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. The invention relates to a method for mining underground cavities with the help of shield driving, in which the shield is pushed into the face and the inner core 30, separated from the surrounding mountains, is broken out under the protection of the shield.

Zur Herstellung unterirdischer Hohlräume, etwa im Tunnel-, Stollen- oder Kavernenbau, wird nach den konventionellen Schildvortriebsverfahren auf der Stirnseite des Schildes mit For the production of underground cavities, for example in tunnel, gallery or cavern construction, the conventional shield tunneling method is used on the front of the shield

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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. mechanical drilling or slitting tools cut an annular gap in the face into which the shield jacket is traced, whereupon the inner core protected by the shield from the surrounding mountains is mechanically or otherwise, e.g. B. is broken out by electrically generated shock waves.

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 These known shield driving methods have the decisive disadvantage that the production of the annular gap with mechanical means disturbs the natural load-bearing capacity of the surrounding mountains and therefore the shield and the subsequent expansion have to withstand high rock pressures if the mining is not already high-strength, under 45 types of rock that do not follow the mechanical drilling and shock wave effects. As a result, these tunneling methods cannot meet the requirement that the natural load-bearing capacity of the mountains is largely preserved through gentle mountain degradation and, accordingly, the cavity has to be secured by a thin-shelled expansion. Another disadvantage of this conventional shield construction is that an over-profile generally has to be taken into account for the annular gap required for the shield feed during its mechanical manufacture. 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. It is also known to excavate underground cavities using hot gas and / or electron beam technology. However, these known excavation methods are mostly not applicable in tunnel, tunnel and cavern construction because they require a completely self-supporting surrounding mountain range, which does not collapse when the excavation takes place.

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. Finally, a shield construction is known in which the shield man! the face is heated to such an extent that the adjacent rock becomes molten; The shield casing is then driven into this rock melt, and the inner core is also broken out by melting. However, this known method has an enormous amount of heat and is hardly practical in order to melt the ring-shaped rock zone, and above all the edge zones of the surrounding mountains adjacent to the cavity reveal are exposed to strong thermal loads from the melt pool and from the face of the shield jacket, so that the rock-breaking effect in the known melting method is not limited to the annular gap zone and the inner core, but also adversely affects the natural load-bearing capacity of the surrounding mountains in a disadvantageous manner.

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. The object of the invention is to propose a method with which the shield construction can be used both in solid rock and in loose rock. Furthermore, the method according to the invention is intended to maintain the mechanical mining construction of conventional shield driving, but is superior to this and all other known tunneling methods in economic and technical terms.

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. According to the invention, this object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized in that an annular gap which is free for the advancement of the shield is produced in advance by means of highly accelerated hot gas jets on the projected cavity edge.

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. In the method according to the invention, due to the special combination of shield driving on the one hand and hot gas jet technology on the other hand, regardless of the type of rock, the natural load-bearing capacity of the surrounding mountains remains almost undisturbed in the production of underground cavities. Under the limited thermal shock effect of the hot gas jets, the annular gap is cut into the face in a very gentle manner for the surrounding mountains with little mechanical and energy expenditure, and because of the high profile accuracy that can be achieved, the cost-intensive over-profile that is otherwise usually to be calculated is avoided. At the same time, depending on the surrounding mountains, local surface melting and thus primary securing of the cavity reveal are achieved by locally melting the outer annular gap edge, so that under certain circumstances a further securing of the cavity by a shoring is unnecessary. After or during the advancement of the shield, the inner core in the protection of the shield and, if necessary, with the support of the mountains by the shield jacket is broken out with mechanical, but preferably also fluid-jet-technical means, and a decision is made based on deformation measurements, for example, whether the underground cavity behind the shield is blocked by a Shoring, e.g. B. must be secured by thin-shell, segment-like, prefabricated tunnel rings and / or shotcrete or the good stability of the surrounding mountains can remain at least partially unobstructed.

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. The shield construction method according to the method according to the invention can in principle be applied to any cavity construction, be it tunnel construction, tunnel construction or cavern construction, and corresponds to the requirements for an excavation method that is gentle on the mountains by mechanical mining means.

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 To produce the annular gap, the hot gas jets are expediently generated by a combustion chamber nozzle arrangement which runs along the edge of the cavity on the end face of the shield and through which a multiplicity of hot gas boreholes which are adjacent to one another, touching or crossing one another, are placed in accordance with the contour of the shield. In a particularly preferred manner, however, the entire width of the annular gap is incised continuously into the face and for this purpose at least one multiple nozzle with comb-like hot gas jets emerging laterally along the shield jacket. In the free annular gap cut in this way, the shield jacket or the

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 individual shield jacket segments, which follow one another in the circumferential direction, are inserted with low feed forces. The cutting speeds achieved in the production of annular gaps can be significantly higher than the feed speeds achievable with conventional drilling methods and are also more economical. After completion of the annular gap, the hot gas boring machines are withdrawn and after the shield jacket has been advanced, support is provided in the intermediate state, depending on the soil conditions

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des Gebirges durch den Schildmantel; dem gebirgsschonenden Ausbruch folgt dann der allfällige Verbau nach. of the mountains through the shield mantle; the eruption, which is gentle on the mountains, is then followed by any sheeting.

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. The energy sources required for the production of the highly accelerated hot gas jets generally consist 5 of a mixture of kerosene-air or kerosene-oxygen or the like. The hot gas drilling shield is sealed off by bulkheads in the area of the shield head, so that exhaust gas, heat, noise and dust are tolerable be reduced, with the exhaust gases being removed via additional filters.

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Claims

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PATENT CLAIMS

1. Method for the mining of underground cavities with the help of the shield drive ^ in which the shield is pushed into the face and the inner core separated from the surrounding mountains 5 is broken out in the protection of the shield, characterized in that the front face of the shield leads ahead by means of highly accelerated hot gas jets an annular gap free of profile for the feed of the shield is produced on the projected cavity. 10th

2. The method according to claim 1, characterized in that the hot gas jets are generated by a combustion chamber nozzle arrangement guided along the edge of the cavity on the end face of the shield.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized gekennzeich- net that for the production of the annular gap a plurality of hot gas boreholes lying next to each other, touching or overlapping according to the contour of the shield is set.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one multiple nozzle with comb-like hot gas jets emerging laterally is guided translationally along the shield jacket to produce the annular gap.

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