DE1658736C3 - Steuereinrichtung für eine Tunnelvortriebsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Tunnelvortriebsmaschine mit zwei in Längsrichtung teleskopartig ineinander verschiebbaren Rahmen mit zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten senkrechten Seitenteilen und zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten waagerechten Ober- und Unterteilen, einem an einem der Rahmen gelagerten angetriebenen Bohrkopf, in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten und unabhängig voneinander verstellbaren Lagervorrichtungen, welche derart zwischen den Rahmen angebracht sind, daß entsprechender Platz für ihre relative Längs- und Seitenverstellung vorhanden ist, so daß einer der Rahmen zur Steuerung des Bohrvorganges des Bohrkopfes nachstellbar ist, und mit Erdabstützungsvorrichtungen, durch welche der Außenrahmen während eines Bohrvorganges an der Tunnelwand abstützbar ist.

In »Schweizerische Bauzeitung«, 1966, S. 363 bis 366. ist bereits eine Tunnelvortriebsmaschine dargestellt und beschrieben, weiche die vorstehend angegebenen Merkmale aufweist. Das Prinzip der bekannten Tunnelvorlriebsmaschine beruht darauf, daß während eines Bohrvorganges der Außenrahmen an der Tunnelwand abgestützt wird, während der Innenrahmen laufend zur Steuerung des Bohrvorganges, der mittels des Bohrkopfes durchgeführt wird, entsprechend dem Fortgang des Tunnelvortriebes nachgestellt wird. Ein besondere; Problem besteht dabei drin, die Rahmen bei der wech seiweisen Vorschubbewegung während des Fortgänge« des Bohrvorganges in präziser Ausrichtung parallel zui Längsmittelachse des vorgetriebenen Tunnels zu hai ten, weil nur so gewährleistet ist, daß der Bohrkop ohne Verklemmen der gesamten Tunnelvortriebsma schine arbeiten kann.

Der Erfindung liegt d<e Aufgabe zugrunde, ein< Steuereinrichtung der eingangs genannten Gattung 7.1 schaffen, welche es ermöglicht, die bekannte Tunnel vortriebsmaschine durch exakte seitliche und Längs führung der einzelnen Maschinenteile so zu steuern daß die präzise Einhaltung der Vortriebsrichtung ge währleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Tun nelvortriebsmaschine der bekannten Art dadurch ge löst, daß in Längsrichtung der Tunnelvortriebsmaschini

mit gegenseitigem Abstand angeordnete Sätze von Lagerschuhen mit den Seiten eines Rahmens in Gleitberührung stehen, wobei diese Seiten sich jeweils mit einem Schuh jedes Satzes in gleitender Berührung befinden; daß zwei Schwungwellen drehbar im Außenrahmen gehalten und jeweils mit ua Abstand voneinander angeordneten Hebelarmen versehen sind, welche in Schwenkverbindung mit denjenigen Schuhen stehen, die an *en im Abstand voneinander befindlichen Seiten des einen Rahmens anliegen, so daß eine Welle eine Verbindung zwischen zwei senkrecht im Abstand voneinander befindlichen Schuhen und die andere Welle eine Verbindung zwischen zwei waagerecht im Abstand voneinander befindlichen Schuhen herstellt; und daß die Wellen durch Antriebsmittel einstellbar und durch ein Drehmoment die Rahmen an einem oder beiden der in Längsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Schuhsätze wahlweise in horizontaler und vertikaler Richtung verschiebbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von sich in den Lagerschuhen abstützenden, durch Antriebsmittel einstellbaren Wellen gelingt es auf überraschend einfache Weise, nach Belieben sowohl den Außenrahmen als auch den Innenrahmen wahlweise in horizontaler und vertikaler Richtung zu verschieben, wodurch es gelingt, beide Rahmen — also den Innenrahmen in den zwischen den einzelnen Bohrvorgängen liegenden Intervallen, den Außenrahmen hingegen während des eigentlichen Bohrvorganges zum Vorschieben des Bohrkopfes — präzise in ihrer Ausrichtung bezüglich der Längsmittelachse des vorzutreibenden Tunnels auszusteuern, wodurch gewährleistet ist, daß die Vortriebsrichtung präzise eingehalten wird und der Bohrkopf stets genau in der gewünschten Tunnelachse liegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine verstellbare Kupplung, welche die Schuhe miteinander und mit dem anderen Rahmen verbindet, durch an der Kupplung wirksam werdende Antriebsmittel, welche die Schuhe in eine gleichlaufende Bewegung versetzen und damit den Rahmen, an dem der Bohrkopf angebracht ist, derart verschieben, daß er seitlich relativ zur Tunnelwand eingestellt wird, und durch Schubvorrichtungen, welche die Rahmen miteinander verbinden und deren relative Längsverschiebung vornehmen. Hierbei iiandelt es sich um eine konstruktiv besonders einfache Verwirklichung des Erfindungsprinzips, die nahezu beliebige axiale und radiale Ausrichtung der Rahmen der Tunnelvortriebsmaschine bezüglich der Tunnellängsmittellinie zu erreichen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformtn der Erfindung ergeben sich aus den Airisprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Tunnelvortriebsmaschine mit einer Steuereinrichtung nach der Erfindung, deren Außenrahmen relativ zum Innenrahmen zurückgezogen ist und bei der einige Teile zur besseren Veranschaulichung weggelassen wurden, fto

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1.

F i g. 3 einen Schritt nach der Linie 3-3 der F i g. 1, unter Darstellung der den Innenrahmen tragenden Hauptstützen sowie der am Außenrahmen vorgesehenen Hilfsstützen,

F i g. 4 eine Seitenansicht ähnlich der F i g. 1, die sich jedoch von dieser insofern unterscheidet, als hier der Außenrahmen nach vorne geschoben ist,

F i g. 5 eine in vergrößerter Darstellung wiedergegebene Teilseitenansicht eines Satzes von steuerbaren Verbindungseinrichtungen und zur Halterung die^nden Lagerschuhen, die am Innenrahmen gehalten sind und mit dem Außenrahmen in Wirkverbindung stehen,

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der F i g. 5,

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der F i g. 5 und

F i g. 8 eine vereinfachte schematische Darstellung der vorne und hinten am Rahmen vorgesehenen Verbindungseinrichtungen.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Tunnelvortriebsmaschine insgesamt eine Länge von annähernd 22,30 m. Mit einer solchen Maschine lassen sich Tunnel mit einem Durchmesser von etwa 7 m herstellen. Ein nach vorne gerichteter Bohrkopf 1 ist drehbar an der Vorderseite eines in Längsrichtung verschiebbaren kastenförmigen Außenrahmens 2 angebracht, welcher seinerseits einen kleineren kastenförmigen Rahmen 3 teleskopartig verschiebbar umschließt. Die Seiten der jeweils im Schnitt quadratisch ausgebildeten Rahmen bestehen jeweils aus in Querrichtung im Abstand voneinander angeordneten, in Längsrichtung verlaufenden Trägern mit entsprechenden Querverstrebungen.

Die nach innen gerichteten Teile der Längsträger des Außenraiimens 2 sind an entsprechenden Stellen mit glauflächigen und gehärteten Abriebplatten 4 (s. F i g. 5, 6 und 7) belegt; diese dienen zur Lastübertragung und zur Gleitlagerung auf den jeweils vorne und hinten vorgesehenen Sätzen von Lagerschuhen 5. welche ihrerseits verstellbar am Innenrahmen 3 gehalten sind und eine Steuerung der Tunnelvortriebsrichtung ermöglichen, wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird. Eine Reihe von gemeinsam zu betätigenden, mit Strömungsmittel arbeitenden Kolbenzylindereinheiten 6-6 sind schwenkbar mit in Längsrichtung im Abstand voneinander am Innen- bzw. am Außenrahmen vorgesehenen Winkelhalterungen 7 bzw. 8 verbunden und dient als Schubvorrichtung zur Steuerung der relativen Gleitbewegung der Rahmen und des am Bohrkopf 1 wirksam werdenden Arbeitsdruckes.

Für den Drehantrieb des Bohrkopfes 1 ist eine Gruppe von fünf Elektromotoren 9-9 vorgesehen, die am Außenrahmen angebracht sind. Die Antriebsverbindung dieser Motoren wird dabei jeweils durch eine Magnetkupplung 10 und ein Schaltgetriebe 11 mit einem Zahnradkranz 12 am Bohrkopf 1 hergestellt. Gleichzeitig mit dem Bohrkopf werden auch entsprechende Kübel od. dgl. in eine Umdrehungsbewegung versetzt, die zur Aufnahme des durch den Bohrkopf gelockerten und ausgehobenen Erdreiches dienen und dieses jeweils am höchsten Punkte ihrer Bewegungsbahn auf ein endloses Förderband 13 entleeren. Letzteres erstreckt sich oberhalb der Maschine bis zu deren rückwärtigem Ende. Von dort aus wird der Aushub dann auf bzw. ir beliebige andere Förder- oder Transportmittel umge leert. Im Zuge eines Bohrvorganges wird Ventilations luft vom Inneren der Bohrung um den Umfang de: Bohrkopfes 1 herum derart abgezogen, daß sie di< Bohrfläche umfließt. Dann wird sie zusammen mit etwi von ihr mitgeführten Staub- und Schmutzteilchen durcl Leitungen 14 abgesaugt, welche nach rückwärts zi einer entsprechenden Scheidevorrichtung mit eine Saugpumpe führen.

Während des eigentlichen Bohrvorganges ist der Ir nenrahmen an der Tunnelwandung durch einen jeweil vorne und hinten vorgesehenen Satz von vier nac

außen fahrbaren Erdabstützungsvorrichtungen verankert, die jeweils in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die einzelnen Stützen bestehen dabei jeweils aus einem Druckschuh 15, welcher seinerseits drehbar am äußeren Ende eines Schwenkarmes 16 gehalten ist. Das innere Ende des Schwenkarmes 16 ist am Innenrahmen 3 zusammen mit einem strömungsmittelbetätigten Kolbenmotor 17 angelenkt; der Kolben dieses Motors ist mit dem Schuh gelenkartig verbunden, während der Zylinder am Innenrahmen angelenkt ist. Normalerweise nicht wirksam werdende Hilfsstützvorrichtungen sind in der Weise am Außenrahmen angebracht, daß vorne und hinten jeweils ein Satz von zwei nach unten in einem Winkel auseinanderstrebenden Stützvorrichtungen vorgesehen ist, die, wie die F i g. 3 veranschaulicht, jeweils einen aus Kolben und Zylinder bestehenden Motor 18 aufweisen und am Ende mit Stützschuhen 19 versehen sind, die an der Tunnelwandung zur Anlage bringbar sind. Nach Beendigung eines Bohrganges werden die Stützschuhe 19 zum Abstützen der Maschine gegen die Tunnelwand gefahren und anschließend die Druckschuhe 15 zurückgezogen. Dann werden die Kolbenzylindereinheiten 6 betätigt, so daß sie den Innenrahmen 3 in eine neue Bohrstellung nach vorne ziehen. Sobald diese erreicht ist, werden die Druckschuhe 15 wieder ausgefahren und damit die Maschine wiederum verankert, während die Stützschuhe 19 wieder eingezogen werden.

Die Betätigung und Arbeitsweise der einzelnen Maschinenteile wird durch entsprechende Regelventile und Schalter gesteuert, die sich innerhalb einer geschlossenen Kabine 20 an einem Schaltpult befinden. Diese Schaltkabine 20 ist dabei an einer Seite des Außenrahmens 2 aufgehängt und befestigt. Sie enthält unter anderem einen Bildschirm, auf dem der Maschinist die Maschinenstellung an Hand von Signalen überwachen kann, welche wahlweise von einem der beiden in Längsrichtung im Abstand voneinander angebrachten Sensoren 21-21 am Außenrahmen übertragen werden. Diese Sensoren 21 dienen zur Aufnahme eines kohärenten Lichtstrahles, welcher von einem Gaslaser entlang einer Bahn projiziert wird, die vorher zu dem gewünschten Tunnelverlauf parallel eingestellt wird. Solange sich die Maschine auf dem richtigen Kurs befindet, sind die Lichtstrahlbilder auf beiden Sensoren zentriert. Jede Abweichung vom Mittelpunkt zeigt dem Maschinisten an, daß der Bohrkopf nachgesteuert werden muß. Diese Steuerung wird durch wahlweise seitliche Verschiebung in horizontaler oder vertikaler Richtung entweder an einem oder an beiden Enden des in Längsrichtung verschiebbaren Außenrahmens relativ zum verankerten und deshalb feststehenden Innenrahmen vorgenommen. Der Außenrahmen kann in bezug auf den verankerten Innenrahmen in allen seitlichen Richtungen verschoben und derart nachgestellt werden, daß die Längsachsen der beiden Rahmen entweder parallel oder in einem schrägen Winkel zueinander verlaufen, wie es gerade notwendig ist, um den Bohrkopf der Maschine auf dem vorherbestimmten Tunnelkurs zu führen und in der durch das Auftreffen der Lichtstrahlen auf den Sensoren 21-21 angezeigten Weise zu zentrieren.

Die relative Rahmenstellung wird dadurch gesteuert, daß wahlweise die verschiedenen Lagerschuhe 5 des vorderen und des hinteren Satzes entsprechend verstellt werden. Jeder einzelne Satz weist dabei zwei Gruppen von vier miteinander verbundenen und gleichlaufend verstellbaren Schuhen auf. von denen die eine Gruppe in senkrechter Richtung und die anden zum jeweiligen Satz gehörige Gruppe in waagerechte Richtung verschiebbar ist. Die Schuhe jeder Gruppi wirken als eine Einheit, und jede Gruppe läßt sich voi der ihr jeweils im Winkel zugeordneten Gruppe unab hängig verschieben. Da die einzelnen Gruppen der mit einander verbundenen Lagerschuhe einander gleid ausgebildet sind, gilt die nachfolgende Detailbeschrei bung einer solchen Gruppe für sämtliche Gruppen.

ίο Vorzugsweise ist eine Gruppe von vier miteinandei verbundenen Lagerschuhen vorgesehen, um einer Schuh 5 in Gleitberührung mit einer Abriebplatte 4 je weils im Bereich der Ecken des im Schnitt quadrati sehen Außenrahmens 2 zu bringen, damit ein wirksa· mer Widerstand gegen das Drehmoment um die Längs achsen der Rahmen gegeben ist. Wie die F i g. 6 zeigt sind also zwei in Querrichtung im Abstand voneinander angeordnete Lagerschuhe 5-5 nach oben gerichtet und befinden sich jeweils mit einem der beiden unteren und nach unten gerichteten Schuhe in Ausrichtung. Die F i g. 7 veranschaulicht in ähnlicher Weise zwei einander entgegengesetzt nach außen gerichtete Schuhe 5 in der Nähe der oberen Ecken des Außenrahmens und zwei einander entgegengesetzt nach außen gerichtete Schuhe in der Nähe der unteren Ecke des Außenrahmens. Die Schuhe sind jeweils durch Scharniere auf einer Querachse mit dem jeweils nächstliegenden Ende eines Hebelarmes 22 verbunden, welcher seinerseits wiederum an Innenrahmen angelenkt ist. Außerdem sind die einander entgegengesetzten und senkrecht miteinander ausgerichteten Schuhe der F i g. 6 und die einander ebenfalls entgegengesetzten und waagerecht miteinander ausgerichteten Schuhe der F i g. 6 und die einander ebenfalls entgegengesetzten und waagerecht miteinander ausgerichteten Schuhe der F i g. 7 durch die Kupplung bewirkende Verbindungsstangen 23 derart miteinander verbunden, daß sie sich gemeinsam entweder in senkrechter Richtung wie die F i g. 6 oder in waagerechter Richtung wie in F i g. 7 bewegen. Bei den

oberen Lagerschuhen der senkrecht verstellbaren Gruppe und den Schuhen auf einer Seite der waagerecht verstellbaren Gruppe sind die Hebelarme 22 auf querverlaufenden Schwungwellen 24 aufgekeilt oder in anderer Weise mit diesen verbunden; diese Wellen 24 sind ihrerseits drehbar am Innenrahmen angelenkt. An ihnen ist jeweils ein nach innen gerichteter Hebel 25 befestigt, dessen inneres Ende mit einem strömungsmittelbetätigten Kolbenmotor 26 verbunden ist. Der Motor 26 ist am Innenrahmen 3 montiert, wie dies die F i g. 5 am deutlichsten zeigt Die Aufgabe dieser Motoren 26 besteht darin, die Einstellungen der einzelnen Gruppen von miteinander verbundenen Schuhen und damit des Außenrahmens und des Bohrkopfes entsprechend zu verstellen und die jeweils richtige Stellung

aufrechtzuerhalten. Zum Ausgleich der in senkrechter Richtung auf die jeweils obersten Schuhe der vorderen und der hinteren Lagersätze einwirkenden schweren Belastung sind zusätzliche Strömungsmittelmotoren 27 vorgesehen, die senkrecht zwischen dem Innenrahmen und den senkrechten Verbindungsstangen 23 angeordnet sind

Die die Last aufnehmenden Motoren 27 und 26 des rückwärtigen Satzes der in senkrechter Richtung verstellbaren Schuhe werden durch die gleichen Steuer-

ventileinrichtungen betätigt; in ähnlicher Weise erfolgt auch die Betätigung der in senkrechter Richtung belasteten Motoren des vorderen Schuhsatzes durch ein Strömungsmittel, das von einem gemeinsamen Steuer-

ventil her zugeleitet wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß während der Drehbewegung des Bohrkopfes und des Vorschubes auf dem verschiebbar gelagerten Außenrahmen 2 ein genau gesteuerter Bohrvorgang möglich ist und daß die in senkrechter und waagerechter Richtung bewegbaren Lagerschuhe 5 der in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Sätze zur Steuerung des Bohrkopfes auf dem vorgegebenen Tunnelkurs beliebig in der Weise verfahren werden

können, daß damit die Stellung des Außenrahmens in jeder Richtung radial zur Tunnelachse an einem oder an beiden Enden der Maschine veränderbar ist, wobei auch unterschiedliche Abstände eingestellt werden können. Somit kann die Relativlage der Längsmittellinie des Außenrahmens zwischen einem koaxialen oder einem in jeder beliebigen radialen Richtung versetzten Verlauf variieren und dabei zur Längsmittellinie des feststehenden Innenrahmens entweder parallel oder schräg verlaufen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für eine Tunnelvortriebsmaschine mit zwei in Längsrichtung teleskopartig ineinander verschiebbaren Rahmen mit zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten senkrechten Seitenteilen und zwei mit gegenseitigem Abstand tngeordneten waagerechten Ober- und Unterteilen, einem an einem der Rahmen gelagerten angetriebenen Bohrkopf, in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten und unabhängig voneinander verstellbaren Lagervorrichtungen, welche derart zwischen den Rahmen angebracht sind, daß entsprechender Platz für ihre relative Längs und Seifeinverstellung vorhanden ist, so daß einer der Rahmen zur Steuerung des Bohrvorganges des Bohrkopfes nachstellbar ist, und mit Erdabstützungsvorrichtungen, durch welche der Außenrahmen während eines Bohrvorganges an der Tunnelwand abnutzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung der Tunnelvortriebsmaschine mit gegenseitigem Abstand angeordnete Sätze von Lagerschuhen (5) mit den Seiten eines Rahmens in Gleitberührung stehen, wobei diese Seiten sich jeweils mit einem Schuh jedes Satzes in gleitender Berührung befinden; daß zwei Schwungwellen (24) drehbar im Außenrahmen (3) gehalten und jeweils mit im Abstand voneinander angeordneten Hebelarmen (22) versehen sind, welche in Schwenkverbindung mit denjenigen Schuhen (5) stehen, die an den im Abstand voneinander befindlichen Seiten des einen Rahmens (2) anliegen, so daß eine Welle eine Verbindung zwischen zwei senkrecht im Abstand voneinander befindlichen Schuhen und die andere Welle eine Verbindung zwischen zwei waagerecht im Abstand voneinander befindlichen Schuhen herstellt; und daß die Wellen (24) durch Antriebsmittel (26) einstellbar und durch ein Drehmoment die Rahmen an einem oder beiden der in Längsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Schuhsätze (5) wahlweise in horizontaler und vertikaler Richtung verschiebbar sind.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine verstellbare Kupplung (23), welehe die Schuhe (5) miteinander und mit dem anderen Rahmen verbindet, durch an der Kupplung wirksam werdende Antriebsmittel (27), welche die Schuhe (5) in eine gleichlaufende Bewegung versetzen und damit den Rahmen, an dem der Bohrkopf (1) angebracht ist, derart verschieben, daß er seitlich relativ zur Tunnelwand eingestellt wird, und durch Schubvorrichtungen (6, 7, 8), welche die Rahmen (2,

3) miteinander verbinden und deren relative Längsverschiebung vornehmen.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen vorderen und einen rückwärtigen Satz Lagerschuhe (5), welche an dem einen Rahmen (3) gehalten sind und an dem anderen Rahmen (2) in Längsrichtung gleitend anliegen, (<o wobei die Schuhe jedes Satzes zwei in entgegengesetzter Richtung angeordnete Schuhe aufweisen, welche seitlich von den Rahmen in einer Richtung verstellbar sind, sowie zwei weitere, ebenfalls entgegengesetzt zueinander angeordnete Schuhe, welehe zur Bewegung des ersten Schuhpaares seitlich in einem Winkel verstellbar sind, und wobei zwei einander jeweils paarweise zugeordnete Schuhe (5) derart durch Vorrichtungen (22 bis 26) miteinander verbunden sind, daß sie eine seitliche Bewegung wahlweise als Einheit durchführen und damit eine Führung für den Längsbohrweg des Außenrahmens bilden während zwischen dem Rahmen eine Schubverbindung (6, 7. 8) zur Steuerung der relativen Längsverschiebung derselben vorgesehen ist.

4 Steuereinrichtung i.ach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die einander paarweise zugeordneten Schuhe (5) jeweils durch eine Welle (24) miteinander verbunden sind, die drehbar auf einer Achse gelagert ist, welche zur Richtung der seitlichen Schuhverschiebung senkrecht liegt und im Bereich dieser beiden Schuhe in Hebelarme (22) ausläuft, welche mit den benachbarten Schuhen (5) schwenkbar verbunden ist, und daß mit der Welle eine Antriebsvorrichtung (26) verbunden ist, durch weiche die Drehung derselben derart gesteuert werden kann, daß die Schuhstellung entsprechend ein- bzw. nachgestellt wird.