JP2007530824A - 土または岩の材料内に孔を掘削し、かつアンカーを形成するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、土または岩の材料内に孔2を掘削し、詳細には衝撃掘削または回転式衝撃掘削し、かつアンカーを形成するための方法および装置に関する。本発明によれば、ボーリング孔2は、ドリルビット4を挿入することによって形成され、ボーリング工程の間、ドリルビット4に結合されたテンション要素10が、ボーリング孔2内に導入される。ボーリング孔2が完成されるとすぐに、ボーリングロッド5が、ドリルビット4から分離されかつボーリング孔2から取り外される。ボーリングロッド5は、中空スペース22を備え、この中空スペース22は、ボーリングロッド5の長手方向に実質的に延び、かつボーリングロッド5がボーリング孔2から取り外されたとき、ボーリング孔2内に硬化可能な流体を導入する役割をする。ボーリング孔の内壁上に据え付けるためのアンカー要素または固定要素14が、ドリル面の反対の端部でドリルビット4および/またはテンション要素10に提供される。テンション要素10は、ボーリング孔2から突出した端部12で、回転または捩りを受け、それによってテンショニングまたは中心合わせのためのそれらの有効長を短縮し、したがって硬化可能な材料が完全に硬化する前に、テンション要素10の中心合わせおよび任意の一時的なテンショニングを行うことができる。
Description
本発明は、土または岩の材料内に孔を掘削し、詳細には衝撃掘削または回転式衝撃掘削し、かつ前記孔内にアンカーを形成するための方法に関し、ボーリング孔が、ドリルロッドアセンブリに取り付けられたドリルビットの導入によって形成され、掘削プロシジャの間、ドリルビットに結合されたテンション要素が、ボーリング孔内に導入され、ボーリング孔の完成後すぐに、ドリルロッドアセンブリが、ドリルビットから分離されかつボーリング孔から取り外され、ボーリング孔からドリルロッドアセンブリを取り外す間、硬化可能な流体が、ドリルロッドアセンブリに備えられた中空スペースを通してボーリング孔内に導入される。本発明は、また、土または岩の材料内に孔を掘削し、詳細には衝撃掘削または回転式衝撃掘削し、かつアンカーを形成するための装置に関し、ボーリング孔が、ドリルビットの導入によって形成され、掘削プロシジャの間、ドリルビットに結合されたテンション要素が、ボーリング孔内に導入され、ドリルロッドアセンブリが、ボーリング孔の完成後すぐに、ドリルビットから分離されかつボーリング孔から取り外され、ドリルロッドアセンブリは、中空スペースを伴って形成され、この中空スペースは、ドリルロッドアセンブリの長手方向に実質的に延び、かつボーリング孔からのドリルロッドアセンブリの取り外しの間、硬化可能な流体のボーリング孔内への導入が提供される。
上で規定された種類の方法および装置を、例えば、DE−A 1 634 237から知ることができる。土の中にテンションロッドを製作するためのその知られている方法では、テンション要素またはテンションストリングが、ドリルビットおよびドリルロッドアセンブリを含む掘削機器でボーリング孔内に導入され、硬化可能な流体が、ボーリング孔が完成されるとすぐに、中空のドリルロッドアセンブリを通ってボーリング孔内に導入される。その知られている方法および装置は、詳細には、テンション要素を、掘削プロシジャの間に同時にボーリング孔内に導入することを目的とする。なぜなら、以前に知られている方法によれば、ボーリング孔の完成および掘削装置の取り外し後すぐに、テンション要素は、硬化可能な流体のボーリング孔への導入がその後に続く分離した動作ステップで、ボーリング孔内に導入されるからである。それらの知られている構成は、もしテンション要素が、硬化可能な流体の凝固の前にテンショニングされたら、前記凝固の前にテンション要素の据え付けまたは固定が提供されないので、テンション要素を、すぐにボーリング孔から引き抜きかつボーリング孔から取り外されるため、硬化可能な流体の凝固が、テンション要素のテンショニングおよび中心合わせを待たねばならないという欠点を含んでいた。
最初に規定された種類の方法および装置から、本発明は、ボーリング孔の完成および硬化可能な流体の導入後、実質的に即時に、長い長さを任意に有するボーリング孔に、任意に長く続く硬化可能な流体の硬化を待つ必要なしに、テンション要素の中心合わせと少なくとも最初のまたは一時的なテンショニングとを可能とすることを目的とする。
これらの目的を解決するために、最初に規定された種類の方法は、ボーリング孔端の内部に面する端部領域のドリルビットおよび/またはテンション要素が、ボーリング孔の壁に固定されることと、テンション要素のテンショニングおよび/または中心合わせが、テンション要素の有効長を短縮しながら、部分的変形または捩りによって行われることとを、本質的に特徴とする。本発明によれば、ドリルビットおよび/またはテンション要素が、ボーリング孔の壁、詳細にはボーリング孔の内部に面する端部に固定されることにより、次に、テンション要素が、ボーリング孔の外側から引張応力を受けることをできるようにし、それによって、中空のドリルロッドアセンブリを通してボーリング孔の内部に導入された硬化可能な流体の凝固の前でも、テンション要素の中心合わせを行い、かつ/または少なくともテンション要素の一時的なテンショニングを行う。テンション要素のそのような一時的なテンショニングおよび/または中心合わせは、テンション要素が、ボーリング孔内で全体の長さにわたって適切に延ばされ、かつボーリング孔内で一様に分布するように構成され、したがって、硬化可能な材料の最後の凝固およびテンション要素のさらなるテンショニングの後、ボーリング孔の全断面にわたる一様な力の導入および分布が、テンション要素によって保護されることを保証する。したがって、本発明によれば、例えば、従来技術におけるように硬化可能な材料の凝固が、テンション要素のテンショニングを待たねばならないならば、ボーリング孔の断面にわたっておそらく一様でない力の導入および分布の結果になるであろう、それらテンション要素の導入およびボーリング孔の駆動の間、テンション要素が、ボーリング孔内に実質的にゆるく配置されかつ曲がった領域またはバックルを任意に形成することを防ぐことができる。ドリルビットおよび/またはドリルビットに連結されたテンション要素を固定することによって、ならびに本発明によって提供されるようにそれらの有効長を短縮しながら、テンション要素の中心合わせまたは少なくとも暫定的なテンショニングによって、テンション要素のそのような一様でない配置は防止され、詳細には、すべてのテンション要素が、硬化可能な材料の凝固後、相応に大きな力の導入および吸収を可能とするために、ボーリング孔の断面にわたって、かつ適切にテンショニングされて線形に延びるように、実質的に一様に分布されるように構成されることが、信頼性高く保証されるであろう。
好ましい実施形態によれば、特に、テンション要素の中心合わせおよびテンショニングのための変形または捩りの間、実質的にボーリング孔の中心に配置され、かつ硬化可能な流体がそれを通ってボーリング孔の内部に導入されるドリルロッドアセンブリによる影響を、懸念する必要がないように、ドリルロッドアセンブリの取り外し、および硬化可能な流体の導入の後で、テンション要素の前記テンショニングおよび/または中心合わせが、行われることが提案される。
ボーリング孔の断面にわたって一様に分布されるように提供される大きな力の導入のために、さらなる好ましい実施形態によれば、それ自体知られている方法で、テンション要素が、実質的に径方向にドリルロッドアセンブリを囲み、かつボーリング孔の掘削の間、ボーリング孔の壁に対して非回転的な方法で取り付けられる、複数のワイヤまたはロープからなることが想定される。テンション要素を形成するために、ドリルロッドアセンブリの周りで実質的に径方向に配置されたワイヤまたはロープの適切な数により、一様な力の導入が、テンション要素によって続いて保証され、さらに、テンション要素の導入を、掘削プロシジャの間に信頼性高く行うことができる。そうする場合、本発明によれば、任意に提供されるドリルビット、したがってドリルロッドアセンブリの回転運動にもかかわらず、同時にテンション要素の有効長を短縮しながら、掘削プロシジャの間に、ドリルロッドアセンブリによって画定されるボーリング孔の軸の周りにおけるテンション要素の任意の変形または戻りを避けるために、テンション要素が、ボーリング孔の壁に対して非回転的な方法で取り付けられることが提供される。
特に掘削プロシジャの間にテンション要素の適切な取り付けまたは収納のために、さらなる好ましい実施形態によれば、テンション要素は、ドリルビットの作動面から離れて面するドリルビット端部に配置されたスリーブ形状要素に固定されることが提供される。
ドリルビットの掘削運動における掘削プロシジャの間、テンション要素の導入のために構造的に簡単で信頼性の高い結合を保証するために、さらなる好ましい実施形態によれば、スリーブ形状要素が、作動面から離れて面するドリルビット端部に固定されることが提供される。
上ですでに指摘されたように、本発明は、次の中心あわせおよび次のテンション要素の少なくとも一時的なテンショニングのために、特にボーリング孔の内部に面する端部へのドリルビットおよび/またはテンション要素の固定を提供する。本発明による方法のさらなる好ましい実施形態に対応するように、テンション要素の前記テンショニングおよび/または中心合わせの間、スリーブ形状要素が、その周辺および/または長手方向の延長部の少なくとも部分領域にわたって拡大される点において、特にボーリング孔の内部に面する端部領域内におけるそのような安定した固定に役立つことができる。テンション要素をテンショニングすることによって、ボーリング孔からの抜き出しに対する第1の暫定的な個別の固定とは別に、こうして、スリーブ形状要素の拡大によって、ボーリング孔からの抜き出しに対する強められた力が生み出され、それによってボーリング孔の内壁への当接が起こるように、スリーブ形状要素が、ボーリング孔からの抜き出し移動の方向に拡大されることができる。
すでに上で示したように、硬化可能な流体の凝固の後、テンション要素の追加のテンショニングができ、この点に関して、さらなる好ましい実施形態によれば、硬化可能な流体でボーリング孔を充てんし、かつそれ自体知られている硬化可能な流体を凝固した後、さらなる変形または捩りによるテンション要素のさらなるテンショニングが行われることが、提案される。
最初に述べた目的を解決するために、さらに、上で識別されたタイプの装置は、ボーリング孔の内壁に据え付けるためのアンカーまたは固定要素が、ドリルビットに作動面から離れて面する端部、および/またはテンション要素に提供されることと、テンショニングまたは中心合わせのためにテンション要素が、ボーリング孔から突出したそれらの端部でそれらテンション要素の有効長を短縮しながら、変形または捩りを受けることができることとを本質的に特徴とする。したがって、硬化可能な材料の凝固前に、次の中心合わせおよび/またはテンション要素の少なくとも一時的なまたは暫定的なテンショニングを可能にするように、ドリルビットおよび/またはテンション要素を、特にボーリング孔の内部に面するそれらの端部で信頼性高く固定することができる。特に簡単な方法によるテンション要素の有効長のそのような短縮は、ボーリング孔の断面にわたるテンション要素の適切な分布を提供し、かつ力の一様な導入および吸収を保証するために、テンション要素の変形または捩りによって実現することができる。
力の一様な分布を導入しまたは吸収するために、好ましい方法で、テンション要素が、ドリルロッドアセンブリを実質的に径方向に囲み、かつボーリング孔の形成の間、ボーリング孔の壁に対して非回転的な方法でドリルビットに取り付けられる、それ自体知られている方法で複数のワイヤまたはロープからなることが、さらに提案される。それらテンション要素の導入の間、ボーリング孔の壁に対して非回転的な方法でドリルビットにテンション要素を取り付けることによって、信頼性の高い導入が、さらに保証されるであろう。
掘削プロシジャの間、テンション要素の信頼性高い同伴のために、さらなる好ましい実施形態によれば、テンション要素がスリーブ形状要素に固定された状態で、作動面から離れて面するドリルビット端部で、スリーブ形状要素が、ドリルビットまたはドリルビットと協働する衝撃シューに取り付けられることが提供される。
前記中心合わせまたは少なくとも一時的なテンショニングのために、ドリルビットおよび/またはテンション要素の固定または据え付けを支持するために、さらなる好ましい実施形態によれば、スリーブ形状要素は、長手方向に延びるスリットを含み、テンション要素の前記テンショニングおよび/または中心合わせの間、拡大できることが提供される。
スリーブ形状要素を介したテンション要素の構造的に簡単で信頼性の高い固定、ならびに中心合わせまたはテンショニングの間の信頼性の高い拡大を、スリーブ形状要素が、本発明による装置のさらなる好ましい実施形態に対応するように、ドリルビットの作動面から延び、かつ増大する外径をもつ固定領域で、ドリルビットまたはドリルビットと協働する衝撃シューに固定される点において、さらに保証するであろう。
特にボーリング孔の内部に面する端部での装置の信頼性が高く適切な固定または定着のために、さらなる好ましい実施形態によれば、固定要素は、少なくとも1つのフックなど、特に、ドリルビットおよび/またはスリーブ形状要素の外周から突出した折りたたみ式フックからなることが提供される。そのようなフックは、周囲の岩または土の材料中に突き刺さり、したがってジャケット管のテンショニングの間に固定を提供する。特に、ボーリング孔の内部に面するフック端部にフックの旋回軸を配置することによって、テンショニングの間に、実質的に自動的なフックの出現が、装置またはテンション要素の後退によって引き起こされ、したがって固定またはアンカー要素を引出しまたはそれらを抜き出すための追加の任意選択である高価な機構を、必要としないであろう。
以下において、本発明が、添付の図面中に概略的に示された例示的な実施形態として、より詳細に説明される。
図1a、図1b、図1cは、概略的に3で示された土または岩の材料内に孔2を掘削するための、詳細には衝撃掘削または回転式衝撃掘削するための全体的に1で示された装置を使用した、ボーリング孔の製作における様々なステップを示す。
図1a、図1b、図1cおよび図2による説明において、概略的に示されたドリルビット4が、提供される。このドリルビット4は、ドリルビット4に示された掘削要素6でボーリング孔2を形成するために、図1aに5で示されたドリルロッドアセンブリを介して、詳細には示されていない駆動装置によって、衝撃および/または回転式衝撃運動に作動される。
特に図3からより明らかに見ることができる衝撃シュー8は、特に図3および図4a、図4bに関連して以下により詳細に説明される中間要素7を介して、ドリルビット4に続き、掘削プロシジャの間、スリーブ形状要素9は、具体的にはロープまたはワイヤで形成されたテンション要素10を固定しかつ同伴するために、衝撃シュー8に取り付けられる。
図1aに示されるように、テンション要素10が、ボーリング孔2の壁に対して非回転的な方法で矢印11の方向にボーリング孔内に導入され、図2からより明らかに見られるように、スリーブ形状要素9の領域に固定されるのに加えて、ベアリングディスクまたはベアリングリング12が、ワイヤまたはロープによって形成されたテンション要素10を取り付けるために、特に、土または岩の材料3から突出する端部に提供される。
ボーリング孔2が完成するとすぐに、ドリルロッドアセンブリ5が、駆動または掘削方向11と反対方向の矢印13の方向にボーリング孔から取り外され、ドリルロッドアセンブリ5の取り外しの間、硬化可能な流体が、完成されたボーリング孔2内に導入される。
その状態が図1bに示される、ボーリング孔2の内部に硬化可能な流体を同時導入の下でのドリルロッドアセンブリ5を取り外した後で、図4a、図4bに関してより詳細に説明されるように、固定要素またはアンカー要素14は、中間要素7からボーリング孔の壁2に対して当接される。中間要素7のアンカー要素14の挿入によって、ドリルビット4およびスリーブ形状要素9を固定した後、テンション要素の有効長を低減し、ならびにボーリング孔2の内部でテンション要素10の中心合わせおよび少なくとも暫定的にテンショニングを行いながら、図1cの矢印15の方向にベアリングリングまたはベアリングディスク12の回転が行われて、テンション要素10の捩れをもたらす。このとき、ボーリング孔2内に導入された硬化可能な流体は、まだ完全に凝固していないので、テンション要素10の所望の中心合わせおよび少なくとも暫定的なテンショニングを、信頼性高く行うことができる。そうする場合、図1cで示される中心合わせおよびテンショニングプロシジャの間、アンカー要素14は、完全な装置1のボーリング孔2からの取り外しに逆らうように作用する。
さらに、スリーブ形状要素9は、長手方向に延びるスリット16を含むように構成され、スリーブ形状要素9は、図3により明らかに示されるように、特にボーリング孔の内部に面する端部17で円錐状にテーパー形状をもつように構成され、したがって衝撃シュー8のそれぞれのカウンター面に当接する。テンション要素10をテンショニングまたは回転しまたは捩るとき、スリーブ形状要素9は、抜き出し13の方向にわずかに動かされ、長手方向のスリット16を備えることによりスリーブ形状要素9の外周の拡大ができ、スリーブ形状要素9が、明瞭にするように図1cには示されていないボーリング孔の内壁に当接するように動かされ、それによって、矢印13の方向の抜き出しに対する固定要素14のアンカーの効果が支持される。
硬化可能な材料が凝固するとすぐに、ベアリングリングまたはベアリングディスク12の領域のテンション要素10のさらなるテンショニングを行うことができる。
図2から、テンション要素10が、ボーリング孔の内部から離れて面するスリーブ形状要素9の端部に設けられた適切なソケット18内に固定されることは明らかである。さらに、長手方向に延びるスリット16が、この場合も図2に示され、追加のスリット19が、適切な拡大を可能とするために、ボーリング孔の内部に面する端部領域に示される。
図3による拡大された図解から、図3には詳細には示されていないテンション要素のテンショニングの間、ボーリング孔の内部に面するスリーブ形状要素9の部分領域25、および続いて、長手方向のスリット16を介する、継続して配置されたスリーブ形状要素9の円筒形の部分領域の拡大が、この場合も13で示される抜き出し方向のスリーブ形状要素9の移動によって行われるように、スリーブ形状要素9の円錐状にテーパー形状をもつ部分領域25と同じような方法で、ボーリング孔の内部から離れて面するその端部に、円錐状に広がる部分領域20を備える衝撃シュー8が、ドリルビット4に続くことは明らかである。
さらに、図3は、その先頭部分が21によって示されるドリルロッドアセンブリが、掘削プロシジャの間、ドリルビットまたはドリルヘッド4の領域に冷却材を導入するために、例えば中央の中空スペースまたはチャネル22を含むだけではなく、図1aに示されるように、ボーリング孔の完成後すぐにドリルロッドアセンブリ5を取り外す間、中央の供給開口または中央のチャネル22を介したボーリング孔2の内部への硬化可能な流体の同時の導入を可能にするために、供給開口23も提供されることを示す。
図4a、図4bは、特にボーリング孔の内部に面する側部で、ドリルビット4および/またはテンション要素10およびスリーブ形状要素9を、開きまたは据え付けるために使用される固定要素14を概略的に示す。固定要素14が、軸24の周りで旋回可能なフック形状の要素によって形成され、かつ図1a、図1cの矢印13の方向にテンション要素10のテンショニングおよび中心合わせの間、概略的に2で示されるボーリング孔の内壁と係合され、それによって、図4bに示される中間状態から離れて、信頼性の高いアンカーを提供するために、図4aに示された状態に到達することは明らかである。したがって、7で示された中間要素の周辺の付近で、ドリルビット4に実質的にすぐに継続して、相応に一様に分布した方法で配置することができる固定要素14は、アンカー形成装置1がボーリング孔2から抜き出されることを防止するように、テンション要素10の次の図1cの矢印13の方向のテンショニングおよび/または中心合わせの間に、安全なアンカーを提供し、硬化可能な流体の最終の凝固後に、装置1またはアンカー、ならびにその中に収納される硬化可能な流体を使用する、テンション要素10を介した大きな引張力の導入および吸収を可能にする。
Claims (13)
- 土または岩の材料内に孔(2)を掘削し、詳細には衝撃掘削または回転式衝撃掘削し、かつ前記孔(2)内にアンカーを形成するための方法であり、ボーリング孔(2)が、ドリルロッドアセンブリ(5)に取り付けられたドリルビット(4)の導入によって形成され、掘削プロシジャの間、ドリルビット(4)に結合されたテンション要素(10)が、ボーリング孔(2)内に導入され、ボーリング孔(2)の完成後すぐに、ドリルロッドアセンブリ(5)が、ドリルビット(4)から分離されかつボーリング孔(2)から取り外され、ボーリング孔(2)からドリルロッドアセンブリ(5)を取り外す間、硬化可能な流体が、ドリルロッドアセンブリ(5)に備えられた中空スペース(22)を通ってボーリング孔(2)内に導入される、方法であって、
ドリルビット(4)および/またはテンション要素(10)が、ボーリング孔の内部に面する端部領域でボーリング孔の壁に固定され、かつテンション要素(10)のテンショニングおよび/または中心合わせが、テンション要素(10)の有効長を短縮しながら、部分的変形または捩りによって行われることを特徴とする方法。 - テンション要素(10)の前記テンショニングおよび/または中心合わせが、ドリルロッドアセンブリ(5)の取り外しおよび硬化可能な流体の導入の後に行われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- テンション要素(10)が、それ自体知られている方法で、ドリルロッドアセンブリ(5)を実質的に径方向に囲む複数のワイヤまたはロープからなり、かつボーリング孔(2)を掘削する間、ボーリング孔の壁に対して非回転的な方法で取り付けられることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- テンション要素(10)が、ドリルビット(4)の作動面から離れて面するドリルビット端部に配置されたスリーブ形状要素(9)に固定されることを特徴とする、請求項1、2または3に記載の方法。
- スリーブ形状要素(9)が、ドリルビット(4)の作動面から離れて面するドリルビット端部に固定されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- スリーブ形状要素(9)が、テンション要素(10)の前記テンショニングおよび/または中心合わせの間、スリーブ形状要素(9)の周辺および/または長手方向の延長部の少なくとも部分領域にわたって拡大されることを特徴とする、請求項4または5に記載の方法。
- ボーリング孔(2)を硬化可能な流体で満たした後、硬化可能な流体を凝固させるそれ自体知られている方法で、さらなる変形または捩りによってテンション要素(10)のさらなるテンショニングが行われることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 土または岩の材料内に孔(2)を掘削し、詳細には衝撃掘削または回転式衝撃掘削し、かつアンカーを形成するための装置であり、ボーリング孔(2)が、ドリルビット(4)の導入によって形成され、掘削プロシジャの間、ドリルビット(4)に結合されたテンション要素(10)が、ボーリング孔(2)内に導入され、ボーリング孔(2)の完成後すぐに、ドリルロッドアセンブリ(5)が、ドリルビット(4)から分離されかつボーリング孔(2)から取り外され、ドリルロッドアセンブリ(5)が、中空スペース(22)を伴って形成され、該中空スペース(22)が、ドリルロッドアセンブリ(5)の長手方向に実質的に延び、かつボーリング孔(2)からのドリルロッドアセンブリ(5)の取り外しの間、ボーリング孔(2)への硬化可能な流体の導入が提供される、装置であって、
ボーリング孔の内壁に据え付けるためのアンカー要素または固定要素(14)が、ドリルビット(4)の作動面から離れて面する端部でドリルビット(4)に、および/またはテンション要素(10)に提供され、ならびに、テンショニングまたは中心合わせのために、テンション要素(10)が、ボーリング孔(2)から突出したテンション要素(10)の端部(12)で、有効長を短縮しながら、変形または捩りを受けることができることを特徴とする装置。 - テンション要素(10)が、それ自体知られた方法で、ドリルロッドアセンブリ(5)を実質的に径方向に囲む複数のワイヤまたはロープ(10)からなり、かつボーリング孔(2)を形成する間、ボーリング孔の壁に対して非回転的な方法でドリルビット(4)に取り付けられることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
- スリーブ形状要素(9)が、作動面から離れて面するドリルビット端部に、テンション要素(10)がスリーブ形状要素(9)に固定されて、ドリルビット(4)またはドリルビット(4)と協働する衝撃シュー(8)に取り付けられることを特徴とする、請求項8または9に記載の装置。
- スリーブ形状要素(9)が、長手方向に延びるスリット(16)を含み、かつテンション要素(10)の前記テンショニングおよび/または中心合わせの間、拡大され得ることを特徴とする、請求項10に記載の装置。
- スリーブ形状要素(9)が、ドリルビット(4)の作動面から延びかつ拡大する外径をもつ固定領域(20)で、ドリルビット(4)またはドリルビット(4)と協働する衝撃シュー(8)に固定されることを特徴とする、請求項10または11に記載の装置。
- 固定要素が、少なくとも1つのフック(14)など、特に、ジャケット管(4)および/またはスリーブ形状要素(9)の外周から突出した折りたたみ式フックからなることを特徴とする、請求項7から12のいずれか一項に記載の装置。
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