Vorrichtung zum Vortreiben von Schächten, Strecken oder Stollen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vortrieb von Schächten, Stollen oder Strecken.
Es ist für den Vortrieb von Schächten, Strecken oder Stollen in verhältnismässig weichem Gebirge bekannt, ein die äussere Form des vorzutreibenden Stollens auf weisendes Schild mit geschärfter Vorderkante in das Gebirge vorzutreiben, indem man dieses Schild gegen den erstellten Ausbau abstützt und unter Zuhilfenahme entsprechender hydraulischer oder mechanischer Ein richtungen vorschiebt. Dabei schneidet die geschärfte Vorderkante dieses Schildes ringförmig in das Gebirge ein, wobei sich ein entsprechender Kern ins Innere des Schildes bewegt, der abgetragen wird.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, in das Schild eine me chanische Räumvorrichtung einzusetzen, die ein drehen des Werkzeug aufweist, so dass mit Hilfe dieses drehen den Werkzeuges die Stollenbrust mechanisch abgetragen werden kann.
Bei dieser Vorrichtung sitzt das Antriebsaggregat unmittelbar hinter dem Räumwerkzeug, so dass das hereinbrechende Gestein nur schwer abzufördern ist. Für vergleichsweise hartes Gestein eignet sich das Schildvortriebsverfahren grundsätzlich nicht.
Es ist auch bereits eine Tunnelbohrmaschine be kannt, bei der das bzw. die die Tunnelwandung bearbei tenden) Messer radial zur Rotationsachse eines Schneid kopfes in diesem Schneidkopf verschiebbar gelagert und Mittel angeordnet sind, die ein zyklisches Vor- und Zurückbewegen dieser Messer während der Rotation des Schneidkopfes bewirken.
Auch hier nimmt der Schneidkopf den ganzen Durchmesser des Schildes ein, wobei lediglich in ihm fräsende Bohrwerkzeuge radial verschiebbar angeordnet sind und beim Umlauf des Schneidkopfes einen Ring aus der Tunnelwandung herausarbeiten, in den die Vorderkante des Schildes nach Rückstellung der Bohr werkzeuge nachrückt. Der Schneidkopf selbst kann re lativ zum Schild nicht bewegt werden.
(Auch mit dieser Bohrmaschine ist es wegen des schrämenden Arbeitens der Schneidwerkzeuge nicht möglich, hartes Gestein zu durchdringen.) Stollen oder Strecken in vergleichsweise hartem Gestein treibt man dadurch vor, dass man die Brust des Stollens entsprechend absprengt und nach Weg förderung des abgesprengten Gesteins mit dem Ausbau nachzieht.
Solange das Gestein homogen und von aus reichender Härte ist, ist dieses Verfahren vergleichs weise einfach und gut durchzuführen. Häufig wechseln jedoch harte Gesteinsschichten mit verhältnismässig wei chen Gesteinsschichten ab, so dass es zu Einbrüchen des verhältnismässig weichen Gesteins in den erstellten Stollen kommt, was erheblichen Arbeitsaufwand zum Freimachen dieses Abschnittes erfordert.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaf fen, die im Grundprinzip nach dem Schildvortriebsver-- fahren arbeitet, sich aber nicht nur in verhältnismässig weichem Gestein einsetzen lässt, sondern auch beim Vortreiben von Strecken und Stollen im harten Gestein geeignet ist und besondere Vorteile dann mit sich bringt, wenn hartes und weiches Gestein beim Vortreiben der Strecken oder des Stollens abwechseln.
Das Gleiche gilt für Störungen, d. h. beim Übergang von einem standfesten Gebirge auf ein nicht stand festes Gebirge für das Auffahren von Strecken oder Stollen, weil an solchen Störungsstellen ähnliche Ver hältnisse auftreten wie beim Übergang von hartem zu weichem Gestein.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält ein das Antriebsaggregat eines umlaufenden Bohrwerkzeuges aufnehmendes Schild, das sich in Vortriebsrichtung ver- fahrbar gegen die Wandung bzw.
den erstellten Ausbau abstützt, und ein Bohrwerkzeug, das vor der vorderen Kante des Schäldes umläuft, und kennzeichnet sich da durch, dass der Durchmesser des Bohrwerkzeuges derart veränderbar ist und das Antriebsaggregat derart aus dem Bodenbereich des vorderen Teiles des Schildes verlegt ist, dass das Bohrwerkzeug nach Verringerung seines Durchmessers ins Innere des Schildes einfahrbar ist.
Der Vortrieb erfolgt also bei der erfindungsgemässen Vorrichtung nicht mehr mit Hilfe der sich in das Ge birge einzwängenden geschärften Vorderkante des Schil des bzw. das Ausschrämen eines schmalen Kreisschlitzes in der Strecken- oder Stollenwandung unter Nachfahren des Schildes, sondern mit Hilfe eines Bohrwerkzeuges, so dass die Härte des Gesteins für den Vortrieb der Strecke oder des Stollens unbeachtlich ist,
weil nicht mehr die Vorderkante des Schildes bzw. ein zum Ab tragen harten Gesteins ungeeignetes Schrämwerkzeug, sondern das einen Durchmesser mindestens entspre chend dem Durchmesser des Schildes aufweisende Bohr werkzeug den Weg durch das Gebirge bahnt.
Durch die Ausbildung des Bohrwerkzeuges und die Anordnung seines Antriebsaggregates ist es ohne weiteres möglich, unmittelbar hinter dem Bohrwerkzeug mit der Ladung und dem Abtransport des Bohrkleins zu beginnen, was sich in weiterer Ausbildung der Erfindung noch dadurch erleichtern lässt, dass man das Bohrwerkzeug über eine vergleichsweise lange Welle an sein Antriebsaggregat anschliesst, so dass zwischen Bohrwerkzeug und Antriebs aggregat ein erheblicher freier Raum für die Unter bringung von Lade- und Transportvorrichtungen ver bleibt.
Diese Massnahme ist auch von besonderem Vorteil für das Zurückziehen des Werkzeuges, weil dieses nun mehr vor seinem Antriebsaggregat und ohne Störung durch dasselbe im Schutze des Schildes repariert, um gebaut oder gewartet werden kann. Selbstverständlich wird man bei einer entsprechend langen Antriebswelle dafür Sorge tragen, dass die Welle wenigstens an der Frontseite des Schildes durch ein Stützlager abgestützt ist, das jedoch so angebracht werden kann, dass es die Sohlenseite der Strecke oder des Stollens und damit die Lade- und Abtransportarbeiten nicht stört.
Die An triebswelle für das Bohrwerkzeug wird man zweckmä ssig als Hohlwelle ausbilden, damit in ihrem Innern eine Antriebswelle für ein Vorbohr-, Ziel- oder Untersu- chungs-Bohrwerkzeuggeführt werden kann.
Auch das Antriebsaggregat wird man zweckmässig nicht auf der Sohle der Strecke oder des Stollens anord nen, sondern so lagern, dass es sich oberhalb der Mittel achse des Schildes befindet. Dadurch wird der Ab transport durch geeignete, auf der Sohle der Strecke oder des Stollens anzubringende Fördervorrichtungen wesentlich erleichtert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht auch das Arbeiten mit Spülung, da es ohne Schwierigkeiten möglich ist, durch Einbau eines entsprechenden Quer- schotts im Bereich des Schildkopfes einen Sumpf zu bil den, aus dem das in der Spülflüssigkeit suspendierte Bohrklein laufend abgesaugt werden kann.
Zu diesem Zweck wird hinter dem Querschott zweckmässig eine Förderpumpe zum Abtransport der mit dem Bohrklein versetzten Spülung vorgesehen.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemässe Vorrich tung so ausgestaltet, dass die Werkzeuge auf der Rück seite eines vorzugsweise mehrteiligen Frontschildes ab nehmbar montiert sind und durch Schlitze in diesem Frontschild in Richtung der Bohrlochsohle vorragen. Für diese Ausbildung des Bohrkopfes wird selbständiger Schutz beansprucht.
Die Achsen der als Rollenbohrer ausgebildeten Bohrwerkzeuge liegen bei dieser Ausführungsform vor zugsweise in Lagerausnehmungen an der Rückseite des Frontschildes und sind durch abnehmbare Lagerschalen fixiert. Vorteilhaft wird man bei der erfindungsgemässen Vorrichtung, unabhängig von der Ausbildung des Bohr kopfes, den die Bohrwerkzeuge tragenden Kopf konisch ausbilden.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Er findungsgegenstandes, und zwar in: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Stollen, mit dem das Antriebsaggregat, das Bohrwerkzeug und die zum Bohrwerkzeug führende Welle aufnehmenden Schild, wobei die zurückgezogene Stellung des Bohrwerkzeuges strichpunktiert angedeutet ist, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 eine Darstellung einer abgeänderten Ausfüh rungsform eines Bohrwerkzeuges,
Fig. 5 eine Darstellung der erfindungsgemässen Vor richtung mit einer Einrichtung zum Absaugen der das Bohrklein enthaltenden Spülung beim Arbeiten mit spü lendem Bohrwerkzeug bzw. beim Arbeiten in Gebirge mit Wassereinbruch, Fig. 6 eine Einrichtung zur Verspannung der Ab stützung des Schildkopfes, Fig. 7 eine abgeänderte Ausführungsform einer er findungsgemässen Vorrichtung und in Fig. 8 eine Einzelheit dieser abgeänderten Ausfüh rungsform.
Fig. 9 zeigt verschiedene weitere abgeänderte Aus führungsformen.
In Fig. 1 ist mit 1 das Gebirge bezeichnet, in das ein Stollen oder eine Strecke vorgetrieben werden soll. 2 bezeichnet den fertigen Ausbau dieses Stollens. Gegen diesen Ausbau stützen sich vorzugsweise hydraulisch arbeitende Anpressvorrichtungen 3 ab, die im gleichen Winkelabstand um die gesamte Stollenwandung ange ordnet sind. Vor diesen Anpressvorrichtungen 3 befin det sich der erste Teil des Schildes 4, in dem das all gemein mit 5 bezeichnete Antriebsaggregat unterge bracht ist.
Bei 6 erkennt man einen biegsamen Zwi schenteil, der insbesondere dann erforderlich ist, wenn der Stollen nicht geradlinig, sondern in Kurve aufge fahren werden soll. 7 ist der vordere Teil des Schildes, der bei Wegfall des elastischen Zwischenteiles 6 auch einstückig mit dem rückwärtigen Teil 4 ausgebildet sein kann.
Bei 8 erkennt man die Vorderkante des Schildes, die beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel noch geschärft dargestellt ist. Diese Schärfung ist beim Ar beiten mit der erfindungsgemässen Vorrichtung aller dings nicht mehr unbedingt erforderlich.
9 bezeichnet allgemein das Bohrwerkzeug, dessen äussere Teile 10 entfernbar am mittleren Teil 11 ange bracht sind, so dass es in seinem Durchmesser so weit verringert werden kann, dass es sich ins Innere des Schildteiles 7 einfahren lässt.
Mit 12 ist ein Bohrmeissel zum Herstellen eines Vorbohrloches bezeichnet, das das Abtragen der Stollen brust wesentlich erleichtert.
13 bezeichnet ein Rutschblech, auf dem das durch das Bohrwerkzeug 10, 11 abgearbeitete Bohrklein auf den Förderer 14 gleitet, der es unter der Antriebswelle 15 hinweg zu einer Verladestation fördert, die sich zweckmässig im ausgebauten Teil 2 des Stollens befindet. Innerhalb der Welle 15, die beim dargestellten Aus führungsbeispiel als Hohlwelle ausgebildet ist, läuft die Welle 16 für das Vorbohrwerkzeug. Die beiden koaxialen Wellen 14 und 15 sind durch verlänger- und verkürzbare Streben 17 im Schildteil 7 mit Hilfe eines Lagerringes 18 aufgehängt.
Im Schildteil 4 ist vorzugsweise im oberen Bereich, d. h. oberhalb der Wellen 15, 16, das Antriebsaggregat 5 gelagert, das einen beim Ausführungsbeispiel als Elektromotor wiedergegebenen Antriebsmotor 19, ein Lager 20, ein Untersetzungsgetriebe 21 und einen An trieb 22 für die innere Welle 16 enthält. Bei 23 erkennt man eine vorzugsweise hydraulisch arbeitende Vorrich tung zum Einfahren des Bohrwerkzeuges 10 bis 10. Selbstverständlich kann diese Vorrichtung auch zur Lieferung des Andruckes der Bohrwerkzeuge an der Stollenbrust dienen.
Bei 24 erkennt man eine beliebig ausgestaltete Ver steifung zur Übertragung des Rückdrehmomentes auf den fertigen Ausbau z. Bei 25 ist ein Zylinder ange deutet, der dem getrennten Vorschub der inneren Welle 16 relativ zur äusseren Welle dient.
Aus Fig. 3 erkennt man die Aufhängung der An triebsvorrichtung 5 an den beiden im oberen Teil des Schildteiles 4 befestigten T-Trägern 26. Bei 27 und 28 sind vorzugsweise hydraulische Anpressvorrichtungen vorgesehen, die sich über Schilde 29 und 30 unmittelbar an der Stollenwandung abstützen. Mit Hilfe dieser Anpressvorrichtungen 27 und 28 ist es möglich, die Wellen 15, 16 auch winkelig zur Achse des fertigen Ausbaues 2 zu stellen und damit Kurven beim Vor trieb des Stollens bzw. der-Strecke aufzufahren. Ausser dem erreicht man mit diesen Vorrichtungen ein von der Abstützung am fertigen Ausbau unabhängiges Wi- derlager für das Bohraggregat.
Aus Fig. 4 erkennt man einen stark vergrösserten Vorbohrkopf 31, der an der Welle 16 befestigt ist, die sich innerhalb der Hohlwelle 15 dreht. Durch diese Unterteilung der Bohrwerkzeuge 10, 11 erreicht man eine Unterteilung des Antriebsmomentes, so dass man sogar durch gegenläufigen Antrieb der beiden Bohr kopfteile 31 und 32 das auf die Widerlager wirkende Gegendrehmoment weitestgehend herabsetzen kann.
Der Vorbohrer 12 kann einen Teil des Bohrers 31 bilden, aber auch getrennt von diesem arbeiten.
In Fig. 5 . ist eine Anordnung dargestellt, die es ermöglicht, mit Spülung oder in stark wasserführendem Gebirge zu arbeiten. Arbeitet man mit Spülung, so wird sich im Bereich 33 des vorderen Teiles des Schildes ein Sumpf aus Spülung und hereingebrochenem Bohrklein ansammeln, der über das Saugrohr 34 von einer Mam- mutpumpe 35 dem Ableitungsrohr 36 zugeführt wird.
Arbeitet man in stark wasserhaltigem Gebirge, dann wird man die Begrenzungswandung 37 für den Sumpf, wie bei 38 erkennbar, hochziehen und damit den ganzen Bohrkopfbereich gegen den rückwärtigen, das Bohr aggregat aufnehmenden Teil des Schildteiles 7 absperren.
Eine Ausführungsform einer Abstützung für den Schildkopf erkennt man aus Fig. 6, wo z. B. zwei Halb schalen 59, 60 wiedergegeben sind, die zusammen den Teil 55 bilden, sich aber gegeneinander gegen das Ge birge mit Hilfe der Pressvorrichtungen 61, 62 verspan nen lassen.
Fig. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der ein Frontschild 101 Verwendung findet, das Schlitze 102 aufweist, durch die die Ränder von Rollenbohr- werkzeugen 103 vorragen. Vorzugsweise sind die Achsen dieser Bohrrollen in entsprechende Lagerausnehmungen im Frontschildkörper gelagert und durch die Lager schalen 104 abgedeckt. Dabei wird hinter den Rollen 103 der Frontschildkörper etwas ausgebogen, so dass der aus Fig. 8 ersichtliche schaufelförmige Ansatz 105 entsteht.
Der die Bohrwerkzeuge tragende Kopf kann dabei sowohl in Vortriebsrichtung als auch gegen die Vortriebsrichtung konisch ausgebildet werden, wobei er im letzteren Fall am Rand des Bohrloches einschnei det und ins Innere des Schildes zur Mitte hin ein kegelförmiger Kern wächst, der laufend abgetragen wird. Man erreicht durch diese Anordnung eine Erhöhung des Bohrfortschrittes, weil das Gestein am Rand des Bohrloches durch die dort voreilenden Bohrwerkzeuge entspannt wird und sich damit die Sohle zum Innern hin wesentlich leichter abtragen lässt.
Gemäss dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungs beispiel ist der Frontschild 119 konkav ausgebildet, d. h. seine mit den Vortriebswerkzeugen versehene Frontseite schliesst mit dem Stoss 114 einen spitzen Winkel ein, derart, dass ein in den Hohlraum des Schil des 113 weisender Gesteinskegel entsteht. Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung des Schildes ist durch die dann entstehende strichpunktiert angegebene Stollen brust angedeutet. Hier verbleibt nur ein mittlerer er habener Kegel, während daran anschliessend die Stollen brust konisch in Vortriebsrichtung verläuft.
An seinem Umfangsbereich trägt der Frontschild 119 in ihrer Aus bildung insbesondere im oberen Bereich der Zeichnung ersichtliche Schlitzwerkzeuge, die allgemein mit 120 bezeichnet sind.
Die Schlitzwerkzeuge 120 erzeugen einen im Quer schnitt keilförmigen und mit den Keilschrägen nach vorne weisenden Umfangsschlitz von an sich beliebiger radialer Stärke, der jedoch jeweils so bemessen ist, dass ein entspannter Gesteinskern entsteht.
Werden die im unteren Teil der Fig. 9 dargestellten Vortriebswerkzeuge, nänflich Rollenbohrwerkzeuge 118, verwendet, so weisen die Rollenbohrwerkzeuge vorzugs weise, wie in der Zeichnung dargestellt, voneinander unterschiedliche Durchmesser 118a, 118b, 118c auf, die auf die Neigung y des konkaven Frontschildes <B>119</B> so abgestimmt sind, dass die Bohrwerkzeuge schlupf frei laufen. Es ergibt sich also eine rein rollende Bewe gung der Durchmesser 118a, 118b, 118c, so dass keine Schleifwirkung entstehen kann.
Die an sich beliebig auszugestaltenden Schlitzwerk zeuge sind gemäss dem unten in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls Rollenbohrwerkzeuge, die mit 121 und 122 bezeichnet sind. Jedes dieser Rollen bohrwerkzeuge weist in völlig neuartiger und damit für sich erfinderischer Weise gestuft und spaltend ar beitende Ringzähne 122a, 122b, 122c bzw. 121a, 121b, 121c auf.
An den in der Fig. 9 dargestellten, verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden Schlitzwerk zeuge verwendet, die auch für sich selbständig anwend bar sind, um beispielsweise im unter Spannung stehen den Gebirge Gräben oder Schlitze verschiedener Aus bildung herzustellen.
Gemäss der Darstellung in Fig. 9 sind die Schlitz werkzeuge aus zwei Gruppen aufgebaut, die durch die Bezugszeichen 121 und 122 angedeutet sind. Die eine dieser Gruppen ist mit den Achsen ihrer Bohrwerkzeuge in Vortriebsrichtung geneigt, während die andere der Gruppen ebenfalls geneigte Achsen aufweist, die. jedoch, wie sich aus Fig. 9 ohne weiteres ergibt, nach hinten geneigt sind.
Es ist nicht erforderlich, dass die Bohrwerkzeuge, d. h. einerseits die Werkzeuge <B>117</B> bzw. 118 und ander- seits die Schlitzwerkzeuge 121, 122, in einer einheit lichen Drehrichtung und um einen vollen Kreisbogen umlaufen. Diese Bohrwerkzeuge können vielmehr auch Umläufe in der einen oder anderen Richtung nacheinan der ausführen, wodurch es möglich ist, etwaige Ver drehungen des Schildes 113 rückgängig zu machen.
Die Schlitzwerkzeuge sind insbesondere auch an anderen Vortriebsmaschinen zu verwirklichen, nämlich überall dort, wo zunächst der im oberen Teil der Fig. 9 besonders deutlich dargestellte keilförmige Schlitz oder Kerbe hergestellt werden soll, der sich überall dort empfiehlt, wo das Gebirge unter entsprechender Span nung steht.