which is connected via a rotary joint with the
In der
Die Baugrube 4 wurde ausgehoben, indem zunächst mit einem Kronenbohrer (nicht dargestellt) eine ringförmige Nut mit dem erforderlichen (Außen-)Durchmesser in die Oberflächenversiegelung (Asphaltdecke) eingebracht wurde, der so freigelegte schelbenförmige Asphaltdeckel entfernt und daraufhin das sich darunter befindliche Erdreich mittels eines Saugbaggers (nicht dargestellt) abgesaugt wurde. Der hierfür eingesetzte Saugbagger umfasst eine Saugdüse, die ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Baugrube 4 wird etwas tiefer als erforderlich ausgehoben, um eine Höhenjustierung der hängend abgestützten Horizontalbohrvorrichtung 1 innerhalb der Baugrube 4 zu ermöglichen, ohne dass es zu einem ungewollten Aufsetzen des unteren Endes der Horizontalbohrvorrichtung 1 auf den Grubenboden kommt.The excavation 4 was excavated by first with a crown drill (not shown) an annular groove with the required (outer) diameter in the surface seal (asphalt surface) was introduced, which removes so exposed schelbenförmige Asphaltdeckel and then the underlying soil by means of a Suction dredger (not shown) was sucked. The suction dredger used for this purpose comprises a suction nozzle, which likewise has a circular cross section. The excavation 4 is excavated slightly lower than necessary in order to allow a height adjustment of the suspended horizontal drilling device 1 within the excavation 4, without causing an accidental placement of the lower end of the horizontal drilling 1 on the pit floor.
Nach dem Ausheben der Baugrube 4 wurde die Horizontalbohrvorrichtung 1 mittels eines Krans (nicht dargestellt) in die Baugrube 4 abgesenkt, bis die zuvor bereits an den Längsträgern 8 des Gehäuses 2 befestigten Stützbeine 7 Kontakt zur Erdoberfläche haben. Mit Hilfe des Krans wurde die Horizontalbohrvorrichtung 1 dann noch rotatorisch innerhalb der Baugrube ausgerichtet, indem diese soweit um ihre Längsachse gedreht wird, bis die von dem innerhalb des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 angeordneten Linear-/Rotationsantrieb definierte Bohrachse in die gewünschte Startrichtung für die Pilotbohrung weist. Über die Spindelstützen konnte dann noch eine Feinjustierung der Arbeitshöhe der Horizontalbohrvorrichtung 1 sowie in Grenzen auch der Neigung der Horizontalbohrvorrichtung 1 gegenüber der Vertikalen erreicht werden.After digging the excavation 4, the horizontal drilling 1 was lowered by means of a crane (not shown) in the pit 4 until the previously secured to the side rails 8 of the
Da die Wand der Baugrube 4 - insbesondere dann, wenn sie mittels eines Saugbaggers ausgehoben wurde - regelmäßig nicht gleichmäßig zylindrisch ausgebildet ist, weist die erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung 1 im Bereich des Grubenabschnitts insgesamt vier, in gleichmäßiger Teilung über den Umfang verteilte Abstützelemente 15 auf. Diese Abstützelemente 15 umfassen Abstützplatten 16, die in einer zurückgezogenen Position jeweils einen Ausschnitt des zylindrischen Mantels 3 der Horizontalbohrvorrichtung ausbilden. Die Abstützplatten 16 können jeweils mittels eines Hydraulikzylinders 17 in radialer Richtung nach außen ausgelenkt werden, um einen direkten Kontakt der Horizontalbohrvorrichtung 1 mit der Wand der Baugrube 4 herzustellen, um diese innerhalb der Baugrube 4 sicher abzustützen.Since the wall of the excavation 4 - in particular when it was excavated by means of a suction dredger - is not uniformly cylindrical, the horizontal boring device 1 according to the invention has in the region of the excavation section a total of four
Die einzelnen Bestandteile dieser Abstützelemente 15 sind gut in der
Die
Die
Die
Ein Rotationsantrieb ist zwischen den beiden Zylinderrohren 27 der den Linearantrieb ausbildenden Hydraulikzylinder 25 angeordnet und an diesen befestigt. Der Rotationsantrieb umfasst einen an einem Hohlgetriebe 28 angeflanschten Motor 29 (Insbesondere einen Hydraulik- oder einen Elektromotor). Eine Antriebswelle 30 des Motors 29 ist mit einem Kegelzahnrad 31 verbunden, das wiederum mit einem Zahnring 32 kämmt, der wiederum über Schraubverbindungen 33 mit einer Antriebshülse 34 verbunden ist. Die Antriebshülse 34 ist über zwei Wälzlager 35 drehend innerhalb eines Gehäuses 36 des Hohlgetriebes 28 gelagert. Eine Drehung der Antriebswelle 30 des Motors 29 bewirkt somit eine Drehung der Antriebshülse 34 um ihre Längsachse. Diese Längsachse entspricht im wesentlichen der Längsachse des darin gehaltenen Bohrgestänges 24 und folglich auch der Bohrachse, d.h. der Startrichtung einer einzubringenden Pilotbohrung oder der Längsachse einer in der Wand der Baugrube 4 auslaufenden Bohrung bzw. eines Altrohrs.A rotary drive is arranged between the two
Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebshülse 34 sowie der von den Hydraulikzylindern 25 des Linearantriebs erzeugten Längsbewegung auf das in der Antriebshülse 34 gehaltene Bohrgestänge 24 dient ein Mitnehmerring 37, der - in einer Betriebsstellung des Bohrgestänges 24 innerhalb des Mitnehmerrings 37 - das Bohrgestänge 24 formschlüssig fixiert. Der Mitnehmerring 37 ist formschlüssig Innerhalb der Antriebshülse 34 gelagert und kann bei Verschleiß auf einfache Weise ausgetauscht werden, indem zunächst ein Sprengring 63 aus einer entsprechenden Nut in der Innenseite der Antriebshülse 34 entfernt und dann ein Distanzring 64 aus der Antriebshülse herausgezogen wird. Der Mitnehmerring 37 kann dann problemlos aus der Antriebshülse 34 herausgezogen werden.For transmitting the rotational movement of the
Die
Jeder Gestängeschuss 23 des Bohrgestänges 24 weist eine zylindrische Grundform mit einem mittleren Abschnitt 38 mit einem relativ kleinen Durchmesser und zwei Endabschnitten 39a, 39b mit einem relativ großen Durchmesser auf. In jedem der Endabschnitte 39a, 39b eines Gestängeschusses 23 sind zwei parallele Abflachungen 40 vorgesehen, wodurch sich ein Querschnitt mit zwei parallelen geraden Seiten und zwei sich gegenüberliegenden bogenförmigen Seiten ergibt. Der Mitnehmerring 37 bildet eine diesem Querschnitt entsprechende Durchgangsöffnung aus, so dass es möglich ist, sofern der Mitnehmerring 37 und der darin geführte Gestängeschuss 23 In der in den
Zum Verriegeln des Gestängeschusses 23 in dem Mitnehmerring 37 wird dieser soweit innerhalb der Durchgangsöffnung verschoben, bis sich zwei bogenförmige Verriegelungsnuten 41, die in jedem der Endabschnitte 39a, 39b des Gestängeschusses 23 ausgebildet sind, innerhalb des Mitnehmerrings 37 befinden. Diese Verriegelungsnuten ermöglichen eine Relativdrehung des Mitnehmerrings 37 um 90° im Uhrzeigersinn in die in den
In der Verriegelungsstellung des Gestängeschusses 23 In dem Mitnehmerring 37 können über den Mitnehmerring 37 Längskräfte (in Längsrichtung der Gestängeschussachsen) sowie ein Drehmoment (in den
Der mittlere Abschnitt 38 jedes Gestängeschusses 23 weist einen reduzierten Außendurchmesser auf, um eine gegenüber den Endabschnitten 39a, 39b geringere (definierte) Blegesteifigkeit zu erreichen. Dadurch soll der Einsatz eines steuerbaren Schrägbohrkopfs ermöglicht werden. Durch ein Umsteuern des Bohrkopfs 43 im Erdreich wird ein abschnittsweise bogenförmiger Bohrverlauf erreicht. Diesem bogenförmigen Bohrverlauf muss sich das Bohrgestänge 24 anpassen, was zu einer entsprechenden Biegebeanspruchung führt. Der im Durchmesser reduzierte und somit gegenüber den Endabschnitten 39a, 39b relativ blegeweiche mittlere Abschnitt 38 jedes Gestängeschusses 23 dient dazu, den Gestängeschuss 23 insgesamt biegeweich zu halten, gleichzeitig jedoch die Endabschnitte 39a, 39b, die aufgrund der Gewinde besonders bruchgefährdet sind, steif auszuführen.The
Aufgrund der Anordnung des kombinierten Linear-/Rotationsantriebs 5 am unteren Ende des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 sowie aufgrund der geringen Außenabmessungen der Horizontalbohrvorrichtung 1 (das Gehäuse 2 weist einen maximalen Durchmesser von ca. 60 cm auf) können die einzelnen Gestängeschüsse 23 dem Linear-/Rotationsantrieb 5 nicht manuell zugeführt werden. Vielmehr ist hierfür eine automatisierte Gestängezuführung vorgesehen, die aus einer Gestängeaufnahme 44, die auf Höhe des Linear-/Rotationsantriebs 5 angeordnet ist, sowie dem Gestängelift 6 besteht.Due to the arrangement of the combined linear / rotary drive 5 at the lower end of the pit portion of the horizontal drilling device 1 and due to the small outer dimensions of the horizontal drilling device 1 (the
Die Gestängeaufnahme 44 ist in der Gesamtdarstellung der
Der Aufnahmedorn 45 der Gestängeaufnahme 44 ist innerhalb der Brücke 46 um eine horizontale Achse verschwenkbar gelagert, wobei ein Verschwenken zwischen den beiden in den
In der in den
Innerhalb der Führungsschiene 51 des Gestängelifts 6 ist ein Aufnahmeschlitten 52, der einen Gestängeschuss 23 aufnehmen kann, verschiebbar geführt, wobei der Aufnahmeschlitten 52 an einem Trumm eines Antriebsriemens 53 befestigt ist, der außerhalb der Führungsschiene 51 und parallel zu dieser verläuft. Eine obere Antriebsrolle des Antriebsriemens 53 ist mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden, um diesen anzutreiben. Eine untere Umlenkrolle 54 ist auf einer Achse 55 gelagert, die an ihren beiden Enden auf je einer Gewindestange 56 und in je einer Nut 57 geführt ist. Durch ein Rotieren der Gewindestangen 56 kann die vertikale Lage der unteren Umlenkrolle 54 verändert werden, um den Antriebsriemen 53 zu spannen. Mittels des Antriebsriemens 53 kann der Aufnahmeschlitten 52 innerhalb der Führungsschiene 51 auf- und abgefahren werden. Auf diese Weise kann ein Gestängeschuss 23, der von einer Bedienperson in eine Aufgabestation 58 im Oberflächenabschnitt der Horizontalbohrvorrichtung 1 eingesetzt wird, zu der Gestängeaufnahme 44 im Grubenabschnitt - und anders herum - transportiert werden.Within the
Die
Durch das Absenken des Aufnahmeschlittens 52 innerhalb der Führungsschiene 51 des Gestängelifts 6 wird der in dem Aufnahmeschlitten 52 gehaltene Gestängeschuss 23 auf den vertikal ausgerichteten Aufnahmedorn 45 aufgesteckt (vgl.
Die Horizontalbohrvorrichtung 1 ist für die Durchführung von Spülbohrungen ausgelegt, d.h. dem frontseitig an dem Bohrgestänge 24 angeordneten Bohrkopf 43 wird über das Bohrgestänge 24 eine Bohrflüssigkeit zugeführt, die durch frontseitige und seitliche Auslassöffnungen austreten. Um die Zufuhr der Bohrflüssigkeit zu dem Bohrkopf 43 zu ermöglichen, sind die einzelnen Gestängeschüsse 23 des Bohrgestänges 24 durchgängig hohl ausgeführt. Die Bohrflüssigkeit wird dem Bohrgestänge 24 über den Aufnahmedom 45 zugeführt, der dafür ebenfalls fast durchgängig hohl ausgebildet ist. Lediglich am rückseitigen Ende, d.h. dem aus einem aufgesetzten Gestängeschuss 23 herausragenden Ende, ist dieser mittels eines Schraubverschlusses 60 verschlossen. Dem von dem hohlen Aufnahmedorn 45 ausgebildeten Innenraum wird die Bohrflüssigkeit über eine ebenfalls hohl ausgebildete Welle zugeführt, auf der der Aufnahmedom 45 drehbar gelagert ist. Zwei Dichtringe auf der Außenseite des Aufnahmedorns 45 verhindern eine Leckage der Bohrflüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Aufnahmedorn 45 und dem Gestängeschuss 23. Hierdurch kann auf einfache Weise ein sicherer und konstruktiv einfacher Anschluss des verschwenkbaren Aufnahmedorns 45 an die Bohrflüssigkeitsquelle erzielt werden. Einen Anschluss an die Bohrflüssigkeitsquelle unter Beibehaltung der Verschwenkbarkeit des Aufnahmedorns über flexible Versorgungsschläuche zu erreichen, ist dagegen konstruktiv aufwendiger, da der hohe Druck, mit dem eine Bohrflüssigkeit einem solchen Bohrgestänge 24 zugeführt wird, die Verwendung von äußerst druckstabilen und somit wenig elastischen Versorgungsschläuchen erforderlich macht, die wiederum die Schwenkbewegung des Aufnahmedorns 45 behindern würden, wodurch ein größerer und leistungsfähiger Hydraulikzylinder 50 für das Verschwenken erforderlich werden würde.The horizontal drilling apparatus 1 is designed to carry out scavenging bores, i. the
Eine Verwendung der Horizontalbohrvorrichtung 1 zum Erstellen einer Pilotbohrung läuft folgendermaßen ab:
- Noch vor dem Absenken der Horizontalbohrvorrichtung 1 in die Baugrube 4 wird der in der
Fig. 1 dargestellte Bohrkopf 43durch eine Durchtrittsöffnung 61 für das Bohrgestänge, die indem Gehäuse 2 ausgebildet ist, indie Antriebshülse 34 des Rotationsantriebs eingesteckt. Dies ist erforderlich, da der Bohrkopf einen integrierten Sender für die Lokalisierung mittels eines sogenannten Walk-Over-Empfängers aufweist und dadurch länger als die Gestängeschüsse 23 ist. Der Bohrkopf weist einen (hinteren)Endabschnitt 62 auf, der hinsichtlich der geometrischen 39a,Form den Endabschnitten 39b der Gestängeschüsse 23 entspricht: Inden Endabschnitt 62 mit einer zylindrischen Grundform, die an zwei gegenüberliegenden Seiten mit parallelen Abflachungen versehen ist, sind zwei bogenförmige Verriegelungsnuten eingebracht, indie der Mitnehmerring 37 durch eine 90°-Rotation im Uhrzeigersinn eingedreht werden kann, wodurch der Bohrkopf 43 in dem Rotationsantrieb verriegelt ist. Der Rotationsantrieb befindet sich dabei in der hintersten Stellung, in der dieser mittels des Linearantriebs so weit wie möglichvon der Durchtrittsöffnung 61 weg gefahren ist.
- Even before lowering the horizontal drilling device 1 in the pit 4 is in the
Fig. 1 illustrateddrill head 43 through apassage opening 61 for the drill string, which is formed in thehousing 2, inserted into thedrive sleeve 34 of the rotary drive. This is necessary because the drill head has an integrated transmitter for localization by means of a so-called walk-over receiver and thereby longer than therod sections 23. The drill head has a (rear)end portion 62, which in terms of geometric shape, the 39 a, 39b corresponds to the rod sections 23: In theend portions end portion 62 with a cylindrical basic shape, which is provided on two opposite sides with parallel flats, two arcuate locking grooves are introduced, in which the drivingring 37 can be screwed by a 90 ° rotation in a clockwise direction, whereby thedrill head 43 is locked in the rotary drive. The rotary drive is in the rearmost position in which this is driven by the linear drive as far as possible from thepassage opening 61 away.
Die Horizontalbohrvorrichtung 1 wird daraufhin in die Baugrube 4 abgesenkt, ausgerichtet und abgestützt, wie dies bereits beschrieben wurde.The horizontal drilling device 1 is then lowered into the excavation 4, aligned and supported, as already described.
Durch den Einsatz des Linear-/Rotationsantriebs 5 wird dann der Bohrkopf 43 soweit wie möglich in das Erdreich eingebohrt. Aufgrund der Länge des Bohrkopfs 43 erfolgt das Verbohren mit zwei Hüben des Linearantriebs; beim ersten Hub befindet sich der Mitnehmerring 37 am vorderen Ende der zwei parallelen Abflachungen, so dass die Druckkräfte über den dort ausgebildeten Absatz und das Drehmoment über die als Schlüsselflächen dienenden parallelen Abflachungen übertragen werden. Nach dem ersten Hub wird der Linearantrieb zurückgefahren, so dass der Mitnehmerring 37 in die Verriegelungsnuten eingreifen und den Bohrkopf 43 verriegeln kann. Daraufhin wird der Linearantrieb wieder um einen Arbeitshub nach vorne bewegt, wodurch der Bohrkopf 43 vollständig verbohrt wird. Der Rotationsantrieb befindet sich dann in der beispielsweise in den
Während des Vortreibens des Bohrkopfs 43 In das Erdreich wurde von der Bedienperson bereits ein erster Gestängeschuss 23 in den Aufnahmeschiltten 52 eingesetzt und durch ein Verfahren des Gestängelifts 6 auf den Aufnahmedorn 45 aufgesteckt. Nach einem Verschwenken des Aufnahmedorns 45 sowie des darauf aufgesteckten Gestängeschusses 23 um 90° in seine horizontale Ausrichtung befindet sich der Gestängeschuss 23 in einer weitgehend koaxialen Lage zu dem bereits verbohrten Bohrkopf 43. Durch ein Verfahren der beiden Hydraulikzylinder 48 der Gestängeaufnahme 44 kann dann der vorderseitige Gewindestecker des Gestängeschusses 23 an die rückseitige Gewindebuchse des Bohrkopfs 43 herangefahren werden. Der Mitnehmerring 37 wird dann aus den Verriegelungsnuten des Bohrkopfs 43 gelöst und der Linear/Rotationsantrieb 5 so weit zurückgefahren, dass sich dieser in einem definierten Bereich des vorderen Endabschnitts 39a des ersten Gestängeschusses 23 befindet. Durch eine Betätigung des Rotationsantriebs wird der erste Gestängeschuss 23 mit dem durch die Verriegelungsgabel in Drehrichtung fixierten Bohrkopf 43 verschraubt, wobei das Drehmoment über die parallelen Abflachungen 40 übertragen wird. Dadurch, dass der Mitnehmerring 37 noch nicht in der Verriegelungsnut 41 verriegelt ist, kann sich der Gestängeschuss beim Verschrauben in längsaxialer Richtung relativ zu dem Mitnehmerring 37 verschieben . Dadurch kann ohne einen aufwendigen, durch den Linearantrieb realisierten Längenausgleich die für das Verschrauben des Gestängeschusses 23 erforderliche Längsbewegung des Gestängeschusses 23 realisiert werden.During the propelling of the
Die Position des Rotationsantriebs während des Verschraubens ist so gewählt, dass sich die Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a nach dem vollständigen Verschrauben des Gestängeschusses 23 mit dem Bohrkopf 43 innerhalb des Mitnehmerrings 43 befinden, so dass dieser durch eine 90°-Drehung direkt, d.h. ohne dass ein weiteres Verfahren des Linearantriebs erforderlich ist, in die Verriegelungsnuten 41 eingreifen kann, um den Gestängeschuss 23 auch in Längsrichtung zu fixieren. Der Bohrstrang wird dann soweit verbohrt, bis der Rotationsantrieb wieder in seiner vorderen Endstellung angelangt Ist.The position of the rotary drive during the screwing is chosen so that the locking
Danach wird der Rotationsantrieb durch eine 90° Drehung (in entgegengesetzter Richtung) des Mitnehmerrings entriegelt und mittels der Hydraulikzylinder 25 des Linearantriebs soweit zurückgefahren, bis der Mitnehmerring 37 in die Verriegelungsnuten 41 des hinteren Endabschnitts 39b des ersten Gestängeschusses 23 eingreifen kann; dort wird der Mitnehmerring 37 wieder durch eine 90°-Drehung verriegelt. Dann wird der Bohrstrang, bestehend aus Bohrkopf 43 und erstem Gestängeschuss 23 durch den Einsatz des Linear-/Rotationsantriebs 5 um einen weiteren Arbeitshub des Linearantriebs weiter in das Erdreich vorgetrieben.Thereafter, the rotary drive is unlocked by a 90 ° rotation (in the opposite direction) of the driver ring and moved back by means of the
Sobald der Rotationsantrieb in seiner vorderen Endlage angelangt ist, wird die Gestängeaufnahme 44 wieder in die hintere Position zurückgefahren und der Aufnahmedorn 45 in die vertikale Lage verschwenkt, wo dieser einen zweiten Gestängeschuss 23, der bereits von der Bedienperson in den in die Aufgabestation 58 verfahrenen Aufnahmeschlitten 52 eingesetzt wurde, aufnehmen kann.As soon as the rotary drive has reached its front end position, the
Nach Beendigung des Arbeitshubs des Linearantriebs befinden sich die Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a des ersten Gestängeschusses 23 unterhalb der Verriegelungsgebel, die dann herunter gefahren werden kann, um den Bohrstrang zu fixieren, während der zweite Gestängeschuss 23 an den bestehenden Bohrstrang angeschraubt wird. Hierzu wird der zweite Gestängeschuss 23 mittels der Gestängeaufnahme 44 an das hintere Ende des ersten Gestängeschusses 23 herangefahren. Gleichzeitig wird der Rotationsantrieb von dem ersten Gestängeschuss 23 gelöst und soweit nach hinten verfahren, dass dieser an den parallelen Abflachungen 40 in dem vorderen Endabschnitt 39a des zweiten Gestängeschusses 23 angreifen kann. Durch den Einsatz des Linear-/Rotationsantriebs 5 wird der zweite Gestängeschuss 23 dann mit dem ersten Gestängeschuss 23 verschraubt, wobei nach dem Vollenden des Verschraubens der Mitnehmerring 37 wieder in den Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a des zweiten Gestängeschusses verriegelt und der Bohrstrang wieder bis zum Erreichen der vorderen Endlage (des Linearantriebs) verbohrt wird. Der Linear-/Rotationsantrieb 5 wird dann durch eine 90°-Relativdrehung des Mitnehmerrings 37 von dem zweiten Gestängeschuss 23 gelöst und wieder nach hinten verfahren, um den zweiten Gestängeschuss 23 In dem hinteren Endabschnitt 39b zu verriegeln und den Bohrstrang wieder um einen weiteren Arbeitshub in das Erdreich vorzutreiben.After completion of the power stroke of the linear drive, the locking
Anders als bei dem Bohrkopf 43 greift die Verriegelungsgabel stets in die Verriegelungsnuten 41 der Gestängeschüsse 23 ein, um diese bzw. den Bohrstrang nicht nur rotatorisch, sondern auch gegen eine Bewegung in Längsrichtung zu sichern. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Bohrstrang aufgrund von elastischen Rückverformungen des komprimierten Erdreichs und des durch die Belastungen gestauchten oder gedehnten Bohrgestänges ungewollt verlagert.Unlike the
Das Ansetzen und Verbohren weiterer Gestängeschüsse 23 erfolgt dann auf identische Art und Weise.The preparation and Verbohren
Nachdem die Pilotbohrung fertig gestellt worden ist, kann vorgesehen sein, den Bohrkopf 43 durch eine Aufweitvorrichtung (nicht dargestellt) zu ersetzen, um die Bohrung während des Zurückziehens des Bohrgestänges aufzuweiten. Gegebenenfalls kann ein Neurohr (nicht dargestellt) oder eine sonstige Versorgungsleitung (nicht dargestellt) an den Aufweitkopf angehängt werden, die gleichzeitig mit der Aufweitvorrichtung in die Bohrung eingezogen wird.After the pilot bore has been completed, it may be provided to replace the
Beim Zurückziehen des Bohrgestänges 24 wird dieses schrittweise um jeweils einen Gestängeschuss 23 verkürzt. Dies erfolgt auf folgende Art und Weise.When retracting the
Der Mitnehmerring 37 des Rotationsantriebs Ist in den Verriegelungsnuten 41 des hinteren Endabschnitts 39b des letzten Gestängeschusses 23 verriegelt. Der Rotationsantrieb wird durch ein Verfahren der Hydraulikzylinder 25 des Linearantriebs nach hinten verfahren. Die Verriegelungsgabel wird daraufhin herunter gefahren und fixiert den vorletzten Gestängeschuss 23, indem diese in die Verriegelungsnuten 41 des hinteren Endabschnitts 39b dieses Gestängeschusses 23 eingreift. Der Linear-/Rotationsantrieb wird dann durch eine 90°-Drehung des Mitnehmerrings von dem Gestängeschuss 23 gelöst und wieder nach vorne verfahren, bis der Mitnehmerring 37 in die Verriegelungsnuten des vorderen Endabschnitts 39a des letzten Gestängeschusses 23 eingreifen kann. Durch einen weiteren Arbeitshub des Linearantriebs wird das Bohrgestänge 24 so weit aus dem Erdreich herausgezogen, dass die Verriegelungsgabel den vorletzten Gestängeschuss 23 in dem vorderen Endabschnitt 39a verriegeln kann. Dann kann der letzte Gestängeschuss 23 von dem vorletzten Gestängeschuss 23 durch eine Rotation der Antriebshülse 34 entgegen dem Uhrzeigersinn abgeschraubt werden. Durch die besondere Form des Gestängeschusses im Bereich der Endabschnitte kann ein Drehmoment zum Lösen der Gewindeverbindung übertragen werden, ohne dass der Mitnehmerring 37 in der Verriegelungsnut 41 auch in längsaxialer Richtung fixiert wäre. Dadurch kann der Mitnehmerring 37 beim Abschrauben des Gestängeschusses 23 entsprechend der Gewindesteigung über den Gestängeschuss gleiten, wodurch ein Längenausgleich über den Linearantrieb vermieden werden kann. Gleichzeitig verfährt die Gestängeaufnahme 44 nach vorne, um den abgeschraubten letzten Gestängeschuss 23 aufzunehmen. Die Gestängeaufnahme 44 fährt dann wieder in ihre hinterste Position und der Linear-/Rotationsantrieb 5 gleichzeitig nach vorne, so dass dieser an dem hinteren Endabschnitt 39b des dann letzten (vorher vorletzten) Gestängeschusses 23 angreifen kann. Der abgeschraubte Gestängeschuss 23 ist dann vollständig aus der Antriebshülse 34 herausgefahren und kann durch ein Verschwenken des Aufnahmedoms 45 in die vertikale Position in den Aufnahmeschlitten 52 des Gestängelifts 6 eingesetzt werden. Der Aufnahmeschlitten 52 kann daraufhin nach oben zu der Aufgabestation 58 verfahren werden, wo der Gestängeschuss von einer Bedienperson entnommen werden kann.The driving
Auf identische Art und Weise werden alle Gestängeschüsse nacheinander von dem Bohrgestänge gelöst und aus der Horizontalbohrvorrichtung entfernt.In an identical manner, all rod sections are successively detached from the drill string and removed from the horizontal drilling apparatus.
Die dargestellte Horizontalbohrvorrichtung eignet sich insbesondere für einen Einsatz in innerstädtischen Gebieten und insbesondere für die Erstellung von Hausanschlüssen im Versorgungsbereich (insbesondere Gas, Wasser, Strom, Glasfaser, etc.). Es können Bohrungen bis mindestens 20 m Länge eingebracht werden, die dann für ein Einziehen von Rohren oder Kabeln mit einem Außendurchmesser von bis zu 63 mm genutzt werden.The horizontal drilling device shown is particularly suitable for use in inner city areas and in particular for the creation of domestic connections in the supply area (in particular gas, water, electricity, glass fiber, etc.). Drill holes of up to 20 meters in length can be drilled and used to retract pipes or cables with an outside diameter of up to 63 mm.
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