VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BILDUNG EINER UNTERIRDISCHEN ROHRLEITUNG |
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申请号 | EP16176198.6 | 申请日 | 2016-06-24 | 公开(公告)号 | EP3112580A1 | 公开(公告)日 | 2017-01-04 |
申请人 | Zimmer, Werner; | 发明人 | Zimmer, Werner; | ||||
摘要 | Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer unterirdischen Rohrleitung. Erfindungsgemäß wird von einem Hohlraum (9,10) im Boden aus eine Bohrung (8) mit horizontaler Richtungskomponente unter Verwendung eines Bohrwerkzeugs (2), das einen hohlen Bohrerschaft (4) umfasst, in den Boden (7) eingebracht, wobei der Bohrerschaft (4) nach Einbringung des Bohrwerkzeugs (2) im Boden (7) verbleibt und die Rohrleitung (41) durch den Bohrerschaft (4) gebildet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. |
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权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer unterirdischen Rohrleitung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein solches Verfahren ist aus dem Tiefbau bekannt. Zur Verbindung von vertikalen Schächten wird mit einem Bagger eine Grube ausgehoben, in der die Rohrleitung verlegt wird. Danach wird die Grube mit dem zuvor entnommenen Erdreich verschlossen. Dieses Verfahren wird z.B. angewandt, wenn eine beschädigte Rohrleitung einer Kanalisation ausgetauscht werden muss. Als nachteilig bei diesem Verfahren erweist sich der große Aufwand, der zum Aushub der Grube betrieben werden muss. Darüber hinaus kann der Aushub problematisch sein, wenn dazu beispielsweise eine Straße gesperrt werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Vergleich zum Stand der Technik einfacheres Verfahren zur Bildung der unterirdischen Rohrleitung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass von einem Hohlraum im Boden aus eine Bohrung mit horizontaler Richtungskomponente unter Verwendung eines Bohrwerkzeugs, das einen hohlen Bohrerschaft umfasst, in den Boden eingebracht wird, der Bohrerschaft nach Einbringung des Bohrwerkzeugs im Boden verbleibt und die Rohrleitung durch den Bohrerschaft gebildet wird. Die Bildung der Rohrleitung durch den hohlen Bohrerschaft aus dem Hohlraum heraus eröffnet die Möglichkeit, die Bohrung und Verlegung der Rohrleitung in einem einzigen Verfahrensschritt durchzuführen. Da sich die Bohrung und Verlegung gänzlich unterirdisch durchführen lässt, muss kein Material von der Erdoberfläche abgetragen werden und es müssen dafür keine Vorkehrungen getroffen werden. Die Bohrung kann als Sacklochbohrung oder als Verbindungsbohrung zwischen zwei Hohlräumen, vorzugsweise zwei Schächten, ausgebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Bohrerschaft aus mindestens zwei rohrförmigen, an ihren Enden miteinander verbindbaren Segmenten gebildet. Zum Aufbau des Bohrerschafts werden sukzessive zusätzliche Segmente an ein von einer Bohrkrone abgewandtes Ende des Bohrerschafts angebracht, um den Bohrerschaft zu verlängern. Auf diese Weise lassen sich Rohrleitungen bilden, deren Längen ein Vielfaches des Durchmessers des Hohlraums betragen können. Vorteilhaft können die Arbeiten auch aus engen Schächten heraus durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise sind die Segmente zu Ihrer Verbindung an Ihren Enden mit Gewinden versehen, wobei die Segmente vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass die Außenflächen jeweilig benachbarter Segmente bündig miteinander abschließen. Vorzugsweise sind die Gewinde in einer derartigen Richtung vorgesehen, dass die Segmente durch das beim Bohren aufgebrachte Drehmoment miteinander verschraubt werden. Zum Zusammensetzen des Bohrerschafts müssen die Segmente dann zwar ineinander geschraubt werden, nicht notwendig aber ist, sie fest miteinander verschrauben oder sie in der verschraubten Position gesondert zu fixieren. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Boden herausgetrenntes Bodenmaterial, welches sich beim Bohren in dem Bohrerschaft anordnet, mittels einer Spülflüssigkeit aus dem Bohrerschaft ausgespült. Zweckmäßigerweise wird die Spülflüssigkeit entlang der Außenseite des Bohrerschafts bewegt. Zwischen der Außenfläche des Bohrerschafts und dem Erdreich bildet sich durch die entlang der Außenseite des Bohrerschafts strömende Spülflüssigkeit ein Schmierfilm, der beim Bohren zwischen der Bohrerschaftaußenfläche und dem Boden auftretende Reibkräfte reduziert, sodass zum Einbringen der Bohrung in den Boden, der insbesondere durch Erdboden, Gestein, Beton und/oder Kombinationen davon gebildet sein kann, lediglich ein vergleichsweise geringes Drehmoment notwendig ist. Außerdem erweist sich als vorteilhaft, dass durch die Spülflüssigkeit Bodenmaterial im Bereich der Bohrkrone aufgelockert wird und das Bohren dadurch erleichtert wird. Ferner wird durch die Ausbildung des Schmierfilms vermieden, dass sich der Bohrerschaft in der Bohrung festsetzt. Vorzugsweise wird die Spülflüssigkeit entlang der Außenseite des Bohrerschafts bis zu einer Bohrkrone, die an einem Ende des Bohrerschafts angeordnet ist, und durch die Bohrkrone hindurch in das Innere des Bohrerschafts bewegt. Bodenmaterial, das sich beim Bohren im Innern des Bohrerschafts ansammelt und durch einen Bohrkern und/oder durch beim Bohren zerkleinertes Material gebildet ist, wird entgegen der Bohrrichtung aus dem Bohrerschaft bewegt und an dem Ende des Bohrerschafts, der in dem genannten Hohlraum angeordnet ist, aus dem Bohrerschaft entnommen. Zwar wäre es auch möglich, die Spülflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung, d.h. zunächst innerhalb des Bohrerschaftes durch die Bohrkrone hindurchzuführen und dann auf der Außenseite des Bohrerschafts zu bewegen. Dies hat sich gegenüber der vorgenannten Variante allerdings als nachteilig erwiesen, da dann größere Mengen des zerkleinerten Materials entlang der Außenseite des Bohrerschafts zu bewegen sind und den Bohrvorgang stören können. In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innendurchmesser der Bohrkrone kleiner ist als der Innendurchmesser des Bohrerschafts, um zwischen der Außenfläche des Bohrkerns und der Innenfläche des Bohrerschafts in Axialrichtung des Bohrerschafts gesehen einen Spalt zu bilden. Dadurch wird ein Raum gebildet, durch den die Spülflüssigkeit ablaufen kann, und darüber hinaus vermieden, dass sich der Bohrkern in dem Bohrerschaft festsetzt. Zweckmäßigerweise weist der Spalt eine Breite ≤ 10 mm, bevorzugt ≤ 5 mm, auf. Abhängig vom Bodenmaterial kann auch eine Breite ≤ 3 mm ausreichend sein. Ergänzend oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser der Bohrkrone größer ist als der Außendurchmesser des Bohrerschafts, um zwischen der Außenfläche des Bohrerschafts und der Innenwand der Bohrung in Axialrichtung des Bohrerschafts gesehen einen Spalt zu bilden, der den Bohrerschaft vorzugsweise vollständig umgibt. Der Spalt dient zum einen zur Zuführung der Spülflüssigkeit, zum anderen bildet sich in ihm der genannte Schmierfilm aus. Auch dieser Spalt weist zweckmäßigerweise eine Breite ≤ 10 mm, vorzugsweise ≤ 5 mm, auf. Auch hier kann je nach Bodenmaterial eine Breite ≤ 3 mm ausreichend sein. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als die Spülflüssigkeit eine, vorzugsweise aufquellende, insbesondere Bentonit aufweisende, Flüssigkeit, verwendet. Vorteilhaft kann die Spülflüssigkeit, wenn sie aufquillt, nach Abschluss der Bohrung den zwischen Bohrerschaft und Innenwand der Bohrung gebildeten Raum und/oder im Boden vorhandene Hohlräume verschließen und dadurch die unterirdische Rohrleitung stabilisieren. Zweckmäßigerweise wird in dem genannten Hohlraum, von dem aus die Bohrung vorgenommen wird, insbesondere an einer Innenwand des Hohlraums, eine Dichtungseinrichtung angeordnet, die einen in der Bohrung angeordneten Abschnitt Außenfläche des Bohrerschafts gegen den Hohlraum, insbesondere den zwischen der Bohrerschaftaußenfläche und einer Bohrungsinnenwand gebildeten Spalt, abdichtet. Die Dichtungseinrichtung weist vorzugsweise einen Befestigungsring zur Befestigung der Dichtungseinrichtung in dem Hohlraum, einen Dichtungsring, der zur Auflage auf der Außenfläche des Bohrerschafts vorgesehen ist und ggf. einen Klemmring auf, mittels dessen der Dichtungsring an dem Befestigungsring gehalten wird. Der Dichtungsring wird zweckmäßigerweise mit seiner Innenseite dichtend auf der Außenseite des Bohrerschafts aufgelegt, so dass der ringförmige Spalt von dem Dichtungsring vollständig überdeckt wird. Vorteilhaft lässt sich bei Bohrung und Verlegung unterhalb des Grundwasserspiegels durch die Dichtungseinrichtung vermeiden, dass Grundwasser durch den Spalt in den Hohlraum eindringt. In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Spüleinrichtung auf, mittels derer sich die Spülflüssigkeit in die Bohrung, insbesondere den zwischen der Bohrerschaftaußenfläche und der Innenwand der Bohrung gebildeten Spalt einbringen lässt. Eine solche Spüleinrichtung kann zur Regelung einer Spülmitteldurchflussmenge, einer Spülmittelströmungsgeschwindigkeit und/oder eines Drucks, mit dem das Spülmittel in die Bohrung eingebracht wird, eingerichtet sein. Ferner kann die Spüleinrichtung mit einer Messeinrichtung ausgestattet sein, die die Differenz zwischen der Menge an eingebrachter Spülflüssigkeit und der Menge an Spülflüssigkeit, die aus dem Bohrerschaft ausgespült wird, bestimmt. Durch eine solche Messung kann Information über eine Beschaffenheit des Bodens, insbesondere über die Porosität des Bodens oder ggf. vorhandene Hohlräume, gewonnen werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Halten, Bewegen und Führen des Bohrwerkzeugs, die vorzugsweise zur Anordnung in dem Hohlraum vorgesehen ist. Eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Bohrung kann, insbesondere um sie außerhalb des Hohlraums, z.B. auf der Erdoberfläche neben dem Hohlraum, anordnen zu können, räumlich von der Bewegung-, Haltungs- und Führungseinrichtung getrennt sein. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer Spritzeinrichtung versehen, mittels derer sich ein flüssiges, aushärtbares Stützmaterial, vorzugsweise Beton, in Bohrrichtung gesehen vor dem Bohrerschaft und der Bohrkrone in den Boden einbringen lässt. Die Spritzeinrichtung weist vorzugsweise eine Lanze auf, durch die hindurch das flüssige Stützmaterial in den Boden eingebracht werden kann und die derart in den Boden eingeschoben wird, dass ihr Ende, durch das hindurch das Stützmaterial austritt, in Bohrrichtung gesehen vor dem Bohrkopf angeordnet ist. Mittels des Stützmaterials kann poröser oder instabiler Boden, in welchem die Rohrleitung gebildet werden soll, verfestigt werden. Dadurch kann zum einen sichergestellt werden, dass die Rohrleitung in einer gewünschten Richtung verlegt werden kann, zum anderen lässt sich die Rohrleitung durch das Stützmaterial besser im Boden abstützen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Stützmaterial gleichzeitig mit der Bohrung eingebracht, wobei zweckmäßigerweise Stützmaterial verwendet wird, dass derart schnell aushärtet, dass schon verhältnismäßig kurze Zeit, vorzugsweise höchstens 5 min, nach dem Spritzen in das verfestigte Stützmaterial gebohrt werden kann. Als das Stützmaterial eignet sich z.B. schnellhärtender Beton oder ein Duroplast, beispielsweise ein Gießharz. Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen jeweils im Schnitt:
Ausgehend vom Schacht 9 wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine sich in horizontaler Richtung (Pfeil 43) erstreckende, aus rohrförmigen Segmenten 20-22 des Bohrerschafts 4 gebildete unterirdische Rohrleitung 41, die zur Bildung einer neuen Verbindung des Schacht 9 mit dem Schacht 10 vorgesehen ist, in den Erdboden 7 eingebracht. Die fertiggestellte Rohrleitung 41 zeigt Eine in Wie Die Bohrvorrichtung 2 umfasst ferner eine Einrichtung 11 zur Ausrichtung des Bohrerschafts 4 während des Bohrens und Mittel 13 zur Befestigung der Bohrvorrichtung 2 in dem Schacht 9, mittels derer die Bohrvorrichtung 2 an einer Innenwand 14 der Schachtwand in dem Schacht 9 festklemmt wird. Die Befestigungsmittel 13 liegen dazu an einander gegenüberliegenden Wandabschnitten der Innenwand 14 des Schachts 9 unter Bildung einer kraftschlüssigen Verbindung an. Die Bohrvorrichtung 2 weist ferner eine Antriebseinheit 15 und eine Einrichtung 16 zum Steuern und/oder Regeln der Antriebseinheit 15 und einer nachfolgend erläuterten Spüleinrichtung 24 auf, die außerhalb des Schachts 9 angeordnet werden können. Die Antriebseinheit 15, die vorzugsweise ein Hydraulikaggregat umfasst, erzeugt eine Kraft, welche über eine Verbindungsleitung 17 an die Antriebseinrichtung 6 übertragen wird und dort in das Drehmoment zum Bohren und eine Vortriebskraft des Bohrwerkzeugs 2 umgewandelt wird. Außerdem ist die Bohrvorrichtung 2 mit einer Dichtungseinrichtung 40 versehen, durch die die Segmente 20-22 des Bohrerschafts 4 hindurch geführt werden und die an einer Schachtwand 14 des Schachts 9 angeordnet ist. Die Dichtungseinrichtung 40 umfasst einen an der Schachtwand zu befestigenden Metallring 45, einen Klemmring 46 sowie einen zwischen Klemmring 46 und Metallring 45 zu verklemmenden Dichtungsring 47, der zur Anlage auf einer Außenseite des Bohrerschafts 4 vorgesehen ist. Durch die Dichtungseinrichtung 40 wird vermieden, dass aus dem die Bohrung umgebenden Bereich Grundwasser in den Schacht 9 eindringt. Auf diese Weise wird eine Verlegung der Rohrleitung unterhalb des Grundwasserspiegels ermöglicht. Die rohrförmigen Segmente 20,21 des Bohrerschafts 4 sind an ihren Enden mit Gewinden versehen, mittels derer sie sich miteinander verschrauben lassen. Die Segmente 20-22 sind bevorzugt aus einem Edelstahl gebildet, das eine ausreichend hohe Festigkeit zur Übertragung des Drehmoments zum Bohren und geeignete Korrosionseigenschaften aufweist. Es versteht sich, dass die Segmente 20-22 auch aus anderen Materialien wie z.B. Aluminium, Verbundwerkstoffen, Stahl und/oder Gusseisen gebildet sein könnten. Durch eine im Inneren des Bohrerschafts 4 gebildete Spülflüssigkeitsströmung wird beim Bohren zerspantes Material von der Bohrkrone 5 weg hin zum Schacht 9 transportiert (Pfeil 29,30) und einer Sammeleinrichtung 31 zugeführt, die sich vorzugsweise außerhalb des Schachts 9 befindet und für die eine eigene Pumpe vorgesehen sein kann. Falls z.B. in Beton oder Gestein gebohrt wird und der Bohrkern zu stabil ist, um unter der Wirkung der Spülflüssigkeit zu zerfallen, kann er mittels einer gesonderten Bohreinrichtung vom Schacht 9 aus aufgebohrt und damit aufgebrochen werden oder nach Fertigstellung der Bohrung aus der Rohrleitung 41 herausgedrückt werden. Im Folgenden wird der Ablauf des Verfahrens erläutert, bei dem eine horizontale, unterirdische Rohrleitung 41 in den Erdboden 7 eingebracht wird. Zunächst wird in die Innenwand 14 des Schachts 9 eine Schachtwandbohrung vorgesehen, durch die hindurch sich der aus dem ersten Segment 20 gebildete Bohrerschaft 4 mit der an einem Ende des Segments 20 angeordnete Bohrkrone 5 führen lässt, und die Dichtungseinrichtung 40 an der Innenwand 14 befestigt. Anschließend wird die Bohrvorrichtung 2 auf dem Boden des Schachts 9 positioniert und mittels der Befestigungsmittel 13 an Wandabschnitten des Schachts 9 an der Innenwand 14 fixiert. Danach wird in die Ausrichtungseinrichtung 11 das Segment 20 eingebracht, an welches an einem Ende die Bohrkrone 5 angebracht ist. Die der Bohrkrone 5 abgewandte Seite des Segments 20 wird mit der Antriebseinrichtung 6 derart verbunden, dass das den Bohrerschaft bildende Segment 20 das Drehmoment zum Bohren auf die Bohrkrone 5 übertragen kann. Danach werden die Bohrkrone 5 und das erste Segment 20 durch den Dichtungsring 46 der Dichtungseinrichtung 40 hindurch bewegt und mit der Bohrung begonnen. Während der Bohrung wird mittels der Spüleinrichtung 24 die Spülflüssigkeit in den ringförmigen Spalt 25 eingebracht ( Sobald so weit gebohrt worden ist, dass sich in der Bohrvorrichtung 2 ein weiteres Segment 21 anordnen lässt, wird die Bohrung gestoppt und das Segment 21 in die Bohrvorrichtung 2 eingesetzt und mit einem Ende mit dem der Bohrkrone 5 abgewandten Ende des Segments 20 verbunden. Das andere Ende des Segments 21 wird in der Antriebseinrichtung 6 fixiert. Danach wird der Bohrvorgang fortgesetzt und der Bohrerschaft 6 nach Bedarf in gleicher Weise sukzessive immer weiter verlängert. Wenn die Bohrkrone 5 den anderen Schacht 10 erreicht, wird sie von dem Segment 20 abgenommen und das Ende des Segments 20 in dem Schacht befestigt sowie abgedichtet. Die Dichtungseinrichtung 40 und die Bohrvorrichtung 2 werden aus dem Schacht 9 entfernt und das letzte eingesetzte Segment 22 im Schacht 9 befestigt und das Segment 22 gegen die Innenwand des Schachts 9 abgedichtet. Der Bohrerschaft 4 verbleibt im Erdboden 7 und bildet die unterirdische Rohrleitung 41, die nun funktionstüchtig ist. Es wird nun auf die Eine weitere erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 2a, die sich insbesondere für die Bildung der unterirdischen Rohrleitung in weichen, instabilen und/oder porösen Böden eignet, unterscheidet sich von derjenigen nach den Durch eine Austrittsöffnung 37 der Lanze 35 wird im Bereich vor einer auszuführenden Bohrung ein aushärtbares Material, z.B. schnellhärtender Beton, in den Erdboden 7a eingespritzt, um den Bereich im Boden 7a zu stabilisieren. Sobald das Material ausgehärtet ist, wird die Bohrung wie oben anhand der Je nach Bohrgeschwindigkeit und Anordnung der Lanze 35 im Verhältnis zur Bohrkrone 5a, insbesondere im Abstand zwischen der Spitze der Lanze 35 und der Bohrkrone 5a, erfolgt das Einspritzen des Materials in den Boden 7a und die darauffolgende Bohrung des Materials Schritt für Schritt oder kontinuierlich. |