DE102018112613A1 - Method and device for removing cavities underground - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Ausbau von Hohlräumen (1, 2) unter Tage, insbesondere von Hohlräumen (1, 2) mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 Quadratmetern, mit Herstellen zumindest einer im Ausbauzustand unter Auftreten von Gebirgsdruck geplant deformierbaren Schicht (16 - 19; 21 - 24) an einer Innenseite (11) eines untertägigen Hohlraums (1, 2), wobei die deformierbare Schicht mittels 3D-Druck hergestellt wird.Method for removing cavities (1, 2) underground, in particular cavities (1, 2) with excavation cross-sections of at least 5 square meters, with production of at least one layer (16 - 19, 21 - 24) on an inner side (11) of an underground cavity (1, 2), wherein the deformable layer is produced by means of 3D printing.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbau von Hohlräumen unter Tage, insbesondere von Hohlräumen mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 Quadratmetern (im Folgenden: m2).The invention relates to a method and a device for the development of underground cavities, in particular cavities with excavation cross-sections of at least 5 square meters (hereinafter: m2).

Stand der TechnikState of the art

Im Untertagebau gibt es verschiedene Methoden, Bauwerke in druckhaften oder quellfähigem Gebirge zu erstellen.In underground mining, there are various methods to build structures in pressure or swellable mountains.

Ein Bauwerk kann nach dem Widerstandsprinzip erstellt werden, wenn die auftretenden Gebirgsdrücke mit den heute bekannten, starren Ausbausystemen zu beherrschen sind. Ein starres Ausbausystem hält dem Gebirgsdruck ohne wesentliche Verformungen stand.A building can be created according to the principle of resistance, if the occurring rock pressures are to be mastered with the today known, rigid expansion systems. A rigid expansion system withstands the rock pressure without significant deformations.

Der Ausbaustärke und damit auch der Anwendung des Widerstandsprinzips sind jedoch vor allem bei grösseren Bauwerkdurchmesser in Kombination mit grosser Überdeckung Grenzen gesetzt. Der Platzbedarf nimmt für einen hohen Ausbauwiderstand stark zu, so dass große Ausbruchsdurchmesser notwendig werden. In druckhaftem oder quellfähigem Fels mit hohen Gebirgsdrücken und grossen Durchmessern sind Bauwerke nach dem Widerstandsprinzip technisch sehr schwierig und nur mit grossem Aufwand oder gar nicht zu realisieren und sind folglich in der Regel auch nicht wirtschaftlich.However, the level of expansion and thus also the application of the resistance principle are limited especially in the case of larger structural diameters in combination with large overlap. The space requirement increases strongly for a high expansion resistance, so that large breakout diameters are necessary. In pressure rock or swellable rock with high rock pressures and large diameters, structures according to the resistance principle are technically very difficult and can only be realized with great effort or not at all, and consequently are generally not economical either.

Sind die Gebirgsdrücke und die damit verbundenen Verformungen mit einem starren Ausbau nicht mehr beherrschbar oder wirtschaftlich, werden verschiedene Varianten eines deformierbaren Ausbaues angewandt. Beim deformierbaren Ausbau wird eine Verformung des Gebirges zugelassen und in der Folge die resultierende Spannung auf den Ausbau vermindert.If the rock pressures and the deformations associated therewith are no longer manageable or economical with a rigid construction, different variants of a deformable expansion are used. When deformable expansion of a deformation of the mountain is permitted and subsequently reduced the resulting stress on the expansion.

Für den konventionellen, sequenziellen Vortrieb gibt es verschiedene, deformierbare Ausbausysteme in Kombination mit Spritzbeton. Stauchelemente, welche parallel zur Tunnelachse an der Tunnelwand installiert sind und mit Spritzbeton ausgefacht sind, nehmen die Deformation auf. Die Lastaufnahme und Deformation in den Stauchelementen erfolgt tangential zum Tunnelprofil.For conventional, sequential jacking, there are various deformable expansion systems in combination with shotcrete. Upset elements, which are installed parallel to the tunnel axis on the tunnel wall and are filled with shotcrete, absorb the deformation. The load absorption and deformation in the compression elements is tangential to the tunnel profile.

Für den maschinellen, kontinuierlichen Vortrieb eignen sich die oben erwähnten Systeme nicht, da sie nicht mit Tübbingsegmenten kompatibel sind. Weiterhin weisen die oben beschriebenen Systeme mit tangentialer Verformungsmöglichkeit keine deformierbare Schicht zwischen Fels und Innenschale mit radialer Deformationsmöglichkeit auf. Solche Systeme mit radialer Deformationsmöglichkeit werden auch flächenhafte Systeme genannt. Verschiedene flächenhafte Systeme sind bekannt und werden eingesetzt:

  • • Komprimierbarer Ringspaltmörtel, z.B. Compex: der Ringspalt zwischen Fels und dem Tübbing wird mit komprimierbarem Mörtel verpresst.
  • • Flächenhafte Sandwich-Tübbingelemente, z.B. Solexperts hiDCon-F, Andra Bure: auf dem Tübbingsegment wird eine deformierbare Schicht aus gebrannten Tonröhrchen hinzugefügt.
  • • Komprimierbarer Spritzbeton: ein deformierbarer Mörtel oder Beton wird pneumatisch an die Ausbruchsfläche gespritzt.
For machine, continuous propulsion, the above mentioned systems are not suitable because they are not compatible with segmental segments. Furthermore, the above-described systems with tangential deformation possibility no deformable layer between rock and inner shell with radial deformation possibility. Such systems with radial deformation possibility are also called planar systems. Various areal systems are known and used:
  • • Compressible annular gap mortar, eg Compex: the annular gap between the rock and the tubbing is compressed with compressible mortar.
  • • Large sandwich tubbing elements, eg solexpert hiDCon-F, Andra Bure: a deformable layer of fired clay tubes is added to the tubing segment.
  • • Compressible shotcrete: a deformable mortar or concrete is pneumatically sprayed to the excavated surface.

Diese flächenhaften Systeme sind zwar für den maschinellen Vortrieb von Tunnelröhren geeignet. Im Bereich von Kreuzungsbauwerken oder bei Querschlägen sind diese Systeme allerdings nur bedingt geeignet. Kreuzungsbauwerke erfordern komplexere Geometrien des Ausbaus als gleichbleibende Tunnelquerschnitte.Although these planar systems are suitable for the mechanical propulsion of tunnel tubes. However, these systems are only of limited suitability in the area of intersection structures or cross-passages. Junction structures require more complex geometries of expansion than consistent tunnel cross sections.

Zum Verpressen von komprimierbarem Mörtel ist ein Ringspalt notwendig. Deshalb eignet er sich nur für den TBM-Vortrieb, wo ein Ringspalt zwischen Fels und Tübbing vorhanden ist. In Abzweig- oder Kreuzungsbauwerken sind aufwändige Schalkonstruktionen für die Verpressung von komprimierbarem Mörtel notwendig.For pressing compressible mortar an annular gap is necessary. Therefore, it is only suitable for TBM jacking, where there is an annular gap between rock and tubbing. In branching or intersection structures, complex shell designs are required for the compression of compressible mortar.

Wegen der komplexen Geometrie ist die Herstellung von Tübbingsegmenten mit einer zusätzlichen, deformierbaren Schicht für Kreuzungs- und Abzweigebauwerke extrem aufwändig.Due to the complex geometry, the production of segmental segments with an additional, deformable layer for intersection and branch structures is extremely complex.

Stand der Technik ist es, die Innenschale in eine Richtung fertig zu stellen und zu einem späteren Zeitpunkt die Kreuzung oder den Querschlag konventionell zu erstellen. Die Innenschale wird dann oftmals mit speziellen Schalwagen erstellt.The state of the art is to finish the inner shell in one direction and to create the intersection or crosscut conventionally at a later time. The inner shell is then often created with special formwork carriages.

Für die Funktion eines deformierbaren, flächenhaften Systems sind die Schichtdicke und deren Verformungseigenschaften wichtige Parameter. Bei der Verwendung von deformierbarem Spritzbeton sind beide Parameter in der Praxis mit vergleichsweise grossen Unsicherheiten behaftet. Die Verformungseigenschaften und die Mächtigkeit der aufgebrachten Schicht sind sehr schwierig in einem engen Toleranzbereich zu garantieren und sind stark vom Maschinenführer und der Applikationsmethode abhängig.For the function of a deformable, planar system, the layer thickness and its deformation properties are important parameters. When using deformable shotcrete, both parameters are subject in practice with comparatively great uncertainties. The deformation properties and the thickness of the applied layer are very difficult to guarantee in a narrow tolerance range and are highly dependent on the machine operator and the method of application.

Aus der EP 0 557 269 A1 ist ein System für den Tunnelausbau in Tübbingbauweise bekannt, welches eine geplante Nachgiebigkeit gegenüber Gebirgsdruck durch den Einsatz von Federn erreicht.From the EP 0 557 269 A1 a system for Tunnelausbau in tubbing construction is known, which achieves a planned compliance with rock pressure through the use of springs.

Eine 3D-Druck-Methode für Beton ist in der EP 3 147 269 A1 erläutert, bei welcher BCT-Zement verwendet wird. A 3D printing method for concrete is in the EP 3 147 269 A1 explains which BCT cement is used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Ausbau von Hohlräumen unter Tage, insbesondere von Hohlräumen mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 m2.The object of the invention is over the prior art improved devices and methods for the development of cavities underground, in particular of cavities with eruption cross-sections of at least 5 m2.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Anspruch 1 und einem weiteren Verfahren sowie einer Vorrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.The object is achieved by a method according to claim 1 and a further method and a device according to the independent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbau von Hohlräumen unter Tage, insbesondere von Hohlräumen mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 Quadratmetern, mit Herstellen zumindest einer im Ausbauzustand unter Auftreten von Gebirgsdruck geplant deformierbaren bzw. geplant nachgiebigen Schicht an einer Innenseite eines untertägigen Hohlraums, wobei die deformierbare Schicht mittels 3D-Druck hergestellt wird. Dabei kann typischerweise eine oder jede der mindestens einen deformierbaren Schichten mehrere Druckschichten aufweisen, d.h. es werden mehrere Druckschichten für eine deformierbare Schicht gedruckt.A first aspect of the invention relates to a method for the development of cavities underground, in particular of cavities with excavation cross-sections of at least 5 square meters, with producing at least one in the expansion state under the occurrence of rock pressure planned deformable or planned compliant layer on an inner side of an underground cavity wherein the deformable layer is produced by means of 3D printing. Typically, one or each of the at least one deformable layers may have multiple print layers, i. several print layers are printed for a deformable layer.

Der kleinste Durchmesser des Hohlraums beträgt typischerweise 2m, bei Ausführungsformen mindestens 3 m oder mindestens 4 m. Der kleinste Durchmesser ist der geringste gegenüberliegende Abstand zweier Ausbruchsflächen eines Querschnitts. Typische Mindestgrößen von Hohlräumen weisen einen Querschnitt von mehr als 5 m2 oder typischerweise mehr als 10 m2 auf oder typischerweise weniger als 300 m2. Typische Ausführungsformen umfassen eine geplant deformierbare Schicht. An sich sind solche geplant deformierbaren oder nachgiebigen Schichten aus dem Stand der Technik bekannt, um Verformung des umgebenden Gebirges aufzunehmen und auf diese Weise Spannungen abzubauen.The smallest diameter of the cavity is typically 2 m, in embodiments at least 3 m or at least 4 m. The smallest diameter is the smallest opposing distance between two breakout surfaces of a cross section. Typical minimum sizes of cavities have a cross-section greater than 5 m 2, or typically greater than 10 m 2 , or typically less than 300 m 2 . Typical embodiments include a planned deformable layer. As such, such planned deformable or compliant layers are known in the art to accommodate deformation of the surrounding rock and thus relieve stresses.

Die Deformierbarkeit kann typischerweise als eine plastische Mindestverformung definiert sein, typischerweise im Bereich einer plastischen Verformung von mindestens 10% oder mindestens 20% oder mindestens 30% im ausgebauten Zustand. Typischerweise ist die Deformierbarkeit der zumindest einen deformierbaren Schicht mindestens 40% oder höchstens 80% oder höchstens 90%. Die Deformierbarkeit gibt dabei typischerweise die Verringerung des Volumens an, welche mit einer plastischen Verformung erreichbar ist, bevor der Widerstand der Schicht auf das Doppelte der Stauchungsgrenze, also dem Übergang von einer elastischen zur plastischen Verformung angestiegen ist.The deformability may typically be defined as a minimum plastic deformation, typically in the range of plastic deformation of at least 10% or at least 20% or at least 30% in the degraded state. Typically, the deformability of the at least one deformable layer is at least 40% or at most 80% or at most 90%. The deformability is typically the reduction of the volume, which is achievable with a plastic deformation before the resistance of the layer has increased to twice the compression limit, so the transition from elastic to plastic deformation.

Die zumindest eine deformierbare Schicht kann auch dadurch definiert sein, dass die zumindest eine deformierbare Schicht einen vergleichsweise für Beton geringen E-Modul aufweist. Die zumindest eine deformierbare Schicht weist typischerweise eine Festigkeit von höchstens 20 MPa oder höchstens 10 MPa oder höchstens 5 MPa aufweist. Die zumindest eine deformierbare Schicht weist typischerweise eine Festigkeit von mindestens 0,1 MPa oder mindestens 0,2 MPa auf.The at least one deformable layer may also be defined by the fact that the at least one deformable layer has a modulus of elasticity that is relatively small for concrete. The at least one deformable layer typically has a strength of at most 20 MPa or at most 10 MPa or at most 5 MPa. The at least one deformable layer typically has a strength of at least 0.1 MPa or at least 0.2 MPa.

Bei typischen Ausführungsformen von Verfahren der Erfindung wird zusätzlich eine starre Schicht radial innerhalb der zumindest einen deformierbaren Schicht hergestellt. Typischerweise wird die starre Schicht ebenfalls durch 3D Druck hergestellt. Auf diese Weise kann mit einem Gerät für beide Schichttypen, starre und deformierbare, gearbeitet werden. Bei weiteren Ausführungsformen werden für die starre Schicht vorgefertigte Elemente oder Ortbeton mit Schalungselementen verwendet.Additionally, in typical embodiments of methods of the invention, a rigid layer is formed radially within the at least one deformable layer. Typically, the rigid layer is also made by 3D printing. In this way one can work with a device for both types of layers, rigid and deformable. In further embodiments, prefabricated elements or in-situ concrete with formwork elements are used for the rigid layer.

Typischerweise wird die deformierbare Schicht mit Mikroporen hergestellt. Typische Mikroporen weisen eine Größe von höchstens 16 mm oder höchstens 8 mm oder höchstens 4 mm auf. Typischerweise werden die Mikroporen in der deformierbaren Schicht durch Zugabe von porenhaltigem Granulat, Schaumbildner oder Schaum in ein Druckgut, welches bei dem 3D-Druck zur Herstellung der deformierbaren Schicht verwendet wird, erzeugt. Die Zugabe zum Druckgut erfolgt typischerweise vor dem Druckvorgang und ermöglicht so ein effizientes Arbeiten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.Typically, the deformable layer is made with micropores. Typical micropores have a size of at most 16 mm or at most 8 mm or at most 4 mm. Typically, the micropores in the deformable layer are created by adding porous granules, foaming agents or foam to a print material used in 3D printing to make the deformable layer. The addition to the print material is typically carried out before the printing process and thus enables efficient work with the method according to the invention.

Bei typischen Verfahren wird die deformierbare Schicht mit Makroporen hergestellt. Dabei kann eine Steuerung verwendet werden, um die Makroporen entsprechend einer Vorgabe herzustellen. Die Makroporen können dabei auch so geformt sein, dass insbesondere Verformungen in Umfangsrichtung der deformierbaren Schicht ermöglicht werden, um ein Nachgeben der Schicht zu erleichtern.In typical processes, the deformable layer is made with macropores. In this case, a controller can be used to produce the macropores according to a specification. The macropores can also be shaped so that in particular deformations in the circumferential direction of the deformable layer are made possible to facilitate yielding of the layer.

Typischerweise werden die Makroporen in der deformierbaren Schicht hergestellt, indem während des 3D-Drucks Aussparungen in ausgewählten Druckschichten vorgesehen werden. Auf diese Weise ist ein einfaches und effizientes Erstellen der Makroporen möglich.Typically, the macropores are made in the deformable layer by providing recesses in selected printed layers during 3D printing. In this way, a simple and efficient creation of the macropores is possible.

Typischerweise umfasst das für den 3D-Druck verwendete Druckgut Zement oder Kunststoff. Je nach Anforderung an die Schicht kann die Festigkeit des Druckgutes zwischen 0,2 und 5 MPa oder bis zu 20 MPa für die deformierbare Schicht oder bis zu 55 MPa oder bis zu 35 MPa für die nicht deformierbare Schicht gewählt werden. Das Druckgut selbst kann deformierbar oder steif sein, auch deformierbare Schichten lassen sich mittels Mikroporen oder Makroporen aus einem steifen Druckgut herstellen. Das Wort „steif“ bezieht sich dabei auf einen Zustand nach Aushärtung des Druckgutes. Der Grundstoff des Druckgutes kann Zement oder Kunststoff sein. Eigenschaften wie Verformbarkeit und Festigkeit des Druckgutes können mit Zuschlägen variiert werden. Mögliche Zuschläge sind Kalke, offen- und geschlossenporige Granulate z.B. Glasschaum, Polystyrol, Blähton, Metall- und Kunststoffschäume, Gasporen entweder als Resultat von Porenbildnern oder durch Zugabe von Schaum, Sand sowie Kunststoff-, Stahl-, Carbon- und Glasfasern. Typischerweise weist das Druckgut ein Bindemittel auf, typische Bindemittel sind auf zementöser oder auf Kunststoff-Basis.Typically, the print material used for 3D printing includes cement or plastic. Depending on the requirements of the layer, the strength of the printed matter can be between 0.2 and 5 MPa or up to 20 MPa for the deformable layer or up to 55 MPa or up to 35 MPa for the non deformable layer can be selected. The print itself can be deformable or stiff, even deformable layers can be produced by means of micropores or macropores from a rigid print. The word "stiff" refers to a state after curing of the printed material. The basic material of the printed material can be cement or plastic. Properties such as deformability and strength of the printed material can be varied with aggregates. Possible additives are limescale, open- and closed-pore granules, eg glass foam, polystyrene, expanded clay, metal and plastic foams, gas pores either as a result of pore formers or by adding foam, sand and plastic, steel, carbon and glass fibers. Typically, the print material has a binder, typical binders are cementitious or plastic based.

Typischerweise wird bei Verfahren der Erfindung vor oder während dem Aufbringen einer weiteren deformierbaren Schicht die Innenseite des Hohlraums oder die Innenseite einer bereits zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht mittels eines Laserscanners vermessen. Auf diese Weise kann die aufzutragende Schicht genau an die bestehenden Verhältnisse angepasst werden.Typically, in methods of the invention, before or during the application of another deformable layer, the inside of the cavity or the inside of a previously applied deformable layer is measured by means of a laser scanner. In this way, the layer to be applied can be adapted exactly to the existing conditions.

Bei typischen Verfahren wird die Dicke der weiteren deformierbaren Schicht in Abhängigkeit der vermessenen Innenseite der zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht oder der Innenseite des Hohlraums angepasst. Bei typischen Verfahren wird während des Auftragens oder Druckens einer Schicht die bereits gedruckte Schichtdicke dieser in Druck befindlichen Schicht gemessen. Auf diese Weise kann die Dicke der Schicht möglichst genau entsprechend erstellt werden. Typischerweise wird bei Verfahren der Erfindung ein Muster des Drucks zur Erstellung von Hohlräumen, die Breite eines Druckstrahls oder die Mischung des Druckgutes in Abhängigkeit der Messung angepasst.In typical processes, the thickness of the further deformable layer is adjusted in dependence on the measured inside of the previously applied deformable layer or the inside of the cavity. In typical processes, during the coating or printing of a layer, the already printed layer thickness of this layer under pressure is measured. In this way, the thickness of the layer can be created as accurately as possible. Typically, in methods of the invention, a pattern of pressure for creating voids, the width of a print jet, or the mixture of print material is adjusted as a function of the measurement.

Bei typischen Verfahren erfolgt das Aufbringen der zumindest einen deformierbaren Schicht oder der zumindest einen starren Schicht in Abhängigkeit von Referenzpunkten. Auf diese Weise kann zuverlässig ein bestimmtes Innenprofil der deformierbaren Schicht erreicht werden. Referenzpunkte können beispielsweise an einem bereits fertig gestellten Querschnitt angeordnet sein oder können Punkte sein, welche fortlaufend auf Verschiebungen gegenüber einem Fixpunkt, welcher sich auch außerhalb des Hohlraumes bzw. Tunnelquerschnittes befinden kann, überprüft.In typical processes, the application of the at least one deformable layer or the at least one rigid layer is effected as a function of reference points. In this way, a specific inner profile of the deformable layer can be reliably achieved. Reference points may for example be arranged on an already finished cross-section or may be points which are continuously checked for displacements with respect to a fixed point, which may also be located outside the cavity or tunnel cross-section.

Typischerweise weist die zumindest ein deformierbare Schicht eine Stärke von mindestens 5 mm, mindestens 10 mm oder mindestens 20 mm oder höchstens 500 mm oder höchstens 800 mm auf. Bei typischen Verfahren werden die Mikroporen oder die Makroporen in Abhängigkeit einer vorgegebenen Deformierbarkeit vorgesehen. Auf diese Weise kann durch Einstellung der Mikroporen oder der Makroporen ein gewünschtes makroskopisches Verformungsverhalten eingestellt werden.Typically, the at least one deformable layer has a thickness of at least 5 mm, at least 10 mm or at least 20 mm or at most 500 mm or at most 800 mm. In typical processes, the micropores or macropores are provided depending on a given deformability. In this way, by adjusting the micropores or the macropores a desired macroscopic deformation behavior can be adjusted.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbau von Hohlräumen unter Tage, insbesondere von Hohlräumen mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 m2, mit einem Herstellen zumindest einer im Ausbauzustand unter Auftreten von Gebirgsdruck geplant deformierbaren Schicht, wobei die deformierbare Schicht mittels 3D-Druck hergestellt wird und wobei die deformierbare Schicht in einer geometrischen Form in Abhängigkeit einer Innenseite eines untertägigen Hohlraums oder einer Innenseite einer bereits zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht hergestellt wird.One aspect of the invention relates to a method for the development of underground cavities, in particular cavities with eruption cross-sections of at least 5 m2, producing at least one deformable layer in the expansion state under the occurrence of rock pressure deformable layer, wherein the deformable layer produced by means of 3D printing and wherein the deformable layer is fabricated in a geometric shape depending on an inside of a downhole cavity or an inside of a previously applied deformable layer.

Typischerweise wird vor dem Herstellen von einer Schicht, insbesondere einer deformierbaren Schicht oder einer Mehrzahl von übereinander gedruckten deformierbaren Schichten, die Innenseite des Hohlraums oder die Innenseite der bereits zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht mittels eines Laserscanners vermessen und das Ergebnis dieser Messung bei der Herstellung der folgenden deformierbaren Schicht verwendet. Auf diese Weise ist eine optimale Dickenanpassung an bestehende Verhältnisse möglich.Typically, prior to making a layer, particularly a deformable layer or a plurality of deformable layers printed on top of each other, the inside of the cavity or the inside of the previously applied deformable layer is measured by means of a laser scanner and the result of this measurement in the manufacture of the following deformable Layer used. In this way, an optimal thickness adaptation to existing conditions is possible.

Die Ausbruchsoberfläche kann vor dem Drucken der erstem deformierbaren Schicht der zumindest einen deformierbaren Schicht versiegelt werden oder unversiegelt belassen werden. Eine Versiegelung, auch Erstversiegelung genannt, kann dem Arbeitsschutz dienen. Durch die Erhöhung der Kohäsion durch die Versiegelung kann bei Ausführungsformen die Oberfläche stabilisiert und das Risiko von Nachbrüchen gesenkt werden. Bei typischen Ausführungsformen wird ein Netz mit eingespritzt, welches als Kopfschutz Vorteile bieten kann.The eruption surface may be sealed or left unsealed prior to printing the first deformable layer of the at least one deformable layer. A seal, also called Erstversiegelung, can serve the occupational safety. By increasing the cohesion through the seal, in embodiments, the surface can be stabilized and the risk of retractions can be reduced. In typical embodiments, a network is injected with which can offer advantages as head protection.

Bei typischen Ausführungsformen werden starre und komprimierbare Schichten kombiniert, beispielsweise im Wechsel angeordnet. Typischerweise werden zunächst auf der Ausbruchsfläche mehrere deformierbare Schichten angeordnet oder gedruckt und anschließend innenseitig eine starre Schicht aufgebracht.In typical embodiments, rigid and compressible layers are combined, for example, interchangeably arranged. Typically, a plurality of deformable layers are first arranged or printed on the excavation surface, and then a rigid layer is applied on the inside.

Zum Drucken wird typischerweise eine 3D Druckeinheit verwendet, welche ein Pumpsystem zum Pumpen des Druckgutes und einen Roboter umfasst, an dessen Arm sich ein Druckkopf befindet mit dem das Druckgut aufgetragen wird.For printing, a 3D printing unit is typically used which comprises a pumping system for pumping the printed matter and a robot, on the arm of which there is a print head with which the print material is applied.

Für beliebige Ausbruchgeometrien können mit typischen Verfahren der Erfindung sowohl deformierbare Schichten mit vorgegebener Ausdehnung und definierten Deformationseigenschaften als auch relativ starre Schichten oder Kombinationen von deformierbaren und starren Schichten auf die Ausbruchsoberfläche, die versiegelt oder unversiegelt sein kann, aufgebracht werden. Die erste Schicht, typischerweise eine deformierbare Schicht, kann sowohl auf versiegelte Ausbruchsoberflächen, z.B. eine Spritzbetonschicht, oder direkt auf den unversiegelten Fels aufgebracht werden. Die Schichten können aus einer oder mehreren Lagen oder Druckschichten bestehen. Eine Lage bezeichnet typischerweise eine Druckschicht. Typische Ausführungsformen können im konventionellen, sequenziellen oder im maschinellen, kontinuierlichen Vortrieb, bspw. mit Tunnelbohrmaschinen, eingesetzt werden.For any breakout geometries, with typical methods of the invention, both deformable layers of given dimension and defined deformation properties as well as relatively rigid layers or combinations of deformable and rigid layers can be applied to the eruption surface, which may be sealed or unsealed. The first layer, typically a deformable layer, may be applied to both sealed breakout surfaces, eg, a shotcrete layer, or directly onto the unsealed rock. The layers may consist of one or more layers or printed layers. A layer typically refers to a print layer. Typical embodiments can be used in conventional, sequential or in machine, continuous propulsion, for example with tunnel boring machines.

Typische Verfahren der Erfindung können mit mobilen oder stationären Druckeinheiten betrieben werden. Die Druckeinheit besteht bei typischen Ausführungsformen unter anderem aus einem Pumpsystem und einem Roboter bzw. Industrieroboter, wobei typische eingesetzte Roboter wenigstens 4, wenigstens 5 oder wenigstens 6 Achsen aufweisen. Der Roboter umfasst einen Arm mit einer Mehrzahl von Freiheitsgraden, bspw. mindestens 5 oder 6, an dessen letztem Element ein Druckkopf angeordnet ist, mit welchem das Druckgut auf die Ausbruchsoberfläche aufgetragen wird. Die Druckeinheit ist typischerweise auf einer Plattform montiert. Bei typischen mobilen Druckeinheiten von Ausführungsformen wird die Plattform mit Raupenlafetten, Radfahrwerken oder schienengebunden bewegt.Typical methods of the invention may be operated with mobile or stationary printing units. Among other things, in typical embodiments, the printing unit consists of a pump system and a robot or industrial robot, with typical robots used having at least 4, at least 5 or at least 6 axes. The robot comprises an arm having a plurality of degrees of freedom, for example at least 5 or 6, on the last element of which a print head is arranged with which the print material is applied to the breakout surface. The printing unit is typically mounted on a platform. In typical mobile printing units of embodiments, the platform is moved with caterpillars, wheeled or rail-mounted.

Bei typischen Verfahren sind die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und plastische Deformierbarkeit einer gedruckten Schicht nicht nur von den Eigenschaften des Druckgutes abhängig. Die mechanischen Eigenschaften werden bei typischen Verfahren auch durch die Wahl der Muster der Druckschichten einer Schicht bestimmt.In typical processes, the mechanical properties such as strength and plastic deformability of a printed layer are not only dependent on the properties of the print material. The mechanical properties are also determined in typical processes by the choice of the patterns of the print layers of a layer.

Die Porosität einer Druckschicht mit Mustern besteht typischerweise einerseits aus den Mikroporen im Druckgut selbst, sowie aus den Makroporen des Musters der Druckschicht. Mit der Variation dieser Doppelporosität lassen sich Schichten in einem sehr grossen Bereich an Deformierbarkeit (bspw. von 0% bis 85%) und Festigkeit (bspw. 0,2 bis 60 MPa) herstellen.The porosity of a printed layer with patterns typically consists, on the one hand, of the micropores in the print material itself and of the macropores of the pattern of the print layer. With the variation of this double porosity, layers can be produced in a very large range of deformability (for example from 0% to 85%) and strength (for example from 0.2 to 60 MPa).

Mit typischen Verfahren kann sowohl die Breite als auch die Stärke einzelner Druckschichten in einem grossen Bereich variiert werden. Dies ermöglicht die Herstellung von glatten oder gleichmäßigen Oberflächen für die Innenschale unabhängig ob sie mit Ortsbeton hergestellt wird oder aus Tübbingsegmenten hergestellt wird. Dies ist insbesondere bei Abzweige- oder Kreuzungsbauwerken mit typischerweise komplexen Oberflächengeometrien vorteilhaft, kann jedoch auch bei geraden Strecken große Vorteile bieten.With typical methods, both the width and the thickness of individual printed layers can be varied within a wide range. This allows the production of smooth or even surfaces for the inner shell, regardless of whether it is made with cast-in-place concrete or is made of segmental segments. This is particularly advantageous in branching or crossing structures with typically complex surface geometries, but can also offer great advantages for straight sections.

Mit typischen Verfahren können vorfabrizierte deformierbare flächenhafte oder linienförmige Elemente mit den hierin beschriebenen Eigenschaften für deformierbare Schichten hergestellt werden. Solche vorfabrizierte Elemente können direkt auf der Ausbruchsfläche angebracht werden oder in Kombination mit Tübbingsegmenten oder Stahlbögen verwendet werden. Die Vorfabrikation kann auch außerhalb des untertätigen Hohlraums, bspw. eines Tunnels, erfolgen.With typical methods, prefabricated deformable sheet or line elements having the deformable layer properties described herein can be made. Such prefabricated elements may be mounted directly on the excavation surface or used in combination with tubing segments or steel arches. The prefabrication can also take place outside the underground cavity, for example a tunnel.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren erläutert, dabei zeigen:

  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, mit welcher typische Verfahren der Erfindung durchgeführt werden können;
  • 2 zeigt schematisch ein Detail der Vorrichtung der 1 genauer beim Durchführen eines typischen Verfahrens;
  • 3 zeigt schematisch ein Detail der Vorrichtung der 1 genauer beim Durchführen eines weiteren typischen Verfahrens;
  • 4 bis 8 zeigen schematisch Muster, welche mit typischen Verfahren der Erfindung herstellbar sind;
  • 9 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm den vereinfacht dargestellten Ablauf eines typischen Verfahrens; und
  • 10 zeigt schematisch verschiedene Kreuzungssituationen von Tunnelquerschnitten.
Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying figures, in which:
  • 1 schematically shows an apparatus with which typical methods of the invention can be carried out;
  • 2 schematically shows a detail of the device of 1 more specifically, when performing a typical procedure;
  • 3 schematically shows a detail of the device of 1 more specifically, when performing another typical method;
  • 4 to 8th schematically show patterns that can be produced with typical methods of the invention;
  • 9 shows in a schematic flow diagram the simplified flow of a typical process; and
  • 10 shows schematically different crossing situations of tunnel cross sections.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Nachfolgend werden typische Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei für gleiche oder ähnliche Teile teilweise gleiche Bezugszeichen verwendet werden, teilweise auch für mehrere verschiedene Ausführungsformen. Grundsätzlich ist die Anmeldung nicht auf die verschiedenen Ausführungsformen beschränkt, der Umfang wird vielmehr durch die Ansprüche bestimmt. Teilweise werden Einzelteile lediglich im Zusammenhang mit einer Figur erläutert, soweit diese Teile in weiteren Figuren dargestellt sind, werden sie nicht unbedingt noch einmal beschrieben.In the following, typical embodiments will be described, wherein for identical or similar parts partially the same reference numerals are used, partly for several different embodiments. In principle, the application is not limited to the various embodiments, but the scope is determined by the claims. In part, individual parts are explained only in connection with a figure, as far as these parts are shown in further figures, they are not necessarily described again.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, mit welcher typische Verfahren der Erfindung durchgeführt werden können. Zum Drucken wird typischerweise eine 3D Druckeinheit 12 verwendet, wie sie schematisch in der 1 dargestellt ist. 1 schematically shows an apparatus with which typical methods of the invention can be performed. For printing typically a 3D printing unit 12 used, as shown schematically in the 1 is shown.

Die Druckeinheit 12 weist ein Pumpsystem 9 zum Pumpen des Druckgutes und einen Roboter 5 auf, an dessen Arm sich ein Druckkopf 7 befindet, mit dem das Druckgut aufgetragen wird. Das Druckgut wird über eine nicht dargestellte Leitung von einem Mischer oder Reservoir zu dem Pumpsystem befördert. The printing unit 12 has a pumping system 9 for pumping the printed matter and a robot 5 on whose arm is a print head 7 is located, with which the printed material is applied. The print material is conveyed via a line, not shown, from a mixer or reservoir to the pumping system.

Weiterhin weist die Druckeinheit 12 einen Scanner 8 auf, welcher als Echtzeit-Scannersystem mit einem Laserscanner ausgebildet ist. Weiterhin umfasst die Druckeinheit ein auf einem Fahrwerk 4 aufgebaute Grundplattform 6, welche den Roboter 5 und einen Steuerrechner 10 mit einer GUI und einer drahtlosen Schnittstelle zum Übertragen von Daten trägt.Furthermore, the printing unit 12 a scanner 8th on, which is designed as a real-time scanner system with a laser scanner. Furthermore, the printing unit comprises a on a chassis 4 built-up ground platform 6 which the robot 5 and a control computer 10 with a GUI and a wireless interface for transferring data.

Mit dem Druckkopf 7 wird das Druckgut auf eine Ausbruchsoberfläche 11 eines Haupttunnels 1, welche eine Innenseite eines untertägigen Hohlraums darstellt, aufgetragen. Das Druckgut kann bei Ausführungsformen an der Ausbruchsfläche 11 unmittelbar auf eine Oberfläche eines Felsgesteins 3 aufgetragen werden.With the printhead 7 the print material is on an eruption surface 11 a main tunnel 1 , which represents an inside of an underground cavity, applied. The print material can in embodiments on the excavation surface 11 directly on a surface of a rock 3 be applied.

In der 1 ist außerdem noch ein Querschlag 2 des Haupttunnels 1 gezeigt, wobei ein Herstellen einer Innenschalung mit der Druckeinheit 12 im Kreuzungsbereich des Haupttunnels 1 mit dem Querschlag 2 besondere Vorteile bieten kann, da eine flexible Anpassung an unterschiedliche Geometrien möglich ist.In the 1 is also a crosscut 2 the main tunnel 1 shown, wherein producing an inner formwork with the printing unit 12 in the crossing area of the main tunnel 1 with the crosscut 2 offers special advantages, since a flexible adaptation to different geometries is possible.

Die 2 zeigt, wie mit der Druckeinheit 12 des Ausführungsbeispiels der 1 Druckschichten 16, 17 und 18 variabler Dicke erzeugt werden. Die Ausbruchsoberfläche 11 weist eine unregelmäßige Kontur auf.The 2 shows how with the printing unit 12 of the embodiment of 1 printed layers 16 . 17 and 18 variable thickness can be generated. The breakout surface 11 has an irregular contour.

Beispielsweise um eine gleichmäßige Innenschale für einen gleichmäßigen Tunnelquerschnitt herstellen zu können, können Unregelmäßigkeiten der Ausbruchsoberfläche mit erfindungsgemäßen Verfahren oder typischen 3D Druckeinheiten automatisiert ausgeglichen werden. Typische Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise typische 3D Druckeinheiten umfassen einen Druckkopf mit einer Dickenansteuerung. Die Dickensteuerung umfasst beispielsweise eine Klappe oder eine Blende an dem Druckkopf der 3D Druckeinheit. Die Dickensteuerung ist dazu eingerichtet, eine Dicke der gedruckten Schicht zu beeinflussen. Typische Ausführungsformen von 3D Druckeinheiten umfassen eine Fördermengensteuerung oder eine Geschwindigkeitssteuerung. Die Fördermengensteuerung, die Dickensteuerung oder die Geschwindigkeitssteuerung werden einzeln oder gemeinsam bei typischen Verfahren der Erfindung dazu eingesetzt, die Menge des aufgebrachten Druckmaterials oder die Dicke einer Druckschicht anzupassen.For example, in order to be able to produce a uniform inner shell for a uniform tunnel cross-section, irregularities of the outbreak surface can be compensated for automatically using methods according to the invention or typical 3D printing units. Typical embodiments of the invention, for example typical 3D printing units, include a print head with a thickness driver. The thickness control includes, for example, a flap or aperture on the print head of the 3D printing unit. The thickness control is adapted to affect a thickness of the printed layer. Typical embodiments of 3D printing units include delivery rate control or speed control. The delivery amount control, the thickness control, or the speed control are used individually or jointly in typical methods of the invention to adjust the amount of printed material applied or the thickness of a print layer.

Die Druckschichten 16, 17 und 18 der 2 sind Lagen einer deformierbaren Schicht mit einer Festigkeit in diesem Beispiel von 1,5 MPa und einer Deformierbarkeit von 50%. Durch die Dickenanpassung der Druckschichten 16, 17 und 18 gleicht die so entstandene Schicht die Unregelmäßigkeiten der Ausbruchsfläche nahezu vollständig aus. Durch Aufbringen einer weiteren Schicht mit variablen Dicken der einzelnen Druckschichten der weiteren Schicht ist eine weitere Vergleichmäßigung erreichbar.The print layers 16 . 17 and 18 of the 2 are layers of a deformable layer having a strength in this example of 1.5 MPa and a deformability of 50%. Due to the thickness adaptation of the print layers 16 . 17 and 18 The resulting layer almost completely compensates for the irregularities of the eruption surface. By applying a further layer with variable thicknesses of the individual printed layers of the further layer, a further homogenization can be achieved.

In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mehrschichtigen Tunneleinbaus gezeigt, welcher mit typischen Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung herstellbar ist. Auf eine Ausbruchsfläche 11 wurden bei diesem Beispiel im Gegensatz zu dem Beispiel der 2 zunächst mehrere nicht deformierbare, zum Ausgleich vorgesehene, Schichten 16 - 19 aufgebracht. Die Schichten 16 - 19 weisen eine Festigkeit von 30 MPa und zumindest im Wesentlichen keine Deformierbarkeit auf und dienen dazu, Unregelmäßigkeiten der Ausbruchsfläche 11 auszugleichen.In the 3 another embodiment of a multi-layer tunneling installation is shown, which can be produced with typical methods and devices of the invention. On an outbreak area 11 were in this example in contrast to the example of 2 first several non-deformable, provided for compensation, layers 16 - 19 applied. The layers 16 - 19 have a strength of 30 MPa and at least substantially no deformability and serve to irregularities of the excavated surface 11 compensate.

Die Schichten 16 - 19 des Ausführungsbeispiels der 3 sind jeweils zumindest im Wesentlichen ähnlich dick, allerdings werden wie in der 3 schematisch dargestellt nicht alle Schichten an jeder Stelle aufgetragen, um einen Höhenausgleich zu erreichen. Auf diese Weise kann, jedoch nicht zwingend, mit einem Druckkopf gearbeitet werden, welcher keine mechanische Dickensteuerung am Druckkopf aufweist.The layers 16 - 19 of the embodiment of 3 are each at least substantially similar in thickness, however, as in the 3 shown schematically not all layers applied at each point to achieve height compensation. In this way, but not necessarily, to work with a printhead, which has no mechanical thickness control on the print head.

Auf die letzte Schicht 19 wurden bereits vier hochgradig deformierbare Schichten 21 - 24 aufgetragen, welche eine Festigkeit von lediglich 1,5 MPa und eine Deformierbarkeit von 70% aufweisen. Die hohe Deformierbarkeit wird durch Makro- und Mikroporen in den hochgradig deformierbaren Schichten 21 - 24 erreicht.On the last layer 19 already four highly deformable layers 21 - 24 applied, which have a strength of only 1.5 MPa and a deformability of 70%. The high deformability is due to macropores and micropores in the highly deformable layers 21 - 24 reached.

Typische Ausführungsbeispiele umfassen Kombinationen von deformierbaren Schichten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Beispielweise können außen liegende Ausgleichs-Schichten eine geringere oder höhere Deformierbarkeit als weiter innen liegende Schichten aufweisen.Typical embodiments include combinations of deformable layers having different material properties. For example, external compensation layers may have a lower or higher deformability than further inner layers.

Als abschließende Schicht wird eine starre Schicht 25 auf die innerste hochgradig deformierbare Schicht 24 aufgebracht. Die starre Schicht 25 weist eine Festigkeit von 30 MPa und eine Deformierbarkeit von weniger als 5% auf oder ist im Wesentlichen nicht deformierbar.The final layer is a rigid layer 25 on the innermost highly deformable layer 24 applied. The rigid layer 25 has a tenacity of 30 MPa and a deformability of less than 5%, or is substantially non-deformable.

In der 4 ist gezeigt, wie das Druckmuster eines Teil einer aufgebrachten Druckschicht bei typischen Verfahren aussehen kann. Die Druckschicht der 4 wird mit einem vergleichsweise einfachen parallelen Druckmuster mehrerer Druckschlangen 32 erstellt. Die Druckschlangen 32 werden parallel in einem Zug mit einer typischen Druckeinheit gedruckt, wobei am Ende einer Geraden eine Wende 33 vorgenommen wird. Es entstehen kaum oder keine Makroporen in der Schicht, welche mehrere Druckschichten entsprechend der 4 umfasst, insbesondere können Makroporen durch Versetzen der einzelnen, übereinander angeordneten Bahnen um eine halbe Bahnbreite vermieden werden. Das Muster der 4 eignet sich insbesondere für starre aber auch für deformierbare Schichten mit lediglich geringer Deformierbarkeit.In the 4 It shows how the print pattern of part of an applied print layer can look like in typical processes. The print layer of 4 comes with a comparatively simple one parallel print pattern of several print lines 32 created. The printed snakes 32 are printed in parallel in one go with a typical printing unit, with a turn at the end of a straight line 33 is made. There are hardly or no macropores in the layer, which several layers of pressure according to the 4 In particular, macropores can be avoided by displacing the individual, superimposed webs by half a web width. The pattern of 4 is particularly suitable for rigid but also for deformable layers with only little deformability.

In der 5 ist ein weiteres Druckmuster, welches mit typischen Verfahren, herstellbar ist, gezeigt. Das Druckmuster der 5 umfasst einzelnen Druckschlangen 32, welche geringfügig mäandrieren, so dass kleine Zwischenräume 36 entstehen, welche in der fertigen Schicht mit mehreren Druckschichten entsprechend dem Druckmuster der 5 sich zu Makroporen ausbilden.In the 5 is another printing pattern which can be produced by typical methods. The print pattern of 5 includes individual printed snakes 32 which meander slightly, leaving little gaps 36 arise in the finished layer with multiple print layers corresponding to the printing pattern of 5 to form macropores.

In der 6 ist ein Druckmuster mit stärker mäandrierenden Druckschlangen 32 gezeigt, so dass große Zwischenräume 37 entstehen. Hinzu kommt, dass übereinanderliegende Druckschichten mit unversetztem und identischem Muster (einfache Stapelung) gedruckt werden, so liegt die Druckschlange 38 der nachfolgenden Druckschicht genau über der Druckschlange 32 der ersten Druckschicht. Beide Druckschichten sind wie bei allen 4 bis 8 lediglich schematisch ausschnittsweise dargestellt.In the 6 is a print pattern with more meandering print snakes 32 shown, leaving large gaps 37 arise. In addition, superimposed print layers are printed with unaltered and identical pattern (simple stacking), so is the print queue 38 the subsequent print layer just above the print queue 32 the first print layer. Both print layers are like all 4 to 8th only schematically shown in fragmentary form.

In der 7 ist ein Druckmuster gezeigt, welches ähnliche oder identische Druckschlangen 32 und 38 wie das Druckmuster der 6 verwendet, allerdings werden die Druckschichten 32 und 38 versetzt angeordnet (versetzte Stapelung). Es kommt zu sehr großen Zwischenräumen, welche eine große Deformierbarkeit sicherstellen.In the 7 a printing pattern is shown which has similar or identical printing lines 32 and 38 like the print pattern of the 6 used, however, the print layers 32 and 38 staggered (staggered stacking). It comes to very large gaps, which ensure a great deformability.

In der 8 ist ein Druckmuster gezeigt, welches ähnliche oder identische Druckschlangen 32 und 38 wie die Druckmuster der 6 und 7 verwendet, allerdings werden die Druckschichten 32 und 38 um 90° gedreht angeordnet (versetzte und gekreuzte Stapelung). Es kommt zu großen Zwischenräumen, welche eine große Deformierbarkeit sicherstellen, wobei jedoch eine vergleichsweise noch hohe Festigkeit erreichbar ist.In the 8th a printing pattern is shown which has similar or identical printing lines 32 and 38 like the print patterns of 6 and 7 used, however, the print layers 32 and 38 rotated by 90 ° (staggered and crossed stacking). There are large gaps, which ensure a large deformability, but a comparatively high strength can be achieved.

Ein typisches Verfahren der Erfindung ist in der 9 schematisch gezeigt. Das Verfahren kann verwendet werden, um eine Mehrzahl von Schichten, insbesondere mehrere deformierbare Schichten und eventuell mindestens eine starre Schicht, zu erstellen. Bei dem Verfahren können weitere hierin beschriebene typische Merkmale Verwendung finden.A typical method of the invention is in 9 shown schematically. The method can be used to create a plurality of layers, in particular a plurality of deformable layers and possibly at least one rigid layer. The method may use other typical features described herein.

Neben den mit 3D Druck herstellbaren Druckmustern der 4 - 8 können zahlreiche weitere Druckmuster verwendet werden. Insbesondere sind die Druckmuster mit Druckgut herstellbar, welches Mikroporen aufweist. So ist beispielsweise das Druckmuster der 8 gut mit Mikroporen kombinierbar, um bei einer annehmbaren Festigkeit die Deformierbarkeit weiter zu erhöhen.In addition to the 3D printing produced print patterns of 4 - 8th Many other print patterns can be used. In particular, the print pattern can be produced with print material having micropores. For example, the print pattern is the 8th can be combined well with micropores to further increase deformability with acceptable strength.

Zunächst erfolgt in einem Block 110 eine Positionierung der Druckeinheit mittels konventioneller Vermessung oder durch Positionserkennung anhand von zuvor installierten Referenzpunkten. In einem Block 120 erfasst ein Echtzeit-Scannersystem die Geometrie der Ausbruchsoberfläche oder von zuvor mittels Drucken bereits aufgetragener deformierbarer oder starrer Schichten. Das Echtzeit-Scannersystem kann mit einem zentralen Laserscanner oder auch mit einem System aus verschiedenen Scanmodulen realisiert werden.First, in a block 110 a positioning of the printing unit by means of conventional measurement or by position recognition on the basis of previously installed reference points. In a block 120 For example, a real-time scanner system captures the geometry of the eruption surface or deformable or rigid layers previously applied by printing. The real-time scanner system can be realized with a central laser scanner or with a system of different scanning modules.

In einem Block 130 erfolgen eine Erfassung des Istzustandes und eine Planung des folgenden Ausbaus, typischerweise der nun folgenden aufzubringen deformierbaren oder starren Schicht, wobei ein dreidimensionales virtuelles Modell der Ausbruchsgeometrie mit den Scannerdaten erstellt wird. In dieses Modell wird der gewünschte Tunnelausbau, d.h. die nächste zu erstellende deformierbare Schicht und starre Schichte integriert. Dabei werden auch die Anordnung, die Dimension und die Eigenschaften der einzelnen Druckschichten für die nächste zu erstellende Schicht definiert.In a block 130 a detection of the actual state and a planning of the subsequent development, typically the subsequent deformable or rigid layer, are applied, whereby a three-dimensional virtual model of the outbreak geometry is created with the scanner data. In this model, the desired tunneling, ie the next deformable layer and rigid layer to be created is integrated. It also defines the order, dimension and properties of the individual print layers for the next layer to be created.

Nach einer Verifizierung des geplanten Ausbaus durch einen Benutzer in Block 140 wird das Druckprogramm entsprechend der Vorgaben aus dem Block 130 erstellt und das Druckgut wird vorbereitet. In einem Block 150 werden die verschiedenen Schichten auf die Ausbruchoberfläche aufgebracht. Der Druckkopf bringt entweder einen zement- oder kunststoffbasierten Mörtel streifenweise in Lagen auf die Oberfläche auf. Mit schnellerhärtendem Mörtel kann auch über Kopf appliziert werden.After a verification of the planned expansion by a user in block 140 the print program will follow the instructions in the block 130 created and the printing material is prepared. In a block 150 The different layers are applied to the eruption surface. The printhead applies either a cement or plastic-based mortar in layers to the surface in layers. Quick-setting mortar can also be applied overhead.

Das dreidimensionale Modell wird in einem Block 160 mit erfassten Scannerdaten aktualisiert und mit dem Sollmodell des Ausbaus in Block 170 verglichen.The three-dimensional model is in a block 160 updated with acquired scanner data and with the target model of the expansion in block 170 compared.

Wird in einem Block 170 festgestellt, dass die jeweilige Schicht bereits fertig ist, springt das Verfahren zu Block 180, in welchem überprüft wird, ob noch eine Schicht zu drucken ist. Ist dies der Fall, springt das Verfahren zu Block 130, in welchem dann die nächste Schicht, eine deformierbare oder eine starre Schicht, geplant wird.Will be in a block 170 Having determined that the particular layer is already finished, the process jumps to block 180 in which it is checked whether there is still a layer to print. If so, the procedure jumps to block 130 in which the next layer, a deformable or a rigid layer, is then planned.

Wird im Block 170 hingegen festgestellt, dass die derzeit hergestellte Schicht noch nicht fertig gestellt ist, springt das Verfahren zum Block 150 zurück, so dass mit dem aktualisierten Modell das weitere Drucken erfolgt. Bei typischen Ausführungsformen wird eine gerade in Block 150 gedruckte Druckschicht sofort im Schritt 160 erfasst und im Modell dargestellt und beeinflusst somit das Drucken der nächsten Druckschicht der jeweils gerade in Druck befindlichen deformierbaren oder starren Schicht.Will be in the block 170 however, found that the currently produced layer is not ready yet is set, the method jumps to the block 150 back, so that the updated model is used for further printing. In typical embodiments, a straight into block 150 printed print layer immediately in step 160 recorded and modeled and thus affects the printing of the next printing layer of the currently in-pressure deformable or rigid layer.

Falls in Block 180 festgestellt wird, dass alle Schichten gedruckt sind, wird das Verfahren in Block 190 beendet.If in block 180 If it is determined that all layers are printed, the process is in block 190 completed.

In der 10 sind zur Erläuterung Kreuzungssituationen jeweils eines Haupttunnels 1 mit jeweils einem Querschlag 2 in einer schematischen Schnittansicht von oben gezeigt. Die linke Abbildung zeigt ein Abzweigebauwerk, mit welchem der Querschlag 2 von dem Hauptschlag 1 abzweigt. In der rechten Abbildung der 10 ist eine Nische mit einem Ansatz 50 für zukünftige Erweiterungen gezeigt. Insbesondere bei nicht kreisförmigen Tunnelquerschnitten kommt es in solchen Kreuzungsbereichen zu komplexen Geometrien, welche beim Tunnelausbau zu berücksichtigen sind. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen lassen sich angepasste Segmente für solche Geometrien flexibel erstellen.In the 10 are for explanation intersection situations each one main tunnel 1 each with a crosscut 2 shown in a schematic sectional view from above. The left figure shows a branch structure, with which the cross beat 2 from the main beat 1 branches. In the right picture of the 10 is a niche with an approach 50 shown for future extensions. Particularly in the case of non-circular tunnel cross sections, complex geometries occur in such intersections, which have to be taken into account during tunnel construction. With the methods and devices according to the invention, customized segments for such geometries can be created flexibly.

Die Erfindung ist nicht auf vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird vielmehr von den Ansprüchen definiert.The invention is not limited to the embodiments described above. The scope of the invention is defined by the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0557269 A1 [0013]EP 0557269 A1 [0013]
  • EP 3147269 A1 [0014]EP 3147269 A1

Claims (16)

Verfahren zum Ausbau von Hohlräumen (1, 2) unter Tage, insbesondere von Hohlräumen (1, 2) mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 Quadratmetern, mit - Herstellen zumindest einer im Ausbauzustand unter Auftreten von Gebirgsdruck geplant deformierbaren Schicht (16 - 19; 21 - 24) an einer Innenseite (11) eines untertägigen Hohlraums (1, 2), - wobei die deformierbare Schicht mittels 3D-Druck hergestellt wird.Method for the expansion of cavities (1, 2) underground, in particular of cavities (1, 2) with excavation cross-sections of at least 5 square meters, with Producing at least one layer (16 - 19, 21 - 24) which is intended to be deformed under the appearance of rock pressure in the expansion state on an inner side (11) of an underground cavity (1, 2), - The deformable layer is produced by means of 3D printing. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zusätzlich eine starre Schicht (25) radial innerhalb der zumindest einen deformierbaren (16 - 19; 21 - 24) Schicht hergestellt wird.Method according to Claim 1 In addition, wherein a rigid layer (25) is produced radially within the at least one deformable (16-19, 21-24) layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die deformierbare Schicht (16 - 19; 21 - 24) mit Mikroporen hergestellt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the deformable layer (16-19; 21-24) is made with micropores. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Mikroporen in der deformierbaren Schicht (16 - 19; 21 - 24) durch Zugabe von porenhaltigem Granulat, Schaumbildner und/oder Schaum in ein Druckgut, welches bei dem 3D-Druck zur Herstellung der deformierbaren Schicht (16 - 19; 21 - 24) verwendet wird, erzeugt werden.Method according to Claim 3 wherein the micropores in the deformable layer (16-19; 21-24) are formed by adding porous granules, foaming agents and / or foam to a print material which is used in the 3D printing to produce the deformable layer (16-19; 24) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die deformierbare Schicht (16 - 19; 21 - 24) mit Makroporen hergestellt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the deformable layer (16-19; 21-24) is made with macropores. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Makroporen in der deformierbaren Schicht hergestellt werden, indem während des 3D-Drucks Aussparungen (36) in ausgewählten Druckschichten vorgesehen werden.Method according to Claim 5 wherein the macropores are formed in the deformable layer by providing recesses (36) in selected printed layers during 3D printing. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das für den 3D-Druck verwendete Druckgut Zement und/oder Kunststoff umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the printing material used for the 3D printing comprises cement and / or plastic. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor und/oder während dem Aufbringen einer weiteren deformierbaren Schicht (17 - 19, 21 - 24) die Innenseite einer bereits zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht (16 - 19, 21 - 23) mittels eines Laserscanners (8) vermessen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein before and / or during the application of a further deformable layer (17-19, 21-24) the inside of a previously applied deformable layer (16-19, 21-23) is detected by means of a laser scanner (8 ) is measured. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Dicke der weiteren deformierbaren Schicht (17 - 19, 21 - 24) in Abhängigkeit der vermessenen Innenseite der zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht (16 - 19, 21 - 23) angepasst wird.Method according to Claim 8 in that the thickness of the further deformable layer (17-19, 21-24) is adjusted as a function of the measured inside of the previously applied deformable layer (16-19, 21-23). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine deformierbare Schicht (16 - 19, 21 - 24) eine Stärke von mindestens 5 mm und/oder höchstens 800 mm aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one deformable layer (16-19, 21-24) has a thickness of at least 5 mm and / or at most 800 mm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine deformierbare Schicht eine Festigkeit von mindestens 0,1 MPa und/oder höchstens 60 MPa aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one deformable layer has a strength of at least 0.1 MPa and / or at most 60 MPa. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine deformierbare Schicht (16 - 19, 21 - 24) eine Deformierbarkeit von mindestens 20% und/oder höchstens 80% aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one deformable layer (16-19, 21-24) has a deformability of at least 20% and / or at most 80%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine deformierbare Schicht (16 - 19, 21 - 24) und/oder die zumindest eine starre Schicht (25) in Abhängigkeit von Referenzpunkten hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one deformable layer (16-19, 21-24) and / or the at least one rigid layer (25) is produced as a function of reference points. Verfahren zum Ausbau von Hohlräumen (1, 2) unter Tage, insbesondere von Hohlräumen (1, 2) mit Ausbruchs-Querschnitten von mindestens 5 Quadratmetern, mit - Herstellen zumindest einer im Ausbauzustand unter Auftreten von Gebirgsdruck geplant deformierbaren Schicht (16 - 19, 21 - 24), - wobei die deformierbare Schicht (16 - 19, 21 - 24) mittels 3D-Druck hergestellt wird, und - wobei die deformierbare Schicht (16 - 19, 21 - 24) in einer geometrischen Form in Abhängigkeit einer Innenseite (11) eines untertägigen Hohlraums (1, 2) oder einer Innenseite einer bereits zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht (16 - 19, 21 - 23) hergestellt wird.Method for the expansion of cavities (1, 2) underground, in particular of cavities (1, 2) with excavation cross-sections of at least 5 square meters, with Producing at least one layer (16-19, 21-24) which is intended to be deformed under the occurrence of rock pressure in the expansion state, - wherein the deformable layer (16 - 19, 21 - 24) is produced by means of 3D printing, and - wherein the deformable layer (16-19, 21-24) in a geometric shape in dependence on an inner side (11) of an underground cavity (1, 2) or an inner side of a previously applied deformable layer (16-19, 21-23 ) will be produced. Verfahren nach Anspruch 14, wobei vor dem Herstellen der deformierbaren (16 - 19, 21 - 24) Schicht die Innenseite (11) des Hohlraums (1, 2) oder die Innenseite der bereits zuvor aufgetragenen deformierbaren Schicht (16 - 19, 21 - 23) mittels eines Laserscanners vermessen wird und das Ergebnis dieser Messung bei der Herstellung der deformierbaren Schicht (17 - 19, 21 - 24) verwendet wird.Method according to Claim 14 in which, prior to the production of the deformable (16-19, 21-24) layer, the inside (11) of the cavity (1, 2) or the inside of the previously applied deformable layer (16-19, 21-23) are laser scanned is measured and the result of this measurement is used in the production of the deformable layer (17-19, 21-24). Vorrichtung, insbesondere 3D Druckeinheit (12), eingerichtet, um zumindest eines der Verfahren der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.Device, in particular 3D printing unit (12), adapted to at least one of the methods of Claims 1 to 15 perform.
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