CN111615583A - 用于连续掘进隧道的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于沿预定的额定轨道连续掘进隧道的装置和方法，其中规定，经由压机的调节回路如此影响在安装的丘宾筒上施加的压紧力，使得在掘进过程中以及在安装丘宾筒的过程中，例如通过稳定、优选调节实际力重心(406)，实际轨道保持在用于维持预定的额定轨道允许的范围内。在此，在连续掘进隧道时，还在安装丘宾筒时，仅通过沿轴向方向作用的压紧力得以维持预定的额定轨道。

Description

用于连续掘进隧道的装置和方法
本发明涉及一种用于沿预定的额定轨道连续掘进隧道的装置，所述装置具有用于开采(Abbauen)工作面(Ortsbrust)的切割轮，所述装置具有多个布置在切割轮的远离工作面的侧面上、沿轴向方向工作的压机，所述切割轮沿轴向方向顶靠支撑在压机支承件上，所述压机被所述压机支承件固持并且设计为在压机支承件的远离切割轮的侧面上以压紧力压紧在丘宾筒(Tübbinge)上。
此外，本发明涉及一种用于连续掘进隧道的方法。
该类型的用于连续掘进隧道的装置和方法在专利文献EP 0 974 732 A1中已知。在用于沿预定的额定轨道连续掘进隧道的所述装置中，为了开采工作面而设置有切割轮，同时为了用丘宾筒扩展隧道壁设有沿轴向方向工作的压机，所述压机被沿轴向方向还设计作为用于切割轮的支撑件的压机支承件固持，并且设计用于在压机支承件远离切割轮的侧面上以压紧力压紧在丘宾筒上。为了在丘宾筒扩展的过程中支紧，在中盾上布置有能够沿径向前后移动的压盾。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种上述类型的用于连续掘进隧道的装置和方法，在该装置和该方法中，在设置丘宾筒时，没有径向支撑件的情况下利用轴向工作的压机的驶回也能确保沿预定的额定轨道连续掘进隧道。
根据本发明，此技术问题在上述类型的装置中的解决方式为，至少一些压机连接在互感器模块上，所述互感器模块用于测量与施加在丘宾筒上的压紧力相匹配的压力值，存在具有中央控制模块的中央单元，在该中央控制模块上连接有互感器模块以传输压力值，中央单元还具有导航测量模块、压力校正模块以及导航预测模块，该导航测量模块、压力校正模块和导航预测模块如此共同作用，使得用导航预测模块在由压机施加的压紧力的至少一种预定的分布情况下能够确定关于未来轨道的初始的轨道预测，其中，在未来轨道或者实际轨道与由所述导航测量模块预先给定的额定轨道有偏差时，利用所述压力校正模块能够如此调节通过所述压机施加的压紧力，以稳定由施加的压紧力产生的实际合力作用点或者说实际力重心，从而未来轨道与额定轨道的偏差与初始的轨道预测相比减少。
此技术问题在根据本发明的、用于沿预定的额定轨道连续掘进隧道的方法中，用使用根据本发明的装置以及用丘宾筒连续扩展隧道来解决，在该方法中，在压力修正步骤中，压力校正模块在压机驶回时如此确定用于继续压紧在丘宾筒上的压紧部的新的压紧力，使得对于不施加压紧力的压机而言将该压机驶回之后，与初始的轨道预测相比，通过轨道预测确定的未来轨道与额定轨道的偏差减少；在丘宾筒设置步骤中，首先将压紧在已安装的丘宾筒上的一个或每个压机从已安装的丘宾筒上驶回，以释放用于待安装的丘宾筒的安装空间，然后以新的压紧力继续掘进以及安装待安装的丘宾筒，直到驶回的压机再次压紧在新安装的丘宾筒上，并且为了保持额定轨道，在下一个丘宾筒的安装过程中，对于压机借助压力校正模块确定以及施加新的压紧力。
由于根据本发明，通过压力校正模块和导航预测模块的共同作用能够平衡因丘宾筒的扩展引起的局部强烈变化的压紧力，方式为：在安装丘宾筒时通过重新确定由通过继续工作的压机施加的压紧力实现平衡连同实际力重心的稳定化，所以预定的额定轨道尽可能无偏差地在继续连续的隧道掘进过程中得以保持。
本发明的其他有利的设计方案是从属权利要求的技术方案。
在根据本发明的装置的有利的设计方案中，为了可靠地承受基座力(Widerlagerkraft)而将压机固持在压机支承环中，该压机支承环布置在中盾的区域中。
为了均匀地传力，在根据本发明的装置中符合目的的是，压机沿周向方向均匀地彼此相隔。
出于控制技术的原因，在根据本发明的装置中符合目的的是，压机以压机对的形式成对地共同作用。
为了有效率的调节，在根据本发明的装置中符合目的的是，为了确定轨道预测，用导航预测模块能够确定所有压力的实际力重心与额定合力作用点或者说额定力重心的偏差，并且实际力重心与额定力重心的偏差构成包括压力校正模块、导航预测模块和中央控制模块的调节回路的调节变量。
为了有效率的调节，在根据本发明的装置中同样符合目的的是，在中央控制模块上经由压力处理模块连接有处理压机的压力值和距离值的互感器模块。
在根据本发明的方法的设计方案中，对于尽量少的负荷变化符合目的的是，丘宾筒设置步骤依次地实施在沿周向方向相邻的丘宾筒上。
在根据本发明的方法的其他的设计方案中，为了有效率地掘进而规定，在安装丘宾筒时，在安装丘宾筒的持续时间内，通过调节由被施加的压紧力形成的实际力重心相对于额定力重心的位置来进行新的压紧力的确定。
本发明的其他有利的设计方案以及优点由以下参照附图的实施例的说明给出。在附图中：
图1以简化的局部剖切侧视图示出一种根据本发明的用于连续掘进隧道的装置的实施例，所述装置具有多个固持在压机支承件中的沿轴向方向工作的压机；
图2以立体图示出根据图1的实施例的构造为压机支承件环的压机支承件，其带有成对地连接在一起的压机；
图3以侧视图示出一对连接在一起的具有共同的压紧板的压机；
图3a以侧视图示出具有压紧板的单独的压机；
图4以相应于图1的侧视图阐明垂直的纵面中的力特性；
图5以正视图示出根据图1的实施例，带有在开采情况下的常规的实际力重心的视图，在所述开采情况下所有压机在丘宾筒上施加压紧力并且在连续的掘进中保持预定的额定轨道；
图6以相应于图5的正视图示出：在从丘宾筒上拆卸多个彼此相邻的压机时，在不校正剩余的压机的压紧力的情况下，实际力重心如何不希望地转移；和
图7以框图示出本发明的实施例的用于调节回路的主要元件，该调节回路用来调节用于基本沿预定的额定轨道连续掘进的预紧力。
图1以局部剖切侧视图示出一种根据本发明的用于沿预定的额定轨道连续掘进隧道的装置的实施例。根据图1的示例性的装置在其基本的机械的、液压的和气压的部件中实施为传统构造的隧道掘进机，该装置具有切割轮103，该切割轮103通过电动的驱动单元106能够旋转，以开采沿掘进方向位于切割轮103前方的工作面109。由切割轮103在开采面109上开采的、在图1中未示出的废料从沿掘进方向布置在切割轮103的背面的废料仓112中能够借助根据图1的实施例中构造为螺旋运输机的运出单元115逆向于掘进方向运出。
沿开采方向在切割轮103和驱动单元106的背侧，根据图1的实施例在对于本发明不必径向支仅紧的中盾(Mittelschild)118的区域中配备了构造为压机支承件环121的压机支承件，切割轮103沿轴向方向顶靠支撑在所述压机支承件上，并且在所述压机支承件中固持有多个沿轴向方向液压地工作的压机124。在此实施例中，每两个压机124分别结合为压机对127并且成对地与分别沿开采方向布置在压机支承件环121的背侧的压紧板130连接。
沿开采方向在中盾118的背侧有用于隧道扩建的丘宾筒133，在借助隧道掘进机器连续掘进隧道时将所述丘宾筒133在盾尾133的区域中通常依次安装成严密衬砌(auskleiden)隧道的丘宾筒环139。
图2以立体图示出根据图1的实施例的压机支承件环121，其具有结合为压机对127的压机124。构成压机对127的压机124的间距在所有压机对127中相同，同时压机对127沿压机支承件环121的周向分别均匀地间隔布置。压紧板130因此沿压机支承件环121的周向彼此间同样具有均匀的间距。如图2所示，压机124支承在与压机支承件环121固定连接的压机固持件203中并且由此牢固地固持在压机支承件环121中。
图3以侧视图示出通过两个经由压紧板130相互结合的压机124构成的压机对127。压机124配备具有液压连接部303和距离传感器306。经由液压连接部303能够在互感器模块309的控制下利用可调节的压力值有针对性地调节由压机124经由压力板130施加在丘宾筒133上的压紧力，如下文更详细地阐述。压机对127的互感器模块309同样与相关的距离传感器306连接，以便用互感器模块309还能够通过距离值检测和进一步处理压机124的位置，如下文更详细地阐述。
图3a以相应于图3的侧视图示出具有压紧板130的单独的压机124，在液压大小相当的情况下，所述压紧板130能够用作用于至少一个压机对127的备选方案，并且能够类似于压机对127的一个压机124那样被控制，并且如下文不更详细地阐述。
图4以相应于图1的侧视图示出阐述的实施例。在图4中象征性地以垂直的纵平面表示具有沿重力方向从上侧向下侧递增的、为平衡工作面109的区域中的土压的补偿力的力分布
Figure BDA0002585690880000041
在此沿轴向方向得出的、在图4中通过箭头示出的实际合力作用点406沿重力方向位于隧道掘进机的中间纵轴线的略下方。根据本发明，在此仅或者基本仅通过压机124的压紧力施加补偿力，以便利用使压机支承环121结合的力流链(Kraftflusskett)沿压机124和切割轮103之间的轴向方向将切割轮103与额定轨道呈直角地定位，以在掘进隧道时保持预定的额定轨道。
图5以从布置在切割轮103背侧的压力壁503观察的正视图示出根据所述实施例的隧道掘进机，该压力壁503沿开采方向从背侧限定废料仓112的边界。从图5中清楚可见，在为保持预定的额定轨道时，在图5中通过内有十字的圆形符号式示出的实际合力作用点406位于中轴线上。
图6以相应于根据图5的视图的正视图示出隧道掘进机，其具有符号式地通过三个“X”表示作为从丘宾筒133取下的压紧板130，以便释放用于新的、待安装的丘宾筒133的安装空间。当在其余的压紧板130中压紧力不变的情况下，实际合力作用点406相对于根据图5的位置如此转移，使得在连续掘进时不采取其他措施的情况下将偏离预定的额定轨道。
图7以框图示出用于调节为沿预定的额定轨道连续掘进隧道的所述实施例的结构。结合图3已经阐述了的互感器模块309利用其用于压力值的输出端连接到压力处理模块703，同时关于距离值的输出端能够接入距离处理模块706。压力处理模块703和距离处理模块706将它们的输出数据传输到作为中央单元的元件的中央控制模块709，在所述中央控制模块709的输入侧上另外连接有导航测量模块712作为中央单元的其他的元件。
导航测量模块712还向中央控制模块709输入用于连续掘进隧道需保持的预定的额定轨道，并且在确定的时间、例如仅在闭合丘宾筒环139之后或者备选地还在丘宾筒133的安装过程中至少一次地将对应于隧道掘进机的实际定位相匹配的当前的导航数据输入到中央控制模块709。
在中央处理模块709上在输出侧连接有压力校正模块715和显示模块718作为中央单元的其他元件。如图7符号化所示，借助显示模块718能够将结合图4至图6阐述的实际合力作用点406有利地参照直观的参比系统721显示。
压力校正模块715又在输出侧上与作为中央单元的其他元件的导航预测模块724连接，借助该导航预测模块724能够在由压机124或者压机对127施加的压紧力的分布给定的情况下确定在特定的时间范围内的、例如在上次确定隧道掘进机的当前实际定位之后直至下一个丘宾筒环139闭合为止的未来轨道的轨道预测。配属于轨道预测的预测数据能够从导航预测模块724反馈到中央控制模块709。
然后，压力校正模块715与互感器模块309的输入端连接，以便经由该互感器模块309的输入端利用压力值控制压机，从而提供经由压力校正模块715预定的压紧力。
前述的布置方案的模块根据如下所述的调节回路的方式共同作用。
如上所述，为了装入新的丘宾筒133需要将确定的压机124收回，以释放用于待安装的丘宾筒133的安装空间，使得所述确定的压机124的压紧力等于零。为了补偿如结合图6所述的、由此产生的、本身不希望的实际合力作用点406的移动，借助压力校正模块715计算新的压紧力并且将其输入到导航预测模块724，以便确定对于未来轨道的轨道预测。为了有效率地掘进，新的压紧力的计算可以例如在从丘宾筒133开始安装直到此丘宾筒133结束安装为止的时间范围内并且进而直到下一个丘宾筒133开始安装为止的时间范围内提前地进行，但也可以尤其为了高精度的掘进或者在小空间强烈变化的地质状况下甚至可以在更短的、先后依次的多个时间范围内进行。由于在去除压紧力时因实际合力作用点406移动产生的、可预期的未来轨道与预定的额定轨道的偏差，压力校正模块715如此确定新的压紧力，以便至少为了在安装新的丘宾筒133的时间范围内使实际轨道有利地在可容许的更小的偏差范围内接近额定轨道、乃至未来轨道与额定轨道重合，通过实际合力作用点406的稳定化进行由导航预测模块724确定的轨道预测。
在低于对于最大偏差的预定的极限值的情况下，继续处于具有丘宾筒133的装置中的压机124或者压机对127被新计算的压力值加载，以提供相应匹配的压紧力，从而在连续掘进中，例如为保持根据图5的位置，通过实际合力作用点406的位置相对于额定力重心的位置的调节，即使在无调节时出现向根据图6的不期望的位置偏移的情况下，也在丘宾筒133的依次安装的过程中保持预定的额定轨道，无需例如在丘宾筒环139的安装过程中定期询问轨道掘进机的实际定位。
为高精度地掘进，用于在连续掘进的过程的压紧力的调节步骤与掘进速度相比应相对更快节奏地实施，从而在任何时间都非常准确地保持或者基本保持预定的额定轨道。

Claims (9)

1.一种用于沿预定的额定轨道连续掘进隧道的装置，所述装置具有用于开采工作面(109)的切割轮(103)，所述装置具有多个布置在所述切割轮(103)远离所述工作面(109)的侧面上的沿轴向方向工作的压机(124)，所述切割轮(103)沿轴向方向顶靠支撑在压机支承件(121)上，所述压机(124)被所述压机支承件(121)固持并且设计为在所述压机支承件(121)的远离所述切割轮(103)的侧面上以压紧力压紧在丘宾筒(133)上，其特征在于，
至少一些压机(124)连接在互感器模块(309)上，所述互感器模块用于测量与施加在丘宾筒(133)上的压紧力相匹配的压力值；
存在具有中央控制模块(709)的中央单元，在所述中央控制模块(709)上连接所述互感器模块(309)，用于传递所述压力值；
所述中央单元(709)还具有导航测量模块(712)、压力校正模块(715)和导航预测模块(724)，所述导航测量模块(712)、所述压力纠正模块(715)和所述导航预测模块(724)共同作用，使得用所述导航预测模块(724)能够在由所述压机(124)施加的压紧力的至少一个给定的分布情况下确定关于未来轨道的初始的轨道预测，其中，在未来轨道或者实际轨道与由所述导航测量模块(712)预先给定的额定轨道有偏差时，利用所述压力校正模块(715)能够调整通过所述压机(124)施加的压紧力，以稳定由施加的压紧力产生的实际合力作用点(406)，从而与初始的轨道预测相比，未来轨道与额定轨道的偏差减少。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述压机(124)固持在压机支承环(121)中，所述压机支承环(121)布置在中盾(118)的区域中。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，
所述压机(124)沿周向方向均匀地彼此间隔。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，
所述压机(124)以压机对(127)方式成对地共同作用。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，
为了确定轨道预测，利用所述导航预测模块(724)能够确定所有压紧力的实际合力作用点(406)与额定合力作用点的偏差，并且所述实际合力作用点与所述额定合力作用点的偏差构成包括所述压力校正模块(715)、导航预测模块(724)和所述中央控制模块(709)的调节回路的调节变量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
在所述中央控制模块(709)上经由压力处理模块(703)连接处理所述压机(124)的压力值和路程值的互感器模块(309)。
7.一种使用根据权利要求1至6之一所述的装置沿预定的额定轨道连续掘进隧道的方法，所述方法包括用丘宾筒(133)连续扩展隧道(133)，在所述方法中，在压力修正步骤中，压力校正模块(715)针对继续压紧在丘宾筒(133)上的压机(124)确定新的压紧力，以便对不施加压紧力的压机(124)而言将该压机(124)驶回之后，与初始的轨道预测相比，通过轨道预测确定的未来轨道与额定轨道的偏差减少；在丘宾筒设置步骤中，首先将压紧在已安装的丘宾筒(133)上的一个或者每个压机从已安装的丘宾筒(133)上驶回，以释放用于待安装的丘宾筒(133)的安装空间，然后以新的压紧力继续掘进以及将待安装的丘宾筒(133)进行安装，直到驶回的压机(124)再次压紧在新安装的丘宾筒(133)上，并且为了保持额定轨道，在下一个丘宾筒(133)的安装过程中，对于压机(124)借助压力校正模块(715)确定以及施加新的压紧力。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述丘宾筒设置步骤依次在沿周向方向相邻的丘宾筒(133)上实施。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，
在安装丘宾筒(133)时，在安装丘宾筒的持续时间内，通过调节由被施加的压紧力形成的实际合力作用点(406)相对于额定合力作用点的位置来进行新的压紧力的确定。
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