CH628706A5

CH628706A5 - Mining technique for producing underground cavities

Info

Publication number: CH628706A5
Application number: CH585478A
Authority: CH
Inventors: Friederich-Karl Blindow; Juergen Decker; Heinrich Kluibenschedl; German Mundig; Armin Sowa; Harald Dr Wagner
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1982-03-15
Also published as: DE2724034A1; DE2724034C2; AT355616B; ATA385578A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bergmännischen Herstellung unterirdischer Hohlräume mit Hilfe des Schildvortriebs, bei dem der Schild in die Ortsbrust vorgeschoben und der vom umgebenden Gebirge getrennte, innere Kern 30 im Schutze des Schildes ausgebrochen wird.

Zur Herstellung unterirdischer Hohlräume, etwa im Tunnel-, Stollen- oder Kavernenbau, wird nach den konventionellen Schildvortriebsverfahren auf der Stirnseite des Schildes mit

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mechanischen Bohr- oder Schlitzwerkzeugen ein Ringspalt in die Ortsbrust eingeschnitten, in den der Schildmantel nachgefahren, wird, woraufhin der innere, durch den Schild vom umgebenden Gebirge geschützte Kern mechanisch oder auf andere Weise, z. B. durch elektrisch erzeugte Stosswellen, ausgebrochen wird.

Diese bekannten Schildvortriebsverfahren haben den entschei- 40 denden Nachteil, dass durch die Herstellung des Ringspalts mit mechanischen Mitteln die natürliche Tragfestigkeit des umgebenden Gebirges gestört wird und daher der Schild und der diesem nachfolgende Ausbau hohen Gebirgsdrücken standhalten müssen, falls der Abbau nicht in ohnehin hochfesten, unter 45 der mechanischen Bohr- und Stosswellenwirkung nicht-nachbre-chenden Gesteinsarten erfolgt. Infolgedessen lässt sich mit diesen Tunnelbaumethoden nicht die Forderung verwirklichen, dass die natürliche Tragfestigkeit des Gebirges durch einen gebirgs-schonenden Abbau weitgehend erhalten bleibt und dementspre- 50 chend der Hohlraum allenfalls durch einen dünnschaligen Ausbau gesichert werden muss. Ein weiterer Nachteil dieser konventionellen Schildbauweisen liegt darin, dass für den zum Schildvorschub erforderlichen Ringspalt bei dessen mechanischer Herstellung in der Regel ein Überprofil einkalkuliert werden muss. 55

Ferner ist es bekannt, den Ausbruch unterirdischer Hohlräume mit Hilfe der Heissgas- und/oder Elektronenstrahltechnik vorzunehmen. Diese bekannten Ausbruchmethoden sind aber im Tunnel-, Stollen- und Kavernenbau zumeist deswegen nicht anwendbar, weil sie ein völlig selbsttragendes umgebendes 60 Gebirge, das beim Ausbruch nicht nachbricht, zur Voraussetzung haben.

Schliesslich ist eine Schildbauweise bekannt, bei der der Schildmante! an seiner Stirnseite so weit erhitzt wird, dass das angrenzende Gestein schmelzflüssig wird ; in diese Gesteins- 65 schmelze wird dann der Schildmantel vorgetrieben, und der Ausbruch des Innenkerns erfolgt ebenfalls aufschmelztechnischem Wege. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch in höchst aufwendiger und kaum praktikabler Weise einen enormen Wärmebedarf zum Aufschmelzen der ringförmigen Gesteinszone, und vor allem werden die an die Hohlraumlaibung angrenzenden Randzonen des umgebenden Gebirges vom Schmelzbad und von der Stirnseite des Schildmantels her starken thermischen Belastungen ausgesetzt, so dass die gesteinsausbrechende Wirkung bei der bekannten Schmelzmethode nicht auf die Ringspaltzone und den inneren Kern beschränkt bleibt, sondern in nachteiliger Weise auch die natürliche Tragfestigkeit des umgebenden Gebirges erheblich beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem die Schildbauweise sowohl im Festgestein als auch im Lockergestein anwendbar ist. Ferner soll das erfindungsgemässe Verfahren die maschinelle bergmännische Bauweise des konventionellen Schildvortriebs beibehalten, diesem und allen übrigen bekannten Tunnelbauverfahren jedoch in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht überlegen sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss in einem Verfahren der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Stirnseite des Schildes vorauseilend mittels hochbeschleunigter Heissgasstrahlen am projektierten Hohlraumrand ein für den Vorschub des Schildes freier, profilgenauer Ringspalt hergestellt wird.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren bleibt auf Grund der besonderen Kombination von Schildvortrieb einerseits und Heissgasstrahltechnik andererseits unabhängig von der Gesteinsart die natürliche Tragfestigkeit des umgebenden Gebirges bei der Herstellung unterirdischer Hohlräume nahezu ungestört erhalten. Der Ringspalt wird unter der begrenzten thermischen Schockwirkung der Heissgasstrahlen mit geringem maschinellem und Energieaufwand in für das umgebende Gebirge äusserst schonender Weise in die Ortsbrust eingeschnitten und wegen der hohen erzielbaren Profilgenauigkeit wird das sonst in der Regel einzukalkulierende, kostenintensive Überprofil vermieden. Gleichzeitig wird je nach anstehendem Gebirge durch örtliches Anschmelzen des äusseren Ringspaltrandes eine Oberflächenvergütung und damit Primärsicherung der Hohlraumlaibung erreicht, so dass sich unter Umständen eine weitere Sicherung des Hohlraumes durch einen Verbau erübrigt. Nach oder bei dem Vorschieben des Schildes wird der innere Kern im Schutze des Schildes und gegebenenfalls unter Abstützung des Gebirges durch den Schildmantel mit mechanischen, vorzugsweise jedoch ebenfalls fluidstrahltechnischen Mitteln ausgebrochen und etwa auf Grund von Deformationsmessungen entschieden, ob der unterirdische Hohlraum hinter dem Schild durch einen Verbau, z. B. durch dünnschalige, segmentartigzusammengesetzte, vorgefertigte Tunnelringe und/oder Spritzbeton gesichert werden muss oder der guten Standfestigkeit des umgebenden Gebirges wegen zumindest teilweise unverbaut bleiben kann.

Die Schildbauweise nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist prinzipiell auf jeden Hohlraumausbau, sei es der Tunnelbau, der Stollenbau oder der Kavernenbau, anwendbar und entspricht mit maschinellen bergmännischen Mitteln den Forderungen nach einet gebirgsschonenden Ausbruchsmethode.

Zur Herstellung des Ringspaltes werden die Heissgasstrahlen zweckmässig durch eine auf der Stirnseite des Schildes am Hohlraumrand entlanggeführte Brennkammer-Düsenordnung erzeugt, durch die eine Vielzahl von entsprechend der Kontur des Schildes nebeneinander liegenden, einander berührenden bzw. sich überschreitenden Heissgasbohrlöcher gesetzt wird. In besonders bevorzugter Weise wird jedoch der Ringspalt in seiner gesamten Breite durchgehend in die Ortsbrust eingeschnitten und zu diesem Zweck mindestens eine Mehrfachdüse mit kammartig seitlich austretenden Heissgasstrahlen translativ am Schildmantel entlanggeführt. In den auf diese Weise eingeschnittenen, freinen Ringspalt werden dann der Schildmantel bzw. die

einzelnen, im Umfansrichtungaufeinanderfolgenden Schildmantelsegmente mit geringen Vorschubkräften eingeschoben. Die bei der Ringspaltherstellung erzielten Schnittgeschwindigkeiten können wesentlich über den mit konventionellen Bohrverfahren erzielbaren Vorschubgeschwindigkeiten liegen und sind auch wirtschaftlicher. Nach Fertigstellung des Ringspaltes werden die Heissgasbohrwerke zurückgezogen und nach dem Vorschub des Schildmantels erfolgt in Abhängigkeit von den anstehenden Bodenverhältnissen im Zwischenbauzustand eine Abstützung

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des Gebirges durch den Schildmantel; dem gebirgsschonenden Ausbruch folgt dann der allfällige Verbau nach.

Die für die Herstellung der hochbeschleunigten Heissgasstrahlen erforderlichen Energieträger bestehen im allgemeinen 5 aus einem Gemisch Kerosin-Luft oder Kerosin-Sauerstoff oder dgl. Der Heissgasbohrschild wird im Bereich des Schildkopfes durch Schotten abgedichtet, so dass Abgas, Hitze, Lärm und Staub auf ein erträgliches Mass reduziert werden, wobei die Abgase über zusätzliche Filter abgeführt werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur bergmännischen Herstellung unterirdischer Hohlräume mit Hilfe des Schildvortriebes^ bei dem der Schild in die Ortsbrust vorgeschoben und der vom umgebenden Gebirge 5 getrennte, innere Kern im Schutze des Schildes ausgebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnseite des Schildes vorauseilend mittels hochbeschleunigter Heissgasstrahlen am projektierten Hohlraum ein für den Vorschub des Schildes freier, profilgenauer Ringspalt hergestellt wird. 10
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissgasstrahlen durch eine auf der Stirnseite des Schildes am Hohlraumrand entlanggeführte Brennkammer-Düsenanordnung erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- 15 net, dass zur Herstellung des Ringspaltes eine Vielzahl von entsprechend der Kontur des Schildes nebeneinander liegenden, einander berührenden bzw. sich überschneidenden Heissgas-Bohrlöchern gesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- 20 net, dass zur Herstellung des Ringspaltes mindestens eine Mehrfachdüse mit kammartig seitlich austretenden Heissgasstrahlen translativ am Schildmantel entlanggeführt wird.

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