DE2514150A1

DE2514150A1 - Tunnelvortriebsmaschine in schildausfuehrung

Info

Publication number: DE2514150A1
Application number: DE19752514150
Authority: DE
Inventors: Luka Dipl Ing Gjakun; Heinz Horst; Friedrich Klapdohr
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1975-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1976-10-07
Also published as: DE2514150C3; BE840008A; FR2306329B3; GB1541879A; FR2306329A1; DE2514150B2

Description

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DEMAG Aktiengesellschaft

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Volfgang-Reuter-Platz

Tunnelvortriebsmaschine in Schildausführung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tunnelvortriebsmaschine in Schildausführung zum Einsatz in weichem Gestein,gebrächem Gebirge bzw. in Störungszonen im harten Gestein.

Das Auffahren von Tunneln gestaltet sich immer dann schwierig, wenn es gilt, in unterschiedlichem Gelirge zu arbeiten. Herkömmliche Tunnelvortriebsmaschinen Bind meist für einen speziellen Einsatzfall auf das Gebirge abgestimmt, d. h. für weiches, gebräches Gestein als Schildmaschine und für hartes Gestein ohne Schild ausgeführt. Oft verlangen jedoch die Einsatzfälle ein Arbeiten sowohl in hartem als auch in weichem Gestein, so daS die Maschine störungsfrei beide Aufgaben bewältigen muß. Im nichtstandfesten Gebirge soll der Schild soweit wie möglich vorne an der Maschine beginnen, also unmittelbar im Bereich des Bohrkopfes und sich nach hinten bis zu der Stelle ziehen, wo die festen Einbauten in den Tunnel eingebracht werden. Ein durchgehender Schild beeinträchtigt jedoch die ILurvengängigkeit der Tunnelvortriebsmaschine,

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so daß die Konstruktion der Maschine so ausgelegt werden muß, daß die Lenkbarkeit durch den Schild nicht eingeschränkt wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich davon ausgehend die Aufgabe gebellt, eine Tunnelvortriebsmaschine der eingangs geschilderten Art so zu gestalten, daß der Einsatz im harten und weichen Gestein möglich ist, ohne die Lenkbarkeit der Maschine zu beschränken; trotzdem soll der Schild eine optimale Sicherung gegen hereinbrechendes Gestein auch während des Vorschubes ermöglichen und die Konstruktion so ausgelegt sein, daß durch die Schildanordnung und die Lenkeinrichtung der ohnehin beschränkte Raum im Tunnel möglichst wenig eingeengt wird, so daß das Auswechseln und Umrüsten der Schneidwerkzeuge sowie der Abtransport des hereingewonnenen Haufwerkes leicht durchführbar ist.

Davon ausgehend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der im Bereich des Bohrkopfes beginnende Schild quer zur Vortriebsrichtung geteilt ausgebildet ist und beide Schildteile mindestens um die Länge eines V.orschubhubes in Maschinenlängsrichtung kammartig ineinandergreifend ausgebilfet sind und beide Schildteile unabhängig voneinander an die Tunnelwand anpaßbar sind. Durch diesen Vorschlag wird sichergestellt, daß die Lenkbarkeit der Maschine stets gewährleistet ist und trotzdem eine vollkommene Absicherung der Maschine gegen hereinbrechendes Gestein auch während des Bohrhubes garantiert ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der in Vortriebsrichtung vordere Schild in einzelne in Längsrichtung ausfahrbare und gegen die Tunnelwand anstellbare Gleitschildsegmente aufgeteilt ist, deren gemeinsamer Rahmen den Bohrkopf und dessen Antrieb aufnimmt.

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Günstigerweise wird vorgeschlagen, daß die Gleitschildsegmente aus Dachschild, zwei Seitenschildern und Schuh gebildet werden, wobei der Schuh der Abstützung der Maschine während des Vorschubes dient. Durch die Teilung des vorderen Schildes ergibt sich eine kurze nachgiebige Konstruktion, die die Lenkbarkeit günstig beeinflufit. Der Schuh an den unteren Teil des Schildes ninnt einen Teil des Maschinengewichtes während des Bohrvorganges auf, wobei dieser, wie die übrigen Teile des vorderen Schildes in Tunnel gleitet.

Hach einen anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daB der hintere Schild zur Verspannung während des Bohrhubes nit auf den Schildunfang verteilten Ausnehmungen versehen ist, durch die Spannpratzen in Richtung Tunnelwand hindurchbewegbar sind. Dadurch wird der Verapanndruck der Maschine gleichnäSig auf die Tunnelwand verteilt, die Maschine nuß sich nicht auf den Ausbau abstützen.

Vorzugsweise ist die Tunnelvortriebeneschine so ausgebildet _f daB die Tragrahmen des vorderen und des hinteren Schildes über ein Bohr niteinander verbunden sind, an dessen beiden Soden Kardangelenke angeordnet sind, wobei das hintere Gelenk in Gleitführungen des hinteren SchiIdrahnens in Längsrichtung verfahrbar ist, deren Länge nindestens der eines VorschubhubwegeB entspricht. Die kardanisch^ Verbindung der beiden Maschinenteile, also Vorder- und Hinterschild ermöglicht eine einwandfreie Lenkbarkeit bei guten ßtabiIitatβeigenschaften. Das Rohr dient dabei zur übertragung des Drehnomentee auf den hinteren Verspann-Schild.

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Als besonders günstig ist es dabei anzusehen , daß das Bohr als Aufnahme für den Bohrgutförderer und als Montβgezugang zu den Bohrkopf dient.

Weiterhin ist vorgesehen, daß zwischen vorderen und hinteren Schildrahmen auf dem Umfang verteilt und in Maschinenlängsrichtung aus- und einfahrbare Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet sind, die unabhängig voneinander beeufschlagbar zur Lenkung der Haschine vorgesehen sind. Durch verschiedene Beaufschlagung der Vorschubzylinder wird die Maschine gelenkt.

Der Schuh, auf den die Maschine bei« Vorschub gleitet, hat eine us> eine vertikale Achse drehbare Befestigung, uo eine bessere Anpassung an die Sohlenfora, insbesondere bei Kurvenfahrt zu gewährleisten. Uxd den Schuh zu stabilisieren und die durch das Eigengewicht der Maschine entstehendes Heibungekräfte zu neutralisieren ist weiterhin vorgesehen, daß zwischen dem hinteren Schildrahmen und des Schuh unabhängig beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten in Maschinenlängerichtung eis- und ausfahrbar angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figuren dargestellt und zwar zeigt:

Fig. 1 eise Ansicht der Tunnelvortriebemaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 eines teilweisen Längsschnitt durch die Tunnelvortriebsmaschine geaäß Fig. 1,

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Fig. J einen Querschnitt durch die Tunnelvortriebsnaschine im Bereich der kannartigen Schildteilung mit Blick nach hinten,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Tunnelvor-

triebcaaschine im Bereich der kanmartigen Schildteilung mit Blick nach vorne,

Fig. 5 einen Schnitt .durch das Verbindungsrohr ie Bereich des vorderen Kardangelenkes,

Fig. 6 einen Schnitt durch das Verbindungsrohr im Bereich des hinteren Kardangelenkes,

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Verbindungsrohr mit den Kardangelenken, teilweise geschnitten und

Fig. 8 eine us 90° gedrehte Ansicht des Rohres nach Fig. 7, teilweise geschnitten.

In Fig. 1 ist nit 1 der Bohrkopf bezeichnet; der vordere Schild besteht aus dem Dachschild 2, den Seitenschildern 3 und dem Schuh 4. Der hintere Schild 5 weist bei 27 kamrnartige Vorsprünge auf, die in Ausnehmungen 28 des vorderen Sdildos eingreifen. Der Schild 5 ist mittels Verspannpratzen 6, die gleichmäßig auf dem Schilduafeng verteilt angeordnet sind, ic Turnel verspannbar. Kit 7 ist ein Schleppschild bezeichnet, der au den Schild 5 anbaubar ist j des weiteren ist in Fig. 1 eine Mittelkonsole 8 dargestellt, von der aus der Tunnelausbau vorgenommen werden kann.

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Id Fig. 2 sind gleiche Teile gleich bezeichnet. Kit 9 sind-die in den Tunnel eingebrachten Ausbausegmente beziffert, die gestrichelt dargestellt sind. Die Rollenmeißel en Bohrkopf 1 sind mit 10 bezeichnet, 11 ist eine Bohrgutschaufel, die dazu dient, des herangebrachte Bohrgut über die Rutsche 12 dem Kastenbandförderer 15 2usufuhren. Der Vorschub der Maschine erfolgt über die Kolben-Zylinder-Einheiten 16, die gleichzeitig zur Lenkung dienen. Der Antrieb des Bohrkopfes 1 erfolgt wahlweise durch Hydrsulikmotoren 13 oder Elektromotoren .14, die über nichtdargestellte Ritzel einen am Bohrkopf angeordneten Zahnkranz in der üähe des Hauptlagers 20 treiben. Das Hauptlager 20 ist als kombiniertes Radial-Axial-Lager ausgeführt. An dein Schuh 4 sind au8erdem Vorschubzylinder 19 angeordnet, die der Stabilisierung bzw. Lenkung des Schuhs und dessen Vorschub dienen. Zur Übertragung des Drehmomentes von der hinteren Verspannung auf den vorderen Teil der Maschine dient das mit 21 bezeichnete Rohr im Zentrum der Maschine, das bei 22 und 23 Kardangelenke aufweist.

In Fig. 3' ist das Rohr 21 geschnitten dargestellt, der Kastenbandförderer 15 ist im Inneren dieses Rohre3 geführt. Im Bereich des hinteren Kardangelenkes 23 sind Kulissen 24 vorgesehen, die in Gleitführungen 30 des hinteren Schildrahmens längsverschiebbar sind. Ebenfalls in Fig. 3 dargestellt, ist eine öffnung 25 im hinteren " Schildrahmen 31,'die als Raum für den Durchgang der optischen Gase (Laser) zur ilaschinensteuerung vorgesehen ist. In Fig. 4 sind gleiche Teile wieder gleich bezeichnet, 26 ist ein Raum, der für den Einbau von Sondiermaschinen wie beispielsweise Bohrlafetten freigehalten ist. Notfalls können dort auch Ankerlochbohrmaschinen beispielsweise für Injizierarbeiten im Maschinenbereich untergebracht

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werden. Mit 17 in Fig. 4 sind die Spsnnzylinder beziffert, mit denen der vordere Schild 2,3, 4 an das Tunnelprofil angepaßt werden kann.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch das Rohr 21 im Bertich des vorderen Kardangelenkes 22. Das Kardangelenk 22 ist in Lagerstellen des vorderen Schildrahmens mittels Zapfen 31 drehgelegert. Ein ähnliches Kardongelenk 23 ist in Fig. 6 dargestellt, wobei die Schnittebene in den Bereich der Zapfen 32 gelegt ist. Die Zapfen 32 sind in Kulissen 24 gelagert, die wiederum in - in der Pro,)ektionsrichtung der Zeichnung verlaufenden - Gleitführungen 30 bewegbar sind.

In Fig. 7 und 8 sind die bereits beschriebenen Teile nit gleicher Bezifferung in anderer Lage dargestellt.

In Einsatz der Maschine schneidet der Bohrkopf 1 freien Baum für den vorderen Schild 2,3, bestehend aus dem Dachschild 2 und den zwei Seitencchilcen 3· Dieser Schild rutscht beim Bohren ebenso wie der Jcnuh 4 nach vorne. Durch den breiten Gleitschuh 4 wird das Absacken der Maschine verhindert, der Schuh hat eine drehbare Befestigung um eine vertikale Achse, dsinit eine bessere Anpassung an die Sohlenfora,insbesondere bei Kurvenfahrt, gewährleistet ist. Der Vorschub des vorderen Maschinenteils erfolgt über die Vorschub- und Lenkzylinder 16, die sich gegen den Hahmen des hinteren Schildes 5 abstützen. In dargestellten Beispiel sind zehn solcher Hydraulikzylinder 16 an Umfang der Maschine vorgesehen, die eine gleichmäßige Kraftverteilimg sicherstellen und durch unterschiedliche Beaufschlagung gleichzeitig eine hydraulisch gesteuerte Lenkung der Maschine ermöglichen. Die Höhenleokung der Maschine wird zusätzlich Bit Hilfe des Schuhzylinders 18 durchgeführt.

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Das ganze Vorderteil der Maschine ist mit dem Hinterteil über das Rohr 21 verbunden, an dessen beiden Enden sich Kardangelenke 22 und 23 befinden. Durch dieses Rohr 21 in Verbindung mit den Kardengelenken 22 und 23 wird die volle Lenkbarkeit der Maschine ermöglicht, gleichzeitig · überträgt das Rohr des Drehmoment von den nichtverspannten auf den verspannten Teil der Maschine. Das vordere Kardangelenk 22 ist fest mit der Tragkonstruktion des Verspannschildes 2, 3t 4- verbunden, das hintere Kardangelenk 23 ist in don Kulissen 24 gelagert, die während des Bohrhubes in dem Verspannschild 5 auf Langs-Gleitbahnen 30 gleiten/ Der Verspannschild 5 ara hinteren Ende der Maschine ist im Durchmesser geringfügig kleiner als der Soll-Bohrdurchmesser, um ein einwandfreies Nachziehen des Schildes zu ermöglichen. In dem Schild 5 befinden sich acht gleich^- mäßig verteilte Kastenpratzen 6, die mit Hilfe jeweils eines kurzen Topfzylinders in Richtung Tunnelv/andung ausfahrbar sind und den hinteren Schild im Tunnel verspannen. Die kleinen Pratζenabmessungen erlauben es, die Pratzen nicht mehr kugelig zu lagern.

Der Antrieb des Bohrkopfes 1 erfolgt über vier Antriebseinheiten, Antriebsaggregate können entweder Hydrauliknotoren 13 oder Elektromotorenn14 sein. Dabei können teida Einheiten ohne Änderungen in das gleiche Hauptlagergehäuse eingebaut werden. Der Hydraulikmotor 13 (Langsamläufer) wird direkt mit dem Ritzel, das in den Zahnkranz des Bohrkopfes eingreift, verbunden. Der Elektromotor 14 hat eine hydraulische Kupplung und ein Planetengetriebe zwischengeschaltet. Alle Ritzel treiben über den großen, nicht .bezeichneten Zahnkranz, der auf dem kombinierten Radial-Axial-Hauptlager 20 den Bohrkopf 1 an.

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Der Bohrkopf 1 kann mit verschiedenen Bohrwerkzeugen 10 bestückt werden. Dabei ist es in günstiger Weise möglich, alle Werkzeuge von hinten auszubauen, dadurch braucht für e.inen Werkzeugwechsel und eine Wartung die Maschine nicht zurückgezogen zu werden und das Personal nicht vor Kopf zu arbeiten. Alle Arbeiten werden aus dem Kopfinneren ausgeführt. Je nach Gestoinsart können Holl3naei3el 20 oder FickenmeiSel allein oder kombiniert eingesetzt werden. Der Zugang zum Bohrkopf kann durch das Rohr 21 erfolgen, das gleichzeitig den Bohrgutförderer 15 in sich aufnimmt. Das Bohrgut wird von den Schaufeln 11 am Bohrkopf 1 aufgenommen und dem Förderer 1p über die Bohrgutrutsche 12 zugeführt. Der Innenraum der Maschine, äLso das Rohr 21 dient auch für die Aufnahme von Leitungen, Rohren usw., die dadurch in hervorregender Weise vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden. Sofern ein Auebau des Tunnels notwendig ist, kann man hinter der Maschine verschieden- Hilfsvorrichtungen anbringen, z. B. ein zusätzliches Schleppschild 7» wie in Pig. 1 schemetisch dargestellt. Für die Anbringung beispielsweise einer Tübbing-VersetzniaEchine kann eine Konsole 8 am hinteren Schild 5 wittig angeflanscht werden, auf der die Ausbauvorrichtung verfahren werden kann. Die mit 27 und 23 bezeichnete, kamaartige Verbindung des vorderen und hinteren Schildes verhindert eine Verformung des Gebirges im Bereich zwischen den Schildern auch bei voll ausgefahrenem Bohrhub. Die kammartigcn Vorsprünge 27 greifen dabei in die Ausnehmungen 28 mit se viel -ipiel, daß die Lenkung der Maschine nicht behindert wird.

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Claims

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1. Tunnelvortriebsmaschine in Schildausführung zum Einsatz in weichem Gestein, gebrächen) Gebirge bzw. in Störungszonen im harten Gestein, dadurch gekennzeichnet,

daß der im Bereich des Bohrkopfes (1) beginnende Schild (2, 3, 4-» 5) quer zur Vortriebsrichtung geteilt ausgebildet ist und beide Schüdteile mindestens un> die Lange eines Vorschubhubes in

/mit Spiel Maschinenlängsrichtung kammartig ineinandergreifen (27, 28) ausgebildet sind und beide Schüdteile unabhängig voneinander an die Tunnelwandung anpaßbar sind.

2. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der in Vortriebsrichtung vordere Schild (2, 3, in einzelne, in Längsrichtung ausfahrbare und gegen die Tunnelwand anstellbare Gleitschildsegmente aufge teilt ist, deren gemeinsamer Rahmen den Bohrkopf (1) und dessen Antrieb (13» 1*0 aufnimmt.

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3. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

<fcß die Gleitschildsegmente aus Dachschild (2), zwei Seitenschildern (3) und Schuh (A) gebildet werden, wobei der Schuh (4) der Abstützung der Maschine während des Vorschubes dient.

4. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der hintere Schild (5) zur Vorspannung während .des Bohrhubes mit auf dem 3childumfang verteilten Ausnehmungen versehen ist, durch die Spannpratzen (6) in Richtung Tunnelwand hindurchbewegbar sind.

5. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Tragrahmen des vorderen und des hinteren Schildes ( bie 5) über ein Rohr (21) miteinander verbunden sind, an dessen beiden Enden Kardangelenke (22, 23) angeordnet sind, wobei das hintere Gelenk (23) in Gleitführungen (30) des hinteren Schildrahaens (31) in Längsrichtung verfahrbar ist, deren Länge mindestens der eines Vorschubhubweges entspricht.

6. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

daß das Rohr (21)vals Aufnahme für den Bohrgutförderer (15) und als Montagezugang zu dem Bohrkopf (1) dient.

7. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1 bis G, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen vorderem und hinteren Schildrahmen auf dem Umfang verteilt und in Maschinenlängsrichtung aus- und einfahrbare Kolben-Zylinder-Einheiten (16)

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angeordnet sind, die unabhängig voneinander beaufschlagbar zur Lenkung der Maschine vorgesehen sind.

8. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem hinteren Schildrahmen (3Ό und dem Schuh (4) unabhängig beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheiten (19) in Maschinenlängsrichtung ein- und ausfahrbar angeordnet sind.

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