BE1020365A4

BE1020365A4 - DEVICE AND METHOD FOR DRILLING SHAFTES IN A SURFACE MADE OF ROCK, CLAY AND / OR RELATED MATERIALS.

Info

Publication number: BE1020365A4
Application number: BE2012/0003A
Authority: BE
Inventors: Koen Vanderbeke; Luc Vandenbulcke; Dieter Rabaut
Original assignee: Geosea N V
Priority date: 2012-01-02
Filing date: 2012-01-02
Publication date: 2013-08-06
Also published as: DK2615239T3; PL2615239T3; EP2615239B1; EP2615239A1

Description

Inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrondDevice and method for drilling shafts in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials

Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Met de uitdrukking “rots, klei en/of aanverwante materialen” worden diverse grondspecies bedoeld die de grondlagen van een waterbekken of een terrein tot op een zeer variabele diepte kunnen vormen. Dergelijke grondlagen behoren bijvoorbeeld tot zeearmen, stromen en rivieren, dokken, spaarbekkens, toegangsgeulen tot sluizen of insteekdokken en zeegebieden voor de kust. Ook rotsbodems behoren tot deze grondspecies. Boren van een schacht kan bijvoorbeeld nodig zijn om palen in de ondergrond aan te brengen of palen te verwezenlijken door tijdens of na het boren de schacht vol te storten met een bindmiddel, en dit uit te harden.The present invention relates to a device and method for drilling shafts in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials. By the expression "rock, clay and / or related materials" is meant various soil species that can form the soil layers of a water basin or a terrain to a very variable depth. Such soil layers belong to, for example, sea inlets, streams and rivers, docks, reservoirs, access channels to locks or docks and sea areas off the coast. Rock soils also belong to these soil species. Drilling a shaft may, for example, be necessary to place piles in the subsurface or to realize piles by filling the shaft with a binder during or after drilling, and curing it.

Inrichtingen en werkwijzen voor het boren van schachten zijn bijvoorbeeld van voordeel bij het aanbrengen van dukdalven, meerpalen en/of palen van aanlegsteigers (‘berthing’) in harde bodems. Een andere geschikte toepassing omvat het aanbrengen van paalfunderingen in onderwaterbodems waarop jackets en/of monopiles voor windturbines kunnen worden geplaatst.Devices and methods for drilling shafts are, for example, advantageous when installing dike vals, mooring posts and / or posts of jetties ("berthing") in hard soils. Another suitable application comprises the installation of pile foundations in underwater soils on which jackets and / or monopiles for wind turbines can be placed.

Een bekende werkwijze voor het boren van holten of schachten in uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande grondlagen omvat het in de grond aanbrengen van een hoorbuis, het in de hoorbuis neerlaten van een uit segmenten opgebouwde boorstreng voorzien van een boorkop met snijwerktuigen, het vervolgens in rotatie brengen van de boorstreng in de hoorbuis zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt, en het afVoeren van het losgewerkte grondmateriaal. Om de gewenste boordiepte te kunnen bereiken wordt in de bekende werkwijze de boorstreng verlengd door hieraan segmenten toe te voegen. Hiertoe moet de boorstreng in zijn geheel boven het maaiveld worden gebracht en eventueel worden geroteerd naar een horizontale stand. Na de verlening van de boorstreng wordt deze opnieuw in de hoorbuis aangebracht en in rotatie gebracht, waarbij een grotere diepte kan worden bereikt.A known method for drilling cavities or shafts in soil layers consisting of rock, clay and / or related materials comprises arranging a hearing tube in the ground, lowering a segment of drill string comprising a drill head with cutting tools, subsequently rotating the drill string in the hearing tube so that soil material is loosened as a result of the cutting action of the cutting tools, and discharging the loosened soil material. In order to achieve the desired drilling depth, the drill string is lengthened in the known method by adding segments thereto. For this purpose, the drill string must be brought in its entirety above ground level and possibly rotated to a horizontal position. After the drill string has been extended, it is reinserted into the hearing tube and rotated, whereby a greater depth can be achieved.

De bekende werkwijze heeft onder andere het nadeel dat veel tijd verloren gaat bij het verlengen van de boorstreng. Dit komt het rendement van het boren niet ten goede, waaronder wordt verstaan dat de hoeveelheid uitgeboord grondmateriaal per tijds- en vermogenseenheid verder kan worden verhoogd.The known method has, inter alia, the disadvantage that much time is lost in extending the drill string. This does not improve the efficiency of drilling, which is understood to mean that the amount of drilled soil material per unit of time and power unit can be further increased.

De uitvinding beoogt in een werkwijze en inrichting te voorzien voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond, die onder andere bovengenoemd nadeel tenminste gedeeltelijk ondervangt.The invention has for its object to provide a method and device for drilling shafts in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials, which at least partially overcomes the above-mentioned drawback.

De uitvinding voorziet hiertoe in een inrichting voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond, omvattende een hoorbuis en middelen voor het in de grond aanbrengen van de hoorbuis; en een in de hoorbuis middels een flexibele ophanging neerlaatbaar boormiddel; waarbij het boormiddel een holle boorstreng voorzien van een boorkop met snijwerktuigen, en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng omvat, en waarbij het boormiddel verder is voorzien van vastzetmiddelen waarmee het boormiddel in de hoorbuis kan worden vastgezet, en van op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal.To this end, the invention provides a device for drilling shafts in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials, comprising a hearing tube and means for mounting the hearing tube in the ground; and a drilling means that can be lowered into the hearing tube by means of a flexible suspension; wherein the drilling means comprises a hollow drill string provided with a drill bit with cutting tools, and means for rotating the drill string, and wherein the drilling means is further provided with securing means with which the drilling means can be fixed in the hearing tube, and with on the hollow drill string connected drainage means for loosely worked soil material.

Met de inrichting volgens de uitvinding kan een werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond worden uitgevoerd, omvattende het in de ondergrond aanbrengen van een hoorbuis op een eerste diepte en wel dusdanig dat deze in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde, het in de hoorbuis middels een flexibele ophanging neerlaten van een boormiddel, dat een holle boorstreng voorzien van een boorkop met snijwerktuigen en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng omvat, het vastzetten van het boormiddel in de hoorbuis, het vervolgens in rotatie brengen van de boorstreng in de hoorbuis zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt, en het afvoeren van het losgemaakte grondmateriaal via op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen.With the device according to the invention, a method for drilling shafts in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials can be carried out, comprising arranging a hearing tube in the substrate at a first depth and in such a way that it substantially does not allow water to pass through on its underside, lowering a drilling means into the hearing tube by means of a flexible suspension, which comprises a hollow drill string provided with a drill bit with cutting tools and means for rotating the drill string, fixing the drilling means in the hearing tube subsequently rotating the drill string in the hearing tube so that soil material is loosened by the cutting action of the cutting tools, and discharging the loosened soil material via discharge means connected to the hollow drill string.

Gebleken is dat met de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding het boorrendement aanmerkelijk wordt verhoogd ten opzichte van de bekende werkwijze, onder andere doordat de boorkop dieper in de ondergrond kan worden gebracht zonder dat een tijdrovende verlenging van de boorstreng door het aanbrengen van bijkomende boorstreng segmenten hiervoor noodzakelijk is. Volgens de uitvinding immers omvat het in de hoorbuis neerlaatbare boormiddel de middelen die noodzakelijk zijn voor het in rotatie brengen van de boorstreng (en snijwerktuigen). Door het boormiddel met de vastzetmiddelen zowel in de lengterichting van de hoorbuis als loodrecht daarop (de radiale richting) te verankeren tegen de binnenwand van de hoorbuis kunnen de boorkrachten effectief worden opgevangen door deze krachten door te leiden naar de hoorbuis. Doordat de lengte van de boorstreng relatief kort is (deze komt ongeveer overeen met de lengte van het boormiddel) kan het boorkoppel met weinig of geen verlies worden overgedragen op de ondergrond.It has been found that with the method and device according to the invention the drilling efficiency is considerably increased compared to the known method, inter alia because the drill bit can be brought deeper into the subsurface without a time-consuming extension of the drill string due to the addition of additional drill string segments. is necessary for this. After all, according to the invention, the drilling means that can be lowered into the hearing tube comprises the means necessary for rotating the drill string (and cutting tools). By anchoring the drilling means with the fixing means both in the longitudinal direction of the hearing tube and perpendicular thereto (the radial direction) against the inner wall of the hearing tube, the drilling forces can be effectively absorbed by passing these forces on to the hearing tube. Because the length of the drill string is relatively short (this roughly corresponds to the length of the drilling means), the drilling torque can be transferred to the substrate with little or no loss.

Een verder voordeel van de uitvinding is dat ook de veiligheid van werken wordt verhoogd; er bevinden zich immers geen personen meer in de nabijheid van draaiende delen of op grote hoogtes, zoals het geval is bij de bekende werkwijze.A further advantage of the invention is that the safety of works is also increased; after all, there are no more people in the vicinity of rotating parts or at great heights, as is the case with the known method.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding omvat deze middelen voor het onderhouden van een waterkolom in de hoorbuis, welke waterkolom een stroming onderhoudt in de holle boorstreng ten behoeve van het afvoeren van het losgewerkte grondmateriaal. De in de hoorbuis aangebrachte waterkolom, die zich overigens uitstrekt tot in de ruimte tussen het in de hoorbuis neergelaten en in hoofdzaak coaxiaal met de hoorbuis opgestelde boormiddel, zorgt voor een drukverschil tussen de bovenzijde van de op de boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal en de onderzijde van de boorstreng, waarbij de druk aan de onderzijde uiteraard hoger is. Hierdoor wordt een stroming in de holle boorstreng - en dus ook in de op de boorstreng aangesloten afvoermiddelen - onderhouden, in welke stroming het losgewerkte grondmateriaal wordt afgevoerd naar de bovenzijde van de afvoermiddelen, die bijvoorbeeld een op de bovenzijde van de boorstreng aangesloten afvoerslang omvatten. Om niet onnodig waterdruk te verliezen, wordt de hoorbuis bij voorkeur op dusdanige wijze aangebracht dat deze in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde. Doorgaans wordt de hoorbuis hiertoe op of in de onder(water)grond geplaatst, zodat er een goede verzegeling en waterafdichting ontstaat aan het onderuiteinde van de hoorbuis. Indien de waterafdichting onvoldoende is kan ook met een (bagger-)pomp gewerkt worden voor het afvoeren van losgemaakt grondmateriaal. Omdat het boormiddel volgens de uitvinding in de hoorbuis dient opgenomen te worden heeft de hoorbuis ietwat grotere dwarsafmetingen dan het boormiddel. Bij voorkeur is de hoorbuis cilindrisch uitgevoerd, waarbij een, bij voorkeur eveneens in hoofdzaak cilindrisch, boormiddel in de hoorbuis neerlaatbaar is volgens een richting die overeenkomt met de lengterichting van de hoorbuis.In an embodiment of the device according to the invention, this comprises means for maintaining a water column in the hearing tube, which water column maintains a flow in the hollow drill string for discharging the loosely worked soil material. The water column arranged in the hearing tube, which, incidentally, extends into the space between the drilling means disposed in the hearing tube and arranged substantially coaxially with the hearing tube, causes a pressure difference between the top side of the discharge means for loosely worked soil material connected to the drill string and the underside of the drill string, whereby the pressure on the underside is of course higher. As a result, a flow in the hollow drill string - and thus also in the discharge means connected to the drill string - is maintained, in which flow the loosely worked raw material is discharged to the top of the discharge means, which comprise, for example, a discharge hose connected to the top of the drill string. In order not to lose unnecessary water pressure, the hearing tube is preferably arranged in such a way that it substantially does not allow water to pass through on its underside. To this end, the hearing tube is usually placed on or in the under (water) ground, so that a good seal and water seal are created at the bottom end of the hearing tube. If the water seal is insufficient, a (dredging) pump can also be used for the removal of loosened soil material. Because the drilling means according to the invention must be received in the hearing tube, the hearing tube has somewhat larger transverse dimensions than the drilling means. The hearing tube is preferably cylindrical, wherein a, preferably also substantially cylindrical, drilling means can be lowered into the hearing tube in a direction corresponding to the longitudinal direction of the hearing tube.

Een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding verschaft een inrichting, en meer in het bijzonder een boormiddel, dat middelen omvat voor het uit de hoorbuis brengen of in de hoorbuis terugtrekken van de boorkop. Deze uitvoeringsvorm maakt het mogelijk de boorkop in de lengterichting van de hoorbuis te verplaatsen over een bepaalde slaglengte, waarbij het boormiddel zich in vastgezette toestand bevindt, waardoor de boorkop een grotere diepte kan bereiken zonder dat het nodig is de verankering van het boormiddel teniet te doen. Hierbij kan de boorkop desgewenst dieper reiken dan de onderrand van de hoorbuis. Hoewel in beginsel elke slaglengte van de boorkop kan worden ingesteld is in een voorkeursuitvoeringsvorm de slaglengte van de boorkop beperkt tot 2 meter, en met meer voorkeur tot 1,5 m. Een dergelijke relatief beperkte slaglengte maakt het mogelijk de afmetingen van het boormiddel in de lengterichting van de hoorbuis eveneens te beperken tot 10 meter, met meer voorkeur tot 5 meter, en met de meeste voorkeur tot 3 meter.Another embodiment according to the invention provides a device, and more particularly a drilling means, which comprises means for bringing the drill bit out of the hearing tube or withdrawing it into the hearing tube. This embodiment makes it possible to move the drill bit in the longitudinal direction of the hearing tube over a certain stroke length, the drilling means being in a fixed condition, so that the drill bit can reach a greater depth without having to cancel the anchoring of the drilling means. . Here, the drill bit can, if desired, extend deeper than the lower edge of the hearing tube. Although in principle any stroke length of the drill bit can be set, in a preferred embodiment the stroke length of the drill bit is limited to 2 meters, and more preferably to 1.5 m. Such a relatively limited stroke length allows the dimensions of the drilling means in the The length of the hearing tube can also be limited to 10 meters, more preferably to 5 meters, and most preferably to 3 meters.

Het uit de hoorbuis kunnen brengen van de boorkop laat toe dieper dan de onderzijde van de hoorbuis liggende ondergrondlagen van een schacht te voorzien. Omdat aldaar de structuur van de ondergrond wordt verzwakt kan de hoorbuis gemakkelijker in de ondergrond dringen. Desgewenst kan gebruik worden gemaakt van het zogenaamde ‘underreaming’. In underreaming wordt de boorstreng aan het boorkopuiteinde voorzien van een constructie met radiaal uitklapbare zijarmen. Bij het boren met de armen in uitgeklapte toestand zal een boorgat ontstaan dat breder is dan de door de boorkop geboorde diameter. Hierdoor wordt de grond net onder de hoorbuis weg geboord en kan de hoorbuis dieper in de ondergrond zakken. Underreaming wordt ook toegepast als een bredere voet geboord moet worden om extra paaldraagvermogen of verankering te verkrijgen.Being able to bring the drill head out of the hearing tube makes it possible to provide a substrate for deeper layers lying underneath the bottom of the hearing tube. Because the structure of the substrate is weakened there, the hearing tube can penetrate the substrate more easily. If desired, use can be made of the so-called "underreaming". In underreaming, the drill string is provided at the drill bit end with a construction with radially extendable side arms. When drilling with the arms folded out, a borehole will be created that is wider than the diameter drilled by the drill bit. As a result, the soil is drilled away just below the hearing tube and the hearing tube can sink deeper into the surface. Underreaming is also used when a wider foot needs to be drilled to obtain extra pole support or anchoring.

Het boormiddel kan met elk hiertoe geschikt vastzetmiddel op de gewenste diepte in de hoorbuis worden vastgezet. Een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding verschaft een inrichting, waarbij de vastzetmiddelen in de lengterichting van de hoorbuis verlopende spievormige omtreksdelen omvatten die dusdanig samenwerken dat een onderlinge translatie van de omtreksdelen in de lengterichting zorgt voor een radiale klemkracht tussen het boormiddel en de hoorbuis. Gebleken is dat een dergelijke wijze van fixeren van het boormiddel ten opzichte van de hoorbuis een klemkracht levert die voldoende groot is om de tijdens het boren optredende krachten op te kunnen vangen en door te leiden naar de hoorbuis. De klemkracht zorgt er daarbij voor dat beweging van het boormiddel in de lengterichting van de hoorbuis en loodrecht daarop (in de omtreksrichting van de hoorbuis) in hoofdzaak wordt voorkomen.The drilling means can be fixed in the hearing tube with any suitable means for this purpose at the desired depth. A preferred embodiment according to the invention provides a device, wherein the fixing means comprise key-shaped circumferential parts extending in the longitudinal direction of the hearing tube and cooperating in such a way that mutual translation of the circumferential parts in the longitudinal direction provides a radial clamping force between the drilling means and the hearing tube. It has been found that such a method of fixing the drilling means relative to the hearing tube provides a clamping force that is sufficiently large to be able to absorb the forces occurring during drilling and to pass them on to the hearing tube. The clamping force ensures that movement of the drilling means in the longitudinal direction of the hearing tube and perpendicular thereto (in the circumferential direction of the hearing tube) is substantially prevented.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting omvatten de vastzetmiddelen, bij voorkeur hydraulische, vijzels voor het onderling transleren van de spievormige omtreksdelen in de lengterichting van de hoorbuis.In an embodiment of the device, the fixing means, preferably hydraulic, comprise jacks for mutually translating the key-shaped peripheral parts in the longitudinal direction of the hearing tube.

Hoewel de flexibele ophanging van het boormiddel elke geschikt middel kan omvatten, zoals bijvoorbeeld een kabel, heeft het voordelen van eenvoud om de inrichting volgens de uitvinding te kenmerken doordat de flexibele ophanging van het boormiddel de op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal omvatten.Although the flexible suspension of the drilling means can comprise any suitable means, such as, for example, a cable, it has advantages of simplicity to characterize the device according to the invention in that the flexible suspension of the drilling means comprises discharge means for loosely worked soil material connected to the hollow drill string.

De inrichting omvat middelen waarmee de hoorbuis in de ondergrond kan worden aangebracht. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarbij de middelen voor het in de ondergrond aanbrengen van de hoorbuis een oscillator omvatten. Het heeft voordelen de inrichting te voorzien op een hefplatform, dat in de nabijheid van de te vormen schachten wordt geankerd, maar dit is niet noodzakelijk volgens de uitvinding.The device comprises means with which the hearing tube can be arranged in the substrate. In an embodiment of the invention, a device is provided in which the means for placing the hearing tube in the substrate comprise an oscillator. It is advantageous to provide the device on a lifting platform that is anchored in the vicinity of the shafts to be formed, but this is not necessary according to the invention.

Een dergelijk hefplatform omvat in een uitvoeringsvorm een verstelbaar buitenboords frame (een ‘outrigger’) dat is voorzien van de middelen voor het in de grond aanbrengen van de hoorbuis, zoals bij voorkeur een oscillator. Bij voorkeur zijn de middelen voor het in de ondergrond aanbrengen van de hoorbuis ingericht om de hoorbuis onder een van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond aan te brengen. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de oscillator schamierbaar rond een in hoofdzaak horizontale as met het frame te verbinden zodat de oscillator kan worden gekanteld onder een van nul verschillende hoek met de horizontale richting. Met de verticale richting wordt in het kader van onderhavige aanvraag de richting aangeduid die in hoofdzaak loodrecht verloopt op het wateroppervlak. Met de horizontale richting wordt in het kader van onderhavige aanvraag de richting aangeduid die in hoofdzaak evenwijdig aan het wateroppervlak verloopt.In one embodiment such a lifting platform comprises an adjustable outboard frame (an "outrigger") which is provided with the means for mounting the hearing tube in the ground, such as preferably an oscillator. The means for mounting the hearing tube in the substrate are preferably adapted to place the hearing tube in the substrate at an angle different from zero with the vertical direction. This can be achieved, for example, by pivotally connecting the oscillator to the frame about a substantially horizontal axis so that the oscillator can be tilted at a different angle from the horizontal direction. In the context of the present application, the vertical direction denotes the direction that extends substantially perpendicularly to the water surface. In the context of the present application, the horizontal direction denotes the direction which extends substantially parallel to the water surface.

Een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding omvat een boorkop die is voorzien van op toevoerleidingen aangesloten en in hoofdzaak radiaal buitenwaarts gerichte spuitmonden, die zijn ingericht voor het onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond injecteren van een eerste fluïdum ter hoogte van de boorkop. Met behulp van onderhavige voorkeursuitvoeringsvorm kunnen de spuitmonden dusdanig zijn gepositioneerd dat deze het eerste fluïdum in hoofdzaak radiaal naar buiten injecteren in grondlagen, die zich op een grotere diepte bevinden dan het onderuiteinde van de hoorbuis. Gebleken is dat deze voorkeursuitvoeringsvorm het gebruik van een underreaming constructie overbodig maakt, waardoor de hoorbuis relatief eenvoudig op een grotere diepte kan worden gebracht. Bovendien wordt het rendement van het boren verder verhoogd. Inderdaad zorgen de radiaal buitenwaarts gerichte eerste fluïdumstralen er voor dat de ondergrond ter hoogte van de onderzijde van de hoorbuis tenminste gedeeltelijk wordt weggenomen of verzwakt zodat de hoorbuis dieper in de ondergrond kan zakken. Een extra voordeel hiervan is dat minder diep geboord hoeft te worden om een zelfde schachtdiepte te bereiken. Het eerste fluïdum kan elke injecteerbare stof omvatten, maar bijzonder geschikt is water, waaraan desgewenst toeslagstoffen zijn toegevoegd, zoals bijvoorbeeld abrasieve en andere schuurmiddelen.A further embodiment of the device according to the invention comprises a drill head which is provided with nozzles connected to supply lines and which are directed substantially radially outwards, which are adapted to operate under a first pressure of at least 200 bar, more preferably at least 350 bar, and with most preferably injecting at least 500 bar into the substrate of a first fluid at the height of the drill bit. With the aid of the present preferred embodiment, the nozzles can be positioned such that they inject the first fluid substantially radially outwards into primer layers which are at a greater depth than the lower end of the hearing tube. It has been found that this preferred embodiment makes the use of an underreaming construction superfluous, so that the hearing tube can be brought relatively easily to a greater depth. Moreover, the efficiency of drilling is further increased. Indeed, the radially outwardly directed first fluid jets ensure that the substrate at the level of the underside of the hearing tube is at least partially removed or weakened so that the hearing tube can sink deeper into the substrate. An additional advantage of this is that less deep drilling is required to achieve the same shaft depth. The first fluid can comprise any injectable substance, but particularly suitable is water to which, if desired, additives are added, such as, for example, abrasive and other abrasives.

Volgens nog een andere uitvoeringsvorm van de uitgevonden inrichting omvat deze tevens op toevoerleidingen aangesloten middelen die zijn ingericht voor het onder een tweede druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar injecteren van een tweede fluïdum in de holle boorstreng van het boormiddel ter hoogte van de boorkop. Het tweede fluïdum heeft bij voorkeur een lagere dichtheid dan water waardoor dit tweede fluïdum stijgt en uitzet in de boorstreng (en de hierop aangesloten afvoermiddelen), waardoor de stroming naar boven verder wordt ondersteund. Een bijzonder geschikt tweede fluïdum omvat lucht.According to yet another embodiment of the device according to the invention, it also comprises means connected to supply lines which are adapted to inject, under a second pressure of at most 50 bar, more preferably at most 30 bar, and most preferably at most 20 bar a second fluid in the hollow drill string of the drilling means at the height of the drill bit. The second fluid preferably has a lower density than water, as a result of which this second fluid rises and expands in the drill string (and the discharge means connected thereto), whereby the upward flow is further supported. A particularly suitable second fluid comprises air.

De uitvinding betreft eveneens een voor het met de inrichting uitvoeren van een werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Volgens de uitgevonden werkwijze wordt een hoorbuis in de ondergrond aangebracht op een eerste diepte en wel dusdanig dat deze bij voorkeur in hoofdzaak geen water doorlaat aan haar onderzijde. De hoorbuis wordt in de ondergrond aangebracht door bijvoorbeeld oscilleren, heien en/of trillen. Bij voorkeur wordt hierbij een hefplatform verschaft dat is voorzien van een verstelbaar buitenboords frame (ook wel aangeduid met de Engelse term ‘outrigger’), waarbij de hoorbuis vanaf het frame onder een desgewenst van nul verschillende hoek met de verticale richting in de ondergrond wordt aangebracht.The invention also relates to a method for drilling shafts into a substrate consisting of rock, clay and / or related materials for carrying out the device. According to the invented method, a hearing tube is arranged in the substrate at a first depth and in such a way that it preferably substantially does not allow water to pass through on its underside. The hearing tube is placed in the substrate by, for example, oscillating, driving and / or vibrating. A lifting platform is herein preferably provided which is provided with an adjustable outboard frame (also referred to by the term 'outrigger'), wherein the hearing tube is arranged from the frame at an angle of, if desired, different from zero with the vertical direction in the subsurface .

Vervolgens wordt in de boorbuis middels een flexibele ophanging een boormiddel neergelaten tot een hoogte in de nabijheid van de onderzijde van de boorbuis. Het boormiddel omvat een holle boorstreng die is voorzien van een boorkop met snijwerktuigen, en middelen voor het in rotatie brengen van de boorstreng, en wordt op de genoemde hoogte vastgezet in de boorbuis. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze omvatten de vastzetmiddelen in de lengterichting van de boorbuis verlopende spievormige omtreksdelen die dusdanig samenwerken dat een onderlinge translatie van de omtreksdelen in de lengterichting zorgt voor een radiale klemkracht tussen het boormiddel en de boorbuis, waarbij de spievormige omtreksdelen worden getransleerd totdat een radiale klemkracht tussen het boormiddel en de boorbuis wordt bereikt die voldoende is om het boormiddel zowel in de lengterichting van de boorbuis als in de rotatierichting van de boorkop in hoofdzaak vast te zetten.A drilling means is then lowered into the drill pipe by means of a flexible suspension to a height in the vicinity of the underside of the drill pipe. The drilling means comprises a hollow drill string provided with a drill bit with cutting tools, and means for rotating the drill string, and is fixed at said height in the drill pipe. In a preferred embodiment of the method, the fixing means comprise key-shaped circumferential parts running in the longitudinal direction of the drill pipe, which co-operate such that a mutual translation of the circumferential parts in the longitudinal direction ensures a radial clamping force between the drilling means and the drill pipe, wherein the key-shaped circumferential parts are translated until a radial clamping force between the drilling means and the drill pipe is achieved that is sufficient to substantially fix the drilling means both in the longitudinal direction of the drill pipe and in the direction of rotation of the drill bit.

Vervolgens wordt de boorstreng (en dus ook de boorkop) in rotatie gebracht in de boorbuis zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt. Hierbij kan het grondmateriaal zowel een in de boorbuis gevormde grondprop zijn, als zich dieper dan de onderzijde van de boorbuis bevindend grondmateriaal. Het losgemaakte grondmateriaal wordt afgevoerd via op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen, bijvoorbeeld in de vorm van een flexibele afvoerslang. Een voorkeurs werkwijze omvat het in de boorbuis aanbrengen van een waterkolom die een stroming onderhoudt in de holle boorstreng en waarmee het losgewerkte grondmateriaal wordt afgevoerd, zoals hierboven reeds werd beschreven. Om het transport van het losgewerkte grondmateriaal in de holle boorstreng en de daarop aangesloten, bij voorkeur flexibele, afvoermiddelen verder te vergemakkelijken wordt een uitvoeringsvorm van een werkwijze verschaft waarbij een tweede fluïdum onder een tweede druk van ten hoogste 50 bar, met meer voorkeur ten hoogste 30 bar, en met de meeste voorkeur ten hoogste 20 bar wordt geïnjecteerd in de holle boorstreng van het boormiddel ter hoogte van de boorkop, waardoor de stroming ten behoeve van het afvoeren van het losgewerkte grondmateriaal naar boven wordt ondersteund. Het tweede fluïdum heeft bij voorkeur een lagere dichtheid dan water en omvat met meer voorkeur lucht.Subsequently, the drill string (and therefore also the drill bit) is brought into rotation in the drill pipe so that soil material is released by the cutting action of the cutting tools. The soil material can be both a soil plug formed in the drill pipe and soil material located deeper than the underside of the drill pipe. The loosened soil material is discharged via discharge means connected to the hollow drill string, for example in the form of a flexible discharge hose. A preferred method comprises arranging a water column in the drill pipe that maintains a flow in the hollow drill string and with which the loosely worked soil material is discharged, as has already been described above. In order to further facilitate the transport of the loosely worked soil material in the hollow drill string and the, preferably flexible, discharge means connected thereto, an embodiment of a method is provided wherein a second fluid under a second pressure of at most 50 bar, more preferably at most 30 bar, and most preferably a maximum of 20 bar, is injected into the hollow drill string of the drilling means at the height of the drill bit, thereby supporting the flow upwards for the removal of the loosened soil material. The second fluid preferably has a lower density than water and more preferably comprises air.

Om een diepere boorschaft te kunnen boren wordt een uitvoeringsvorm van de werkwijze toegepast waarbij de hoorbuis op een, ten opzichte van de eerste diepte grotere, tweede diepte wordt gebracht, de boorkop dieper in de hoorbuis wordt gebracht en de boorstreng wordt geroteerd zodat door de snijdende werking van de snij werktuigen grondmateriaal wordt losgewerkt dat wordt afgevoerd via de op de holle boorstreng aangesloten afvoermiddelen.In order to be able to drill a deeper drill bit, an embodiment of the method is used in which the hearing tube is brought to a second depth greater than the first depth, the drill bit is brought deeper into the hearing tube and the drill string is rotated so that the cutting operation of the cutting tools ground material is loosened which is discharged via the discharge means connected to the hollow drill string.

Om het boorrendement verder te verhogen en het indringen van de hoorbuis in de ondergrond te vergemakkelijken wordt in een voorkeursuitvoeringsvorm een werkwijze verschaft waarbij een eerste fluïdum onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, en met de meeste voorkeur tenminste 500 bar in de ondergrond in hoofdzaak radiaal buitenwaarts wordt geïnjecteerd in de ondergrond ter hoogte van de boorkop. Het eerste fluïdum omvat bij voorkeur water.In order to further increase the drilling efficiency and to facilitate penetration of the hearing tube into the substrate, a method is provided in which a first fluid under a first pressure of at least 200 bar, more preferably at least 350 bar, and most preferably at least 500 bar into the subsurface, substantially radially outwards, is injected into the subsurface at the height of the drill bit. The first fluid preferably comprises water.

Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een inrichting en werkwijze voor het boren van schachten in een uit rots, klei en/of aanverwante materialen bestaande ondergrond. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven zonder dat de uitvinding daartoe wordt beperkt. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren. In de figuren toont: figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm waarbij het boormiddel zich in de neergelaten toestand bevindt; figuur 3 een schematisch zijaanzicht van de in figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm waarbij het boormiddel zich in de vastgezette toestand bevindt; figuur 4 een schematisch aanzicht in perspectief van de in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm waarbij de boorkop van het boormiddel een schacht in de ondergrond heeft gevormd; figuren 5A, 5B en 5C een aantal opeenvolgende stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; figuren 6A, 6B, 6C en 6D een aantal andere opeenvolgende stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; figuur 7 een schematisch zijaanzicht van een samenstel van een hefplatform met een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; en figuur 8 de in figuur 7 getoonde uitvoeringsvorm met het boormiddel in neergelaten toestand in de hoorbuis.Other details and advantages of the invention will be apparent from the following description of a device and method for drilling shafts in a substrate consisting of rock, clay and / or related materials. This description is only given by way of example without the invention being limited thereto. The reference numerals relate to the attached figures. In the figures: figure 1 shows a schematic side view of an embodiment of the device according to the invention; figure 2 shows a schematic side view of the embodiment shown in figure 1, wherein the drilling means is in the lowered state; figure 3 shows a schematic side view of the embodiment shown in figure 2, wherein the drilling means is in the locked state; figure 4 shows a schematic perspective view of the embodiment shown in figure 3, wherein the drill bit of the drilling means has formed a shaft in the ground; figures 5A, 5B and 5C show a number of consecutive steps of an embodiment of the method according to the invention; 6A, 6B, 6C and 6D show a number of other consecutive steps of an embodiment of the method according to the invention; figure 7 shows a schematic side view of an assembly of a lifting platform with an embodiment of the device according to the invention; and Figure 8 shows the embodiment shown in Figure 7 with the drilling means in the lowered state in the hearing tube.

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een inrichting 1 getoond voor het boren van een schacht 2 in een grondlaag 3. Grondlaag 3 omvat bij voorkeur rots, maar kan ook klei en/of aanverwante materialen omvatten. De grondlaag 3 kan zijn bedekt met een deklaag 3a (ook wel aangeduid met ‘overburden’), die doorgaans wat lossere gesteentes omvat. De inrichting 1 omvat een hoorbuis 4 (ook wel aangeduid met ‘casing’) die bijvoorbeeld door heien, oscillatie of trillen tenminste over een deel van haar lengte in de ondergrond 3 kan worden aangebracht. In de in figuur 1 getoonde toestand is de hoorbuis 4 tot in de deklaag 3 a gedreven. De diameter van de hoorbuis 4 kan in beginsel binnen brede grenzen worden gekozen doch bedraagt bij voorkeur tenminste 1 m, met meer voorkeur tenminste 2 m, met nog meer voorkeur tenminste 4 m, en met de meeste voorkeur tenminste 6 m. Doordat de hoorbuis 4 aan haar onderzijde afsteunt op een grondlaag 3 wordt een in hoofdzaak water ondoorlatende verzegeling bereikt, doch dit kan, enigszins afhangen van de eigenschappen van de grondlaag 3 en is daarom niet essentieel voor de uitvinding. De hoorbuis 4 omvat in de getoonde uitvoeringsvorm een dikwandige stalen buis, die geschikt is om de opgeroepen krachten tijdens het inbrengen van de hoorbuis 4 in de grondlaag 3 en het boren te weerstaan.With reference to Figure 1, a device 1 is shown for drilling a shaft 2 in a base layer 3. Base layer 3 preferably comprises rock, but can also comprise clay and / or related materials. The base layer 3 can be covered with a cover layer 3a (also referred to as "overburden"), which generally comprises somewhat looser rocks. The device 1 comprises a hearing tube 4 (also referred to as "casing") which can be provided in the substrate 3, for example, by piling, oscillation or vibrating at least over a part of its length. In the condition shown in Figure 1, the hearing tube 4 is driven into the cover layer 3a. The diameter of the hearing tube 4 can in principle be chosen within wide limits, but is preferably at least 1 m, more preferably at least 2 m, even more preferably at least 4 m, and most preferably at least 6 m. supported on its underside on a base layer 3 a substantially water-impermeable seal is achieved, but this may depend somewhat on the properties of the base layer 3 and is therefore not essential for the invention. In the embodiment shown, the hearing tube 4 comprises a thick-walled steel tube which is suitable for resisting the forces called up during the insertion of the hearing tube 4 into the base layer 3 and the drilling.

De hoorbuis 4 is voldoende ruim om plaats te bieden aan een boormiddel 10, dat middels een flexibele ophanging in de vorm van kabel 26 (zie figuur 7) kan worden neergelaten in de hoorbuis 4 tot een positie ter hoogte van de onderzijde van de hoorbuis 4. Het boormiddel 10 omvat een holle boorstreng 5 die aan de naar de ondergrond 3 gekeerde zijde is voorzien van een boorkop 7 met snijwerktuigen 8. De boorstreng 5 is opgenomen in een behuizing 9 (in figuur 4 is de behuizing opengewerkt en daardoor niet zichtbaar), waarvan het manteloppervlak is voorzien van vastzetmiddelen waarmee het boormiddel 10 in de hoorbuis 4 kan worden vastgezet. In de getoonde uitvoeringsvorm omvatten de vastzetmiddelen vier regelmatig over het manteloppervlak 9 verdeelde, in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 verlopende spievormige omtreksdelen (11, 12). Omtreksdelen 11 zijn vast verbonden met het manteloppervlak van de behuizing 9 en hebben een naar boven toenemende dikte. Omtreksdelen 12 zijn transleerbaar in de lengterichting 20 verbonden met het manteloppervlak van de behuizing 9 en hebben een naar beneden toenemende dikte. De beweegbare omtreksdelen 12 kunnen door middel van met de vaste omtreksdelen 11 verbonden vijzels 110 (zie figuur 2) in de lengterichting 20 worden getransleerd ten opzichte van de vaste omtreksdelen 11, en wel van een in figuur 2 getoonde positie waarin zij zich in een onderste stand bevinden naar een in figuur 3 getoonde positie waarin zij zich in een bovenste stand bevinden. Door de verlopende dikte van de omtreksdelen (11, 12) werken de beweegbare omtreksdelen 12 in hun bovenste positie dusdanig samen met de vaste omtreksdelen 11 dat een klemkracht tussen het boormiddel 10 en de hoorbuis (4) ontstaat in de radiale richting 21. Door de ontwikkelde klemkracht wordt een beweging van het boormiddel 10 in de lengterichting 20, de radiale richting 21 en de omtreksrichting 22 in hoofdzaak voorkomen.The hearing tube 4 is sufficiently spacious to accommodate a drilling means 10, which can be lowered into the hearing tube 4 by means of a flexible suspension in the form of cable 26 (see figure 7) to a position at the level of the underside of the hearing tube 4 The drilling means 10 comprises a hollow drill string 5 which is provided on the side facing the substrate 3 with a drill head 7 with cutting tools 8. The drill string 5 is accommodated in a housing 9 (in Figure 4 the housing is cut away and therefore not visible) , the mantle surface of which is provided with securing means with which the drilling means 10 can be secured in the hearing tube 4. In the embodiment shown, the fixing means comprise four wedge-shaped peripheral parts (11, 12) which are regularly distributed over the casing surface 9 and extend in the longitudinal direction 20 of the hearing tube 4. Peripheral parts 11 are fixedly connected to the casing surface of the housing 9 and have an increasing thickness. Peripheral parts 12 are translatably connected in the longitudinal direction 20 to the casing surface of the housing 9 and have a downwardly increasing thickness. The movable peripheral parts 12 can be translated longitudinally 20 by means of jacks 110 connected to the fixed peripheral parts 11 (see figure 2) relative to the fixed peripheral parts 11, namely from a position shown in figure 2 in which they are located in a lower position to a position shown in Figure 3 in which they are in an upper position. Due to the varying thickness of the peripheral parts (11, 12) the movable peripheral parts 12 in their upper position cooperate with the fixed peripheral parts 11 such that a clamping force between the drilling means 10 and the hearing tube (4) is created in the radial direction 21. By the As a result of the developed clamping force, a movement of the drilling means 10 in the longitudinal direction 20, the radial direction 21 and the circumferential direction 22 is substantially prevented.

Om het gewicht van de boorkop 7 te verhogen is in de getoonde uitvoeringsvorm de boorstreng 5 voorzien van een verzwarende kraag 15, die tegelijkertijd dienst doet als aanslag. De hoogtepositie 17 van de kraag 15 ten opzichte van het bovendeel 16 van het boormiddel 10 in de bovenste stand van de boorkop 7 (zie figuur 2) bepaalt derhalve de maximale slaglengte van de boorkop 7.In order to increase the weight of the drill bit 7, the drill string 5 is provided with a weighting collar 15, which at the same time serves as a stop. The height position 17 of the collar 15 relative to the upper part 16 of the drilling means 10 in the upper position of the drill bit 7 (see Figure 2) therefore determines the maximum stroke length of the drill bit 7.

Het boormiddel 10 is verder voorzien van middelen voor het in rotatie en translatie brengen van de boorstreng 5 (en dus ook van de boorkop 7) in de vorm van een rotatiemotor 13, en van op de holle boorstreng 5 aangesloten afVoermiddelen voor losgewerkt grondmateriaal 21 in de vorm van een flexibele slang 14. De middelen voor het in translatie brengen van de boorstreng 5 in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 omvatten een viertal in elkaar schuifbare vijzels 109 die het bovenste gedeelte van de behuizing van de rotatiemotor 13 verbinden met een lijlplaat 111 van de verzwarende kraag 15. De holle boorstreng 5 en de flexibele slang vormen gezamenlijk een centrale holte 6 waar doorheen losgewerkt grondmateriaal 21 kan worden afgevoerd. Het transleren van de boorstreng 5 door de motor 13 gebeurt in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 zodat de boorkop 7 hiermee uit de hoorbuis 4 of in de hoorbuis 4 kan worden teruggetrokken.The drilling means 10 is further provided with means for bringing the drill string 5 (and therefore also the drill bit 7) into rotation and translation in the form of a rotary motor 13, and with discharge means connected to the hollow drill string 5 for loose-worked soil material 21 in in the form of a flexible hose 14. The means for translating the drill string 5 in the longitudinal direction 20 of the hearing tube 4 comprise four jacks 109 which can be slid into each other and which connect the upper part of the housing of the rotary motor 13 to a file plate 111 of the weighting collar 15. The hollow drill string 5 and the flexible hose together form a central cavity 6 through which loosely worked soil material 21 can be discharged. Translating the drill string 5 by the motor 13 takes place in the longitudinal direction 20 of the hearing tube 4, so that the drill bit 7 can be withdrawn from the hearing tube 4 or into the hearing tube 4.

De middelen voor het in rotatie en translatie brengen van de boorstreng 5 omvatten bij voorkeur een overbrenging in de vorm van een wartel, voorzien van de motor 13. De overbrenging is dusdanig ontworpen dat deze een fluïdumstroom door de holte 6 van het stationaire gedeelte (de afvoerslang 14) naar het draaiende gedeelte (de boorschacht 5) van de inrichting kan overbrengen. De overbrenging is verder geschikt om het benodigde rotatiekoppel over te dragen van het stationaire naar het draaiende gedeelte van de inrichting en om het water - grondmateriaal mengsel 31 af te voeren. Verder is de overbrenging geschikt om deze eigenschappen te behouden onder invloed van de trillingen die noodzakelijkerwijs optreden bij het boren.The means for rotating the drill string 5 into rotation and translation preferably comprise a gear in the form of a swivel, provided with the motor 13. The transmission is designed such that it provides a fluid flow through the cavity 6 of the stationary part (the drain hose 14) to the rotating portion (the drill shank 5) of the device. The transmission is further suitable for transferring the required rotational torque from the stationary to the rotating part of the device and for discharging the water-ground material mixture 31. Furthermore, the transmission is suitable for maintaining these properties under the influence of the vibrations which necessarily occur during drilling.

Door de boorstreng 5 aan de bovenzijde ervan in rotatie en translatie te brengen wordt de boorkop 7 eveneens in rotatie en translatie gebracht in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4, welke richting 20 tevens de boorrichting voorstelt, waarbij door inwerking van de snij werktuigen 8 de grond 3 wordt verbrijzeld en een schacht 2 wordt gevormd. Hoewel de hoorbuis 4 en boorstreng 5 in de getoonde figuren nagenoeg verticaal verlopen kunnen deze ten opzichte van de verticale richting volgens gelijk welke van nul verschillende hoek worden ingesteld, bijvoorbeeld vanaf een hefeiland of ponton (zie figuren 7 en 8), of vanaf de landzijde wanneer de inrichting deel uitmaakt van een voertuig bijvoorbeeld.By turning the drill string 5 on its upper side in rotation and translation, the drill bit 7 is also brought in rotation and translation in the longitudinal direction 20 of the hearing tube 4, which direction 20 also represents the drilling direction, whereby by the action of the cutting tools 8 the soil 3 is crushed and a shaft 2 is formed. Although the hearing tube 4 and drill string 5 in the figures shown are practically vertical, they can be adjusted to any vertical angle with respect to the vertical direction, for example from a lifting island or pontoon (see figures 7 and 8), or from the landside for example, when the device is part of a vehicle.

In de getoonde uitvoeringsvorm is de inrichting 1 tevens voorzien van (niet getoonde) middelen voor het onderhouden van een waterkolom in de hoorbuis 4, bijvoorbeeld in de vorm van een pomp met voldoende opvoerhoogte en debiet (typisch bijvoorbeeld 1000 m3/u) om een zo hoog mogelijk waterpeil in de hoorbuis 4 te onderhouden. De waterkolom zorgt voor een drukverschil tussen de bovenzijde van de flexibele afvoerslang 14 ter hoogte van het waterpeil en de onderzijde van boorstreng 5 ter hoogte van de snij werktuigen 8, waarbij de druk aan de onderzijde uiteraard hoger is.In the embodiment shown, the device 1 is also provided with means (not shown) for maintaining a water column in the hearing tube 4, for example in the form of a pump with sufficient head and flow (typically for example 1000 m3 / h) to achieve maintain the highest possible water level in the hearing tube 4. The water column provides a pressure difference between the top of the flexible drain hose 14 at the level of the water level and the bottom of drill string 5 at the level of the cutting tools 8, the pressure at the bottom of course being higher.

Door dit drukverschil, en doordat de hoorbuis 5 aan de onderzijde open is zodat een doorvoer mogelijk is naar de holte 6, stromen water en losgewerkt grondmateriaal 21 de holte 6 in. Aldus wordt een opwaartse stroming in de holte 6 van boorstreng 5 en afvoerslang 14 onderhouden, in welke stroming het losgewerkte grondmateriaal 21 (zie figuur 4) wordt afgevoerd naar de bovenzijde van de afvoerslang 14, waar het via een overloop wordt afgevoerd naar een (niet getoond) opslagbassin bijvoorbeeld. Door de in hoofdzaak waterdichte verzegeling tussen de onderzijde van de hoorbuis 4 en de ondergrond 3 wordt de waterdruk in hoofdzaak in stand gehouden.Because of this pressure difference, and because the hearing tube 5 is open at the bottom so that a passage to the cavity 6 is possible, water and loosely worked soil material 21 flow into the cavity 6. Thus, an upward flow in the cavity 6 of drill string 5 and discharge hose 14 is maintained, in which flow the loosely worked soil material 21 (see Figure 4) is discharged to the top of the discharge hose 14, where it is discharged via an overflow to a (not storage basin shown, for example. The water pressure is substantially maintained by the substantially watertight seal between the underside of the hearing tube 4 and the base 3.

Om de afvoer van losgewerkt bodemmateriaal 21 door de holte 6 van de boorstreng 5 en de afvoerslang 14 verder te verhogen omvat een voorkeursvariant tevens middelen voor het onder een tweede druk injecteren van lucht in de holle boorstreng 5 ter hoogte van de boorkop 7. Deze (niet getoonde) middelen omvatten op de boorstreng 5 aangebrachte doorvoerleidingen, die aan het ene uiteinde zijn verbonden met een compressor, en die aan het andere uiteinde via luchtinlaatkleppen uitmonden in de holte 6 van boorstreng 5. De compressor zorgt ervoor dat lucht onder een zekere druk door de leidingen wordt gevoerd en in de opwaartse stroming in de holte 6 terechtkomt. Doordat de perslucht een lagere dichtheid heeft dan het in de holte 6 stromende water stijgt de lucht als bellen op in de boorstreng 5 waardoor de stroming naar boven wordt ondersteund. Hierdoor wordt het boorrendement verhoogd.In order to further increase the discharge of loosened bottom material 21 through the cavity 6 of the drill string 5 and the discharge hose 14, a preferred variant also comprises means for injecting air into the hollow drill string 5 at the height of the drill bit 7 under a second pressure. means (not shown) comprise feed-through lines arranged on the drill string 5, which are connected at one end to a compressor, and which at the other end open via air inlet valves into the cavity 6 of drill string 5. The compressor ensures that air under a certain pressure is passed through the pipes and ends up in the upward flow in the cavity 6. Because the compressed air has a lower density than the water flowing into the cavity 6, the air rises like bubbles in the drill string 5, thereby supporting the flow upwards. This increases the drilling efficiency.

De boorkop 7 van de inrichting 1 volgens de uitvinding kan verder zijn voorzien van in de radiale richting 21 buitenwaarts gerichte spuitmonden voor het onder een eerste druk in de grondlagen 3 injecteren van een eerste fluïdum, bij voorkeur water, ter hoogte van de boorkop 7. De inrichting is hiertoe voorzien van (niet getoonde) toevoerleidingen voor het naar de spuitmonden toevoeren van het eerste fluïdum. De leidingen zijn verbonden met drukmiddelen zoals een pomp of compressor voor het onder druk brengen van het eerste fluïdum. De spuitmonden zijn bij voorkeur op de boorkop 7 bevestigd, zodat zij meedraaien met de boorkop, maar bevestiging op bijvoorbeeld het manteloppervlak van de behuizing 9 van het boormiddel 10 is eveneens mogelijk. De spuitmonden 25 zijn bij voorkeur geschikt om het water onder een eerste druk van tenminste 200 bar, met meer voorkeur tenminste 350 bar, met nog meer voorkeur tenminste 500 bar en met de meeste voorkeur tenminste 650 bar te injecteren. Door dat de spuitmonden in hoofdzaak radiaal naar buiten zijn gericht worden de waterstralen in de grondlaag 3 geïnjecteerd op een grotere diepte dan het onderuitemde van de hoorbuis 4. Hierdoor wordt ter hoogte van de onderzijde van de hoorbuis 4 extra grondmateriaal weggenomen of tenminste verzwakt, waardoor de hoorbuis 4 dieper in de ondergrond 3 kan zakken.The drill bit 7 of the device 1 according to the invention can further be provided with nozzles directed outwards in the radial direction 21 for injecting a first fluid into the base layers 3 under a first pressure, preferably water, at the level of the drill bit 7. To this end, the device is provided with supply lines (not shown) for supplying the first fluid to the nozzles. The conduits are connected to pressure means such as a pump or compressor for pressurizing the first fluid. The nozzles are preferably mounted on the drill bit 7 so that they rotate with the drill bit, but attachment on, for example, the surface of the casing 9 of the drilling means 10 is also possible. The nozzles 25 are preferably adapted to inject the water under a first pressure of at least 200 bar, more preferably at least 350 bar, even more preferably at least 500 bar and most preferably at least 650 bar. Because the nozzles are directed substantially radially outwards, the water jets are injected into the base layer 3 at a greater depth than the bottom end of the hearing tube 4. As a result, additional soil material is removed at the level of the bottom of the hearing tube 4 or at least weakened, so that the hearing tube 4 can sink deeper into the substrate 3.

De toevoerleidingen voor het eerste en tweede fluïdum kunnen lang zijn, vooral bij boren op grote diepte. Bij voorkeur worden deze leidingen in hoofdzaak bochtenvrij van de bovenzijde van de inrichting 1 naar het onderste gedeelte van de boorstreng 5 en/of de boorkop 7 gevoerd. Hierdoor worden drukverliezen zoveel mogelijk tegengegaan.The supply lines for the first and second fluid can be long, especially when drilling at great depths. Preferably, these lines are led substantially bend-free from the top of the device 1 to the lower part of the drill string 5 and / or the drill bit 7. This way pressure losses are prevented as much as possible.

Onder verwijzing naar figuren 7 en 8 wordt een hefplatform 30 getoond dat is voorzien van een inrichting 1 volgens de uitvinding. Een dergelijke uitvoeringsvorm is in het bijzonder geschikt voor het aanbrengen van paalfunderingen in onderwaterbodems waarop jackets en/of monopiles voor windturbines kunnen worden geplaatst.With reference to figures 7 and 8, a lifting platform 30 is shown which is provided with a device 1 according to the invention. Such an embodiment is particularly suitable for providing pile foundations in underwater bottoms on which jackets and / or monopiles for wind turbines can be placed.

Het getoonde hefplatform 30 wordt door middel van spudpalen 31 in de onderwaterbodem verankerd en kan verder zijn voorzien van een hijskraan 32, en desgewenst andere hulpmiddelen. Het hefplatform 30 omvat verder een verstelbaar buitenboords frame 33 (ook wel aangeduid met de term ‘outrigger’). Het frame 33 is voorzien van middelen voor het in de grond 3 aanbrengen van de hoorbuis 4, die in de getoonde uitvoeringsvorm een oscillator 34 omvatten die desgewenst is ingericht om de hoorbuis 4 onder een van nul verschillende hoek 35 met de verticale richting 40 in de ondergrond aan te brengen, zoals getoond in figuur 8. Het frame 33 laat ook toe de hoorbuis 4 binnen de vereiste tolerantie te positioneren.The lifting platform 30 shown is anchored in the underwater bottom by means of spud poles 31 and can further be provided with a crane 32, and other aids if desired. The lifting platform 30 further comprises an adjustable outboard frame 33 (also referred to by the term "outrigger"). The frame 33 is provided with means for arranging the hearing tube 4 in the ground 3, which in the embodiment shown comprise an oscillator 34 which, if desired, is arranged around the hearing tube 4 at a non-zero angle 35 with the vertical direction 40 in the to provide a substrate, as shown in Figure 8. The frame 33 also allows the hearing tube 4 to be positioned within the required tolerance.

Onder verwijzing naar figuren 5A-5C en 6A-6D worden een aantal stappen getoond van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding. In de figuren zijn voor de duidelijkheid de vijzels (109, 110) niet weergegeven. Vooreerst wordt vanaf het in figuur 7 en/of 8 getoonde platform 30 een hoorbuis 4 in de ondergrond 3 gedreven op een eerste diepte, die bijvoorbeeld overeenkomt met de diepte van de deklaag 3a (zie figuur 5A). De hoorbuis laat bij voorkeur in hoofdzaak geen water door aan haar onderzijde. De diepte waarop de hoorbuis 4 in de ondergrond 3 kan worden gebracht hangt typisch af van de gekozen aanbrengtechniek, en van de eigenschappen van de ondergrond op die diepte. Bij voorkeur is de ondergrond 3 op de inbrengdiepte van de hoorbuis 4 een harde laag zoals rots, kalk, harde klei of dicht gepakt zandTUe deklaag 3a omvat doorgaans eenvoudiger doordringbare grond, zoals bijvoorbeeld verweerde rots, klei, veen, los gepakt zand.With reference to Figures 5A-5C and 6A-6D, a number of steps of an embodiment of the method according to the invention are shown. For the sake of clarity, the jacks (109, 110) are not shown in the figures. First of all, from the platform 30 shown in figures 7 and / or 8, a hearing tube 4 is driven into the substrate 3 at a first depth, which for example corresponds to the depth of the cover layer 3a (see figure 5A). The hearing tube preferably does not allow substantially any water through at its bottom. The depth at which the hearing tube 4 can be introduced into the substrate 3 typically depends on the chosen application technique, and on the properties of the substrate at that depth. Preferably, the substrate 3 at the insertion depth of the hearing tube 4 is a hard layer such as rock, lime, hard clay or densely packed sand. The covering layer 3a generally comprises more easily permeable soil, such as, for example, weathered rock, clay, peat, loosely packed sand.

Vervolgens wordt middels de hijskraan 32 het aan een flexibele kabel 26 öpgehangen boormiddel 10 in de hoorbuis 4 neergelaten vanaf de in figuur 1 getoonde positie tot in een in figuur 5A getoonde positie waarin de boorkop 7 zich met haar onderzijde op het niveau bevindt van de onderzijde van de hoorbuis 4. om dit niveau te bereiken kan het nodig zijn de boorkop 7 te laten roteren om een in de hoorbuis 4 gevormde grondmateriaalprop te verbrijzelen en af te voeren via de holle boorschacht 5 en afvoerleiding 14. Zoals getoond in figuur 5A wordt het boormiddel 10 in de hoorbuis 4 vastgezet door de omtreksdelen (11,12) onderling te transleren, zoals hierboven reeds werd beschreven. Vervolgens wordt de boorstreng 5 met de rotatiemotor 13 in rotatie gebracht in de hoorbuis 4 zodat door de snijdende werking van de snijwerktuigen 8 grondmateriaal 31 wordt losgewerkt waarbij de boorkop 7 in de lengterichting 20 van de hoorbuis 4 in de ondergrond 30 beweegt tot een diepte waarbij de kraag 15 contact maakt met het bovendeel 16 van het boormiddel 10 (figuur 5B). Tijdens het boren wordt het losgemaakte grondmateriaal 31 via de op de holle boorstreng 5 aangesloten flexibele afvoerslang 14 afgevoerd, desgewenst met behulp van een in de hoorbuis 4 aangebrachte waterkolom en het inbrengen van lucht in de afVoerholte 6, een en ander zoals hierboven in meer detail beschreven.Subsequently, by means of the hoisting crane 32, the drilling means 10 suspended on a flexible cable 26 is lowered in the hearing tube 4 from the position shown in Figure 1 to a position shown in Figure 5A in which the drill head 7 is at its level with the underside of the hearing tube 4. to reach this level, it may be necessary to rotate the drill bit 7 to crush and discharge a primer plug formed in the hearing tube 4 via the hollow drill shank 5 and drain line 14. As shown in Fig. 5A, drilling means 10 fixed in the hearing tube 4 by mutually translating the peripheral parts (11, 12), as already described above. Subsequently, the drill string 5 is rotated with the rotary motor 13 in the hearing tube 4 so that the cutting action of the cutting tools 8 removes soil material 31, wherein the drill bit 7 moves in the longitudinal direction 20 of the hearing tube 4 into the substrate 30 to a depth at which the collar 15 makes contact with the upper part 16 of the drilling means 10 (Figure 5B). During drilling, the loosened soil material 31 is discharged via the flexible discharge hose 14 connected to the hollow drill string 5, optionally with the aid of a water column arranged in the hearing tube 4 and the introduction of air into the discharge cavity 6, all as above in more detail described.

De boorkop 7 wordt vervolgens door de rotatiemotor 13 teruggetrokken tot een positie waarin de boorkop 7 zich met haar onderzijde iets boven het niveau bevindt van de onderzijde van de hoorbuis 4 (figuur 5C), bijvoorbeeld over een afstand die ongeveer gelijk is aan de dikte van de deklaag 3a. Op dit moment is een schacht 2 ontstaan met een diepte die overeenkomt met de slaglengte 17 van de kraag 15.The drill bit 7 is then withdrawn by the rotary motor 13 to a position in which the drill bit 7 is with its underside slightly above the level of the underside of the hearing tube 4 (Fig. 5C), for example over a distance which is approximately equal to the thickness of the cover layer 3a. At this time a shaft 2 has been created with a depth corresponding to the stroke length 17 of the collar 15.

Om de gevormde schacht 2 verder te verdiepen wordt de hoorbuis 4 vervolgens, zoals getoond in figuur 6A, op een, ten opzichte van de eerste diepte, grotere tweede diepte gebracht met behulp van de oscillator 34 op het platform 30 of met behulp van een ander geschikt heimiddel. Het laten zakken van de hoorbuis 4 in de ondergrond 3 wordt hierbij vergemakkelijkt door de aanwezigheid van de schacht 2. Zoals getoond in figuren 6B en 6C wordt de boorkop 7 vervolgens dieper in de hoorbuis 4 gebracht en deIn order to further deepen the formed shaft 2, the hearing tube 4 is then, as shown in Fig. 6A, brought to a larger second depth relative to the first depth by means of the oscillator 34 on the platform 30 or by means of another suitable pile-driving device. The lowering of the hearing tube 4 into the substrate 3 is hereby facilitated by the presence of the shaft 2. As shown in figures 6B and 6C, the drill bit 7 is then brought deeper into the hearing tube 4 and the

Doorstreng 5 geroteerd zodat door de snijdende werking van de snij werktuigen δ verder grondmateriaal 31 wordt losgewerkt dat wordt afgevoerd via de op de holle boorstreng 5 aangesloten afvoerslang 14. Om de gewenste diepte te bereiken kan het nodig zijn het boormiddel 10 te ontkoppelen van de hoorbuis 4 door de vastzetmiddelen (11, 12) te deactiveren, het boormiddel 10 te laten zakken in de hoorbuis 4 tot de gewenste hoogte, en het boormiddel 10 vervolgens weer vast te zetten door middel van het activeren van de vastzetmiddelen (11, 12), zoals hierboven in meer detail beschreven.Drill 5 is rotated so that the cutting action of the cutting tools δ further loosens soil material 31 which is discharged via the discharge hose 14 connected to the hollow drill string 5. To achieve the desired depth it may be necessary to disconnect the drilling means 10 from the hearing tube 4 by deactivating the locking means (11, 12), lowering the drilling means 10 into the hearing tube 4 to the desired height, and subsequently fixing the drilling means 10 again by activating the locking means (11, 12), as described in more detail above.

Vervolgens wordt de boorkop 7 opnieuw door de rotatiemotor 13 teruggetrokken in de hoorbuis 4 tot een positie waarin de boorkop 7 zich met haar onderzijde iets boven het niveau bevindt van de onderzijde van de hoorbuis 4, waarna de hoorbuis 4 tezamen met de boorkop 7 verder de ondergrond in wordt gedreven tot een grotere diepte, zoals getoond in figuur 6D. De hierboven beschreven sequentie kan zich vervolgens zo vaak herhalen totdat de gewenste diepte van de schacht 2 is bereikt. Op dat moment wordt het boormiddel 10 ontgrendeld van de hoorbuis 4 door de vastzetmiddelen te deactiveren en wordt het boormiddel opgehaald middels de kraan 32.Subsequently, the drill bit 7 is retracted again by the rotary motor 13 into the hearing tube 4 to a position where the drill bit 7 is slightly above its level with the underside of the hearing tube 4, whereafter the hearing tube 4 together with the drill bit 7 further surface is driven to a greater depth, as shown in Figure 6D. The sequence described above can then repeat itself as many times as necessary until the desired depth of the shaft 2 is reached. At that time, the drilling means 10 is unlocked from the hearing tube 4 by deactivating the locking means and the drilling means is retrieved by means of the tap 32.

De uitgevonden inrichting en werkwijze zijn in het bijzonder geschikt voor het boren van schachten met relatief grote diameters in samenhangende gronden teneinde hier funderingspalen in te vormen en/of aan te brengen, waarbij elke gewenste diepte kan worden bereikt zonder het boren gedurende enige montagetijd te moeten onderbreken.The invented device and method are particularly suitable for drilling shafts with relatively large diameters in coherent soils in order to form and / or install foundation piles here, whereby any desired depth can be achieved without having to drill for any assembly time interrupt.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier beschreven uitvoeringsvorm en vele wijzigingen zouden hieraan kunnen worden aangebracht voorzover deze wijzigingen binnen het raam van de hieraan toegevoegde conclusies vallen.The invention is not limited to the embodiment described here and many changes could be made to it insofar as these changes fall within the scope of the appended claims.

Claims

Device (1) for drilling shafts (2) in a substrate (3) consisting of rock, clay and / or related materials, comprising a hearing tube (4) and means for arranging in the ground (3) hearing tube (4); and a drilling means (10) that can be lowered into the hearing tube (4) by means of a flexible suspension; wherein the drilling means (10) comprises a hollow drill string (5) provided with a drill bit (7) with cutting tools (8), and means for rotating the drill string (5), and wherein the drilling means (10) is further provided with securing means with which the drilling means (10) can be secured in the hearing tube, and with discharge means connected to the hollow drill string for loosely worked soil material (21).

Device as claimed in claim 1, further comprising means for maintaining a water column (11) in the hearing tube (4), which water column maintains a flow in the hollow drill string (5) for discharging the loosely worked soil material (21) .

Device according to claim 1 or 2, further comprising means for bringing the drill bit (7) out of the hearing tube (4) or withdrawing it into the hearing tube (4).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the securing means comprise key-shaped peripheral parts (11, 12) running in the longitudinal direction of the hearing tube and cooperating such that mutual translation of the peripheral parts (11, 12) in the longitudinal direction (20) provides a radial clamping force between the drilling means (10) and the hearing tube (4).

Device as claimed in claim 4, wherein the fixing means comprise jacks for mutually translating the key-shaped peripheral parts (11, 12) in the longitudinal direction (20) of the hearing tube (4).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the flexible suspension (26) of the drilling means (10) comprise the discharge means (14) connected to the hollow drilling string (5) for loosely worked soil material (21).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the means for placing the drill pipe (4) just in the ground (3) comprise an oscillator (34).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the drill head (7) is provided with nozzles connected to supply lines and directed substantially radially outwards, which nozzles are adapted to discharge under a first pressure of at least 200 bar, more preferably at least 350 bar, and most preferably injecting at least 500 bar into the substrate (3) of a first fluid at the level of the drill bit (7).

Device as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that the device comprises means connected to supply lines which are adapted to operate under a second pressure of at most 50 bar, more preferably at most 30 bar, and most preferably at most 20 bar of injecting a second fluid into the hollow drill string (5) of the drilling means 10 at the height of the drill bit (7).

10. Lifting platform, provided with a device according to any one of claims 1-9.

11. Lifting platform according to claim 9, comprising an adjustable outboard frame (outrigger) provided with the means for fitting the drill pipe (4) in the ground (3).

12. Lifting platform according to claim 10, wherein the means for placing the drill pipe (4) in the subsurface (3) are adapted to place the drill pipe in the subsurface at a different angle from zero.

Method for drilling shafts (2) in a substrate (3) consisting of rock, clay and / or related materials, comprising arranging a drill pipe (4) in the substrate (3) at a first depth and in such a way that it substantially does not allow water to pass through on its underside, lowering a drilling means (10) into the drill pipe (4) by means of a flexible suspension, that a hollow drill string (5) provided with a drill head (7) with cutting tools (8) and comprises means for rotating the drill string (5), fixing the drilling means (10) in the drill pipe, subsequently rotating the drill string (5) in the drill pipe (4) so that the cutting action of the drill string cutting tools (8) ground material (21 Jworai loosened, and discharging the loosened ground material (21) via discharge means connected to the hollow drill string (5).

A method according to claim 13, further comprising providing a water column in the hearing tube (4) that maintains a flow in the hollow drill string (5) and with which the loosely worked soil material (21) is discharged.

Method according to claim 13 or 14, wherein the drill pipe (4) is brought to a second depth greater than the first depth, the drill head (7) is brought deeper into the drill pipe (4) and the drill string is rotated so that, due to the cutting action of the cutting tools (8), ground material (21) is released, which is discharged via the feed means connected to the hollow drill string.

16. Method as claimed in any of the claims 13-15, wherein the fixing means comprise key-shaped circumferential parts running in the longitudinal direction of the drill pipe, which co-operate such that a mutual translation of the circumferential parts in the longitudinal direction ensures a radial clamping force between the drilling means 10 and the drill pipe ( 4), the method comprising translating the key-shaped peripheral parts until a radial clamping force between the drilling means (10) and the drill pipe (4) is achieved that is sufficient for the drilling means (10) both in the longitudinal direction of the drill pipe and in the direction of rotation of substantially secure the drill bit.

A method according to any one of claims 13-16, wherein the drill pipe (4) is arranged in the substrate (3) by oscillating, driving and / or vibrating.

A method according to any one of claims 13-17, wherein a first fluid under a first pressure of at least 200 bar, more preferably at least 350 bar, and most preferably at least 500 bar in the substrate (3) becomes substantially radially outward injected into the substrate (3) at the height of the drill bit (7).

A method according to any one of claims 14-18, wherein a second fluid is injected into the hollow drill string (5) under a second pressure of at most 50 bar, more preferably at most 30 bar, and most preferably at most 20 bar ) of the drilling means 10 at the height of the drill bit (7), whereby the flows are supported negatively from the discharge of the loosened soil material (21) upwards.

The method of claim 18 or 19, wherein the first fluid comprises water and the second fluid comprises air.

A method according to any one of claims 13-20, wherein a lifting platform is provided which is provided with an adjustable outboard frame (outrigger), and wherein the hearing tube (4) from the frame at an angle different from zero with the vertical direction in the substrate is applied.