EP4409111B1 - Verfahren zur abraumkontrolle beim vortrieb in erdreich sowie vortriebseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur abraumkontrolle beim vortrieb in erdreich sowie vortriebseinrichtung

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EP4409111B1
EP4409111B1 EP22789846.7A EP22789846A EP4409111B1 EP 4409111 B1 EP4409111 B1 EP 4409111B1 EP 22789846 A EP22789846 A EP 22789846A EP 4409111 B1 EP4409111 B1 EP 4409111B1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
monitoring element
soil
excavation device
peripheral wall
Prior art date
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Active
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EP22789846.7A
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EP4409111A1 (de
EP4409111C0 (de
Inventor
Hans-Peter Uffmann
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Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Herrenknecht AG filed Critical Herrenknecht AG
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Application granted granted Critical
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • 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
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
    • 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
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/008—Monitoring of down-hole pump systems, e.g. for the detection of "pumped-off" conditions
    • 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/06—Measuring temperature or pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling overburden during tunneling in the ground and to a tunneling device suitable for carrying out the method.
  • the underground installation of pipes using pipe jacking has been a proven civil engineering technique for many decades. Thanks to advances, particularly in the last 30 years, tunnels up to 1000 m in length and with diameters of up to almost 5 meters are now successfully completed.
  • the tunneling techniques differ primarily in the type of excavation of soil or rock at the so-called tunnel face.
  • the excavated material referred to below as overburden, can be transported from the tunnel face to the launch shaft in various ways, e.g., in conveyor buckets, via screw conveyors, or even flushing with water.
  • the invention is based on the technical problem of providing a method and a tunnelling device of the type mentioned at the outset, with which an excessively high extraction rate of overburden can be detected at an early stage more reliably than with the prior art.
  • the earth pressure exerted by the soil on a tunneling device driven through the soil is monitored by means of a pressure control element that can be extended from the circumference of the tunneling device.
  • the pressure control can be used to determine whether the surrounding soil is becoming increasingly loose, which could indicate that too much earth has been excavated in relation to the excavation speed. In this case, measures can be taken, for example, to increase the excavation speed and/or reduce the amount of overburden delivered per unit of time.
  • the tunneling device can be any machine, e.g. a full-face machine or a partial header.
  • the use of the method is independent of the type of extraction of the excavated earth, e.g. by means of a bucket conveyor, screw conveyor or flush conveyor.
  • the pressure control element can have various geometries.
  • a pressure control element is conceivable whose outer wall, when not extended, continues the shape of the peripheral wall forming the circumference of the propulsion device, and which performs a pivoting movement when extended.
  • the pressure control element could, for example, protrude from the peripheral wall of the propulsion device in a fin-like manner when extended.
  • the method is adaptable to various soil compositions.
  • the inventive method does not require the detection of subtle changes in ground pressure in order to respond with changes in the advance rate and/or the amount of excavated material per unit of time.
  • the inventive method is already effective if a significant decrease in ground pressure can be detected, which indicates excessive soil extraction.
  • the method according to the invention can be carried out in such a way that the pressure control element is preferably moved hydraulically or pneumatically.
  • the method according to the invention can be carried out in such a way that a change in the ground pressure is detected by measuring the pressure in a pressure medium used in the hydraulic or pneumatic system and/or by means of a change in the position of the pressure control element.
  • the pressure control element protrudes at least partially from the peripheral wall of the jacking device, e.g., by a value of up to 30 mm or more.
  • the pressure of the pressure medium is automatically adjusted, i.e., reduced, and preferably, if the pressure falls below a certain threshold or changes, a signal is automatically issued or an action is triggered to reduce the advance rate and/or the amount of excavated material delivered per unit of time. If a sufficient increase in the ground pressure is detected by the pressure control element, the advance rate and/or the amount of excavated material delivered per unit of time can be increased again.
  • a change in the position of the pressure control element can be detected at a preset initial pressure of the pressure medium.
  • the pressure control element can be moved to an initial position in which the pressure control element protrudes at least partially from the peripheral wall of the jacking device, e.g., by up to 20 mm or up to 50 mm. Larger values are also possible.
  • the pressure control element is preferably blocked against movement from the initial position towards the interior of the jacking device, so that up to a maximum load, only movement into the ground or from there back to the initial position is possible.
  • a pressure relief valve for example, can be used.
  • the initial pressure can be selected depending on the soil condition and/or composition. It may be advantageous to set the initial pressure so that it is a fraction of the passive earth pressure, e.g., at most 20%, more preferably at most 10%, or more preferably at most 5%. In this case, only a massive local reduction in the passive earth pressure in the ground allows the pressure control element to move outwards, which is a strong indication of significant over-extraction. Since, in an advantageous embodiment of the method according to the invention, only a small fraction of the passive earth pressure is selected for the initial pressure, this does not necessarily have to be determined precisely in advance. Rather, a rough estimate of the passive earth pressure may be sufficient for known or assumed soil compositions.
  • soil pressure acting on the tunneling equipment can be monitored by measuring the pressure in the pressure medium and/or by measuring the position or displacement of the pressure control element.
  • soil pressure generally refers to the pressure exerted by the soil under the given conditions on a surface, in this case, particularly on the tunneling equipment, and is used here to distinguish it from the technical terms “passive earth pressure” and "active earth pressure.”
  • the pressure control element is preferably arranged in the area of the roof, i.e. at an upper point of the tunnelling device, since this is where a reduction in the ground pressure due to excessive extraction is most noticeable.
  • the pressure control element should preferably be installed as close as possible behind the tip of the machine in order to detect over-extraction of soil at an early stage.
  • Fig. 1 shows a schematic lateral cross-section of the front part of a tubular propulsion device having a peripheral wall 3, comprising a drill head 1 and a motor unit 2 for driving the drill head 1.
  • the peripheral wall 3 can be formed by a cutting shoe in the case of controlled drilling.
  • a wedge-shaped pressure control element 5 is arranged so as to be pivotable about a pivot axis 6 in a box-shaped receptacle 4 fixed to the peripheral wall 3.
  • the pressure control element 5 is articulated to a piston 7 of a hydraulic cylinder 8. Via the hydraulic cylinder 8 and the piston 7, referred to as the hydraulic system 11 as a whole below, the pressure control element 5 can be brought into an extended position in which an upper contact surface 9 of the pressure control element 5 projects at least partially beyond the circumference of the peripheral wall 3.
  • Fig. 2 shows an enlarged section of the propulsion device with the box-shaped holder 4, the pressure control element 5, the piston 7 and the hydraulic cylinder 8 together with the soil 10 surrounding the propulsion device.
  • the pressure control element 5 In the retracted state, the pressure control element 5 is essentially flush with the circumference of the peripheral wall 3 with its contact surface 9.
  • Fig. 3 shows the situation according to Fig. 2 in axial cross-section.
  • Fig. 4 shows in a Fig. 2 corresponding illustration, the pressure control element 5 is in an extended position in which the contact surface 9 of the pressure control element 5 projects into the ground 10.
  • the exemplary procedure is as follows: From a starting pit (not shown here), the tunneling device, with, for example, a rotating drill head 1, is driven into the soil 10.
  • the drill head 1 has a slight overcut relative to the circumference of the peripheral wall 3 of the tunneling device.
  • lubricating material 12 such as bentonite, can be introduced into a space created by the overcut via lines (not shown here) and openings in the peripheral wall 3. This material reduces the friction of the peripheral wall 3 against the soil 10.
  • Excavated soil 10, i.e. the overburden, can be transported with the addition of a liquid, for example water, via hoses not shown here towards the starting pit
  • Alternative methods of removal are also possible, for example, via a screw or bucket conveyor located inside the propulsion device, also not shown here.
  • the pressure control element 5 With the penetration of the propulsion device into the soil 10 or shortly thereafter, the pressure control element 5 is moved into an extended position (see Fig. 1 and Fig. 4 ) so that the contact surface 9, which is preferably flat but can also take on other shapes, comes into contact with the surrounding soil 10.
  • the pressure of a pressure medium in the hydraulic system 11 is adjusted when the pressure control element 5 is extended so that a balance is maintained between the torques exerted on the pressure control element 5 via the pressure of the soil 10 on the one hand and via the piston 7 on the other. If the pressure of the soil 10 decreases, the pressure in the hydraulic system 11 must be reduced accordingly to maintain the position of the pressure control element 5, so that the reduction in the soil pressure can be determined via the pressure in the hydraulic system 11. Such a reduction in the soil pressure suggests that excessive extraction of soil 10 has occurred, so that as a countermeasure, for example, the conveying rate of the overburden can be reduced and/or the advance of the propulsion device can be increased in order to prevent subsidence or undesired loosening of the soil 10.
  • the extension length of the piston 7 or the position of the pressure control element 5 relative to other parts of the jacking device, e.g. to the peripheral wall 3, can also be measured using suitable methods in order to determine a change in the earth pressure exerted by the earth 10 on the pressure control element 5.
  • an initial pressure can be set in the hydraulic system, which is subjected to a fraction of, e.g., 10% of the passive earth pressure of the surrounding earth 10.
  • the pressure control element 5 From an initial position of the pressure control element 5, in which the pressure control element 5 protrudes with its contact surface 9 from the peripheral wall 3 of the jacking device, e.g., by a maximum of 30 mm, the pressure control element 5 is then, when the earth pressure is less than 10% of the passive earth pressure, is pushed outward. This movement can be used to detect excessive removal of overburden in the soil 10.
  • the receptacle 4 can be filled with a material that does not interfere with the functions of the hydraulic system 11, such as bentonite.
  • This material is preferably at a pressure at least substantially equal to the pressure of the lubricating material 12, in order to prevent the entry of the lubricating material 12, possibly mixed with soil 10.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abraumkontrolle beim Vortrieb in Erdreich sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vortriebseinrichtung.
  • Der unterirdische Einbau von Rohren mittels Rohrvortriebs ist mittlerweile eine seit vielen Jahrzehnten bewährte Verfahrenstechnik des Tiefbaus. Durch die Fortschritte insbesondere in den vergangenen 30 Jahren werden heutzutage Vortriebe bis zu 1000 m Länge und Durchmessern bis zu knapp 5 Metern erfolgreich durchgeführt. Im Wesentlichen unterscheiden sich die Vortriebstechniken durch die Art des Abbaus von Boden bzw. Fels an der sog. Ortsbrust. Das abgebaute Material, im Folgenden als Abraum bezeichnet, kann auf verschieden Weise von der Ortsbrust zum Startschacht transportiert werden, z.B. in Förderkübeln, via Schneckenförderung oder auch Spülförderung mittels Wassers.
  • Bei allen Verfahren ist es wichtig, die Vortriebsgeschwindigkeit mit der Menge des Abraums abzugleichen. Insbesondere bei Vortrieben in nicht standfesten Böden unter Grundwasser sind häufig Überentnahmen von Abraum problematisch. Übersteigt das Volumen, welches der Abraum im Boden einnimmt, das Volumen der mit dem Verfahren in den Boden eingebrachten Vorrichtung, kann es je nach Größe der Überentnahme zu Setzungen bis hin zu großen Tagbrüchen kommen, die zu erheblichen Beschädigungen an der Oberfläche befindlicher Bauwerke, Straßen und von möglicherweise vorhandener unterirdischer Infrastruktur führen können. Häufig treten diese Beschädigungen abhängig von den überlagernden Böden und der Tiefe des Tunnels erst mit einer erheblichen zeitlichen Verzögerung auf.
  • Es ist bekannt, das Volumen des abtransportierten Abraums zu kontrollieren. Dabei werden jedoch nicht die Genauigkeiten erreicht, die für eine sichere Verhinderung von unerwünschten Folgen einer Abraum-Überentnahme erforderlich wäre. Zu den bekannten Verfahren gehören Mengen- und Dichtebestimmung des geförderten Abraums. Bei hydraulischer Förderung ist eine Volumenkontrolle auch deshalb aufwändig, weil eine Separationsanlage zur Trennung des Abraums von der Förderflüssigkeit erforderlich. Es ist zudem bekannt, Bandwaagen einzusetzen oder schlicht das Volumen des geförderten Abraums zu vermessen. Zu den damit verbundenen Messungenauigkeiten kommt bei allen Verfahren noch die Fehlerquelle einer kaum möglichen exakten In-situ-Bestimmung der Lagerungsdichte des abzubauenden Erdreichs. In der Summe kann es daher zu einer erheblichen Bodenmehrentnahme kommen. US4152027A offenbart Verbesserungen bei hydraulischen Tunnelbohrmaschinen des Schildtyps, die in der Lage sind, Vorkommen, Formen, Ausmaße und dergleichen von überschüssigem Aushub aufgrund von zufälligen Einbrüchen der Tunnelwand in weichem und instabilem Boden genau zu erkennen.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vortriebseinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit denen zuverlässiger als nach dem Stand der Technik eine zu hohe Förderrate an Abraum frühzeitig festgestellt werden kann.
  • Das technische Problem wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vortriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vortriebseinrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird somit vorgeschlagen, dass zur Abraumkontrolle beim Vortrieb in Erdreich der vom Erdreich auf eine durch das Erdreich getriebene Vortriebseinrichtung ausgeübte Erdreichdruck mittels eines aus dem Umfang der Vortriebseinrichtung ausfahrbaren Druckkontrollelements kontrolliert wird. Somit wird eine ungenaue Mengen- oder Volumenmessung des Abraums vermieden. Durch die Druckkontrolle kann festgestellt werden, ob das umgebende Erdreich gegebenenfalls zunehmend locker wird, was darauf hindeuten könnte, dass in Bezug auf die Vortriebsgeschwindigkeit zu viel Erdreich abgebaut wurde. In diesem Fall kann als Maßnahme z.B. die Vortriebsgeschwindigkeit erhöht und/oder die Fördermenge an Abraum pro Zeiteinheit verringert werden. Bei der Vortriebseinrichtung kann es sich um jedwede Maschine handeln, z.B. um eine Vollschnittmaschine oder eine Teilschnittmaschine. Der Einsatz des Verfahrens ist zudem unabhängig von der Art der Förderung des abgebauten Erdreichs, z.B. mittels Förderkübel, Schneckenförderung oder Spülförderung.
  • Das Druckkontrollelement kann diverse Geometrien aufweisen. Denkbar ist z.B. ein Druckkontrollelement, dessen äußere Wand im nicht ausgefahrenen Zustand die Form der den Umfang der Vortriebseinrichtung bildenden Umfangswand weiterführt und welches zum Ausfahren eine Schwenkbewegung ausführt. Das Druckkontrollelement könnte somit z.B. im ausgefahrenen Zustand flossenähnlich aus der Umfangswand der Vortriebseinrichtung herausragen.
  • Nicht jede Erdreichzusammensetzung mag für die Durchführung des erfinderischen Verfahrens problemlos sein. Das Verfahren ist aber an verschiedene Erdreichzusammensetzungen anpassbar. Es ist für das erfinderische Verfahren nicht notwendig, feinste Druckänderungen im Bodendruck festzustellen, um darauf mit Änderungen in der Vortriebsgeschwindigkeit und/oder der Fördermenge an Abraum pro Zeiteinheit zu reagieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bereits wirkungsvoll, wenn eine starke Abnahme des Bodendrucks festgestellt werden kann, die auf eine Überentnahme von Erdreich schließen lässt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, dass das Druckkontrollelement vorzugsweise hydraulisch oder pneumatisch verfahren wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, dass eine Änderung des Erdreichdrucks mittels Messung des Drucks in einem im hydraulischen oder pneumatischen System eingesetzten Druckmediums und/oder mittels einer Positionsänderung des Druckkontrollelements festgestellt wird.
  • Wird zu viel Erdreich abtransportiert verringert sich der Erdreichdruck auf die Vortriebseinrichtung und damit auf das Druckkontrollelement. Hierdurch tendiert das Druckkontrollelement zu einer Bewegung nach außen, wodurch es zu einer Druckverringerung im Druckmedium, welches z.B. Wasser oder Öl sein kann, kommt.
  • Um eine Verringerung des Erdreichdrucks feststellen zu können, ragt das Druckkontrollelement zumindest zum Teil aus der Umfangswand der Vortriebseinrichtung heraus, z.B. um einen Wert von bis zu 30 mm oder mehr. Um die Position des Druckkontrollelements trotz Verringerung des Erdreichsdrucks stabil zu halten, wird der Druck des Druckmediums automatisiert angepasst, d.h. verringert, und vorzugsweise bei Unterschreiten eines Grenzwertes des Druckes oder einer Druckänderung automatisiert ein Signal abgegeben oder eine Aktion auslösen, um die Vortriebsgeschwindigkeit und/oder die Fördermenge an Abraum pro Zeiteinheit zu verringern. Wird mittels des Druckkontrollelements eine hinreichende Zunahme des Erdreichsdrucks festgestellt, können Vortriebsgeschwindigkeit und/oder Fördermenge an Abraum pro Zeiteinheit wieder erhöht werden.
  • Alternativ kann bei einem voreingestellten Ausgangsdruck des Druckmediums eine Änderung der Position des Druckkontrollelements festgestellt werden. Zunächst kann das Druckkontrollelement in eine Ausgangsposition gebracht werden, in der das Druckkontrollelement zumindest zum Teil aus der Umfangswand der Vortriebseinrichtung herausragt, z.B. um bis zu 20 mm oder bis zu 50 mm. Größere Werte sind ebenfalls möglich. Das Druckkontrollelement wird vorzugsweise gegen eine Bewegung aus der Ausgangsposition heraus in Richtung auf das Innere der Vortriebseinrichtung blockiert, so dass bis zu einer Maximalbelastung nur eine Bewegung in das Erdreich hinein oder von dort zurück in die Ausgangsposition möglich ist. Zur Verhinderung eines Schadens bei Überschreiten der Maximalbelastung kann z. B. ein Überdruckventil genutzt werden.
  • Der Ausgangsdruck kann in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit und/oder der Bodenzusammensetzung gewählt werden. Es kann vorteilhaft sein, den Ausgangsdruck so einzustellen, dass er einen Bruchteil des passiven Erddrucks beträgt, z.B. höchstens 20%, weiter vorzugsweise höchstens 10% oder weiter vorzugsweise höchstens 5% beträgt. In diesem Fall erlaubt nur eine örtliche massive Verringerung des passiven Erddrucks im Erdreich eine Bewegung des Druckkontrollelements nach außen, was ein starkes Indiz für eine signifikante Überentnahme ist. Da in vorteilhafter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Ausgangsdruck lediglich ein geringer Bruchteil des passiven Erddrucks gewählt wird, muss dieser nicht zwingend vorab genau ermittelt werden. Es kann vielmehr eine grobe Abschätzung des passiven Erddrucks bei bekannten oder angenommenen Erdreichzusammensetzungen ausreichend sein.
  • Somit kann die Kontrolle des Erdreichdrucks auf die Vortriebseinrichtung durch Druckmessung im Druckmedium und/oder durch eine Positionsänderungs- oder Wegmessung am Druckkontrollelement erfolgen. Der Begriff Erdreichdruck meint allgemein den Druck, der vom Erdreich unter den gegebenen Bedingungen auf eine Fläche, hier insbesondere der Vortriebseinrichtung, ausgeübt wird, und wird vorliegend als Abgrenzung zu den Fachbegriffen "passiver Erddruck" und "aktiver Erddruck" genutzt.
  • Bevorzugt wird das Druckkontrollelement im Bereich der Firste, d.h. an einem oberen Punkt der Vortriebseinrichtung, angeordnet, da sich dort eine Erniedrigung des Erdreichdrucks aufgrund einer Überentnahme am deutlichsten bemerkbar macht.
  • Das Druckkontrollelement sollte vorzugsweise so nah wie möglich hinter der Spitze der Maschine installiert werden, um eine Überentnahme des Erdreiches frühzeitig zu erkennen.
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vortriebseinrichtung anhand von Figuren dargestellt.
  • Es zeigt
    • Fig. 1: im seitlichen Querschnitt das vordere Ende einer Vortriebseinrichtung mit Druckkontrollelement,
    • Fig. 2: in einem vergrößerten Ausschnitt der Vortriebseinrichtung gem. Fig. 1 das Druckkontrollelement im eingefahrenen Zustand,
    • Fig. 3: das Druckkontrollelement gemäß Fig. 2 im eingefahrenen Zustand im axialen Querschnitt, und
    • Fig. 4: das Druckkontrollelement gemäß Fig. 2 im seitlichen Querschnitt im ausgefahrenen Zustand.
  • Fig. 1 zeigt schematisch im seitlichen Querschnitt den vorderen Teil einer rohrförmigen, eine Umfangswand 3 aufweisenden Vortriebseinrichtung mit einem Bohrkopf 1 und einer Motoreinheit 2 zum Antrieb des Bohrkopfes 1. Die Umfangswand 3 kann bei einer gesteuerten Bohrung von einem Schneidschuh gebildet sein. In einer an der Umfangswand 3 fixierten kastenförmigen Aufnahme 4 ist ein keilförmiges Druckkontrollelement 5 um eine Schwenkachse 6 schwenkbar angeordnet. Das Druckkontrollelement 5 ist an einem Kolben 7 eines Hydraulikzylinder 8 angelenkt. Über den Hydraulikzylinder 8 und den Kolben 7, in ihrer Gesamtheit im Folgenden als Hydrauliksystem 11 bezeichnet, kann das Druckkontrollelement 5 in eine ausgefahrene Position gebracht werden, in der eine obere Kontaktfläche 9 des Druckkontrollelements 5 zumindest zum Teil über den Umfang der Umfangswand 3 hinausragt.
  • Fig. 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt der Vortriebseinrichtung mit der kastenförmigen Aufnahme 4, dem Druckkontrollelement 5, dem Kolben 7 und dem Hydraulikzylinder 8 zusammen mit dem die Vortriebseinrichtung umgebenden Erdreich 10. Das Druckkontrollelement 5 ist im eingefahrenen Zustand mit seiner Kontaktfläche 9 im Wesentlichen bündig mit dem Umfang der Umfangswand 3. Fig. 3 zeigt die Situation gemäß Fig. 2 im axialen Querschnitt. Fig. 4 zeigt in einer zu Fig. 2 entsprechenden Darstellung das Druckkontrollelement 5 in einer ausgefahrenen Position, in der die Kontaktfläche 9 des Druckkontrollelements 5 in das Erdreich 10 hineinragt.
  • Die beispielhafte Verfahrensweise ist wie folgt: Von einer hier nicht dargestellten Startgrube aus wird die Vortriebseinrichtung mit z.B. rotierendem Bohrkopf 1 in das Erdreich 10 getrieben. Der Bohrkopf 1 weist gegenüber dem Umfang der Umfangswand 3 der Vortriebseinrichtung einen geringfügigen Überschnitt auf. Beispielsweise kann über hier nicht dargestellte Leitungen und in der Umfangswand 3 gegebene Öffnungen in einen durch den Überschnitt erzeugter Zwischenraum Schmiermaterial 12, beispielsweise Bentonit, eingebracht werden, welches die Reibung der Umfangswand 3 gegenüber dem Erdreich 10 verringert.
  • Abgebautes Erdreich 10, also der Abraum, kann unter Zusatz einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, über hier nicht dargestellte Schläuche in Richtung auf die Startgrube abgeführt werden. Alternative Arten des Abtransports sind ebenfalls möglich, zum Beispiel über eine im Inneren der Vortriebseinrichtung angeordnete, hier ebenfalls nicht dargestellte Schnecken- oder Kübelförderung. Mit dem Eindringen der Vortriebseinrichtung in das Erdreich 10 oder auch kurz darauf wird das Druckkontrollelement 5 mittels des Hydrauliksystems 11 in eine ausgefahrenen Position (siehe Fig. 1 und Fig. 4) gebracht, sodass die Kontaktfläche 9, welche vorzugsweise flach ist, aber auch andere Formen annehmen kann, mit dem umgebenden Erdreich 10 in Kontakt kommt.
  • Der Druck eines Druckmediums im Hydrauliksystem 11 ist bei ausgefahrenem Druckkontrollelement 5 so eingestellt, dass ein Gleichgewicht zwischen den Drehmomenten, die zum einen über den Druck des Erdreichs 10 und zum anderen über den Kolben 7 auf das Druckkontrollelement 5 ausgeübt werden, gegeben ist. Lässt der Druck des Erdreichs 10 nach, muss zum Erhalt der Position des Druckkontrollelements 5 der Druck im Hydrauliksystem 11 entsprechend erniedrigt werden, sodass über den Druck im Hydrauliksystem 11 die Verringerung des Erdreichdrucks festgestellt werden kann. Eine solche Verringerung des Erdreichdrucks lässt darauf schließen, dass eine Überentnahme von Erdreich 10 erfolgt ist, so dass als Gegenmaßnahme zum Beispiel die Förderrate des Abraums reduziert und/oder der Vortrieb der Vortriebseinrichtung erhöht werden kann, um ein Nachsacken oder unerwünschtes Auflockern des Erdreichs 10 zu verhindern.
  • Alternativ zur Messung des Drucks im Hydrauliksystem 11 oder parallel hierzu kann auch die Ausfahrlänge des Kolbens 7 oder die Position des Druckkontrollelements 5 relativ zu weiteren Teilen der Vortriebseinrichtung, z.B. zur Umfangswand 3, mit geeigneten Methoden gemessen werden, um eine Veränderung des durch das Erdreich 10 auf das Druckkontrollelement 5 ausgeübten Erdreichdruckes festzustellen. Hierfür kann im Hydrauliksystem ein Ausgangsdruck eingestellt werden, welcher einen Bruchteil von z.B. 10% des passiven Erddrucks des umgebenden Erdreichs 10 beaufschlagt wird. Aus einer Ausgangsposition des Druckkontrollelements 5, bei der das Druckkontrollelement 5 mit seiner Kontaktfläche 9 aus der Umfangswand 3 der Vortriebseinrichtung herausragt, z.B. um höchstens 30 mm, wird das Druckkontrollelement 5 dann, wenn der Erdreichdruck weniger als 10% des passiven Erddrucks beträgt, nach außen gedrückt. Mit dieser Bewegung kann eine Überentnahme an Abraum im Erdreich 10 festgestellt werden.
  • Um ein Eindringen von Erdreich 10 in die Aufnahme 4 zu verhindern, kann die Aufnahme 4 mit einem die Aufgaben des Hydrauliksystems 11 nicht behindernden Material, zum Beispiel Bentonit, gefüllt werden. Dieses steht vorzugsweise unter einem zumindest im Wesentlichen dem Druck des Schmiermaterials 12 entsprechenden Druck, um den Eintritt des möglicherweise mit Erdreich 10 versetzten Schmiermaterials 12 zu verhindern.
  • Zudem ist es denkbar, das Druckkontrollelement 5 nicht oder nicht nur schwenkbar anzulenken, sondern mit einer Translationsbewegung zu verfahren.
  • Die in den dargestellten Ausführungsbeispielen dargestellten Merkmale der Vorrichtung sowie des Verfahrens können im Sinne der Erfindung durch alternative oder weitere Merkmale, wie sie z.B. im allgemeinen Teil der Beschreibung dargestellt sind oder für den Fachmann ersichtlich sind, ersetzt oder ergänzt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bohrkopf
    2
    Motoreinheit
    3
    Umfangswand
    4
    Aufnahme
    5
    Druckkontrollelement
    6
    Schwenkachse
    7
    Kolben
    8
    Hydraulikzylinder
    9
    Kontaktfläche
    10
    Erdreich
    11
    Hydrauliksystem
    12
    Schmiermaterial

Claims (13)

  1. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Erdreich (10) zum Einbau von Rohren, wobei von einer Startgrube aus eine Vortriebseinrichtung mit einem rotierendem Bohrkopf (1) und einer Umfangswand (3) in das Erdreich (10) getrieben wird, wobei der vom Bohrkopf (1) gelöste Abraum in Richtung der Startgrube abtransportiert wird, wobei zur Kontrolle der Entnahmemenge des Abraums beim Vortrieb im Erdreich (10) ein Druckkontrollelement (5) vorgesehen wird, mittels dem der vom Erdreich (10) auf Vortriebseinrichtung ausgeübte Erdreichdruck kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkontrollelement (5) in einer kastenförmigen Aufnahme (4) um eine Schwenkachse (6) schwenkbar angeordnet ist, dass das Druckkontrollelement (5) keilförmig ist und eine Kontaktfläche (9) aufweist, dass das Druckkontrollelement (5) an einem Kolben (7) eines Hydraulikzylinder (8) angelenkt ist, über den das Druckkontrollelement (5) in eine aus der Umfangswand (3) herausragende ausgefahrene Position verschwenkt wird, dass mit dem Eindringen der Vortriebseinrichtung in das Erdreich (10) oder auch kurz darauf das Druckkontrollelement (5) in eine ausgefahrenen Position gebracht wird, sodass die Kontaktfläche 9 mit dem umgebenden Erdreich 10 in Kontakt kommt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkontrollelement (5) hydraulisch oder pneumatisch verfahren wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Erdreichdrucks mittels Messung des Drucks in einem im pneumatischen oder hydraulischen System (11) eingesetzten Druckmediums und/oder mittels einer Positionsänderung des Druckkontrollelements (5) festgestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium mit einem Bruchteil, vorzugsweise höchstens 20%, weiter vorzugsweise höchstens 10%, weiter vorzugsweise höchstens 5% des passiven Erddrucks des umgebenden Erdreichs (10) beaufschlagt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einhalten der ausgefahrenen Position der Druck eines im Hydraulikzylinder (8) wirkenden Druckmediums angepasst wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Grenzwertes des Druckes oder einer Druckänderung automatisiert ein Signal abgegeben oder eine Aktion ausgelöst wird, um die Vortriebsgeschwindigkeit und/oder die Fördermenge an Abraum pro Zeiteinheit zu verringern.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangsdruck des Druckmediums voreingestellt wird und eine Änderung der Position des Druckkontrollelements (5) festgestellt wird,
  8. Vortriebseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Bohrkopf (1), einer Motoreinheit (2) zum Antrieb des Bohrkopfes (1) und eine Umfangswand (3), aufweisend ein an der Umfangswand (3) angeordnetes, über den Umfang (3) der Vortriebseinrichtung hinaus ausfahrbares Druckkontrollelement (5), das im Bereich der Firste der Vortriebseinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Druckkontrollelement (5) in einer kastenförmigen Aufnahme (4) um eine Schwenkachse (6) schwenkbar angeordnet ist, dass das Druckkontrollelement (5) keilförmig ist und eine Kontaktfläche (9) aufweist, dass das Druckkontrollelement (5) an einem Kolben (7) eines Hydraulikzylinder (8) angelenkt ist, über den das Druckkontrollelement (5) in eine ausgefahrene Position bringbar ist, und dass die Kontaktfläche (9) in der ausgefahrenen Position des Druckkontrollelements (5) zumindest zum Teil über den Umfang der Umfangswand (3) hinausragt.
  9. Vortriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkontrollelement (5) pneumatisch oder hydraulisch betrieben ist.
  10. Vortriebseinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Druckmessmittel zur Messung eines Druckmediums im pneumatischen oder hydraulischen System (11).
  11. Vortriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Positionsmessmittel zur Messung der Position oder einer Positionsänderung des Druckkontrollelements (5).
  12. Vortriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Druckkontrollelement (5) im eingefahrenen Zustand mit seiner Kontaktfläche (9) bündig mit der Umfangswand (3) ist.
  13. Vortriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (9) des Druckkontrollelements (5) in das Erdreich (10) hineinragt.
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