JPH1030392A - 指向性ボーリング法及び装置 - Google Patents
指向性ボーリング法及び装置Info
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- JPH1030392A JPH1030392A JP9096420A JP9642097A JPH1030392A JP H1030392 A JPH1030392 A JP H1030392A JP 9096420 A JP9096420 A JP 9096420A JP 9642097 A JP9642097 A JP 9642097A JP H1030392 A JPH1030392 A JP H1030392A
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、引入れ時にロッドおよびボーリング
ヘッドを損傷することのない緩やかな方向変更を実施で
き、曲線範囲においても、均一な湾曲度を有し、壁が十
分に平滑な地中杭を形成できる指向性ボーリング法を提
供する。 【解決手段】ロッドと、円経路上を移動する堀削工具と
を有するボーリング装置を使用して指向性ボーリングを
実施する方法において、直線ボーリングの場合には、工
具が本質的に一定の角速度で移動し、曲線ボーリングの
場合には、角速度を周期的に変更し、かくして、直線ボ
ーリングから曲線ボーリングへ緩やかな移行を構成し、
より正確な曲線制御を達成する。
ヘッドを損傷することのない緩やかな方向変更を実施で
き、曲線範囲においても、均一な湾曲度を有し、壁が十
分に平滑な地中杭を形成できる指向性ボーリング法を提
供する。 【解決手段】ロッドと、円経路上を移動する堀削工具と
を有するボーリング装置を使用して指向性ボーリングを
実施する方法において、直線ボーリングの場合には、工
具が本質的に一定の角速度で移動し、曲線ボーリングの
場合には、角速度を周期的に変更し、かくして、直線ボ
ーリングから曲線ボーリングへ緩やかな移行を構成し、
より正確な曲線制御を達成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、指向性ボーリング
方法及び装置に関し、特に、直線的作業または曲線路に
沿う作業を選択的に実施できる（特に機械的および／ま
たは液圧的に堀削を行う）ボーリング装置によって指向
性ボーリングを実施する方法及び装置に関する。
方法及び装置に関し、特に、直線的作業または曲線路に
沿う作業を選択的に実施できる（特に機械的および／ま
たは液圧的に堀削を行う）ボーリング装置によって指向
性ボーリングを実施する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のボーリング装置は、極めて多様
な形状のボーリングヘッドを有し回転駆動および／また
はスラスト（ないし衝撃）駆動されるボーリングロッド
からなる。ボーリングロッドは、通常、線形駆動装置に
結合されレールに案内されたスライダに支持され、ロッ
ドを回転させ、場合によっては、地中に打込む（ないし
押込む）ための回転または回転・スラスト駆動装置を有
する。
な形状のボーリングヘッドを有し回転駆動および／また
はスラスト（ないし衝撃）駆動されるボーリングロッド
からなる。ボーリングロッドは、通常、線形駆動装置に
結合されレールに案内されたスライダに支持され、ロッ
ドを回転させ、場合によっては、地中に打込む（ないし
押込む）ための回転または回転・スラスト駆動装置を有
する。
【０００３】この種の装置は、指向性ボーリングを行い
得るよう、曲線走行を生起するが、直線ボーリングの場
合には克服される偏心度を有する。この克服は、直線ボ
ーリング中には、偏心度を有する部材を一定の角速度で
回転させることによって行われる。即ち、この場合、偏
心作用は喪失する。曲線ボーリングに移行する場合は、
偏心度を有する部材またはボーリングヘッドを所定の角
度位置に若干時間にわたって停止し、曲線路が終了する
までまたは所与の曲線路が順守されるようになるまで、
上記角度位置に保持（帯留）する。ボーリングヘッド
が、予定（設計）経路の曲線部分から外れた場合、該曲
線部分が、再び達成（回復）され、ボーリングヘッド
が、再び予定曲線部分に調節（合致）されるまで、角度
位置を修正する必要がある。このようにして、（より長
い）曲線の走行中に、ボーリングヘッドをその角度位置
に関して多数回、位置決めしなければならない。従っ
て、曲線走行中にさもなければ回転しないロッドの多数
段の角度ステップ（段階）が、常に、必要である。かく
して、ジグザグ状またはコルク抜き状の地中孔が生じ、
正確な曲線路は生じない。
得るよう、曲線走行を生起するが、直線ボーリングの場
合には克服される偏心度を有する。この克服は、直線ボ
ーリング中には、偏心度を有する部材を一定の角速度で
回転させることによって行われる。即ち、この場合、偏
心作用は喪失する。曲線ボーリングに移行する場合は、
偏心度を有する部材またはボーリングヘッドを所定の角
度位置に若干時間にわたって停止し、曲線路が終了する
までまたは所与の曲線路が順守されるようになるまで、
上記角度位置に保持（帯留）する。ボーリングヘッド
が、予定（設計）経路の曲線部分から外れた場合、該曲
線部分が、再び達成（回復）され、ボーリングヘッド
が、再び予定曲線部分に調節（合致）されるまで、角度
位置を修正する必要がある。このようにして、（より長
い）曲線の走行中に、ボーリングヘッドをその角度位置
に関して多数回、位置決めしなければならない。従っ
て、曲線走行中にさもなければ回転しないロッドの多数
段の角度ステップ（段階）が、常に、必要である。かく
して、ジグザグ状またはコルク抜き状の地中孔が生じ、
正確な曲線路は生じない。
【０００４】偏心度の各角度位置は、作製すべき地中孔
の湾曲方向に依存するが、偏心軸は、常に、曲線路の内
側にあり、いわば、回転点の作用を示し、他方、偏心軸
に対向する側は、スライドおよび／またはスラストによ
る−回転なしで−ロッドまたはボーリングヘッドの機械
的推進時に、地中で案内板に沿って摺動するショルダま
たはすべりシューの如く作用する。ボーリングヘッドの
前にある土壌は、無回転の曲線ボーリング中、ボーリン
グヘッドによって側方へ押しのけられ、および／また
は、鋭い液流によって多少とも堀削される。しかしなが
ら、この作業は、過度に硬くなく障害のない押しのけ得
る地盤の場合にのみ可能であるに過ぎない。
の湾曲方向に依存するが、偏心軸は、常に、曲線路の内
側にあり、いわば、回転点の作用を示し、他方、偏心軸
に対向する側は、スライドおよび／またはスラストによ
る−回転なしで−ロッドまたはボーリングヘッドの機械
的推進時に、地中で案内板に沿って摺動するショルダま
たはすべりシューの如く作用する。ボーリングヘッドの
前にある土壌は、無回転の曲線ボーリング中、ボーリン
グヘッドによって側方へ押しのけられ、および／また
は、鋭い液流によって多少とも堀削される。しかしなが
ら、この作業は、過度に硬くなく障害のない押しのけ得
る地盤の場合にのみ可能であるに過ぎない。
【０００５】ボーリングロッド、偏心度およびボーリン
グヘッドの種類は、ケース・バイ・ケースで著しく異な
る。即ち、米国特許第３８７８９０３号には、回転自在
の外側パイプと、堀削工具に結合され駆動される内側ロ
ッドとからなるロッドを有する装置が記載されている。
ボーリングロッドは、ボーリングヘッドの近傍において
折曲げられており、従って、ボーリングロッドの角度変
位によって曲線半径および湾曲方向を変更できる曲線ボ
ーリングを実施できる。ロッドを連続的に回転しつつ堀
削すれば、径が著しく大きい地中坑の直線ボーリングが
可能である。上記径は、ボーリングヘッドの先端の包絡
線径に対応し、ロッド前部の折曲度が大きければ大きい
程、大きくなる。
グヘッドの種類は、ケース・バイ・ケースで著しく異な
る。即ち、米国特許第３８７８９０３号には、回転自在
の外側パイプと、堀削工具に結合され駆動される内側ロ
ッドとからなるロッドを有する装置が記載されている。
ボーリングロッドは、ボーリングヘッドの近傍において
折曲げられており、従って、ボーリングロッドの角度変
位によって曲線半径および湾曲方向を変更できる曲線ボ
ーリングを実施できる。ロッドを連続的に回転しつつ堀
削すれば、径が著しく大きい地中坑の直線ボーリングが
可能である。上記径は、ボーリングヘッドの先端の包絡
線径に対応し、ロッド前部の折曲度が大きければ大きい
程、大きくなる。
【０００６】更に、ヨーロッパ特許公開第０２４７７６
７号には、傾斜面を有し、回転／スラスト（押込）ロッ
ドに結合され、均一回転時には直線ボーリングを実施で
き、無回転の場合には、ボーリングヘッドの前方にある
土壌を側方へ押しのけることによって曲線ボーリングを
実施できるボーリングヘッドが記載されている。
７号には、傾斜面を有し、回転／スラスト（押込）ロッ
ドに結合され、均一回転時には直線ボーリングを実施で
き、無回転の場合には、ボーリングヘッドの前方にある
土壌を側方へ押しのけることによって曲線ボーリングを
実施できるボーリングヘッドが記載されている。
【０００７】ヨーロッパ特許第０１９５５５９号には、
折曲げたボーリングヘッドに、ボーリングヘッド前方の
土壌をほぐし、堀削する高圧流（ジェット）を噴出する
同心のノズルを備えた同様の作業装置が記載されてい
る。
折曲げたボーリングヘッドに、ボーリングヘッド前方の
土壌をほぐし、堀削する高圧流（ジェット）を噴出する
同心のノズルを備えた同様の作業装置が記載されてい
る。
【０００８】地中のボーリングヘッドの位置を探知でき
るよう、ボーリングヘッドに、例えば、バッテリからエ
ネルギ供給を受け、地中のボーリングヘッドの位置、深
さ、軸線に関する傾きおよび回転（Verrollung）、即
ち、縦軸線に対する傾斜面の角度位置を検知できる測定
装置を備えた送信器を設けることができる。更に、ボー
リングヘッドの温度も検知できる。
るよう、ボーリングヘッドに、例えば、バッテリからエ
ネルギ供給を受け、地中のボーリングヘッドの位置、深
さ、軸線に関する傾きおよび回転（Verrollung）、即
ち、縦軸線に対する傾斜面の角度位置を検知できる測定
装置を備えた送信器を設けることができる。更に、ボー
リングヘッドの温度も検知できる。
【０００９】測定データは、ボーリングヘッドに設けた
送信器から地表の受信器に伝送され、表示される。次い
で、データは、回転・送りユニットにいる作業員に無線
で送信され、同じく表示される。上記データにもとづき
運転操作を開始できる。
送信器から地表の受信器に伝送され、表示される。次い
で、データは、回転・送りユニットにいる作業員に無線
で送信され、同じく表示される。上記データにもとづき
運転操作を開始できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】指向性ボーリングを実
施する公知の方法および装置は、何れも、直線ボーリン
グ中には、ボーリングロッドが回転し、従って、ボーリ
ングヘッドが、ロッド径またはボーリングヘッド径より
も少なくとも本質的に大きい径を有する包絡線を描き、
他方、曲線走行中には、ロッドが回転せず、ボーリング
推進は、スラスト（押込み）および／または衝撃のみに
よって行われるという原理に依拠する。
施する公知の方法および装置は、何れも、直線ボーリン
グ中には、ボーリングロッドが回転し、従って、ボーリ
ングヘッドが、ロッド径またはボーリングヘッド径より
も少なくとも本質的に大きい径を有する包絡線を描き、
他方、曲線走行中には、ロッドが回転せず、ボーリング
推進は、スラスト（押込み）および／または衝撃のみに
よって行われるという原理に依拠する。
【００１１】従って直線ボーリングから曲線ボーリング
へ移行する際、湾曲方向によって定められる特定のボー
リングヘッドの角度位置において回転運動を急激に停止
する必要がある。これには、推進方向の同じく急激なま
たは鋭い変更が関連する。推進方向は、同じく、偏心の
仕方および程度、例えば、ロッドの主軸線に関するボー
リングヘッドの傾斜面または案内面のみによって決ま
る。偏心度または傾きは、構造的に定めらているので、
走行中の−例えば、修正のための−方向変更は、ロッド
の特定角度の回転によってボーリングヘッドの角度位置
または偏心度を変更する方式によってのみ可能である。
曲線走行中、通常、修正のための複数の方向変更が必要
であるので、この際に生ずる地中坑は、何れにせよ、ジ
クザグに推移するか、−ボーリングヘッドの性状に応じ
て−コルク抜き状に推移する。従って、以降で拡張ヘッ
ドによってパイロット孔を拡張する場合および／または
パイロット孔に導管を引入れる場合に、極めて不利であ
る。なぜならば、地中孔が、まさに、特にクリティカル
な曲線範囲において不均一に推移し、拡張ヘッドおよび
／または引入パイプに大きいすべり抵抗を加える不均一
な壁を有するからである。従って、拡張時および引入時
に高い技術的経費が必要である。更に、このような地中
路の壁は不安定であり、この不安定性にもとづき、崩落
の危険性があり、拡張時およびパイプ引入時の困難さが
大きくなり、特に、引入時のパイプ損傷の危険性が生ず
る。
へ移行する際、湾曲方向によって定められる特定のボー
リングヘッドの角度位置において回転運動を急激に停止
する必要がある。これには、推進方向の同じく急激なま
たは鋭い変更が関連する。推進方向は、同じく、偏心の
仕方および程度、例えば、ロッドの主軸線に関するボー
リングヘッドの傾斜面または案内面のみによって決ま
る。偏心度または傾きは、構造的に定めらているので、
走行中の−例えば、修正のための−方向変更は、ロッド
の特定角度の回転によってボーリングヘッドの角度位置
または偏心度を変更する方式によってのみ可能である。
曲線走行中、通常、修正のための複数の方向変更が必要
であるので、この際に生ずる地中坑は、何れにせよ、ジ
クザグに推移するか、−ボーリングヘッドの性状に応じ
て−コルク抜き状に推移する。従って、以降で拡張ヘッ
ドによってパイロット孔を拡張する場合および／または
パイロット孔に導管を引入れる場合に、極めて不利であ
る。なぜならば、地中孔が、まさに、特にクリティカル
な曲線範囲において不均一に推移し、拡張ヘッドおよび
／または引入パイプに大きいすべり抵抗を加える不均一
な壁を有するからである。従って、拡張時および引入時
に高い技術的経費が必要である。更に、このような地中
路の壁は不安定であり、この不安定性にもとづき、崩落
の危険性があり、拡張時およびパイプ引入時の困難さが
大きくなり、特に、引入時のパイプ損傷の危険性が生ず
る。
【００１２】本発明の課題は、ロッドおよびボーリング
ヘッドを損傷することのない緩やかな方向変更を実施で
き、曲線範囲においても、均一な湾曲度を有し壁が十分
に平滑な地中坑を生ずる方法及び装置を創成することに
ある。
ヘッドを損傷することのない緩やかな方向変更を実施で
き、曲線範囲においても、均一な湾曲度を有し壁が十分
に平滑な地中坑を生ずる方法及び装置を創成することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決法は、従
来の方法において通常の１つの運動工程を曲線路または
曲線路部分毎に−回転中のボーリングヘッドを停止する
ことなく−方向変更（指向）作用最小の多数の各運動
（方向変更）ステップに分割し、かくして、連続的に制
御された推進を達成するという考え方に依拠する。
来の方法において通常の１つの運動工程を曲線路または
曲線路部分毎に−回転中のボーリングヘッドを停止する
ことなく−方向変更（指向）作用最小の多数の各運動
（方向変更）ステップに分割し、かくして、連続的に制
御された推進を達成するという考え方に依拠する。
【００１４】詳細に云えば、本発明の基本的視点によれ
ば、ロッドと、円経路上を運動可能なよう支持され、直
線ボーリングの場合には実質的に一定の角速度で回転
し、曲線ボーリングの場合には、基準速度に対して角速
度を周期的に（一時的に）変更する、即ち、増大または
減少する工具とを有するボーリング装置による指向性ボ
ーリング法が提供される。従って、本発明に係る方法の
場合、曲線走行中、脈動する角速度を使用する。
ば、ロッドと、円経路上を運動可能なよう支持され、直
線ボーリングの場合には実質的に一定の角速度で回転
し、曲線ボーリングの場合には、基準速度に対して角速
度を周期的に（一時的に）変更する、即ち、増大または
減少する工具とを有するボーリング装置による指向性ボ
ーリング法が提供される。従って、本発明に係る方法の
場合、曲線走行中、脈動する角速度を使用する。
【００１５】この場合、基準速度とは、脈動しない、即
ち、一定の角速度によるボーリングの場合に直線ボーリ
ングを保証し、角速度の本発明に係る変更の基準をなす
角速度を意味する。この場合、変更された角速度は、特
定の角度範囲内においてのみ有効である運動速度をな
す。
ち、一定の角速度によるボーリングの場合に直線ボーリ
ングを保証し、角速度の本発明に係る変更の基準をなす
角速度を意味する。この場合、変更された角速度は、特
定の角度範囲内においてのみ有効である運動速度をな
す。
【００１６】本発明の第２の視点においてボーリング装
置としては、上記の角速度制御手段を備えると共に工具
はボーリング軸に偏心して配設されかつロッド（ボーリ
ングロッド）を介して駆動されるものを用いることがで
きる。より詳しくは、ボーリング装置として、ロッド
と、少くとも１つの堀削工具とを有する指向性ボーリン
グ装置であって、上記堀削工具は、ボーリング軸線に対
して偏心状態に配設されると共にボーリングロッドによ
って駆動されること、及び直線ボーリングの場合には上
記工具を実質的に一定の角速度で運動させ、曲線ボーリ
ングの場合には、角速度を周期的に変更する制御手段を
有することを特徴とする。なお、各請求項に付記した図
面参照符号は、専ら理解を助けるためであり、本発明を
図示の態様に限定することを意図しない。
置としては、上記の角速度制御手段を備えると共に工具
はボーリング軸に偏心して配設されかつロッド（ボーリ
ングロッド）を介して駆動されるものを用いることがで
きる。より詳しくは、ボーリング装置として、ロッド
と、少くとも１つの堀削工具とを有する指向性ボーリン
グ装置であって、上記堀削工具は、ボーリング軸線に対
して偏心状態に配設されると共にボーリングロッドによ
って駆動されること、及び直線ボーリングの場合には上
記工具を実質的に一定の角速度で運動させ、曲線ボーリ
ングの場合には、角速度を周期的に変更する制御手段を
有することを特徴とする。なお、各請求項に付記した図
面参照符号は、専ら理解を助けるためであり、本発明を
図示の態様に限定することを意図しない。
【００１７】
【発明の実施の形態】曲線走行は、回転毎に１回、角速
度を変更する方式で行うことができる。変更は、急激ま
たは定常的であってよくおよび／または、それぞれ、複
数の回転後に行うことができる。変更頻度が高ければ高
い程、方向変更はより均一でより緩やかになる。
度を変更する方式で行うことができる。変更は、急激ま
たは定常的であってよくおよび／または、それぞれ、複
数の回転後に行うことができる。変更頻度が高ければ高
い程、方向変更はより均一でより緩やかになる。
【００１８】本発明に係る方法の場合、曲線走行の曲率
半径は、基準速度と運動速度との比に依存し、即ち、こ
の比は、工具回転時に生ずる包絡線の基準速度および運
動速度に対応する双方の部分における土壌堀削強さおよ
び土壌押除け強さを決定する。
半径は、基準速度と運動速度との比に依存し、即ち、こ
の比は、工具回転時に生ずる包絡線の基準速度および運
動速度に対応する双方の部分における土壌堀削強さおよ
び土壌押除け強さを決定する。
【００１９】本発明に係る方法における角速度の変更を
時間軸に対してグラフ表示すれば、変更速度に応じて、
速度変更度をそれぞれ同一として、−急激な変更時には
−ジグザグ曲線が得られ、−定常的変更時には−正弦波
状曲線が得られる。しかしながら、このようなことに限
られる訳ではない。なぜならば、位相（段階）に応じ
て、角速度の多様な変更を行い得るからである。しかし
ながら、曲線走行が続く限り、角速度の変更を時間的に
同一の間隔で実施するのが好ましい。
時間軸に対してグラフ表示すれば、変更速度に応じて、
速度変更度をそれぞれ同一として、−急激な変更時には
−ジグザグ曲線が得られ、−定常的変更時には−正弦波
状曲線が得られる。しかしながら、このようなことに限
られる訳ではない。なぜならば、位相（段階）に応じ
て、角速度の多様な変更を行い得るからである。しかし
ながら、曲線走行が続く限り、角速度の変更を時間的に
同一の間隔で実施するのが好ましい。
【００２０】本発明に係る方法の場合、時間的にずらし
て、好ましくは、基準速度における回転中に、ボーリン
グロッドおよび／またはボーリングヘッドに（衝撃）加
速度またはスラスト（押込）加速度を加えることによっ
て、運動作用を助成できる。
て、好ましくは、基準速度における回転中に、ボーリン
グロッドおよび／またはボーリングヘッドに（衝撃）加
速度またはスラスト（押込）加速度を加えることによっ
て、運動作用を助成できる。
【００２１】本発明に係る方法の場合、ボーリングロッ
ド、ボーリングヘッドおよび堀削工具の性状に拘わらず
本発明を適用できる。ボーリングヘッドまたはボーリン
グヘッドに設けた堀削工具が、ロッド回転中、包絡線を
描き、従って、偏心度または非対象性が存在することの
みが重要である。
ド、ボーリングヘッドおよび堀削工具の性状に拘わらず
本発明を適用できる。ボーリングヘッドまたはボーリン
グヘッドに設けた堀削工具が、ロッド回転中、包絡線を
描き、従って、偏心度または非対象性が存在することの
みが重要である。
【００２２】上記前提の下で、本発明に係る方法におい
て、偏心度にもとづき類別した多くの工具を使用でき
る。堀削工具としては、地盤の性状に応じて、回転軸に
設置され堀削を行う切除流を供給するノズルを使用でき
る。
て、偏心度にもとづき類別した多くの工具を使用でき
る。堀削工具としては、地盤の性状に応じて、回転軸に
設置され堀削を行う切除流を供給するノズルを使用でき
る。
【００２３】しかしながら、湾曲した案内（ガイド）パ
イプまたは外側パイプと、案内パイプに軸支され駆動さ
れる工具とからなる駆動されるボーリングロッドを有す
る装置が、本発明に係る方法に特に好適である。案内パ
イプは、ボーリングヘッドに隣接する部分において折曲
げることができおよび／または案内面を備えることがで
きる。ロッドおよびボーリング工具またはボーリングヘ
ッドには、例えば、ドイツ特許第３５０３８９３号に記
載してあり本明細書の構成部材である如き従来の駆動装
置が適する。しかしながら、代替方策として、同時に冷
却液および／または堀削された土壌の移送媒体として使
用される液状媒体（例えば、ベントナイト／水・サスペ
ンジョン（スラリ）が駆動媒体として供給される、いわ
ゆる、泥土用（スラリ）モータ（Mudmotor）によってボ
ーリングヘッドまたは堀削工具を液圧的に駆動すること
も提案される。
イプまたは外側パイプと、案内パイプに軸支され駆動さ
れる工具とからなる駆動されるボーリングロッドを有す
る装置が、本発明に係る方法に特に好適である。案内パ
イプは、ボーリングヘッドに隣接する部分において折曲
げることができおよび／または案内面を備えることがで
きる。ロッドおよびボーリング工具またはボーリングヘ
ッドには、例えば、ドイツ特許第３５０３８９３号に記
載してあり本明細書の構成部材である如き従来の駆動装
置が適する。しかしながら、代替方策として、同時に冷
却液および／または堀削された土壌の移送媒体として使
用される液状媒体（例えば、ベントナイト／水・サスペ
ンジョン（スラリ）が駆動媒体として供給される、いわ
ゆる、泥土用（スラリ）モータ（Mudmotor）によってボ
ーリングヘッドまたは堀削工具を液圧的に駆動すること
も提案される。
【００２４】しかしながら、泥土用モータは、制限付き
で使用できるに過ぎない。なぜならば、上記モータの出
力は、上記モータに供給される駆動液の圧力または量に
依存するからである。従って、大きいトルクおよび堀削
能力を達成するには、対応して多量の駆動液が必要であ
り、従って、大きな問題が生ずる。−概ねチクソトロピ
ックな−ベントナイト／水・サスペンジョンを使用する
場合、ベントナイトの消費に関して高い経費が掛かる。
更に、ボーリングロッドを介するサスペンジョンの移送
に伴い、強い摩耗が生ずる。更に、多量のサスペンジョ
ンまたは水が、望ましくない侵食を招き、上記サスペン
ジョンが地中に残存した場合、静水圧が高いと、地表
（例えば、道路）に損傷を誘起し、上記サスペンジョン
または水を逆送するには、ボーリングロッドに対応する
パイプ横断面積が必要であり、あるいは、ボーリングロ
ッドと周囲の土壌との間に対応する環状スペースが必要
であり、更に、ベントナイトの再使用のための処理が必
要である。更に、多量の液体は、対応して大きいポンプ
能力を必要とし、従って、高額の経費が掛かる。
で使用できるに過ぎない。なぜならば、上記モータの出
力は、上記モータに供給される駆動液の圧力または量に
依存するからである。従って、大きいトルクおよび堀削
能力を達成するには、対応して多量の駆動液が必要であ
り、従って、大きな問題が生ずる。−概ねチクソトロピ
ックな−ベントナイト／水・サスペンジョンを使用する
場合、ベントナイトの消費に関して高い経費が掛かる。
更に、ボーリングロッドを介するサスペンジョンの移送
に伴い、強い摩耗が生ずる。更に、多量のサスペンジョ
ンまたは水が、望ましくない侵食を招き、上記サスペン
ジョンが地中に残存した場合、静水圧が高いと、地表
（例えば、道路）に損傷を誘起し、上記サスペンジョン
または水を逆送するには、ボーリングロッドに対応する
パイプ横断面積が必要であり、あるいは、ボーリングロ
ッドと周囲の土壌との間に対応する環状スペースが必要
であり、更に、ベントナイトの再使用のための処理が必
要である。更に、多量の液体は、対応して大きいポンプ
能力を必要とし、従って、高額の経費が掛かる。
【００２５】従って、外部の駆動装置によって、大きい
トルクを伝達できるロッドを介して、ボーリングロッド
またはボーリング工具を駆動するのが有利である。最も
簡単な事例では、ボーリングロッドは、偏心状態に配置
されボーリングロッドの回転時に包絡線上を移動する堀
削工具を有する、好ましくは、中空のロッドシステム
（パイプライン状）からなる。このような移動は、容易
に湾曲されるロッドによってまたはロッド軸線または回
転軸線外にボーリング工具を配置することによって実現
できる。
トルクを伝達できるロッドを介して、ボーリングロッド
またはボーリング工具を駆動するのが有利である。最も
簡単な事例では、ボーリングロッドは、偏心状態に配置
されボーリングロッドの回転時に包絡線上を移動する堀
削工具を有する、好ましくは、中空のロッドシステム
（パイプライン状）からなる。このような移動は、容易
に湾曲されるロッドによってまたはロッド軸線または回
転軸線外にボーリング工具を配置することによって実現
できる。
【００２６】しかしながら、ボーリングロッドは、それ
ぞれ固有の回転駆動装置を有する２つの同心のパイプか
ら構成することもできる。この場合、内側パイプは、ボ
ーリングヘッドまたは堀削工具と結合し、他方、外側パ
イプには、工具またはボーリングヘッドを設けることが
できる。
ぞれ固有の回転駆動装置を有する２つの同心のパイプか
ら構成することもできる。この場合、内側パイプは、ボ
ーリングヘッドまたは堀削工具と結合し、他方、外側パ
イプには、工具またはボーリングヘッドを設けることが
できる。
【００２７】土壌堀削および切除された土壌の搬出を改
善するため、堀削工具、ボーリングヘッドおよび／また
は案内パイプに、好ましくは内側パイプを介して供給さ
れる液体のノズルを設けることができる。液体は、冷却
のため、切除（ほぐ）される土壌の搬出のためまたは鋭
い流れ（ジェット流）の形で土壌の堀削のために使用で
きる。
善するため、堀削工具、ボーリングヘッドおよび／また
は案内パイプに、好ましくは内側パイプを介して供給さ
れる液体のノズルを設けることができる。液体は、冷却
のため、切除（ほぐ）される土壌の搬出のためまたは鋭
い流れ（ジェット流）の形で土壌の堀削のために使用で
きる。
【００２８】ボーリングヘッドまたは堀削工具の回転軸
線は、ロッドの回転時に上述の包絡線上に工具運動を形
成するため、ロッド軸線に関して偏心状態に配置でき
る。
線は、ロッドの回転時に上述の包絡線上に工具運動を形
成するため、ロッド軸線に関して偏心状態に配置でき
る。
【００２９】切除（ほぐ）された土壌の搬出は、堀削工
具の径が案内パイプの径よりも大きい場合、案内パイプ
と土壌との間の環状間隙を介して行うことができる。し
かしながら、案内パイプによる搬出がより好ましく、こ
のためには、ボーリングヘッドおよび／または案内パイ
プに排出口を設ける必要がある。案内パイプを介する内
部搬出は、案内パイプに設けた送りスクリュによってお
よび／または液体ノズルによって改善できる。
具の径が案内パイプの径よりも大きい場合、案内パイプ
と土壌との間の環状間隙を介して行うことができる。し
かしながら、案内パイプによる搬出がより好ましく、こ
のためには、ボーリングヘッドおよび／または案内パイ
プに排出口を設ける必要がある。案内パイプを介する内
部搬出は、案内パイプに設けた送りスクリュによってお
よび／または液体ノズルによって改善できる。
【００３０】しかしながら、他方、多様な傾斜角度で作
業できるよう、ボーリングロッドの前端を交換自在に構
成することもできる。
業できるよう、ボーリングロッドの前端を交換自在に構
成することもできる。
【００３１】
【実施例】図面を参照して、以下に、本発明の実施例を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００３２】本発明に係る方法の場合、土壌２内の地中
孔１は、単一パイプからなる弾性ボーリングロッド３に
よって作製される。ボーリングロッド３の端部には、案
内面ないしは傾斜面５を有し、ボーリングロッド３に空
転しないよう結合されたボーリングヘッド４が固定され
ている。傾斜面の前縁は、堀削工具として作用し、ロッ
ドの回転時に、ロッド軸線のまわりに包絡線を描く。ボ
ーリングヘッド４には、地表下のボーリングヘッド４の
深さ、土壌内のボーリングヘッド４の位置と、その傾き
と、ボーリングヘッド４の縦軸線に関する案内面５の角
度位置と、場合によっては、ボーリングヘッド４の温度
とに関するデータを受信器７にワイヤレスで伝送する送
信器６が設けてある。送信器６と受信器７との間の無線
接続を破線８で示した。
孔１は、単一パイプからなる弾性ボーリングロッド３に
よって作製される。ボーリングロッド３の端部には、案
内面ないしは傾斜面５を有し、ボーリングロッド３に空
転しないよう結合されたボーリングヘッド４が固定され
ている。傾斜面の前縁は、堀削工具として作用し、ロッ
ドの回転時に、ロッド軸線のまわりに包絡線を描く。ボ
ーリングヘッド４には、地表下のボーリングヘッド４の
深さ、土壌内のボーリングヘッド４の位置と、その傾き
と、ボーリングヘッド４の縦軸線に関する案内面５の角
度位置と、場合によっては、ボーリングヘッド４の温度
とに関するデータを受信器７にワイヤレスで伝送する送
信器６が設けてある。送信器６と受信器７との間の無線
接続を破線８で示した。
【００３３】更なる無線接続９は、受信器７から出発点
１１に設けた適切な回転・送りユニット１２の近傍の表
示装置１０に上述のデータを伝送する。この回転・送り
ユニット１２は、ボーリングロッド３の回転駆動装置１
３と、ボーリングロッド３に負荷を加えるスラスト機構
１４と、送り駆動装置１５とを有する。ボーリングロッ
ド３は、ボーリングロッド接続１６を介して回転・送り
ユニットに結合されている。
１１に設けた適切な回転・送りユニット１２の近傍の表
示装置１０に上述のデータを伝送する。この回転・送り
ユニット１２は、ボーリングロッド３の回転駆動装置１
３と、ボーリングロッド３に負荷を加えるスラスト機構
１４と、送り駆動装置１５とを有する。ボーリングロッ
ド３は、ボーリングロッド接続１６を介して回転・送り
ユニットに結合されている。
【００３４】ケーブル接続は、表示装置１０から、ケー
ブル接続１８を介して回転駆動装置１３とスラスト機構
１４と送り駆動装置１５とを制御するための操作盤を有
するスイッチボックス１７に至る。
ブル接続１８を介して回転駆動装置１３とスラスト機構
１４と送り駆動装置１５とを制御するための操作盤を有
するスイッチボックス１７に至る。
【００３５】図１に示した装置は、２つの異なる態様で
運転できる。ボーリングロッド３を土壌２を貫通して回
転、摺動させると、真っすぐな孔が生ずる。この場合、
ボーリングヘッドの案内面５にもとづき誘起される偏心
的に作用するボーリングヘッド４の振れは、ボーリング
ロッド３の均一な回転によって補償される。
運転できる。ボーリングロッド３を土壌２を貫通して回
転、摺動させると、真っすぐな孔が生ずる。この場合、
ボーリングヘッドの案内面５にもとづき誘起される偏心
的に作用するボーリングヘッド４の振れは、ボーリング
ロッド３の均一な回転によって補償される。
【００３６】図１に示した装置の場合、例えば、ボーリ
ングロッド３に関する傾斜面５の図示の制御位置または
角度位置の範囲におけるボーリングヘッド４の回転運動
（角速度）を回転中に所定の運転速度に短時間で減速す
るか、上記位置に対して１８０°だけずれた角度位置で
短時間加速することによって、曲線走行を誘導する。か
くして、上記の周期的速度変更が行われる限り、下方へ
湾曲した曲線路が生ずる。
ングロッド３に関する傾斜面５の図示の制御位置または
角度位置の範囲におけるボーリングヘッド４の回転運動
（角速度）を回転中に所定の運転速度に短時間で減速す
るか、上記位置に対して１８０°だけずれた角度位置で
短時間加速することによって、曲線走行を誘導する。か
くして、上記の周期的速度変更が行われる限り、下方へ
湾曲した曲線路が生ずる。
【００３７】ボーリングロッドを２つの同心のロッドか
ら構成し、１つのロッドラインにおいて、先端または刃
の案内面５が終わる箇所に、駆動できロッドラインの回
転時に包絡線上をロッド軸線のまわりに移動できる少な
くとも１つの工具を設ければ、同一の効果を達成でき
る。この達成は、例えば、２つの同心のパイプからな
り、内側パイプに工具を偏心状態に設けるか、または外
側パイプの端面の限定された部分をボーリングヘッドと
して構成したロッドによって可能である。
ら構成し、１つのロッドラインにおいて、先端または刃
の案内面５が終わる箇所に、駆動できロッドラインの回
転時に包絡線上をロッド軸線のまわりに移動できる少な
くとも１つの工具を設ければ、同一の効果を達成でき
る。この達成は、例えば、２つの同心のパイプからな
り、内側パイプに工具を偏心状態に設けるか、または外
側パイプの端面の限定された部分をボーリングヘッドと
して構成したロッドによって可能である。
【００３８】図２に示した実施例の場合、ボーリングロ
ッドは、泥土用モータに至り駆動液体を上記モータに供
給するボア２０，２１を有する折曲げたボーリングラン
セット１９からなる。泥土用モータは、土壌堀削を支援
するためおよび／またはボーリングランス１９と土壌２
との間の環状スペース２５を介する切除土壌の搬出を改
善するため駆動液体を噴出するノズル２４を有し同心に
配置された堀削工具２３を駆動する。
ッドは、泥土用モータに至り駆動液体を上記モータに供
給するボア２０，２１を有する折曲げたボーリングラン
セット１９からなる。泥土用モータは、土壌堀削を支援
するためおよび／またはボーリングランス１９と土壌２
との間の環状スペース２５を介する切除土壌の搬出を改
善するため駆動液体を噴出するノズル２４を有し同心に
配置された堀削工具２３を駆動する。
【００３９】ボーリングランス１９は、運転のために必
要な測定データを受信し且つ伝送する測定・送信ユニッ
ト２６を含む。
要な測定データを受信し且つ伝送する測定・送信ユニッ
ト２６を含む。
【００４０】図３に示した単一パイプ形ロッド２７は、
ホース２９を介して駆動液体の供給を受ける泥土用モー
タ２８を含む。この場合、駆動液体は、偏心状態に配置
された堀削工具３１のノズル３０を介してモータから出
る。ボーリングロッド２７の前端には、工具３２が設け
てあり、更に、案内傾斜面３３が設けてある。この案内
傾斜面は、曲線走行時、工具によって形成された地中孔
の隣接の壁で支持される。図３に示した角度位置におい
て、短時間、基準速度よりも大きいまたは小さい速度で
ロッドパイプ２７を回転すると、曲線走行が行われる。
ホース２９を介して駆動液体の供給を受ける泥土用モー
タ２８を含む。この場合、駆動液体は、偏心状態に配置
された堀削工具３１のノズル３０を介してモータから出
る。ボーリングロッド２７の前端には、工具３２が設け
てあり、更に、案内傾斜面３３が設けてある。この案内
傾斜面は、曲線走行時、工具によって形成された地中孔
の隣接の壁で支持される。図３に示した角度位置におい
て、短時間、基準速度よりも大きいまたは小さい速度で
ロッドパイプ２７を回転すると、曲線走行が行われる。
【００４１】図４に示した外側パイプ３４を有する二重
パイプ形ロッドの場合、堀削工具３１は、それぞれカル
ダン継手３５を介して相互に結合された複数の部分３
６，３７，３８からなるパイプ状内側ロッドを介して駆
動することもできる。内側ロッドが十分に可撓性であれ
ば、カルダン継手は不要である。
パイプ形ロッドの場合、堀削工具３１は、それぞれカル
ダン継手３５を介して相互に結合された複数の部分３
６，３７，３８からなるパイプ状内側ロッドを介して駆
動することもできる。内側ロッドが十分に可撓性であれ
ば、カルダン継手は不要である。
【００４２】堀削工具３１とノズル３０から出る液体流
との共働作用によって切除（ほぐ）された土壌の搬出を
改善するため、図５の実施例の場合、二重パイプ形ロッ
ド３９，４０の外側パイプ３９は、排出口４１を有し、
内側パイプ４０には、排出口４１を介して外側パイプ３
９内に入る土壌をパイプ形ロッドの駆動装置の方向へ排
出する羽根５８が設けてある。
との共働作用によって切除（ほぐ）された土壌の搬出を
改善するため、図５の実施例の場合、二重パイプ形ロッ
ド３９，４０の外側パイプ３９は、排出口４１を有し、
内側パイプ４０には、排出口４１を介して外側パイプ３
９内に入る土壌をパイプ形ロッドの駆動装置の方向へ排
出する羽根５８が設けてある。
【００４３】図６の実施例の場合、ボーリングロッドの
案内パイプ、即ち、外側パイプ４２は、折曲げてあり、
一方、内側パイプは、堀削工具４６に空転しないよう結
合された内側パイプ部分４５にカルダン継手４４を介し
て結合されたロッドシステム４３からなる。堀削工具４
６の径は、案内パイプ４２の径よりも大きく、従って、
環状スペース４７Ａが形成され、堀削工具４６のノズル
４７から出る液体と混合された状態の切除され土壌は、
上記環状スペースを介して周囲に排出される。
案内パイプ、即ち、外側パイプ４２は、折曲げてあり、
一方、内側パイプは、堀削工具４６に空転しないよう結
合された内側パイプ部分４５にカルダン継手４４を介し
て結合されたロッドシステム４３からなる。堀削工具４
６の径は、案内パイプ４２の径よりも大きく、従って、
環状スペース４７Ａが形成され、堀削工具４６のノズル
４７から出る液体と混合された状態の切除され土壌は、
上記環状スペースを介して周囲に排出される。
【００４４】案内パイプ４８とこのパイプに可動継手
（関節）手段４９を介して結合されたパイプ部分（先端
部）５０とからなる図７のボーリングロッドの場合、堀
削工具は、例えば四角シャフトの形のカップリング５３
およびカルダン継手５４を介して掘削工具５１の駆動シ
ャフト５５に連結された内側ロッド５２を介して駆動さ
れる。内側ロッド５２のカラー５６は、押し棒５７を介
してパイプ部分５０に連結され、内側ロッド５２の縦方
向摺動時にパイプ部分５０の旋回を可能とする。かくし
て、パイプ部分５０の折曲角度、地中孔の直線部分の径
および曲線走行時の曲率半径を無段で調節できる。
（関節）手段４９を介して結合されたパイプ部分（先端
部）５０とからなる図７のボーリングロッドの場合、堀
削工具は、例えば四角シャフトの形のカップリング５３
およびカルダン継手５４を介して掘削工具５１の駆動シ
ャフト５５に連結された内側ロッド５２を介して駆動さ
れる。内側ロッド５２のカラー５６は、押し棒５７を介
してパイプ部分５０に連結され、内側ロッド５２の縦方
向摺動時にパイプ部分５０の旋回を可能とする。かくし
て、パイプ部分５０の折曲角度、地中孔の直線部分の径
および曲線走行時の曲率半径を無段で調節できる。
【００４５】すべての実施例において共通に、ロッドの
回転軸線に関して偏心状態に配置した掘削工具を包絡線
上を直線孔部分の回転軸線のまわりに実質的に均一に移
動させ、好ましくは規則的に脈動する角速度で回転させ
れば、ボーリングロッドおよび／またはボーリング工具
のジオメトリおよび基準速度に対する速度差に依存する
曲率半径を有する曲線走行が行われる。
回転軸線に関して偏心状態に配置した掘削工具を包絡線
上を直線孔部分の回転軸線のまわりに実質的に均一に移
動させ、好ましくは規則的に脈動する角速度で回転させ
れば、ボーリングロッドおよび／またはボーリング工具
のジオメトリおよび基準速度に対する速度差に依存する
曲率半径を有する曲線走行が行われる。
【００４６】
【発明の効果】本発明の指向性ボーリング法によれば、
引入れ時にロッドおよびボーリングヘッドを損傷するこ
とのない緩やかな方向変更を実施でき、曲線範囲におい
ても、均一な湾曲度を有し壁が十分に平滑な地中杭を形
成できる（請求項１以下の方法）。
引入れ時にロッドおよびボーリングヘッドを損傷するこ
とのない緩やかな方向変更を実施でき、曲線範囲におい
ても、均一な湾曲度を有し壁が十分に平滑な地中杭を形
成できる（請求項１以下の方法）。
【００４７】さらに本発明の請求項６以下の装置を用い
れば指向性ボーリング性が一層容易に実施できる。
れば指向性ボーリング性が一層容易に実施できる。
【図１】本発明に係る方法を実施するのに適した作動状
態のボーリング装置の一実施例の図面である。
態のボーリング装置の一実施例の図面である。
【図２】泥土用モータを有し前部を折曲げたボーリング
ロッドの一実施例の図面である。
ロッドの一実施例の図面である。
【図３】泥土用モータを偏心状態に配設した単一パイプ
形ロッドの一実施例の図面である。
形ロッドの一実施例の図面である。
【図４】内側パイプによって駆動される工具を偏心状態
に配設した二重パイプ形ロッドの一実施例の図面であ
る。
に配設した二重パイプ形ロッドの一実施例の図面であ
る。
【図５】切除された土壌の内部搬送に適した類似のボー
リングロッドの一実施例の図面である。
リングロッドの一実施例の図面である。
【図６】前部を折曲げた二重パイプ形ロッドの一実施例
の図面である。
の図面である。
【図７】類似の性状を有するが前部を旋回自在に構成し
たボーリングロッドの一実施例の図面である。
たボーリングロッドの一実施例の図面である。
１ 地中孔 ２ 土壌 ３ ボーリングロッド ４ ボーリングヘッド ５ 傾斜面 ６ 送信器 ７ 受信器 １０ 表示装置 １２ 回転・送りユニット １３ 回転駆動装置 １４ スラスト機構 １５ 送り装置 １７ スイッチボックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルフォンス ヘッセ ドイツ連邦共和国、57368 レンネシュタ ット、アントニウスシュトラーセ 18
Claims (18)
- 【請求項１】ロッドと、円経路上を運動する堀削工具と
を有するボーリング装置を使用し、直線ボーリングの場
合には上記工具を実質的に一定の角速度で運動させ、曲
線ボーリングの場合には、角速度を周期的に変更するこ
とを特徴とする指向性ボーリング法。 - 【請求項２】工具の回転毎に１回、角速度を所定の角度
範囲内で変更することを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】曲線走行中、等しい時間インターバルで角
速度を変更することを特徴とする請求項１または２記載
の方法。 - 【請求項４】角速度変更とは時間的にずらして、ロッド
に衝撃加速度またはスラスト押圧加速度を加えることを
特徴とする請求項１〜３の１つに記載の方法。 - 【請求項５】衝撃加速度またはスラスト押圧加速度が、
より大きい角速度の時点において加えられることを特徴
とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】ロッドと、少くとも１つの堀削工具とを有
する指向性ボーリング装置であって、 上記堀削工具（４１；２３；３１；４６；５１）は、ボ
ーリング軸線に対して偏心状態に配設されると共にボー
リングロッド（３，１９，２７；３４；３９，４０；４
２，４３；４８，５０）によって駆動されること、及び
直線ボーリングの場合には上記工具を実質的に一定の角
速度で運動させ、曲線ボーリングの場合には、角速度を
周期的に変更する制御手段を有することを特徴とする指
向性ボーリング装置。 - 【請求項７】ボーリングロッドが、折曲げたまたは湾曲
した案内パイプ（１９，４２）と、案内パイプに軸支さ
れ駆動される工具（２３，４６）とを有することを特徴
とする請求項６記載の装置。 - 【請求項８】ボーリングロッド（３）が、２つの同心の
パイプ（３９，４０；４２，４３）からなることを特徴
とする請求項６または７記載の装置。 - 【請求項９】内側パイプ（３６，３７，３８；４０；５
２）が、駆動され、かつ堀削工具（３１，４６，５１）
に結合されていることを特徴とする請求項８記載の装
置。 - 【請求項１０】工具（２３，３１，４７）が、内側パイ
プ（３６，３７，３８；４０；５２）を介して供給され
る液体のためのノズル（２４，３０，４７）を備えてい
ることを特徴とする請求項６〜９の１つに記載の装置。 - 【請求項１１】工具（２３，３１）が、泥土用モータに
よって駆動され、駆動液体が、ボーリングロッド（１
９，２７）を介して供給されることを特徴とする請求項
６，８〜１０の１つに記載の装置。 - 【請求項１２】ボーリングロッド（１９；４２，４３）
の前部が、折曲げてあることを特徴とする請求項６〜１
１の１つに記載の装置。 - 【請求項１３】堀削工具（３１）の回転軸線が、偏心状
態に配置されていることを特徴とする請求項６〜１１の
１つに記載の装置。 - 【請求項１４】ボーリングロッド（２７，３４）または
堀削工具（４）が、方向変更に作用する案内面（５，３
３）を備えていることを特徴とする請求項６〜１３の１
つに記載の装置。 - 【請求項１５】外側パイプ（２７，３４，３９）の前端
には、堀削工具（３２）が配置されていることを特徴と
する請求項８〜１２の１つに記載の装置。 - 【請求項１６】ボーリングロッド（３９）が、少なくと
も１つの排出口（４１）を備えていることを特徴とする
請求項６〜１５の１つに記載の装置。 - 【請求項１７】ボーリングロッド（３９）には、送りス
クリュ（４０，５８）および／または土壌搬出用液体の
ためのノズルが配設されていることを特徴とする請求項
１６記載の装置。 - 【請求項１８】外側パイプ（４８）が、堀削工具（５
１）に隣接するパイプ部分（５０）に樞着されているこ
とを特徴とする請求項８，１５〜１７の１つに記載の装
置。
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