DE2724034C2

DE2724034C2 - Verfahren zur bergmännischen Herstellung unterirdischer Hohlräume mit Hilfe des Schildvortriebes

Info

Publication number: DE2724034C2
Application number: DE19772724034
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Karl Dipl.-Ing. Innsbruck Blindow; Jürgen Dipl.-Ing. 8203 Oberaudorf Decker; Heinrich Dipl.-Ing. Rietz Kluibenschedl; German Dipl.-Ing. 7107 Bad Friedrichshall Munding; Armin Ing.(grad.) 8012 Ottobrunn Sowa; Harald Dipl.-Ing. Dr. Innsbruck Wagner
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1983-01-05
Also published as: CH628706A5; DE2724034A1; AT355616B; ATA385578A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bergmännischen Herstellung unterirdischer Hohlräume i> mit Hilfe des Schildvortriebes, bei dem der Vortriebsschild in die Ortsbrust vorgeschoben und der vom umgebenden Gebirge getrennte Gesteinskern im Schütze des Schildes ausgebrochen wird.

Zur Herstellung unterirdischer Hohlräume, etwa im *o Tunnel-. Stollen- oder Kavernenbau, wird nach den koventionellen Schildvortriebsverfahren (US-PS 33 25 217 und 38 40 270) auf der Stirnseite des Schildes mit mechanischen Bohr- oder Schlitzwerkzeugen ein Ringspalt in die Ortsbrust eingebracht, in den der Schildmanlei nachgefahren wird, woraufhin der innere, durch den Schild vom umgebenden Gebirge geschützte Gesteinskern mechanisch oder auf andere Weise. /. B. durch elektrisch erzeugte Stoßwellen, zerkleinert wird. Diese bekannten Schildvortriebsverfahren sind insofern ^⁰ nachteilig, als durch die Herstellung des Ringspaltes mit mechanischen Mitteln die natürliche Tragfestigkeit des umgebenden Gebirges gestört wird und daher der Schild und der diesem nachfolgenden Ausbau hohen Gebfgsdrijcken standhalten müssen, falls der Vortrieb '⁵ nicht in ohnehin hochfesten, unter der mechanischen Bohr und Sioßwellenwirkung nicht-nachbr^chenden Gesteinsarten erfolgt. Infolgedessen läßt sich mit diesen Tunnel-Baumethoden nicht die Forderung verwirkh chen. daß die natürliche Tragfestigkeit des Gebirges *° durch einen gebirgstchonenden Abbau weitgehend erhalten bleibt und der Hohlraum frühzeitig durch einen allenfalls dünnschaligen Ausbau gesichert wird. Ein weiterer Nachteil dieser konventionellen Schildvortriebsverfahren liegt darin, daß für den zum Stliildvor- ^h) schub erforderlichen Ringspalt bei dessen mechanischer Herstellung in der Regel ein Überprofil einkalkuliert werden muß.

Weiterhin ist es bekannt, Heißgasstrahlen oder hochgespannte Gas- oder Wasserstrahlen beim Gesteinsabbau einzusetzen (GB-PS 12 84 561, US-PS 32 45 721, US-PS 37 91 697), z. B. in der Gesteinsbohrtechnik (US-PS 31 12 800) oder zum Streckenvortrieb (DD-PS 3 055, DE-OS 23 54 636), wobei nach einem solchen bekannten Streckenvortriebsverfahren (US-PS 20 18 926) ein Gesteinskern dadurch aus seinem Verband gelöst wird, daß an der Streckenperipherie durch Luftstrahlen eine der Ortsbrust vorauseilende Kerbe hergestellt und der Kern nachfolgend durch Sprengung hereingewonnen wird. Diese bekannten, nicht-mechanischen Streckenvortriebsmethoden sind aber im Tunnel-, Stollen- und Kavernenbau zumeist deswegen nicht anwendbar, weil sie ein völlig selbsttragenden umgebendes Gebirge, das beim Ausbruch nicht nachbricht, zur Voraussetzung haben.

Bei dem bekannten Schildvortriebsverfaliren der eingangs erwähnten Art schließlich (US-PS 38 85 832) wird der Schildmantel an seiner Stirnseite soweit erhitzt, daß das angrenzende Gestein schmelzflüssig wird: in diese Gesteinsschmelze wird dann der Schüiimanie! vorgetrieben, und der Ausbruch des Gesteinskerns erfolgt ebenfalls auf schmelztechnischem Wege.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch in höchst aufwendiger und Kaum praktikabler Weise einen enormen Wärmebedarf zum Aufschmelzen der ringförmigen Gesteinszone, und vor allem werden die an die Hohlraumlaibung angrenzenden Randzonen des umgebenden Gebirges vom Schmelzbad und von der Stirnseite des Schildmantels her starken thermischen Belastungen ausgesetzt, so daß die gesteinsausbrechende Wirkung dieser bekannten Schmelzmethode nicht auf die Ringspaltzone und den inneren Gesteinskern beschränkt bleibt, sondern in nachteiliger Weise auch die natürliche Tragfestigkeit des umgebenden Gebirges erheblich beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es. das bekannte Schildvortriebsverfahren der beanspruchten Art dahingehend zu verbessern, daß es sowohl im Locker- als auch im Festgestein in weitestgehend gebirgsschonender Weise durchzuführen ist und eine möglichst frühzeitige Abstutzung der Ausbruchswandungen ermöglicht, wobei die maschinelle bergmännische Bauweise des konventionellen Schildvortriebes beibehalten werden kann.

/ur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnseite des Vortriebsschildes vorauseilend mittels Heißgasstrah^lnn am projektierten Hohlraumrand ein für den Vorschub des Schildmantels freier, profilgenauer Ringspalt hergestellt wird.

Bei dem erf-ndungsgemäßen Verfahren bleibt aufgrund der besonderen Kombination von Schildvortrieb einerseits und Heißgasstrahltechnik andererseits unabhängig von der Gesteinsart die natürliche Tragfestigkeit des umgebenden Gebirges bei der Herstellung unterirdischer Hohlräume nahezu ungestört erhalten. Der Ringspalt wird unter der begrenzten thermischen Schockwirkung der Heißgasstrahlen mit geringem maschinellem und Energieaufwand in für das umgebende Gebirge äußerst schonender Weise in die Ortsbrust eingebracht und wegen der hohen erzielbaren Profilgenauigkeit wird das sonst in der Regel einzukalkulierende, kostenintensive Überprofil vermieden. Gleichzeitig wird je nach anstehendem Gebirge durch örtliches Anschmelzen des äußeren Ringspaltrandes eine Ober-

flächenvergütung und damit Primärsicherung der Hohlraumlaibung erreicht, so daß sich unter Umständen eine weitere Sicherung des Hohlraumes durch einen dem Vortriebsschild unmittelbar nachfolgenden Ausbau erübrigt. Nach oder bei dem Vorschieben des Vortriebsschildes wird der innere Kern im Schütze des Schildes gegebenenfalls unter Abstützung des Gebirges durch den Schildmantei mit mechanischen, vorzugsweise jedoch ebenfalls fluidstrahltechnischen Mitteln ausgebrochen und dann eventuell der unterirdische Hohlraum hinter dem Schild durch einen Ausbau, etwa durch dünnschalige, segmentartig zusammengesetzte, vorgefertigte Tunnelringe und/oder Spritzbeton gesichert

Die Schildbauweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist prinzipiell auf jeden Hohlraumausbau, sei es der Tunnelbau, der Stollenbau oder der Kavernenbau, anwendbar und entspricht mit maschinellen bergmännischen Mitteln den Forderungen nach einer gebirgsschonenden Ausbruchsmethode.

Zur Herstellung des Ringspaltes werden die Heißgasstrahlen zweckmaLigerweise durch eine auf der Stirnseite des Schiides am Hohlraumrand entlanggeführte Brennkammer-Düsenanordnung erzeugt, durch die eine Vielzahl von entsprechend der Kontur des Schildes nebeneinanderliegenden, einander berührenden bzw. sich überschneidenden Heißgasbohrlöchern gesetzt wird. In besonders bevorzugter Weise wird jedoch der Ringspalt in seiner gesamten Breite durchgehend in die Ortsbrusi eingebracht und zu diesem Zweck mindestens eine Mehrfachdüse mit kammariig seitlich austretenden Heißgasstrahlen translativ am ■ Schildmantel entlanggeführt.

In den auf diese Weise in die Ortsbrust eingebrachten, freien Ringspalt werden dann der Schildmantei b/w. die einzelnen, in Uinfangsrichtung aufeinanderfolgenden Schildmanielsegmente mit geringen Vorschubkräften

■" eingeschoben. Die bei der Ringspaltherstellung erzielten Schnittgeschwindigkeiten können wesentlich über den mit konventionellen Bohrverfahren erzielbaren Vorschubgeschwindigkeiten liegen und sind auch wirtschaftlicher. Nach Fertigstellung des Ringspaltes

'■ · werden die Heißgasbohrwerkzeuge zurückgezogen und nach dem Vorschub des Schildmantels erfolg: in Abhä tgigkeii von den anstehenden Bodenverhältnissen im Zwischenbauzustand eine Abstützung des Gebirges durch den Schildmantel; dem gebirgsschonenden

-"Ausbruch folgt dann evtl. der Ausbau nach. Die für die Herstellung hochbeschleunigier Hcißgasstrahlen erforderlichen Energieträger bestehen im allgemeinen aus einem Gemisch Kerosin-Luft oder Kerosin-Sauerstoff oder dgl. Der Heiflgasbohrschild wird im Bereich des

-''Schildkopfes durch Schotten abgedichtet, so daß Abgas. Hitze. Lärm und Staub auf ein erträgliches Maß reduziert werden, wobei die Abgase über zusätzliche Filter abgeführt werden.

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur bergmännischen Herstellung unterirdischer Hohlräume mit Hilfe des Schildvortriebes, bei dem der Vortriebsschild in die Ortsbrust "> vorgeschoben und der vom umgebenden Gebirge getrennte Gesteinskern im Schütze des Schildes ausgebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnseite des Vortriebsschildes vorauseilend mittels Heißgasstrahlen am projektier- »· ten Hohlraumrand ein für din Vorschub des Schildmantels freier, profilgenauer Ringspalt hergestellt wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasstrahlen durch eine auf der Stirnseite des Schildes am Hohlraumrand entlanggeführte Brennkammer-Düsenanordnung erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Ringspaltes M eine Vielzahl von entsprechend der Kontur des Schildes nebeneinanderliegenden, einander berührenden bzw. sich überschneidenden Hciugasbuhriöchern in die Ortsbrust eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Ringspaltes mindestens eine Mehrfachdüse mit kammartig seitlich austretenden Heißgasstrahlen translativ am Schildmanlei entlanggeführt wird.