DE102016114655A1 - Bohrkopf zum Abbau von Gestein, Bohrmaschine und Verfahren zum Abbau von Gestein - Google Patents

Bohrkopf zum Abbau von Gestein, Bohrmaschine und Verfahren zum Abbau von Gestein Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau, wobei der Bohrkopf mindestens ein Abbauwerkzeug aufweist, und der Bohrkopf mindestens eine erste Höchstdruckwasserstrahldüse in einer Bewegungsrichtung des Abbauwerkzeuges örtlich vor dem Abbauwerkzeug und/oder mit einem Wirkbereich vor dem Abbauwerkzeug aufweist, sodass mittels der Höchstdruckwasserstrahldüse eine Vorbearbeitung des Gesteins realisierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Bohrmaschine und ein Verfahren zum Abbau von Gestein.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau, wobei der Bohrkopf mindestens ein Abbauwerkzeug aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Bohrmaschine und ein Verfahren zum Abbau von Gestein.
  • Zum Bau von Tunneln werden Tunnel-Bohrmaschinen (auch Tunnel-Vortriebsmaschinen) eingesetzt, bei denen der Bohrkopf jeweils eine Vielzahl von Abbauwerkzeugen wie rotierende Rollenmeißel aufweist. Nachteilig bei bestehenden Bohrköpfen ist der sehr hohe Werkzeugverschleiß von circa 2–3cm pro Tag durch Reib- und Druckkräfte auf die Meißel. Dieser bedingt einen aufwändigen und häufigen Ausbau der Meißel und entsprechend lange Stillstandzeiten der Bohrmaschine. Beispielsweise werden für das händische Auswechseln eines einzelnen Meißels drei bis vier Stunden benötigt. Derzeit geht man davon aus, dass ein Viertel der Arbeitszeit einer Bohrmaschine für einen Wechsel der Meißel und Wartungsarbeiten aufgebracht werden muss.
  • Zudem besteht bei Betrieb eines Bohrkopfes eine hohe Feuer- und Explosionsgefahr, da sich der Bohrkopf auf über 80°C und die Meißel bis zu 300°C während des Betriebes erwärmen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Bohrkopf zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau, wobei der Bohrkopf mindestens ein Abbauwerkzeug aufweist, und der Bohrkopf mindestens eine erste Höchstdruckwasserstrahldüse in einer Bewegungsrichtung des Abbauwerkzeuges örtlich vor dem Abbauwerkzeug und/oder mit einem Wirkbereich vor dem Abbauwerkzeug aufweist, sodass mittels der Höchstdruckwasserstrahldüse eine Vorbearbeitung des Gesteins realisierbar ist.
  • Durch die Vorbearbeitung des Gesteins mittels der Höchstdruckwasserstrahldüse wird die Belastung auf das nachfolgende Abbauwerkzeug vermindert, die Lebensdauer des Abbauwerkzeuges dadurch erhöht und die Stillstandzeiten des Bohrkopfes verringert.
  • Zudem erfolgt gleichzeitig eine Kühlung des Abbauwerkzeuges und durch Vermeidung einer zu starken Erhitzung wird ebenfalls der Verschleiß des Abbauwerkzeuges vermindert. Gleichzeitig wird die Explosions- und/oder Feuergefahr verringert und Kühlwasser eingespart. Folglich kann der erfindungsgemäße Bohrkopf mit erhöhter Vorschubsgeschwindigkeit im Vergleich zu Bohrköpfen nach dem Stand der Technik betrieben werden.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass mittels der Höchstdruckwasserstrahldüse das Gestein vorab gelockert und/oder abgetragen wird, bevor durch das nachfolgende Abbauwerkzeug der eigentliche mechanische Abtrag des Gesteins erfolgt sowie dass gleichzeitig mittels der Höchstdruckwasserstrahldüse eine Kühlung des Abbauwerkzeuges und des Bohrkopfes realisierbar ist.
  • Ein „Bohrkopf“ ist insbesondere ein Träger, auf dem Abbauwerkzeuge angebracht sind. Insbesondere handelt es sich bei einem Bohrkopf um einen Meißelträger mit rotierenden Rollenmeißeln, wobei der Bohrkopf ausgebrochenes Gestein nach hinten befördert. Ein Bohrkopf weist insbesondere eine Vielzahl von gleichartigen oder unterschiedlichen Abbauwerkzeugen sowie Räumer zum Abtransport des ausgebrochenen Gesteins auf. Ein Bohrkopf weist insbesondere einen Durchmesser von 10cm bis 30m auf.
  • Als „Gestein“ wird insbesondere eine feste, natürlich auftretende, in der Regel mikroskopisch heterogene Vereinigung von Mineralen, Gesteinsbruchstücken, Gläsern und/oder Rückständen von Organismen verstanden. Bei Gestein handelt es sich insbesondere um Gesteine der Erdkruste, wie magmatische Gesteine, Sedimentgesteine und/oder metamorphische Gesteine. Das Gestein kann insbesondere aus Festgesteinen und/oder Lockergesteinen bestehen.
  • Ein „Hartgestein“ ist insbesondere ein Festgestein mit sehr schwerer Bearbeitbarkeit. Ein Hartgestein kann insbesondere im üblichen Gebrauch nicht mit einem handelsüblichen Messer geritzt und/oder zerkratzt werden. Ein Hartgestein muss insbesondere mit einem speziellen Hartgesteinwerkzeug bearbeitet werden. Zu den Hartgesteinen zählen insbesondere Granite, Schiefer, Gneise und Basalt.
  • Der „Tunnelbau“ dient insbesondere zur Herstellung eines unterirdischen Hohlraums (Tunnel, Stollen, Schächte, Kavernen, Stromtrassen und ähnliches) für Verkehrs- und/oder Versorgungseinrichtungen. Der Tunnelbau kann insbesondere in offener Bauweise bei geringer Bedeckung oder im Untertagebau in geschlossener Bauweise erfolgen. Der Tunnelbau dient insbesondere der Erstellung von langgestreckten, horizontalen und/oder nur wenig geneigt verlaufenden unterirdischen Hohlräumen, wobei der Tunnel insbesondere einen Querschnitt von < 1m2 aufweist. Je nach Tunnelart kann der Querschnitt insbesondere auch > 1m2, bevorzugt > 10m2 betragen.
  • Ein „Abbauwerkzeug“ ist insbesondere ein Werkzeug zum Abbau und/oder Abtrag von Gestein, insbesondere von Hartgestein. Bei einem Abbauwerkzeug kann es sich insbesondere um einen Rollenmeißel, Bohrmeißel, Schneidmeißel und/oder ein andersartiges Bohr- und/oder Abtragswerkzeug handeln. Das Bohrwerkzeug weist insbesondere mehrere bewegliche Rollen auf, wobei durch Andruck der sich drehenden Rollen der Gesteinsabtrag erfolgt. Zum Abtrag von Hartgestein kann das Abbauwerkzeug insbesondere zusätzlich mit Hartmetallstiften (Warzen) besetzt sein.
  • Eine „Höchstdruckwasserstrahldüse“ ist insbesondere eine Düse, welche für höchsten Wasserstrahldruck ausgelegt ist. Durch die Höchstdruckwasserstrahldüse wird insbesondere ein Wasserstrahl unter Höchstdruck geführt, um insbesondere Gestein und/oder Hartgestein zu lockern und/oder abzutragen. Dazu ist die Höchstdruckwasserstrahldüse insbesondere mit einer Wasserversorgung und einer Hochdruckpumpe verbunden. Durch die Höchstdruckwasserstrahldüse wird insbesondere Wasser ohne Zusatz von flüssigen und/oder gasförmigen Chemikalien zur Verbesserung des Abtrages gefördert (Wasserstrahl). Im Falle eines erforderlichen hohen Abtrages und/oder sehr beständigen Hartgesteins, kann dem Wasser ein hartes pulverförmiges Material (Abrasivwasserstrahl) zugesetzt werden. Der hohe Druck des Wasserstrahls, welcher die Höchstdruckwasserstrahldüse verlässt, bewirkt insbesondere einen Gesteins- und/oder Hartgesteinsabtrag. Durch den Höchstdruck können zusätzlich Risse im Gestein und/oder Hartgestein auftreten.
  • Durch das im Wirkbereich des Wasserstrahls quer abfließende Wasser werden zusätzlich ein seitlicher Gesteinsabtrag sowie eine Kühlung des Abbauwerkzeuges und des Bohrkopfes erzielt. Die Höchstdruckwasserstrahldüse weist insbesondere einen Düsendurchmesser zwischen 0,1 und 10mm, bevorzugt zwischen 0,4mm und 2,0mm auf.
  • Die Höchstdruckwasserstrahldüse weist insbesondere eine Saphirdüse mit einer V4A-Stahlhülse auf. Die Höchstdruckwasserstrahldüse weist innenliegend ein Innengewinde oder außenliegend ein Außengewinde für den Wasseranschluss auf. Durch die Höchstdruckwasserstrahldüse wird insbesondere ein Wasservolumenstrom von 5 bis 50 L/min gefördert. Die Höchstdruckwasserstrahldüse ist insbesondere drehbar und weist eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 1 bis 300 U/min auf. Die Höchstdruckwasserstrahldüse weist insbesondere einen Wasserdruck zwischen 900 bar und 6.000bar auf, wobei dieser Druck insbesondere regelbar ist.
  • Eine „Bewegungsrichtung“ ist insbesondere die Richtung, in welche sich der Bohrkopf und/oder das Abbauwerkzeug bewegt. Bei der Bewegungsrichtung handelt es sich insbesondere um die Drehrichtung des Bohrkopfes.
  • Unter „örtlich“ vor dem Abbauwerkzeug ist zu verstehen, dass die Höchstdruckwasserstrahldüse an einer räumlichen Position vor dem Abbauwerkzeug angeordnet ist, sodass der Wasserstrahl der Höchstdruckwasserstrahldüse auf das Gestein trifft, bevor das Abbauwerkzeug mit diesem Gestein in Kontakt kommt.
  • Unter einem „Wirkbereich“ ist der Bereich des Gesteins zu verstehen, auf den der Wasserstrahl der Höchstdruckwasserstrahldüse direkt oder indirekt trifft und/oder einwirkt. Der Wirkbereich liegt insbesondere vor dem Abbauwerkzeug, sodass zunächst der Wasserstrahl auf das Gestein auftrifft, bevor das Abbauwerkzeug dieses vorbearbeitete Gestein weiter abträgt. Für diesen vorgelagerten Wirkbereich vor dem Abbauwerkzeug muss die Düse nicht zwingend örtlich vor dem Abbauwerkzeug angeordnet sein, sondern kann auch an einer anderen räumlichen Position, beispielsweise neben dem Abbauwerkzeug, angeordnet sein und seinen Wasserstrahl von dort in den Wirkbereich vor dem Abbauwerkzeug ausrichten.
  • Eine „Vorbearbeitung“ ist insbesondere ein Lockern, Schneiden, Abspülen und/oder Abtragen des Gesteins durch den Wasserstrahl der Höchstdruckwasserstrahldüse bevor ein mechanischer Abtrag durch das Abbauwerkzeug erfolgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Bohrkopfes weist der Bohrkopf eine zweite Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder eine dritte Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder eine vierte Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder eine weitere Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder ein zweites Abbauwerkzeug und/oder ein drittes Abbauwerkzeug und/oder ein viertes Abbauwerkzeug und/oder ein weiteres Abbauwerkzeug auf.
  • Dadurch kann durch die Anordnung von mehreren Höchstdruckwasserstrahldüsen um ein Abbauwerkzeug der Vorabtrag und/oder die Vorbearbeitung des Gesteins erhöht und somit der Verschleiß des Abbauwerkzeuges weiter erniedrigt werden.
  • Zudem kann ein Bohrkopf mit einer optimalen Anzahl und Anordnung von Abbauwerkzeugen und Höchstdruckwasserstrahldüsen bereitgestellt werden.
  • Es ist insbesondere vorteilhaft, bei der Anordnung von zwei oder mehreren Höchstdruckwasserstrahldüsen den definierten Wirkbereich oder mehrere definierte Wirkbereiche festzulegen.
  • Um eine optimale Vorbearbeitung und einen Vorabtrag des Gesteins zu erzielen, weist oder weisen im Betriebsfall die Höchstdruckwasserstrahldüse oder die Höchstdruckwasserstrahldüsen jeweils einen Wasserdruck zwischen 900bar und 6.000bar, bevorzugt zwischen 1.000bar und 3.000bar auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Bohrkopfes weist die Höchstdruckwasserstrahldüse oder weisen die Höchstdruckwasserstrahldüsen eine Rotationseinrichtung auf, sodass ein Wasserstrahl aus der Höchstdruckwasserstrahldüse oder mehrere Wasserstrahlen aus mehreren Höchstdruckwasserstrahldüsen definiert führbar ist oder sind.
  • Somit kann der Wirkbereich einer Höchstdruckwasserstrahldüse oder mehrerer Höchstdruckwasserstrahldüsen definiert festgelegt und/oder während der Vorbearbeitung verändert und gezielt abgefahren werden. Mittels der Rotationseinrichtung kann insbesondere der Wirkbereich des Wasserstrahls in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Abbauwerkzeuges und/oder der Drehbewegung des Bohrkopfes sowie der entsprechenden Bewegungs- und/oder Drehgeschwindigkeiten angepasst werden.
  • Es ist besonders vorteilhaft, dass bei der Anordnung von zwei oder mehreren Höchstdruckwasserstrahldüsen bei deren Rotation die wirkenden Drehmomente ausgenutzt und als Düsenantrieb verwendet werden können.
  • Eine „Rotationseinrichtung“ ist insbesondere eine Einrichtung, welche eine Rotation und/oder Drehbewegung einer Höchstdruckwasserstrahldüse oder mehrerer Höchstdruckwasserstrahldüsen aufprägt. Bei einer Rotationseinrichtung kann es sich insbesondere um einen Luftumtrieb um die Düse handeln. Die Höchstdruckwasserstrahldüse kann insbesondere drehbeweglich gelagert oder mit einer Antriebswelle verbunden sein. Mittels der Rotationseinrichtung lässt sich insbesondere jeder Winkel eines 360°-Kreises einstellen und/oder regeln.
  • Bei einem „Wasserstrahl“ handelt es sich insbesondere um einen Wasserstrahl aus einer Höchstdruckwasserstrahldüse.
  • Um einen optimalen Eingriff in das Gestein und/oder Abtrag des Gesteins durch das nachfolgende Abbauwerkzeug zu ermöglichen, wird die Höchstdruckwasserstrahldüse oder werden die Höchstdruckwasserstrahldüsen mittels der Rotationseinrichtung derart geführt, dass ein linearer, runder, kreisförmiger, ovaler und/oder tropfenförmiger Vorbearbeitungsbereich im Gestein realisiert ist.
  • Dadurch kann ein werkzeugabhängiger Vorabtrag und/oder Schnitt im Gestein erfolgen, sodass das in Bewegungsrichtung folgende Abbauwerkzeug insbesondere mit seiner Rolle besser zentriert und/oder mit effizienterer Kraftübertragung in das vorbearbeitete Gestein eingreifen kann.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Höchstdruckwasserstrahldüse unter leicht oszillierender Bewegung des Wasserstrahls einen definierten Vorbearbeitungsbereich einschneidet und/oder abträgt.
  • Ein „Vorbearbeitungsbereich“ ist insbesondere ein Wirkbereich der Höchstdruckwasserstrahldüse im Gestein, bei dem der Wasserstrahl direkt auf das Gestein trifft und dieses in einer definierten Form bearbeitet. Insbesondere ist der Vorbearbeitungsbereich in Gestein so in seiner Form und/oder Tiefe ausgeführt, dass das nachfolgende Abbauwerkzeug optimal in diese Form im Gestein eingreifen und das Gestein weiter abbrechen und abtragen kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Bohrkopfes weist die Höchstdruckwasserstrahldüse oder weisen die Höchstdruckwasserstrahldüsen eine Abstandseinstelleinrichtung auf, sodass ein Abstand der Höchstdruckwasserstrahldüse oder der Höchstdruckwasserstrahldüsen zum Gestein einstellbar ist.
  • Dadurch kann der Wasserstrahl im optimalen Abstand und somit mit optimalem Druck gegen das Gestein aufgebracht sowie ein optimaler Wasserablauf erreicht werden. Ein typischer Wert für den Abstand sind 10cm.
  • Um die Höchstdruckwasserstrahldüse angepasst an die Gesteinsart und/oder -härte zu betreiben, weist der Bohrkopf einen Sensor zur Gesteinserkennung auf.
  • Somit kann je nach vorliegendem Gestein der Wasserdruck, der Wirkbereich und/oder der Vorbearbeitungsbereich sowie der Abstand eingestellt und/oder geregelt werden.
  • Ein „Sensor“ ist insbesondere ein Detektor (Messaufnehmer und/oder -fühler), welcher bestimmte physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Gesteins erfasst. Ein Sensor zur Gesteinserkennung erfasst insbesondere die Farbe, Textur und/oder Härte eines Gesteins. Mittels eines Sensors zur Gesteinserkennung kann insbesondere zwischen Weich- und Hartgesteinen unterschieden werden. Ein Sensor zur Gesteinserkennung nutzt beispielweise UV-, Nahinfrarot- und/oder laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Bohrmaschine zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau, wobei die Bohrmaschine einen zuvor beschriebenen Bohrkopf aufweist.
  • Somit kann eine Bohrmaschine mit einem geringen Verschleiß der Abbauwerkzeuge, geringen Stillstandzeiten, geringen Werkzeugwechseln und Ausbauzeiten und folglich längeren Betriebszeiten der Bohrmaschine bereitgestellt werden. Zudem weist die Bohrmaschine durch die Höchstdruckwasserstrahldüse oder Höchstdruckwasserstrahldüsen bereits eine integrierte Kühlung der Abbauwerkzeuge und des Bohrkopfes auf, sodass Kühlwasser eingespart und gleichzeitig die Explosions- und Feuergefahr vermindert wird.
  • Eine „Bohrmaschine“ ist insbesondere eine Tunnelbohrmaschine oder Tunnelvortriebsmaschine, welche zum Bau von Tunneln eingesetzt wird. Eine Bohrmaschine weist insbesondere einen Bohrkopf und/oder Abbauschild mit Werkzeugen, Vorschub- und Verspanneinrichtungen, Abstützt- und Ausbausysteme, Einrichtungen zum Materialabtransport, eine Versorgungseinheit für Strom, Druckluft und Wasser sowie Transporteinrichtungen für das abgetragene Material auf.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau mittels eines zuvor beschriebenen Bohrkopfes oder einer zuvor beschriebenen Bohrmaschine mit folgenden Schritten:
    • – Vortreiben und/oder Drehen des Bohrkopfes,
    • – Einbringen eines Schnittes in das Gestein mittels einer Höchstdruckwasserstrahldüse örtlich vor einem Abbauwerkzeug,
    • – Eingreifen des Abbauwerkzeuges in den Schnitt und Abbau des Gesteins und/oder
    • – Räumen des abgebauten Gesteins.
  • Somit wird ein Verfahren zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau bereitgestellt, bei dem aufgrund geringen Werkzeugverschleißes eine hohe Ausnutzung und lange Arbeitszeiten des Bohrkopfs und/oder der Bohrmaschine erfolgen.
  • Dadurch, dass das Abbauwerkzeug spezifisch in den zuvor eingebrachten Schnitt des Wasserstrahls der Höchstdruckwasserstrahldüse in das Gestein eingreift, erfolgt ein kosten- und krafteffizienter Abbau des Gesteins.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
  • 1 eine stark schematische Darstellung einer Höchstdruckwasserstrahldüse,
  • 2 eine stark schematische Darstellung eines Bohrkopfes mit Höchstdruckwasserstrahldüsen, Rollenmeißeln, Räumern und Erkennungssensoren, und
  • 3 alternative Schnittformen einer Höchstdruckwasserstrahldüse in ein Gneis.
  • Eine Höchstdruckwasserstrahldüse 103 weist eine V4A-Stahldüse 107 und eine innenliegende Saphirdüse 105 auf. An der V4A-Stahlhülse 107 ist innenliegend ein Innengewinde 109 angeordnet. Über das Innengewinde 109 wird die Höchstdruckwasserstrahldüse mittels einer nicht gezeigten Rohrverbindung mit einer nicht gezeigten Hochdruckpumpe verbunden. Auf der dem Innengewinde 109 gegenüberliegenden Seite der V4A-Stahlhülse 107 tritt im Betrieb der Wasserstrahl aus der Höchstdruckwasserstrahldüse 103 aus.
  • Ein Bohrkopf 101 mit einem Durchmesser von 10m weist drei zentrale Rollenmeißel 115, 16 Rollenmeißel 117, 16 Höchstdruckwasserstrahldüsen 103, vier seitliche Höchstdruckwasserstrahldüsen 104, zwei Erkennungssensoren 121 und acht Räumer 119 auf.
  • Der Bohrkopf 101 rotiert in einer Drehrichtung 113. Die Höchstdruckwasserstrahldüsen 103 sind in Drehrichtung 113 räumlich vor dem Rollenmeißel 117 angeordnet. Die seitlichen Höchstdruckwasserstrahldüsen 104 sind zusätzlich bei zwei Rollenmeißeln 117 seitlich beidseitig gegenüberliegend angeordnet. Die Höchstdruckwasserstrahldüsen 103 und die seitlichen Höchstdruckwasserstrahldüsen 104 sind aufgrund eines nicht gezeigten Luftumtriebes vollständig drehbar. Ein Wirkbereich der seitlichen Höchstdruckwasserstrahldüsen 104 ist aufgrund des nicht gezeigten Luftumtriebes ebenfalls auf den räumlichen Bereich in Drehrichtung 113 vor den jeweiligen Rollenmeißeln 117 gerichtet.
  • Folgende Arbeitsvorgänge werden mit dem Bohrkopf realisiert:
    Die Erkennungssensoren 121 erfassen mittels laserinduzierter Fluoreszenz das abzutragende Gestein und erkennen dieses als Gneis.
  • Mittels einer nicht gezeigten Abstandsmess- und Einstellvorrichtung wird der mittlere Abstand der Höchstdruckwasserstrahldüsen 103 und 104 auf 10cm zum zu brechenden Gneis 123 eingestellt.
  • Anschließend werden die Höchstdruckwasserstrahldüsen 103 und 104 auf jeweils einen Wasserdruck von 1.000bar, einen Durchflussvolumenstrom von jeweils 25 L/min und eine Rotationsgeschwindigkeit von 60 U/min eingestellt.
  • Unter leichtem Vortrieb dreht der Bohrkopf 101 mit einer Drehgeschwindigkeit von 6 U/min. Hierbei treffen die Wasserstrahlen der Höchstdruckwasserstrahldüsen 103 und 104 als erste auf den zu brechenden Gneis 123 und bewirken Schnitte und Risse im Vorbearbeitungsbereich im Gestein. Durch die weitere Drehbewegung 113 und den Vortrieb des Bohrkopfes 101 werden die Rollenmeißel 117 in den Vorbearbeitungsbereich bewegt und greifen in die Schnitte und Risse des jeweiligen Vorbearbeitungsbereiches ein und tragen den Gneis 123 ab. Aufgrund des seitlichen Wasserabflusses von jedem auftreffenden Wasserstrahl der Höchstdruckwasserstrahldüsen 103 und 104 und der Drehbewegung 113 wird das abgetragene Gneismaterial nach außen zu den Räumern 119 bewegt und geräumt.
  • Durch den seitlichen Wasserabfluss werden gleichzeitig die Rollenmeißel 117 und der Bohrkopf 101 gekühlt.
  • In Abhängigkeit von der Drehrichtung 113 des Bohrkopfes 101 und dessen Drehgeschwindigkeit, sowie einem Oszillieren und dem Rotieren der Höchstdruckwasserstrahldüsen 103, 104 aufgrund des Luftumtriebes sind in den Vorbearbeitungsbereich alternativ ein linearer Schnitt 125, ein Punktschnitt 127, ein ovaler Schnitt 129 oder ein Pendeloque-Schnitt 131 in den Gneis eingebracht.
  • Somit wird ein Bohrkopf 101 mit hoher Vortriebsgeschwindigkeit, geringem Verschleiß der Rollenmeißel 117 und integrierter Wasserkühlung bereitgestellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 101
    Bohrkopf
    103
    Höchstdruckwasserstrahldüse
    104
    seitliche Höchstdruckwasserstrahldüse
    105
    Saphirdüse
    107
    V4A-Stahlhülse
    109
    Innengewinde
    113
    Drehrichtung des Bohrkopfes
    115
    Zentraler Rollenmeißel
    117
    Rollenmeißel
    119
    Räumer
    121
    Erkennungssensor
    123
    Gneis
    125
    linearer Schnitt
    127
    Punktschnitt
    129
    Ovaler Schnitt
    131
    Pendeloque-Schnitt

Claims (9)

  1. Bohrkopf (101) zum Abbau von Gestein (123), insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau, wobei der Bohrkopf mindestens ein Abbauwerkzeug (115, 117) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf mindestens eine erste Höchstdruckwasserstrahldüse (103, 104) in einer Bewegungsrichtung (113) des Abbauwerkzeuges örtlich vor dem Abbauwerkzeug und/oder mit einem Wirkbereich vor dem Abbauwerkzeug aufweist, sodass mittels der Höchstdruckwasserstrahldüse eine Vorbearbeitung des Gesteins realisierbar ist.
  2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf eine zweite Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder eine dritte Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder eine vierte Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder eine weitere Höchstdruckwasserstrahldüse und/oder ein zweites Abbauwerkzeug und/oder ein drittes Abbauwerkzeug und/oder ein viertes Abbauwerkzeug und/oder ein weiteres Abbauwerkzeug aufweist.
  3. Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsfall die Höchstdruckwasserstrahldüse oder die Höchstdruckwasserstrahldüsen jeweils einen Wasserdruck zwischen 900bar und 6.000bar, bevorzugt zwischen 1.000bar und 3.000bar aufweist oder aufweisen.
  4. Bohrkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höchstdruckwasserstrahldüse oder die Höchstdruckwasserstrahldüsen eine Rotationseinrichtung aufweist oder aufweisen, sodass ein Wasserstrahl aus der Höchstdruckwasserstrahldüse oder mehrere Wasserstrahlen aus den Höchstdruckwasserstrahldüsen definiert führbar ist oder sind.
  5. Bohrkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höchstdruckwasserstrahldüse oder die Höchstdruckwasserstrahldüsen mittels der Rotationseinrichtung derart geführt wird oder werden. dass ein linearer (125), runder, kreisförmiger (127), ovaler (129) und/oder tropfenförmiger (131) Vorbearbeitungsbereich im Gestein realisiert ist.
  6. Bohrkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höchstdruckwasserstrahldüse oder die Höchstdruckwasserstrahldüsen eine Abstandseinstelleinrichtung aufweist oder aufweisen, sodass ein Abstand der Höchstdruckwasserstrahldüse oder der Höchstdruckwasserstrahldüsen zum Gestein einstellbar ist.
  7. Bohrkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf einen Sensor zur Gesteinserkennung aufweist.
  8. Bohrmaschine zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau gekennzeichnet durch einen Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verfahren zum Abbau von Gestein, insbesondere Hartgestein, im Tunnelbau mittel eines Bohrkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Bohrmaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte – Vortreiben und/oder Drehen des Bohrkopfes, – Einbringen eines Schnittes in das Gestein mittels einer Höchstdruckwasserstrahldüse örtlich vor einem Abbauwerkzeuges, – Eingreifen des Abbauwerkzeuges in den Schnitt und Abbauen des Gesteins und/oder – Räumen des abgebauten Gesteins.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112832795B (zh) * 2021-01-13 2022-05-24 中建五局土木工程有限公司 一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19612743C1 (de) * 1996-03-29 1997-03-27 Klaus Dipl Ing Esters Verfahren zum Abdichten der Ortsbrust beim Auffahren eines Hohlraums im Tunnel- und Rohrleitungsbau mittels eines Erddruckschildes

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3610015A1 (de) * 1986-03-25 1987-10-01 Bergwerksverband Gmbh Bohreinrichtung zum herstellen von bohrloechern
JPH01169093A (ja) * 1987-12-24 1989-07-04 Toda Constr Co Ltd 水ジェットを用いたシールド掘削方法
ATE301238T1 (de) * 1999-08-24 2005-08-15 Nakakuro Construction Co Ltd Bagger
EP1092836A3 (de) * 1999-10-11 2003-11-26 Herrenknecht Aktiengesellschaft Bohrvorrichtung mit einem Schneidrad mit Hochdruckdüsen
JP2005097830A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Nakaguro Kensetsu Kk 掘進機

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19612743C1 (de) * 1996-03-29 1997-03-27 Klaus Dipl Ing Esters Verfahren zum Abdichten der Ortsbrust beim Auffahren eines Hohlraums im Tunnel- und Rohrleitungsbau mittels eines Erddruckschildes

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