DE69319421T2 - Verfahren zum bohren von deckgebirge, verrohrungsschuh und verrohrung für diese methode und kupplungselemente für die verrohrung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren von Deckgebirge mit gleichzeitigem Einbringen eines Verrohrungsrohres, auf einen Verrohrungsschuh und ein Verrohrungsrohr für das Verfahren und auf ein Kupplungselement für bei dem Verfahren zu verwendende Verrohrungsrohre.
• Beim Bohren im Boden wird ein mittiger Führungsbohrer zusammen mit einem Erweiterungsbohrer verwendet, der so angeordnet ist, daß er gegenüber dem Führungsbohrer exzentrisch ausgerückt werden kann und das durch ihn gebohrte Loch vergrößern kann. Dadurch erhält das Bohrloch eine Dimension, die groß genug ist, um nicht nur dem Führungsbohrer müt dem Erweiterungsbohrer in seiner innersten Position Raum zu geben, sondern auch für ein mit dem Bohren des Loches in dem Bohrloch gleichzeitig niedergebrachtes Verrohrungsrohr. Das Verrohrungsrohr wird mit dem Bohrer durch einen Verrohrungsschuh nach unten getrieben, der am Ende des Verrohrungsrohres angeschweißt ist und durch den schlagenden Bohrhammer beeinflußt wird. Die Verrohrungsrohre sind üblicherweise 3 Meter lange geschweißte Stahlrohre, die in einem bedeutenden Ausmaß nach unten getrieben werden.
• Ein Problem im Umgang mit den Verrohrungsrohren ist ihr Gewicht. Ein anderes Problem ist die Möglichkeit der Korrosion, welche in manchen Fällen das Austauschen gegen Kunststoffrohre nach dem Bohren verursacht, eine umständliche und arbeitsintensive Prozedur.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Austauschen der Verrohrungsrohre zu eliminieren und eine weitere Aufgabe ist es die Handhabung der Verrohrungsrohre während des Bohrens zu erleichtern. Diese und andere Aufgaben werden dadurch erfüllt, daß von Anfang an Verrohrungsrohre aus Kunststoffmaterial verwendet werden, was wiederum gemäß der Erfindung durch eine spezielle Konstruktion des Verrohrungsschuhes und der Kupplungselemente für die Verrohrungsrohre ermöglicht wird, die eine starke Verankerung im Kunststoffmaterial ergeben. Weitere vorteilhafte konstruktive Details ergeben sich aus den Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise eine Verbindung der Verrohrungsrohre aus Kunststoffmaterial zu erreichen. Dies kann dadurch geschehen, daß Metallelemente mit den Enden der Verrohrungsrohre auf die gleiche Weise verbunden werden wie der Verrohrungsschuh, wobei die Metallelemente die beispielsweise mit Gewinden versehenen Rohrkupplungen tragen.
• Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, in welchen Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch ein Beispiel einer bekannten Konstruktion der Teile beim Bohrer einer Maschinerie zum gleichzeitigen Bohren und Verrohren eines Bohrloches zeigt. Die Fig. 2 und 3 zeigen teilweise im Schnitt die Konstruktion eines Verrohrungsschuhs gemäß der Erfindung in zwei Ausführungsformen und Fig. 4 zeigt Verrohrungsrohre mit Rohrkupplungen gemäß der Erfindung.
• Der Bohrer in Fig. 1 besteht in bekannter Weise aus einem Führungsbohrer 1, einem Erweiterungsbohrer 2 und einer Führung 3 für einen schlagenden Bohrhammer (nicht dargestellt). Die Bohrer 1 und 2 und die Führung 3 können gedreht und durch den schlagenden Bohrhammer axial beeinflußt werden. Ein Verrohrungsschuh 5 besteht aus einem oberen Teil 6 und einem unteren Teil 7, die beide zylindrisch sind. Die Innendurchmesser der Teile 6 und 7 sind gleich und an den äußeren Durchmesser des unteren Teiles der Führung 3 angepaßt. Der Außendurchmesser des oberen Teiles 6 des Verrohrungsschuhs ist an den Innendurchmesser des Verrohrungsrohres angepaßt, während der Außendurchmesser des unteren Teiles 7 im wesentlichen der gleiche ist, wie der Außendurchmesser des Verrohrungsrohres 4. Der obere Teil 6 des Verrohrungsschuhs endet nach oben mit einer Schulter 8, gegen die die Führung 3 die Schläge des Hammers durch eine entsprechende Schulter 10 eines vergrößerten Teiles 11 der Führung 3 überträgt. Das Verrohrungsrohr 4 wird mit dem Verrohrungsschuh gezogen, wenn dieser abwärts geschlagen wird, wobei das Verrohrungsrohr durch eine Schweißnaht 9 am oberen Ende des unteren Teiles 7 verschweißt ist.
• Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verrohrungsrohr teilweise geschnitten. Dieses ist dafür vorgesehen, anstatt des Verrohrungsschuhs gemäß Fig. 1 verwendet zu werden, um Verrohrungen mit Verrohrungsrohren aus Kunststoffmaterial oder anderen Materialien zu ermöglichen, die nicht an einen konventionellen Verrohrungsschuh angeschweißt werden können. Der erfindungsgemäße Verrohrungsschuh 5 besitzt einen unteren Teil 7, der im wesentlichen dem korrespondierenden Teil eines konventionellen Verrohrungsschuhs entspricht. Der obere Teil 6 jedoch ist in einen oberen Abschnitt 61 und einen unteren Abschnitt 62 geteilt, wobei der obere Abschnitt 61, so wie der gesamte obere Teil eines konventionellen Verrohrungsschuhs, einen an den Innendurchmesser des Verrohrungsrohres angepaßten Außendurchmesser und einen Innendurchmesser besitzt, der gleich dem des unteren Teiles 7 ist. Der untere Abschnitt 62 hat im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie der obere Abschnitt 61, aber eine deutlich geringere Dicke. Der untere Abschnitt 62 ist auch von Löchern 63 perforiert, die im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind. Die Löcher 63 sind in der Zeichnung kreisförmig, können aber auch mit unterschiedlichen Formen und Größen ausgeführt sein, wobei auch die Dicke des Abschnittes 62 variieren kann und beispielsweise am Umfang der Löcher dicker sein kann. Aufgabe der Löcher ist es, eine starke Verankerung des Verrohrungsschuhs an dem Verrohrungsrohr 4 zu bewirken, durch welche er durch die Löcher mit einem im wesentlichen rohrförmigen Teil 41 verbunden ist, der den Raum innerhalb der Innenfläche des unteren Abschnittes 62 bis zu einem, mit dem gesamten Verrohrungsschuh im wesentlichen gleichen Innendurchmesser ausfüllt.
• Eine andere Ausführungsform des Verrohrungsschuhs 5 und des Rohres 4 sind in Fig. 3 dargestellt. Sie entspricht der Ausführungsform von Fig. 2, außer am unteren Teil 7 des Verroh rungsschuhs, welcher einen kleineren Außendurchmesser besitzt, wodurch ihn ein dünner Teil 42 des Rohres umgibt. Der untere Teil 7 des Verrohrungsschuhs ist an seinem unteren Teil mit einer Nut 72 versehen, in die mit dem dünnen Teil 42 vereinigtes Kunststoffmaterial 43 paßt. Es ist eine weitere Ringnut 71 vorgesehen, die einen Dichtungsring 18 enthält, der vorzugsweise aus einem Material hergestellt ist, das sich im Kontakt mit Wasser ausdehnt.
• Der erfindungsgemäße Verrohrungsschuh ist vorzugsweise mit einer geeigneten Länge eines Verrohrungsrohres zu einer gut verbundenen Einheit mit einer geeigneten Wärmebehandlung verbunden. Während des Bohrens kann das Verrohrungsrohr mittels modifiziertem Spiegelschweißen oder durch Verbinden mit einigen anderen konventionellen Verfahren verlängert werden. Ein geeignetes Material für die Verrohrungsrohre ist PEH (Polyethylen hoher Dichte).
• Die Verbindung der Längen der Verrohrungsrohre kann auch dadurch erfolgen, daß sie an ihren Enden mit Metallelementen ausgerüstet werden, die in den Rohrenden auf die gleiche Weise verankert sind wie der Verrohrungsschuh. Demgemäß zeigt Fig. 4 zwei Rohre 4A und 4B, die am Ende jeweils mit einem Metallelement 12A und 12B verbunden sind. Der Einfachheit halber ist in der rechten Hälfte der Zeichnung ein Schnitt eines rund um die Rohrverbindung gelegenen Teiles gezeigt, während auf der linken Hälfte die Rohre 4A und 4E3 weggelassen sind, um die Detailkonstruktion der Metallelemente 12A und 12B klar zu machen. So wie bei dem Verrohrungsschuh sind die Metallelemente 12A und 12B mit dem betreffenden Rohr jeweils mittels rohrförmiger Teile 62A und 62B verbunden, die jeweils durch Löcher 63A und 63B perforiert sind, die jeweils mit Kunststoffmaterial ausgefüllt sind. Die rohrförmigen Teile 62A und 62B haben vorzugsweise einen Durchmesser, der in der Mitte zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Rohre 4A und 4B liegt. Sie sind mit einer Materialdicke konstruiert, die am äußeren Ende am kleinsten ist und zum Ende des Rohres und zu den anderen Teilen des Metallelementes hin zunimmt, um eine gute Festigkeit zu erzielen. Die für die Verbindung der Rohrenden vorgesehenen Metallelemente 12A und 12B können eine Endgestalt mit verschiedenen Arten von Rohrkupplungen, beispielsweise einer Bajonettkupplung, versehen werden. Eine Anforderung bei der Verwendung als Verrohrungsrohr zum Bohren besteht darin, daß cüe Innen- und Außenflächen an der Verbindung glatt und ohne Vorsprünge sind. Wie in der Ausführungsform in der Figur dargestellt, hat jedes Metallelement einen Teil gleicher Dicke 13A bzw. 13B, der dem Ende des Rohres am nächsten liegt und auf den jeweils ein mit einem Gewinde versehener Teil 14A bzw. 14B folgt. Auf diese Weise hat eines der Metallelemente 12A einen äußeren Teil mit einem gleichmäßigen Innendurchmesser und einen mit einem Außengewinde versehenen Teil 14A, während das andere Metallelement 12B einen äußeren Teil mit einem gleichmäßigen Außendurchmesser und einen mit einem Innengewinde versehenen Teil 14B besitzt. Die Gewinde sind vorzugsweise Trapezgewinde. In einer Nut 15 kann ein Dichtungsring 16 in Form eines O-Ringes oder dergleichen zwischen dem gleichmäßig dicken Teil 13A und dem Außengewinde 14A angeordnet sein, um gegen einen Teil 19 außerhalb des Gewindeteiles 14B abzudichten.
• So wie Größe, Gestalt und Verteilung der Löcher 63, 63A und 63B innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung stark variieren können, kann auch die Anzahl der Löcher und die Summe ihrer Flächen variiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Summe der Flächen der Löcher zumindest gleich groß wie die Querschnittsfläche des Verrohrundsrohres 4.
• Die Erfindung ist hier in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben, soll aber nur durch die Ansprüche beschränkt sein.

Claims (10)

1. Verrohrungsschuh für Verrohrungsrohre mit einem unteren, zylindrischen Teil (7) mit einem Außendurchmesser der im wesentlichen mit dem des Verrohrungsrohres korrespondiert und einem oberen, zylindrischen Teil (6) mit einem Außendurchmesser der im wesentlichen mit dem Innendurchmesser des Verrohrungsrohres korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, zylindrische Teil (6) zumindest zu einem Teil mit Löchern (63) perforiert ist und einen größeren Innendurchmesser besitzt, als der Rest des Verrohrungsschuhs.

2. Verrohrungsschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, zylindrische Teil (6) vom Ende des Verrohrungsrohres (4) aus Kunststoffmaterial umgeben ist, daß die Innenfläche des perforierten Teiles bis zum selben Innendurchmesser wie der Rest des Verrohrungsschuhs vom selben Material (41) wie das Verrohrungsrohr ausgefüllt ist und daß dieses Material durch die Löcher hindurch mit dem Verrohrungsrohr verbunden ist.

3. Verrohrungsschuh nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Flächen der Löcher (63) zumindest gleich der Querschnittsfläche des Verrohrungsrohres (4) ist.

4. Verrohrungsrohr (4, 4A, 4B) aus Kunststoffmaterial für die Verrohrung von Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende mit einem Metallelement (5, 12A, 12B) verbunden ist, das zum Verankern im Verrohrungsschuh einen im wesentlichen rohrförmigen Teil (62, 62A, 62B) besitzt, der von Löchern (63, 63A, 63B) perforiert ist, die mit Kunststoffmaterial gefüllt sind.

5. Verrohrungsrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallelement einen Verrohrungsschuh (5) darstellt.

6. Verrohrungsrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallelement eine Kupplungsvorrichtung (13A, 14A, 13B, 14B, 15, 16, 17, 19) umfaßt.

7. Metallelement (12A, 12B) für eine feste Verbindung mit einem Verrohrungsrohr (4A, 4B) aus Kunststoffmaterial für die Verrohrung von Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Rohrkupplung und zumindest einen, von Löchern (63A, 63B) perforierten, im wesentlichen rohrförmigen Teil (62A, 62B) für die Verbindung mit dem Verrohrungsrohr besitzt, wodurch das Material des Verrohrungsrohres den die Löcher füllenden, rohrförmigen Teil umgibt.

8. Metallelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil (62A, 62B) an dem der Rohrkupplung zugewandten Ende aus dickstem Material ist und sich zum anderen Ende hin verjüngt.

9. Ein Verfahren zum Bohren von Deckgebirge mit gleichzeitigem Eünbringen eines Verrohrungsrohres an dem ein schlagender Bohrhammer angeordnet ist, um einen, am unteren Ende des Verrohrungsrohres mit diesem verbundenen Verrohrungsschuh zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Verrohrungsrohre aus Kunststoffmaterial bestehen und daß ein Verrohrungs schuh gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Verrohrungsrohre gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 mit Metallelementen gemäß Anspruch 7 oder 8 verwendet werden.