WO2002035050A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer umfangsbohrung - Google Patents

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Hans-Joachim Bayer
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Tracto-Technik Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a circumferential bore on a line laid in the ground using an earth drilling tool and claims the priority of German patent application 100 53 567.4, to which reference is made in terms of content.
  • DE 33 31 291 C2 discloses a tubular drilling tool with a drive which is placed on the old pipe and - moving on the pipe by means of the drive - flushes an annular space around the old pipe with the aid of flushing nozzles arranged at the end.
  • a similar device is described in DE 32 28 637 C2.
  • the drive provided in the drilling tool is replaced by a linkage-mediated hydraulic drive, as described in DE 195 04 484 C1.
  • the device known from DE 195 22 579 C1 uses a drive-over head which connects the old line separates, runs over and covers the old pipe with a cladding pipe. The conical drive-over head displaces the soil surrounding the old pipe during tunneling, thereby forming a cavity for the casing or new pipe.
  • the devices described encircle the old line in a ring. This means that not only a great deal of effort is required during tunneling, but obstacles either cannot be overcome at all or can only be overcome with considerable difficulty. Such obstacles can occur in the form of sleeves, thickenings or repair points on the pipe, but can also be formed by pipe branches or pipe bends. In practice, for example, a pipe sleeve stops the drilling process if it exceeds the outside diameter of the pipe by more than the inside diameter of the tubular drilling tool.
  • the invention is based on the object of providing a device which allows simple clearing of the line laid in the ground.
  • the invention is also based on the object of providing a suitable method for this.
  • a ring closure of the drilling tool is dispensed with, and thus it is possible to drive over obstacles on the pipe or on the line.
  • a considerable reduction in the driving resistance and problem-free driving over or bypassing sleeves, clamps or bends in the old pipe can be achieved.
  • 60% of the old pipe is preferably gripped with a drilling tool in the form of an open sleeve or a curved blade.
  • the drilling tool has a helical configuration, which is particularly suitable for driving over sleeves and branches.
  • the device according to the invention can have outlet nozzles for a rinsing liquid which can be oriented in such a way that an annular rinsing space is created.
  • the nozzles can form a fan-shaped nozzle ring which, despite the lack of ring closure in the drilling tool, leads to a complete flushing of the old pipe.
  • the drilling tool has a cutting surface with which obstacles, such as branches, can be separated.
  • the device can have a control surface with which obstacles can be approached in a targeted manner and, if necessary, can be separated by repeating the process.
  • the special geometry of the device according to the invention makes it possible to avoid obstacles without difficulty and, in a preferred embodiment, to forcibly follow the course of the old pipe, so that curved sections of the pipe can also be surmounted without the drilling tool leaving the pipe route.
  • the invention is particularly suitable for the exchange of long pipe sections, since these can now be cleared for the first time without hindrance.
  • the device according to the invention is suitable for the exchange of old lines of any material and allows to easily pull new pipes of the same or larger diameter into the earth channel.
  • Fig. 1 the invention in a cuff or shovel-shaped configuration
  • Fig. 2 is a side view of the embodiment of Fig. 1;
  • Fig. 3 a front view of the end face of the embodiment of the
  • Fig. 4 a helical configuration of the invention
  • the device according to the invention has a drilling tool 1 with nozzles 2 and a control surface 3. Due to the geometrical configuration of the drilling tool shown in FIG. 1, it has a trough-shaped inner surface 6 which bears against the outer circumference of the old pipe or pipe. In the embodiment shown in FIG. 4, the guide surface resting on the outer jacket of the pipeline is formed by the inner surface 6 of the helical drill head 1.
  • the drilling tool has a cutting edge 8 on the end face, with which obstacles can be removed from the outer jacket of the line.
  • the open design of the drilling tool also allows obstacles to be avoided.
  • the nozzles 2 are preferably high-pressure nozzles with which a water jet, a bentonite suspension or another flushing medium is introduced into the annular space.
  • the nozzles are arranged in a ring on the end face of the drilling tool 1 and aligned so that the old pipe is completely washed (Fig. 3).
  • the drilling tool is connected to a push rod and placed in a starting pit on the old line exposed there.
  • the tool 1 is then driven along the tube using the flushing nozzles 2 and the tube is completely flushed using the flushing medium.
  • the obstacle is either bypassed by targeted rod-mediated rotation of the drilling tool or is destroyed in one or more steps by applying the required thrust. After clearing the old line, it can be easily removed from the ground and replaced with a new line.

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Abstract

Bohrwerkzeug zum Erzeugen einer Umfangsbohrung an einer im Erdreich verlegten Leitung, das so ausgebildet ist, daß die Leitung zu mehr als 50 %, jedoch ohne Ringschluß, umgreifbar ist.

Description

TRACTO-TECHNIK GmbH
Reiherstraße 2, 57368 Lennestadt
"Vorrichtung zum Erzeugen einer Umfanαsbohrunq"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Umfangsbohrung an einer im Erdreich verlegten Leitung mit Hilfe eines Erdbohrwerkzeugs und nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 100 53 567.4 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.
Beim grabenlosen Erdbohren zum Ersetzen erdverlegter Leitungen ist es bekannt, die Leitung zu zerstören und in das seitliche Erdreich zu verdrängen oder die Altleitung aus dem Erdreich herauszuziehen. In beiden Fällen wird in dem bestehenden Erdkanal dann eine neue Leitung oder ein neues Rohr eingezogen. Zur Vereinfachung des Ersetzens der Altleitung als auch des Einziehens der Neuleitung, insbesondere einer Neuleitung mit vergrößertem Querschnitt ist es bekannt, zunächst das die Altleitung umgebende Erdreich zu entfernen und so einen Ringkanal um die Altleitung auszubilden.
In der DE 33 31 291 C2 ist ein rohrförmiges Bohrwerkzeug mit einem Antrieb bekannt, welches auf die Altleitung aufgesetzt wird und - sich mittels des Antriebs auf der Leitung fortbewegend - mit Hilfe von stirnseitig angeordneten Spüldüsen einen Ringraum um die Altleitung freispült. Ein ähnliches Gerät ist in der DE 32 28 637 C2 beschrieben. In einer Weiterent- Wicklung dieser bekannten Geräte wird der im Bohrwerkzeug vorgesehene Antrieb durch einen gestängevermittelten Hydraulikantrieb, wie in der DE 195 04 484 C1 beschrieben, ersetzt. Die aus der DE 195 22 579 C1 bekannte Vorrichtung bedient sich eines Überfahrkopfes, der die Altleitung auftrennt, überfährt und das Altrohr mit einem Hüllrohr überzieht. Der konisch ausgebildete Überfahrkopf verdrängt während des Vortriebs das das Altrohr umgebende Erdreich und bildet dadurch einen Hohlraum für das Hüll- bzw. Neurohr.
Die beschriebenen Vorrichtungen umgreifen die Altleitung ringförmig. Dies führt dazu, daß beim Vortrieb nicht nur ein hoher Kraftaufwand erforderlich ist, sondern Hindernisse entweder gar nicht oder nur unter erheblichen Schwierigkeiten überwunden werden können. Solche Hindernisse können insbesondere in Form von Muffen, Verdickungen oder Reparaturstellen am Rohr auftreten, aber auch durch Rohrabzweigungen oder Rohrkrümmungen gebildet sein. In der Praxis bringt zum Beispiel eine Rohrmuffe, wenn sie den Rohraußendurchmesser um mehr als den Innendurchmesser des rohr- förmigen Bohrwerkzeugs überschreitet, den Bohrvorgang zum Stillstand.
In der DE 198 53 198 C1 ist ein Verfahren zum Rohrleitungsaustausch beschrieben, bei dem mehrere Bohrungen entlang und in der Nähe der Altleitung durchgeführt werden und ein Spülkopf durch diese Bohrungen zurückgezogen wird, um einen entsprechenden Ringraum um die Altleitung auszu- bilden. Dieses Verfahren ist zeit- und kostenaufwendig, da vor dem Leitungsaustausch zunächst mehrere Bohrschritte erforderlich sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein einfaches Freiräumen der im Erdreich verlegten Leitung erlaubt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein dafür geeignetes Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen- stand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß wird von einem Ringschluß des Bohrwerkzeugs abgesehen und damit ein Überfahren von Hindernissen am Rohr oder an der Leitung ermöglicht. Je nach Ausgestaltung des Bohrwerkzeugs kann eine erhebliche Verringerung des Vortriebswiderstandes und ein problemloses Überfahren oder Umfahren von Muffen, Schellen oder Krümmungen der Altleitung erreicht werden.
Vorzugsweise wird die Altleitung mit einem Bohrwerkzeug in Form einer offenen Manschette oder einer gekrümmten Schaufel zu 60% umgriffen. Bei einer anderen Ausführungsform besitzt das Bohrwerkzeug eine schraubenförmige Ausgestaltung, die besonders für das Überfahren von Muffen und Abzweigungen geeignet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Austrittsdüsen für eine Spülflüssig- keit aufweisen, die so ausgerichtet sein können, daß ein ringförmiger Spülraum entsteht. Die Düsen können dabei einen fächerförmigen Düsenkranz ausbilden, der trotz des fehlenden Ringschlußes des Bohrwerkzeugs zu einem vollständigen Freispülen des Altrohrs führt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Bohrwerkzeug eine Schneidfläche auf, mit der Hindernisse, wie beispielsweise Abzweigungen, abgetrennt werden können. Ferner kann die Vorrichtung eine Steuerfläche aufweisen, mit der Hindernisse gezielt angefahren und gegebenenfalls unter Wiederholung des Vorganges abgetrennt werden können.
Die besondere Geometrie der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es, Hindernisse ohne Schwierigkeiten zu umfahren und bei bevorzugter Ausgestaltung dem Verlauf des Altrohres zwangsweise zu folgen, so daß auch Krümmungsabschnitte des Rohres zielsicher überwunden werden, ohne daß das Bohrwerkzeug die Rohrtrasse verläßt. Die Erfindung ist insbesondere für den Austausch langer Rohrabschnitte geeignet, da diese nun erstmalig ohne Behinderung freigeräumt werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für den Austausch von Altleitungen beliebigen Materials und erlaubt es, problemlos Neurohre des gleichen oder größeren Durchmessers in den Erdkanal einzuziehen.
Die Vorrichtung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 : die Erfindung in manschetten- oder schaufeiförmiger Ausgestaltung;
Fig. 2: eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 1 ;
Fig. 3: eine Vorderansicht auf die Stirnfläche der Ausführungsform der
Fig. 1 und
Fig. 4: eine schraubenförmige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Bohrwerkzeugs;
Fig. 5 bis 7: weitere Ausführungsformen des Bohrwerkzeuges.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Bohrwerkzeug 1 mit Düsen 2 und einer Steuerfläche 3 auf. Durch die geometrische Ausgestaltung des in Fig. 1 dargestellten Bohrwerkzeugs weist dieses eine wannenförmige Innenfläche 6 auf, die an dem äußeren Altleitungs- oder Rohrumfang anliegt. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die am Außenmantel der Rohrleitung anliegende Führungsfläche durch die Innenfläche 6 des schraubenförmig ausgestalteten Bohrkopfes 1 ausgebildet. Das Bohrwerkzeug weist stirnseitig eine Schneidkante 8 auf, mit der Hindernisse vom Außenmantel der Leitung entfernt werden können. Die offene Gestaltung des Bohrwerkzeugs erlaubt es aber auch, Hindernisse zu umfahren.
Bei den Düsen 2 handelt es sich vorzugsweise um Hochdruckdüsen, mit denen ein Wasserstrahl, eine Bentonitsuspension oder ein anderes Spülmedium in den Ringraum eingebracht wird. Die Düsen sind kranzförmig auf der Stirnseite des Bohrwerkzeugs 1 angeordnet und so ausgerichtet, daß das Altrohr vollständig umspült wird (Fig. 3).
Zum Auswechseln einer Altleitung wird das Bohrwerkzeug mit einem Schubgestänge verbunden und in einer Startgrube auf die dort freigelegte Altleitung aufgesetzt. Daraufhin wird das Werkzeug 1 unter Einsatz der Spüldüsen 2 an dem Rohr entlang vorangetrieben und das Rohr mit Hilfe des Spülmediums vollständig umspült. Beim Auftreffen auf ein Hindernis wird dieses entweder durch gezielte gestängevermittelte Rotation des Bohrwerkzeugs umfahren oder in einem oder in mehreren Schritten durch Aufbringen der erforderlichen Schubkraft zerstörend überwunden. Nach dem Freiräumen der Altleitung kann diese problemlos aus dem Erdreich entfernt und durch eine neue Leitung ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Bohrwerkzeug zum Erzeugen einer Umfangsbohrung an einer im Erdreich verlegten Leitung, das so ausgebildet ist, daß die Leitung zu mehr als 50%, jedoch ohne Ringschluß umgreifbar ist.
2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die
Leitung zu 60% umgreifbar ist.
3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Form einer Schaufel oder einer offenen Manschette oder eines angeschnittenen Halbkegels.
4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine schraubenförmige Ausgestaltung.
5. Vorrichtung zum Erzeugen einer Umfangsbohrung an einer im Erdreich verlegten Leitung mit Hilfe eines Schubkopfes (1 ), der die Leitung umgreift und mittels eines Schubantriebs über die Altleitung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkopf offen ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schubkopf (1 ) mit einem Schubgestänge verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkopf (1) Austrittsdüsen (2) für eine Spülflüssigkeit aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüsen (2) so ausgerichtet sind, daß ein ringförmiger Spülraum ent- steht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen gebogenen fächerförmig aufgehenden Düsenkranz.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeich- net, daß der Schubkopf (1 ) eine Schneidfläche oder mehrere Schneidflächen (8) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkopf (1 ) eine Steuerfläche (3) aufweist.
12. Verfahren zum Erzeugen einer Umfangsbohrung um eine im Erdreich verlegte Altleitung, gekennzeichnet durch
Aufsetzen eines Bohrwerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Altleitung,
Überfahren der Altleitung mit dem Bohrwerkzeug (1 ), gezieltes Anfahren von Hindernissen, Abtrennen der Hindernisse von der Altleitung.
13. Verfahren zum grabenlosen Ersetzen und/oder Entfernen im Erdreich verlegter Leitungen, gekennzeichnet durch
Aufbringen eines Bohrwerkzeugs (1 ) auf die Altleitung, Erzeugen eines mindestens einen Kreisabschnitt des Altleitungs- umfangs erfassenden Raumes,
Zuschalten einer Spülvorrichtung, Freispülen eines Ringraumes Vorantreiben des Bohrwerkzeugs.
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