DE102010032134A1

DE102010032134A1 - Method for inserting borehole in ground, involves running borehole in defined position to already existing borehole or already cable that is installed in ground

Info

Publication number: DE102010032134A1
Application number: DE102010032134A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bayer Hans-Joachim
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-24
Filing date: 2010-07-24
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-25
Also published as: DE102010032134B4

Abstract

The method involves running the borehole in a defined position to an already existing borehole or an already cable that is installed in the ground. The actual position of the borehole is determined relative to the reference hole or reference cable. The actual position is determined by radar. An independent claim is also included for an earth boring device with a boring head.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich sowie eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Erdbohrvorrichtung mit einem Bohrkopf.The invention relates to a method for introducing a hole in the ground and a suitable for carrying out this method Erdbohrvorrichtung with a drill head.

Es ist bekannt, Bohrungen mittels steuerbarer Horizontalbohrvorrichtungen in das Erdreich einzubringen, um gleichzeitig oder nachträglich, d. h. nach dem Erstellen der Bohrung, eine Leitung (insbesondere eine Versorgungsleitung wie z. B. ein Elektrizitäts- oder Telekommunikationskabel) oder auch ein Rohr (z. B. für die Wasserver- und -entsorgung) einzuziehen.It is known to introduce holes by means of controllable Horizontalbohrvorrichtungen in the soil to simultaneously or subsequently, d. H. after making the hole, draw in a pipe (especially a supply line such as an electricity or telecommunications cable) or a pipe (eg for water supply and sanitation).

Insbesondere in städtischen Gebieten sind eine Vielzahl von Leitungen auf engstem Raum in den oberflächennahen Schichten des Erdreichs verlegt. Deren exakte Lage ist selten genau bekannt, so dass es bei neuen Verlegearbeiten regelmäßig zu einer Kollision des Bohrkopfs der zum Einsatz kommenden Erdbohrvorrichtung mit bereits verlegten Leitungen kommt. Hierbei können die bereits verlegten Leitungen beschädigt werden. Diese müssen dann aufwendig repariert oder ausgetauscht werden. Zudem besteht die Gefahr, dass das Bedienpersonal der Erdbohrvorrichtung durch einen Stromschlag verletzt wird, wenn der Bohrkopf auf eine unter Spannung stehende Elektrizitätsleitung trifft.In urban areas in particular, a large number of pipes are laid in the most confined space in the near-surface layers of the earth. Their exact location is rarely known exactly, so that it comes with new laying work regularly to a collision of the drill head of the used Erdbohrvorrichtung with already laid lines. In this case, the already laid lines can be damaged. These must then be repaired or replaced consuming. In addition, there is a risk that the operating personnel of the Erdbohrvorrichtung is injured by an electric shock when the drill head encounters a live electrical power line.

In vielen wachsenden Städten besteht ein permanenter Bedarf an zusätzlichen oder zu vergrößernden Leitungen. Zur Vergrößerung der Leitungskapazität besteht die Möglichkeit, die bestehenden Leitungen durch solche mit einer höheren Kapazität auszutauschen. Bei Elektrizitätsleitungen und insbesondere bei Rohren der Wasserver- und -entsorgung erfolgt dies häufig, indem die bestehenden Leitungen durch solche mit einem größeren Querschnitt ersetzt werden. Dieses Vorgehen ist jedoch aufgrund der Platzverhältnisse nicht überall möglich oder aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer sinnvoll.In many growing cities there is a permanent need for additional or to be enlarged lines. To increase the line capacity, it is possible to replace the existing lines with those with a higher capacity. In the case of electricity lines and in particular of water supply and distribution pipes, this is often done by replacing the existing pipes with those with a larger cross-section. However, this approach is not possible everywhere due to the space available or not always useful for economic reasons.

Als Alternative zu dem Austauschen der Leitungen gegen solche mit einem größeren Querschnitt kann auch vorgesehen werden, zusätzliche Leitungen zu verlegen, die dann in Summe mit den bestehenden Leitungen die erforderliche Kapazität bereitstellen. Da diese Leitung sich häufig zwischen gemeinsamen Anschlusspunkten (Verteilerpunkten, Versorgungsschächten etc.) erstrecken, ist es sinnvoll, die neu einzuziehende Leitung dabei parallel entlang der bereits bestehenden Leitung zu verlegen. Auf diese Weise können auch bestehende Trassenrechte und Grunddienstkarten genutzt werden. Die Leitungen sollten dabei möglichst eng nebeneinander angeordnet werden, wobei ein Sicherheitsabstand eingeplant werden muss, um zu verhindern, dass die bereits verlegte Leitung bei den Verlegearbeiten für die neue Leitung durch den Bohrkopf beschädigt wird. Da der Verlauf der bereits verlegten Leitung häufig jedoch nicht exakt bekannt ist und zudem eine oberflächige Lokalisierung des sich im Erdreich befindlichen Bohrkopfs regelmäßig nur mit geringer Genauigkeit erfolgen kann, werden in vielen Fällen noch immer bereits verlegte Leitungen im Rahmen der Arbeiten zur Verlegung neuer Leitungen beschädigt.As an alternative to replacing the conduits with those having a larger cross-section, provision may also be made to lay additional conduits which will then provide the required capacity in total with the existing conduits. Since this line often extends between common connection points (distribution points, supply shafts, etc.), it makes sense to lay the new line to be drawn in parallel along the existing line. In this way, existing route rights and basic service cards can be used. The lines should be arranged as close together as possible, with a safety margin must be planned to prevent the already laid line is damaged during the laying work for the new line through the drill head. Since the course of the already laid line is often not known exactly and also a superficial localization of the drill head located in the ground can be done only with low accuracy regularly, in many cases already laid lines are damaged as part of the work to lay new lines ,

Im Stand der Technik wurden daher Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, die es ermöglichen sollen, eine Bohrung möglichst parallel, d. h. in einem gleichbleibenden Abstand zu einer bereits verlegten Bohrung bzw. zu einer bereits verlegten Leitung einzubringen.In the prior art, therefore, methods and devices have been developed that should make it possible, a bore as parallel as possible, d. H. at a constant distance to an already laid hole or to an already laid line to introduce.

Aus der US 3,907,045 ist es bekannt, eine neue Bohrung möglichst parallel zu einer bereits bestehenden Bohrung in das Erdreich einzubringen, indem eine Antenne in Form eines Kabels in die bereits bestehenden Bohrung eingezogen wird und diese Antenne mit einem Signalgenerator verbunden wird, der Signale mit einer Frequenz von 100 bis 10.000 Hz erzeugt. Diese Signale werden dann von einem Flux-Sensor empfangen, der hinter dem Bohrkopf in das Bohrgestänge der Erdbohrvorrichtung integriert ist. Das von dem Flux-Sensor empfangene Signal wird in einer damit verbundenen Auswerteeinrichtung ausgewertet, um den Abstand zwischen der bereits bestehenden und der zu erstellenden Bohrung zu ermitteln. Diese Messwerte können dann dazu herangezogen werden, die Erdbohrvorrichtung so zu steuern, dass ein gleichbleibender Abstand zwischen den beiden Bohrungen erzielt wird.From the US 3,907,045 It is known to introduce a new hole as parallel as possible to an existing hole in the ground by an antenna in the form of a cable is drawn into the existing hole and this antenna is connected to a signal generator, the signals with a frequency of 100 to 10,000 Hz generated. These signals are then received by a flux sensor, which is integrated behind the drill bit in the drill pipe of the Erdbohrvorrichtung. The signal received by the flux sensor is evaluated in an evaluation device connected thereto in order to determine the distance between the already existing hole and the hole to be created. These measurements can then be used to control the auger so that a consistent distance is achieved between the two holes.

Ein wesentlicher Nachteil des aus der US 3,907,045 bekannten Verfahrens ist, dass sich dieses nur für die Erstellung einer Bohrung parallel zu einer bereits bestehenden Bohrung oder einer bereits verlegten Rohrleitung eignet, da ein Hohlraum vorhanden sein muss, in den die Antenne eingezogen werden kann. Zudem ist das Einziehen der Antenne in die bereits bestehende Bohrung mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden, wodurch die Bohrungskosten erhöht werden.A major disadvantage of the US 3,907,045 known method is that this is only for the creation of a hole parallel to an existing hole or already laid pipe, since a cavity must be present, in which the antenna can be retracted. In addition, the insertion of the antenna in the existing hole is associated with a considerable amount of work, whereby the drilling costs are increased.

Aus der US 6,102,137 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, das ermöglichen soll, eine neue Bohrung parallel zu einer bereits im Erdreich verlegten Leitung zu verlegen. Hierzu ist vorgesehen, den Abschnitt der bereits verlegten Leitung, die elektrisch leitend sein muss, mit einer Spannung zu beaufschlagen und das sich durch den Stromfluss durch die Leitung bildende elektromagnetische Feld mittels entsprechender Sensoren, die im Bereich des Bohrkopfs der Erdbohrvorrichtung angeordnet sind, zu ermitteln.From the US 6,102,137 a similar method is known, which should make it possible to lay a new hole parallel to an already laid in the ground line. For this purpose, it is provided that the portion of the already laid line, which must be electrically conductive to apply a voltage and to determine the current flowing through the line forming electromagnetic field by means of corresponding sensors which are arranged in the drill head of Erdbohrvorrichtung ,

Auch das aus der US 6,102,137 bekannte Verfahren ist mit einem erheblichen zusätzlichen Arbeitsaufwand verbunden, da die bereits verlegte Leitung an zwei Stellen zunächst freigelegt, abgeklemmt, mit der Spannung beaufschlagt und nach den Verlegearbeiten wieder angeschlossen werden muss. Während der Verlegearbeiten steht die bereits verlegte Leitung zudem nicht für ihren Einsatzzweck zur Verfügung. Weiterhin kann das Verfahren nur in Verbindung mit elektrisch leitenden Leitungen angewandt werden. Da das Verfahren auf der Detektion eines von der Leitung ausgesendeten elektromagnetischen Felds basiert, können andere elektromagnetische Felder, die von anderen Gegenständen im Erdreich ausgesendet werden, die Ortungssensoren erheblich stören. Also from the US 6,102,137 known method is associated with a considerable additional work, since the already laid line at two points first exposed, disconnected, applied to the voltage and must be reconnected after laying work. Moreover, during the laying work, the already laid pipe is not available for its intended use. Furthermore, the method can only be used in conjunction with electrically conductive lines. Since the method is based on the detection of an electromagnetic field emitted by the line, other electromagnetic fields emitted by other objects in the ground can significantly disturb the position sensors.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem eine Bohrung in einer definierten Lage und insbesondere in einem definierten Abstand zu einer bereits bestehenden Bohrung oder einer bereits im Erdreich verlegten Leitung eingebracht werden kann. Weiterhin sollte eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Erdbohrvorrichtung angegeben werden.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved method by which a hole in a defined position and in particular at a defined distance to an existing hole or a previously laid in the ground line can be introduced. Furthermore, a suitable for the implementation of this method Erdbohrvorrichtung should be specified.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by the subject matters of independent claims 1 and 5. Advantageous embodiments of the method according to the invention and the earth boring device according to the invention are the subject of the respective dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß wird ein Radar verwendet, um die Ist-Lage des Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung, mit dem eine Bohrung in das Erdreich eingebracht wird, relativ zu einer bereits bestehenden Bohrung (Bezugsbohrung; ggf. mit einem darin befindlichen Objekt (z. B. Bohrgestänge)) oder einer bereits im Erdreich verlegten Leitung (Bezugsleitung) zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Verwendung eines Radars ermöglicht eine Bestimmung der Lage relativ zu der Bezugsbohrung/Bezugsleitung, ohne diese zweckentfremdet in die Lokalisierung einbeziehen zu müssen. Es muss demnach weder eine Antenne in die Bezugsbohrung eingezogen werden, noch muss diese mit einer elektrischen Spannung zur Erzeugung eines Magnetfelds beaufschlagt werden.According to the invention, a radar is used to determine the actual position of the drill head of an earth boring device, with which a bore is introduced into the earth, relative to an already existing bore (reference bore, possibly with an object located therein (eg drill pipe)). or a pipeline already laid in the ground (reference line). The use of a radar according to the invention makes it possible to determine the position relative to the reference bore / reference line, without having to incorporate it into the localization for other purposes. Accordingly, neither an antenna must be drawn into the reference bore, nor must it be subjected to an electrical voltage for generating a magnetic field.

Durch die Erfindung kann eine sichere und zielgenaue Einbringung einer neuen Bohrung entlang einer bereits bestehenden Bohrung bzw. einer bereits verlegten Leitung ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand erfolgen. Da die bereits verlegte Leitung für die Ermittlung des Ist-Abstands zudem nicht zweckentfremdet verwendet werden muss, kann diese ohne Unterbrechung weiterverwendet werden, wodurch die Akzeptanz für die Verlegearbeiten erhöht wird.By the invention, a safe and accurate introduction of a new hole along an existing hole or an already laid pipe can be done without additional work. In addition, since the already laid line for the determination of the actual distance must not be used for other purposes, it can be reused without interruption, whereby the acceptance of the laying work is increased.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in einer definierten Lage (Soll-Lage) zu einer bereits bestehenden Bohrung (Bezugsbohrung) oder bereits im Erdreich verlegten Leitung (Bezugsleitung) verlaufen soll, wobei die Ist-Lage der Bohrung relativ zu der Bezugsbohrung/Bezugsleitung mittels Radars ermittelt und bei einer Abweichung von der Soll-Lage ein Umsteuersignal zur Korrektur der Abweichung generiert wird.An inventive method for introducing a hole in the soil is therefore characterized in that the bore in a defined position (target position) to an existing hole (reference hole) or already laid in the ground line (reference line) should run, the actual Position of the bore relative to the reference bore / reference line determined by radar and a deviation signal from the target position, a Umsteuersignal is generated to correct the deviation.

Eine entsprechende erfindungsgemäße Erdbohrvorrichtung weist zumindest einen Bohrkopf auf, wobei der Bohrkopf mindestens eine Radareinheit umfasst, die zumindest teilweise in seitlicher Richtung bezüglich der Längsachse des Bohrkopfs aussendet, um die Ist-Lage des Bohrkopfs zu einer bereits bestehenden Bohrung (Bezugsbohrung) oder einer bereits verlegten Leitung (Bezugsleitung) zu ermitteln.A corresponding Erdbohrvorrichtung invention has at least one drill head, wherein the drill head comprises at least one radar unit which at least partially transmits in the lateral direction with respect to the longitudinal axis of the drill head to the actual position of the drill head to an existing hole (reference hole) or already laid Determine line (reference line).

Unter „Radareinheit” wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung verstanden, die elektromagnetische Wellen gebündelt als Primärsignal aussendet und die die von Objekten reflektierten Signale als Sekundärsignale empfängt und (nach verschiedenen Kriterien) ausgewertet, um Informationen über die Objekte (insbesondere deren äußere Kontur) zu erhalten."Radar unit" is understood according to the invention to mean a device which bundles electromagnetic waves as a primary signal and receives the signals reflected by objects as secondary signals and evaluates them (according to various criteria) in order to obtain information about the objects (in particular their outer contour).

Unter dem Begriff ”mittels Radars” wird erfindungsgemäß das einer Radareinheit zugrunde liegende Detektionsprinzip verstanden.The term "by means of radar" is understood according to the invention the detection principle underlying a radar unit.

Die Detektion einer Bohrung im Erdreich mittels Radars kann u. a. dadurch erfolgen, dass sich in der Bohrung ein Objekt (z. B. ein Bohrgestänge) befindet, das die Strahlung der Radareinheit des Bohrkopfs reflektiert. Durch eine entsprechende Auswertung der von der Radareinheit wieder erfassten Sekundärsignale besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Bohrung durch eine „Nicht-Erfassung” durch die Radarstrahlung zu ermitteln, denn in der Bohrung befindet sich im Wesentlichen nur Luft, die die elektromagnetische Strahlung – anders als das Erdreich – nicht wesentlich reflektiert. Die Lage der Bohrung wird demnach dadurch ermittelt, dass sich diese als Freiraum mit einer definierten Kontur innerhalb des Erdreichs zeigt.The detection of a hole in the ground by means of radar u. a. be effected in that in the bore an object (eg., A drill pipe) is located, which reflects the radiation of the radar unit of the drill head. By a corresponding evaluation of the secondary signals detected by the radar unit, however, it is also possible to determine the bore by a "non-detection" by the radar radiation, because in the hole is essentially only air, the electromagnetic radiation - unlike the soil - not significantly reflected. The position of the hole is thus determined by the fact that this shows as a free space with a defined contour within the soil.

Durch die längliche Rundungsoberfläche von rohrförmigen Körpern (Bezugsleitung) bzw. Freiräumen (Bezugsbohrung) wird eine Durchmesser- und Mittelachsen-Ortung ermöglicht, wodurch die vertikalen und horizontalen Lage- und Entfernungsabweichungen des Bohrkopfs relativ zu der Bezugsbohrung/Bezugsleitung genau ermittelt werden können.The elongated rounding surface of tubular bodies (reference line) or clearances (reference bore) allows for diameter and center axis location whereby the vertical and horizontal deviations of the position of the wellhead relative to the reference bore / reference line can be accurately determined.

Die Ermittlung der Ist-Lage kann erfindungsgemäß kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. Eine kontinuierliche Ermittlung kann eine höhere Genauigkeit mit sich bringen. In der Regel ist eine intermittierende Ermittlung jedoch ausreichend, da der Bohrkopf einer Erdbohrvorrichtung regelmäßig nur mit einer relativ geringen Geschwindigkeit durch das Erdreich vorgetrieben wird. Eine intermittierende Ermittlung der Ist-Lage kann sich dadurch ergeben, dass die Radareinheit in einer festen Ausrichtung seitlich von dem Bohrkopf aussendet und der Bohrkopf – wie bei Erdbohrvorrichtungen zumindest temporär üblich – zusätzlich zum Vorschub rotierend angetrieben wird.The determination of the actual position can be carried out continuously or intermittently according to the invention. A continuous determination can bring a higher accuracy. In general, however, an intermittent determination is sufficient because the drill head of a Erdbohrvorrichtung is propelled regularly only at a relatively low speed through the soil. An intermittent determination of the actual position can result from the fact that the radar unit emits in a fixed orientation laterally from the drill head and the drill head - as in Erdbohrvorrichtungen at least temporarily usual - is driven in rotation in addition to the feed.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Ist-Abstand und/oder die Ist-Höhenlage der Bohrung bzw. des Bohrkopfs relativ zu der Bezugsbohrung/der Bezugsleitung ermittelt und bei einer Abweichung von den entsprechenden Soll-Werten Umsteuersignale zur Korrektur der Abweichung(en) generiert werden. Bei einer Ermittlung beider Ist-Werte kann sichergestellt werden, dass die neu herzustellende Bohrung und die Bezugsbohrung bzw. Bezugsleitung nicht nur möglichst exakt parallel zueinander verlaufen, sondern dies auch in einer definierten (insbesondere der gleichen) Höhenlage erfolgt. Demnach kann beispielsweise sichergestellt werden, dass alle Bohrungen, die erfindungsgemäß in das Erdreich eingebracht werden, in derselben Tiefe in dem Erdreich angeordnet sind.In a preferred embodiment of the method according to the invention can be provided that the actual distance and / or the actual height position of the bore or the drill head relative to the reference bore / the reference line determined and at a deviation from the corresponding desired values Umsteuersignale for correction the deviation (s) are generated. When ascertaining both actual values, it can be ensured that the bore to be newly produced and the reference bore or reference line not only run as exactly as possible parallel to one another, but also in a defined (in particular the same) altitude. Accordingly, it can be ensured, for example, that all holes which are introduced into the soil according to the invention are arranged at the same depth in the ground.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung kann vorgesehen sein, den Bohrkopf in bekannter Weise als Schrägbohrkopf auszubilden, um auf diese Weise eine Steuerbarkeit im Erdreich zu erreichen. Die Radareinheit kann dann so in die Schrägfläche des Schrägbohrkopfs integriert sein, so dass diese im Wesentlichen in Normalenrichtung zu der Schrägfläche aussendet. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Erfassungsbereich der Radareinheit auch auf einen Abschnitt der Bezugsbohrung bzw. Bezugsleitung ausgerichtet ist, der in einem definierten Abstand vor dem vorderen Ende des Bohrkopfs liegt, wodurch ermöglicht wird, besonders schnell auf sich einstellende Abweichungen zu reagieren. Selbstverständlich kann auch eine in den (rohrförmigen) Mantel des Bohrkopfs integrierte Radareinheit so ausgebildet/angeordnet sein, dass diese einen vor dem Bohrkopf liegenden Bereich erfasst.In a further preferred embodiment of the earth boring device according to the invention can be provided to form the drill head in a known manner as an inclined drilling head, in order to achieve controllability in the soil in this way. The radar unit can then be integrated in the oblique surface of the oblique drill head, so that it emits substantially in the normal direction to the inclined surface. In this way, it can be achieved that the detection range of the radar unit is also aligned with a portion of the reference bore or reference line, which lies at a defined distance in front of the front end of the drill head, thereby allowing particularly fast to respond to settling deviations. Of course, a radar unit integrated into the (tubular) jacket of the drill head can also be designed / arranged in such a way that it detects a region lying in front of the drill bit.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Radareinheit auch in Richtung der Längsachse des Bohrkopfs aussendet. Dadurch kann die Radareinheit gleichzeitig dazu verwendet werden, Hindernisse zu detektieren, die vor dem Bohrkopf liegen, um diese gegebenenfalls zu umfahren.In an advantageous embodiment of the earth boring device according to the invention may be additionally provided that the radar unit also emits in the direction of the longitudinal axis of the drill head. Thereby, the radar unit can be used simultaneously to detect obstacles that lie in front of the drill head to avoid them if necessary.

Weiterhin kann vorgesehen sein, die Erdbohrvorrichtung mit mindestens einer zweiten Radareinheit zu versehen, die (bezüglich der Längsachse des Bohrkopfs (diese entspricht der Bohrrichtung)) in einem Abstand zu der ersten Radareinheit in die Erdbohrvorrichtung integriert ist. Die Radarimpulse können dann z. B. im wesentlichen orthogonal zur Bohrachse gesendet werden (beliebige andere Richtungen sind selbstverständlich möglich). Die mindestens zwei Radareinheiten ermöglichen, die Ist-Lage an zwei Bezugspositionen zu ermitteln, wodurch die Genauigkeit der Bestimmung der Ist-Lage und insbesondere der Parallelität der Bohrung (bzw. des Bohrkopfs) und der Bezugsbohrung/Bezugsleitung erhöht werden kann. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erreicht werden, dass eine Radareinheit zum Einsatz kommt, die einen entsprechend großen Erfassungsbereich aufweist oder die die elektromagnetische Strahlung in zwei oder mehr Richtungen aussendet.Furthermore, it can be provided to provide the earth boring device with at least one second radar unit which is integrated (with respect to the longitudinal axis of the drill head (this corresponds to the drilling direction)) at a distance from the first radar unit in the Erdbohrvorrichtung. The radar pulses can then z. B. are sent substantially orthogonal to the drilling axis (any other directions are of course possible). The at least two radar units make it possible to determine the actual position at two reference positions, whereby the accuracy of the determination of the actual position and in particular the parallelism of the bore (or the drill head) and the reference bore / reference line can be increased. The same effect can also be achieved by using a radar unit which has a correspondingly large detection range or which emits the electromagnetic radiation in two or more directions.

Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, eine Unterscheidung zwischen der zu detektierenden Bezugsbohrung/Bezugsleitung und Fremdobjekten, die sich ebenfalls innerhalb des Erdreichs befinden können (z. B. Gesteinsbrocken, nicht zu detektierende Leitungen, etc.), durch einen Vergleich der mittels Radars ermittelten (Halbseiten-)Konturen (Form und/oder Größe) der detektierten Objekte mit einer Soll-Kontur der Bezugsbohrung/Bezugsleitung zu erreichen. Hierzu kann die Soll-Kontur der Bezugsbohrung/Bezugsleitung in einer Erkennungseinheit der Erdbohrvorrichtung gespeichert sein. Diese Erkennungseinheit, die einen Prozessor und eine Speichereinheit umfassen kann, kann direkt in dem Bohrkopf oder in einem dahinter in den Bohrstrang integrierten Abschnitt angeordnet sein.According to the invention, a distinction can also be made between the reference bore / reference line to be detected and foreign objects which may also be located within the earth (eg rocks, lines not to be detected, etc.), by comparison of the radar-determined ( Half-side) contours (shape and / or size) of the detected objects with a desired contour of the reference bore / reference line to reach. For this purpose, the desired contour of the reference bore / reference line can be stored in a detection unit of the Erdbohrvorrichtung. This detection unit, which may include a processor and a memory unit, may be located directly in the drill bit or in a section integrated into the drill string behind it.

Die erfindungsgemäße Erdbohrvorrichtung kann weiterhin eine Steuerungseinheit aufweisen, die aus der ermittelten Ist-Lage des Bohrkopfs relativ zu der Bezugsbohrung/Bezugsleitung Steuerungssignale für die Erdbohrvorrichtung generiert, um ein entsprechendes Umsteuern der Erdbohrvorrichtung zum Ausgleich der jeweiligen Abweichung zu ermöglichen. Diese Steuerungssignale können beispielsweise in grafischer Form an dem Bedienstand der Erdbohrvorrichtung angezeigt werden, so dass das Bedienpersonal der Erdbohrvorrichtung die entsprechenden Umsteuerungsbefehle geben kann. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, eine entsprechende Umsteuerung der Erdbohrvorrichtung automatisch vornehmen zu lassen, wobei hierfür insbesondere Fuzzy-Logic-Steuerungssysteme zum Einsatz kommen können.The Erdbohrvorrichtung invention may further comprise a control unit which generates from the determined actual position of the drill head relative to the reference bore / reference line control signals for the Erdbohrvorrichtung to allow a corresponding reversal of the Erdbohrvorrichtung to compensate for the respective deviation. These control signals can be displayed, for example, in graphical form on the operating level of the earth boring device, so that the operating personnel of the earth boring device can give the corresponding reversing commands. Alternatively, it is also possible to have a corresponding reversal of the Erdbohrvorrichtung make automatically, in particular fuzzy logic control systems can be used for this purpose.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch zur parallelen Auffahrung und Neuverlegung von Leitungen entlang vorher dimensionsuntersuchter Altleitungen dienen. Ebenso kann dieses der dichten Parallelbohrung entlang außen zu sanierender Leitungen, die entweder Lagebettungsschäden oder gar Hohllagerungen aufweisen, dienen, so dass aus der Parallelbohrung heraus Injektionen zur Lagebettertüchtigung und/oder Außenabdichtung der Leitungen vorgenommen werden können. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren dafür geeignet, für grundbautechnische, tunnelbautechnische, geotechnische, rohstofftechnische oder umwelttechnische Zwecke ganze Lagen oder Raumkörper von vielen parallelen Bohrungen ins Erdreich einzubringen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls dazu genutzt werden, um größere Altleitungen im Erdreich mit Rohrschirmen oder Injektionsschirmen zu versehen, um diese dann aus dem Erdreich zu entfernen und durch neue, gegebenenfalls größere Leitungen zu ersetzen.Of course, the method according to the invention can also be used for the parallel excavation and new laying of pipes along previously dimensioned old pipes. As well this can the dense parallel bore along the outside to be rehabilitated lines that have either Lagebettungsschäden or even hollow bearings, serve, so that from the parallel hole injections can be made for Lagebettertüchtigung and / or external sealing of the lines. Furthermore, the method according to the invention is suitable for incorporating whole layers or spatial bodies of many parallel boreholes into the ground for basic building, tunnel construction, geotechnical, raw material technical or environmental technical purposes. The inventive method can also be used to provide larger old pipes in the ground with pipe screens or injection screens, to then remove them from the ground and replace them with new, possibly larger lines.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Erdbohrvorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 in a schematic representation of an earth boring device according to the invention in carrying out a method according to the invention;

2 den Bohrkopf der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung und ein parallel hierzu verlaufendes Rohr in einer Frontansicht; 2 the boring head of the Erdbohrvorrichtung invention and a parallel thereto extending pipe in a front view;

3 eine schematische Darstellung der Funktion der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung zur Korrektur einer Abstandsabweichung; 3 a schematic representation of the function of the Erdbohrvorrichtung invention for correcting a distance deviation;

4 in einer schematischen Darstellung die Funktion der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung zur Korrektur einer Höhenlagenabweichung; und 4 in a schematic representation of the function of the Erdbohrvorrichtung invention for correcting an altitude deviation; and

5 in einer schematischen Darstellung die Funktion der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung bei der Unterscheidung zwischen dem parallelen Rohr und im Erdreich liegenden Fremdobjekten. 5 in a schematic representation of the function of Erdbohrvorrichtung invention in the distinction between the parallel pipe and lying in the ground foreign objects.

Die 1 zeigt in einer isometrischen Darstellung ein bereits im Erdreich verlegtes Rohr 1 sowie den vorderen Abschnitt eines Bohrstrangs einer erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung. Der vorderste Teil dieses Bohrstrangs wird von einem Bohrkopf 2 gebildet, der erfindungsgemäß mit zwei Radareinheiten 3, 4 ausgestattet ist. Mittels dieser Radareinheiten 3, 4 wird während des Vorschubs des Bohrkopfs 2 durch das Erdreich intermittierend die jeweilige Ist-Lage des Bohrkopfs 2 relativ zu dem Rohr 1 ermittelt, wodurch ermöglicht wird, den Verlauf der zu erstellenden neuen Bohrung zu überwachen und dessen Parallelität zu dem Rohr 1 sicher zu stellen.The 1 shows in an isometric view of a pipe already laid in the ground 1 and the front portion of a drill string of an earth boring device according to the invention. The foremost part of this drill string is from a drill bit 2 formed according to the invention with two radar units 3 . 4 Is provided. By means of these radar units 3 . 4 is during the advance of the drill head 2 through the soil intermittently the respective actual position of the drill head 2 relative to the tube 1 which allows to monitor the course of the new hole to be created and its parallelism to the pipe 1 to make sure.

Die vordere 3 der zwei Radareinheiten ist in eine Schrägfläche 5 des als Schrägbohrkopf ausgebildeten Bohrkopfs 2 integriert. Dadurch wird ein Erfassungsbereich definiert, der (teilweise) dem Bohrkopf 2 vorauseilt, wie dies anhand der Pfeile dargestellt ist. Die zweite (hintere) Radareinheit 4, die in einem Abstand hinter der ersten (vorderen) Radareinheit 3 angeordnet ist, sendet die elektromagnetische Strahlung dagegen im Wesentlichen radial aus.The front 3 of the two radar units is in an inclined surface 5 of the drill head designed as an inclined drill head 2 integrated. This defines a detection area that (partially) is the drill head 2 leading, as shown by the arrows. The second (rear) radar unit 4 at a distance behind the first (front) radar unit 3 On the other hand, the electromagnetic radiation emits substantially radially.

Der Bohrkopf 2 der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung ist mit einem Bohrgestänge 6 verbunden, das aus einer Vielzahl miteinander verbundener Gestängeschüsse besteht. Dem Bohrverlauf entsprechend werden die Gestängeschüsse miteinander verbunden. Der Bohrkopf 2 wird mittels des Bohrgestänges 6 von einer an der Erdoberfläche oder in einer Baugrube angeordneten Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) vorgetrieben und (temporär) rotierend angetrieben. Der rotierende Antrieb dient zum einen der Verbesserung des Vortriebs des Bohrkopfs 2 im Erdreich und zum anderen wird dadurch in Verbindung mit der Ausbildung des Bohrkopfs 2 als Schrägbohrkopf eine Steuerungsfunktion erreicht. Bei dem Vorschieben des Bohrkopfs 2 durch das Erdreich erzeugt die Schrägfläche 5 des Bohrkopfs 2 eine Ablenkung, deren Wirkung sich über einer vollständigen Umdrehung des Bohrkopfs 2 ausgleicht. Wird der Bohrkopf 2 demnach während des Vorschubs kontinuierlich rotierend angetrieben, bohrt die Erdbohrvorrichtung geradeaus. Ein Umsteuern der Erdbohrvorrichtung erfolgt, indem der Bohrkopf 2 in einer definierten Ausrichtung, d. h. einer bestimmten Lage der Schrägfläche 5 des Bohrkopfs 2 (auch als „Rollwinkel” bezeichnet) gestoppt wird und gleichzeitig weiter vorgeschoben wird. Die durch die Schrägfläche 5 bewirkte Ablenkung führt dann zu einem bogenförmigen Bohrverlauf. Dieser wird fortgesetzt, bis die gewünschte neue Bohrrichtung erreicht ist. Daraufhin wird der Rotationsantrieb wieder zugeschaltet, um weiter geradeaus zu bohren.The drill head 2 the Erdbohrvorrichtung invention is with a drill pipe 6 connected, which consists of a plurality of interconnected rod sections. According to the drill course, the rod sections are connected to each other. The drill head 2 is by means of the drill string 6 from a arranged on the earth's surface or in a pit drive device (not shown) driven and (temporarily) driven in rotation. The rotating drive serves on the one hand to improve the propulsion of the drill head 2 in the soil and on the other hand is in connection with the formation of the drill head 2 as an inclined drilling a control function achieved. When advancing the drill head 2 through the soil creates the inclined surface 5 of the drill head 2 a deflection whose effect is over a complete revolution of the drill head 2 balances. Will the drill head 2 thus driven continuously rotating during the feed, the Erdbohrvorrichtung drilled straight ahead. A reversal of the Erdbohrvorrichtung takes place by the drill head 2 in a defined orientation, ie a specific position of the inclined surface 5 of the drill head 2 (also referred to as "roll angle") is stopped and simultaneously advanced further. The through the inclined surface 5 caused deflection then leads to a curved bore course. This is continued until the desired new drilling direction is reached. Then the rotary drive is switched on again to drill straight ahead.

In der 2 ist das System der 1 in einer Frontansicht dargestellt. Zu erkennen ist, wie mittels der beiden Radareinheiten 3, 4 die äußere Kontur des Rohrs 1 erfasst wird.In the 2 is the system of 1 shown in a front view. It can be seen how by means of the two radar units 3 . 4 the outer contour of the pipe 1 is detected.

Anhand der so ermittelten Kontur des Rohrs 1 kann eine Unterscheidung zwischen dem Rohr 1 und anderen, sich im Erdreich befindlichen Objekten 7 (z. B. Gesteinsbrocken und andere Leitungen, denen nicht gefolgt werden soll) erfolgen. Diese Unterscheidung ist prinzipiell in der 5 dargestellt. Die gestrichelten Halbkreise stellen dabei die Soll-Kontur 8 des zu folgenden Rohrs dar.Based on the thus determined contour of the pipe 1 can make a distinction between the pipe 1 and other objects in the ground 7 (eg rocks and other lines that should not be followed). This distinction is principally in the 5 shown. The dashed semicircles set the target contour 8th of the tube to follow.

Um die gewünschte Parallelität der zu erstellenden Bohrung mit dem Rohr 1 zu erreichen, wird mittels der Radareinheiten 3, 4 der Ist-Abstand des Bohrkopfs 2 zu dem Rohr 1 ermittelt und mit einem (gleichbleibenden) Soll-Abstand verglichen. Hierzu werden die von den Radareinheiten 3, 4 ausgesendete Primärsignale der elektromagnetischen Strahlung, die von dem Rohr 1 reflektiert werden, als sogenannte Sekundärsignale erfasst und daraus (d. h. aus der Laufzeit der Signale) der Ist-Abstand zu dem Rohr 1 bestimmt. Bei einer Abweichung des Ist-Abstands von dem Soll-Abstand wird durch eine Umsteuerung des Bohrkopfs 2 die sich einstellende Abweichung wieder ausgeglichen (vgl. 3). Hierbei können vordefinierte Grenzwerte für den Minimal- und den Maximalabstand vorgesehen sein.To the desired parallelism of the hole to be created with the pipe 1 to reach, by means of the radar units 3 . 4 the actual distance of the drill head 2 to the pipe 1 determined and with a (constant) target distance compared. These are the radar units 3 . 4 emitted primary signals of the electromagnetic radiation emitted by the tube 1 be reflected, detected as so-called secondary signals and from it (ie from the life of the signals) the actual distance to the pipe 1 certainly. In case of a deviation of the actual distance from the desired distance is by a reversal of the drill head 2 the resulting deviation is compensated again (cf. 3 ). Here, predefined limit values for the minimum and the maximum distance can be provided.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zusätzlich die Höhenlage des Bohrkopfs 2 relativ zu dem Rohr 1 mittels der Radareinheiten 3, 4 bestimmt, um gegebenenfalls bei einer ungewollten Abweichung, wie dies in der 4 prinzipiell dargestellt ist, eine entsprechende Umsteuerung des Bohrkopfs 2 vorzunehmen, so dass wieder eine gleiche Höhenlage des Bohrkopfs 2 und des Rohrs 1 eingestellt wird.In the present embodiment, in addition, the altitude of the drill head 2 relative to the tube 1 by means of the radar units 3 . 4 determined, if necessary, in case of an unwanted deviation, as shown in the 4 is shown in principle, a corresponding reversal of the drill head 2 make, so that again an equal altitude of the drill head 2 and the pipe 1 is set.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3907045 [0007, 0008]
US 6102137 [0009, 0010]

Claims

Method for introducing a hole in the soil, wherein the bore in a defined position (desired position) to an existing hole (reference hole) or an already laid in the ground line (reference line) should run, the actual position of the hole relative are determined to the reference bore / reference line and generated at a deviation from the target position Umsteuersignale to correct the deviation, characterized in that the actual position is determined by radar.

A method according to claim 1, characterized in that the actual distance and / or the actual altitude of the bore relative to the reference bore / reference line determined and at a deviation from the desired distance and / or the desired altitude Umsteuersignale to correct the deviation to be generated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the actual position by means of at least two radar units ( 3 . 4 ) is determined, which are arranged at a distance with respect to the longitudinal axis of the bore to each other.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a distinction between the reference bore / reference line and foreign objects by means of a comparison of the determined by radar contours of objects ( 7 ) in the soil with a desired contour ( 8th ) of the reference bore / reference line.

Erdbohrvorrichtung with a drill head ( 2 ), characterized in that the drill head ( 2 ) at least one radar unit ( 3 . 4 ) which at least partially in the lateral direction with respect to the longitudinal axis of the drill head ( 2 ) to the actual position of the drill head ( 2 ) to an existing hole (reference hole) or already laid pipe (reference pipe).

Erdbohrvorrichtung according to claim 5, characterized in that the actual distance and / or the actual altitude is determined relative to the reference bore / reference line.

Erdbohrvorrichtung according to claim 5 or 6, characterized in that the radar unit ( 3 . 4 ) in an inclined surface ( 5 ) of the drill bit designed as an inclined drill head ( 2 ) is integrated and substantially in the normal direction of the inclined surface ( 5 ).

Erdbohrvorrichtung according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the radar unit ( 3 . 4 ) additionally in the direction of the longitudinal axis of the drill head ( 2 ).

Erdbohrvorrichtung according to one of claims 5 to 8, characterized by at least a second radar unit ( 4 ) at a distance relative to the longitudinal axis of the drill head ( 2 ) in the drill head ( 2 ) or another element of the Erdbohrvorrichtung is integrated.

Erdbohrvorrichtung according to any one of the preceding claims, characterized by a detection unit, which by means of the radar unit ( 3 . 4 ) determined contours of objects ( 7 ) in the soil with a desired contour ( 8th ) of the reference bore / reference line.

Erdbohrvorrichtung according to any one of the preceding claims, characterized by a control unit, which from the determined distance between the drill head ( 2 ) and the reference bore / reference line generates control signals for the auger.