DE60011244T2

DE60011244T2 - Bohrer zur herstellung von weitdurchmesser und grosstiefen bohrlöchern sowie verfahren zur durchführung von solchen bohrlöchern

Info

Publication number: DE60011244T2
Application number: DE60011244T
Authority: DE
Inventors: Giulio Accorroni
Original assignee: I M T SpA
Current assignee: I M T SpA
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-03-11
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2020-03-12
Also published as: AU765044B2; WO2000053882A1; DE60011244D1; CA2365005A1; EP1161612A1; AU2934600A; BG105887A; JP2002538343A; ITPS990007A1; US6655474B1; BR0000438A; MXPA01009142A; BR0010460A; CN1343281A; BR0000438B1; HK1043170A1; ATE268428T1; EP1161612B1; KR20010113729A

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die Erfindung betrifft einen Bohrer, der zum Bohren von Löchern großen Durchmessers und großer Tiefe, insbesondere für Pfähle oder für Brunnen, geeignet ist, und ein Verfahren zum Ausführen desselben.
STAND DER TECHNIK
In dem Dokument US 2.910.274 wird ein Bohrer zum Graben von Löchern zum Gießen von glockenförmigen Fundamenten offenbart, der einen Motor besitzt, der starr an dem unteren Ende eines oberen Pfeilerelements befestigt ist. Der Motor ist mit Hilfe von Ritzeln mit einem unteren Pfeilerelement verbunden und versetzt das untere Pfeilerelement axial in Drehung gegenüber dem oberen Pfeilerelement.
Der Bohrer umfasst eine mit dem Motor verbundene hydraulische Zuführung. Die gesamte Pfeileranordnung mit Pfeilerelementen und Motor wird vertikal mit Hilfe eines Kabels verschoben, das auf eine Rolle eines Krans gewickelt und an einem Arm eines mit Laufrollen zusammengreifenden Auslegers befestigt ist, welcher der starren Verbindung zwischen Motor und oberem Pfeilerelement zugeordnet ist.
An dem unteren Ende des unteren Pfeilerelements ist ein Trägerkanister befestigt, der zumindest an seinem freien Ende ein Grabwerkzeug aufweist. Eine Trägeranordnung des Kanisters läuft mit Hilfe eines hydraulischen Betätigungselements entlang dem unteren Pfeilerelement hin und her, um den Trägerkanister zu öffnen und zu schließen.
Die Hauptnachteile dieses bekannten Bohrers bestehen darin, dass er auf Grund der Pfeilerelemente keine Löcher großer Tiefe einbringen kann und die Grabephase auf Grund der festen Verbindung zwischen dem Kanister und dem unteren Ende des unteren Pfeilerelements entsprechend dem Absenken, Entladen und Heben des Kanisters gestoppt werden muss.
Die Gründungspfähle zur Bodenverfestigung werden gewöhnlich während der Bohrphase, dem Einlegen der Bewehrungsstäbe und dem Gießen des Betons eingebracht. Die Bohrungen werden mit Hilfe des Zerschneidens oder Zerkrümelns des Erdbodens und des Abführens des entfernten Materials. Ausgeführt.
Gegenwärtig wird das Material entweder durch intermittierenden Transport, wobei Hammergreifer oder eine von einem Drehkörper angetriebene teleskopische Kelly-Stange verwendet wird, die jedes Mal gehoben werden muss, oder durch kontinuierlichen Transport mit Hilfe einer Schnecke oder durch Fluidzirkulation entfernt.
Die Verwendung des Hammergreifers beschränkt sich auf die Böden mit geringer Kohäsion, insbesondere zum Transportieren von Material durch die Gehäuserohre.
Die Verwendung des Drehkörpers mit dem System der teleskopischen Kelly-Stange ist möglich zum Einbringen von Löchern für Gründungspfeiler großen Durchmessers (bis zu 2–3 Metern), jedoch für begrenzte Tiefen, typischerweise von 50–60 cm. Die Tiefengrenze ist darauf zurückzuführen, dass das Schneid- und Materialtransportwerkzeug mit dem unteren Ende einer Reihe von teleskopischen Schäften verbunden ist, die das Schneidmoment übertragen können. Wenn die Lochtiefe größer wird, muss die Schaftlänge oder die Anzahl der verwendeten Elemente größer werden, wobei die genannten Grenzen durch Schwierigkeiten auferlegt werden.
Wenn der Durchmesser größer wird, muss auch der Widerstand der genannten Elemente größer werden. Somit können Löcher großen Durchmessers und großer Tiefe nur mit sehr hohen, schweren und teuren Maschinen erhalten werden, die manchmal nicht den erforderlichen Platz zum Arbeiten haben.
Bei dem Schneckensystem wird ein Schraubenelement mit den scharfen Werkzeugen im unteren Teil verwendet, das im oberen Teil mit einem Drehkörper, der die Drehbewegung antreibt, und mit Extraktionsdrahtseilen verbunden ist. Bei dem Verfahren sind hohe Extraktionskräfte und sehr hohe Maschinen erforderlich, deren Höhe mit der Lochtiefe vergleichbar ist. Praktisch sind Löcher mit 1,2–1,5 m als Maximaldurchmesser und 25–30 m als Maximaltiefe möglich.
Die Umlauffluidsysteme erfordern Wasserpumpen oder Luftverdichter, deren Strom zunimmt, wenn Durchmesser und Tiefe größer werden. Mit solchen Systemen kann nur dann eine sehr große Tiefe erreicht werden, wenn die Arbeitsdurchmesser klein sind (200–300 mm). Löcher mit größerem Durchmesser (800–1400 mm) könnten ausgeführt werden, wobei große Strömungsgeschwindigkeiten beim Heben des zerkrümelten Materials erforderlich wären.
Mit dem Gegenstromsystem können tiefe Löcher großen Durchmessers gebohrt werden, wobei das zerschnittene oder zerkrümelte Material in einem Wasserstrom gehoben wird, der durch Druckluft nach oben in den Schaft bewegt wird. Dieses System lässt sich nur bei wasserdichtem Boden oder am Meer oder in Seen oder durch Wasserdichtmachen des Lochs dank teurer Gehäuse verwenden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einbringen von Löchern großen Durchmessers und großer Tiefe für Pfähle oder Brunnen mit einer Ausrüstung zu ermöglichen, die in Höhe, Gewicht und Kosten begrenzt ist und auch unter Brücken, in Tunneln, Gebäuden nahe bei elektrischen Kabeln, in Seen und im Meer verwendbar ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, die Locheinbringungsgeschwindigkeit kaum zu erhöhen.
Gemäß dem Verfahren und der Maschine der vorliegenden Erfindung wird das ausgebohrte Material durch einen Trägerkanister oder ähnliches, der/das entlang des von einem Drehkörper in Drehung versetzten Bohrschafts gleitet und mit Seilen verbunden ist, die von einstückig mit dem Bohrschaft ausgebildeten Winden bewegt werden, an die Oberfläche gebracht. Dadurch kann das Material schnell und kontinuierlich entfernt werden, ohne die Bohrschäfte zu bewegen und ohne unbedingt die Bohrarbeiten einzustellen.
Die oben beschriebenen Aufgaben werden gemäß dem Inhalt der Ansprüche erfüllt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der anliegenden Zeichnungen beschrieben, die beispielhaft einige mögliche Ausführungsformen zeigen, und in denen:
1 eine schematische Seitenansicht des Arbeitsbohrers mit dem Trägerkanister während der Hebephase zeigt;
die 2 und 3 jeweils eine Seiten- und eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Einhaken des Trägerkanisters an den Bohrschäften im Freigabezustand zeigen, wobei der Trägerkanister frei gleitet;
die 4 und 5 die gleichen Einzelheiten wie die 2 und 3 im Einhakungszustand zeigen;
die 6 und 7 zwei schematische Seitenansichten des mit einem kolbenartigen Trägerkanister ausgestatteten Bohrers während zweier verschiedener Arbeitsphasen zeigen;
8 eine schematische Seitenansicht des Arbeitsbohrers zeigt, der mit einem Abwärtsbohrhammer ausgestattet und mit einem Kompressor verbunden ist;
9 eine Variante des Bohrers gemäß 1 zum Einbringen von Löchern großen Durchmessers und großer Tiefe zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
In 1 zeigt Ziffer 1 eine Grundmaschine, die hydraulische Leistung zu dem Drehkörper 2 und mit Hilfe eines Hydraulikgelenks 4 zu den Winden 4 liefert, die sich einstückig mit den Bohrschäften 7 mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung vorstehenden Führungen 19 drehen. Die Ziffer 5 zeigt den Trägerkanister, der in den vertikalen Bewegungen durch Drahtseile 18 der Winden 4 angetrieben wird.
Die Ziffer 6 zeigt das Bohrwerkzeug an, das mit dem unteren Ende des Schafts 7 verbunden ist. Die Eindring- und Ausziehkraft wird mit Hilfe der Schäfte 7 mit einer Schaftklemmvorrichtung 9 von den Translationszylindern 8 des Drehkörpers auf das Bohrwerkzeug 6 übertragen.
Die Ziffer 10 zeigt eine Hilfsklemmvorrichtung, durch welche der Schaft während der Ausziehphase gehalten werden kann, um die Demontage des letzteren zu erleichtern. Die Bohrschäfte 7 werden durch eine Beladevorrichtung 11 beladen und sind durch eine Vorrichtung 12 verbunden. Die Ziffer 13 zeigt einen Förderer zum Bewegen des entfernten Materials.
In den 2, 3, 4 und 5 bezeichnet die Ziffer 5' eine innere Hülse des Kanisters 5, die mit Längsnuten 21 verschiedener Breite, die eine Schulter 20 bilden, versehen ist.
Das Bohrmaterial kann mit Hilfe des Trägerkanisters 5, der auf dem Bohrschaft 7 gleitet und von den Drahtseilen 18 gezogen wird, die mit den sich einstückig mit den Schäften drehenden Winden 4 verbunden sind, kontinuierlich zur Oberfläche befördert werden, ohne den Bohrer anzuhalten und ohne die Schäfte zu heben.
Um den Trägerkanister 5 während der Beladungsphase unten zu halten und ihn während der Entladungsphase freizugeben, umfasst die automatische Einhakvorrichtung die innere Hülse 5'. Die unteren Enden der in Längsrichtung vorstehenden Führungen 19 können in die durch die Längsnuten 21 erhaltene Schulter 20 eingreifen.
Am Ende des Abwärtslaufs langt der Trägerkanister 5 an dem durch das Bohrwerkzeug 6 während der Aufwärtslaufphase, der Entladungs- und der Abwärtslaufphase des Kanisters 5 entfernten Boden an. Zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Kanister 5 und dem unteren Ende des Schafts klemmt die Klemmvorrichtung 9 die Schäfte 7 an den Drehkörper 2 an, der mit Hilfe des Translationszylinders 8 gehoben wird, bis die Drahtseile 18 gelöst werden, was zeigt, dass der Kanister 5 korrekt von dem Bohrwerkzeug 6 gehoben wurde. Der Drehkörper 2 versetzt den Bohrschaft 7 im Bohrdrehungssinn in Drehung, so dass das untere Ende der Längsführungen 19 auf der Schulter 20 aufliegt, was zur automatischen Kopplung zwischen dem Schaft 7 und der inneren Hülse 5' des Kanisters 5 führt. Die oben genannte Drehung in Kombination mit einer Translation nach unten führt zum Öffnen von bekannten und nicht dargestellten Axial- oder Radialventilen des Kanisterbodens, der folglich den entfernten Boden sammeln kann.
Im Einhakungszustand A des Kanisters 5 an dem Schaft 7 mit Hilfe der inneren Hülse 5' dreht sich der Kanister 5 einstückig mit den Schäften 7. Der Kanister 5 kann mit Bodenbohrwerkzeugen versehen sein, die sich auf Grund der Rotation zusammen mit dem Bohrwerkzeug 6 in den Boden graben, und folglich kann der Durchmesser des Lochs größer als der Durchmesser des Bohrwerkzeugs 6 und gleich dem Durchmesser des Kanisters 5 sein.
Bei der Variante gemäß den 6 und 7 weist der Trägerkanister 5 einen inneren Kolben 14 auf, der in dem Kanister 5 gleitet und mit den Drahtseilen 18 verbunden ist, und welcher das Beladen erleichtert.
Der Kolben 14 saugt, wenn er von dem Drahtseil 18 gezogen wird, den entfernten Boden in den Kanister ein.
Bei dieser Variante weist das Bohrwerkzeug 6 den gleichen Durchmesser wie der Kanister 5 auf, der folglich nicht mit Bodenbohrwerkzeugen ausgestattet ist. Bei der Variante des Bohrers gemäß 8 zeigt die Ziffer 16 ein Gelenk an, das die Schaftbohrung mit der Auslassrohrleitung eines Lufterdichters 15 verbindet, und bei der das Bohrwerkzeug 6 aus einem Abwärtsbohrhammer oder einem ähnlichen Zerstörungswerkzeug besteht.
In diesem Fall wird durch die von dem Verdichter ankommende Druckluft das Material aus den Zähnen des Werkzeugs oder des Rollenbohrers entfernt, und die Behinderung des Bohrwerkzeugs 6 wird vermieden. Der von dem Verdichter gelieferte Strom ist gering, da das Material bewegt und nicht an die Oberfläche gehoben werden muss.
Welche Variante auch verwendet wird, mit dem Verfahren und dem Bohrer gemäß der vorliegenden Erfindung können schnell Löcher großer Durchmesser und großer Tiefe gebohrt werden und kann auch nahe an Brücken, Gebäuden, elektrischen Stromleitungen oder anderen Hindernissen, in Seen und im Meer gearbeitet werden.
Eine Variante des Trägerkanisters des Bohrers weist eine Konstruktion auf, die beispielsweise entlang der Öffnungslinie 17 gemäß 9 geöffnet werden, und somit kann das getragene Material leicht auf die Oberfläche entleert werden.

Claims

Bohrer zum Bohren von Löchern großen Durchmessers und großer Tiefe im Erdboden, mit einer Basismaschine (1), die einen Drehkörper (2) hat, welcher mit einer Klemmvorrichtung (9) versehen ist, und die mittels des Drehkörpers (2) und Translationszylindern (8) eine Reihe von Bohrschäften (7) mit an ihrem freien Ende vorgesehenem Werkzeug (6) dreht und axial bewegt, wobei der Bohrer umfasst: ein Hydraulikgelenk (3), das mit dem Drehkörper (2) gekoppelt ist, einen Trägerkanister (5), der mit den Bohrschäften (7) verbunden ist, und mindestens eine Winde (4), die mit dem Hydraulikgelenk (3) gekoppelt und mit mindestens einem Drahtseil (18) versehen ist, wobei der Bohrer dadurch gekennzeichnet ist, dass: – der Trägerkanister (5) mit den Schäften (7) zwischen dem Drehkörper (2) und dem Werkzeug (6) mittels des Drahtseiles (18) gleitend verbunden ist, wobei das letztere und die Winde (4) mit den Schäften (7) verbunden sind; – wobei mindestens eine Winde (4), ein Drahtseil (18), ein Trägerkanister (5) gemeinsam drehbar gelagert sind mit dem Schaft (7) des Drehkörpers (2) entsprechend einem Betriebszustand des Bohrers.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäfte (7) mindestens eine in Längsrichtung vorstehende Führung (19) haben, die ein unteres freies Ende in einem vorgegebenen Abstand zu dem Werkzeug (6) hat; der Kanister (5) eine axial innere Hülse (5') mit mindestens einer inneren Nut (21) hat, in welche die zugehörige Führung (19) entsprechend der Axialbewegung des Kanisters (5) längs der Schäfte (7) gleitet, wobei jede der Nuten (21) eine quer verlaufende Schulter (20) hat, die dazu dient, das zugehörige freie Ende der Führung (19) entsprechend einem verhakten Zustand (A) des Kanisters (5) mit der Reihe von Schäften (7) anzuhalten.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanister (5) mit Bohrzähnen (22) am Boden versehen ist.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanister (5) mit Öffnungslinien (17) versehen ist, die dazu dienen, das Öffnen desselben Kanisters (5) durchzuführen.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Förderer (13) umfasst, der nahe der Basismaschine (1) angeordnet ist, um das von dem Kanister (5) ausgetragene Material zu transportieren.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner eine Hilfsklemmvorrichtung (10) umfasst, die unter der Winde (4) zum Ausbauen der Schäfte liegt.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner eine Beladevorrichtung (11) für die Schäfte (7) umfasst, die die letzteren zu einer Schaftverbindungsvorrichtung (12) fördert.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanister (5) einen inneren Kolben (14) enthält, der mit den Drahtseilen (18) gekoppelt ist, um das Beladen von Material in denselben Kanister (5) zu erleichtern.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) von einem Bohrlochhammer gebildet wird, durch den ein von einem Kompressor (15) durch eine Verbindung (16) kommender Luftstrahl strömt.
Verfahren zum Bohren von Löchern großen Durchmessers und großer Tiefe in den Erdboden, welches die folgenden Schritte umfasst: – Drehen eines Kanisters (5), was ihn gegen den Lochboden drückt, um das Material in den Kanister (5) zu übertragen; – Entladen des Kanisters (5); dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die folgenden Schritte umfasst: – gleitendes Absenken des Kanisters (5) längs der Schäfte (7), bis er das gebohrte Material am Lochboden erreicht; – gleitendes Anheben des Kanisters (5) längs der Schäfte (7) bis zur Oberfläche des Erdbodens.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Aktivieren des Werkzeuges (6) und der Schäfte (7) entsprechend den Absenk-, Lade- und Entladezuständen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Aktivierung der Werkzeuge (6) und der Schäfte (6) entsprechend dem Anhebevorgang umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Drehbewegung des Kanisters (5) dieser bohrt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Absenken des Kanisters (5) auf den Lochboden umfasst: die Dreh-Deaktivierung der Schäfte (7), das Anheben der Schäfte (7), bis das Werkzeug (6) mit dem Kanisterboden in Kontakt gelangt, und das Reaktivieren der Schaftdrehung mit dem entsprechenden Verhaken des Letzteren mit dem Kanister (5).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es vor dem Anheben die Deaktivierung der Schaftdrehung und die gegensinnige Drehung der Schäfte (7) umfasst, was ein axiales Lösen des Kanisters (5) von den Schäften (7) verursacht.