DE2147883A1

DE2147883A1 - ROLLING CORRECTION DEVICE FOR TUNNEL DRILLING MACHINES

Info

Publication number: DE2147883A1
Application number: DE19712147883
Authority: DE
Inventors: Lee Roy Hodge; Karl Dee Jenkins
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1973-03-29

Description

Titel: Rollkorrekturvorrichtung für Tunnelbohrmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollkorrekturvorrichtung für Erd bohrmaschinen. Title: Roll correction device for tunnel boring machines The invention relates to a roll correction device for earth boring machines.

Beim Bohren eines Erdtunnels muss die Bohrmaschine stabilisiert werden, um das Drehmoment des im Erdreich arbeitenden Bohrkopfes aufzunehmen. Es werden üblicher Weise grosse Wandstützen verwendet, welche an die Tunnelwand gepresst werden, um das Drehmoment des Bohrkopfes aufzunehmen. Als Folge mehrerer Faktore, wie z.B.When drilling an earth tunnel, the drilling machine must be stabilized, to absorb the torque of the drill head working in the ground. It will Usually large wall supports are used, which are pressed against the tunnel wall, to absorb the torque of the drill head. As a result of several factors, such as

Veränderungen in der Festigkeit der Erdormation ungenauer Sitz der Wandstützen an der Tunnelwand und kleine Veränderungen der Bohrrichtung, ist die Reibung zwischen den Wandstützen und der Tunnelwand oftnicht hoch genug, um ein Kriechen oder eine Drehbeweguna der Wandstützen an der zylindrischen Tunnelwand zu verhindern.Changes in the strength of the earth formation inaccurate seat of the Wall supports on the tunnel wall and small changes in the drilling direction is the Friction between the wall supports and the tunnel wall is often not high enough to Creeping or rotating movement of the wall supports on the cylindrical tunnel wall to prevent.

sich Zur Bestimmung der Bohrrichtung muss die Längsachse, um welche/der Bohrkopf dreht, eingestellt werden. Entsprechend einem bekannten Verfahren werden hierzu mindestens zwei Reflektor« an dem Gestell des Bohrkopfes befestigt, und ein optisches mittel, wie z.B. ein Laserstrahl, wird auf die Reflektorengerichtet, um die ßohrrichtung zu bestimmen. Wenn die Wandstützen sich jedoch an der Tunnelwand verstellen, so verlagern sich die der Bohrachse zugeordneten Reflektore um die Strecke, um welche sich die Wandstützen an der Tunnelwand verstellt haben. Um die Reflektorenwieder genau auszurichten. muss die Dohrachse durch Rotation der Bohrkopftragvorrichtung in Bezug auf die Wandstützen neu eingestellt werden. To determine the drilling direction, the longitudinal axis around which Drill head rotates, can be adjusted. According to a known method for this purpose, at least two reflectors ″ attached to the frame of the drill head, and one optical means, such as a laser beam, is directed at the reflectors to to determine the ear direction. However, if the wall supports are on the tunnel wall adjust, the reflectors assigned to the drilling axis are shifted by the distance around which the wall supports on the tunnel wall have moved. To the reflectors again to align precisely. the axis of the drilling must be achieved by rotating the drilling head support device be readjusted in relation to the wall supports.

Bei einer bekannten Vorrichtung wird diese neue Einstellung derart curchneführt, d@ss Hilfstüzen ausgefahren werden und dass die Hauptsttitzen relativ zu der Tunnelwand bewegt werden, vlies ist jedoch sehr unwirtschaftlich und zeitraubend. Bei einer anderen Vorrichtung zur neuen Ausrichtung der Bohrachse wurden mehrere unabhängige Kolben zwischen den Wandstützen und der Tragvorrichtung-des Bohrkopfes verwendet. Diese Ausgleichvorrichtung benötigt jedoch sehr umfangreiche Steueranlagen. Ein Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass die Tragvorrichtung würden Bohrkopf nicht genau um die Bohrachse gedreht werden kann,falls die Tragvorrichtung und das an der Tunnelwand abgestützte Gestell in einer horizontalen Ebene schräg zueinander ausgerichtet sind.In a known device, this new setting becomes such is carried out, that the auxiliary supports are extended and that the main centers be moved relative to the tunnel wall, but fleece is very uneconomical and time consuming. Another device for realigning the drilling axis were several independent pistons between the wall supports and the supporting device-des Drill head used. However, this compensation device requires very extensive Control systems. A disadvantage of this device is that the carrying device the drill head would not be able to be rotated exactly around the drilling axis, if the carrying device and the frame supported on the tunnel wall inclined in a horizontal plane are aligned with each other.

Bekannte Rollkorrekturvorrichtungen sind z.B. in den US Patentschriften Nr. 3.203.737: 3.345.108: und 3.437.38Q beschrieben.Known roll correction devices are for example in U.S. patents No. 3.203.737: 3.345.108: and 3.437.38Q.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte Rollkorrekturvorri@@ tung geschaffen, welche zwischen der Tragvorrichtung des @ohrko@-fes und dem an der Tunnelwand abgestützten Gestell vorgesehen ist Bei der Erfindung wird die Tragvorrichtung für die Bohrwelle, oder ein zweites Gestell in Bezug zu dem an um ihre Lângsache der Tunnelwand abgestützten Gestell/gedreht, falls die Gestelle in Bezug zueinander in einer Rorizontalen schräg zueinander ausgerichtet sind.The invention provides an improved roll correction device created, which between the carrying device of the @ ohrko @ -fes and the one on the tunnel wall supported frame is provided In the invention, the support device for the drilling shaft, or a second frame in relation to the to its length thing of the Tunnel wall supported frame / rotated if the frames are in relation to each other are aligned obliquely to one another in a horizontal line.

Die neue Erfindung hat die Nachteile der bekannten Ausfdhrungen nicht, da eine genaue Winkelbewegung des zweiten, die Bohrwelle tragenden Gestelles pm die Bohrachse in Bezug aç*As erste an der Tunnelwand abgestützte Gestell möglich ist, falls die Achsen des inneren Gestelles und des äusseren Gestelles in horizontaler Richtunq schräg zueinander ausgerichtet sind.The new invention does not have the disadvantages of the known designs, since an exact angular movement of the second frame, which supports the drilling shaft, pm, is in relation to the drilling axis aç * As The first frame supported on the tunnel wall is possible if the axes of the inner frame and the outer frame are aligned obliquely to one another in the horizontal direction.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fi, 1 eine Seitenansicht einer Tunnelbohrmaschine nach der Erwindung.An embodiment of the invention will now be made with reference to the drawings described. FIG. 1 shows a side view of a tunnel boring machine according to FIG Swelling.

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht des ersten und des zweiten Gestelles der Bohrmaschine mit eirer optischen Vorrichtung zum Einstellen der Bohrachse.Fig. 2 is a schematic, perspective view of the first and the second frame of the drill with an optical device for adjustment the drilling axis.

Fig. 3 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 3-3 nach Fic. 1, der vorderen Wandstützvorrichtung und Teile des inneren Gestelles.Fig. 3 is a partial sectional view taken along line 3-3 of Fig. 1, the front wall support and parts of the inner frame.

Fig. 4 eine Teilschnittansicht nach der Linie 4-4 der Fig. 3, der vorderen Wandstutzvorrichtung und Teile des inneren Gestelles.Fig. 4 is a partial sectional view along the line 4-4 of FIG front wall support device and parts of the inner frame.

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Kolbens zwischen dem ersten Gestell und dem zweiten Gestell. 5 is a perspective view of the piston between the first frame and the second frame.

Fig. 1 zeit eine Tunnelbohrmaschine 10 innerhalb eines Tunnels 17. Die Tunnelbohrmaschine hat ein erstes oder äusseres Gestell 11 und ein zweites oder inneres Gestell 30 . Der Ausdruck "aussen", der sich auf den Teil bezieht, welcher auf der Tunnelwand abgestützt; ist und der Ausdruck "innen", welcher sich auf den Teil bezieht, der den Bohrkopf trägt,werden nur zum.1 shows a tunnel boring machine 10 within a tunnel 17. The tunnel boring machine has a first or outer frame 11 and a second or inner frame 30. The term "outside" referring to the part which supported on the tunnel wall; and the term "inside", which refers to the part that supports the drill head, is only used for.

Zwecke der Erklärung gebraucht. Bei anderen Ausführungsformen kann das äussere Gestell den Bohrkopf tragen, und das innere Gestell kann an der Tunnelwand abgestützt sein.Purposes of explanation used. In other embodiments, can the outer frame can carry the drill head, and the inner frame can be attached to the tunnel wall be supported.

Das äussere Gestell 11 hat eine vordere Wandstützvorrichtung 40 und eine hintere VZandstützvorrichtung 50, um das Gestell 11 an der Tunnelwand 17 abzstützen. Die vordereandstützvorrichtung 40 ist über in Längsrichtung verlaufende Träger 12 mit der hinteren Wandstützvorrichtung 50 verbunden. Die Träger 12 sind nach hinten verlängert und tragen ein Schaltpult 20 und einen Sitz 21 für den Führer der Bohrmaschine hinter der hinteren Wandstützvorrichtung 50. Das äussere Gestell 11 kann fest an die Tunnelwand 17 angepresst werden. Hierzu werden die Wandstützkolben 41,51 der vorderen Wandstützvortichtung 40 und der hinteren Wandstützvorrichtung ausgefahren, um die Wandstützfüsse 42,52, fest an die Tunnelwand 17 zX rdeken.The outer frame 11 has a front wall support device 40 and a rear VZandstützvorrichtung 50 to support the frame 11 on the tunnel wall 17. The front-end support device 40 is via supports 12 running in the longitudinal direction connected to the rear wall support device 50. The carriers 12 are to the rear extended and carry a control panel 20 and a seat 21 for the operator of the drill behind the rear wall support device 50. The outer frame 11 can be firmly attached the tunnel wall 17 are pressed. For this purpose, the wall support piston 41,51 of the front wall support device 40 and the rear wall support device extended, around the wall support feet 42,52, firmly on the tunnel wall 17 zX rdeken.

Das innere Gestell 30 hat einen Bohrkopf 60 gn dem vorderen Ende, ein Kugelgelenk 65 sowie eine Bohrwelle 31 (Fig.4) zum Antrieb des Bohrkopfes 60. Das innere Gestell 30 ist in dem äusseren Gestell 11 durch das Kuaellager 65 und durch eine Bügellenkvorrichtung 70 gelaaert. Das innere Gestell 30 ist in der Bügellenkvorrichtung 70 über anen inneren Bügelrahmen 71 abgestützt.The inner frame 30 has a drill head 60 at the front end, a ball joint 65 and a drilling shaft 31 (FIG. 4) for driving the drilling head 60. The inner frame 30 is in the outer frame 11 by the Kuaellager 65 and Laaert by a yoke device 70. The inner frame 30 is in the bow steering device 70 supported by an inner bracket frame 71.

Mehrere Motore 32 sind an dem inneren Gestell 33 befestigt und dienen zum Antrieb der Welle 31 über einen Getriebekasten 33.A plurality of motors 32 are attached to the inner frame 33 and to serve for driving the shaft 31 via a gear box 33.

Eine Mitnehmerstange 34 ist in der Kugel 6q des Kugelgelenkes 65 gelagert und erstreckt sich durch eine quadratische Oeffnung 35 in derselben. Das innere Gestell 30 kann deshalb durch eine relative Verschiebung der Mitnehmerstange 34 in Bezug auf die Deffnung 35 in axialer Richtung zur Kugel 66 verstellt werden.A driver rod 34 is mounted in the ball 6q of the ball joint 65 and extends through a square opening 35 therein. The inner Frame 30 can therefore be moved by relative displacement of driver rod 34 be adjusted with respect to the opening 35 in the axial direction to the ball 66.

Das. innere Gestell 30 hat desweiteren mehrere Vorschubkolben 36, um das innere Gestell 30 in axialer Richtung in Bezug auf das äussere Gestell 11 nach vorne zu bewegen. Die Vorschubkolben 36 sind an ihrem hinteren Ende mit dem äusseren Gestell 11 verbunden.That. inner frame 30 also has several feed pistons 36, around the inner frame 30 in the axial direction with respect to the outer frame 11 to move forward. The feed piston 36 are at their rear end with the outer frame 11 connected.

Wenn die Vorschubkolben 36 ausgefahren werden, bewegt sich das ganze innere Gestell 36 nach der Frontseite 18 des Tunnels 17, um die Messer 61 des Bohrkopfes 60 mit der Tunnelfrontseite 18 in Eingriff zu bringen.When the feed pistons 36 are extended, the whole moves inner frame 36 after the front side 18 of the tunnel 17 to the knife 61 of the drill head 60 to be brought into engagement with the tunnel front side 18.

Während des Bohrbetrieb es wird der Bohrkopf 60 durch die Vorschubkolben 36 bis in die vollständig ausgefahrene Stellung bewegt.During the drilling operation, the drill head 60 is driven by the feed piston 36 moved to the fully extended position.

Die Rotation des Bohrkopfes 60 wird dann unterbrochen,und ein Zusatzfuss 22, der an dem inneren Gestell 30 über einen Zusatzfusskolben 23 befestigt ist, wird durch Ausfahren des Zusatzfusskolbens 23 abgesenkt. Die vorderen Wandstützfüsse 42 und die hinteren Wandstützfüsse 52 werden dann von der Tunnelwand 17 zurückgezogen. Anschliessend werden die Vorschubkolben 36 eingezogen, um das äussere Gestell 11 axial in Richtung zu der Tunnelfrontseite 18 zu bewegen, wobei das innere Gestell durch den Bohrkopf 60 und die Hilfswandstütze 22 getragen wird. Wenn die Vorschubkolben 36 vollständi eingefahren sind,werden die vorderen Wand-Stütz füsse 42 und die hinteren Wandstützfüsse 52 wieder ausgefahren, der Hilfstützfuss 22 wird zurückgezogen, und der Bohrberieb kann wieder beginnen, er Bohrabfall fällt von der Tunnelfrontseite 18 durch die Aufnahmeöffnung 47 in Sammelbehälter welche sich mit dem Bohrkopf 60 drehen. Wenn die Sammelbehälter 48 die höchste Stellung ihrer Drehbewegung erreichen (Siehe Fig.l) fällt der Bohrabfall durch eine Auslassöffnung 49 auf eine Abfuhrvorrichtung 75, welche ein Förderband 76 aufweist, das ein Teil einer Leitung 77 bildet.The rotation of the drill head 60 is then interrupted, and an auxiliary foot 22, which is attached to the inner frame 30 via an auxiliary foot piston 23, is lowered by extending the additional foot piston 23. The front wall support feet 42 and the rear wall support feet 52 are then withdrawn from the tunnel wall 17. The feed pistons 36 are then drawn in around the outer frame 11 to move axially in the direction of the tunnel front side 18, the inner frame is carried by the drill head 60 and the auxiliary wall support 22. When the feed piston 36 are fully retracted, the front wall support feet 42 and the rear Wall support feet 52 extended again, the auxiliary support foot 22 is withdrawn, and drilling can start again, the drilling waste falls from the front of the tunnel 18 through the receiving opening 47 into the collecting container which is connected to the drill head 60 turn. When the collecting containers 48 reach the highest position of their rotational movement (See Fig.l) the drilling waste falls through an outlet opening 49 onto a discharge device 75, which has a conveyor belt 76 which forms part of a line 77.

Die Abfuhrvorrichtung 75 entfernt sowohl den Staub als auch den Bohrabfall durch Erzeugen eines Unterdruckes in der Leitung 77, Wodurch der Staub nach hinten zu einer aeeiqnetell Entstaubungsanlage, wie z.B. einem Sackfilter oder einem Spritzwasserfilter (nicht darqestellt), qesaugt wird. Um den Umfang einer Prallplatte 78 gelangt Frischluft zu der Tunneifrontseite 18, wo die. Frischluft den Staub aufnimmt und dann in die Leitung 77 hineingesaugt wird.The evacuation device 75 removes both the dust and the drilling debris by creating a negative pressure in the line 77, whereby the dust to the rear to an aeeiqnetell dedusting system, such as a bag filter or a splash water filter (not shown), is sucked. Fresh air passes around the circumference of a baffle plate 78 to the Tunneifrontseite 18, where the. Fresh air picks up the dust and then enters the Line 77 is sucked into it.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das innere Gestell 30, welches den Bohrkopf 60 trägt um die Bohrachse des Bohrkopfes 60 in Rotation versetzt werden. Das innere Gestell 30 und das äussere Gestell 11 sind an dem Kugelgelenk 65 über einen Rollkorrekturkolben 13 (Fig.5) miteinander verbunden. Der Rollkorekturkolben zur 13 ist an einer Seite mit der Kugel 66 und an der anderen Seite mit einem Teil der vorderen Wandstützvorrichtung 40 verbunden. Die Kugel 60 drebt sich an ihrer kugelförmigen Fläche mit dem inneren Gestell 30 in Bezug auf die kugelförmige Fläche der Buchse 67, welche einen Teil des äusseren Gestelles 11 bildet. Durch Ausfahren und Einziehen des Rollkorrekturkolbens 13 kann das innere Gestell 30 um die Bohrachse in Bezug auf das äussere Gestell gedreht werden. Dies ist soqar möglich wenn die beiden Gestelle in irgend einer Winkellaqe zueinander liegen.As can be seen from Fig. 2, the inner frame 30, which the drill head 60 is set in rotation about the drilling axis of the drill head 60. The inner frame 30 and the outer frame 11 are over on the ball joint 65 a roll correction piston 13 (Fig.5) connected to one another. The roll correction piston 13 is on one side with the ball 66 and on the other side with a part the front wall support device 40 is connected. The ball 60 rotates on hers spherical surface with the inner frame 30 in relation to the spherical surface the socket 67, which forms part of the outer frame 11. By extending and retracting the roll correction piston 13 can the inner frame 30 about the drilling axis be rotated in relation to the outer frame. This is even possible if the both frames are in any angular position to each other.

Während des Bohrbetrieb es wird die Bohrmaschine durch Anpressen der vorderen Wandstützvorrichtung 40 und der hinteren Wandstützvorrichtuna 50 an die Tunnelwand 17 in der gewünschten Bohrlage gehalten. Das durch den Eingriff des Bohrkopfes 16 in die Tunnels frontseite 18 erzeugte Drehmoment wird über die Wandstützvorrichzungen 40,50 auf die Tunnelwand 17 übertragen. Durch das vom Bohrkopf 60 erzeugte Drehmoment treten ot kleinere Verschiebungen oder Kriechbewegungen der Wandstützfüsse 42, 52 in Umfangsrichtung der Tunlvelwand 17 auf. Die Bohrrichtung der Bohrmaschine 10 wird durch eine optische Vorrichtung 24 (Fig.2) bestimmt, die eilen Lichtstrahl 25 auE eine vordere Scheibe 26 und eine hintere Scheibe 27 richtet, die beide an dem inneren Gestell 30 befestigt sind. Falls das äussere Gestell 11 sich in folge des Drehmomentes verstellt, so verlassen die Scheiben 26 und 27 ihre Ausrichtuna mit dem Strahl 25 der optischen Vorrichtuna 24. Um die Scheiben 26 und 27 wieder mit dem Strahl 25 auszurichten wird das innere Gestell 30 um die Bohrachse gedreht. Dies wird durch Ausfahren oder Einziehen des Rollkorrekturkolbens.' 13 durchgeführt.During the drilling operation it is the drilling machine by pressing the front wall support device 40 and the rear wall support device 50 to the Tunnel wall 17 held in the desired drilling position. That through the engagement of the drill head 16 torque generated in the tunnel front side 18 is via the wall support devices 40.50 transferred to the tunnel wall 17. By the torque generated by the drill head 60 ot smaller displacements or creeping movements of the wall support feet 42, 52 occur in the circumferential direction of the tunnel wall 17. The drilling direction of the drill 10 is determined by an optical device 24 (Fig.2), the rushing light beam 25 also aligns a front disc 26 and a rear disc 27, both of which the inner frame 30 are attached. If the outer frame 11 follows of the torque adjusted, so leave the disks 26 and 27 their alignment with the beam 25 of the optical device 24. Around the panes 26 and 27 re-align with the beam 25, the inner frame 30 around the Rotated drilling axis. This is done by extending or retracting the roll correction piston. ' 13 carried out.

Der Rollkorrekturvorgang kann ohne Zurückziehen der Wandstützfüsse 42 und 52 von der Tunnelwand 17 vorgenommen werden' so dass ein schneller und genaue Ausgleich der Kriechbewepung der Wandstützfü.sse 4?.,52 möqlich ist. Obschon dies auch bei den bekannten Vorrichtungen durchgeführt werden kann, wenn die Längsachse des an der Tunnelwand abgestützten Gestelles parallel zu der L5nqsachse des den Bohrkopf tragenden Gestelles ist, können nach der vorliegenden Erfindung die beiden Gestelle in Bezug zueinander gedreht werde, wenn die Achsen dieser Gestelle in irgendeiner Winkellarte zueinander einqestellt sind. Eine horizontale Fehleinstellung der Achsen ist @@@ natürlich schnell ermittelbar beim Bohren eines horizontalen, oder annähernd horizontalen Tunnels/. Die Erfindung kann jedoch auch in einer Maschine zum Bohren eines vertikalen, oder annähernd vertikalen Tunnels verwendet werden. In diesem Fall bezieht sich der Ausdruck "horizontale Ebene" auf eine Ebene, die die gleiche Stellunq einnimmt, die horizontale Ebene einer Maschine zum Bohren eines horizontalen oder annähernd horizontalen Tunnels. Es ist nur eine Vorrichtun*, nähmlich der Rollkorrekturkolben 13 zu bedienen, um die Korrektur für die Roll-oder Kriechbewegung während des: Bohrbetrieb es vorzunehmen.The roll correction process can be performed without retracting the wall support feet 42 and 52 are made from the tunnel wall 17 'so that a quick and accurate Compensation of the creeping movement of the wall support feet 4?., 52 is possible. Although this can also be carried out with the known devices if the longitudinal axis of the frame supported on the tunnel wall parallel to the L5nqsachse of the den Drill head supporting frame is, according to the present invention, the two Racks will be rotated in relation to each other if the axes of these racks are in any Angular charts are adjusted to one another. A horizontal misalignment of the axes @@@ can of course be determined quickly when drilling a horizontal, or approximately horizontal tunnel /. However, the invention can also be used in a machine for drilling a vertical, or nearly vertical tunnel can be used. In this Case, the term "horizontal plane" refers to a plane that is the same Stellunq occupies the horizontal plane of a machine for drilling a horizontal or nearly horizontal tunnel. It's just one device, namely the roll correction piston 13 to use to correct the roll or creep movement during the: drilling operation to make it.

Claims

1. Roll correction device for a tunnel boring machine with a first frame supported on the tunnel wall and a second, the first frame movably supporting second frame, characterized in that the or3te frame (11) and the second frame (30) are connected to one another by means of a ball joint and that means (roll correction piston 13) for rotating the second frame about its longitudinal axis with respect to the first frame are provided.

2. Roll correction device according to claim 1, characterized in that that an extendable device (roll correction piston 13) between the ball and the socket of the ball joint (65) is provided with the inner or outer Frame (30 bfflw. 11) are connected.

3. Roll correction device according to claim 2, characterized in that that the extendable device is a piston / cylinder unit (roll correction piston 13) is.