Verfahren und Maschine zum Vortreiben eines Tunnels oder Stollens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels oder Stollens mit kreisförmi Qem Querschnitt unter Verwendung eines Geräts mit um die Längsmittelachse desselben umlaufenden Werkzeu gen, und auf eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens.
Um die Leistung beim Auffahren von Tunneln, Stollen oder dgl. zu erhöhen und die Arbeit weitgehend zu mechanisieren, wird seit einiger Zeit angestrengt an der Entwicklung von Streckenvortriebsmaschinen gear beitet, die sich z,B. zum Bau von Umleitungsstollen bei Talsperren, von Abwässerkanälen, Druckleitungsstollen für Kraftwerke, Bahn- und Strassentunneln usw. einset zen lassen.
Die bekannten Vortriebsmaschinen (Zeitschrift Glück auf vom 20. 11. 1963, Seiten 1327 ff) weisen zum überwiegenden Teil die gleiche Grundkonzeption auf. Sie bestehen im wesentlichen aus einem mit Hilfe von ausfahrbaren Stützschilden am Streckenstoss festsetzba- ren Teil und einem relativ dazu mittels eines Antriebes verschiebbaren Teil, der an seiner Stirnseite zur Aufnah me der Werkzeuge eingerichtet ist.
Es findet sich dabei meist ein der Ortsbrust zugekehrter planscheibenähnli- cher Schneidkopf, der mit den einzelnen Werkzeugen bestückt ist, beispielsweise mit Rollenbohrern, Schneid- meisseln, Diskenrollen oder dgl. Ein solcher Schneidkopf kann auch aus zwei Teilen bestehen, einem inneren, kreisförmigen Teil und einem äusseren, ringförmigen Teil, die beide gleichzeitig an der Ortsbrust arbeiten, aber gegenläufig umlaufen.
Infolge dieser stirnseitigen Anord nung der Werkzeuge wird der Querschnitt einer mit Hilfe einer solchen Vortriebsmaschine aufgefahrenen Strecke hinsichtlich Grösse und Form durch die Bewegungsbahn der Werkzeuge bestimmt, die diesen Querschnitt in einem Zuge ausbrechen.
Schon allein durch das Gewicht und die Grösse der für den Werkzeugantrieb, für die Abstützvorrichtung am Streckenstoss und die Rückvorrichtung erforderlichen Aggregate ergeben sich bei diesen Vortriebsmaschinen besondere Probleme. Eine solche Maschine wird dadurch zu einem schweren, langen und sperrigen Gerät, das sich oft nur mit sehr grossen Schwierigkeiten handhaben lässt. Diese Probleme wachsen mit der Grösse der Maschine, da bei grösserem Streckendurchmesser die vom Schneid kopf zu bearbeitende Fläche der Ortsbrust quadratisch zunimmt, so dass dementsprechend auch eine höhere Leistung in den Antrieben erforderlich wird.
Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt ist das Ab räumen und Wegfördern des an der Ortsbrust anfallen den Gutes oder Bergekleins. Naturgemäss wächst die Menge des abzuführenden Gesteins oder dgl. mit der Grösse der Ortsbrust, so dass bereits wegen dieser grossen an einer Stelle anfallenden Materialmenge die Ausbildung der Förderer und Transportorgane an der Vortriebsmaschine besondere Probleme aufwirft.
Dar über hinaus ist aber als ausserordentlich ins Gewicht fallend noch die Tatsache zu beachten, dass durch die grössere Menge des vom oberen Teil der Ortsbrust zur Sohle fallenden Gutes bei grösserem Schneidkopfdurch- messer auch das Arbeiten der einzelnen Werkzeuge immer mehr gestört und behindert wird, was nicht nur die Vortriebsleistung herabmindert, sondern auch zu Beschädigungen der Werkzeuge führen und eine häufige Unterbrechung der Arbeit erforderlich machen kann.
Mit der Erfindung soll nun ein neuer Weg zum Vortreiben von Tunnels oder Stollen gefunden werden, der die bisher bestehenden Schwierigkeiten wesentlich herabsetzt und u.a. insbesondere auch eine günstige Möglichkeit bietet, Strecken grösseren Querschnitts mit geringerem maschinenmässigem Aufwand aufzufahren.
Zu diesem Zweck sieht das erfindungsgemässe Ver fahren zum Vortreiben eines Tunnels oder Stollens mit kreisförmigem Querschnitt unter Verwendung eines Ge räts mit um die Längsmittelachse desselben umlaufenden Werkzeugen vor, dass der Tunnel oder Stollen durch getrenntes, absatzweise in abwechselnder Aufeinanderfol ge durchgeführtes Auffahren wenigstens zweier zueinan- der konzentrischer Teilquerschnitte mit kreisförmiger Begrenzung hergestellt wird.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass nun nicht mehr wie bisher die gesamte Endquerschnittsfläche der betreffenden Strecke durch an ein und derselben Stelle zum Einsatz kommende Werk zeuge bearbeitet werden muss, sondern dass diese Fläche aufgeteilt wird auf zeitlich und räumlich nacheinander zum Arbeiten gelangende Werkzeuge oder Werkzeug gruppen, die dementsprechend kleiner sind.
Ein solches Vorgehen bietet eine Reihe besonderer Vorteile. So besteht einmal die Möglichkeit, mit wesent lich geringerer im Gerät zu installierender Leistung auszukommen. Die Vortriebsmaschine kann also erheb lich kleiner und leichter und demzufolge auch billiger sein als eine bisher für einen vorgegebenen Endquer- schnitt erforderliche Maschine. Weiterhin ist infolge der Aufteilung auf kleine Teilquerschnitte in jedem Fall ein ungestörteres und einwandfreieres Arbeiten der Werk zeuge gewährleistet.
Da beispielsweise die Schneidköpfe oder Werkzeugträger auch nur die dem Teilquerschnitt entsprechende Grösse zu haben brauchen, sind sie leich ter zu handhaben, schneller auszuwechseln und günstiger in den Kosten als ein zum Bearbeiten der Gesamtfläche eingerichteter Kopf oder Werkzeugträger. Das Verfahren bietet weiterhin den grundsätzlichen Vorteil, dass sich der Bau gerade grosser Tunnel oder Stollen damit leichter durchführen lässt, weil wegen der Aufteilung des Gesamtquerschnittes auf einzeln zu bearbeitende Teil querschnitte auch die Einbruchgefahr wesentlich geringer ist als bei sofortigem Auffahren des grossen Gesamtquer schnittes.
Das Verfahren lässt sich beispielsweise mit Vortriebs maschinen verwirklichen, welche einen jeweils am Strek- kenstoss festsetzbaren Teil und einen relativ dazu mittels Antriebs verschiebbaren Teil mit drehbarer Aufnahme für einen Werkzeugträger an der Stirnseite afweisen.
Bei einer Maschine, welche mit in Längsrichtung Abstand voneinander aufweisenden umlaufenden Werk zeugen unterschiedlichen Durchmessers ausgerüstet ist, sieht die Erfindung vor, dass das hintere Werkzeug oder dessen Träger relativ zu dem vorderen Werkzeug in Längsrichtung verschiebbar an der Maschine angeordnet ist oder aus einzelnen, in das vom vorderen Werkzeug bestimmte Querschnittsprofil hinein einschwenkbaren oder einfahrbaren Teilen besteht.
Während beispielsweise ein tragender und mit Füh rungen versehener Teil der Maschine in üblicher Weise mit Hilfe von Stützschilden oder dgl. am Streckenstoss festgelegt ist, erhält der geführte Teil mit dem vorderen Schneidkopf seine Vorschubbewegung, so dass durch den genannten Schneidkopf der erste Teilquerschnitt aufge fahren wird. Hierbei befindet sich der hintere Schneid kopf in beispielsweise zurückgeschobener Ruhestellung.
Nach Vollendung der in ihrer Länge vorgegebenen Vorschubbewegung wird der geführte Teil wieder zu rückgezogen, worauf nun der hintere Schneidkopf in seine Arbeitsstellung gebracht werden kann und bei erneuter Vorschubbewegung nun den zweiten Teilquer schnitt ausarbeitet. Der tragende Teil der Maschine wird dann beispielsweise um den Vorschubweg weitergerückt und wieder aufs Neue am Streckenstoss festgelegt.
Bei verschiebbarem hinterem Schneidkopf kann in der Betriebsstellung die Herstellung der Antriebsverbin dung vorteilhaft über eine Verzahnung erfolgen. Weiter hin lässt sich für den Antrieb auch eine Teleskopwelle oder dgl. vorsehen.
Die vorliegende Maschine kann so ausgebildet sein, dass sie mindestens ein Werkzeug aufweist, das gegen solche anderer Durchmesser austauschbar ist.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 1 bis 5 eine Vortreibsmaschine in unterschiedli chen Arbeitsstellungen und Fig. 6 schematisch eine Einzelheit einer weiteren Ausführungsform der Vortriebsmaschine im Schnitt.
In den Figuren 1 bis 5 ist eine Ausführung einer Vortriebsmaschine nach der Eifindung in verschiedenen' Arbeitsphasen wiedergegeben. Die Maschine enthält einen Grundkörper 21; der mittels hydraulisch zu betäti- gender Stützschilde 22 am Streckenstoss festsetzbar ist. Im Grundkörper ist ein zu einer verschiebbaren Arbeitsein heit gehörendes Tragrohr 23 geführt, durch das eine Antriebswelle 24 für den Drehantrieb eines vorderen Schneidkopfes 25 hindurchgeht. Mit der Ziffer 26 sind hydraulische Vorschubzylinder bezeichnet.
Die Maschine ist ausserdem mit einem zweiten Schneidkopf 27 grösseren Durchmessers ausgestattet, der in einem das Tragrohr 23 umgebenden Ringteil 28 drehbar gelagert ist. Dieser Ringteil ist auf dem Tragrohr in dessen Längsrichtung mit Hilfe von Hydraulikzylin dern 29 verschiebbar, die an einem mit dem hinteren Ende des Tragrohres 23 verbundenen Antriebsgehäuse 30 angelenkt sind.
Die Drehbewegung des Schneidkopfes 27 kann über einen Zahntrieb von der Drehung der An triebswelle 24 abgeleitet sein oder auch mittels gesonder ter Antriebsglieder, beispielsweise über eine Teleskopwel- le, vom Antriebsgehäuse 30 her bewirkt werden.
Mit der Maschine wird in folgender Weise gearbeitet. Ausgehend von der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung, in der der Grundkörper 21 am Streckenstoss abgestützt ist, werden zunächst die Vorschubzylinder 26 ausgefah ren, so dass durch den vorderen Schneidkopf 25 ein erster kreisförmiger Teilquerschnitt der Strecke weiter vorgetrieben wird. Am Ende dieses Vorschubweges be finden sich die einzelnen Teile der Maschine in der in Fig. 2 gezeigten Lage. Der hintere Schneidkopf 27 ist in seiner am weitesten zurückgezogenen Relativstellung verblieben und noch nicht zum Einsatz gelangt.
Nun wird mittels der Vorschubzylinder 26 die gesam te Arbeitseinheit mit dem vorderen Schneidkopf 25 wieder zurückgezogen und es werden gleichzeitig die Verschiebezylinder 29 für den hinteren Schneidkopf 27 betätigt, so dass dieser nach vorne gebracht wird. Damit ergibt sich die Stellung nach Fig.3. Durch erneutes Ausfahren der Vorschubzylinder 26 wird die Arbeitsein heit wieder vorbewegt, wobei nun durch den hinteren Schneidkopf 27 der zweite, kreisringförmige Teilquer schnitt der Strecke aufgefahren wird. Die Situation nach Vollendung dieses zweiten Arbeitshubes zeigt Fig. 4.
Anschliessend wird nun der Grundkörper 21 der Maschine in der üblichen Weise weitergerückt und wieder am Streckenstoss festgesetzt. Dies ergibt dann die in Fig. 5 gezeigte neue Ausgangsstellung, die der Stellung nach Fig. 1 entspricht.
Eine andere Möglichkeit, um einen zweiten Schneid kopf an einem entsprechenden Teilquerschnitt einer Strecke zum Angriff zu bringen, ist in Fig. 6 wiedergege ben. Während der vordere Teil der Maschine demjenigen nach den Figuren 1 bis 5 entsprechen kann, ist hier auf einem Tragrohr 31 ein aus mehreren Teilen bestehender Ring 32 mittels Radial- und Axiallager 33, 34 drehbar gelagert. Zur Abstützung in Achsrichtung dient ein auf dem Tragrohr befestigtes Widerlager 35.
Der Schneid kopf ist bei dieser Ausführung in einzelne Teile 36 gegliedert, von denen jeder mittels eines Hydraulikzylin ders 37 um eine vom Ring 32 gehaltene Achse 38 schwenkbar ist, so dass sich eine mit ausgezogenen Linien gezeichnete Arbeitsstellung und eine mit strich punktierten Linien angedeutete Ruhestellung ergibt. Die Arbeitsweise ist im Prinzip die gleiche wie bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 5, wobei sinngemäss die eingeschwenkte Ruhestellung der Werkzeuge 36 bei der Ausführung nach Fig.6 der zurückgeschobenen Stellung des Schneidkopfes 27 bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 5 entspricht.
Für den Drehantrieb des Schneidkopfringes 32 lässt sich beispielsweise ein Zahnkranz 39 mit Innenverzah nung vorsehen, in die ein im Tragrohr 31 gelagertes Ritzel 40 eingreift, das seine Drehung wiederum von einem auf der zu einem vorderen Schneidkopf führenden Antriebswelle 41 sitzenden Zahnkranz 42 erhält. Ähnlich kann beispielsweise auch der Schneidkopf bei der Aus führung nach den Figuren 1 bis 5 angetrieben werden.
Method and machine for driving a tunnel or adit The invention relates to a method for driving a tunnel or adit with circular cross-section using a device with tools rotating about the longitudinal center axis of the same, and to a machine for carrying out the method.
In order to increase the performance when driving tunnels, tunnels or the like and to mechanize the work to a large extent, efforts have been made for some time to develop tunneling machines that are z, B. for the construction of diversion tunnels at dams, sewers, pressure pipe tunnels for power stations, rail and road tunnels, etc.
The known tunneling machines (magazine Glück auf from November 20, 1963, pages 1327 ff) have for the most part the same basic concept. They essentially consist of a part which can be fixed to the section joint with the aid of extendable support shields and a part which is displaceable relative thereto by means of a drive and which is set up on its end face to accommodate the tools.
There is usually a faceplate-like cutting head facing the face and equipped with the individual tools, for example roller drills, cutting chisels, disc rollers or the like. Such a cutting head can also consist of two parts, an inner, circular part and an outer, ring-shaped part, both of which work simultaneously on the face, but rotate in opposite directions.
As a result of this frontal arrangement of the tools, the cross-section of a route driven with the help of such a jacking machine is determined in terms of size and shape by the trajectory of the tools that break out this cross-section in one go.
The weight and size of the units required for the tool drive, for the support device on the section joint and the rear device alone give rise to particular problems in these tunneling machines. This makes such a machine heavy, long and bulky, which can often only be handled with great difficulty. These problems grow with the size of the machine, since with a larger line diameter the area of the face to be machined by the cutting head increases quadratically, so that a correspondingly higher power in the drives is required.
Another important aspect is clearing and conveying away the goods or debris from the face. Naturally, the amount of rock or the like to be removed increases with the size of the face, so that because of this large amount of material occurring at one point, the formation of the conveyors and transport elements on the tunneling machine poses particular problems.
Beyond that, however, the fact that the greater amount of material falling from the upper part of the face to the bottom with a larger cutting head diameter also disrupts and hampers the work of the individual tools is of particular importance not only reduces the advance rate, but can also damage the tools and necessitate frequent interruptions in work.
The aim of the invention is to find a new way of driving tunnels or galleries, which significantly reduces the difficulties that have existed up to now and, among other things, in particular, it also offers a favorable possibility of driving up stretches of larger cross-section with less mechanical effort.
For this purpose, the inventive method provides for driving a tunnel or adit with a circular cross-section using a device with tools rotating around the longitudinal center axis of the same, that the tunnel or adit is driven by separate, intermittent, alternating, successive driving up of at least two the concentric partial cross-sections with circular borders are produced.
In other words, this means that the entire end cross-sectional area of the section in question no longer has to be machined by tools that are used at the same point, but that this area is divided into tools or tools that are used one after the other in time and space groups that are correspondingly smaller.
Such an approach offers a number of particular advantages. So there is once the possibility of getting by with significantly lower power to be installed in the device. The tunneling machine can therefore be considerably smaller and lighter and consequently also cheaper than a machine previously required for a given final cross-section. Furthermore, as a result of the division into small partial cross-sections, an undisturbed and flawless work of the tools is guaranteed in any case.
Since, for example, the cutting heads or tool carriers only need to have the size corresponding to the partial cross-section, they are easier to handle, quicker to replace and lower in cost than a head or tool carrier set up to machine the entire area. The method also offers the basic advantage that it makes it easier to build large tunnels or tunnels, because because the overall cross-section is divided into individual partial cross-sections, the risk of break-ins is significantly lower than when the large overall cross-section is opened immediately.
The method can be implemented, for example, with tunneling machines which have a part that can be fixed to the section joint and a part that can be displaced relative thereto by means of a drive and has a rotatable receptacle for a tool carrier on the end face.
In a machine which is equipped with circumferential tools of different diameters spaced apart from one another in the longitudinal direction, the invention provides that the rear tool or its support is arranged on the machine so that it can be moved in the longitudinal direction relative to the front tool or is made up of individual ones from the front tool certain cross-sectional profile there is pivotable or retractable parts.
For example, while a supporting part of the machine provided with guides is set in the usual way with the help of support shields or the like. The guided part with the front cutting head receives its feed movement, so that the first partial cross-section is driven up through said cutting head . Here, the rear cutting head is in the retracted rest position, for example.
After completion of the feed movement given in its length, the guided part is withdrawn again, whereupon the rear cutting head can now be brought into its working position and now works out the second partial cross section when the feed movement is repeated. The load-bearing part of the machine is then, for example, moved forward by the feed path and again fixed to the section joint.
With the rear cutting head displaceable, the production of the drive connection can advantageously take place via a toothing in the operating position. A telescopic shaft or the like can also be provided for the drive.
The present machine can be designed in such a way that it has at least one tool that can be exchanged for tools of other diameters.
The drawing illustrates the invention on the basis of exemplary embodiments. 1 to 5 show a driving machine in different working positions and FIG. 6 shows a schematic section of a detail of a further embodiment of the driving machine.
In FIGS. 1 to 5, an embodiment of a tunneling machine is shown after the invention in various' working phases. The machine includes a base body 21; which can be fixed to the section joint by means of hydraulically operated support shields 22. In the base body a supporting tube 23 belonging to a movable Arbeitsein unit is guided, through which a drive shaft 24 for the rotary drive of a front cutting head 25 passes. The numeral 26 denotes hydraulic feed cylinders.
The machine is also equipped with a second cutting head 27 of larger diameter, which is rotatably mounted in an annular part 28 surrounding the support tube 23. This ring part is slidable on the support tube in its longitudinal direction with the aid of Hydraulikzylin countries 29 which are hinged to a drive housing 30 connected to the rear end of the support tube 23.
The rotary movement of the cutting head 27 can be derived from the rotation of the drive shaft 24 via a gear drive or it can also be effected from the drive housing 30 by means of separate drive elements, for example via a telescopic shaft.
The machine is operated in the following way. Starting from the position shown in Fig. 1, in which the base body 21 is supported on the section joint, the feed cylinders 26 are initially extended so that a first circular partial cross-section of the section is advanced by the front cutting head 25. At the end of this feed path, the individual parts of the machine are in the position shown in FIG. The rear cutting head 27 has remained in its most retracted relative position and has not yet been used.
Now the entire work unit with the front cutting head 25 is withdrawn again by means of the feed cylinder 26 and the displacement cylinder 29 for the rear cutting head 27 are actuated at the same time, so that it is brought forward. This results in the position according to Figure 3. By renewed extension of the feed cylinder 26, the Arbeitsein unit is moved forward again, with the second, circular partial cross-section of the route now being opened by the rear cutting head 27. The situation after completion of this second working stroke is shown in FIG. 4.
Subsequently, the base body 21 of the machine is now advanced in the usual way and fixed again on the section joint. This then results in the new starting position shown in FIG. 5, which corresponds to the position according to FIG.
Another way to bring a second cutting head to attack on a corresponding partial cross section of a route is shown in Fig. 6 ben reproduced. While the front part of the machine can correspond to that according to FIGS. 1 to 5, here a ring 32 consisting of several parts is rotatably mounted on a support tube 31 by means of radial and axial bearings 33, 34. An abutment 35 attached to the support tube is used for support in the axial direction.
The cutting head in this embodiment is divided into individual parts 36, each of which is pivotable by means of a hydraulic cylinder 37 about an axis 38 held by the ring 32, so that there is a working position drawn with solid lines and a rest position indicated with dashed lines . The mode of operation is basically the same as in the embodiment according to FIGS. 1 to 5, the pivoted rest position of the tools 36 in the embodiment according to FIG. 6 corresponding to the retracted position of the cutting head 27 in the embodiment according to FIGS.
For the rotary drive of the cutting head ring 32, for example, a toothed ring 39 with internal toothing can be provided, in which a pinion 40 mounted in the support tube 31 engages, which in turn receives its rotation from a toothed ring 42 seated on the drive shaft 41 leading to a front cutting head. Similarly, for example, the cutting head in the embodiment according to FIGS. 1 to 5 can also be driven.