DE10133345A1

DE10133345A1 - Tunnelbohrmaschine

Info

Publication number: DE10133345A1
Application number: DE10133345A
Authority: DE
Inventors: Peter Vogts
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2003-01-30
Also published as: WO2003006792A1

Abstract

Die Tunnelbohrmaschine (100) weist einen Maschinenkörper (5) auf, an dem ein um eine im wesentlichen in der Tunnelachse gelegene Achse (A) drehbarer Bohrkopf (10) gelagert ist, dessen Arbeitsquerschnitt im wesentlichen dem Tunnelprofil entspricht. Der Bohrkopf (10) befindet sich in einem Bohrkopfraum (20), der durch eine Schottwand (30) zum Tunnel (1) hin abgetrennt ist. Zwecks Reduzierung der Rüstzeit und der Stillstandszeiten der Tunnelbohrmaschine sind Mittel (2, 3) zum Kühlen des Bohrkopfes (10) und/oder des Bohrkopfraumes (20) vorgesehen (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tunnelbohrmaschine der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 11 entsprechenden Art sowie auf ein Verfahren zu dessen Betrieb.
Eine solche Tunnelbohrmaschine ist zum Beispiel aus der DE 195 34 814 A1 bekannt. Während des Bohrens mit einer solchen Tunnelbohrmaschine wird ein Großteil der Bohrkopf-Antriebsleistung bei dem Abbau des Gesteins mittels der Schneidrollen und Schrämbauteile in Wärme umgesetzt. Dabei wird ca. 50% der Wärme über das Bohrgut abgeführt, die übrigen 50% heizen den Bohrkopf und den Bohrkopfraum, der durch eine Schottwand zum Tunnel hin abgegrenzt wird, auf.
In periodischen Intervallen ist es erforderlich, den Bohrkopf bzw. den Bohrkopfraum zur Kontrolle und gegebenenfalls zum Wechsel der Schneidwerkzeuge, die auf dem Bohrkopf montiert sind und die eigentliche Gesteinszerstörung bewirken, zu begehen. Wegen der hohen Temperaturen am Bohrkopf bzw. im Bohrkopfraum muß bei den bisher bekannten Tunnelbohrmaschinen der Bohrkopf bzw. der Bohrkopfraum durch den Einsatz von aufgespritztem Wasser abgekühlt werden. Das aufgespritzte Wasser wird manuell durch Wasserschläuche aufgebracht. Durch das Abspritzen mit Wasser kann der Bohrkopf soweit heruntergekühlt werden, daß eine Begehbarkeit des Bohrkopfes bzw. des Bohrkopfraumes erreicht wird. Jedoch gehen hierdurch mehrere Stunden bis hin zu ganzen Schichten an Betriebszeiten verloren. Ferner verlängert sich die Rückkühlzeit mit steigenden Gebirgstemperaturen beträchtlich.
Zusätzlich wird durch das atmosphärische Einspritzen von Wasser, welches abgepumpt werden muß, die Luftfeuchtigkeit bis hin zur Sättigung erhöht, wodurch sich aufgrund des somit eintretenden "Saunaeffekts" die Arbeitszeit der Bedienpersonen vor Ort noch weiter verringert.
Durch die oben beschriebenen Nachteile kommt es zu ungewünschten Verlängerungen der Rüstzeiten und der Stillstandszeiten solcher Tunnelbohrmaschinen, wodurch sich die Betriebsleistung verringert und die gesamte Bohrdauer verlängert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Tunnelbohrmaschine bzw. ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, bei der bzw. bei dem die oben beschriebene Aufheizung des Bohrkopfes bzw. des Bohrkopfraumes und der damit verbundenen Nachteile verringert bzw. verhindert werden.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 11 bzw. 13 und 22 wiedergegebene Erfindung gelöst.
Dadurch, daß Mittel zum Kühlen des Bohrkopfes und/oder des Bohrkopfraumes vorgesehen sind, ist es möglich, den Bohrkopf und/oder den Bohrkopfraum bereits während des Bohrens zu kühlen, wodurch die Aufheizung begrenzt bzw. verhindert wird. Hierdurch wird während des Stillstands eine sofortige Begehbarkeit und ein Arbeiten am Bohrkopf bzw. im Bohrkopfraum möglich. Zusätzlich wird die Luftfeuchtigkeit im Bohrkopfraum nicht durch eingespritztes Wasser erhöht.
Vorzugsweise umfassen die Mittel Hohlkammern in dem Bohrkopf und/oder der Schottwand. Günstigerweise sind diese Hohlkammern gas- und/oder flüssigkeitsdicht, so daß bevorzugterweise die Hohlkammern mit einem in dem Tunnel einsetzbaren Kühlmittel beaufschlagbar sind. Das Kühlmittel wird also mit anderen Worten durch die Hohlkammern schon während des Bohrens hindurchgeleitet und kühlt dabei den Bohrkopf und/oder den Bohrkopfraum soweit ab, daß diese keine so starke Aufheizung erfahren, wie dies im Stand der Technik erfolgt. Hierdurch werden die Zeiten, die bei gattungsgemäßen Tunnelbohrmaschinen benötigt werden, um den Bohrkopf bzw. den Bohrkopfraum abzukühlen verringert bzw. entfallen ganz. Somit werden die Stillstandzeiten der erfindungsgemäßen Tunnelbohrmaschine verkürzt und so deren Leistung erhöht.
Vorzugsweise sind als Kühlmittel Wasser, FCKW-freie sonstige Kühlmittel oder dergleichen einsetzbar. Bei der Auswahl der Kühlmittel ist zu beachten, daß diese den entsprechenden Anforderungen, insbesondere Sicherheitsanforderungen im Bohrbetrieb im Tunnel genügen. So dürfen diese zum Beispiel keine statische Aufladung bewirken oder explosionsgefährdete Gemische bilden.
Bevorzugterweise sind die Hohlkammern über eine Drehdurchführung mit dem feststehenden Maschinenkörper verbunden und darüber mit Kühlmittel versorgbar. Dabei können die Hohlkammern der Schottwand über feste Anschlüsse versorgt werden, da sich diese nicht mit dem Bohrkopf mitdreht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf mit einer Kühlmaschine auf einem Nachläufer einer Streckenvortriebsmaschine umgewälzt werden. Hierdurch wird nur eine verhältnismäßig geringe Menge an Kühlmittel benötigt, welches zudem mehrfach wieder verwendet werden kann. Den gleichen Vorteil besitzt eine Ausführungsform, bei der das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf mit einer zentralen Kühlmaschine außerhalb des Tunnels umgewälzt wird.
Möglich ist jedoch auch, insbesondere beim Einsatz von Wasser als Kühlmittel, das Kühlmittel im offenen Kreislauf einzusetzen.
Der Bohrkopf kann von hinten aus einem zwischen dem Bohrkopf und der Schottwand gelegenen Arbeitsraum inspiziert bzw. der Bohrkopfraum begangen werden. Falls trotz der erfindungsgemäßen Abkühlung des Bohrkopfraumes bzw. des Bohrkopfes deren Temperatur einen gewissen Grenzwert überschreitet, ist es sinnvoll, diesen Arbeitsraum ebenfalls mit Mitteln zum Kühlen vorzusehen. Dies ist deswegen von Vorteil, weil die hohe Luftfeuchtigkeit, die beim Verdampfen des Wassers, welches zur Staubbindung beim Abfördern des Bohrguts eingesetzt wird, auftritt und die möglicherweise noch erhöhte Temperatur, beispielsweise ca. 40°C, die Arbeitszeiten im Arbeitsraum verkürzen können. Wenn der Arbeitsraum jedoch auch gekühlt wird, vorzugsweise mittels Einblasen von Kühlluft, kann die Arbeitsdauer bzw. die im Arbeitsraum herrschenden Bedingungen verlängert bzw. verbessert werden.
Die Erfindung umfaßt auch ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer Tunnelbohrmaschine, bei dem der Bohrkopf und/oder der Bohrkopfraum durch Mittel gekühlt wird. Diese Mittel besitzen die oben schon beschriebenen Merkmale und damit verbundenen Vorteile. Entsprechendes gilt für das Verfahren zum Betrieb einer Tunnelbohrmaschine, bei dem erfindungsgemäß der Arbeitsraum gekühlt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, in deren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt des vorderen Bereichs eine Tunnelbohrmaschine dargestellt ist.
Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Tunnelbohrmaschine arbeitet in einem schon vorgebohrten Tunnelabschnitt 1 und weist an ihrer Vorderseite, d. h. in Vorschubrichtung, einen drehbaren, als Ganzes mit 10 bezeichneten Bohrkopf auf, der an seiner zu der Bohrachse A senkrechten Stirnseite Bohrwerkzeuge 7 trägt, die an der Ortsbrust O arbeiten und diese abtragen. Das abgetragene Material wird mittels nicht dargestellten Förderbändern nach hinten weg befördert.
Hinter dem dem Bohrkopf 10 benachbarten Bereich, dem Bohrkopfraum 20, ist eine Schildanordnung 6 vorgesehen, die als zylindrisches Rohr mit einer geschlossenen Schottwand 30 ausgebildet ist, am Innenumfang des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 anliegt und zur Abstützung des Maschinenkörpers 5 der Tunnelbohrmaschine 100 und des Bohrkopfes 10 dient. Im weiteren Verlauf der Tunnelbohrmaschine, d. h. in Richtung von der Ortsbrust O zum Tunneleingang hin erstrecken sich der Rest des Maschinenkörpers 5, der Streckenvortriebsmaschine und entsprechenden Nachläufern. Diese sind jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
In dem Bohrkopf 10 befinden sich über seine gesamte Höhe, Breite und Tiefe verteilt Hohlkammern 2, die entweder direkt miteinander kommunizieren oder mittels Leitungen miteinander verbunden sind und durch die ein Kühlmittel geleitet wird. Erfindungsgemäß wird durch das Kühlmittel der Bohrkopf schon während des Betriebs gekühlt, d. h. beim Bohren eine Aufheizung verhindert bzw. die Aufheizung vermindert. Da der Bohrkopf sich im Betrieb dreht, ist eine Drehdurchführung 4, die sich etwa entlang der Achse A erstreckt, vorgesehen, mittels derer trotz der Drehung des Bohrkopfes 10 die Hohlkammern 2 mit Kühlmittel versorgbar sind.
Hinter dem Bohrkopf 10 wird der Bohrkopfraum 20 gegenüber dem restlichen Tunnel durch die Schildanordnung 6 und einer doppelwandigen Schottwand 30 abgedichtet. Innerhalb der doppelwandigen Schottwand 30 sind Hohlkammern 3 vorgesehen, durch die ebenfalls Kühlmittel hindurchleitbar ist. Da sich die Schottwand 3 nicht bewegt, können die Hohlkammern 3 über feste Anschlüsse mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Hierdurch wird der Bohrkopfraum 20 ebenfalls abgekühlt.
Zwischen dem Bohrkopf 10 und der Schottwand 30 liegt ein begehbarer Arbeitsraum 40, der durch eine nicht dargestellte Schleuse erreichbar ist. Der Arbeitsraum wird zur Inspektion des Bohrkopfes 10 bzw. dessen Wartung, um zum Beispiel die Rollen 7 von hinten wechseln zu können, benötigt. In diesem Raum herrschen ebenfalls aufgrund der Aufheizung des Bohrkopfes 10 und des Bohrkopfraumes 20 erhöhte Temperaturen und eine erhöhte Luftfeuchtigkeit. Um den Aufenthalt der Bedienperson in diesem Arbeitsraum 40 erträglicher zu gestalten, ist ein Einblasen von zum Beispiel von auf 15°C herabgekühlter Kühlluft möglich. Hierdurch wird die Aufenthaltsdauer in dem Arbeitsraum 40 verlängert sowie die Arbeitsatmosphäre verbessert. Das Einblasen von Kühlluft kann mittels dem Fachmann bekannter Maßnahmen, wie zum Beispiel einer extern versorgten Klimaanlage erfolgen.
Das Kühlmittel, welches den Hohlkammern 2 und 3 zugeführt wird, wird über entsprechende Leitungen mit einer Kühlmaschine im geschlossenen Kreislauf umgewälzt. Dabei kann sich die Kühlmaschine entweder zentral außerhalb des Tunnels befinden oder innerhalb des Tunnels auf einem Nachläufer der Streckenvortriebsmaschine. Auch der Einsatz eines offenen Kreislaufs, insbesondere beim Einsatz von Wasser als Kühlmittel, ist denkbar. Jedoch ist ein geschlossener Kreislauf aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen zu bevorzugen.

Claims

1. Tunnelbohrmaschine (100) mit einem Maschinenkörper (5), mit einem an den Maschinenkörper (5) um eine im wesentlichen in der Tunnelachse gelegene Achse (A) drehbaren Bohrkopf (10), dessen Arbeitsquerschnitt im wesentlichen dem Tunnelprofil entspricht, und mit einem Bohrkopfraum (20), der durch eine Schottwand (30) zum Tunnel (1) hin abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (2, 3) zum Kühlen des Bohrkopfes (10) und/oder des Bohrkopfraumes (20) vorgesehen sind.

2. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Hohlkammern (2, 3) in dem Bohrkopf (10) und/oder der Schottwand (30) umfassen.

3. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (2, 3) gas- und/oder flüssigkeitsdicht sind.

4. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (2, 3) mit einem im Tunnel (1) einsetzbaren Kühlmittel beaufschlagbar sind.

5. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Wasser, FCKW-freie sonstige Kühlmittel oder dergleichen umfaßt.

6. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (2) über eine Drehdurchführung (4) mit dem feststehenden Maschinenkörper (5) verbunden sind und darüber mit Kühlmittel versorgbar sind.

7. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (3) der Schottwand (30) über feste Anschlüsse mit Kühlmittel versorgbar sind.

8. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf mit einer Kühlmaschine auf einem Nachläufer einer Streckenvortriebsmaschine umgewälzt wird.

9. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf mit einer zentralen Kühlmaschine außerhalb des Tunnels umgewälzt wird.

10. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im offenen Kreislauf eingesetzt wird.

11. Tunnelbohrmaschine mit einem Maschinenkörper, mit einem an dem Maschinenkörper (5) um eine im wesentlichen in der Tunnelachse gelegene Achse (A) drehbaren Bohrkopf (10), dessen Arbeitsquerschnitt im wesentlichen dem Tunnelprofil entspricht, mit einem Bohrkopfraum (20), der durch eine Schottwand (30) zum Tunnel (1) hin abgegrenzt wird, und mit einem zwischen dem Bohrkopf (10) und der Schottwand (30) gelegenen Arbeitsraum (40), dadurch gekennzeichnet, daß für den Arbeitsraum (40) Mittel zum Kühlen vorgesehen sind.

12. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kühlen des Arbeitsraumes das Einblasen von Kühlluft in den Arbeitsraum ermöglichen.

13. Verfahren zum Betrieb einer Tunnelbohrmaschine (100), die mit einem Maschinenkörper (5), mit einem an dem Maschinenkörper um eine im wesentlichen in der Tunnelachse gelegene Achse (A) drehbaren Bohrkopf (10), dessen Arbeitsquerschnitt im wesentlichen dem Tunnelprofil entspricht, und mit einem Bohrkopfraum (20), der durch eine Schottwand (30) zum Tunnel (1) hin abgegrenzt wird, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (10) und/oder der Bohrkopfraum (20) durch Mittel gekühlt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Hohlkammern (2, 3) in dem Bohrkopf (10) und/oder der Schottwand (30) umfassen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (2, 3) gas- und/oder flüssigkeitsdicht sind.

16. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (2, 3) mit einem in dem Tunnel (1) einsetzbaren Kühlmittel beaufschlagt werden.

17. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasser, FCKW-freie sonstige Kühlmittel oder dergleichen eingesetzt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (2, 3) über eine Drehdurchführung (4) mit dem feststehenden Maschinenkörper (5) verbunden werden und darüber mit Kühlmittel versorgt werden.

19. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf mit einer Kühlmaschine auf einem Nachläufer einer Streckenvortriebsmaschine geführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf mit einer zentralen Kühlmaschine außerhalb des Tunnels geführt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel im offenen Kreislauf geführt wird.

22. Verfahren zum Betrieb einer Tunnelbohrmaschine (100), mit einem Maschinenkörper (5), mit einem an dem Maschinenkörper um ein im wesentlichen in der Tunnelachse gelegene Achse (A) drehbaren Bohrkopf (10), dessen Arbeitsquerschnitt im wesentlichen dem Tunnelprofil entspricht, mit einem Bohrkopfraum (20), der durch eine Schottwand (30) zum Tunnel (1) hin abgegrenzt wird, und mit einem zwischen dem Bohrkopf (10) und der Schottwand (30) gelegenen Arbeitsraum (40) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (40) gekühlt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (40) durch Einblasen von Kühlluft gekühlt wird.