DE2362425C3 - Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich, mit einem Paar Werkzeugträger, die um quer zur Vortriebsrichtung verlaufende Achsen drehbar, zu beiden Seiten mindestens einer dünn ausgebildeten Trägerplatte angeordnet und auf ihrem Umfang mit Schneidwerkzeugen versehen sind.

Es sind bereits zahlreiche Verfahren zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich bekanntgeworden, und zwar auch schon für Bohrungen bis unterhalb des Grundwasserspiegels, wobei im allgemeinen mit Betonit-Schlamm gearbeitet wird.

Bei einigen Verfahren wird mit entgegengesetztem Spülungsumlauf mit Arbeitswerkzeugen gearbeitet, die durch Schlag oder Stoß den Boden angreifen und auflockern, und zwar sei es durch Rotation der mit einfachen Werkzeugen ausgestatteten Bauteile oder mit mehrfachen Werkzeugen bei vertikaler oder horizonta

ler Achse.

Bei anderen Verfahren wird diskontinuierlich gearbeitet, d. h. die Vorrichtungen greifen den Boden diskontinuierlich, beispielsweise mit kübel- oder löffelartigen einfachen oder doppelten Werkzeugen an.

Diese Verfahren sind im allgemeinen bei angeschwemmten Bodenformationen, wie beispielsweise bei Kies, Sand, Lehm und Ton oder bei lockerem mürben Gestein, wie bei Sandstein-Formationen oder bei

ίο Tuffstein, ausreichend und anwendbar.

Andererseits sind diese Verfahren wirkungslos oder zumindestens zu langsam, d. h. die Herstellung von Bohrungen nimmt zuviel Zeit in Anspruch, wenn es sich um hartes Felsgesicin, wie z. B. Kalkstein, harten

ι? Sandstein oder Eruptivgestein handelt, welches durchquert werden muß, sei es zur Herstellung von Verankerungen oder sei es zum Durchbohren in untere Schichten.

Aus der DT-OS 20 61 106 ist ein rotierender

Jf> Schneidbagger zum Herstellen von tiefen Gräben oder Löchern bekannt, wobei Werkzeugträgerpaare je um eine quer zur Vortriebsrichtung verlaufende Achse drehbar und auf ihrem Umfang mit Schneidwerkzeugen versehen sind. Die auf je einer Achse sitzenden Werkzeuge drehen im entgegengesetzten Sinne zueinander.

Die Achsen sind im Unterteil eines kastenförmigen Gehäuses gelagert. Die Messer zum Ausbaggern sind am Außenumfang von zylindrischen Trommeln der rotierenden Schneidwerke vorgesehen. Ferner ist ein Bodenförderrohr mit einer unteren, glockenförmig über den rotierenden Schneidwerken ausgebildeten Ansaugöffnung vorhanden, so daß der durch die Schneidwerke und Messer ausgebaggerte und in einem Zwischenteil zwischen diesen Schneidwerken gesammelte Boden durch dieses Bodenförderrohr gesaugt und an die Bodenoberfläche gefördert werden kann.

Aus der DT-AS 16 34 262 ist ein Fräswerkzeug zum Herstellen von Schlitzen für Schlitzwände mit gegenläufig arbeitenden Werkzeugen und Leitungen zum Absaugen der Spülflüssigkeit und des Bohrkleins bekannt, wobei die Werkzeuge als rotierende Fräser in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sind und dieses Gehäuse mit einem Saugrohr verbunden ist. Bei diesem Fräswerkzeug ist die Motorgruppe für die Fräser in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, und sie wird durch Kanäle beschickt, welche durch das gemeinsame Gehäuse geführt sind.

Des weiteren sind aus den USA.-Patentschriften 14 14 590, 19 04 522,29 23 537, 17 53 339 und 31 90 376 verschiedenartige Konstruktionen von Werkzeugen für die Bodenbearbeitung bekannt, wobei die Werkzeugträger beiderseits eines Supports angeordnet sind. Bei der bekannten Konstruktion gemäß der letztgenannten USA.-Patentschrift sind zwei Werkzeugträger zu beiden Seiten einer dünn ausgebildeten Trägerplatte angeordnet. Diese Werkzeugträger besitzen die Form einer Halbkugel und sind auf der Kugeloberfläche mit zahlreichen kleinen Fräszähnen ausgestattet. Diese Konstruktion ist zum waagerechten Einsatz bestimmt, z. B. für die Herstellung von Tunneln oder anderen Durchgängen. Wegen der großen Kugeloberflächen eignet sich diese Konstruktion nur für verhältnismäßig weichen Boden oder weiches Gestein.

^ft5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach gestaltete Vorrichtung zu schaffen, welche es gestattet, auch Bohrungen in mittelhartem und hartem Felsgestein durchzuführen und außerdem ein schnelle-

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res Durchbohren durch lockeres Gestein Sehwemmstein bzw. angeschwemmte Bodenforniationen zu ermöglichen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäO dadurch gelöst, daß von den Schneidwerkzeugen jedes Werk- S zeugträgers mindestens ein Werkzeug auf der der Trägerplatte zugewandten Seite über den Rand des Werkzeugträgers hinausragend angeordnet ist, wobei die Trägerplatte mit entsprechenden Nuten versehen ist, die koaxial mit der Drehachse der Werkzeugträger verlaufen. Auf diese Weise wird erreicht, daß der während des Arbeitens im Bereich zwischen den Werkzeugträgern stehenbleibende Teil des Bodens bzw. Felsgesteins wesentlich dünner ist als die Trägerplatte. Hierdurch ist es auch bei hartem Felsgestein möglich, die stehenbleibende Fels- oder Erdzunge uhne Schwierigkeiten schrittweise in dem Maße aufzulösen und zu zerstören, wie die Bohrung fortschreitet. Dabei kann die Trägerplatte selbst zwar dünn ausgebildet werden, jedoch noch so stabil und robust, daß sie den rauhen να Anforderungen der Praxis gerecht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im wesentlichen folgende: J5

1. Einfachheit der Mechanik unter Vermeidung von irgendwelchen Antriebssystemen, wie Triebwerken, Getrieben, Ketten, Vorgelege. Die Gefahr von Verschleiß, eines Blockierens der Vorrichtung und mechanischen Brüchen irgendwelcher Art ist somit praktisch ausgeschlossen.

2. Es besteht die Möglichkeit, den zur Verfügung stehenden Raum voll ausnutzen zu können (z. B. weniger als 20 cm im Falle der Herstellung von betonierten Gräben), so daß man einen langsam J5 drehenden Motor mit erhöhter Leistung installieren kann, z.B. einen Motor mit 100 PS bei 150 Umdrehungen pro Minute.

3. Es ergibt sich die Möglichkeit, auch härtere Bodenschichten zu bearbeiten bzw. zu durchbohren, als es bisher üblich war, insbesondere Konglomerate, harte Sandsteine, Kalkstein usw. Dies beruht darauf, daß bei verhältnismäßig starkem Widerstandsquerschnitt der Trägerplatte gewissermaßen eine Spreizung der Schneidwerkzeuge vorgenommen werden kann, so daß diese dicht aneinander vorbeilaufen und demgemäß die Dicke der verbleibenden besagten Bodenzunge bzw. der Zunge des Felsgesteines so weit verringert wird, daß diese leicht zerbröckelt und die kleinen 5« Gestein- oder Erdreichteile leicht abgebaut und abgefördert werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung im Schema zur Hälfte geschnitten gemäß Schnittlinie 1-1 in F i g. 2,

F i g. 2 eine Vorderansicht mit hälftigem Schnitt mit Schnittlinie 11-11 in Fi g. 1,

F i g. 3 einen Teilquersehnitt durch die Ebene, welche f>o durch die Drehachse hindurchgeht und parallel zur Bohrungsrichtung verläuft, und

Fig.4 einen Querschnitt durch die Trägerplatte gemäß Schnittlinie 1V-1V in F i g. 3.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, '^ welches in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, besitzt die Bohrvorrichtung ein Gestell 1 im wesentlichen in Gestalt eines parallelepiped Gehäuses, d. h. eines Gehäuses, bei dem drei Paare paralleler Ebenen den Gehäuseraum begrenzen. Das Gehäuse ist an dem oberen Teil mit Düsen 2 versehen, die das Einhaken an flexible oder starre Aufhängungen 3 gestatten. Das Gehäuse 1 weist seitlich Führungsplatten 4 mit nach innen abgebogenen Rändern auf, welche dazu bestimmt sind, mit den Wandungen der Bohrungen 5 zusammenzuwirken bzw. an diesen entlangzugleiten.

An der unteren Stirnfläche des Gestelles bzw. Gehäuses sind in der mittleren längsverlaufenden Ebene dieses Gehäuses Trägerplatten 6 befestigt, beispielsweise mit einer Dicke in der Größenordnung von 5 cm, weiche jede für sich einen Hydraulik- oder Elektromotor 7 trägt, dessen Drehzahl verändert werden kann, und zwar beispielsweise zwischen Null und 150 Umdrehungen je Minute. Derartige Motoren können bei geringer Drehzahl ein sehr großes Drehmoment aufweisen und demgemäß eine verhältnismäßig große Kraft bzw. Leistung bei geringem Raumbedarf.

Die Trägerplatten sind paarweise, und zwar eine neben der anderen in der gleichen Längsebene der Vorrichtung angeordnet, derart, daß die Motorachsen senkrecht zu dieser Ebene stehen und symmetrisch in bezug auf die mittlere durch das Gehäuse verlaufende Ebene angeordnet sind. Auf beiden Seiten dieser letzten Ebene drehen die Motoren im entgegengesetzten Sinne zueinander, wie durch die Pfeile in F i g. 1 dargestellt ist, um so weit wie möglich die resultierenden Kräfte aufzuheben bzw. auszugleichen. Die Motoren werden mit Hilfe von Kanälen 8, vorzugsweise flexiblen Rohrleitungen, beaufschlagt und gesteuert, wobei diese Kanäle oder Rohrleitungen durch die Trägerplatten 6 hindurchgeführt sind. Die Ausgangswellen 9 der Motoren treten an den beiden Seiten des Motorgehäuses heraus, und an jedem Ende ist eine Radnabe 10 aufgekeilt, welche eine Trommel 11 trägt, die sich von der betreffenden Trägerplatte 6 bis im wesentlichen zum Bereich senkrecht unter der betreffenden Führungsplatte 4 erstreckt.

jede Trommel 11 ist über ihre gesamte Breite der äußeren Oberfläche mit einer oder mehreren Schnecken ausgestattet, die Werkzeuge 13 tragen, wie beispielsweise Zähne oder kleine Rädchen oder Rollen, welche dazu eingerichtet und bestimmt sind, den Boden zu zerkleinern.

Die Schnecken sind symmetrisch in bezug auf die Trägerplatten 6 angeordnet. Dabei sind die Schraubengänge entgegengesetzt gerichtet und derart gewählt, daß bei Umdrehung der Trommel im Drehsinne nach Fig. 1 das aufgelockerte Bodenmaterial nach dem Innern der Vorrichtung zu bewegt wird, damit es von dort mit Hilfe einer mittleren Leitung abgezogen bzw. herausgefördert werden kann. Diese mittlere Leitung ist zu diesem Zweck auf dem Gehäuse 1 angeordnet und mit einer flexiblen Entleerungsleitung verbunden.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann wie folgt benutzt bzw. verwendet werden.

Zu Beginn wird die Vorrichtung in eine Ausnehmung des Bodens eingesetzt, die zunächst vorbereitet wird und deren Abmessungen so gewählt sind, daß die Führungsplatten 4 in Berührung mit dem Boden kommen.

Zunächst wird der Bohrvorgang mit geringer Geschwindigkeit betrieben, um das Einsetzen bzw. Herausarbeiten des Bohrungsanfanges durch die Werkzeuge 13 zu erleichtern.

Gleichzeitig wird in die Bohrung ein Schlamm eingegeben, beispielsweise ein Schlamm auf der Basis

von Betonit, der dazu bestimmt ist, die Bohrung auszufüllen und den Einsturz der Wandungen der Bohrung zu verhindern. Dieser Schlamm wird ständig durch die Leitung 14 mit dem Abraum abgeführt, und zwar nach dem Prinzip, welches als inverse Zirkulation bekannt ist; der Schlamm wird anschließend gesiebt und in einer Installation behandelt, so daß er anschließend wieder in die Bohrung zurückgeführt werden kann. Dabei ist es möglich, eine Pumpe zu verwenden, die entweder von der Oberfläche her arbeitet oder untergetaucht bzw. versenkt ist oder mit komprimierter Luft oder beispielsweise auch mit Hydroejektion arbeitet. Dabei können die Bohrungen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Indem die Drehgeschwindigkeit der Trommeln und das Herabführen der Vorrichtung in die Bohrung in der Weise geregelt wird, daß sich ein Optimum in bezug auf die betreffende Bodenbeschaffenheit und die Möglichkeiten zum Evakuieren des Schlammes und des Abraums ergibt, führt man die Bohrung bis in die gewünschte Tiefe durch.

Um einen Graben auszuhöhlen, kann man nach einer an sich bekannten Methode nacheinander parallel zueinander verlaufende Bohrungen durchführen, die jeweils voneinander durch eine Zwischenerdschicht getrennt sind, wobei die Länge dieser Zwischenerdschicht kleiner als die Abmessungen der Vorrichtung ist, so daß anschließend die jeweilige verbleibende Zwischenerdschicht ausgebohrt bzw. abgetragen wird. Durch das Übereinandergreifen der Trommeln über der Zwischenerdschicht wird die Führung der Vorrichtung in Längsrichtung gesichert. Weiterhin ist es auf diese Weise möglich, einmal einzelne bzw. elementare Bohrungen durchzuführen, deren Querschnitt demjenigen der Vorrichtung entspricht, und zum anderen ist es möglich, mehr oder weniger komplexe Wandelemcnte oder auch kontinuierlich verlaufende Wände, zum Beispiel Grabenwände herzustellen, und zwar selbst in sehr harten Bodenschichten.

Die I·" i g. 3 und 4 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Man erkennt, daß auf der Trägerplatte 6 der Motor 7 angebracht ist, dessen Ausgangswelle 9 die Radnaben 10 der als Trommeln ausgebildeten Werkzeugträger 11 trägt. Der Motor wird durch Kanäle 8 beaufschlagt, die durch die Trägerplatte 6 geführt sind. Diese ist an ihrem oberen Teil an einer Platte 15 angeschweißt, welche eine Befestigung am Gestell bzw. Gehäuse der Bohrvorrichtung gestattet (F i g. 3).

Auf jedem der Werkzeugträger 11 befinden sich eine oder mehrere Werkzeuge 130, die sich ganz in der Nähe des nach der Trägerplatte 6 zu liegenden Randes UO

ίο der Werkzeugträger befinden. Diese Werkzeuge sind nach der Platte zu und nach dem äußeren Ende dieses Organs zu geneigt, derart, daß sie durch die gedachte Ebene des Randes 110 hindurchtreten.

Des weiteren ist in bezug auf die äußeren Enden jedes

ij dieser Werkzeuge 130 die Platte 6 mit einer umlaufenden kreisförmigen Nut 16 bzw. Rille versehen, und zwar vorzugsweise mit trapezförmigem Querschnitt. Diese Nut gestattet das Eingreifen des Werkzeuges 130 mit entsprechend gewünschtem Spiel,

»o wenn die Vorrichtung arbeitet. Auf diese Weise kann der Abstand d zwischen den beiden äußeren Rändern der sich gegenüberliegenden Werkzeuge 130 der beiden umlaufenden Werkzeugträger kleiner gehalten werden als die Dicke eder Platte 6.

ij Damit die Platte durch die Nuten nicht geschwächt wird, kann der Teil der Platte, welcher sich außerhalb der Nuten 16 befindet, in bezug auf die Drehachse des Werkzeugträgers 11, also ringsum laufend, dicker gewählt werden, als der im Inneren zwischen den Werkzeugträgern 11 befindliche Plattenteil.

Wenn man zum Beispiel den Querschnitt durch die Platte, und zwar in einer senkrecht zu ihr verlaufenden Schnittebene und in Richtung der Bohrung, betrachtet wobei auch die Nuten 16 geschnitten werden, wie zurr

jj Beispiel entsprechend der Schnittlinie 11-11 in F i g. 1, sr sieht man, daß der Matcrialverlust. der sich durch die beiden Nuten ergibt, weitgehend dadurch kompensier wird, daß das Plattenteil 17 wesentlich dicker gestalle ist (F ig. 4).

Man kann vorteilhafterweise für die Dicke c 50 mn wählen, wenn die Dicke d 40 mm beträgt, und sodani kann man dem Teil 17 eine Dicke von 60 mm zuordnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen im Erdreich, mit einem Paar Werkzeugträger, die um quer zur Vortriebsrichtung verlaufende Achsen drehbar, zu beiden Seiten mindestens einer dünn ausgebildeten Trägerplatte angeordnet und auf ihrem Umfang mit Schneidwerkzeugen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß von den Schneidwerkzeugen (13) jedes Werkzeugträgers (10,11) mindestens ein Werkzeug (130) auf der der Trägerplatte (6) zugewandten Seite über den Rand (110) des Werkzeugträgers (10, 11) hinausragend angeordnet ist, wobei die Trägerplatte (6) mit entsprechenden Nuten (16) versehen ist, die koaxial mit der Drehachse der Werkzeugträger (10, 11) verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) im Bereich der Nuten (16) verstärkt ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (130) bezüglich der Trägerplatte (6) und der Drehachse der Werkzeugträger (10,11) schräg angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidwerkzeuge (13) auf den Werkzeugträgern (10, 11) derart schraubenförmig angeordnet sind, daß das Bohrklein zu der Trägerplatte (6) hin bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Trägerplatten (6) vorgesehen sind, welche symmetrisch zu einer mittleren, durch die Bohricehachse verlaufenden Ebene angeordnet sind, wobei die Werkzeugträger (10, 11) in einem Drehsinn rotierbar sind, durch den das Bohrklein nach dieser mittleren Ebene hin bewegbar ist, und daß eine Leitung (14) zum Abführen des Bohrklein vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten (6) von einem Gestell (1) getragen sind, welches Führungsplatten (4) aufweist, die gleitend an der Wandung der Bohrung geführt sind, und daß Einrichtungen zum Befestigen des Gestells (1) an einer Aufhängung vorgesehen sind.