EP2809870A1 - Verfahren und bohranordnung zum richtungsgenauen einbringen eines bohrrohres - Google Patents

Verfahren und bohranordnung zum richtungsgenauen einbringen eines bohrrohres

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EP2809870A1
EP2809870A1 EP13770408.6A EP13770408A EP2809870A1 EP 2809870 A1 EP2809870 A1 EP 2809870A1 EP 13770408 A EP13770408 A EP 13770408A EP 2809870 A1 EP2809870 A1 EP 2809870A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill pipe
drilling
distance
measuring
marking element
Prior art date
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Application number
EP13770408.6A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2809870B8 (de
EP2809870B1 (de
Inventor
Peter Banzhaf
Mike Schmidt
Bernhard KARMANN
Thomas PAVLU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
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Publication date
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Publication of EP2809870B1 publication Critical patent/EP2809870B1/de
Publication of EP2809870B8 publication Critical patent/EP2809870B8/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/14—Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/24—Guiding or centralising devices for drilling rods or pipes

Definitions

  • the invention relates to a method for directionally accurate introduction of a drill pipe into the ground, in which an orientation of the position of the drill pipe is determined at least at the beginning of the introduction, the alignment of the drill pipe is adjusted by means of an adjusting device, which is controlled by a control device, and the drill pipe is drilled into the soil by means of a drilling device, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a drilling assembly for the directional introduction of a drill pipe in the ground, with an adjusting device for changing the alignment of the drill pipe, a control device for controlling the adjusting device and a drilling device for drilling the drill pipe in the ground.
  • Drill pipes are used to create bored piles in the ground.
  • the drill pipes can be provided along the entire borehole for supporting a borehole wall or only in an upper borehole area in order to guide a boring tool, for instance for boring out the further borehole.
  • the drill pipes can remain in the ground or be pulled back when filling the well with hardenable mass.
  • Drilling pipes can be introduced into the soil with a so-called casing machine.
  • casing machine Such piping machines are known from DE 197 29 315 A1 or DE 38 09 626 C2.
  • the latter document shows a casing machine with numerous hydraulic cylinders, which can be used as an adjusting device for aligning a clamped drill pipe via a control device.
  • the invention is based on a method and a drilling arrangement for the directionally precise introduction of a drill pipe, which allow in a simple manner a high directional accuracy.
  • the inventive method is characterized in that at a head portion of the drill pipe, a marking element and axially opposite from the marking element a measuring device independent of the drill pipe are arranged, which has at least two distance measuring units, by means of at least two distance measuring units during drilling of the drill pipe regularly the axial distance is measured to the marking element, wherein the distance measuring units each deliver independent distance measurement values and that the distance measured values of the at least two distance measuring units in the control device are compared and used to adjust the drill pipe during drilling.
  • a basic idea of the invention is to attach a marking element to the head area of the drill pipe and to monitor the positional change of the marking element during drilling with at least two distance measuring units after an initial adjustment by means of an axially opposite measuring device.
  • an unwanted tilting of the drill pipe can be determined immediately, since such tilting leads to two different distance measurement results.
  • This is possible by comparing the distance measurement values directly in the control device, so that a readjustment of the alignment of the drill pipe via the control device by the control device can take place immediately.
  • Such adjustment can in predetermined Justier suitsen be carried out with controlled directional adjustment.
  • a drill pipe according to the invention may in principle be any rod-shaped, preferably rotationally symmetrical component which is introduced into the soil by means of drilling.
  • a preferred embodiment of the invention is that a first annular plate is used as the marking element, which is attached to an upper end of the drill pipe and projects radially with respect to the drill pipe.
  • a marking plate enables a distance measurement at several points along the circumference of the drill pipe.
  • three or more distance measuring elements are arranged offset uniformly on the measuring device around the circumference of the drill pipe. After an initial adjustment of the marking element can be determined during further drilling of the drill pipe by this multiple distance measurement tilting of the drilling axis.
  • the distance measuring elements indicate in each case the same distance value or at least the same change in distance, whereas different values are determined with a tilting by the distance measuring elements.
  • a tilting in space relative to the setpoint axis can thus be determined by a corresponding evaluation program in the control device.
  • the control device can then counteract computer-controlled tilting by appropriate action on the drill pipe on the adjusting devices.
  • the measuring device can be arranged axially above the marking element. It is particularly advantageous and low-vibration if the measuring device is arranged below the marking element close to the ground.
  • the measuring device is arranged at a distance from the drill pipe and the drilling device and is fixedly mounted relative to the ground.
  • the measuring device thus provides a solid and low-vibration reference point to the marking element on the head of the drill pipe.
  • the measuring device has an annular measuring plate which is arranged around the drill pipe.
  • the annular measuring plate has the distance measuring elements, which are in particular non-contact measuring sensors. These measuring sensors can preferably carry out a distance measurement by means of laser beam or ultrasound.
  • a drilling device with a mast can be used as a drilling device, along which a drill drive for introducing the drill pipe can be moved. It is particularly useful according to the invention that a casing machine is used as the drilling device, which is arranged on the ground around the borehole around. Such piping machines are often used for the introduction of drill pipes in boreholes.
  • the measuring device is arranged above the casing and held by a separate from the casing machine support frame. As a result, a low-vibration arrangement of the measuring device is achieved independently of the casing machine.
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that, at the beginning of the method, the orientation of the drill pipe is determined and adjusted by means of a measuring device and then a calibration of the measuring device with the distance measuring units takes place.
  • the initial measurement of the drill pipe can take place in a known manner via an optical measuring device, as described, for example, in connection with EP 2 623 677 A1.
  • After this measurement of the drill pipe with the upper marking element is preferably carried out a mechanical and / or electronic calibration of the distance measuring units of the measuring device.
  • a horizontal position of the marking element can be set as a predetermined position as predetermined. Deviations of the plate-shaped marking element from this desired position can thus be detected via the distance measuring units and subsequently corrected via the control device and the adjusting device.
  • a position measurement according to the invention can also be done without compelling readjustment of the drill pipe.
  • the drilling arrangement according to the invention is characterized in that a marking element is arranged on a head region of the drill pipe, that axially spaced apart from the marking element is a measuring device independent of the drill pipe, which has at least two distance measuring units, that the distance measuring units are designed to regularly measure the axial distance to the marking element during the drilling of the drill pipe and to deliver independent distance measurement values in each case, and that the control device is designed to compare the distance measured values of the at least two distance measuring units and to carry out an adjustment of the drill pipe at the same time as the drilling.
  • the measuring device can have any number of distance measuring units. According to the invention, it is particularly preferred for the measuring device to have three or four spacing measuring units which are arranged distributed in a ring around the drill pipe on an annular measuring plate.
  • the measuring plate can be mounted fixed or adjustable with respect to the ground.
  • annular measuring plate is mounted separately from the drill pipe and the drilling device on a support frame around the drill pipe around. This allows a low-vibration mounting of the measuring device close to the drill pipe.
  • any desired and suitable distance measuring units for distance measurement according to the invention can be provided.
  • the distance measuring units are designed for non-contact distance measurement.
  • a distance measurement by means of laser beam or ultrasound allows a structurally simple design of the measuring device with a very accurate distance measurement.
  • the adjustment of the drill pipe as a function of the determined distance values can take place via suitable control devices. It is particularly advantageous that the adjusting device has hydraulic actuating cylinder.
  • the adjusting cylinders can be arranged distributed around the circumference of the drill pipe on the drilling device. By retracting or extending actuators, the drill pipe can be changed directly or the drilling device in its entirety.
  • the drill pipe is guided in a guide device of the drilling device with directional precision, wherein the actuating cylinders are designed to change the guide device or the drilling device in their entirety in order to influence the alignment of the drill pipe.
  • Fig. 1 is a perspective view of a drilling assembly according to the invention
  • Fig. 2 is a side view of the drilling assembly of Fig. 1 in a different scale
  • Fig. 3 is a plan view of the drilling assembly of Fig. 2 from above.
  • the drilling arrangement 10 according to the invention shown in FIGS. 1 to 3 comprises a boring device 12 placed on a floor 8, which is shown in highly schematized form in the drawings as a box.
  • the drilling device 12 is in particular a well-known casing machine. This is designed with a drive, with which a drill pipe 2 can be rotationally introduced into the ground. For this purpose, the drill pipe 2 protrudes approximately centrally through the drilling device 12 and is held in this by a rotatable clamping and drive terminal.
  • a cutting device 5 is formed with a plurality of cutting teeth for removing soil material.
  • a soil material within the drill pipe 2 is removed in a known manner by a drill, not shown, for example by means of a drill screw or a drilling bucket, which can be arranged and guided suitably in the drill pipe 2.
  • a drill not shown, for example by means of a drill screw or a drilling bucket, which can be arranged and guided suitably in the drill pipe 2.
  • the introduction of the drill pipe 2 in particular when the drill pipe 2 is introduced into the ground 8 in advance, is a significant factor in the verticality of the overall bore.
  • the accuracy of the borehole formed therein determines the accuracy of the bored pile formed therein. which by filling the borehole with a hardening is formed. In this case, the drill pipe can remain in the ground or pulled back when filling.
  • a marking element 30 is attached to the free end of the drill pipe 2.
  • the marking element 30 has a radially annular disk-shaped annular plate 32, which is fixedly connected to a connecting sleeve 34.
  • the connecting sleeve 34 is provided with a known pipe connection with the radial bores and axial lugs, which is suitably and detachably connected to a connecting portion 3 at the upper end of the drill pipe 2.
  • the annular plate 32 of the marking element 30 is aligned at right angles to the tube axis of the drill pipe 2.
  • an annular measuring plate 42 of a measuring device 40 is arranged.
  • the measuring plate 42 is in this case spaced from the housing of the drilling device 12 mounted on a support frame 20, which is formed in the present embodiment of two U-shaped support brackets 22.
  • four distance measuring units 44 are arranged uniformly around the circumference of the drill pipe 2.
  • the distance measuring units 44 are designed as non-contact measuring sensors which emit a laser beam 46 shown schematically as a measuring beam to the underside of the axially opposite annular plate 32 of the marking element 30. By means of such a measuring beam, such distance measuring units 44 can determine the respective distance to the annular plate 32 with high accuracy.
  • the respective measured values of the four measuring units 44 are transmitted to a control device, not shown, which compares the continuously measured distance values of the respective distance measuring units 44 with each other and thus determines undesired position deviations of the plane of the annular plate 32 with respect to the plane of the measuring plate 42 during the drilling.
  • an adjusting device 14 can be controlled by means of the control device with which the position of the drilling device 12 and thus the position of the drill pipe 2 clamped therein or suitably guided can be changed.
  • the adjusting device 14 in the illustrated embodiment four actuating cylinder 16.
  • the actuating cylinders 16 are each fastened via a connecting plate 19 to a corner region of the box-shaped boring device 12.
  • About the actuating cylinder 16 can be extended down a piston rod 17, at the lower end of each plate-shaped support leg 18 is mounted.
  • this actuating cylinder 16 with the support legs 18, the drilling device 12 is placed on the floor 8.
  • the piston rods 17 can be extended so that the position of the drilling device 12 is changed with the drill pipe 2 guided therein until the desired position of the ring plate 32 is fixed via the measuring device 40. It can be achieved in particular an introduction of the drill pipe 2, wherein the annular plate 32 always remains parallel to its calibrated starting position.
  • the marking element 30 can be removed by loosening the screw from the upper end of the drill pipe 2. It can then be secured in a known manner, a further drill pipe 2 via the connecting portion 3. If desired, the marking element 30 can be reattached to the newly installed drill pipe 2 at the upper end and another controlled drilling can be carried out according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Bohranordnung zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres in den Boden. Dabei wird eine Ausrichtung der Lage des Bohrrohres zumindest zu Beginn des Einbringens bestimmt, die Ausrichtung des Bohrrohres wird anschließend mittels einer Stelleinrichtung justiert, welche über eine Steuereinrichtung gesteuert wird, und das Bohrrohr wird abschließend in den Boden mittels einer Bohrvorrichtung abgebohrt. Nach der Erfindung ist an einem Kopfbereich des Bohrrohres ein Markierungselement und axial gegenüberliegend eine vom Bohrrohr unabhängige Messeinrichtung angeordnet, welche mindestens zwei Abstandsmesseinheiten aufweist. Mittels der Abstandsmesseinheiten wird während des Abbohrens regelmäßig der axiale Abstand zu dem Markierungselement gemessen, wobei die Abstandsmesseinheiten jeweils eigenständige Messwerte abgeben. Die Abstandsmesswerte werden in der Steuereinrichtung verglichen und zum Justieren des Bohrrohres während des Abbohrens eingesetzt.

Description

Verfahren und Bohranordnung zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres in den Boden, bei welchem eine Ausrichtung der Lage des Bohrrohres zumindest zu Beginn des Einbringens bestimmt wird, die Ausrichtung des Bohrrohres mittels einer Stelleinrichtung justiert wird, welche über eine Steuereinrichtung gesteuert wird, und das Bohrrohr in den Boden mittels einer Bohrvorrichtung abgebohrt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Bohranordnung zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres in den Boden, mit einer Stelleinrichtung zum Verändern der Ausrichtung des Bohrrohres, einer Steuereinrichtung zum Steuern der Stelleinrichtung und einer Bohrvorrichtung zum Abbohren des Bohrrohres in den Boden.
Bohrrohre werden zum Erstellen von Bohrpfählen im Boden eingesetzt. Dabei können die Bohrrohre entlang des gesamten Bohrloches zum Stützen einer Bohrlochwandung oder nur in einem oberen Bohrlochbereich vorgesehen werden, um etwa zum Abbohren des weiteren Bohrloches ein Bohrwerkzeug zu führen. Die Bohrrohre können im Boden verbleiben oder beim Verfüllen des Bohrloches mit aushärtbarer Masse wieder gezogen werden.
Insbesondere bei längeren Bohrpfählen, welche Bohrpfahllängen von 50 Meter und mehr erreichen können, kommt einem richtungsgenauen Einbringen des Bohrrohres insbesondere im oberen Bereich für die Positionsgenauigkeit des Bohrpfahles eine große Bedeutung zu. Weicht etwa das einleitende Bohrrohr nur um ein oder zwei Grad von der Vertikalen ab, führt dies dazu, dass bei einem Bohrpfahl mit einer Länge von 50 Metern der Pfahlfuß um bis zu einem halben Meter von der vorgesehenen Lage abweichen kann. Bei der Erstellung sogenannter Bohrpfahlwände mit sich überschneidenden oder angrenzenden Bohrpfählen hat dies dann zur Folge, dass Bohrpfähle mit einem entsprechend größeren Durchmesser erstellt werden müssen, um eine dichte Bohrpfahlwand zu bilden. Eine Erhöhung des Pfahldurchmessers um einen halben Meter stellt aber einen erheblichen Mehraufwand bei der Erstellung des Bohrloches und auch beim Verfüllen mit aushärtbarer Masse dar.
Bohrrohre können mit einer sogenannten Verrohrungsmaschine in den Boden eingebracht werden. Derartige Verrohrungsmaschinen sind aus der DE 197 29 315 A1 oder DE 38 09 626 C2 bekannt. Insbesondere das letztgenannte Dokument zeigt eine Verrohrungsmaschine mit zahlreichen Hydraulikzylindern, welche als Stelleinrichtung zur Ausrichtung eines eingespannten Bohrrohres über eine Steuereinrichtung eingesetzt werden können.
Es ist bekannt, die anfängliche Lage eines Bohrrohres vor Beginn des Abbohrens über ein separates Messgerät zu bestimmen und über die Stelleinrichtungen in eine möglichst vertikale Position zu bringen. Ein derartiges optisches Messgerät geht beispielsweise aus der EP 2 623 677 A1 im Zusammenhang mit der Justierung einer Schlitzwandfräse hervor.
Für weitere Messungen während des Abbohrens des Bohrrohres mit einem solchen Messgerät ist es allerdings erforderlich, den Bohrvorgang zu unterbrechen und dann gegebenenfalls eine Nachjustierung vorzunehmen. Ein derartiges Messen und Justieren ist zeitaufwendig.
Weiter ist es zwar aus der DE 196 25 720 C1 oder DE 10 2005 008 430 A1 bekannt, in ein Bohrloch oder Bohrrohr eine Messsonde einzubringen und die Vertikalität des eingebrachten Bohrrohres zu messen. Allerdings erfordert ein derartiges Messverfahren ebenfalls eine Unterbrechung des Bohrvorganges.
Bei der Erstellung von Tieflochbohrungen mit einem gesteuerten Bohrkopf ist es beispielsweise aus der DE 694 02 530 T2 bekannt, am Bohrwerkzeug Sensoreinrichtungen vorzusehen, mit welchen der Verlauf des Bohrloches beim Abbohren feststellbar ist. Ein solcher Bohrkopf mit Messeinrichtungen, die im Bohrloch während des Bohrens eingesetzt werden, ist sehr aufwändig, da diese Messeinrichtungen sehr starken Beanspruchungen beim Abbohren im Bohrloch standhalten müssen. Solche Bohrköpfe werden daher nur bei Tieflochbohrungen mit nicht-linearen Bohrlochverläufen eingesetzt.
Der Erfindung liegt d i e A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Bohranordnung zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres anzugeben, welche in einfacher Weise eine hohe Richtungsgenauigkeit erlauben.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen mit einer Bohranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem Kopfbereich des Bohrrohres ein Markierungselement und axial gegenüberliegend von dem Markierungselement eine vom Bohrrohr unabhängige Messeinrichtung angeordnet werden, welche mindestens zwei Abstandsmesseinheiten aufweist, das mittels der mindestens zwei Abstandsmesseinheiten während des Abbohrens des Bohrrohres regelmäßig der axiale Abstand zu dem Markierungselement gemessen wird, wobei die Abstandsmesseinheiten jeweils eigenständige Abstandsmesswerte abgeben und dass die Abstandsmesswerte der mindestens zwei Abstandsmesseinheiten in der Steuereinrichtung verglichen und zum Justieren des Bohrrohres während des Abbohrens eingesetzt werden.
Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, am Kopfbereich des Bohrrohres ein Markierungselement anzubringen und dieses nach einem anfänglichen Justieren mittels einer axial gegenüberliegenden Messeinrichtung die Lageveränderung des Markierungselementes beim Abbohren mit mindestens zwei Abstandsmesseinheiten zu überwachen. Ausgehend von einer anfänglichen ausgerichteten Lage des Bohrohres kann so eine unerwünschte Verkippung des Bohrrohres umgehend festgestellt werden, da eine solche Verkippung zu zwei unterschiedlichen Abstands- messergebnissen führt. Dies ist durch einen Vergleich der Abstandsmesswerte unmittelbar in der Steuereinrichtung möglich, so dass umgehend ein Nachjustieren der Ausrichtung des Bohrrohres über die Stelleinrichtung durch die Steuereinrichtung erfolgen kann. Ein derartiges Justieren kann in vorgegebenen Justierschritten mit geregelter Richtungsjustierung durchgeführt werden. Ein Bohrrohr im Sinne der Erfindung kann grundsätzlich jedes stangenförmige, vorzugsweise rotationssymmetrische Bauteil sein, welches mittels Bohren in den Boden eingebracht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass als Markierungselement eine erste Ringplatte verwendet wird, welche an einem oberen Ende des Bohrrohres befestigt wird und gegenüber dem Bohrrohr radial vorsteht. Eine derartige Markierungsplatte ermöglicht eine Abstandsmessung an mehreren Stellen entlang des Umfanges des Bohrrohres. Vorzugsweise sind drei oder mehr Abstandsmesselemente an der Messeinrichtung um den Umfang des Bohrrohres gleichmäßig versetzt angeordnet. Nach einem anfänglichen Justieren des Markierungselementes kann beim weiteren Abbohren des Bohrrohres durch diese mehrfache Abstandsmessung eine Verkippung der Bohrachse festgestellt werden. Denn etwa bei einem richtungsgenauen vertikalen Einbringen des Bohrrohres geben die Abstandsmesselemente jeweils denselben Abstandswert oder zumindest dieselbe Abstandsänderung an, während bei einer Verkippung durch die Abstandsmesselemente unterschiedliche Werte ermittelt werden. Bei drei oder mehr Abstandsmes- selementen kann so eine Verkippung im Raum gegenüber der Sollachse durch ein entsprechendes Auswerteprogramm in der Steuereinrichtung festgestellt werden. Die Steuereinrichtung kann dann computergesteuert der Verkippung durch entsprechendes Einwirken auf das Bohrrohr über die Stelleinrichtungen entgegenwirken.
Grundsätzlich kann die Messeinrichtung axial oberhalb des Markierungselementes angeordnet sein. Besonders vorteilhaft und erschütterungsarm ist es, wenn die Messeinrichtung unterhalb dem Markierungselement nahe am Boden angeordnet wird.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, dass die Messeinrichtung beabstandet von dem Bohrrohr und der Bohrvorrichtung angeordnet und relativ zum Boden fest angebracht ist. Die Messeinrichtung stellt so einen festen und erschütterungsarmen Bezugspunkt zu dem Markierungselement am Kopf des Bohrrohres dar.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Messeinrichtung eine ringförmige Messplatte aufweist, welche um das Bohrrohr herum angeordnet wird. Die ringförmige Messplatte weist dabei die Abstandsmesselemente auf, welche insbesondere berührungslose Messsensoren sind. Diese Messsensoren können vorzugsweise eine Abstandsmessung mittels Laserstrahl oder Ultraschall vornehmen.
Grundsätzlich kann als Bohrvorrichtung ein Bohrgerät mit einem Mast verwendet werden, entlang welchem ein Bohrantrieb zum Einbringen des Bohrrohres verfahrbar ist. Besonders zweckmäßig ist es nach der Erfindung, dass als Bohrvorrichtung eine Verrohrungsmaschine verwendet wird, welche auf dem Boden um das Bohrloch herum angeordnet wird. Derartige Verrohrungsmaschinen werden häufig für das Einbringen von Bohrrohren in Bohrlöchern eingesetzt.
Dabei ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, dass die Messeinrichtung oberhalb der Verrohrungsmaschine angeordnet und über ein von der Verrohrungsmaschine getrenntes Tragegestell gehalten wird. Hierdurch wird eine erschütterungsarme Anordnung der Messeinrichtung unabhängig von der Verrohrungsmaschine erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass zu Beginn des Verfahrens die Ausrichtung des Bohrrohres mittels eines Messgerätes bestimmt und justiert wird und anschließend eine Kalibrierung der Messeinrichtung mit den Abstandsmesseinheiten erfolgt. Die anfängliche Einmessung des Bohrrohres kann in bekannter Weise über ein optisches Messgerät erfolgen, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit der EP 2 623 677 A1 beschrieben ist. Nach dieser Einmessung des Bohrrohres mit dem oberen Markierungselement erfolgt vorzugsweise eine mechanische und/oder elektronische Kalibrierung der Abstandsmesseinheiten der Messeinrichtung. Dabei kann eine horizontale Lage des Markierungselementes als Solllage als vorgegeben festgesetzt werden. Abweichungen des plattenförmigen Markierungselementes aus dieser Solllage können so über die Abstandsmesseinheiten festgestellt und anschließend über die Steuereinrichtung und die Stelleinrichtung korrigiert werden. In bestimmten Fällen kann eine Lagemessung erfindungsgemäß auch ohne zwingendes Nachjustieren des Bohrrohres erfolgen.
Die erfindungsgemäße Bohranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem Kopfbereich des Bohrrohres ein Markierungselement angeordnet ist, dass axial be- abstandet von dem Markierungselement eine vom Bohrrohr unabhängige Messeinrichtung angeordnet ist, welche mindestens zwei Abstandsmesseinheiten aufweist, dass die Abstandsmesseinheiten ausgebildet sind, während des Abbohrens des Bohrrohres regelmäßig den axialen Abstand zu dem Markierungselement zu messen und jeweils eigenständige Abstandsmesswerte abzugeben, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Abstandsmesswerte der mindestens zwei Abstandsmesseinheiten zu vergleichen und ein Justieren des Bohrrohres zeitgleich mit dem Ab- bohren durchzuführen.
Mit dieser Bohranordnung kann das vorgenannte Bohrverfahren und die damit verbundenen Vorteile ausgeführt beziehungsweise erreicht werden.
Grundsätzlich kann die Messeinrichtung eine beliebige Anzahl von Abstandsmesseinheiten aufweisen. Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass die Messeinrichtung drei oder vier Abstandsmesseinheiten aufweist, welche ringförmig verteilt um das Bohrrohr auf einer ringförmigen Messplatte angeordnet sind. Die Messplatte kann gegenüber dem Boden fest oder justierbar gelagert sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die ringförmige Messplatte getrennt von dem Bohrrohr und der Bohrvorrichtung auf einem Traggestell um das Bohrrohr herum gelagert ist. Dies ermöglicht eine erschütterungsarme Halterung der Messeinrichtung nahe am Bohrrohr.
Grundsätzlich können beliebige und geeignete Abstandsmesseinheiten zur Abstandsmessung nach der Erfindung vorgesehen werden. Nach einer Ausführung der Erfindung ist es besonders zweckmäßig, dass die Abstandsmesseinheiten zur berührungslosen Abstandsmessung ausgebildet sind. Insbesondere eine Abstandsmessung mittels Laserstrahl oder Ultraschall ermöglicht eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Messeinrichtung mit einer sehr exakten Abstandsmessung.
Die Justierung des Bohrrohres abhängig von den ermittelten Abstandswerten kann über geeignete Steuereinrichtungen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Stelleinrichtung hydraulische Stellzylinder aufweist. Die Stellzylinder können dabei verteilt um den Umfang des Bohrrohres an der Bohrvorrichtung angeordnet sein. Durch Ein- oder Ausfahren von Stellelementen können das Bohrrohr unmittelbar oder die Bohrvorrichtung insgesamt in ihrer Lage verändert werden. Bevorzugt ist das Bohrrohr richtungsgenau in einer Führungseinrichtung der Bohrvorrichtung geführt, wobei die Stellzylinder ausgebildet sind, die Führungseinrichtung oder die Bohrvorrichtung insgesamt in ihrer Lage zu verändern, um die Ausrichtung des Bohrrohres zu beeinflussen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bohranordnung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Bohranordnung von Fig. 1 in geändertem Maßstab; und
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Bohranordnung von Fig. 2 von oben.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemäße Bohranordnung 10 umfasst eine auf einem Boden 8 aufgesetzte Bohrvorrichtung 12, welche in den Zeichnungen stark schematisiert als ein Kasten dargestellt ist. Die Bohrvorrichtung 12 ist insbesondere eine hinlänglich bekannte Verrohrungsmaschine. Diese ist mit einem Antrieb ausgebildet, mit welchem ein Bohrrohr 2 drehend in den Boden eingebracht werden kann. Hierzu ragt das Bohrrohr 2 etwa mittig durch die Bohrvorrichtung 12 hindurch und wird in dieser von einer verdrehbaren Spann- und Antriebsklemme gehalten.
Am unteren, bodenseitigen Ende des Bohrrohres 2 ist eine Schneideinrichtung 5 mit einer Vielzahl von Schneidzähnen zum Abtrag von Bodenmaterial ausgebildet. Ein Bodenmaterial innerhalb des Bohrrohres 2 wird in bekannter Weise durch ein nicht dargestelltes Bohrgerät etwa mittels einer Bohrschnecke oder eines Bohreimers abgetragen, welche passend in dem Bohrrohr 2 angeordnet und geführt sein können. Für ein derartiges verrohrtes Bohren stellt das Einbringen des Bohrrohres 2, insbesondere wenn das Bohrrohr 2 vorauseilend in den Boden 8 eingebracht wird, einen maßgeblichen Faktor für die Vertikaiität der Gesamtbohrung dar. Entsprechend der Genauigkeit der erstellten Bohrung wird die Genauigkeit des darin ausgebildeten Bohrpfahles bestimmt, welcher durch Auffüllen des Bohrloches mit einer aushärtba- ren Masse gebildet wird. Dabei kann das Bohrrohr im Boden verbleiben oder beim Auffüllen wieder gezogen werden.
Zur Sicherstellung einer exakten Ausrichtung des Bohrrohres 2 beim Abbohren ist am freien Ende des Bohrrohres 2 ein Markierungselement 30 angebracht. Das Markierungselement 30 weist eine radial zur Bohrachse gerichtete kreisring- scheibenförmige Ringplatte 32 auf, welche fest mit einer Verbindungshülse 34 verbunden ist. Die Verbindungshülse 34 ist mit einer bekannten Rohrverbindung mit den Radialbohrungen und axialen Nasen versehen, welche mit einem Verbindungsabschnitt 3 am oberen Ende des Bohrrohres 2 passend und lösbar verbunden ist. Durch diese passende Verbindung ist die Ringplatte 32 des Markierungselementes 30 rechtwinklig zur Rohrachse des Bohrrohres 2 ausgerichtet.
Korrespondierend zur Ringplatte 32 ist darunterliegend, jedoch oberhalb der Bohrrichtung 12 eine kreisringförmige Messplatte 42 einer Messeinrichtung 40 angeordnet. Die Messplatte 42 ist hierbei beabstandet zum Gehäuse der Bohrvorrichtung 12 auf einem Traggestell 20 befestigt, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei U-förmigen Tragbügeln 22 gebildet ist. An einer Oberseite der Messplatte 42 sind gleichmäßig um den Umfang des Bohrrohres 2 verteilt vier Abstandsmesseinheiten 44 angeordnet. Die Abstandsmesseinheiten 44 sind als berührungslos arbeitende Messsensoren ausgebildet, welche einen schematisch dargestellten Laserstrahl 46 als Messstrahl an die Unterseite der axial gegenüber liegenden Ringplatte 32 des Markierungselementes 30 aussenden. Mittels eines derartigen Messstrahles können derartige Abstandsmesseinheiten 44 den jeweiligen Abstand zur Ringplatte 32 mit hoher Genauigkeit ermitteln. Die jeweiligen Messwerte der vier Messeinheiten 44 werden an eine nicht dargestellte Steuereinrichtung übertragen, welche die kontinuierlich gemessenen Abstandswerte der jeweiligen Abstandsmesseinheiten 44 miteinander vergleicht und so während des Abbohrens unerwünschte Lageabweichungen der Ebene der Ringplatte 32 gegenüber der Ebene der Messplatte 42 ermittelt.
Zur Korrektur der festgestellten Lageabweichung des Bohrrohres 2 beim Abbohren kann über die Steuereinrichtung eine Stelleinrichtung 14 angesteuert werden, mit welcher die Lage der Bohrvorrichtung 12 und damit die Lage des darin eingespannten oder passend geführten Bohrrohres 2 verändert werden kann. Hierzu weist die Stelleinrichtung 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Stellzylinder 16 auf. Die Stellzylinder 16 sind jeweils über ein Verbindungsblech 19 an einem Eckbereich der kastenförmigen Bohrvorrichtung 12 befestigt. Über die Stellzylinder 16 kann nach unten eine Kolbenstange 17 ausgefahren werden, an deren unteren Ende jeweils ein tellerförmiger Stützfuß 18 angebracht ist. Über diese Stellzylinder 16 mit den Stützfüßen 18 ist die Bohrvorrichtung 12 auf dem Boden 8 aufgesetzt. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Stellzylinder 16 über die Steuereinrichtung können die Kolbenstangen 17 so ausgefahren werden, dass die Lage der Bohrvorrichtung 12 mit dem darin geführten Bohrrohr 2 so geändert wird, bis über die Messeinrichtung 40 die gewünschte Lage der Ringplatte 32 fest gestellt wird. Es kann so insbesondere ein Einbringen des Bohrrohres 2 erreicht werden, wobei die Ringplatte 32 stets parallel zu ihrer kalibrierten Ausgangslage bleibt.
Nach dem Abbohren des Bohrrohres 2 kann das Markierungselement 30 durch Lösen der Schraubverbindungen vom oberen Ende des Bohrrohres 2 entfernt werden. Es kann dann in bekannter Weise ein weiteres Bohrrohr 2 über den Verbindungsabschnitt 3 befestigt werden. Wenn dies gewünscht ist, kann an dem neu angebrachten Bohrrohr 2 am oberen Ende das Markierungselement 30 wieder befestigt werden und ein weiteres gesteuertes Abbohren gemäß der Erfindung erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres (2) in den Boden (8), bei welchem
eine Ausrichtung der Lage des Bohrrohres (2) zumindest zu Beginn des Einbringens bestimmt wird,
die Ausrichtung des Bohrrohres (2) mittels einer Stelleinrichtung (14) justiert wird, welche über eine Steuereinrichtung gesteuert wird, und das Bohrrohr (2) in den Boden (8) mittels einer Bohrvorrichtung (12) abgebohrt wird,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass an einem Kopfbereich des Bohrrohres (2) ein Markierungselement (30) und axial gegenüberliegend von dem Markierungselement (30) eine vom Bohrrohr (2) unabhängige Messeinrichtung (40) angeordnet werden, welche mindestens zwei Abstandsmesseinheiten (44) aufweist, dass mittels der mindestens zwei Abstandsmesseinheiten (44) während des Abbohrens des Bohrrohres (2) regelmäßig der axiale Abstand zu dem Markierungselement (30) gemessen wird, wobei die Abstandsmesseinheiten (44) jeweils eigenständige Abstandsmesswerte abgeben, und dass die Abstandsmesswerte der mindestens zwei Abstandsmesseinheiten (44) in der Steuereinrichtung verglichen und zum Justieren des Bohrrohres (2) während des Abbohrens eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Markierungselement (30) eine erste Ringplatte (32) verwendet wird, welche an einem oberen Ende des Bohrrohres (2) befestigt wird und gegenüber dem Bohrrohr (2) radial vorsteht. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (40) unterhalb dem Markierungselement (30) nahe am Boden (8) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (40) beabstandet von dem Bohrrohr (2) und der Bohrvorrichtung (12) angeordnet und relativ zum Boden (8) fest angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (40) eine ringförmige Messplatte (42) aufweist, welche um das Bohrrohr (2) herum angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Bohrvorrichtung (12) eine Verrohrungsmaschine verwendet wird, welche auf dem Boden (8) um das Bohrloch herum angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (40) oberhalb der Verrohrungsmaschine angeordnet und über ein von der Verrohrungsmaschine getrenntes Traggestell (20) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zu Beginn des Verfahrens die Ausrichtung des Bohrrohres (2) mittels eines Messgerätes bestimmt und justiert wird und anschließend eine Kalibrierung der Messeinrichtung (40) mit den Abstandsmesseinheiten (44) erfolgt.
9. Bohranordnung zum richtungsgenauen Einbringen eines Bohrrohres (2) in den Boden (8), mit
einer Stelleinrichtung (14) zum Verändern der Ausrichtung des Bohrrohres (2),
einer Steuereinrichtung zum Steuern der Stelleinrichtung (14) und einer Bohrvorrichtung (12) zum Abbohren des Bohrrohres (2) in den Boden (8),
dadurch gekennzeichnet,
dass an einem Kopfbereich des Bohrrohres (2) ein Markierungselement (30) angeordnet ist,
dass axial beabstandet von dem Markierungselement (30) eine vom Bohrrohr (2) unabhängige Messeinrichtung (40) angeordnet ist, welche mindestens zwei Abstandsmesseinheiten (44) aufweist,
dass die Abstandsmesseinheiten (44) ausgebildet sind, während des Ab- bohrens des Bohrrohres (2) regelmäßig den axialen Abstand zu dem Markierungselement (30) zu messen und jeweils eigenständige Abstands- messwerte abzugeben, und
dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Abstandsmesswerte der mindestens zwei Abstandsmesseinheiten (44) zu vergleichen und ein Justieren des Bohrrohres (2) zeitgleich mit dem Abbohren durchzuführen.
10. Bohranordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (40) drei oder vier Abstandsmesseinheiten (44) aufweist, welche ringförmig verteilt um das Bohrrohr (2) auf einer ringförmigen Messplatte (42) angeordnet sind.
11. Bohranordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ringförmige Messplatte (42) getrennt von dem Bohrrohr (2) und der Bohrvorrichtung (12) auf einem Traggestell (20) um das Bohrrohr (2) herum gelagert ist.
12. Bohranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstandsmesseinheiten (44) zur berührungslosen Abstandsmessung ausgebildet sind.
13. Bohranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (14) hydraulische Stellzylinder (16) aufweist.
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