DE1141307B

DE1141307B - Tunnel boring machine

Info

Publication number: DE1141307B
Application number: DEE18025A
Authority: DE
Inventors: Norman Duncan Pirrie; Gustav Wolfgang Amann; Reginald John Woolgar
Original assignee: Economic Foundations Ltd
Current assignee: Economic Foundations Ltd
Priority date: 1959-07-28
Filing date: 1959-07-28
Publication date: 1962-12-20

Description

Tunnelbohrmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Tunnelbohrmaschine mit einem rotierenden Schneidkopf, der mit einem oder mehreren die Ortsbrust angreifenden Messern versehen ist und ein oder mehrere über den Umfang des Schneidkopfes hervorragende Messer zur Bearbeitung der Tunnelwandung aufweist.Tunnel boring machine The invention relates to a tunnel boring machine with a rotating cutting head that engages with one or more of the face Knives is provided and one or more outstanding over the circumference of the cutting head Has knife for processing the tunnel wall.

Von den bisher bekannten Tunnelbohrmaschinen dieser Art unterscheidet sich die Tunnelbohrmaschine nach der Erfindung dadurch, daß das bzw. die die Tunnelwandung bearbeitenden Messer radial zur Rotationsachse des Schneidkopfes im Schneidkopf verschiebbar gelagert sind und daß Mittel angeordnet sind, um ein zyklisches Vor- und Zurückbewegen dieser Messer während der Rotation des Schneidkopfes zu bewirken.It differs from the previously known tunnel boring machines of this type the tunnel boring machine according to the invention is characterized in that the or the tunnel wall processing knife radially to the axis of rotation of the cutting head in the cutting head are displaceably mounted and that means are arranged to provide a cyclical and causing said knives to move back during rotation of the cutting head.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist am Maschinenrahmen der Tunnelbohrmaschine eine feststehende Kurvenscheibe angeordnet, auf deren Kurvenbahn bei Rotation des Schneidkopfes Taster gleiten, die mit den die Tunnelwandung bearbeitenden Messern verbunden sind und entsprechend der Form der Kurvenbahn die zykliche Vor-und Zurückziehbewegung dieser Messer bewirken.In a preferred embodiment according to the invention is on the machine frame the tunnel boring machine has a fixed cam disc arranged on its cam track When the cutting head rotates, feelers slide that work with the tunnel wall Knives are connected and according to the shape of the curved path the zykliche front and back Cause retraction movement of these knives.

Dadurch, daß die Schneidmesser radial vor- und zurückbewegbar sind, ergibt sich der Vorteil, daß auch Tunnel von unrundem Querschnitt hergestellt werden können. So kann z. B. der obere Teil des Tunnels einen größeren Querschnitt erhalten, um den Widerstand bei der Vorwärtsbewegung der Maschine herabzusetzen. Ferner können an vorbestimmten Stellen leicht Änderungen der Richtung des Tunnelumfanges entweder nach links oder rechts oder nach oben oder unten erfolgen. Dadurch, daß zum Erzeugen der Radialbewegungen der Messer eine- -feststehendeKurvenscheibe verwendetwird, ergibt sich der Vorteil, daß, wenn eine Änderung des Tunnelprofils erwünscht ist, diese Änderung leicht durch Auswechseln der Kurvenscheibe herbeigeführt werden kann.Because the cutting blades can be moved radially back and forth, there is the advantage that tunnels with a non-circular cross-section can also be produced can. So z. B. the upper part of the tunnel will have a larger cross-section, to reduce the resistance when moving the machine forward. Furthermore can Either slightly changes in the direction of the tunnel circumference at predetermined points left or right or up or down. By the fact that to generate a fixed cam disc is used for the radial movements of the knives, there is the advantage that if a change in the tunnel profile is desired, this change can easily be brought about by replacing the cam.

Nachstehend ist an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Tunnel mit darin befindlicher Tunnelbohrmaschine, Fig.2 einen horizontalen Tunnellängsschnitt mit Tunnelbohrmaschine, Fig. 3 eine Ansicht der Tunnelbohrmaschine in Richtung der Pfeile 3-3 in der Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 1, Fig.5 einen Schnitt durch den Schneidkopf, der ein am Umfang vorstehendes Schneidmesser erkennen läßt, und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in der Fig. 5.The following is an exemplary embodiment of the drawing with reference to the drawing Invention explained. In the drawing, Fig. 1 shows a vertical longitudinal section through a tunnel with a tunnel boring machine located in it, FIG. 2 a horizontal one Tunnel longitudinal section with tunnel boring machine, FIG. 3 is a view of the tunnel boring machine in the direction of arrows 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 shows a cross section along the line 4-4 in Fig. 1, Fig.5 shows a section through the cutting head, the one on the circumference protruding cutting knife can be seen, and FIG. 6 shows a section along the line 6-6 in Fig. 5.

Die im Beispiel dargestellte Maschine dient zum Bohren von Tunneln in den verschiedensten Bodenformationen einschließlich Ton.The machine shown in the example is used to drill tunnels in a wide variety of soil formations including clay.

Die Maschine enthält einen Schneidkopf 20, der auf einer drehbaren Welle 21 sitzt, welche in Lagern in einem Gehäuse 22 ruht. Der Schneidkopf 20 weist vier I-förmige Träger 24 auf, die annähernd radial von einer mittleren Nabe 25 ausgehen und mit einem Ring 26 aus Blech verbunden sind. An der Vorderseite des Kopfes sind an den in Drehrichtung vorn liegenden Kanten der Träger 24 Sektorplatten 28 befestigt und mit dem Ring 26 verschweißt. Die in Drehrichtung vorn liegenden radialen Kanten 30 der Platten 28 sind durch Winkeleisen 29 versteift und mit den vorhergehenden Trägern 24 durch Knotenbleche 31 verbunden (Fig. 6). Die Fig. 3 zeigt jeweils zwei solcher Knotenbleche. Es können aber auch mehr vorgesehen werden, falls dieses erwünscht ist. Sie können in Abständen über die ganze Länge jedes Trägers 24 verteilt sein. An den Knotenblechen sind mittels Winkelteile 32 (Fig. 6) radiale Schneidmesser 34 befestigt. Die Messer 34 sind mittels Beilagen 35 verschiedener Dicke verstellbar. Wie die Fig. 3 zeigt, sind abwechselnd zu zwei nahe dem Umfang angeordneten Schneidmessern zwei Schneidrnesser nahe der Mitte vorgesehen. Falls erwünscht, können sich alle Schneidmesser von einer Stelle nahe der Mitte bis zum Umfang erstrecken. Der Kopf ist hinter den Messern 34 und den Platten 28 offen.The machine includes a cutting head 20 which is seated on a rotatable shaft 21 which rests in bearings in a housing 22. The cutting head 20 has four I-shaped supports 24 which extend approximately radially from a central hub 25 and are connected to a ring 26 made of sheet metal. On the front of the head, sector plates 28 are attached to the front edges in the direction of rotation of the carrier 24 and are welded to the ring 26. The radial edges 30 of the plates 28 lying at the front in the direction of rotation are stiffened by angle iron 29 and connected to the preceding girders 24 by gusset plates 31 (FIG. 6). Fig. 3 shows two such gusset plates. But more can be provided if this is desired. They can be distributed over the entire length of each carrier 24 at intervals. Radial cutting blades 34 are attached to the gusset plates by means of angle parts 32 (FIG. 6). The knives 34 are adjustable by means of shims 35 of different thicknesses. As FIG. 3 shows, two cutting knives are alternately provided near the center for two cutting knives arranged close to the circumference. If desired, all of the cutting blades can extend from near the center to the periphery. The head is open behind the knives 34 and the plates 28.

Die innere oder Hinterkante des Ringes 26 ist bei 26a nach innen gebogen. Dadurch wird ein ringförmiger Trog gebildet, der durch Zwischenwände 36 in mehrere Becher unterteilt ist, in. die das von den Messern 34 bei der Drehbewegung abgeschnittene Material fällt. Es wird dann. durch die Becher gehoben und in eine Gummirutsche oder einen Trichter 39 befördert, von dem es auf einen Bandförderer 48 gelangt. Dieser befördert das Material zu den Wagen oder Kippern 49. Das hintere Ende des Förderers kann durch eine nicht dargestellte Stütze getragen werden. Die Zwischenwände 36 können derart gestaltet sein, daß die Becher nicht entladen werden, bis sie über dem Trichter 39 sind. Die Wagen können durch einen zweiten Förderer ersetzt werden, falls dieses erwünscht ist.The inner or trailing edge of the ring 26 is bent inwardly at 26a. As a result, an annular trough is formed, which is divided into several beakers by partition walls 36, into which the material cut off by the knives 34 during the rotary movement falls. It will then. lifted through the cups and conveyed into a rubber chute or funnel 39, from which it arrives at a belt conveyor 48. This conveys the material to the trolleys or dump trucks 49. The rear end of the conveyor can be supported by a support, not shown. The partitions 36 can be designed so that the cups are not discharged until they are over the funnel 39. The carriages can be replaced with a second conveyor if this is desired.

Das vordere Ende der Welle 21 ist als Spitze oder Dorn 21 a ausgebildet. Dieser Dorn kann mit kurzen, nicht dargestellten radialen Schneidmessern ausgerüstet sein, um den mittleren Teil oder Kern des Tunnels auszubohren.The front end of the shaft 21 is designed as a point or mandrel 21 a. This mandrel can be equipped with short radial cutting blades, not shown be to drill out the middle part or core of the tunnel.

Über den Umfang des Schneidkopfes 20 stehen vier im. Querschnitt winkelförmige Messer 40 vor, die zum Vergrößern der Bohrung um den Schneidkopf herum dienen. Das abgeschnittene Material fällt entlang der Messer 40 in das Innere des Schneidkopfes, z. B. in die Becher.There are four in the circumference of the cutting head 20. Cross-section of angular knives 40 , which are used to enlarge the bore around the cutting head. The cut material falls along the knife 40 into the interior of the cutting head, e.g. B. in the cups.

Die Messer 40 können während der Drehbewegung des Schneidkopfes zyklisch radial nach innen und außen bewegt werden, um bestimmte Umfangsteile der Bohrung gegenüber den anderen zu vergrößern. So kann, der obere Teil der Bohrung auf diese Weise einen größeren Durchmesser erhalten als der untere und dadurch der Widerstand gegen die Bewegung der Maschine verringert und Richtungsänderungen derselben erleichtert werden.The knives 40 can be moved radially inward and outward cyclically during the rotary movement of the cutting head in order to enlarge certain circumferential parts of the bore with respect to the others. In this way, the upper part of the bore can be given a larger diameter than the lower one, and thereby the resistance to the movement of the machine can be reduced and changes in direction thereof can be made easier.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Konstruktion, die eine derartige radiale Bewegung der Messer 40 nach innen und außen ermöglicht. Das Messer 40 sitzt hier an einer Stange 41, die radial beweglich geführt ist. In, der Nähe des inneren Endes der Stange 44 sitzt einArm 42, der schwenkbar am Rahmen des Schneidkopfes befestigt ist und einen Bolzen 43 trägt, welcher gegen das innere Ende der Stange 41 liegt. Eine Rolle 44, die an dem Arm 42 gelagert ist, läuft auf einer feststehenden Kurvenscheibe 45, die derart ausgebildet ist, daß der auf der Stange 41 einwirkende Arm 42 mittels der Rolle 44 so geschwenkt wird, daß das Messer 40 auf den obenliegenden 180° des Drehkreises des Sehneidkopfes weiter hervorsteht als auf dem übrigen, unteniiegenden Teil des Drehkreises. Die nach innen gerichtete Bewegung des Messers wird durch eine Feder 46 bewirkt.FIGS. 5 and 6 show a construction which enables such radial movement of the knives 40 inwards and outwards. The knife 40 is seated here on a rod 41 which is guided in a radially movable manner. In, near the inner end of the rod 44 sits an arm 42 which is pivotally attached to the frame of the cutting head and carries a bolt 43 which lies against the inner end of the rod 41. A roller 44, which is mounted on the arm 42, runs on a stationary cam disk 45 which is designed such that the arm 42 acting on the rod 41 is pivoted by means of the roller 44 so that the knife 40 to the overhead 180 ° of the turning circle of the cutting head protrudes further than on the rest of the lower part of the turning circle. The inward movement of the knife is effected by a spring 46.

Hinter dem Schneidkopf 20 befindet sich ein Vertriebsschild 50, der ihn teilweise umgibt und eine verstärkte Führungskante 50 a hat. In dem Schild befindet sich ein Rahmen 52, der eine Plattform 53 bildet, auf der der Antrieb für Schneidkopf und andere Hilfsmittel befestigt sind inklusive einer hydraulischen Pumpe nebst Motor und einem Antriebsmotor für den Förderer 48. Das Gehäuse 22, in dem der Schneidkapf gelagert ist, ist vor- und rückwärts verschiebbar am vorderen Ende 54 eines Trägers angeordnet, der einen Teil des Rahmens 52 bildet. Zur Ausübung der Vor- und Rückwärtsbewegungen ist eine doppeltwirkende hydraulische Vortriebsvorrichtung 55 vorgesehen. Zum Arbeiten wird der Schneidkopf vorgeschoben, so daß er in die dargestellte Lage zurückgezogen werden kann, wenn, er auf einen Widerstand trifft oder aus irgendeinem anderen Grunde, wie z. B. wenn der Schneidkopf leer laufen soll, um eine überlastung des Motors zu verhindern. Das hintere Ende der Welle 21 hat quadratischen Querschnitt und ist axial verschiebbar in seinem Antriebszahnrad 56 gelagert. Der Förderer bewegt sich mit dem Schneidkopf.Behind the cutting head 20 there is a sales sign 50 which partially surrounds it and has a reinforced leading edge 50 a . In the shield there is a frame 52 which forms a platform 53 on which the drive for the cutting head and other aids are attached, including a hydraulic pump and motor and a drive motor for the conveyor 48. The housing 22 in which the cutting head is mounted , is arranged at the front end 54 of a carrier which forms part of the frame 52 so as to be slidable back and forth. A double-acting hydraulic propulsion device 55 is provided for performing the forward and backward movements. To work, the cutting head is advanced so that it can be retracted into the position shown, if it encounters resistance or for any other reason, such as. B. when the cutting head should run idle to prevent overloading the motor. The rear end of the shaft 21 has a square cross-section and is mounted in its drive gear 56 so as to be axially displaceable. The conveyor moves with the cutting head.

Der Antrieb des Schneidkopfes erfolgt über einen Elektromotor 60, der über eine Flüssigkeitskupplung 61 mit einem Untersetzungsgetriebe 62 verbunden ist, über das die Welle 21 angetrieben wird.The cutting head is driven by an electric motor 60, which is connected to a reduction gear 62 via a fluid coupling 61 is through which the shaft 21 is driven.

Damit der Schild in dem Tunnel durch durch die Reaktion des Antriebsmotors nicht in Drehung versetzt wird, hat er nicht dargestellte Längsrippen, die in die Tunnelwände eindringen, wenn der Schild sich bei seiner Vorwärtsbewegung im Tunnel um seine Längsachse drehen will. Diese Rippen können abgenommen und durch Rippen ersetzt werden, die so schräg zu den Mantellinien des Schildes verlaufen, daß die Rollbewegung dadurch ausgeglichen wird. Wenn nach Vorwärtsbewegung des Schildes um eine kurze Strecke der Schild wieder in seine richtige Lage zurückgekehrt ist, dann können die schräg angeordneten Rippen entfernt und wieder durch die normalen Längsrippen ersetzt werden.So that the shield in the tunnel through by the reaction of the drive motor is not set in rotation, it has longitudinal ribs, not shown, which are in the Tunnel walls penetrate when the shield is moving forward in the tunnel wants to rotate around its longitudinal axis. These ribs can be removed and ripped be replaced, which run so obliquely to the surface lines of the shield that the Rolling movement is thereby compensated. If after forward movement of the shield the shield has returned to its correct position a short distance, then the inclined ribs can be removed and replaced by the normal ones Longitudinal ribs are replaced.

Innerhalb des Schildes befinden sich acht doppeltwirkende hydraulische Vorschubvorrichtungen 64, die über den Umfang des Schildes verteilt angeordnet sind. Diese Vorrichtungen sind mit ihren vorderen Enden am Schild verankert. An ihren hinteren Enden sitzen Füße 65, die sich gegen die Tunnelauskleidung 66 abstützen. Die Vorschubvorrichtungen schieben den Schild mit fortschreitender Schneidarbeit vorwärts. Wenn sie voll ausgefahren sind, werden sie wieder eingezogen, damit ein weiterer Auskleid'ungsring aus Ringsegmenten eingesetzt werden kann. Die Vorschubvorrichtungen können einzeln ausgefahren werden, damit die Vortriebsrichtung beeinflußt werden kann.There are eight double-acting hydraulic ones inside the shield Feed devices 64, which are arranged distributed over the circumference of the shield. The front ends of these devices are anchored to the shield. At her Feet 65 are seated at the rear ends and are supported against the tunnel lining 66. The feed devices push the shield as the cutting work progresses forward. When they are fully extended, they are retracted again, with that one further lining ring made of ring segments can be used. The feed devices can be extended individually so that the direction of advance can be influenced can.

Die Maschine kann verschiedene Abänderungen und Verfeinerungeiräüfweisen. So können z. B. die Schneidmesser` an ihren Schneidkanten gezahnt oder gezackt sein. Zwischen den Steuerungen für die Vorschubvorrichtungen 64 und die Vortriebsvorrichtung 55 können Sperrvorrichtungen sitzen, die verhindern, daß der Schild durch die Vorschubvorrichtungen 64 vorgetrieben wird, ehe der Schneidkopf in seiner vorderen Stellung ist.The machine can have various modifications and refinements. So z. B. the cutting knives should be toothed or serrated on their cutting edges. Between the controls for the feed devices 64 and the propulsion device Locking devices can be located to prevent the shield from being pushed through the feed devices 64 is advanced before the cutting head is in its forward position.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Tunnel boring machine with a rotating cutting head, which is provided with one or more knives attacking the face and a. or several knives protruding over the circumference of the cutting head for machining of the tunnel wall, characterized in that the one or more the tunnel wall machining knife (40) radially to the axis of rotation of the cutting head (20) in the cutting head movable are stored and that means are arranged to a, cyclic back and forth movement of these knives (40) during the rotation of the cutting head to effect.

2. Tunnel boring machine according to claim 1, characterized in that a fixed cam (45) is arranged on its machine frame whose cam track slide when the cutting head rotates Tunnel wall processing knives (40) are connected and 'according to the shape effect the cyclic back and forth movement of these knives on the cam track. In Documents considered: German Patent No. 1010 981; British Patent No. 1445 from 1893.