DE2229207A1 - Verfahren zum Ausbrechen eines Tunnelraums sowie Tunnelbaumaschine zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W.Beyer 2229207

Wirtijch.-Inn· Ü.Joohcm

Frankfurt /Main Freiherr-vom-Stein-Str. 18

In Sachen:
Atlas Copco AB
Nacka/Schweden

Verfahren κυΐπ Ausbrechen eines Tunnelraums sowie Tunnelbaumaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbrechen eines Tunnolraunies unter Herstellung von Schlitzen an der Tunnelbrust, zwischen denen day restliche Gestein anschließend weggebrochen wird, sowie eine Tunnelbaumaschine zur Durchführung des erfindungsger.äßen Verfahrens.

Bei bekannten Verfahren der vorgenannten Art erfolgt die Schlitzung der Tunnelbrust mit Hilfe mechanischer Schneidoder Schrämmaschinen, deren Verwendung beträchtliche Schwierigkeiten mit sich bringt, und zwar teils wegen der sehr starken Abnutzung, der die Schneidwerkzeuge unterworfen sind, und teils wegen der sehr großen Vorschubkräfte, die dabei benötigt werden. Diese Eigenarten sind an sich bereits nachteilig und begrenzen darüber hinaus die an der Tunnenbrust ansetzbare Maschinenleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß die Schlitzung der Tunnelbrust durch Erosion mit Hilfe von Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit vorgenommen wird. 3ei der Durchführung des erfindungcgemäßen Verfahrens tritt kein Schnittwerkzeugverschleiß auf, und die erforderlichen Vorschubkräfte sind

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vergleichsweise klein, wodurch sich eine größere Maschinenleistung am Gestein ansetzen läßt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßig eine Tunnelbaumaschine mit einem auf der Tunnelsohle beweglichen Hauptgestell, einem an diesem angeordneten Werkzeugträger, einer oder mehreren an dem Werkzeugträger beweglichen angeordneten Schneideinheiten, von denen eine jede mindestens einen Erzeuger für einen Flüssigkeitsstrahl hoher Geschwindigkeit aufweist, und einer auf dem Hauptgestell angeordneten Druckflüssigkeitsquelle zum Betreiben der Flüssigkeitsstrahlerzeuger verwendet.

Zweckmäßige Weiterbildungen einer derartigen Tunnelbaumaschine ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer solchen Tunnelbaumaschine in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Maschine nach Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung und größerem Maßstab einen Längsschnitt durch den vorderen Teil der Maschine nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4· eine Ansicht der Tunnelbrust mit den diese bearbeitenden Werkzeugen gemäß Fig. 3» wobei die Schneideinheit geschnitten dargestellt ist,

Fig. 5 eine der. Fig. 4 entsprechende Draufsicht zur Veranschaulichung des erfindungsgeinäßen Ausbruchverfahrens ,

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Fig. 6 in perspektivischer Ansicht den Schneidkopf

einer anderen Ausführunßnform einer Tunnolbaumaschine nach der Erfindung,

Pig. 7 eine andere perspektivische Ansicht dieses Schneidkopfes, teilweise im Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 in Seitenansicht eine dritte Ausführungsform einer Tunne!baumaschine gemäß der Erfindung mit nach aufwärts gerichteter Schneideinrichtung,

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Maschine nach Fig. 8,

Fig,10 eine Draufsicht auf den vorderen Teil der

Tunnelbaumaschine nach Fig. 8 und 9 in. größerem Maßstab, und

Fig.11 den mit einer Maschine nach den Fig. 8 bis 10 ausgebrochenen Tunnelraum im Querschnitt.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Tunnelbaumaschine besitzt ein bewegliches Hauptgestell 1, welches mit einem Leitglied 3 durch ein Gelenk 2 verbunden ist. Das Leitglied 3 ist in einem Führungsgehäuse 4- geführt, das sich gegen die Tunnelwände verspannen läßt. Die Verspannung des Führungsgehäuses ^LV erfolgt mittels zweier hydraulischer Winden 5 und 6, welche gegen die Seitenwände des Tunnels ausfahren. Zwischen dem Führungsgehäuse 4· und dem Hauptgestell 1 sind hydraulische Kraftzylinder 7 und 8 vorgesehen, mittels welcher sowohl die Steuerung der Maschine im Tunnel wie auch ein stufenweise Vorschub des Hauptgeuteils im Verhältnis zum Führungsgehäuse vorgenommen werden können.

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Der Vorschub der Maschine gegen die Tunnelbrust erfolgt dergestalt, daß zunächst das Führungsgehäuse 4 mit Hilfe der hydraulischen Winden 5 und 6 gegen die Tunnelwände verspannt wird, woraufhin das Hauptgestell mittels der hydraulischen Kraftzylinder 7 und 8 vorgeschoben wird. Wenn diese Kraftzylinder voll ausgefahren sind, wird das Führungsgehäuse 4 von den Tunnelwänden durch Einziehen der hydraulischen Winden 5 und 6 gelöst, woraufhin das Führungsgehäuse 4 durch Einziehen der Kraftzylinder 7 und nach vorn gezogen wird. Dann wird das Führungsgehäuse 4 erneut gegen die Tunnelwände festgelegt, und es kann eine weitere Vorschubbewegung des Hauptgestells 1 erfolgen.

Zur Steuerung der Maschine werden die Ausfahrlängen der hydraulischen Kraftzylinder 7 und 8 individuell geändert, so daß das Leitglied 3 einen Winkel mit dem Hauptgestell 1 einschließt,, wie dies in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Dann wird das Leitglied 3 in dieser Stellung gegenüber dem Hauptgestell 1 mit Hilfe (nicht dargestellter) mechanischer Verriegelungsmittel festgestellt· Nun kann das Hauptgestell längs einer Kurvenbahn mit Hilfe der hydraulischen Kraftzylinder 7» 8 vorgeschoben werden.

Am vorderen Ende ruht die Maschine auf einem Führungsschuh.9 und wird von einstellbaren Stützen 11 getragen. Mit Hilfe der Stützen 11 wird die Maschine gegen Kippen gesichert, solange das Führungsgehäuse 4 von den Tunnelwänden gelost ist.

Weiterhin ist die Maschine mit einem Förderband 12 und einem Lader 13 zum Aufsammeln und zum Wegtransportieren des ausgebrochenen Gesteins ausgerüstet.

Am vorderen Ende des Hauptgestells 1 ist ein Werkzeugträger 14 (vgl. 'insbesondere Fig. 3) um eine zur Tunnel-

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achse parallele Achse drehbar gelagert und wird von einem Motor 15 über ein Getriebe 16 gedreht. An dem Werkzeugträger 14 sind eine Schneideinheit 17 und ein Montagekopf 18 für mechanische Ausbruchmittel drehbar angeordnet. Die Schneideinheit I? und der Montagekopf 18 sind um Achsen drehbar, die parallel zur Drehachse des Werkzeugträgers 14 gerichtet sind und führen bei der Drehung zusammen mit dem Werkzeugträger Planetenbewegungen aus. Die Schneideinheit 17 und der Montagekopf 18 werden von einem gemeinsamen Motor 19 über ein Schneckengetriebe 20 und ein Stirnradgetriebe 21 gedreht. Das Schneckengetriebe 20 und das Stirnradgetriebe haben gemeinsam ein Zwischenrad 22, das koaxial zu dem Werkzeugträger 14 gelagert ist. Da der Motor 19 ortsfest ist, wird die Drehgeschwindigkeit der Schneideinheit 17 und des Montagekopfes 18 im Verhältnis zum Werkzeugträger 14 durch die Drehzahldifferenz zwischen dem Werkzeugträger 14 und dem Zwischenrad 22 bestimmt.

Die Schneideinheit 17 enthält einen Hochdruck-Strahlerzeuger, bestehend aus einem Gehäuse, in welchem ein doppelt wirkender Differentialkolben 23 hin- und herverschieblich ist. Der Differentialkolben 23 besteht aus zwei identischen Hochdruckkolben 24a, b mit einem dazwischen gelegenen Niederdruckteil 25 größeren Durchmessers. Die Hochdruckkolben arbeiten in entsprechenden Hochdruckkammern innerhalb des Gehäuses, an welches Wasserzuleitungen 26a, b, Wasserauslaßleitungen 28a, b und Strahldüsen 27a, b angeschlossen sind. Der dazwischenliegende Niederdruckteil 25 des Differentialkolbens 23 arbeitet innerhalb einer QJreibkammer 29» an welche Leitungen 31a 1 b zur Zuführung und Ableitung von Druckflüssigkeit angeschlossen sind. In den Hochdruckkammern tritt ein Druck von etwa 3000 - 6000 at auf. Die Größe des erzielten Druckes hängt sowohl vom Druck der treibenden Druckflüssigkeit wie dem Verhältnis zwischen den Hochdruck- und Niederdruck-Querschnittsflächen des Differentialkolbens 23 ab.

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Die Hochdruckkammern des Hochdruck-Sfcrahlerzeugers werden fortgesetzt mit Wasser von einer Pumpe 32 über eine Leitung 33 innerhalb des Werkzeugträgern 14 und liückcchlagventile 34a, b in der Schneideinheit 17 gespeist. Der Treibkammer 29 wird Druckflüssigkeit von einer Pumpe 35 über ein Steuerventil 36 und die Leitungen 31 a > b zugeführt. Die Pumpe 35 ist an einen Flüssigkeitsbehälter 38 über eine Leitung 37 angeschlossen und liefert Druckflüssigkeit unter einem Druck von 150 - 350 at. Die Pumpe 32 fördert Wasser unter einem Druck von etwa 30 atü.

Aufgabe des Steuerventils 36 ist es, den beiden Seiten der Treibkammer 29 zur Hin- und Herbewegung des Differentialkolbens 23 abwechselnd Druckflüssigkeit zuzuführen. Das Steuerventil 36 wird mit Hilfe eines eletrischen Stromkreises betätigt, der eine Stromquelle 39» eine Schalteinrichtung 40 und eine Elektromagnetwicklung 41 enthält. Die Schalteinrichtung ist am Werkzeugträger 14· befestigt und wird von einer Kurvenscheibe 42 an der Schneideinheit 17 betätigt. Das Steuerventil 36 ist nur in einer Richtung mit Hilfe des elektrischen Kreises verschieblich und in der anderen Richtung durch eine Feder 43 belastet. Das Steuerventil 36 wird mit Hilfe der Elektromagnetwicklung gegen die Vorspannkraft der Feder 43 verschoben, wenn die Steuerkurve die Schalteinrichtung 40 betätigt. Um die Hin- und Herbewegung des Differentialkolbens 23 im Verhältnis zur Drehbewegung der Schneideinheit 17 zu synchronisieren, muß der Steuerteil der Kurvenscheibe 42 eine solche Länge besitzen, daß er auf die Schalteinrichtung über 180° wirkt. Durch eine solche Anordnung werden über einen bestimmten Winkelbereich der Drehung der Schneideinheit 17 gegenüber dem Werkzeugträger 14 Wasserstrahlen erzeugt. Selbstverständlich kann das Steuerventil auch auf andere Weise, z.B. hydraulisch umgestellt werden. Der elektrische Steuerkreis wird dann gegen einen Hydra ulikkreitj ausgetauscht.

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Der Montagekopf 18 trägt zwei Schlaghämmer 44a, b, die in parallelen Ebenen, angeordnet und nach vorwärts Gegen die Tunnelbrust geneigt sind. Ein jeder Schlaghammer 44a bzw. 44b besteht aus einem Zylinder 50, einem Hammerkolben 45 und einem Schlagwerkzeug 46. Die Schlaghammer 44a, b werden mit einem Druckmedium betrieben, das von einer Pumpe 47 über eine Leitung 48 innerhalb des Werkzeugträgers 14 und Steuerventile 49a, b zugeführt wird. Das Druckmedium kann Druckluft oder Drucköl sein, und die Pumpe 47 ist demzufolge entweder ein Kompressor oder eine Druckflüssigkeitspumpe.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, erfolgt das Ausbrechen des Gesteins bei dieser Maschine durch herstellung von Schlitzen in der Tunnelbrust und durch nachfolgendes Herausbrechen des restlichen Gesteins zwischen diesen Schlitzen mit Hilfe der Schlaghammer 44a, b. Die Schlitze besitzen, da sie während der Drehung der Schneideinheit 17 erzeugt werden, Kurvenform und haben das eine Ende an der Tunnelperipherie und das andere Ende nahe dem Zentrum des Tunnelquerschnitts. Die Schlitze werden durch erodierende Wasserstrahlen hoher Geschwindigkeit eingebracht, welch letztere durch den Hochdruck-Strahlerzeuger wahrend eines vorbestimmten Winkelbereichs der Drehung der Schneideinheit 17 im Verhältnis zum Werkstückträger 14 erzeugt werden. Der Arbeitszyklus des Differentialkolbens 23 ist zu diesem Zwecke mit der Drehung der Schneideinheit 17 gegenüber dem Werkzeugträger 14 synchronisiert. Dies wird durch den kurvenscheibengesteuerten elektrischen Kreis mit dem davon betätigten Steuerventil 36 erreicht, so daß der Differentialkolben 23 einen Arbeitshub stets in ein- und demselben Winkelbereich ausführt. Da der Hochdruck-Strahlerzeuger doppeltwirkend ist, werden während Jeder vollen Drehung der Schneideinheit 17 zwei Schlitze hergestellt.

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Die Maschine arbeitet wie folgt:

Zunächst wird das Führungsgehäuse 4 gegen die Tunnelwand mit Hilfe der hydraulischen Winden 5 und 6 verspannt, und das Leitglied 3 wird in einem bestimmten Winkel gegenüber dem Hauptgestell eingestellt und verriegelt. Dann wird letzteres mit Hilfe der hydraulischen Kraftzylinder 7 und längs einer vorbcotimmten Bahn vorgeschoben. Gleichzeitig wird dor Werkzeugträger 14 mit Hilfe dec Motors 15 gedreht, und die Schneideinheit 17 und der Montagekopf 18 werden ihrerseits von dem Motor 19 gedreht. Nun wird den Hochdruckkammern des Hochdruck-Strahlerzeugers Wasser mit Hilfe der Pumpe 32 zugeführt.

Die Wirkungsweise der Schneideinrichtung 17 wird nachstehend in Verbindung mit den Pig. 3 und 5 erläutert.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung hat der Differentialkolben 23 gerade seine obere Endstellung erreicht und während des Aufwärtshubes einen Wasserstrahl durch die Strahldüse 27a erzeugt. In dieser Stellung betätigt die Kurvenscheibe 42 die Schalteinrichtung 40 derart, daß der Steuerkreis geschlossen ist und die Elektromagnetwicklung 41 das Steuerventil 36 umgestellt hat. In dieser Stellung strömt Druckflüssigkeit von der Pumpe 35 durch die Leitung 31b in den unteren Teil der Treibkammer 29.

Bei weiterer Drehung der Schneideinheit 17 wird die Wirkung der Kurvenscheibe 42 auf die Schalteinrichtung 40 unterbrochen, so daß der Steuerkreis.geöffnet wird und die Verstellkraft der Wicklung 41 auf das Magnetventil wegfällt. Dadurch wird das Steuerventil unter der Vorspannkraft der Feder 23 in die entgegengesetzte Stellung verschoben, wodurch die Druckflüssigkeit dem oberen Teil

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der Treibkammer 29 durch die Leitung 31a zugeführt wird. Inzwischen hat die Pumpe 32 die untere Hochdruckkammer mit Wasser gefüllt, und das Rückschlagventil 34b schließt, wenn der Differentialkolben 23 mit seiner Abwärtsbewegung beginnt, und dadurch wird-Wasser durch die Leitung 28b und die Strahldüse 27b mit sehr hoher Geschwindigkeit herausgepreßt. Der dabei erhaltene Wasserstrahl hat eine Dauer von fast der Hälfte einer Umdrehung der Schneideinheit oder, genauer gesagt dauert solange an, bis die Kurvenscheibe 42 erneut die Schalteinrichtung 40 betätigt, den Steuerkreis schließt und dadurch eine Umschaltung des Steuerventils 36 verursacht. Wenn das Steuerventil 36 umgeschaltet ist, ändert der Differentialkolben 22 seine Bewegungsrichtung, und der Zyklus wird in der entgegengesetzten Hochdruckkammer wiederholt. Da sie jedoch die Schneideinheit 17 um eine halbe Umdrehung gedreht hat, wird ein Wasserstrahl innerhalb desselben Winkelbereichs · im Verhältnis zum Werkzeugträger wie zuvor erzeugt.

Wenn sich der Werkzeugträger.14 um eine halbe Umdrehung gedreht hat, vermögen die Schlaghämmer 44a, b in die Teile des Gesteins einzudringen, das zwischen den Schlitzen stehengeblieben ist. Diese Gesteinsteile fallen nach dem Wegbrechen lose auf die Tunnelsohle herab. Um die Schneideinheit 17 vor Beschädigungen durch die auf die Tunnelsohle niederbrechenden Gesteinsmengen zu schützen, ist der Werkstückträger 14 mit einem Kratzer 51 versehen (s. Fig. 1 und 2). Dieser Kratzer 51 ist derart am Werkzeugträger 14 befestigt, daß er der Schneideinheit 17 bei der Drehung des Werkzeugträgers 14 voraus eilt und das Gestein bei Seite schiebt, so daß es von der Ladeeinrichtung 13 erreicht werden kann und die Schneideinheit 17 freien Durchgang hat.

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Das Verhältnis zwischen der Tiefe der Schlitze und deren Abstand sollte mindestens 1:1 betragen, um es den Schla^- hämmern zu ermöglichen, die restlichen Gesteinsteile zwischen den Schlitzen niederzubrechen. Dies bedeutet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeugträgers 14 sorgfältig der Tiefe der Schlitze anzupassen ist, die durch die Wasserstrahlen erzeugt werden, so daß der Abstand zwischen den Schlitzen nicht deren Tiefe überschreitet.

Die Vorschubgeschwindigkeit der Maschine muß der Tiefe der Schlitze in Tunnellängsrichtung so angepaßt werden, daß die Maschine nach jeder Umdrehung des Werkzeugträgers um einen der Schlitztiefe entsprechenden Betrag vorgeschoben wird. Um das Niederdrechen des Gesteins.zu erleichtert, können die Schlitze in einem Winkel gegenüber der Tunnelrichtung geschnitten werden.

Die Umdrehungszahl der Schneideinheit 17 im Verhältnis zum Werkzeugträger 14 wie auch die Größe der Strahldüsen 27a, b kann individuell geändert werden, um das Wasserstrahlschneiden den physikalischen Eigenschaften des bearbeiteten Gesteins anzupassen.

In den Fig. 6 und 7 ist eine Schheideinheit anderer Ausführungsform zur Benutzung bei einer Maschine gemäß der Erfindung gezeigt. Der Unterschied zwischen dieser Schneid einheit und der vorbeschriebenen Schneideinheit besteht darin, daß bei letzterer der Hochdruck-Strahlgenerator von einem doppelt wirkenden Druckverstärker der Differentialkolbenbauart gebildet ist, während die nachstehend beschriebene Schneideinheit a\is vier einfach wirkenden Hochdruck-Strahlerzeugern 61a, b, c, d mit frei fliegendem Kolben zur Erzeugung der Hochdruck-E'lüssigkeitsiinpulF.e besteht. Diese Strahler:.;;:^-£' t:Lnd an einer.· Nabe 62 ati[:e-

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ordnet und nach vorn gegen die Tunnclbrust unter Bildung spitzer Winkel mit der Drehachse der Schneideinheit gerichtet. Ein jeder dieser Strahlerzeuger besteht aus einem Gehäuse 63 einem Kolben 64-, einem Steuerventil 65 der gleichen Art wie bei der zuvor beschriebenen Maschine und einer Strahldüse 66. Der Kolben 64 hat einen im Durchmesser größeren Teil 67, der innerhalb einer Treibkammer arbeitet, welcher das Antriebsmedium·.über ein Steuerventil

65 zur Hin- und Herbewegung des Kolbens 64 innerhalb des Gehäuses 63 zugeführt wird. Der vordere Teil des Kolbens arbeitet in einer Wasserkammer 69, die mit der Strahldüse

66 in Verbindung steht. Die Wasserkammer 69 ist am vorderen Ende als Hochdruckkammer 70 ausgebildet, die unmittelbar mit der Strahldüse 66 in Verbindung steht. Der vordere Teil des Kolbens 64 paßt dichtend in die Hochdruckkammer Ein jeder der Wasserstrahlerzeuger 61a-d ist außerdem mit einem Wassereinlaß 71 versehen, an welchen ein Rückschlagventil 72 und ein Speicher 73 angeschlossen sind.

Die Wirkungsweise der vorstehend erläuterten Strahlerzeuger ist folgende:

Wie bei der zuvor erläuterten Maschine wird das Steuerventil 65 elektrisch (oder auf andere Weise) während der Drehbewegung der Schneideinrichtung derart umgestellt., daß das Antriebsmedium abwechselnd den beiden Teilen der Treibkammer 68 zugeführt wird und dadurch den Kolben 64 darin hin- und herverschiebt. Bei einem Arbeitshub wird der Kolben 64 nach vorn beschleunigt, während der Druck in der Wasserkammer 69 ansteigt. Dadurch strömt Wasser aus der Kammer 69 zum Teil durch den Einlaß 71 und zum Teil durch die Strahldüse 66. Da das Rückschlagventil 72 cLen Rückstrom des Wassers in die Zufuhrleitung verhindert und die Größe dor Strahldüse sehr gering ist, wird der Haupttcil den ausströmenden Wassers in den Speicher 63 gedrückt.

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Dies dauert an, bis der Kolben 64- die Ilochdruckkammer erreicht, wodurch letztere verschlossen wird und der Wasserdruck darin auf ein sehr hohes.Niveau ansteigt. Unter diesem hohen Druck strömt das Wasser durch die Strahldüse 66 mit sehr hoher Geschwindigkeit aus. Beim Rückhub des Kolbens 64 werden die Wasserkammer 69 und deren Hochdruckkeil 70 wieder mit Wasser gefüllt, und zwar zunächst aus dem Speicher 73» und, wenn der Druck darin abgesunken ist, strömt Wasser durch die Zufuhrleitung nach. Nun kann ein weiterer Arbeitshub eingeleitet werden. Dieser Zyklus wird in 1000 - 6000 Doppelhüben pro Minute wiederholt und zeichnet sich durch die kurze Zeitspanne aus, die der Hochdruckimpuls andauert. Diese Dauer des Waaserimpulses ist kurz im Vergleich zur Zeitdauer des gesamten Zyklus und kann 1/10 davon betragen.

In den Pig». S bis 10 ist noch eine weitere Ausführungsform de.:- Erfindung dargestellt, die ein Hauptgestell und ein nachgeschlepptes Rahmengestell 102 umfaßt. Auf dem Hauptgestell 101 ist ein Werkzeugträger 103 angeordnet, der um einen horizontale Achse 104 verschwenkbar ist. An dem Werkzeugträger 103 ist eine Schneideinheit befestigt, die aus zwei Hochdruck-Strahlerzeugern 106, besteht. Diese Strahlerzeuger bestehen aus einfach wirkenden Druckverstärkern mit Differentialkolben, die mit Strahldüsen 108 und 109 ausgerüstet sind (die Schneideinhei^en sind im einzelnen nicht näher beschrieben).

Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist die Maschine nach den Fig. 8 bis 10 zur Herstellung nichtkreisförmiger Tunnelquerschnitte (s. Pig. 11) bestimmt. Die Strahldüsen der Schneideinheit dieser Maschine sind in im wesentlichen horizontalen und vertikalen Ebenen beweglich, und es ist damit beabsichtigt, eine Anzahl von Querschlitzen in

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die Tunnelbrust zu schneiden. Wie bei der zuvor beschriebenen Maschine ist auch diese Maschine vorzugsweise mit mechanischen Einrichtungen zum Niederbrechen des restlichen Gesteins zwischen den Schlitzen versehen. Diese Ausbruchseinrichtungen sind in der Zeichnung weggelassen,· um zu vermeiden, daß die Figuren undeutlich werden.

Das Hauptgestell 101 ruht auf vier Gleitschuhen 110, die mittels hydraulischer Kraftzylinder 111 senkrecht einstellbar sind. Weiterhin ist das Hauptgestell 101 mit vier horizontal gerichteten hydraulischen Winden 112 versehen, mittels welcher es gegen die Tunnelwandungen verspannbar ist.

Das Hauptgestell 101 und das nachgeschleppte Rahmengestell 102 sind durch zwei hydraulische Kraftzylinder 113 und 114-miteinander verbunden, deren Zweck im Vorschub und der Steuerung der Maschine besteht. Das Rahmengestell 102 ist mit Rädern 115 und horizontalen hydraulischen Winden zur Bewegung bzw. Verspannung innerhalb des Tunnels versehen. Auf dem nachgeschleppten Rahmengestell 102 sind eine Hydraulikpumpe 117, ein Elektromotor 118 zum Antrieb der Pumpe 117, ein ölbehälter 119, eine Wasserpumpe 120 und ein Elektromotor 121 zum Antrieb der Wasserpumpe angeordnet. Darüber hinaus trägt das Rahmengestell 102 einen Schaltschrank 122 mit Steuereinrichtungen für die Maschine sowie ein elektrisch angetriebenes Hebezeug 123, das an einer Schiene 128 hängt. Das Rahmengestell hat schließlich noch eine Bedienungsbühne 126.

In Verbindung mit Fig. 10 im besonderen wird nun die Schneideinheit näher erläutert. Die Schneideinheit 105 ist schwenkbar an dem Werkzeugträger 103 befestigt, der seinerseits um einen horizontale Achse 104 verschwenkbar ist,, die quer zur Tunnelachse gerichtet ist. Durch Verschwenken des Werkzeugträgers 103 werden die vorderen

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Enden der Hochdruck-Strahlerzeuger angehoben oder abgesenkt. Die Schwingachse der Schneideinheit 105 verläuft lotrecht zur Schwenkachse 104 des Werkzeugträgers 103,

Zur Ausführung der Schwenkbewegung des Werkzeugträgern ist die Schwenkachse 104 von einem Motor 127 und einem Getriebe 128 antreibbar. Die Schneideinheit 105 wird mittels eines Hydraulikzylinders 129 hin- und herverschwenkt. Druckflüssigkeit zum Antrieb der Strahlerzeuger wird der Schneideinheit 105 durch die Schwenkachse 104 dec Werkzeug trägers 103 zugeführt, der zu diesem Zwecke mit Gelenkanschlüssen 131 und 132 versehen ist. Die einfach wirkenden Druckverstärker, welche die Strahlerzeuger 106 und 107 bilden, sind hydraulisch über eine Leitung 133 und ein Verteilerventil 134 miteinander verbunden.

Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende:

Die Schneideinheit 105 wird mit Druckflüssigkeit von der Pumpe 117 über den Gelenkanschluß 131» die Achse 104 des Werkzeugträgers 103 und das Verteilerventil 134 versorgt. Je nachdem, ob sich das Verteilerventil 134 in seiner rechten oder linken Stellung befindet, wird der Strahlerzeuger 107 oder der Strahlerzeuger 106 mit Antriefrsmedium gespeist (das Verteilerventil 134 wird durch geeignete Mittel, beispielsweise einen hydraulischen Steuerkreis umgestellt).

In der einen Stellung speist das Verteilerventil 134 den rechten Strahlerzeuger 107, wie in l<'ig. 10 veranschaulicht ist. Der druckverstärkende Differentialkolbcn des Strahlerzeugers 107 wird nach vorn gedruckt, wodurch ein Wasserstrahl durch die Strahldüse 109 erzeugt wird. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit, die sich vor dem Niederdruckteil deo Differentialkolbens befindet, durch die Leitung

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herausgedrückt. Diese Leitung führt zur Vorderseite des Differentialkolbens des linken Strahlerzeugers 106, wodurch die hindurchgeleitete Flüssigkeit den linken Strahlerzeuger einen Rückhub ausführen läßt.

Während, des Rückhubes des linken Druckverstärkers entweicht Druckflüssigkeit von dessen hinteren Ende und strömt zum Sammelbehälter 119 über das Ventil 134-, die Achse 104 und den Gelenkanschluß 132 zurück.

Wenn von dem rechten Strahlerzeuger 107 ein Wasserstrahl erzeugt wird, schwingt die Schneideinheit 105 nach links, wodurch ein Schlitz von der rechten Seitenwand des Tunnels zur Mitte der Tunnelbrust geschnitten wird. Die Schwinggeschwindigkeit der Schneideinheit 105 wird der Strahldauer angepaßt, so daß der Arbeitshub des Strahlgenerators zur gleichen Zeit beendet ist, wie die Schwingbewegung ausgeführt ist.

Nun wird das Verteilerventil 134· umgeschaltet, wodurch der linke Strahlerzeuger 106 einen Arbeitshub ausführt. Zur gleichen Zeit wird die Schneideinheit 105 nach rechts mit Hilfe des Zylinders 129 verschwenkt, und es wird ein Schlitz von der linken Seitenwand des Tunnels zur Mitte der Tunnelbrust geschnitten. Nun ist ein vollständiger Querschlitz in die Tunnelbrust eingebracht. Der Zyklus wird wiederholt, nachdem die Strahldüsen 108 und 109 durch Verschwenken des Werkzeugträgers 105 hochgehoben odor nbgor.cnlvfc worden sind. Eine derartige Verschwenkung wird durch Eincchaltung des Motors 12? herbeigeführt, der die Schwenkachse 124 des Werkzeugträgers über das Getriebe 128 dreht.

Wenn die Tunnelbrust mit Schlitzen bedeckt ist und die verbxeibenden Gesteinsteile niedergebrochen sind, muß

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die Maschine in eine neue Schneidstellung vorgeschoben werden. Dies geschieht durch Lösen des Rahmengestella 102 von den Tuiinelwänden unter Einfahren der hydraulischen Winden 116 und durch Einfahren der hydraulischen Kraftzylinder 113 und 114-, wodurch das Rahmengestell 102 nach vorn gezogen wird. Wenn die Kraftzylinder 113 und 114 voll eingefahren eind, wird das Rahmengestell 102 erneut gegenüber den Tunnelwänden durch Ausfahren der hydraulischen Winden 116 verspannt. Daraufhin werden die Winden 112 des Hauptgestells 101 eingefahren, und die hydraulischen Kraftzylinder 113 und 114 werden wieder ausgefahren, wodurch das Hauptgestell 101 in eine neue Schneidstellung vorgeschoben wird, in der es gegen die Tunnelwände durch Ausfahren der hydraulischen Winden 112 wieder verspannt wird. Nunmehr ist die Maschine bereit, zum Schneiden einer weiteren Anzahl von Schlitzen in die Tunnelbrust.

Die Horizontalsteuerung der Maschine in Kurvenbahnen erfolgt durch individuelle Betätigung der Kraftzylinder 113 und 114, so daß das Hauptgestell 101 in eine Winkelstellung gegenüber dem Rahmengestell 102 gelangt. Diese Winkelstellung wird während des.stufenweisen Vorschubs der Maschine aufrechterhalten.

Die Vertikalsteuerung der Maschine erfolgt durch Betätigung der hydraulischen Winden 111. -Auch wird die Maschine durch die Einstellung dieser Winden 111 daran gehindert, in einen Schraubengang zu verfallen.

Ansprüche /

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Claims (9)

1. Ansprüche

   Verfahren zum Ausbrechen eines Tunnelraumes unter Herstellung von Schlitzen an der Tunnelbrust, zwischen donon dao restliche Gestein anschließend woggebrochen dadurch gekennzeichnet , daß die Benutzung der Tunnelbruüt durch Erosion mit' Hilfe von Flüssigkeitsütrahlen hoher Geschwindigkeit vorgenommen wird.
2. 2. Tunnelbauiqaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein auf der Tunnelsohle· bewegliches Hauptgestell (1; 101), einen an diesem angeordneten Werkzeugträger (14; 103)» eine oder mehrere an dem Werkzeugträger beweglich angeordnete Schneideinheiten (17; 105) > von denen eine <jede mindestens einen Erzeuger (23; 61a-d; 106,· 107) für einen Flüssigkeitsstrahl hoher Geschwindigkeit"aufweist, und eine auf dem Hauptgestell (1; 101) angeordnete Druckflüssigkeitsquelle (35; 117) zum Betreiben der Flüssigkeitsstrahlerzeuger (23; 61a-d; 106, 107).
3. 3· Tunnelbaumaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Werkzeugträger (14) am Hauptgestell (1) um eine im wesentlichen parallel zur Tunnelachse gerichtete Achse drehbar ist.
4. 4, Tunnelbaumaschine nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß eine ^j ede Schneideinheit (17) am Werkzeugträger (14) um eine parallel zu dessen Drehachse gerichtete Achse drehbar ist.

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5. 5. Tunnelbaumaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Werkzeugträger (14) mechanische Abbaumittel (44a, b) suin Ausbrechen des zwischen den Schlitzen verbleibenden Gesteins der Tunnelbrust angeordnet sind.
6. 6. Tunnelbaumaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die mechanischen Abbaumittel aus einer oder mehreren Schlaghämmern (44a, b) bestehen, die on einem um eine Achse parallel zur Drehachse des Werkzeugträgers (14) drehbaren Montagekopf (18) angebracht sind.
7. 7. Tunnelbaumaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Werkzeugträger (103) an dem Hauptgestell (101) um eine horizontal und quer zur Tunnelachse gerichtete Achse (104) verschwenkbar angeordnet ist.
8. 8. Tunnelbaumaschine nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß eine oder mehrere Schneid einheiten (105) an dem Werkzeugträger (103) um eine lotrecht zur Schwenkachse (104) desselben gerichtete Achse verschwenkbar angeordnet sind»
9. 9. Tunnelbaumaschine nach einem der Ansprüche ,2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Flüssigkeitsstrahlerzeuger (23; 61a-d; 106, 107) aus einem nach dem Differentialkolbenprinzip arbeitenden Druckverstärker besteht.

   10· Tunnelbaumaschine nach einem der Ansprüche 2, bis 8, dadurch gekennzeichnetm daß ein Jeder Flüssigkeitsstrahlerzeuger (23; 61a-d; 106, 107) aus einer einen Hochdruckimpuls erzeugenden Einrichtung der Flugkolbenbauart besteht.

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