EP3400371A1 - Tunnelbohrvorrichtung und system zum hydraulischen abfördern von bohrklein sowie system zum erzeugen eines stabilen flüssigkeitsdruck einer bohrflüssigkeit im bereich eines schneidrades der tunnelbohrvorrichtung - Google Patents

Tunnelbohrvorrichtung und system zum hydraulischen abfördern von bohrklein sowie system zum erzeugen eines stabilen flüssigkeitsdruck einer bohrflüssigkeit im bereich eines schneidrades der tunnelbohrvorrichtung

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EP3400371A1
EP3400371A1 EP17701714.2A EP17701714A EP3400371A1 EP 3400371 A1 EP3400371 A1 EP 3400371A1 EP 17701714 A EP17701714 A EP 17701714A EP 3400371 A1 EP3400371 A1 EP 3400371A1
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EP
European Patent Office
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line
pump
cuttings
drilling fluid
drilling
Prior art date
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EP17701714.2A
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EP3400371B1 (de
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Tobias GERHARDT
Michael LUBBERGER
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Herrenknecht AG
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Herrenknecht AG
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    • E21B21/08Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure
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    • E21D9/087Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
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    • E21D9/12Devices for removing or hauling away excavated material or spoil; Working or loading platforms
    • E21D9/13Devices for removing or hauling away excavated material or spoil; Working or loading platforms using hydraulic or pneumatic conveying means
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04Directional drilling
    • E21B7/046Directional drilling horizontal drilling

Definitions

  • the invention relates to a tunnel boring apparatus for making a hole from a starting point to a target point in the ground along a predetermined drilling line by advancing the tunnel boring device to create a tunnel or laying a pipeline in the ground with a soil release tool having at least one feed line for feeding a drilling fluid to the drilling tool, having at least one arranged at the back of the drilling tool for receiving the present in the form of cuttings dissolved soil, the area of the drilling tool and the at least one portion are substantially filled with drilling fluid, and the drilling fluid in the region of the drilling tool and within the at least one section having a pressure substantially corresponding to the pressure prevailing in the bottom at the working face, with at least one pump for conveying the drilling fluid mixed with the cuttings out of de m section, with at least one delivery line for conveying the mixed with cuttings drilling fluid from the bore, which is connected to the delivery side of the at least one pump, and wherein the at least one pump is connected to the at least one portion via at least one suction line.
  • the invention relates to a system for the hydraulic discharge of cuttings. Furthermore, the invention relates to a system for the system for generating a stable fluid pressure of a drilling fluid in the region of a cutting wheel of a designed for wet drilling tunnel boring device at a working face.
  • tunnel boring machines When drilling boreholes from a start point to a destination point along a given drilling line, various types of tunnel boring machines are used depending on the soil or rock in question. Such tunnel boring machines are used when the tunnel boring machine is advanced along the drilling line without pilot drilling or the like. The locomotion can be either via an advance against abutment in the already created tunnel or via a feeding or Nachschieben the pipe segments themselves done outside the created tunnel. Even whole pipelines can possibly also be used only in partially prepared form to feed. Such a feed then takes place via a feed device, for example a so-called pipe thruster or a press frame, when individual pipe segments are pressed into the ground. The release of the soil takes place with a drilling tool, such as a cutting wheel. The loosened cuttings are brought through the drilling tool into an area behind the cutting wheel and carried away from there.
  • a feed device for example a so-called pipe thruster or a press frame
  • the choice of the type of tunnel boring machine depends on the geology. If the ground in which the tunnel is to be built consists essentially of unstable mountains, a wet drilling method is used in which a face bridge support is used to stabilize the hole and the surrounding soil. For drilling fluid is introduced in the region of the cutting wheel, and the space between the working face and cutting wheel is filled with the drilling fluid. The drilling fluid, which is provided in the region of the drilling tool, is pressurized in order to counteract the pressure prevailing in the mountains of the water and thus to stabilize the working face.
  • Is stable mountains available can be worked without support of the face. This means that the area of the working face and the portion behind the drilling tool are not completely filled with drilling fluid. Instead, the drilling fluid is used to bind dust and cuttings.
  • the removal from the section can be done in several ways. Among others, screw conveyors or conveyor belts are used.
  • JP H07-6238 Y and JP 2001-182486 A additionally each disclose a tunnel boring machine whose use both in stable mountains with an open system described above in conjunction with a jet pump as an alternative even in a non-stable mountains that requires a face support by a game liquid , is possible. It is provided that in the stable mountains, the drill cuttings is conveyed away via a jet pump integrated in the section behind the drilling tool. In non-stable mountains where an east-breast support is used, the jet pump is instead closed and the delivery is carried out via a centrifugal pump located in the feed line, which is located outside the tunnel, for example in the shaft or above ground, in JP 2001-182486A. The centrifugal pump pumps the feed liquid into the drilling area and then via the feed line the drilling mud mixed with the drill cuttings via the feed line from the drilling area. A use of a jet pump in wet operation is not shown.
  • the cuttings can spontaneously settle in air bubbles in the delivery line and block these clogs. Furthermore, this makes it possible to minimize the high pressure losses in the jet pump in that, since only small delivery lengths have to be bridged with the jet pump, the pressure in the treble line can be kept lower. The removal of the cuttings from the separation tank then takes place with a centrifugal pump.
  • the object is to provide a tunnel boring machine and a system for the hydraulic discharge of drill cuttings, with which larger advance lengths can be achieved, especially with smaller diameters, in particular with diameters which are not accessible.
  • Tunnel boring machines in which the working face and the section arranged behind the drilling tool for receiving cuttings are filled with a drilling fluid as a drilling fluid, are also known for this purpose.
  • the drilling fluid is usually a bentonite suspension.
  • the drilling fluid With a feed pump, the drilling fluid is introduced via a feed line in the region of the working face, and the drilling fluid is placed under the necessary pressure to support the working face. It is important in the face chest support that the working face support pressure is kept constant, in particular in order to avoid overburdening at low overburden at too high pressure or burglaries of liquid from the mountains or uncontrolled flow of mountainous into the bore.
  • UA, DE 42 13 987 A1 discloses a tunnel boring device with working face support, in which the section for receiving drill cuttings behind the cutting wheel is subdivided with a wall into two spaces in fluid communication with one another.
  • the space facing the cutting wheel as well as the area of the working face are filled with drilling fluid.
  • the partially separated room is only partially filled with liquid.
  • compressed air is introduced as a kind of cushion. This serves as a pressure compensation for keeping constant the face pressure. In this way, the face pressure can be regulated very finely.
  • sensors for monitoring the prevailing pressure are provided accordingly.
  • drilling fluid mixed with the drill cuttings is sucked from the section via a suction line by means of a feed pump and conveyed through the tunnel behind the tunnel boring machine by a conveyor line. Possibly. Already in the tunnel treatment stages are interposed or it is also used several feed pumps to ensure the entire promotion to over days. Centrifugal pumps are used as feed pumps.
  • a face breast support is also possible without the provision of compressed air in conjunction with the chamber division.
  • the driver of the tunnel boring device reacts in time to pressure changes.
  • the propulsion speed, the delivery pressures or delivery rates and the feed pressures and feed quantities must be adequately monitored and regulated. This requires a lot of experience and attention from machine operators.
  • a further object is to provide a tunnel boring machine and a system with which it is possible to more easily keep the working face pressure of the drilling fluid constant.
  • the pump is a jet pump, which is connected to a Trebtechnisch, via which a propellant fluid of the jet pump is supplied, that the at least one pump is disposed outside of the at least one portion, and in that at least a suction line at least one shut-off valve is provided, via which the suction line is closable.
  • a connecting line is provided between the feed line and the suction line, which is preferably closable with a shut-off valve.
  • Another teaching of the invention provides that in the feed line a shut-off valve is provided. As a result, the region of the working face can be separated from the rest of the line system in a simple manner.
  • a further teaching of the invention provides that in the treble line a control device, preferably a control valve is provided, from which discharges the feed line, via which the volume flow of the drilling fluid in the feed line is adjustable. This makes it possible, only with a line and a pump Supply the jet pump with propellant and at the same time the working face with feed liquid.
  • the pump is connected via the tether with a high-pressure pump.
  • a high-pressure pump By providing high pressures in the hauling line, it becomes possible to convey the drilling fluid mixed with drill cuttings over greater distances through the delivery line.
  • the drilling fluid and / or the propellant fluid is a bentonite suspension. This is prepared in particular by a separation plant to use these in the circulation.
  • the first object is solved with regard to the system for hydraulically conveying away from a tunnel boring device, preferably after a previously described tunnel boring device, cuttings, the tunnel boring device is designed for wet drilling with working pressure control and has a section for receiving the dissolved cuttings, by a system with a feed line for supplying drilling fluid to the section, comprising a suction line for conveying cuttings mixed with cuttings, a jet pump for delivering cuttings mixed with cuttings, a tether connected to the tapping port of the jet pump, the driving fluid being connected to a propellant pump is conveyed to the jet pump, with a connecting line between the feed line and the suction line, wherein in the suction line, the feed line and the connecting line in each case at least one shut-off element is provided.
  • the further object is achieved with regard to the system for generating a stable fluid pressure of a drilling fluid in the region of a cutting wheel of a tunnel boring device designed for wet drilling, preferably according to a previously described tunnel boring device, at a working face, which is used when creating a bore from a starting point to a destination point in FIG Floor along a predetermined drilling line by advancing the tunnel boring device for creating a tunnel or laying a pipeline is present,
  • the tunnel boring device has a portion for receiving the dissolved by the cutter cuttings behind the cutting wheel, a feed line for supplying drilling fluid to the working face, a suction line for conveying cuttings mixed with cuttings from the section, a jet pump for discharging cuttings mixed with cuttings, a tether connected to the tapping port of the jet pump, wherein the propellant is conveyed to the jet pump with a drive pump, a connecting line between the feed line and the suction line, wherein in the suction line, the feed line and the connecting line in each case at least one shut-off
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is an enlarged view of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second embodiment according to the invention
  • FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a third embodiment according to the invention
  • FIG. 6 shows an enlarged view of FIG. 5, FIG.
  • Fig. 7 is a schematic representation of a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention of the tunnel boring apparatus 10. Shown schematically in FIG. 1 is a shaft 40. Furthermore, there are shown above-ground installations 30 and the already created borehole and the tunnel or the pipe 50 installed therein.
  • the tunnel boring device 10 comprises a schematically illustrated cutting wheel 1 1 as a drilling tool. Behind the cutting wheel 1 1, a portion 12 is provided in which the dissolved by the cutting wheel 1 1 cuttings (not shown) collects. The region of the cutting wheel 1 1 and the portion 12 is filled with a drilling fluid (not shown) here, for example in the form of a bentonite purging.
  • the region of the cutting wheel 1 1 at the working face (not shown) and the portion 12 are connected to a feed line 13.
  • the suction line 14 is connected to a suction port 16 of a jet pump 15.
  • a shut-off valve 17 is provided in the suction line 14
  • a delivery line 19 is provided at the delivery port 18 of the jet pump 15
  • the jet pump 15 has a tether connection 21 for a tether 20.
  • the feed line 13 extends from the above-ground systems 30 or from the shaft 40 through the already introduced pipeline or tunnel 50 already created.
  • a feed pump 22 is provided in the feed line 13.
  • a drive pump 23 is connected, which is designed as a high-pressure pump.
  • the delivery line 19 is connected to a separation plant 31 for separating the drilling fluid from the cuttings. From the separation system 31, the feed pump 22 and the propellant pump 23 are supplied with drilling fluid, which then in turn promote them via the feed line 13 or treble 20 to the cutting wheel 1 1 and to the jet pump 15.
  • the region of the cutting wheel 1 1 at the working face and the portion 12 is supplied via the feed pump 22 through the feed line 13 with drilling fluid.
  • the jet pump 15 is also supplied with drilling fluid by the drive pump 23 via the haulage line 20.
  • the driving fluid enters the jet pump 15 through the haulage connection 21.
  • the propellant then passes to and through the propellant nozzle 24, being accelerated, into the mixing chamber 25.
  • the acceleration in the propulsion nozzle 24 transports the drilling fluid filling the mixing chamber 25 into a mixing tube 26.
  • the thus accelerated drilling fluid tears the drilling fluid contained in the suction port 16 and thus correspondingly the drilling fluid, which is located in the suction line 14, in the mixing chamber 25, whereby the jet pump 15 then via the suction line 14 from the section 12, the drilling fluid and the Sucking cuttings.
  • the drilling fluid present as a driving fluid is then mixed with the fluid consisting of cuttings and drilling fluid from the suction line and transported via the mixing tube 26 into the delivery line 19.
  • the shut-off valve 17 is closed in the suction line 14. Subsequently, the drilling fluid is supplied in the haulage line 20 via the drive pump 23 of the jet pump 15. Due to the acceleration experienced by the drilling fluid in the motive nozzle 24, the drilling fluid is transported into the delivery line and through it to the separation plant 31. In the region of the intake port 16, when the operation of the pump has adjusted, a negative pressure is formed. This causes that when the shut-off valve 17 is opened, the drilling fluid located in the suction line 14 is sucked directly into the pump 15. Subsequently, the drill cuttings loosened during tunneling of the tunnel boring device 10 are transported into the section 12 and mixed therewith with the drilling fluid.
  • the pressure and thus the flow rate at the motive nozzle 24 must be increased, which requires direct control to keep the face pressure constant, or the pressure provided by the propulsion pump 23 is set greater than the resulting pressure loss , so that the pressure loss is compensated, so that no relevant change in the face pressure arises.
  • the propulsion is changed, the density of the mixture of drilling fluid and cuttings also changes. It has been found that this density change has no influence on the face pressure, and does not necessitate adjustment of the delivery volume flow, the delivery pressure, the feed volume flow or the feed pressure.
  • the jet pump 15 continues to operate until no cuttings more accumulates in the separation plant 31. Subsequently, the shut-off valve 17 is closed, the promotion of the feed pump 22 is set, and then then set the promotion of the drive pump 23, whereby the promotion of drilling fluid through the feed line 19 is then terminated.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show a second embodiment of a device according to the invention. This differs from the embodiment according to FIGS. 1, 2 in that that the feed line 13 no longer extends to the shaft 40. Furthermore, no feed pump 22 is provided. Instead, only one drive pump 23 is provided, which is connected to a drive line 20 with the jet pump 15. In the area of the tunnel boring device 10, a control valve 27 is provided in the treble line 20, on which the feed line 13 tapers. The feed line 13 is connected as before with the area of the cutting wheel 1 1 and the section 12.
  • the drilling fluid from the propellant pump 23 of the jet pump 15 via the tether 20 to the haulage connection 21 is supplied.
  • the control valve 27 and the shut-off valve 17 are closed, so that the drilling fluid, which was conveyed by the propellant pump 23 to the jet pump 15, through the feed line 19 again the separation unit 31 is supplied.
  • the control valve 27 is opened so far that the required volume flow of drilling fluid, which is needed in the region of the cutting wheel, for example, to provide the desired face pressure, and the section 12 is to be supplied, is available.
  • the shut-off valve 17 is opened, so as described above, the promotion of drilling fluid and cuttings takes place through the suction line 14.
  • An adaptation of the feed volume flow must be done via an adjustment / adjustment of the control valve 27.
  • shut-off valve 28 is provided in the region of the section 12 in the feed line 13.
  • the shut-off valve 17 is arranged.
  • a connecting line 32 is provided in a section 29 between the shut-off valve 17 and the suction port 16, which has a shut-off valve 33.
  • the shut-off valve 33 in the connection line is open. The drive pump 23 and the feed pump 22 are turned on and the drilling fluid is transported through the feed line 13 and the connection line 32 to the suction port 16 of the jet pump 15.
  • the drilling fluid supplied via the haulage line 20 and the drilling fluid supplied via the feed line 13 connect in the mixing chamber 25 and are transported away via the delivery line 19.
  • the two shut-off valves 17 and 28 are opened and the shut-off valve 33 is closed in the connecting line 32, so that the jet pump 15 now sucks from the section 12 through the suction line 14, wherein the area of the working face or the Cutting wheel 1 1 and the section 12 is applied via the feed line 13 with drilling fluid accordingly.
  • the feed pump 22 feeds the excavation area and the working face until a corresponding face pressure prevails. Possibly. a readjustment via the feed pump 22 is required.
  • the jet pump 15 now sucks from the section 12 through the suction line 14, wherein the region of the working face or the cutting wheel 1 1 and the section 12 via the feed line 13, the removed drilling fluid is supplied accordingly again.
  • the drilling operation and keeping the working face pressure constant are as described above.
  • Fig. 7, 8 shows an alternative embodiment to Fig. 3, 4.
  • a corresponding connecting line 32 with shut-off valve 33 is provided analogously.
  • the feed line 13 also has a shut-off valve 28.
  • the shut-off valve 33 is open and the control valve 27 is adjusted accordingly, the propellant pump 23 is switched on, so that the necessary driving volume flow reaches the jet pump 15 via the treble line 20 at the haulage connection 21.
  • the shut-off valves 17, 28 are opened and the shut-off valve 33 of the connecting line 32 is closed.
  • the feed volume flow of the drilling fluid is transported to the cutting wheel 11 or section 12 and at the same time conveyed accordingly from the section 12 with drill cuttings via the suction line 14 to the suction port 16 of the jet pump 15.
  • the drilling fluid together with the drill cuttings enters the mixing chamber 25 of the jet pump 15, where it is mixed with the volume flow from the haulage line 20 and fed via the mixing tube 26 and the delivery line 19 to the separation plant 31.
  • the termination of the drilling operation causes a reverse switching sequence of the shut-off valves 17, 28, 33.
  • the face pressure is thereby kept constant as described above.
  • the jet pump as a feed pump, it is surprisingly possible to compensate for density fluctuations by taking up / sucking / discharging drill cuttings with the drilling fluid within the characteristic values, so that the working face pressure remains substantially constant despite changes in the advance speed or the density of the cuttings.
  • the connecting line 32 and the provision of the shut-off valves 17, 28, 33 cause a significant improvement when starting the tunnel boring device 10 such that the jet pump 15 is already fully in a controlled operation and the suction port 16 is no vacuum. If the shut-off valves 17, 28, 33 are now switched, the direct transport of the drilling fluid into and out of the section 12 immediately begins.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt im Boden entlang einer vorgegebenen Bohrlinie durch Vorschieben der Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen eines Tunnels oder zum Verlegen einer Rohrleitung im Boden mit einem Bohrwerkzeug zum Lösen des Bodens, mit wenigstens einer Speiseleitung zum Zuführen einer Bohrflüssigkeit zum Bohrwerkzeug, mit wenigstens einem an der Rückseite des Bohrwerkzeugs angeordneten Abschnitt zur Aufnahme des in Form von Bohrklein vorliegenden gelösten Bodens, wobei der Bereich des Bohrwerkzeugs und der wenigstens eine Abschnitt im Wesentlichen mit Bohrflüssigkeit gefüllt sind, und die Bohrflüssigkeit im Bereich des Bohrwerkzeugs und innerhalb des wenigstens einen Abschnitts mit einem im Wesentlichen dem im Boden an der Ortsbrust herrschenden Druck entsprechenden Druck vorgesehen ist, mit wenigstens einer Pumpe zum Abfördern der mit dem Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt, mit wenigstens einer Förderleitung zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit aus der Bohrung, die mit der Förderseite der wenigstens einen Pumpe verbunden ist, und wobei die wenigstens eine Pumpe mit dem wenigstens einen Abschnitt über wenigstens eine Saugleitung verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Pumpe eine Strahlpumpe ist, die mit einer Treibleitung verbunden ist, über die eine Treibflüssigkeit der Strahlpumpe zugeführt wird, dass die wenigstens eine Pumpe außerhalb des wenigstens einen Abschnitts angeordnet ist, und dass in der wenigstens einen Saugleitung wenigstens ein Absperrventil vorgesehen ist, über das die Saugleitung verschließbar ist.

Description

Beschreibung
Tunnelbohrvorrichtung und System zum hydraulischen Abfördern von Bohrklein sowie System zum Erzeugen eines stabilen Flüssigkeitsdruck einer Bohrflüssigkeit im Bereich eines Schneidrades der Tunnelbohrvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt im Boden entlang einer vorgegebenen Bohrlinie durch Vorschieben der Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen eines Tunnels oder zum Verlegen einer Rohrleitung im Boden mit einem Bohrwerkzeug zum Lösen des Bodens, mit wenigstens einer Speiseleitung zum Zuführen einer Bohrflüssigkeit zum Bohrwerkzeug, mit wenigstens einem an der Rückseite des Bohrwerkzeugs angeordneten Abschnitt zur Aufnahme des in Form von Bohrklein vorliegenden gelösten Bodens, wobei der Bereich des Bohrwerkzeugs und der wenigstens eine Abschnitt im Wesentlichen mit Bohrflüssigkeit gefüllt sind, und die Bohrflüssigkeit im Bereich des Bohrwerkzeugs und innerhalb des wenigstens einen Abschnitts mit einem im Wesentlichen dem im Boden an der Ortsbrust herrschenden Druck entsprechenden Druck vorgesehen ist, mit wenigstens einer Pumpe zum Abfördern der mit dem Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt, mit wenigstens einer Förderleitung zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit aus der Bohrung, die mit der Förderseite der wenigstens einen Pumpe verbunden ist, und wobei die wenigstens eine Pumpe mit dem wenigstens einen Abschnitt über wenigstens eine Saugleitung verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zum hydraulischen Abfördern von Bohrklein. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zum System zum Erzeugen eines stabilen Flüssigkeitsdruck einer Bohrflüssigkeit im Bereich eines Schneidrades einer zum nassen Bohren ausgelegten Tunnelbohrvorrichtung an einer Ortsbrust.
Beim Auffahren von Bohrungen von einem Start- zu einem Zielpunkt entlang einer vorgegebenen Bohrlinie werden in Abhängigkeit des anstehenden Bodens bzw. Gesteins verschiedenartige Tunnelbohrmaschinen eingesetzt. Solche Tunnelbohrmaschinen kommen dann zur Verwendung, wenn die Tunnelbohrmaschine im Vorschub ohne Pilotbohrung oder dergleichen entlang der Bohrlinie fortbewegt wird. Der Fortbewegung kann entweder über ein Vordrücken gegen Widerlager im bereits erstellten Tunnel oder über ein Vorschieben bzw. Nachschieben der Rohrsegmente selber außerhalb des erstellten Tunnels erfolgen. Auch ganze Rohrleitungen können ggf. auch nur in teilweise vorbereiteter Form zum Vorschub verwendet werden. Ein solcher Vorschub erfolgt dann über eine Vorschubeinrichtung beispielsweise ein so genannter Pipe Thruster oder ein Pressenrahmen, wenn einzelne Rohrsegmente in den Boden gedrückt werden. Das Lösen des Bodens erfolgt dabei mit einem Bohrwerkzeug, beispielsweise einem Schneidrad. Das gelöste Bohrklein wird durch das Bohrwerkzeug hindurch in einen Bereich hinter dem Schneidrad gebracht und von dort abgefördert.
Die Auswahl der Art der Tunnelbohrmaschine erfolgt in Abhängigkeit der Geologie. Besteht der Boden, in dem der Tunnel erstellt werden soll, im Wesentlichen aus nicht standfestem Gebirge, wird ein nasses Bohrverfahren eingesetzt, bei dem eine Ortsbruststützung zur Stabilisierung der Bohrung und des umliegenden Bodens zur Anwendung kommt. Dafür wird Bohrflüssigkeit im Bereich des Schneidrades eingebracht, und der Raum zwischen Ortsbrust und Schneidrad wird mit der Bohrflüssigkeit gefüllt. Die Bohrflüssigkeit, die im Bereich des Bohrwerkzeugs vorgesehen ist, wird unter Druck gesetzt, um dem im Gebirge herrschenden Druck des Wassers entgegenzuwirken und somit die Ortsbrust zu stabilisieren.
Bekannt sind hierfür Tunnelbohrmaschinen, bei denen die Ortsbrust und der hinter dem Bohrwerkzeug angeordnete Abschnitt zur Aufnahme von Bohrklein mit einer Bohrflüssigkeit als Bohrspülung gefüllt sind. Bei der Bohrflüssigkeit handelt es sich meistens um eine Bentonitsuspension. Mittels einer Kreiselpumpe wird die mit dem Bohrklein vermischte Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt über eine Saugleitung angesaugt und durch den Tunnel hinter der Tunnelbohrmaschine durch eine Förderleitung zutage gefördert. Weiterhin ist eine Speiseleitung vorhanden, durch die ebenfalls über eine Pumpe Bohrflüssigkeit zur Ortsbrust zugeführt wird.
Ist standfestes Gebirge vorhanden, kann ohne Ortsbruststützung gearbeitet werden. Dieses bedeutet, dass der Bereich der Ortsbrust und der Abschnitt hinter dem Bohrwerkzeug nicht vollständig mit Bohrflüssigkeit gefüllt werden. Stattdessen wird die Bohrflüssigkeit zur Bindung von Staub und Bohrklein eingesetzt. Der Abtransport aus dem Abschnitt kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Unter anderem kommen dafür Schneckenförderer oder Förderbänder zum Einsatz.
Eine weitere Möglichkeit zum Abtransport des gelösten Bohrklein stellt der Einsatz von Strahlpumpen dar, die im Abschnitt hinter dem Bohrwerkzeug direkt angeordnet sind. Das Bohrklein fällt in eine Art Trichter über der Strahlpumpe aus dem dann die Strahlpumpe das Bohrklein angesaugt. Das Bohrklein wird dann in der Mischkammer der Strahlpumpe mit einem Treibmedium zum Antrieb der Strahlpumpe (Treibflüssigkeit, meistens identisch mit der Bohrflüssigkeit) vermischt und dann abgefördert. Hierfür ist das Vorsehen einer Treibleitung notwendig, mit der dann das Treibmedium als solches der Strahlpumpe zugeführt wird. Der durch eine Düse in der Strahlpumpe beschleunigte, schnelle Strahl des Treibmediums reißt das Bohrklein aus dem Trichter mit. Bohrklein und Treibflüssigkeit vermischen sich in einer Mischkammer der Strahlpumpe und gelangen von dort über ein Mischrohr in die Förderleitung.
Eine weitere Möglichkeit zur Ansaugung bei einer Strahlpumpe erfolgt über ein offenes Tanksystem, bei dem der Trichter als ein offenes Becken im Ansaugbereich der Strahlpumpe ausgeführt ist, in dem Bohrflüssigkeit vorgesehen ist. Während des Betriebs der Strahlpumpe wird dem Becken Bohrflüssigkeit zugeführt, so dass das Becken trotz des Ansaugen und Entnehmens durch die Strahlpumpe nicht trocken fällt. Das gelöste Bohrklein und der gebundene Staub fallen in das Becken und werden dort von der Strahlpumpe angesaugt. Eine solche Vorrichtung für standfestes Gebirge ist bekannt aus EP 0208816 B1. Weiterhin bekannt sind solche Vorrichtung für standfestes Gebirge aus JP H04-49274 Y2, JP H09-132994 A, JP H02-32437 B, JP H07-6238 Y und JP 2001 - 182486 A bekannt.
JP H07-6238 Y und JP 2001 -182486 A offenbaren zusätzlich jeweils eine Tunnelbohrmaschine, deren Einsatz sowohl im standfesten Gebirge mit einem zuvor beschriebenen offenen System in Verbindung mit einer Strahlpumpe als alternativ auch in einem nicht standfesten Gebirge, das eine Ortsbruststützung durch eine Spielflüssigkeit benötigt, möglich ist. Hierbei ist vorgesehen, dass im standfesten Gebirge das Bohrklein über eine im Abschnitt hinter dem Bohrwerkzeug integrierte Strahlpumpe abgefördert wird. In nicht standfesten Gebirge, bei dem eine Ostbruststützung verwendet wird, wird stattdessen die Strahlpumpe verschlossen und es wird die Förderung über eine in der Speiseleitung angeordnete Kreiselpumpe, die in JP 2001 -182486A außerhalb des Tunnels beispielsweise im Schacht oder über Tage angeordnet ist, durchgeführt. Die Kreiselpumpe pumpt die Speiseflüssigkeit in den Bohrbereich und dann über die Förderleitung die mit dem Bohrklein vermischte Bohrspülung über die Förderleitung aus dem Bohrbereich. Ein Einsatz einer Strahlpumpe im Nassbetrieb ist nicht gezeigt.
DE 69708852 T2 offenbart, dass die Strahlpumpe explizit auf standfestes Gebirge bezogen durch eine Kreiselpumpe im trockenen Betrieb ersetzt werden kann. Laut DE 69708852 T2 ist eine Strahlpumpe im trockenen Betrieb im standfesten Gebirge nur bei kleinen Bohrdurchmessern effizient. Bei größeren Bohrdurchmessern kann die Strahlpumpe durch die in ihr auftretenden Verluste nicht wirtschaftlich betrieben werden. Weiterhin haben die Strahlpumpen gemäß diesem Dokument den Nachteil, dass die Fördermenge nicht variabel ist und nicht ohne weiteres auf einen größeren Wert erhöht werden kann, wenn dieses notwendig ist. Die beschriebenen offenen Strahlpumpensysteme offenbaren weiterhin eine Abscheidung von Luft, die bedingt durch das offene System in der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit vorhanden ist. Hierfür ist eine Separation bereits nach einer kurzen Distanz im Tunnel selber offenbart, auf die die Strahlpumpe fördert. Ist Luft in der Förderleitung vorhanden, kann sich das Bohrklein in Luftblasen spontan in der Förderleitung absetzen und diese Verstopfen. Weiterhin ist es hierdurch möglich die hohen Druckverluste in der Strahlpumpe dadurch zu minimieren, dass, da nur geringe Förderlängen mit der Strahlpumpe überbrückt werden müssen, der Druck in der Treibleitung niedriger gehalten werden kann. Das Abfördern des Bohrkleins aus dem Separationstank erfolgt dann mit einer Kreiselpumpe.
Die Praxis hat gezeigt, dass es sinnvoll ist, Kreiselpumpen zur Abförderung von mit Bohrklein beladener Bohrflüssigkeit im Tunnel hinter dem Abschnitt vorzusehen, um eine kurze Absaugung zu haben und entsprechende hohe Förderleistungen, die beim Erstellen der Bohrung notwendig sind, zu erreichen. Gegebenenfalls ist es notwendig, weitere Pumpen im Tunnel bzw. in der Rohrleitung vorzusehen, um die Förderleistungen zu erhöhen. Gerade bei kleinen Durchmessern, die ggf. nicht begehbar sind, ist es schwierig, leistungsstarke Kreiselpumpen vorzusehen, die im ggf. begrenzten Durchmesser der Rohrleitung bauhöhenbedingt anordbar sind. Weiterhin sind Kreiselpumpen wartungsintensiv. Aus diesem Grund ist es seit Jahren bei Bohrungen mit kleinem Durchmesser üblich, Kreiselpumpen außerhalb des Bohrloches vorzusehen, um entsprechend eine Erreichbarkeit der Pumpe für Wartungszwecke zu ermöglichen bzw. hinreichende Fördermengen mit der Kreiselpumpe bereitstellen zu können. Dieses hat den Nachteil, dass die Vortriebslängen aufgrund der Beschränkung der Saugleistung der Kreiselpumpe begrenzt sind.
Aufgabe ist es, eine Tunnelbohrmaschine und ein System zum hydraulischen Abfördern von Bohrklein bereitzustellen, mit der gerade bei kleineren Durchmessern, insbesondere bei Durchmessern, die nicht begehbar sind, größere Vortriebslängen erreichbar sind.
Weiterhin bekannt sind hierfür Tunnelbohrmaschinen, bei denen die Ortsbrust und der hinter dem Bohrwerkzeug angeordnete Abschnitt zur Aufnahme von Bohrklein mit einer Bohrflüssigkeit als Bohrspülung gefüllt sind. Bei der Bohrflüssigkeit handelt es sich meistens um eine Bentonitsuspension. Mit einer Speisepumpe wird über eine Speiseleitung die Bohrflüssigkeit in den Bereich der Ortsbrust eingebracht, und die Bohrflüssigkeit wird unter den notwendigen Druck zur Stützung der Ortsbrust gesetzt. Wichtig bei der Ortsbruststützung ist, dass der Ortsbruststützdruck konstant gehalten wird, insbesondere um bei geringer Überdeckung Ausbläser über Tage bei zu hohem Druck oder Einbrüche von Flüssigkeit aus dem Gebirge bzw. unkontrolliertes Nachfließen von Gebirge in die Bohrung zu vermeiden. U.A. aus der DE 42 13 987 A1 ist eine Tunnelbohrvorrichtung mit Ortsbruststützung bekannt, bei der der Abschnitt zur Aufnahme von Bohrklein hinter dem Schneidrad mit eine Wand in zwei miteinander in Fluidverbindung stehende Räume unterteilt wird. Der dem Schneidrad zugewandte Raum wie auch der Bereich der Ortsbrust sind mit Bohrflüssigkeit gefüllt. Der teilweise abgetrennte Raum wird nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt. In diesen Raum wird Druckluft als eine Art Kissen eingebracht. Dieses dient als Druckausgleich zum Konstanthalten des Ortsbrustdrucks. Auf diese Weise lässt sich der Ortsbrustdruck sehr fein regeln. Im Bereich des Schneidrades und im Abschnitt hinter dem Schneidrad sind entsprechend Sensorik zur Überwachung des herrschenden Drucks vorgesehen.
Im Bohrbetrieb wird mittels einer Förderpumpe mit dem Bohrklein vermischte Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt über eine Saugleitung angesaugt und durch den Tunnel hinter der Tunnelbohrmaschine durch eine Förderleitung zutage gefördert. Ggf. werden bereits im Tunnel Aufbereitungsstufen zwischengeschaltet oder es werden auch mehrere Förderpumpen eingesetzt, um die gesamte Förderung bis über Tage zu gewährleisten. Als Förderpumpen werden Kreiselpumpen eingesetzt.
Die Förderung des Bohrkleins und das Entnehmen von Bohrflüssigkeit aus dem Abschnittbeeinflusst beeinflusst direkt den Ortsbrustdruck. Es muss gewährleistet werden, dass wenigstens so viel Speiseflüssigkeit zugeführt werden kann, wie abgefördert wird. Auch hier dient das Vorsehen des Druckluftkissens als Druckausgleich. Es ist allerdings entsprechend notwendig, eine Druckluftversorgung vorzusehen.
Eine Ortsbruststützung ist aber auch ohne das Vorsehen von Druckluft in Verbindung mit der Kammeraufteilung möglich. Hier ist es für den reibungslosen Bohrfortschritt notwendig, dass Fahrer der Tunnelbohrvorrichtung rechtzeitig auf Druckveränderungen reagiert. Dafür müssen die Vortriebsgeschwindigkeit, die Förderdrücke bzw. Fördermengen und die Speisedrücke und Speisemengen hinreichend überwacht und geregelt werden. Dieses erfordert von Maschinenfahrer sehr viel Erfahrung und Aufmerksamkeit.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Tunnelbohrmaschine und ein System zum bereitzustellen, mit denen es möglich ist, auf einfachere Weise den Ortsbrustdruck der Bohrflüssigkeit konstant zu halten.
Gelöst werden diese Aufgaben hinsichtlich der Tunnelbohrmaschine dadurch, dass die Pumpe eine Strahlpumpe ist, die mit einer Treibleitung verbunden ist, über die eine Treibflüssigkeit der Strahlpumpe zugeführt wird, dass die wenigstens eine Pumpe außerhalb des wenigstens einen Abschnitts angeordnet ist, und dass in der wenigstens einen Saugleitung wenigstens ein Absperrventil vorgesehen ist, über das die Saugleitung verschließbar ist.
Im Hinblick auf die erste Aufgabe hat sich überraschender Weise gezeigt, dass es möglich ist, Strahlpumpen entgegen der herrschenden Meinung in der Fachwelt auch beim nassen Bohren mit einer Tunnelbohrmaschine mit Ortsbruststützung einzusetzen. Der Druck an der Ortsbrust bleibt stabil. Weiterhin ist es möglich, mit der Strahlpumpe eine Förderung der mit Bohrklein beladenen Bohrflüssigkeit über die Förderleitung bis zum Schacht bzw. bis Übertage vorzunehmen, ohne eine weitere Pumpe oder eine Zwischenstation vorzusehen.
Im Hinblick auf die weitere Aufgabe hat sich überraschender Weise gezeigt, dass es möglich ist, durch das Vorsehen einer Strahlpumpe in Verbindung mit wenigstens einem weiteren Regelungselement den Druck an der Ortsbrust auf besonders einfache Weise stabil zu halten. Weiterhin ist es möglich, mit der Strahlpumpe eine Förderung der mit Bohrklein beladenen Bohrflüssigkeit über die Förderleitung bis zum Schacht bzw. bis Übertage vorzunehmen, ohne eine weitere Pumpe oder eine Zwischenstation vorzusehen. Wird ein Druck an der Ortsbrust eingestellt und werden die Leistungen der Förderpumpe und der Speisepumpe wenigstens mit mehr Förderung eingestellt, als für die aktuelle Vortriebsgeschwindigkeit notwendig ist, so ergibt sich überraschender weise die Möglichkeit, die Vortriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der geologischen Verhältnisse innerhalb des Bereichs nach oben oder nach unten zu variieren, ohne gleichzeitig die Fördermengen/Förderdrücke der Pumpen anpassen zu müssen. Der Ortsbrustdruck wird dadurch nicht relevant beeinflusst.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass zwischen Speiseleitung und Saugleitung eine Verbindungsleitung vorgesehen ist, die bevorzugt mit einem Absperrventil verschließbar ist. Durch das Vorsehen der Verbindungsleitung wird es möglich, beim Anfahren der Tunnelbohrvorrichtung Schwankungen bzw. große Druckspitzen oder Drucksenken an der Ortsbrust und damit am Ortsbruststützdruck zu vermeiden, die durch das abrupte Schließen und Öffnen der Absperrventile in Speise- und/oder Saugleitung entstehen können.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in der Speiseleitung ein Absperrventil vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise der Bereich der Ortsbrust vom restlichen Leitungssystem abtrennen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in der Treibleitung eine Regelungsvorrichtung, bevorzugt ein Regelventil, vorgesehen ist, von dem die Speiseleitung abführt, über die der Volumenstrom der Bohrflüssigkeit in der Speiseleitung einstellbar ist. Hierdurch ist es möglich, nur mit einer Leitung und ein Pumpe die Versorgung der Strahlpumpe mit Treibflüssigkeit und gleichzeitig auch der Ortsbrust mit Speiseflüssigkeit vorzunehmen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Pumpe über die Treibleitung mit einer Hochdruckpumpe verbunden ist. Durch das Bereitstellen von hohen Drücken in der Treibleitung wird es möglich, die Bohrflüssigkeit vermischt mit Bohrklein über größere Distanzen durch die Förderleitung zu fördern.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Bohrflüssigkeit und/oder die Treibflüssigkeit eine Bentonitsuspension ist. Diese ist insbesondere durch eine Separationsanlage aufbereitet, um diese im Kreislauf zu verwenden.
Gelöst wird die erste Aufgabe hinsichtlich des System zum hydraulischen Abfördern von von einer Tunnelbohrvorrichtung, bevorzugt nach einer zuvor beschriebenen Tunnelbohrvorrichtung, gelöstem Bohrklein, wobei die Tunnelbohrvorrichtung zum nassen Bohren mit Ortsbrustdruckregelung ausgelegt ist und einen Abschnitt zur Aufnahme des gelösten Bohrklein aufweist, durch ein System mit einer Speiseleitung zum Zuführen von Bohrflüssigkeit zum Abschnitt, mit einer Saugleitung zum Abfördern von mit Bohrklein vermischter Bohrflüssigkeit, mit einer Strahlpumpe zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit, mit einer Treibleitung, die an den Treibleitungsanschluss der Strahlpumpe verbunden ist, wobei die Treibflüssigkeit mit einer Treibpumpe zur Strahlpumpe gefördert wird, mit einer Verbindungsleitung zwischen der Speiseleitung und der Saugleitung, wobei in der Saugleitung, der Speiseleitung und der Verbindungsleitung jeweils wenigstens ein Absperrelement vorgesehen ist.
Gelöst wird die weitere Aufgabe hinsichtlich des System zum Erzeugen eines stabilen Flüssigkeitsdruck einer Bohrflüssigkeit im Bereich eines Schneidrades einer zum nassen Bohren ausgelegten Tunnelbohrvorrichtung, bevorzugt nach einer zuvor beschriebenen Tunnelbohrvorrichtung, , an einer Ortsbrust, die beim Erstellen einer Bohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt im Boden entlang einer vorgegebenen Bohrlinie durch Vorschieben der Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen eines Tunnels oder zum Verlegen einer Rohrleitung vorliegt, wobei die Tunnelbohrvorrichtung einen Abschnitt zur Aufnahme des durch das Schneidrad gelösten Bohrkleins hinter dem Schneidrad, eine Speiseleitung zum Zuführen von Bohrflüssigkeit zur Ortsbrust, eine Saugleitung zum Abfördern von mit Bohrklein vermischter Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt, eine Strahlpumpe zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit, eine Treibleitung, die an den Treibleitungsanschluss der Strahlpumpe verbunden ist, wobei die Treibflüssigkeit mit einer Treibpumpe zur Strahlpumpe gefördert wird, eine Verbindungsleitung zwischen der Speiseleitung und der Saugleitung, wobei in der Saugleitung, der Speiseleitung und der Verbindungsleitung jeweils wenigstens ein Absperrelement vorgesehen ist, aufweist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung zu Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung zu Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, Fig. 6 an vergrößerte Darstellung zu Fig. 5,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung zu Fig. 7.
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tunnelbohrvorrichtung 10. In Fig. 1 schematisch dargestellt ist ein Schacht 40. Des Weiteren dargestellt sind Übertageanlagen 30 sowie die bereits erstellte Bohrung und der darin errichtete Tunnel bzw. die darin eingebrachte Rohrleitung 50.
Die Tunnelbohrvorrichtung 10 umfasst ein schematisch dargestelltes Schneidrad 1 1 als Bohrwerkzeug. Hinter dem Schneidrad 1 1 ist ein Abschnitt 12 vorgesehen, in dem sich das durch der Schneidrad 1 1 gelöste Bohrklein (nicht dargestellt) sammelt. Der Bereich des Schneidrades 1 1 und des Abschnitts 12 ist mit einer Bohrflüssigkeit (nicht dargestellt) hier beispielsweise in Form einer Bentonitspülung gefüllt.
Der Bereich des Schneidrades 1 1 an der Ortsbrust (nicht dargestellt) und der Abschnitt 12 sind mit einer Speiseleitung 13 verbunden. Über die Speiseleitung 13 werden dem Bereich des Schneidrades 1 1 und dem Abschnitt 12 die Bohrflüssigkeit zugeführt. Weiterhin ist der Abschnitt 12 mit einer Saugleitung 14 verbunden. Die Saugleitung 14 ist mit einem Sauganschluss 16 einer Strahlpumpe 15 verbunden. In der Saugleitung 14 ist ein Absperrventil 17 vorgesehen. Am Förderanschluss 18 der Strahlpumpe 15 ist eine Förderleitung 19 vorgesehen. Des Weiteren weist die Strahlpumpe 15 einen Treibleitungsanschluss 21 für eine Treibleitung 20 auf. Die Speiseleitung 13 erstreckt sich von den Übertageanlagen 30 bzw. vom Schacht 40 durch die bereits eingebrachte Rohrleitung bzw. den bereits erstellten Tunnel 50. In der Speiseleitung 13 ist eine Speisepumpe 22 vorgesehen. Diese kann im Bereich der Übertageanlagen 30 oder im Schacht 40 vorgesehen sein. Mit der Treibleitung 20 ist eine Treibpumpe 23 verbunden, die als Hochdruckpumpe ausgeführt ist. Die Förderleitung 19 ist mit einer Separationsanlage 31 zum Trennen der Bohrflüssigkeit vom Bohrklein verbunden. Aus der Separationsanlage 31 werden die Speisepumpe 22 und die Treibpumpe 23 mit Bohrflüssigkeit versorgt, die diese wiederum dann über die Speiseleitung 13 bzw. Treibleitung 20 zum Schneidrad 1 1 bzw. zur Strahlpumpe 15 fördern.
Im Betrieb wird der Bereich des Schneidrades 1 1 an der Ortsbrust und der Abschnitt 12 über die Speisepumpe 22 durch die Speiseleitung 13 mit Bohrflüssigkeit versorgt. Die Strahlpumpe 15 wird durch die Treibpumpe 23 über die Treibleitung 20 ebenfalls mit Bohrflüssigkeit versorgt. Die Treibflüssigkeit tritt durch den Treibleitungsanschluss 21 in die Strahlpumpe 15 ein. Die Treibflüssigkeit gelangt dann zur Treibdüse 24 und durch diese hindurch, wobei sie beschleunigt wird, in die Mischkammer 25. Durch die Beschleunigung in der Treibdüse 24 wird die Bohrflüssigkeit, die die Mischkammer 25 füllt, in ein Mischrohr 26 transportiert. Dabei reißt die so beschleunigte Bohrflüssigkeit die im Sauganschluss 16 befindliche Bohrflüssigkeit und damit korrespondierend auch die Bohrflüssigkeit, die sich in der Saugleitung 14 befindet, in die Mischkammer 25 mit, wodurch die Strahlpumpe 15 dann über die Saugleitung 14 aus dem Abschnitt 12 die Bohrflüssigkeit und das Bohrklein ansaugt. In der Mischkammer 25 wird dann die als Treibflüssigkeit vorliegende Bohrflüssigkeit mit der aus Bohrklein und Bohrflüssigkeit bestehenden Flüssigkeit aus der Saugleitung vermischt und über das Mischrohr 26 in die Förderleitung 19 transportiert.
Zum Anfahren der Bohrvorrichtung wird zunächst das Absperrventil 17 in der Saugleitung 14 geschlossen. Anschließend wird die Bohrflüssigkeit in der Treibleitung 20 über die Treibpumpe 23 der Strahlpumpe 15 zugeführt. Durch die Beschleunigung, die die Bohrflüssigkeit in der Treibdüse 24 erfährt, wird die Bohrflüssigkeit in die Förderleitung und durch diese bis zur Separationsanlage 31 transportiert. Im Bereich des Ansauganschlusses 16 bildet sich, wenn der Betrieb der Pumpe sich eingeregelt hat, ein Unterdruck. Dieser bewirkt, dass, wenn das Absperrventil 17 geöffnet wird, die in der Saugleitung 14 befindliche Bohrspülung direkt in die Pumpe 15 angesaugt wird. Anschließend wird das bei Vortrieb der Tunnelbohrvorrichtung 10 gelöste Bohrklein in den Abschnitt 12 transportiert und im diesen mit der Bohrflüssigkeit vermischt. Die Mischung aus Bohrklein und Bohrflüssigkeit wird durch die Saugleitung 14 von der Strahlpumpe 15 entsprechend angesaugt. Zum Anfahren der Bohrvorrichtung wird auch zunächst das Absperrventil 17 in der Saugleitung 14 geschlossen. Die Speisepumpe 22 wird gestartet und dem Bereich des Schneidrades 1 1 wird Bohrflüssigkeit zugeführt, bis der gewünschte Druck an der Ortsbrust anliegt. Anschließend wird die Bohrflüssigkeit in der Treibleitung 20 über die Treibpumpe 23 der Strahlpumpe 15 zugeführt. Durch die Beschleunigung, die die Bohrflüssigkeit in der Treibdüse 24 erfährt, wird die Bohrflüssigkeit in die Förderleitung und durch diese bis zur Separationsanlage 31 transportiert. Im Bereich des Ansauganschlusses 16 bildet sich, wenn der Betrieb der Pumpe sich eingeregelt hat, ein Unterdruck. Dieser bewirkt, dass, wenn das Absperrventil 17 geöffnet wird, die in der Saugleitung 14 befindliche Bohrspülung direkt in die Pumpe 15 angesaugt wird. Der Druck an der Ortsbrust wird nach dem Öffnen des Absperrventils 17 über eine Regelung der Speisepumpe nachgeregelt, sofern erforderlich. Anschließend wird das bei Vortrieb der Tunnelbohrvorrichtung 10 gelöste Bohrklein in den Abschnitt 12 transportiert und im diesen mit der Bohrflüssigkeit vermischt. Die Mischung aus Bohrklein und Bohrflüssigkeit wird durch die Saugleitung 14 von der Strahlpumpe 15 entsprechend angesaugt. Dabei steigen die Dichte sowie die Reibungsverluste in der Förderleitung 19. Gleichzeitig sinkt die Saugleistung der Strahlpumpe 15, wenn der Druck an der Düse gleich bleibt. Aus diesem Grund muss entweder mit der Treibpumpe 23 der Druck und somit der Volumenstrom an der Treibdüse 24 gesteigert werden, was eine direkte Regelung erfordert, um den Ortsbrustdruck konstant zu halten, oder der durch die Treibpumpe 23 vorgesehene Druck wird größer als der entstehende Druckverlust gesetzt, so dass der Druckverlust kompensiert wird, so dass keine relevante Veränderung des Ortsbrustdrucks entsteht. Erfolgt eine Veränderung des Vortriebs ändert sich auch die Dichte des Gemisches aus Bohrflüssigkeit und Bohrklein. Es hat sich gezeigt, dass diese Dichteänderung keinen Einfluss auf den Ortsbrustdruck hat, und keine Anpassung der Fördervolumenstroms, des Förderdrucks, des Speisevolumenstroms oder des Speisedrucks notwendig macht. Die Förderparameter können dabei beispielsweise maximal in der Förderkennlinie der Förderpumpe erfolgen, was mit Energieverlusten beim Pumpen einhergeht, oder die Förderparameter werden unterhalb des Maximums aber oberhalb der normalerweise notwendigen Förderparameter (Druck und Volumenstrom) eingestellt, so dass ein entsprechender Spielraum vorhanden ist. Wird dann ein Grenzwert überschritten ist eine entsprechende Regelung erforderlich.
Nach Beendigung des Bohrvortrieb wird die Strahlpumpe 15 solange weiterbetrieben, bis kein Bohrklein mehr in der Separationsanlage 31 anfällt. Anschließend wird das Absperrventil 17 geschlossen, die Förderung der Speisepumpe 22 eingestellt, und anschließend dann die Förderung der Treibpumpe 23 eingestellt, wodurch die Förderung der Bohrflüssigkeit durch die Förderleitung 19 dann beendet wird.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 , 2 dadurch, dass die Speiseleitung 13 sich nicht mehr bis zum Schacht 40 erstreckt. Weiterhin ist keine Speisepumpe 22 vorgesehen. Stattdessen ist nur eine Treibpumpe 23 vorgesehen, die mit einer Treibleitung 20 mit der Strahlpumpe 15 verbunden ist. Im Bereich der Tunnelbohrvorrichtung 10 ist in der Treibleitung 20 ein Regelventil 27 vorgesehen, an dem die Speiseleitung 13 abgreift. Die Speiseleitung 13 ist wie bisher mit dem Bereich des Schneidrads 1 1 und dem Abschnitt 12 verbunden.
Beim Anfahren wird die Bohrflüssigkeit von der Treibpumpe 23 der Strahlpumpe 15 über die Treibleitung 20 dem Treibleitungsanschluss 21 zugeführt. Das Regelventil 27 und das Absperrventil 17 sind dabei geschlossen, sodass die Bohrflüssigkeit, die von der Treibpumpe 23 zur Strahlpumpe 15 gefördert wurde, durch die Förderleitung 19 wieder der Separationsanlage 31 zugeführt wird. Zunächst wird das Regelventil 27 so weit geöffnet, dass der benötigte Volumenstrom an Bohrflüssigkeit, der im Bereich des Schneidrads benötigt wird, beispielsweise um den gewünschten Ortsbrustdruck bereitzustellen, und dem Abschnitt 12 zugeführt werden soll, zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird dann das Absperrventil 17 geöffnet, sodass wie zuvor beschrieben die Förderung von Bohrflüssigkeit und Bohrklein durch die Saugleitung 14 erfolgt. Eine Anpassung des Speisevolumenstroms muss dabei über ein Einstellen/Justieren des Regelventils 27 erfolgen.
Beim Beenden des Tunnelbohrvortriebs wird zunächst der Bereich des Schneidrads 1 1 und des Abschnitts 12 solange weiter mit Bohrflüssigkeit beaufschlagt, bis eine Separationsanlage 31 kein weiteres Bohrklein anfällt. Anschließen werden das Regelventil 27 und das Absperrventil 17 geschlossen, und die Förderung der Bohrflüssigkeit durch die Treibpumpe 23 eingestellt.
Fig. 5, 6 zeigen eine alternative Ausgestaltung zur Ausführung der Fig. 1 , 2. Hierbei ist in der Speiseleitung 13 einen Absperrventil 28 im Bereich des Abschnitts 12 vorgesehen. Analog dazu ist das Absperrventil 17 angeordnet. Zwischen der Speiseleitung 13 und der Saugleitung 14 ist in einem Abschnitt 29 zwischen Absperrventil 17 und Sauanschluss 16 eine Verbindungsleitung 32 vorgesehen, die ein Absperrventil 33 aufweist. Zum Anfahren und Vorbereiten des Bohrens sind die Absperrventile 17 und 28 geschlossen. Das Absperrventil 33 in der Verbindungsleitung ist offen. Die Treibpumpe 23 und die Speisepumpe 22 werden eingeschaltet und die Bohrflüssigkeit wird durch die Speiseleitung 13 und die Verbindungsleitung 32 zum Sauganschluss 16 der Strahlpumpe 15 transportiert. Die über die Treibleitung 20 zugeführte Bohrflüssigkeit und die über die Speiseleitung 13 zugeführte Bohrflüssigkeit verbinden sich in der Mischkammer 25 und werden über die Förderleitung 19 abtransportiert. Sobald sich das System eingeregelt hat, werden die beiden Absperrventile 17 und 28 geöffnet und das Absperrventil 33 in der Verbindungsleitung 32 geschlossen, sodass die Strahlpumpe 15 jetzt aus dem Abschnitt 12 durch die Saugleitung 14 ansaugt, wobei der Bereich der Ortsbrust bzw. des Schneidrades 1 1 und des Abschnitts 12 über die Speiseleitung 13 mit Bohrflüssigkeit entsprechend beaufschlagt wird.
Die Speisepumpe 22 beschickt den Abbaubereich und die Ortsbrust, bis ein entsprechender Ortsbrustdruck vorherrscht. Ggf. ist ein Nachregeln über die Speisepumpe 22 erforderlich. Die Strahlpumpe 15 saugt jetzt aus dem Abschnitt 12 durch die Saugleitung 14 an, wobei der Bereich der Ortsbrust bzw. des Schneidrades 1 1 und des Abschnitts 12 über die Speiseleitung 13 die entnommene Bohrflüssigkeit entsprechend wieder zugeführt wird. Der Bohrbetrieb und das Konstanthalten des Ortsbrustdrucks erfolgt wie zuvor beschrieben.
Nach Beginn des Bohrbetriebs wird wiederum, nachdem an der Separationsanlage 31 kein Bohrklein ankommt, die Abschlussventile 17, 28, 33 in umgekehrter Reihenfolge wieder geschaltet.
Fig. 7, 8 zeigt eine alternative Ausführungsform zu Fig. 3, 4. Auch hier ist analog eine entsprechende Verbindungsleitung 32 mit Absperrventil 33 vorgesehen. Weiterhin weist die Speiseleitung 13 ebenfalls ein Absperrventil 28 auf. Bei geöffnetem Absperrventil 33 und entsprechend eingeregeltem Regelventil 27 wird die Treibpumpe 23 eingeschaltet, sodass der notwendige Treibvolumenstrom über die Treibleitung 20 am Treibleitungsanschluss 21 die Strahlpumpe 15 erreicht. Gleichzeitig fließt entsprechend der über das Regelventil 27 eingestellte Speisevolumenstrom durch die Verbindungsleitung 22 zum Sauganschluss 16 der Strahlpumpe 15. Hat sich das System eingeregelt, werden die Absperrventile 17, 28 geöffnet und das Absperrventil 33 der Verbindungsleitung 32 geschlossen. Dadurch wird der Speisevolumenstrom der Bohrflüssigkeit zum Schneidrad 1 1 bzw. Abschnitt 12 transportiert und gleichzeitig aus dem Abschnitt 12 entsprechend mit Bohrklein vermischt über die Saugleitung 14 zum Sauganschluss 16 der Strahlpumpe 15 gefördert. Die Bohrflüssigkeit zusammen mit dem Bohrklein tritt in die Mischkammer 25 der Strahlpumpe 15 ein, wird dort mit dem Volumenstrom aus der Treibleitung 20 vermischt und über das Mischrohr 26 und die Förderleitung 19 der Separationsanlage 31 zugeführt. Das Beenden des Bohrbetriebs bewirkt eine umgekehrte Schaltreihenfolge der Absperrventile 17, 28, 33. Der Ortsbrustdruck wird dabei entsprechend wie zuvor beschrieben konstant gehalten.
Durch die Strahlpumpe als Förderpumpe ist es überraschender Weise möglich Dichteschwankungen durch das Aufnehmen/Ansaugen/Abfördern von Bohrklein mit der Bohrflüssigkeit innerhalb der Kennwerte zu kompensieren, so dass der Ortsbrustdruck im Wesentlichen konstant bleibt trotz Änderungen in der Vortriebsgeschwindigkeit oder der Dichte des Bohrkleins. Das Verbindungsleitung 32 und das Vorsehen der Absperrventile 17, 28, 33 bewirken eine entscheidende Verbesserung beim Anfahren der Tunnelbohrvorrichtung 10 dergestalt, dass die Strahlpumpe 15 sich bereits vollständig in einem geregelten Betrieb befindet und am Sauganschluss 16 kein Vakuum vorliegt. Werden jetzt die Absperrventile 17, 28, 33 geschaltet, so beginnt augenblicklich der direkte Transport der Bohrflüssigkeit in den Abschnitt 12 hinein bzw. aus diesem heraus. Da der Abschnitt 12 bereits entsprechend mit Bohrflüssigkeit gefüllt ist, wird hierdurch ein Auflösen des Vakuums, dass an dem Absperrventil 17 herrscht, wenn keine Verbindungsleitung 32 vorgesehen ist, vermieden. Das Auflösen des Vakuums durch Betätigen des Absperrventils 17 bewirkt einen schlagfertigen Druckanstieg im Bereich der Ortsbrust, was sich durch das Vorsehen der Verbindungsleitung 32 entsprechend vermeiden lässt.
Bezugszeichenliste Tunnelbohrvorrichtung
Schneidrad/Bohrwerkzeug
Abschnitt
Speiseleitung
Saugleitung
Strahlpumpe
Sauganschluss
Absperrventil
Förderanschluss
Förderleitung
Treibleitung
Treibanschluss
Speisepumpe
Treibpumpe/HD-Pumpe
Treibdüse
Mischkammer
Mischrohr
Regelventil
Absperrventil
Abschnitt
Übertageanlagen
Separationsanlage
Verbindungsleitung
Absperrventil
Schacht
Rohrleitung/Tunnel

Claims

Patentansprüche
1 . Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt im Boden entlang einer vorgegebenen Bohrlinie durch Vorschieben der Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen eines Tunnels oder zum Verlegen einer Rohrleitung im Boden mit einem Bohrwerkzeug zum Lösen des Bodens, mit wenigstens einer Speiseleitung zum Zuführen einer Bohrflüssigkeit zum Bohrwerkzeug, mit wenigstens einem an der Rückseite des Bohrwerkzeugs angeordneten Abschnitt zur Aufnahme des in Form von Bohrklein vorliegenden gelösten Bodens, wobei der Bereich des Bohrwerkzeugs und der wenigstens eine Abschnitt im Wesentlichen mit Bohrflüssigkeit gefüllt sind, und die Bohrflüssigkeit im Bereich des Bohrwerkzeugs und innerhalb des wenigstens einen Abschnitts mit einem im Wesentlichen dem im Boden an der Ortsbrust herrschenden Druck entsprechenden Druck vorgesehen ist, mit wenigstens einer Pumpe zum Abfördern der mit dem Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt, mit wenigstens einer Förderleitung zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit aus der Bohrung, die mit der Förderseite der wenigstens einen Pumpe verbunden ist, und wobei die wenigstens eine Pumpe mit dem wenigstens einen Abschnitt über wenigstens eine Saugleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Strahlpumpe ist, die mit einer Treibleitung verbunden ist, über die eine Treibflüssigkeit der Strahlpumpe zugeführt wird, dass die wenigstens eine Pumpe außerhalb des wenigstens einen Abschnitts angeordnet ist, und dass in der wenigstens einen Saugleitung wenigstens ein Absperrventil vorgesehen ist, über das die Saugleitung verschließbar ist.
2. Tunnelbohrvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Speiseleitung und Saugleitung eine Verbindungsleitung vorgesehen ist, die bevorzugt mit einem Absperrventil verschließbar ist.
3. Tunnelbohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speiseleitung ein Absperrventil vorgesehen ist.
4. Tunnelbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Treibleitung eine Regelungsvorrichtung, bevorzugt ein Regelventil, vorgesehen ist, von dem die Speiseleitung abführt, über die der Volumenstrom der Bohrflüssigkeit in der Speiseleitung einstellbar ist.
5. Tunnelbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe über die Treibleitung mit einer Hochdruckpumpe verbunden ist.
6. Tunnelbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrflüssigkeit und/oder die Treibflüssigkeit eine Bentonitsuspension ist, die bevorzugt im Kreislauf als aufbereitete Bohrsuspension verwendbar ist.
7. System zum hydraulischen Abfördern von von einer Tunnelbohrvorrichtung, bevorzugt nach eine der Ansprüche 1 bis 6, gelöstem Bohrklein, wobei die Tunnelbohrvorrichtung zum nassen Bohren mit Ortsbrustdruckregelung ausgelegt ist und einen Abschnitt zur Aufnahme des gelösten Bohrkleins aufweist, mit einer Speiseleitung zum Zuführen von Bohrflüssigkeit zum Abschnitt, mit einer Saugleitung zum Abfördern von mit Bohrklein vermischter Bohrflüssigkeit, mit einer Strahlpumpe zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit, mit einer Treibleitung, die an den Treibleitungsanschluss der Strahlpumpe verbunden ist, wobei die Treibflüssigkeit mit einer Treibpumpe zur Strahlpumpe gefördert wird, mit einer Verbindungsleitung zwischen der Speiseleitung und der Saugleitung, wobei in der Saugleitung, der Speiseleitung und der Verbindungsleitung jeweils wenigstens ein Absperrelement vorgesehen ist.
8. System zum Erzeugen eines stabilen Flüssigkeitsdruck einer Bohrflüssigkeit im Bereich eines Schneidrades einer zum nassen Bohren ausgelegten Tunnelbohrvorrichtung, bevorzugt nach eine der Ansprüche 1 bis 6, an einer Ortsbrust, die beim Erstellen einer Bohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt im Boden entlang einer vorgegebenen Bohrlinie durch Vorschieben der Tunnelbohrvorrichtung zum Erstellen eines Tunnels oder zum Verlegen einer Rohrleitung vorliegt, wobei die Tunnelbohrvorrichtung einen Abschnitt zur Aufnahme des durch das Schneidrad gelösten Bohrkleins hinter dem Schneidrad, eine Speiseleitung zum Zuführen von Bohrflüssigkeit zur Ortsbrust, eine Saugleitung zum Abfördern von mit Bohrklein vermischter Bohrflüssigkeit aus dem Abschnitt, eine Strahlpumpe zum Abfördern der mit Bohrklein vermischten Bohrflüssigkeit, eine Treibleitung, die an den Treibleitungsanschluss der Strahlpumpe verbunden ist, wobei die Treibflüssigkeit mit einer Treibpumpe zur Strahlpumpe gefördert wird, eine Verbindungsleitung zwischen der Speiseleitung und der Saugleitung, wobei in der Saugleitung, der Speiseleitung und der Verbindungsleitung jeweils wenigstens ein Absperrelement vorgesehen ist, aufweist.
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