<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij een
UITVINDINGSOCTROOIAANVRAGE ten name van "Denys", naamloze vennootschap voor : "Tunnelboormachine"
<Desc/Clms Page number 2>
De uitvinding heeft betrekking op een tunnelboormachine die een boormes en een erop aangesloten verlengtrommel bevat, een centraal in het boormes gelegerde wentelas, die zich in de boorrichting, dit is axiaal in het boormes, uitstrekt, middelen om deze wentelas te drijven, een boorarm die scharnierend rond een dwars op de wentelas gerichte as met de wentelas verbonden is, tussen de wentelas en de boorarm gemonteerde middelen om een scharnierbeweging ten opzichte van de wentelas aan de boorarm op te leggen, een op het einde van de boorarm gemonteerde boorfrees,
op de boorarm gemonteerde middelen om de boorfrees te drijven en een in het boormes en de verlengtrommel gemonteerde transportinrichting om de door de boorfrees losgefreesde grond weg te voeren.
Tunnelboormachines van deze soort, ook deelsnijmachines genoemd, zijn bekend uit de Belgische octrooien nr. 833.345 en nr. 872.229 van de aanvraagster.
Ten opzichte van de zogenoemde volsnijmachines bieden deze deelsnijmachines het voordeel dat ze ook in niet-homogene terreinen of in terreinen van uiteenlopende structuren gaande van rotsen tot klei, kunnen boren.
Voor het boren hebben de deelsnijmachines ook merkelijk minder energie nodig dan de volsnijmachines.
Een deelsnijmachine laat ook gemakkelijk een interventie aan het snijfront toe wat niet het geval is voor de volsnijmachines waarbij het volle wiel met snijorganen de toegang tot dit front afsluit.
Bij deelsnijmachines en onder meerde hogergenoemde bekende deelsnijmachines kan het front evenwel niet worden ondersteund, hetgeen in sommige gevallen een ersntig probleem kan vormen.
De ruimte binnen het boormes en de erop aangesloten verlengtrommel kan weliswaar onder druk worden
<Desc/Clms Page number 3>
geplaatst, maar dan bevindt ook de bediener van de machine zich in deze ruimte onder druk zodat deze druk vrij beperkt is. Daarenboven kan voor het verwezenlijken van de luchtdruk enkel perslucht worden gebruikt en geen vloeistof zoals bentoniet.
De uitvinding heeft tot doel dit nadeel te verhelpen en een tunnelboormachine van het hiervoor gedoelde type te verschaffen waarbij het front gemakkelijk kan worden ondersteund, zowel met perslucht als met vloeistof onder druk.
Tot dit doel bevat de tunnelboormachine een schild dat op een afstand van het voorste einde van het boormes in dit laatste is gemonteerd en de ruimte binnen dit boormes scheidt in een frontruimte en een achterste ruimte, door welk schild zich de transportinrichting en de wentelas uitstrekken en bevat de tunnelboormachine een processor die de middelen om de wentelas te drijven en de middelen om een scharnierbeweging aan de boorarm op te leggen bestuurt zodat de boorfrees volgens een vooraf opgelegd verplaatsingspatroon verplaatst wordt.
Het aanbrengen van een dergelijk schild in het boormes van een tunnelboormachine is als dusdanig reeds bekend maar niet bij tunnelboormachines van de hiervoor gedoelde soort.
Zo is het bekend gebruik te maken van een schild in een volsnijmachine die dus evenwel bepaalde nadelen bezit ten opzichte van een deelsnijmachine.
Wel is ook een deelsnijmachine bekend waarin een schild wordt toegepast maar deze machine is van het type met een graaflepel. Deze graaflepel die in de frontruimte is opgesteld wordt door een zich achter het schild bevindende operator met de hand bediend. Het schild is daartoe van een of meer vensters voorzien.
<Desc/Clms Page number 4>
Doordat de operator de graaflepel moet zien kan met deze bekende machines het front alleen ondersteund worden met behulp van perslucht en niet met behulp van vloeistof onder druk zoals bentoniet. Het besturen van de graaflepel met behulp van een processor is zo goed als onmogelijk onder meer doordat deze graaflepel niet op een centrale wentelas is gemonteerd.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is de transportinrichting verplaatsbaar doorheen het schild gemonteerd tussen een voorste werkstand waarbij het voorste einde van de transportinrichting in de baan van het geheel boorarm-boorfrees is gelegen en een achterste stand waarbij dit einde buiten deze baan is gelegen, en bevat de tunnelboormachine middelen om deze transportinrichting te verplaatsen, welke middelen ook door de processor bestuurd worden zodat, telkens wanneer nodig om het geheel boorarm-boorfrees door te laten, de transportinrichting vanuit haar werkstand naar achter wordt verplaatst en, na het voorbijgaan van het genoemde geheel, terug naar haar werkstand wordt gebracht.
De aanwezigheid van de transportinrichting die normaal met haar voorste einde in de baan is gelegen van de op de boor gemonteerde boorfrees, bracht met zich mee dat gedacht werd dat het robotiseren van de boorarm met de boorfrees en het aanbregen van een schild in een tunnelboormachine van het hiervoor gedoelde type niet mogelijk waren.
In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de tunnelboormachine middelen om de boorfrees, los van het wentelen van de boorarm gezien, in axiale richting te verplaatsen.
<Desc/Clms Page number 5>
In deze uitvoeringsvorm kan gemakkelijk een vlak boorfront worden verwezenlijkt. De verplaatsing van de boorfrees naar het schild toe wanneer de arm uitgaande van de axiale richting wordt gewenteld kan gecompenseerd worden door een voorwaartse verplaatsing van deze boorfrees.
Doelmatig is de boorarm telescopisch en zijn de middelen om de boorfrees in axiale richting te verplaatsen gevormd door middelen om de boorarm in en uit te schuiven.
De boorarm kan telescopisch zijn doordat hij ten minste gedeeltelijk gevormd is door een dubbelwerkend cilinder-zuigermechanisme en de middelen om de boorarm in en uit te schuiven kunnen door dit cilinder-zuigermechanisme zelf gevormd zijn.
In een andere merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de wentelas op haar in de boorrichting vooraan gelegen einde een radiaal buiten de as uitstekende steun en is de boorarm excentrisch ten opzichte van de meetkundige as van de wentelas scharnierend aan deze steun bevestigd.
Bij deze uitvoeringsvorm kan voor een gegeven tunneldiameter de boorarm korter zijn dan wanneer hij rechtstreeks scharnierend aan de wentelas zou zijn bevestigd.
In een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de tunnelboormachine ten minste een koker die met zijn voorste einde doorheen het schild steekt en is de transportinrichting in deze koker gemonteerd.
Doelmatig bevat de transportinrichting ten minste een schroef van Archimedes die draaibaar in de koker is gemonteerd en middelen om deze schroef te drijven.
<Desc/Clms Page number 6>
In een nog andere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de tunnelboormachine ten minste een gewelfsteun die op het in de boorrichting vooraan gelegen einde van het boormes, bovenaan, aan de binnenkant ervan verplaatsbaar is gemonteerd en die in naar voor geschoven stand buiten het voormes uitsteekt en middelen om deze gewelfsteun te verschuiven.
Nadat met de boorfrees het bovenste gedeelte voor het boormes werd uitgefreesd, kan de gewelfsteun naar voor worden geschoven waarna dan verder onder deze uitgeschoven gewelfsteun kan worden geboord zonder gevaar van het instorten van de grond.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uitde hier volgende beschrijving van een tunnelboormachine volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet ; de verwijzingscijfers betreffen de hieraan toegevoegde tekeningen.
Figuur 1 is een vooraanzicht van een tunnelboormachine volgens de uitvinding.
Figuur 2 stelt een doorsnede voor volgens de lijn 11-11 uit figuur 1 waarbij evenwel duidelijkheidshalve noch de booreenheid noch de transportinrichting voor het afvoeren van de losgefreesde grond doorgesneden zijn.
In de twee figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde elementen.
De tunnelboormachine volgens de figuren bevat een ronde metalen, uit een boormes 1 en een erop aangesloten verlengtrommel 2 bestaande boorbuis waarin een booreenheid, in het algemeen met het verwijzingscijfer 3 aangeduid, is gemonteerd.
De hier aangegeven richtingen en liggingen worden bepaald ten opzichte van de richting waarin het boormes 1 in de grond wordt gedreven, dit is dus ten opzichte van
<Desc/Clms Page number 7>
de boorrichting, welke richting in de figuur 2 door de pijl 4 is aangeduid."Voorste"betekent dus in de door de pijl 4 aangeduide boorrichting vooraan gelegen.
De verlengtrommel 2 is vooraan en aan de binnenkant van een naar binnen en een naar voor uitspringende rand 5 voorzien die zich tot in deel 1 uitstrekt. Tussen deze rand 5 en de binnenkant van het deel l is een afdichting 6 aangebracht.
Tussen het boormes 1 en de verlengtrommel 2 en aan hun inwendige omtrek bevinden zich een aantal hydraulische cilinder-zuigermechanismen 7 die elk tussen een naar binnen springend gedeelte van de rand 5 en een rand 8 op de binnenkant van het boormes l, zijn gemonteerd.
Met behulp van deze cilinder-zuigermechnismen 7 die individueel of in afzonderlijke groepjes bedienbaar zijn, kan de asrichting van het boormes 1 ingesteld worden ten opzichte van de langsrichting van de verlengtrommel 2 zodat het boormes steeds gericht is in de boorrichting, en deze boorrichting van de horizontale kan afwijken.
Het boormes 1 en de verlengtrommel 2 worden in de grond gedreven, hetzij continu tijdens het boren, hetzij intermitterend nadat telkens een kleine afstand werd geboord, door middel van twaalf hydraulische cilinder-zuigermechanismen 9 met een totale maximale duwkracht van 2190 ton, die verdeeld over de omtrek op de binnenzijde en nabij de voorste rand van de verlengtrommel 2 en tegen een naar binnen springend gedeelte van de rand 5 zijn bevestigd en de verlengtrommel 2 en dus de volledige boorbuis 1, 2 naar voor duwen ten opzichte van een in de reeds geboorde opening gevormde betonnen koker 10.
Deze betonnen koker 10 wordt gevormd naarmate de boorbuis naar voor wordt verplaatst. Het voorste gedeelte van de koker 10 bevindt zich in de verlengtrommel 2. Tussen de binnenzijde van de verlengtrommel
<Desc/Clms Page number 8>
2 en de koker 10 zijn afdichtingen 11 aangebracht.
De tunnelboormachine is aangepast voor het toepassen van de zogenoemde schildmethode en bezit daartoe een schild 12 dat, op een kleine afstand van het voorste einde van het boormes 1, de binnenruimte van dit mes nagenoeg hermetisch scheidt in een voorste frontruimte 13 waar het uitfrezen van de grond plaatsvindt-en een achterste werkruimte 14. De frontruimte 13 bevindt zich tijdens het boren onder druk.
Toegang tot de frontruimte is mogelijk via een toegang 16 die in het schild 12 is ingebouwd. De werkruimte 14 dient dan evenwel hermetisch afgesloten te worden om een sas te vormen.
De booreenheid 3 bevat een wentelas 17 die axiaal in het mes 1, in een op het schild 12 gemonteerd afdichtend leger 18 is gelegerd. De wentelas 17 strekt zich dwars door het schild 12 uit en draagt aan de achterzijde van dit schild een kroonwiel 19 waarin een door hydraulische motoren 20 gedreven tandwiel grijpt. De motoren 20 zijn door middel van een steun 21 op de rugzijde van het schild 12 bevestigd.
Op haar voorste einde draagt de wentelas 17 een steun die gevormd is uit een dwars op de wentelas 17 gerichte basisplaat 22 en uit twee op de voorzijde daarvan aansluitende armen 23 die zich evenwijdig aan elkaar in dezelfde richting zijwaarts uitstrekken.
Tussen de einden van de twee armen 23 is een telescopische boorarm 24 scharnierend bevestigd rond een as 25 die loodrecht gericht is op de wentelas 17. De as 25 is met haar beide einden gelegerd in de armen 23.
De boorarm 24 is in hoofdzaak gevormd door een dubbelwerkend cilinder-zuigermechanisme en bevat een zuiger-zuigerstang 26, een cilinder 27 waarin de zuiger verplaatsbaar is en een verbinding 28 tussen de
<Desc/Clms Page number 9>
cilinder 27 en de as 25. Deze verbinding 28 staat op een zijde van de cilinder 27 nabij het van de zuiger-zuigerstang 26 verwijderde einde ervan en omringt de as 25.
Het scharnieren van de boorarm 24 rond de excentrisch ten opzichte van de meetkundige as van de wentelas 17 gelegen meetkundige as van de as 25, dit is de wenteling van de boorarm 24 ten opzichte van de steun 22,23 en dus ook ten opzichte van de wentelas 17, geschiedt door middel van twee dubbelwerkende cilinder-zuigermechanismen 29. Aan elke zijde van de cilinder 27 komt een dergelijk cilinderzuigermechanisme 29 voor.
Elk cilinder-zuigermechanisme 29 is met zijn einde door middel van een evenwijdig aan de as 25 gerichte as 30 scharnierend verbonden aan de steun 22,23, ter plaatse van de aansluiting van een arm 23 op de basisplaat 22.
De zuigerstang van elk cilinder-zuigermechanisme 29 is, op een afstand van de as 25, door een evenwijdig aan deze as 25 gerichte as 31 scharnierend bevestigd aan de cilinder 27.
Op het einde van de boorarm 24 is een boorfrees 32 draaibaar gemonteerd. Deze boorfrees 32 wordt gedreven door een in de zuiger-zuigerstang 26 gemonteerde hydraulische motor 33.
De dubbelwerkende cilinder-zuigermechanismen 26, 27 en 29 en de hydraulische motor 33 zijn op de gebruikelijke manier verbonden door duidelijkheidshalve niet in de figuren voorgestelde hydraulische leidingen met een door een processor 15 bestuurde bedieningsinrichting 34 die deze mechanismen en motor afzonderlijk kan bedienen.
Deze hydraulische leidingen strekken zich doorheen de wentelas 17 uit en sluiten via een roterende koppeling 35 op de in de werkruimte 14 gemonteerde door de processor 15 bestuurde bedieningsinrichting 34 aan.
<Desc/Clms Page number 10>
Ook de hydraulische motoren 20 voor het drijven van de wentelas 17 zijn door middel van niet in de figuren voorgestelde hydraulische leidingen met deze door de processor 15 bestuurde bedieningsinrichting 34 verbonden.
De door de boorfrees 32losgefreesde grond wordt uit de frontruimte 13 weggevoerd door middel van een transportinrichting, in het algemeen met het verwijzingscijfer 36 aangeduid.
Deze transportinrichting is gemonteerd in een metalen koker 37 die zich schuin naar onder hellend naar voor uistrekt doorheen het schild 12.
De onderkant van de koker 37 is afgeplat. Het voorste einde van de koker 37, dat aan de bovenkant weggesneden is en op het uiteinde open is, rust nabij de voorste rand van het boormes 1 op de onderkant ervan.
De koker 37 is ondersteund door het schild 12 en is met zijn bovenste en achterste einde door stangen 38 opgehangen aan de rand 8.
Nabij zijn achterste, gesloten einde is de koker 37 aan de onderkant van een opening voorzien die uitgeeft op een onder de koker 37 gemonteerde breekmolen 39.
Op de onderkant van de breekmolen 39 sluit een zich naar achter uitstrekkende afvoerpijp 40 aan.
De transportinrichting 36 bevat twee schroeven van Archimedes 41 die naast elkaar boven de afgeplatte onderzijde in de koker 37 zijn opgesteld.
Deze twee schroeven van Archimedes 41 worden met hun bovenste einden tegelijker tijd gedreven onder tussenkomst van een in een kast 42 gemonteerde overbrenging door een zelfde hydraulische motor 43.
Het geheel gevormd door de kast 42, de hydraulische motor 43 en de twee erdoor gedreven schroeven van Archimedes 41, is in de asrichting van de schroeven 41,
<Desc/Clms Page number 11>
dit is dus in de asrichting van de koker 37, over een beperkte afstand heen en weer verplaatsbaar door middel van twee cilinder-zuigermechanismen 44. De cilinders van deze mechanismen zijn aan de buitenzijde van de koker 37 bevestigd.
De zuigerstangen van deze cilinder-zuigermechanismen 44 zijn beide verbonden met een draagplaat 45 waarop de motor 43 en de kast 42 zijn bevestigd.
De cilinder-zuigermechanismen 44 en de hydraulische motor 43 zijn door niet in de figuren voorgestelde hydraulische leidingen verbonden met de hogergenoemde door de processor 15 bestuurde bedieningsinrichting 34.
In de figuren zijn de twee schroeven van Archimedes 41 in hun maximaal naar achter geschoven stand voorgesteld.
De meest naar voren geschoven stand van deze schroeven van Archimedes 41 is in de figuur 2 in puntstreeplijn voorgesteld.
Wanneer de boorarm 24 naar onder is gericht zoals in streeplijn in figuur 2 is voorgesteld, worden de schroeven van Archimedes 41 in hun meest naar achter gelegen stand gebracht zodat ze de boorarm of-frees niet hinderen.
Wanneer de boorarm niet naar onder is gericht, kunnen de twee schroeven van Archimedes 41 in hun voorste stand worden gebracht tot ze met hun voorste einde de grond kunnen wegvoeren die door de boorfrees 32 wordt losgemaakt en op de onderkant van de reeds geboorde opening valt.
Deze grond wordt door de schroeven 41 opwaarts verplaatst in de koker 37, valt doorheen de opening op het einde van de koker in de breekmolen 39 en wordt na gebroken te zijn uit de breekmolen 39 weggepompt doorheen de afvoerpijp 40 en verder ge vacueerd op een bekende manier. Drukverliezen door de transportinrichting zijn zo minimaal.
<Desc/Clms Page number 12>
De boorarm 24 is in de figuren voorgesteld in zijn naar buiten gerichte stand waarbij hij de grootst mogelijke hoek maakt met de meetkundige as van de wentelas 17. De boorarm 24 is in volle lijn voorgesteld in half uitgeschoven stand. Zoals blijkt uit de figuren 1 en 2 reikt de boorfrees 32 in deze stand tot juist aan de buitenzijde van het boormes en v66r de voorste rand ervan.
Doormet behulp van de cilinder-zuigermechanismen 29 de boorarm 24 ten opzichte van de steun 22,23 te wentelen en door de wentelas 17 met deze steun 22,23 te wentelen, kan de boorfrees 32 een volledig front affrezen.
Door daarbij de telescopische boorarm 24 in of uit te schuiven, kan men ervoor zorgen dat een vrij vlak front wordt afgefreesd. Een voorbeeld van een dergelijk front is in figuur 2 in punt-streeplijn aangeduid.
Door het wentelen van de wentelas 17, het wentelen van de boorarm 24 en het telescoperen van deze boorarm 24 kunnen aan de boorfrees 32, die op zichzelf ten opzichte van de boorarm 24 roteert, uiteenlopende verplaatsingspatronen worden opgelegd.
Al de hiervoor genoemde bewegingen worden bestuurd door de microprocessor 17 zodat het bewegingspatroon vooraf wordt bepaald.
Tijdens het uitvoeren van haar bewegingspatroon, komt de boorfrees 32 op de plaats waar de voorste einden van de schroeven van Archimedes 41 zich in hun normale, voorste stand bevinden. Om de beweging van de boorarm 24 toe te laten, beveelt de processor 15 het naar achter gaan van de schroef van Archimedes 41 telkens wanneer dit nodig is om de boorfrees 32 door te laten. Na het voorbijgaan van de boorfrees 32 worden de schroeven 41 terug naar voor verplaatst in hun normale werkstand. Het tijdelijk naar achter verplaatsen van de schroeven 41 hangt af van het bewegingspatroon van de boorfrees 32 en wordt automatisch bepaald door de processor 15.
<Desc/Clms Page number 13>
Wanneer de boorfrees 32 harde stukken ontmoet die niet kunnen worden stukgefreesd, kan men eventueel met behulp van de boorarm en de boorfrees 32 deze stukken verplaatsen en in holtes brengen die men buiten de baan van het boormes 1 in de grond boort.
Bij voorkeur boort men deze holtes zijwaarts of onderaan de te boren tunnel.
Om deze holtes te boren, brengt men de boorarm 24 in maximaal uitgeschoven stand en in een richting die de radiale maximaal benadert, zoals in streeplijn in figuur 2 is voorgesteld.
In deze stand reikt de boorfrees 32 tot aan de buitenkant van het boormes 1. Harde stukken die in deze holtes worden opgeborgen hinderen het voorwaarts drijven van het boormes 1 niet.
Bij dit verwijderen van harde brokken wordt de boorarm 24 bediend met behulp van de bedieningsinrichting 34 door personeel dat zich in de werkruimte 14 bevindt.
Onder meer om dit verwijderen van brokstukken te kunnen volgen, zijn in het schild 12 een uit drie in verschillende richtingen gerichte kijkglazen bestaand kijkvenster 46 en twee lampen 47 gemonteerd.
Bij het boren in zachte grond kan de bovenkant van de voor het boormes 1 geboorde opening gemakkelijk instorten. Onder meer om dit te vermijden, zijn bovenaan, aan de binnenzijde een reeks uitschuifbare gewelfsteunen 48 gemonteerd.
Deze gewelfsteunen 48 zijn in de frontruimte 13 verschuifbaar gemonteerd tussen de binnenzijde van het boormes 1 en een binnenwand 49 die zich overigensv66r het schild 12 over gans de binnenomtrek van het boormes 1 behalve ter plaatse van het voorste einde van de koker 37, uitstrekt. De binnenwand 49 is op de voorzijde van het schild 12 bevestigd maar reikt minder ver naar voor dan boormes 1.
<Desc/Clms Page number 14>
Door middel van cilinder-zuigermechanismen 50 die tussen de gewelfsteunen 48 en het schild 12 zijn gemonteerd kunnen deze gewelfsteunen 48 afzonderlijk naar voor worden geschoven tot ze buiten het boormes 1 uitsteken.
De cilinder-zuigermechanismen 50 zijn eveneens via niet in de figuren voorgestelde hydraulische leidingen op de bedieningsinrichting 34 aangesloten.
De grond v66r het boormes 1 kan, bij voorbeeld wanneer de machine niet in werking is, gestut worden door middel van een negental hydraulische stutten 51 die bovenaan het boormes 1 in het schild 12 zijn gemonteerd. Hun beweegbare gedeelten, die aan het voorste einde een voet dragen, kunnen hydraulisch naar voor worden uitgeschoven.
De boorarm 24 en de armen 23 moeten daarbij uit de weg gebracht zijn. Ook de hydraulische stutten worden via de bedieningsinrichting 34 individueel of samen bediend.
Doorheen het schild 12 strekken zich een aantal injectiepijpen 52 uit die tussen de gewelfsteunen 48 vooraan uitmonden en waarmee vloeistof in de ruimte 13 kan worden aangebracht. Dergelijke injectiepijpen 53 strekken zich ook doorheen het boormes 1 uit.
Doorheen de onderste helft van het schild 12 strekken zich twee pijpen 54 uit voor water onder druk en een viertal pijpen 55 voor perslucht.
Op het boormes 1 kunnen in schroefvorm opgestelde cilinder-zuigermechanismen gemonteerd zijn om het roteren van het mes 1 als reactie op het frezen tegen te gaan of te compenseren.
Met de hiervoor beschreven tunnelboormachine kunnen op een zeer veilige manier en in zeer uiteenlopende omstandigheden tunnels worden geboord. Het front kan worden ondersteund zowel door middel van perslucht als door middel van vloeistof onder druk zoals bentoniet.
Eventuele harde brokken in de grond kunnen op een snelle
<Desc/Clms Page number 15>
en eenvoudige manier uit de boorbaan verwijderd worden.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm, en binnen het raam van de octrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringsvorm vele veranderingen worden aangebracht, onder meer wat betreft de vorm, de samenstelling, de schikking en het aantal van de onderdelen die voor het verwezenlijken van de uitvinding worden gebruikt.
<Desc / Clms Page number 1>
DESCRIPTION associated with a
INVENTION PATENT APPLICATION in the name of "Denys", limited liability company for: "Tunnel boring machine"
<Desc / Clms Page number 2>
The invention relates to a tunnel boring machine comprising a drilling knife and an extension drum connected thereto, a rotating shaft mounted centrally in the drilling knife, which extends in the drilling direction, this is axially in the drilling knife, means for driving this rotating shaft, a drilling arm hingedly connected to the rotary shaft about a transverse axis to the rotary shaft, means mounted between the rotary shaft and the drilling arm to impose a hinge movement relative to the rotary shaft on the drilling arm, a drilling mill mounted on the end of the drilling arm,
means mounted on the drill arm to drive the drill bit and a transport device mounted in the drill knife and the extension drum to remove the soil milled out by the drill bit.
Tunnel boring machines of this type, also called partial cutting machines, are known from the Belgian patents No. 833,345 and No. 872,229 of the applicant.
Compared to the so-called full cutting machines, these partial cutting machines offer the advantage that they can also drill in non-homogeneous areas or in areas of various structures ranging from rocks to clay.
The sub-cutting machines also require considerably less energy for drilling than the full-cutting machines.
A partial cutting machine also allows easy intervention at the cutting front, which is not the case for the full cutting machines where the full wheel with cutting elements closes the access to this front.
However, the front cannot be supported in partial cutting machines and among the above-mentioned known partial cutting machines, which in some cases can be a serious problem.
The space inside the drill blade and the extension drum connected to it can, however, become pressurized
<Desc / Clms Page number 3>
the operator of the machine is also under pressure in this space so that this pressure is quite limited. In addition, only compressed air can be used to achieve the air pressure and no liquid such as bentonite.
The object of the invention is to overcome this drawback and to provide a tunnel boring machine of the type intended for this purpose in which the front can be easily supported, both with compressed air and with pressurized liquid.
For this purpose, the tunnel boring machine comprises a shield mounted at a distance from the front end of the drill blade in the latter and which separates the space within this drill blade into a front space and a rear space, through which the transport device and the rotating shaft extend and the tunnel boring machine includes a processor which controls the means to drive the rotary shaft and the means to impart a pivotal movement to the drill arm so that the drill bit is moved according to a predetermined displacement pattern.
The provision of such a shield in the drill bit of a tunnel boring machine is already known as such, but not with tunnel boring machines of the type intended for this purpose.
For example, it is known to use a shield in a full cutting machine, which therefore has certain drawbacks compared to a partial cutting machine.
A partial cutting machine is also known in which a shield is used, but this machine is of the type with a digging spoon. This bucket, which is arranged in the front space, is manually operated by an operator behind the shield. The shield is provided with one or more windows for this purpose.
<Desc / Clms Page number 4>
Because the operator has to see the digging bucket, these known machines can only support the front with compressed air and not with pressurized liquid such as bentonite. Controlling the bucket with a processor is virtually impossible, partly because this bucket is not mounted on a central rotating shaft.
In a special embodiment of the invention, the transport device is movably mounted through the shield between a front working position in which the front end of the transport device is located in the path of the whole drill arm drilling mill and a rear position in which this end is located outside this path, and the tunnel boring machine comprises means for moving this transport device, which means are also controlled by the processor so that, whenever necessary to allow the whole drill arm drilling mill to pass, the transport device is moved back from its working position and, after passing the said assembly is returned to its working position.
The presence of the conveyor normally located with its forward end in the path of the drill bit mounted on the drill entailed thinking that robotising the drill arm with the drill bit and mounting a shield in a tunnel boring machine of the type referred to above were not possible.
In a curious embodiment of the invention, the tunnel boring machine comprises means for moving the drill bit in axial direction, viewed apart from the rotation of the drilling arm.
<Desc / Clms Page number 5>
In this embodiment, a flat drilling front can easily be realized. The displacement of the drill bit towards the shield when the arm is rotated from the axial direction can be compensated for by a forward movement of this drill bit.
The drill arm is expediently telescopic and the means for moving the drill bit in an axial direction are formed by means for extending the drill arm in and out.
The drill arm can be telescopic in that it is formed at least in part by a double-acting cylinder-piston mechanism, and the means for extending and extending the drilling arm can be formed by this cylinder-piston mechanism itself.
In another curious embodiment of the invention, the rotary shaft has a support projecting radially out of the shaft at its forward end in the drilling direction and the drilling arm is hinged eccentrically to the geometric axis of the rotary shaft.
In this embodiment, for a given tunnel diameter, the drill arm may be shorter than if it were hinged directly to the pivot shaft.
In an advantageous embodiment of the invention, the tunnel boring machine comprises at least one sleeve which extends through the shield with its front end and the transport device is mounted in this sleeve.
The transport device expediently contains at least one Archimedes screw rotatably mounted in the tube and means for driving this screw.
<Desc / Clms Page number 6>
In yet another embodiment of the invention, the tunnel boring machine includes at least one vault support mounted movably on the forward end of the drill blade at the top, on the inside thereof, and which extends in the forwardly extended position beyond the front blade and means to slide this vault support.
After the top section for the drill blade has been milled out with the drill cutter, the arch support can be pushed forward, after which it is possible to drill further under this extended arch support without risk of collapsing the ground.
Other particularities and advantages of the invention will become apparent from the following description of a tunnel boring machine according to the invention; this description is given by way of example only and does not limit the invention; the reference numbers refer to the accompanying drawings.
Figure 1 is a front view of a tunnel boring machine according to the invention.
Figure 2 represents a section according to line 11-11 of Figure 1, however, for the sake of clarity, neither the drilling unit nor the conveyor for removing the milled-off soil have been cut.
In the two figures, like reference numerals refer to like elements.
The tunnel boring machine according to the figures comprises a round metal drilling tube consisting of a drilling knife 1 and an extension drum 2 connected to it, in which a drilling unit, generally indicated by reference numeral 3, is mounted.
The directions and positions indicated here are determined with respect to the direction in which the drill blade 1 is driven into the ground, i.e. with respect to
<Desc / Clms Page number 7>
the drilling direction, which direction is indicated by arrow 4 in Figure 2. "Front" thus means located in the front direction in the drilling direction indicated by arrow 4.
The extension drum 2 is provided at the front and on the inside with an inward and a projecting edge 5 which extends into part 1. A seal 6 is arranged between this edge 5 and the inside of the part 1.
Between the drill blade 1 and the extension drum 2 and on their inner circumference there are a number of hydraulic cylinder-piston mechanisms 7, each of which is mounted between an inwardly projecting part of the edge 5 and an edge 8 on the inside of the drill blade 1.
With the aid of these cylinder-piston mechanisms 7, which can be operated individually or in separate groups, the axis direction of the drill blade 1 can be adjusted relative to the longitudinal direction of the extension drum 2, so that the drill blade is always oriented in the drilling direction, and this drilling direction of the horizontal may vary.
The drill blade 1 and the extension drum 2 are driven into the ground, either continuously during drilling, or intermittently after each drilling a short distance, by means of twelve hydraulic cylinder-piston mechanisms 9 with a total maximum thrust of 2190 tons, distributed over the circumference is fixed on the inside and near the front edge of the extension drum 2 and against an inwardly projecting part of the edge 5 and push the extension drum 2 and thus the entire drill tube 1, 2 forward with respect to one already drilled in the concrete box opening 10.
This concrete tube 10 is formed as the casing is moved forward. The front part of the sleeve 10 is located in the extension drum 2. Between the inside of the extension drum
<Desc / Clms Page number 8>
2 and the sleeve 10, seals 11 are provided.
The tunnel boring machine is adapted to use the so-called shield method and for this purpose it has a shield 12 which, at a small distance from the front end of the drilling knife 1, separates the inner space of this knife almost hermetically in a front front space 13 where the milling out of the ground takes place - and a rear working space 14. The front space 13 is under pressure during drilling.
Access to the front space is possible through an access 16 built into the shield 12. However, the working space 14 must then be hermetically sealed to form a lock.
The drilling unit 3 contains a rotary shaft 17 which is axially mounted in the blade 1 in a sealing bearing 18 mounted on the shield 12. The revolving shaft 17 extends straight through the shield 12 and carries a crown wheel 19 at the rear of this shield in which a gear wheel driven by hydraulic motors 20 engages. The motors 20 are mounted on the back of the shield 12 by means of a support 21.
At its front end, the revolving shaft 17 carries a support which is formed from a base plate 22 directed transversely of the revolving shaft 17 and from two arms 23 connecting to the front thereof, which extend laterally parallel to each other in the same direction.
Between the ends of the two arms 23, a telescopic drilling arm 24 is hinged about an axis 25 which is perpendicular to the rotary shaft 17. The shaft 25 is alloyed in the arms 23 with both ends.
The drilling arm 24 is mainly formed by a double-acting cylinder-piston mechanism and comprises a piston-piston rod 26, a cylinder 27 in which the piston is movable and a connection 28 between the
<Desc / Clms Page number 9>
cylinder 27 and shaft 25. This connection 28 is on one side of cylinder 27 near its end remote from piston-piston rod 26 and surrounds shaft 25.
The pivoting of the drilling arm 24 around the geometric axis of the rotating shaft 17 located eccentrically with respect to the geometric axis of the rotating shaft 17, this is the rotation of the drilling arm 24 with respect to the support 22, 23 and thus also with respect to the revolving shaft 17, is effected by means of two double-acting cylinder-piston mechanisms 29. Such a cylinder piston mechanism 29 is provided on each side of the cylinder 27.
Each cylinder-piston mechanism 29 is hingedly connected to the support 22, 23 by means of a shaft 30 directed parallel to the shaft 25, at the location of the connection of an arm 23 to the base plate 22.
The piston rod of each cylinder-piston mechanism 29 is hinged to the cylinder 27 at a distance from the shaft 25 by a shaft 31 oriented parallel to this shaft 25.
A drill bit 32 is rotatably mounted at the end of the drill arm 24. This drill bit 32 is driven by a hydraulic motor 33 mounted in the piston-piston rod 26.
The double-acting cylinder-piston mechanisms 26, 27 and 29 and the hydraulic motor 33 are connected in the usual manner by hydraulic lines not shown in the figures for the sake of clarity, with a processor 34 controlled by a processor 15 which can operate these mechanisms and the motor separately.
These hydraulic lines extend through the rotating shaft 17 and connect via a rotary coupling 35 to the operating device 34 controlled by the processor 15 mounted in the working space 14.
<Desc / Clms Page number 10>
The hydraulic motors 20 for driving the rotary shaft 17 are also connected to this operating device 34 controlled by the processor 15 by means of hydraulic lines not shown in the figures.
The soil milled out by the drill bit 32 is removed from the front space 13 by means of a transport device, generally indicated by the reference numeral 36.
This transporting device is mounted in a metal sleeve 37 which extends obliquely downwards through the shield 12.
The bottom of the sleeve 37 is flattened. The front end of the sleeve 37, which is cut away at the top and open at the end, rests near the front edge of the drill blade 1 on the bottom thereof.
The sleeve 37 is supported by the shield 12 and is suspended from the edge 8 by rods 38 with its top and rear ends.
Near its rear, closed end, the sleeve 37 is provided at the bottom with an opening opening onto a crushing mill 39 mounted below the sleeve 37.
A rearwardly extending discharge pipe 40 connects to the bottom of the crushing mill 39.
The conveyor 36 contains two Archimedes 41 screws arranged side by side above the flattened underside in the sleeve 37.
These two Archimedes 41 screws are driven with their upper ends at the same time through a case 42 mounted by a same hydraulic motor 43.
The whole formed by the box 42, the hydraulic motor 43 and the two screws of Archimedes 41 driven by it, is in the axial direction of the screws 41,
<Desc / Clms Page number 11>
this is thus in the axial direction of the sleeve 37, movable to and fro over a limited distance by means of two cylinder-piston mechanisms 44. The cylinders of these mechanisms are mounted on the outside of the sleeve 37.
The piston rods of these cylinder-piston mechanisms 44 are both connected to a support plate 45 on which the engine 43 and the case 42 are mounted.
The cylinder-piston mechanisms 44 and the hydraulic motor 43 are connected by hydraulic lines not shown in the figures to the above-mentioned operating device 34 controlled by the processor 15.
The figures show the two screws of Archimedes 41 in their maximum pushed back position.
The most advanced position of these screws of Archimedes 41 is shown in the dashed line in Figure 2.
When the drill arm 24 is facing down as shown in dashed line in Figure 2, the Archimedes 41 screws are moved to their most rearward position so that they do not interfere with the drill arm or cutter.
When the drill arm is not facing down, the two screws of Archimedes 41 can be brought in their forward position until they can move the front end with the ground that is loosened by the drill bit 32 and falls on the bottom of the already drilled hole.
This soil is displaced upwards by the screws 41 into the sleeve 37, falls through the opening at the end of the sleeve into the crushing mill 39 and, after being broken, is pumped out of the crushing mill 39 through the discharge pipe 40 and further vacuumed on a known way. Pressure losses by the transport device are thus minimal.
<Desc / Clms Page number 12>
The drilling arm 24 is shown in the figures in its outwardly directed position, making the greatest possible angle with the geometric axis of the rotary shaft 17. The drilling arm 24 is shown in full line in half-extended position. As shown in Figures 1 and 2, the drill bit 32 extends in this position just to the outside of the drill blade and before its leading edge.
By using the cylinder-piston mechanisms 29 to rotate the drilling arm 24 relative to the support 22, 23 and to rotate the rotary shaft 17 with this support 22, 23, the drill bit 32 can mill a complete front.
By sliding the telescopic drill arm 24 in or out, it is possible to ensure that a relatively flat front is milled off. An example of such a front is indicated in dashed line in Figure 2.
By rotating the rotary shaft 17, the rotation of the drilling arm 24 and the telescoping of this drilling arm 24, a variety of displacement patterns can be imposed on the drilling mill 32, which itself rotates relative to the drilling arm 24.
All the aforementioned movements are controlled by the microprocessor 17 so that the movement pattern is predetermined.
While performing its movement pattern, the drill bit 32 is positioned where the front ends of the Archimedes 41 screws are in their normal, forward position. In order to allow the movement of the drill arm 24, the processor 15 orders the screw back of Archimedes 41 backward whenever necessary to allow the drill bit 32 to pass through. After passing the drill bit 32, the screws 41 are moved back to their normal operating position. The temporary movement of the screws 41 backwards depends on the movement pattern of the drill bit 32 and is automatically determined by the processor 15.
<Desc / Clms Page number 13>
When the drill bit 32 encounters hard pieces which cannot be milled to pieces, these pieces can optionally be moved with the aid of the drill arm and the drill bit 32 and placed in cavities which are drilled in the ground outside the path of the drill knife 1.
These cavities are preferably drilled laterally or at the bottom of the tunnel to be drilled.
To drill these cavities, the drill arm 24 is brought into the maximum extended position and in a direction approaching the radial maximum, as shown in dashed line in Figure 2.
In this position, the drill bit 32 extends to the outside of the drill bit 1. Hard pieces stored in these cavities do not hinder the driving of the drill bit 1.
In this removal of hard chunks, the drilling arm 24 is operated with the aid of the operating device 34 by personnel located in the working space 14.
Partly in order to be able to follow this removal of debris, a viewing window 46 and two lamps 47 are mounted in the shield 12, consisting of three viewing glasses directed in three directions.
When drilling in soft ground, the top of the hole drilled for the drill blade 1 can easily collapse. In order to avoid this, among other things, a series of extendable arch supports 48 are mounted on the inside.
These vault supports 48 are slidably mounted in the front space 13 between the inner side of the drilling knife 1 and an inner wall 49 which, incidentally, extends over the inner circumference of the drilling knife 1 in front of the shield 12, except at the front end of the sleeve 37. The inner wall 49 is mounted on the front of the shield 12 but extends less far forward than the drill blade 1.
<Desc / Clms Page number 14>
By means of cylinder-piston mechanisms 50 mounted between the vault supports 48 and the shield 12, these vault supports 48 can be pushed forward individually until they protrude beyond the drill blade 1.
The cylinder-piston mechanisms 50 are also connected to the operating device 34 via hydraulic lines not shown in the figures.
The soil in front of the drill blade 1, for example when the machine is not in operation, can be propped up by nine hydraulic struts 51 mounted at the top of the drill blade 1 in the shield 12. Their movable parts, which carry a foot at the front end, can be extended hydraulically forwards.
The drilling arm 24 and the arms 23 must be moved out of the way. The hydraulic struts are also operated individually or together via the operating device 34.
A number of injection pipes 52 extend through the shield 12 and open out between the vault supports 48 at the front and with which liquid can be introduced into the space 13. Such injection pipes 53 also extend through the drill blade 1.
Two pipes 54 for pressurized water and four pipes 55 for compressed air extend through the lower half of the shield 12.
Cylinder-piston mechanisms arranged in screw form may be mounted on the drill blade 1 to prevent or compensate the rotation of the blade 1 in response to the milling.
With the tunnel drilling machine described above, tunnels can be drilled in a very safe manner and in very different circumstances. The front can be supported by both compressed air and pressurized liquid such as bentonite.
Any hard chunks in the ground can move quickly
<Desc / Clms Page number 15>
and can be easily removed from the drilling track.
The invention is by no means limited to the above-described embodiment, and within the scope of the patent application many changes can be made to the described embodiment, including as regards the shape, the composition, the arrangement and the number of the parts which are to be realized. of the invention.