DE3421704A1

DE3421704A1 - Verfahren und vorrichtung zum modifizieren des querschnittsprofils eines stollens, tunnels od.dgl.

Info

Publication number: DE3421704A1
Application number: DE19843421704
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. Hurtz; Wolfgang 5143 Wassenberg Krappen; Willi Dipl.-Ing. 5140 Erkelenz Steufmehl
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1985-12-12
Also published as: EP0185713A1; US4696600A; DE3421704C2; NO860417L; DE3562936D1; EP0185713B1; WO1986000113A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modifizieren des Querschnittsprofils, insbesondere Kreisprofils, eines Stollens, Tunnels, einer Strekke od.dgl. durch Erweitern des Profils in Teilbereichen desselben mittels drehend antreibbaren Werkzeuges.

In zahlreichen Fällen besteht der Wunsch oder die Notwendigkeit, ein zunächst vorhandenes Querschnittsprofil einer Strecke od.dgl. nachträglich noch zu ändern, um zu einem endgültigen Profil zu gelangen, das bestimmten Forderungen gerecht wird. Dies trifft besonders bei Strecken od.dgl. zu, die einen Kreisquerschnitt haben, wie er vielfach durch die Art des Vortriebs, namentlich durch Auffahren mittels einer Vollschnitt-Vortriebsmaschine, entsteht, während als endgültiges Profil etwa eine Hufeisen-Form gewünscht wird, wie es z.B. für Bahn- oder Straßentunnel in Betracht kommt.

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Es sind Vortriebsmascfiinen bekannt, bei denen Werkzeuge z.B. an radial verstellbaren Armen angeordnet sind, oder Maschinen, die parallel zu einem Eauptbohrkopf angeordnete, in die gleiche Richtung weisende kleinere Bohrköpfe aufweisen, um zusätzliche Profilbereiche auszuarbeiten.

Abgesehen davon, daß solche Einrichtungen oft sehr aufwendig sind, bestehen meist auch ungünstige Kraftverhältnisse. Vorschubkräfte müssen normalerweise immer über die Verspannelemente der Maschine in den Streckenstoß oder die Stollenwandung eingeleitet werden, also unter Umlenkung um 90°.

Mit der Erfindung soll eine vorteilhafte Möglichkeit aufgezeigt werden, um ein gegebenes Profil einer Strecke, eines Stollens od.dgl. in einer Weise zu modifizieren, die zahlreichen Bedarfsfällen gerecht wird. Insbesondere soll ein Kreisprofil nachträglich¹ so geändert werden können, daß sich ein im wesentlichen bogenförmiges Profil oder ein Profil etwa in Form eines umgekehrten U ergibt. Außer einem Verfahren dazu will die Erfindung auch eine Vorrichtung angeben, mit der die Modifizierung eines vorhandenen Profils günstig durchführbar ist. Weitere mit alledem zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.

Die Erfindung sieht vor, daß mit wenigstens einem Bohrkopf oder einem ähnlichen Werkzeugaggregat eine in Stollenlängsrichtung verlaufende Folge von einzelnen Vertiefungen in die Stollenwandung eingearbeitet wird, wobei dem Bohrkopf jeweils eine Vorschubbewegung in Richtung seiner Drehachse und quer zur Längsrichtung des Stollens, insbesondere lotrecht oder im wesentlichen lotrecht zu einer Tangente an das Stollenprofil bzw. zur Stollenwandung erteilt wird. Insbesondere werden die Vertiefungen so eingearbeitet, daß sie sich überschneiden.

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Eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Begrenzung eines Tunnels, Stollens od.dgl., insbesondere zur Durchführung des angegebenen Verfahrens, kennzeichnet sich, gemäß der Erfindung durch einen Tragrahmen, eine dem Tragrahmen zugeordnete Verspanneinrichtung mit an die Stollenwandung anpreßbaren Spannschilden od.dgl., wenigstens ein Lagergehäuse od.dgl. mit einem Bohrkopf oder einem ähnlichen Werkzeugaggregat, dessen Stirnseite mit Werkzeugelementen bestückt ist und beim Arbeiten der Stollenwandung zugekehrt ist, und durch eine Vorschubeinrichtung, um dem Bohrkopf eine Arbeitsbewegung in Richtung auf die Stollenwandung zu erteilen.

Die Werkzeugelemente des Bohrkopfes können unterschiedlicher Art sein, so wie es jeweils den Umständen, namentlich der Art des Gebirges, am besten entspricht. Es können Rollenmeißel bzw. Schneidrollen, z.B. mit Zähnen, Warzen, Disken usw., oder auch Messer oder andere schneidende Werkzeuge vorgesehen sein.

Wenn in der Beschreibung und in den Ansprüchen von "Stollen" gesprochen wird, so sollen darunter auch Tunnel, Strecken und sonstige entsprechende oder ähnliche Räume verstanden werden, bei denen die Erfindung in Betracht kommen kann. Es ist somit durch solche Ausdrücke keine Beschränkung gegeben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ansicht in Betriebsposition in einem Stollen,

Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens,

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Pig. 4 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ansicht vor dem Einsatz und

Fig. 5 die Vorrichtung nach Fig. 4 nach dem Herstellen von Vertiefungen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung (in Fig.2 sind der Deutlichkeit halber einige Teile in abweichender Lage wiedergegeben bzw. gegenüber Fig. 1 fortgelassen) weist einen insgesamt mit der Ziffer 1 bezeichneten Tragrahmen auf, bei dem eine Traverse 3 von Platten 2 und nur in Fig. 1 erkennbaren Profilträgern 4 gehalten ist. Die Platten 2 sind mit Stützen 5 verbunden, von denen jeweils zwei durch eine Kufe 6 miteinander an den unteren Enden verbunden sind. Mit der Ziffer 7 sind Querstreben zwischen den Stützen 5 bezeichnet. Ein solches Gestell kann daher mit den Kufen 6 im Sohlenbereich eines Stollens S aufruhen.

Der Stollen S hat ursprünglich im Querschnitt ein Kreisprofil, wie es durch Auffahren mit einer Vollschnitt-Vortriebsmaschine, Tunnelbohrmaschine od.dgl. entsteht.

In der Traverse 3 sind zwei Verspannzylinder 8 untergebracht, deren Kolbenstangen 9 gelenkig mit in der Traverse geführten rückwärtigen Ansätzen 10a von Spannschilden 10 verbunden sind. Durch Ausfahren der Kolbenstange 9 aus den Zylindern 8 können somit die Spannschilde 10 gegen die Wandung des Stollens gepreßt werden, so daß die Vorrichtung dadurch im Stollen verspannt ist. Es ist auch möglich, nur an einer Seite einen Spannzylinder vorzusehen und den Spannschild an der anderen Seite fest anzuordnen. Das Vorhandensein zweier Spannzylinder 8 bietet jedoch mehr Möglichkeiten und gestattet es auch, die Vorrichtung aus der Mitte herauszusetzen.

Mit den Ziffern 11R und 11L sind ein rechtes und ein linkes Lagergehäuse bezeichnet. Jedes derselben enthält die Hauptlagerung für einen Bohrkopf 12 und bildet zugleich ein Ge-

triebegehäuse mit daran angeflanschten Antriebsmotoren 13, wobei es sich um hydraulische Motoren oder auch um Elektromotoren handeln kann. Die Energiezufuhr und ggfs. Steuerleitungen sind nicht dargestellt. Jeder Bohrkopf 12 kann mit einer für den jeweiligen Fall geeigneten Drehzahl angetrieben werden. Seine Drehachse ist jeweils mit dem Buchstaben D bezeichnet.

Jedes Lagergehäuse 11R und 11L ist an zwei Schwenkarmen 14 aufgehängt, die in einem Zapfenlager 15 gelenkig gehalten sind. Die Zapfenlager 15, um deren Mitte somit die Lagergehäuse 11R und 11L mit den Bohrköpfen 12 schwenken können, befinden sich an den Rückseiten der Spannschilde 10, und zwar jeweils in deren oberem Teil.

An einem von zwei Anschlußblechen 16 aufgenommenen Zapfenlager 17 am rechten Lagergehäuse 11R ist das Ende einer Kolbenstange 18 angelenkt, deren Zylinder 19 mit seinem Ende gelenkig in einem Zapfenlager 20 gehalten ist, das sich im unteren Teil des dem Lagergehäuse 11R entgegengesetzten Spannschildes 10 befindet.

Das linke Lagergehäuse 11L weist zwei Paare von Anschlußblechen 26 mit Zapfenlagern 27 für die Enden zweier Kolbenstangen 28 auf, deren Zylinder 29 mit ihren Enden in Zapfenlagern 30 gehalten sind, die sich im unteren Teil des gegenüberliegenden Spannschildes 10 befinden.

Jede der Kolben-Zylinder-Einheiten 18, 19 und 28, 29 ist doppeltwirkend. Es handelt sich zweckmäßig um Hydraulikzylinder. Deren Druckmittelanschlüsse sind nicht dargestellt. Durch Zufuhr von Druckmittel zu dem einen oder anderen Ende des Zylinders 19 kann das rechte Lagergehäuse 11R mit den Schwenkarmen 14 um den Gelenkpunkt 15 geschwenkt werden und dadurch z.B. aus einer in Fig. 1 mit dünnen Linien wiedergegebenen Ruheposition in eine mit kräftigen Linien gezeichne-

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te Arbeitsposition und umgekehrt überführt werden. Entsprechendes gilt für eine Schwenkung des linken Lagergehäuses 11L um den zugehörigen Gelenkpunkt 15 durch entsprechende Druckmittelzufuhr zu den einen oder den anderen Enden der parallelen Zylinder 29.

Die Zylinder 19 und 29 sind so dimensioniert, daß mit den beiden Zylindern 29 die gleiche Kraft wie mit dem Zylinder 19 aufgebracht werden kann. Die Verwendung von zwei Zylindern für das eine der beiden Lagergehäuse hat den Vorteil der Symmetrie.

Mit den Zylindern 19 und 29 werden die Bohrköpfe 12 nicht nur aus einer Ruheposition an die Stollenwandung angestellt, sondern mit ihnen wird beim Arbeiten auch die Vorschubbewegung der Bohrköpfe 12 bewirkt, wobei die Vorschubkraft in ihrer Höhe durch entsprechende Wahl des Druckes des den Zylindern 19 und 29 zugeführten Druckmittels eingestellt werden kann. Die Reaktionskraft wird dabei über die Zapfengelenke 20 und 30 und die Spannschilde 10 unmittelbar in das Gebirge eingeleitet. Dies ist ein besonderer Vorteil. Es braucht also keine Umlenkung der Kraft zu erfolgen, wie es sonst notwendig ist.

Eine abgewandelte Ausführung besteht im Rahmen der Erfindung darin, daß die Enden der Vorschubzylinder 19 und 29 nicht unmittelbar auf die Spannschilde 10 wirken, sondern an geeigneten Stellen der Traverse 3 angelenkt sind. Auch hierbei wird die Kraft auf günstigem Weg in das Gebirge eingeleitet, wobei dann jedoch die Verspannzylinder 8 die Vorschubkräfte mit zu übertragen haben.

Fig. 3 veranschaulicht das Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es u.a. mit einer Vorrichtung der vorstehend erläuterten Art möglich ist. In die Stollenwandung wird eine erste Vertiefung Vl mittels des Bohrkopfes einge-

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bohrt, die sich in Draufsicht wie in Fig. 3 und im Schnitt z.B. wie in Fig. 1 darstellt. Sodann wird der betreffende Bohrkopf zurückgezogen und mit der ihn tragenden Vorrichtung um einen je nach den Umständen wählbaren Betrag in der Längsrichtung L des Stollens weiterbewegt, worauf dann die nächste Vertiefung V2 (Fig. 3) gebohrt wird. Hierauf erfolgt wiederum ein Versetzen des Bohrkopfes und dann das Bohren einer weiteren Vertiefung V3 usw., so daß sich eine in Stollenlängsrichtung verlaufende Erweiterung und damit die gewünschte Änderung der Profilform im Sinne eines umgekehrten U od.dgl. ergibt. In Fig. 3 ist die jeweilige Versetzung des Bohrkopfes für das Bohren der nächsten Vertiefung gleich dem Radiusi^des wirksamen Arbeitsbereiches des Bohrkopfes. Dieser Betrag kann je nach den Umständen aber auch anders gewählt werden.

Auch der Durchmesser des Bohrkopfes bzw. seines Arbeitsbereiches läßt sich entsprechend den jeweiligen Erfordernissen wählen. Er kann insbesondere im Bereich von etwa 40 % bis 80 % des Radius eines ursprünglich kreisförmigen Stollenprofils liegen. In vielen Fällen ist ein Bereich von etwa 50 bis 60 % vorteilhaft.

Das Versetzen einer Vorrichtung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art kann nach Lösen der Verspannung auf verschiedene Weise erfolgen. Die Vorrichtung kann mit einem Zugmittel nachgezogen werden, wobei sie auf den Kufen 6 gleitet, sie kann an eine Vortriebsmaschine angehängt sein, insbesondere mit einem oder mehreren Nachholzylindern in der Verbindung, sie kann aber auch Bestandteil einer Vortriebsmaschine sein.

Die Tragkonstruktion mit den Säulen 5 und den Streben 6 hat bei der gezeigten Ausführung praktisch nur eine Funktion beim Umsetzen. Sie übernimmt dann das Gewicht der Vorrichtung. Beim Arbeiten können die Kräfte von der Traverse mit der Verspannung aufgenommen werden.

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Die Tragkonstruktion ist so ausgebildet, daß im unteren Bereich, wie bei einem Portal ein freier Raum vorhanden ist, der auch als Durchgang dienen kann, beispielsweise um zu einer vor der Vorrichtung im Stollen befindlichen Vortriebsmaschine zu gelangen.

Eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art läßt sich insbesondere unmittelbar hinter einem Bohrkopf anbringen, namentlich hinter einem Erweiterungsbohrkopf, dessen Maschinenkörper sich in einem Vorbohrloch befindet. Es kann dann unmittelbar hinter der Vorrichtung ein Ausbau im Stollen oder in der Strecke gesetzt werden, ohne daß es zwischenzeitlicher Sicherungsmaßnahmen bedarf. In jedem Falle ist es auch möglich, der Vorrichtung einen Schild zuzuordnen, zumindest im Firstbereich des Stollens. Ein solcher Schild ohne eine sonstige Schutzabdeckung kann sich an der Vorrichtung selbst oder an einem ihr benachbarten Teil, z.B. an einem ihr folgenden Nachläufer od.dgl. befinden.

Was vorstehend im Grundsätzlichen zum Verfahren und zu der Vorrichtung gesagt wurde, gilt sinngemäß auch für die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführung einer Vorrichtung, die nachfolgend erläutert wird. Dabei wird auf gleiche oder ähnliche Elemente, die auch bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 vorhanden sind, nicht mehr besonders eingegangen.

Eine Traverse 33 mit hydraulisch ausfahrbaren Spannschilden 10 an den Enden ist von einem Tragrahmen (Träger 44) gehalten und nach beiden Seiten hin als Führung 32 für daran längsverschiebbare Lager- und Getriebegehäuse 31L und 31R ausgebildet. Antriebsmotoren sind mit der Ziffer 13 bezeichnet. Durch Verschieben der Gehäuse 31R und 31L mit den darin gelagerten Bohrköpfen 12 können die letzteren aus der Ruheposition nach Fig. 4 in eine Arbeitsposition gebracht werden.

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Die Anstell- und Vorschubbewegung wird bei dieser Ausführung durch sich zwischen den Gehäusen 31R und 31L erstrekkende, miteinander fluchtende Kolben-Zylinder-Einheiten 38 erzeugt, deren Zylinder 39 mit ihren Enden aneinander anliegend zu einer Einheit verbunden sind und deren Kolbenstangen 34 über Zapfengelenke 35 an den Gehäusen 31R und 31L angreifen. Zweckmäßig sind auf jeder Seite der beiden Gehäuse solche Doppeleinheiten 38 vorhanden.

Auch bei einer solchen Ausführung besteht der Vorteil, daß der Kraftfluß keine Umlenkung erfährt, sondern die Vorschubkräfte unmittelbar aufgenommen werden.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Modifizieren eines Querschnittsprofils, insbesondere Kreisprofils, eines Stollens, Tunnels, einer Strecke od.dgl. durch Erweitern des Profils in Teilbereichen desselben mittels drehend antreibbaren Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß mit wenigstens einem Bohrkopf oder ähnlichen Werkzeugaggregat eine in Stollenlängsrichtung verlaufende Folge von einzelnen Vertiefungen in die Stollenwandung eingearbeitet wird, wobei dem Bohrkopf jeweils eine Vorschubbewegung in Richtung seiner Drehachse und quer zur Längsrichtung des Stollens, insbesondere lotrecht oder im wesentlichen lotrecht zur Stollenwandung bzw. zu einer Tangente an das Stollenprofil, erteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen einander überschneidend eingearbeitet werden.

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3. Vorrichtung zum Bearbeiten der Begrenzung eines Stollens, Tunnels, einer Strecke od.dgl. mit einem drehend antreibbaren Werkzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Tragrahmen (1), eine dem Tragrahmen (1) zugeordnete Verspanneinrichtung (3, 8, 9, 10) mit an die Stollenwandung anpreßbaren Spannschilden (10) od.dgl., wenigstens ein Lagergehäuse (11R, 11L; 31R, 31L) od.dgl.mit einem Bohrkopf (12) oder einem ähnlichen Werkzeugaggregat, dessen Stirnseite mit Werkzeugelementen bestückt ist und beim Arbeiten der Stollenwandung zugekehrt ist, und durch eine Vorschubeinrichtung (18, 19; 28, 29; 38), um dem Bohrkopf (12) eine Arbeitsbewegung in Richtung auf die Stollenwandung zu erteilen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Lagergehäuse (11R, 11L; 31R, 31L) mit je einem Bohrkopf (12) od.dgl. zum Bearbeiten einander gegenüberliegender Bereiche der Stollenwandung.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Lagergehäuse (11R, 11L; 31R, 31L) ein Antrieb (13) für den Bohrkopf (12) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (11R, 11L) an einem Schwenkarm (14) aufgehängt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anlenkstelle (15) des Schwenkarmes (14) am Tragrahmen (1) oder einem mit diesem in Verbindung stehenden Teil befindet.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkstelle (15) des Schwenkarmes (14) an einem Spannschild (10) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (31R, 31L) an einer geradlinigen Führung (32) verschiebbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (32) an einem Teil (33) des Tragrahmens vorgesehen oder durch einen solchen gebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit (18, 19; 28, 29; 34, 39) enthält, die mit einem Ende an dem Lagergehäuse (11R, 11L; 31R, 31L) angreift.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (18, 19; 28, 29) mit ihrem anderen Ende am Tragrahmen (1) oder einem mit diesem verbundenen Teil (3) angreift.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (18, 19; 28,

29) mit ihrem anderen Ende an einem Spannschild (10) angreift.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (34, 39) mit ihrem anderen Ende an einem zweiten, gegenüberliegenden Lagergehäuse (31L bzw. 31R) angreift.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (1) mit Stützbeinen (5) od.dgl. versehen ist.

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16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durchmesser des Bohrkopfes (12) im Bereich von etwa 40 % bis 80 % des Radius eines kreisförmigen Stollenprofils liegt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durchmesser des Bohrkopfes (12) im Bereich von etwa 50 bis 60 % des Radius eines kreisförmigen Stollenprofils liegt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil einer Vortriebsmaschine ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Vortriebsmaschine oder einem dieser zugeordneten Aggregat, Nachläufer od.dgl. in mitschleppbarer Verbindung steht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit enthält.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie unmittelbar hinter einem Bohrkopf, insbesondere einem Erweiterungsbohrkopf, einer Vortriebsmaschine angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens im Firstbereich von einem Schild od.dgl. überdeckt ist.

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