DE3726846A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausbrechen und/oder fertigausbauen von stollen oder dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbrechen und/oder Fertigausbauen von Stollen, Tunneln, Schächten oder dgl. langgestreckten Bauwerken, wobei von Stützrahmen oder Führungsbogen abgestützte Messer nacheinander vorgetrieben werden und nach dem Vortrieb aller Messer die Stützrahmen weiterschreiten, sowie eine Vorrichtung zur Abstützung im Ausbruch und/oder Fertigausbaubereich bei der Errichtung von Stollen, Tunneln, Schächten oder dgl. langgestreckten Bauwerken, mit in Form einer Haube angeordneten Messern und die Messer abstützenden Führungsbögen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE-AS 20 21 734 ist ein wanderndes Abstützgerüst bekannt, bei dem vier Stützrahmen zu je zwei verschachtelten Rahmengestellen verbunden sind. Diese bekannte Anordnung ist wegen der erforderlichen Rahmengestelle aufwendig und erfordert sehr lange Messer bei relativ kleinem Schrittmaß. Lange Messer bedeuten aber neben höheren Kosten vor allem eine schwerfälligere Manipulierbarkeit bei Kurvenfahrten und Richtungskorrekturen.

Aus der DE-OS 26 18 571 ist eine aus Messerbohlen gebildete selbsttragende Stützeinheit für kleine Stollenquerschnitte bekannt. Die Messerbohlen sind dort über schwalbenschwanz­ artige Führungen dauernd starr aneinander geführt, so daß Richtungskorrekturen, die eine Relativbeweglichkeit der Messer untereinander voraussetzen, nicht erfolgen können. Zudem sind, um einen geschlossenen Ring zu erbringen, Messerbohlen ebenfalls auf der Tunnelsohle angeordnet, was die Handhabbarkeit dieser bekannten Vorrichtung stark beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen ein Ausbruch und/ oder Fertigausbauen eines Stollens oder dgl. ohne störende Vorrichtungsteile und aufwendige Stützrahmen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei ruhendem System oder nach dem Vorschub aller Messer die Messer in gegenseitige Seitenlage gebracht und selbsttragend werden, daß die Stützrahmen abgesenkt werden und weiterschreiten, und daß nach Anheben der Stützrahmen die Messer erneut vorgetrieben werden.

Die während des Vortriebs von den Stützrahmen abgestützten Messer übernehmen, wenn alle Messer vorgetrieben sind, die Abstützung, d.h. sie nehmen direkt den vom Gebirge ausgeübten Druck auf und leiten diesen in die Tunnelsohle. In diesem Zustand können die Führungsbögen oder Stützrahmen abgesenkt werden und weiterschreiten, um dann die Abstützung zu übernehmen, wenn die Messer erneut vorgetrieben werden. Bei diesem Verfahren kann demnach auf ein zweites Abstützrahmenpaar verzichtet werden, was zum einen die Vorrichtung wirtschaftlicher macht und zum anderen weniger Hindernisse während der Arbeit erbringt. Zudem können die Messer kürzer ausgebildet werden, so daß Kurvenfahrten oder Richtungskorrekturen leicht möglich sind. Die Messer sind, während sie die Abstützung übernehmen, beidseitig auf der Sohle abgestützt. Über die Breite der Sohle sind keine Messer angeordnet.

Eine Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Messer bei ruhendem System gegenseitig über seitliche Stützorgane abstützen und ohne sohlenseitige Verbindung selbsttragend sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an einer Seite jedes Messers ein langes, im Querschnitt T-förmiges Stützorgan mit nach unten gerichtetem Querschenkel und an der anderen Seite jedes Messers ein kurzes, im Querschnitt U-förmiges Stützorgan mit nach oben gerichteten Schenkeln angeordnet, das L-förmige Stützorgan eines Messers greift in das U-förmige Stützorgan eines benachbarten Messers ein und an dem T-förmigen Stützorgan sind ausgehend von mittleren Abschnitten konstanter Breite keilförmige Auflauframpen angeordnet. Wenn alle Messer gleich weit vorgetrieben sind, liegen die Schenkel des U-förmigen Abstützorgans an den Bereichen konstanter Breite des T-förmigen Abstützorgans an, so daß die Messer untereinander in direktem Kontakt stehen. Damit können ohne Querbewegen der Messer auftretende Kräfte bis in die sohlenseitigen Messer und von diesen in die Sohle eingeleitet werden. Während des Vortriebs der Messer kann eine Relativbewegung der Messer erfolgen, da die keilförmigen Auflauframpen an dem T-förmigen Abstützorgan innerhalb des U-förmigen Abstützorgans ausreichend Spiel aufweisen, um die Messer in die gewünschte Richtung zu schwenken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem U-förmigen Stützorgan ein einstellbares Anschlagelement vorgesehen. Dieses Anschlagelement kann in Form einer Schraube ausgebildet sein, welche durch Eindrehen und Herausdrehen eine Einstellung des Spiels zwischen den Abstützorganen ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung sind an den sohlenseitigen Messern quer zur Längsachse des Messers angreifende Hebevorrichtungen angeordnet, die insbesondere als hydraulische oder pneumatische Kolbenzylindereinheiten ausgebildet sind. Nach dem Vortrieb aller Messer werden die Hebevorrichtungen betätigt, so daß jedes Messer mit dem benachbarten Messer in unmittelbare Anlage gebracht werden kann, damit nach Absenken der Abstützbögen keine unkontrollierte Bewegung der Messer zur Sohle hin erfolgen kann. Über die Kolbenzylindereinheiten wird dann der Druck in die Sohle geleitet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an den Führungsbögen oder Stützrahmen an den sohlenseitigen Enden Hebevorrichtungen angeordnet. Mit diesen Hebevorrichtungen können die Stützbögen abgesenkt werden, damit bei ruhendem System, d.h. wenn die Messer selbsttragend sind, die Bögen in eine neue Abstützstellung verfahren werden können. Nach erneuter Anordnung werden Hebevorrichtungen betätigt und die Oberseite der Führungsbögen in Anlage mit der Unterseite der Messer gebracht, damit die Messer während des Vortriebs die erforderliche Führung erhalten. Die Hebevorrichtungen an den Abstützbögen sind vorzugsweise hydraulische oder pneumatische Kolbenzylindereinheiten.

Damit Horizontalkräfte von den Stützrahmen oder Führungsbögen in die Sohle übertragen werden können, sind vorzugsweise an den sohlenseitigen Enden der Stützrahmen Führungselemente angeordnet, die in auf Bodenplatten angeordnete Führungen eingreifen. Die Hebevorrichtungen für die Stützrahmen sind vorzugsweise auf den Bodenplatten angeordnet, wodurch ermöglicht wird, daß nach Einziehen der Hebevorrichtungen beim Absenken der Führungsbögen die Bodenplatten zusammen mit den Führungen angehoben werden, um mit den Führungsbögen verfahren zu werden.

An den sohlenseitigen Enden der Stützrahmen sind Vorzugsweise in auf der Sohle verlegbaren Führungen eingreifende und verschiebbare Streben vorgesehen. Beim Absenken der Führungsbögen werden damit gleichzeitig die Platten mit den Führungen angehoben und die Streben stützen sich auch Schienen auf, so daß die Führungsbögen, die dann nicht mehr in Kontakt sind mit den Vortriebsmessern, verfahren werden können.

Vorzugsweise sind zwei über Druckvorrichtungen verbundene Stützrahmen vorgesehen. Die Druckvorrichtungen sind vorzugsweise Kolben/Zylinder-Einheiten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht auf die Rückseite einer Vorrichtung bestehend aus Vortriebsmessern und eine Abstütz­ vorrichtung,

Fig. 2 bis 5 die Vorrichtung nach Fig. 1 in verschiedenen auf­ einanderfolgenden Arbeitsstadien,

Fig. 6 eine Draufsicht auf zwei nebeneinander liegende Messer der Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 6.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Ausbruch und zur Abstützung im Ausbruch und/oder Fertigausbaubereich besteht aus Messern 10 bis 36, die an ihren Längsseiten gegeneinander verschiebbar verbunden sind und die Form einer Haube bilden. An den sohlenseitigen Messern 10 und 36 sind Hebevorrichtungen 38 bzw. 40 in Form von hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheiten vorgesehen. Während des Vortriebs der Messer 10 bis 36 werden diese über zwei Abstützbögen 42, 44 abgestützt. Der Führungsbogen 44 liegt in Vortriebsrichtung vor dem Führungsbogen 42. An den sohlenseitigen Enden des Führungsbogens 42 (wie auch des Führungsbogens 44) sind Hebevorrichtungen 46, 48 in Form von Kolben/Zylinder-Einheiten angeordnet. Die Einheiten 46 und 48 sind auf Bodenplatten 50, 52 befestigt, auf denen Führungszylinder 54, 56 angeordnet sind. In diese Führungszylinder 54 und 56 greifen Führungszapfen 58, 60 ein, die an den Enden des Stützbogens befestigt sind. Mit Hilfe der Führungen und der Bodenplatte können Horizontalkräfte in die Sohle abgeleitet werden. An den sohlenseitigen Enden des Führungsbogens 42 sind abgewinkelte Stützstreben 62 bzw. 64 angeordnet, deren untere Enden über auf der Sohle 66 verlegten Schienen 68, 70 liegen. Wenn der Stützbogen 42 abgesenkt wird, kommen die Enden der Streben 62 und 64 mit den Schienen 68 und 70 in Kontakt, während gleichzeitig durch Einziehen der Kolben der Kolben/Zylinder-Einheiten 46 und 48 die Platten 50 und 52 zusammen mit den Führungszylindern 54 und 56 angehoben werden. In diesem Zustand können die Führungsbögen 42 und 44 in Vortriebsrichtung verfahren werden, um an den neuen Standorten wieder durch Ausfahren der Kolben der Kolben/Zylinder-Einheiten 46 und 48 die Platten 50 und 52 auf die Sohle 66 abzusenken und die Führungsbögen 42 und 44 bis in Anlage mit der Unterseite der Messer 10 bis 36 anzuheben. Während des Absenkens und des Verfahrens der Führungsbögen 42 und 44 sind die Messer 10 bis 36 selbsttragend, d.h. durch ihre gegenseitige Verbindung an den Längsrändern werden Gebirgsdruckkräfte in die sohlenseitigen Meser 10 und 36 und dort über die Kolben/Zylinder-Einheiten 38 und 40 in die Sohle übertragen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind lediglich zwei Führungsbögen oder Stützrahmen erforderlich, da bei ruhendem System, d.h. wenn alle Messer 10 bis 36 vorgetrieben worden sind, die Messer selbsttragend sind und den Gebirgsdruck aufnehmen und in die Sohle ableiten.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen die verschiedenen Schritte während eines Ausbruchs einer Tunnelstrecke bei gleichzeitigem Fertigausbau. Die über Kolben/Zylinder-Einheiten 80 untereinander verbundenen Stützrahmen oder Führungsbögen 42 und 44 sind in einer Stellung unter den Messern 10 bis 36 (gezeigt ist Messer 24) angeordnet, aus welcher die Messer für den weiteren Ausbruch vorgetrieben werden. Die Enden 82 der Messer bilden gleichzeitig die Schalung für den Ausbau 84. Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung sind alle Messer um den Betrag a vorgetrieben, so daß sich der Stützrahmen 42 am Ende der Messer befindet. Durch Betätigen der Kolben/Zylinder-Einheiten an den sohlenseitigen Enden des Bogens 42 wird dieser abgesenkt, wobei gleichzeitig die Messer 10 bis 36 sich gegenseitig abstützen und selbsttragend werden. Durch Einziehen des Kolbens der Kolben/Zylinder-Einheit 80 wird der Führungsbogen 42 zu dem Führungsbogen 44 hin verschoben. In der nächstmöglichen Stellung des Führungsbogens 42 zu dem Führungsbogen 44 werden die Kolben/Zylinder-Einheiten des Führungsbogens 42 erneut betätigt und der Führungsbogen 42 angehoben, wobei er in Anlage mit der Unterseite der Messer 10 bis 36 gelangt. Danach wird der Führungsbogen 44 abgesenkt und durch Ausfahren des Kolbens der Kolben/Zylinder-Einheit 80 in Vortriebsrichtung verschoben, bis er unter das vordere Ende der Messer gelangt. Aus Fig. 5 ist die Stellung zu ersehen, in welcher der Führungsbogen 44 erneut angehoben worden ist, so daß er zusammen mit dem Führungsbogen 42 die Führung der erneut vorzutreibenden Messer übernehmen kann. Wie aus den Fig. 2 bis 5 zu ersehen ist, befinden sich die Führungsbögen 42 und 44 abwechselnd in einer Stütz- und in einer Wanderstellung. Die zwischen den einzelnen Messern angeordneten Abstützelemente sind nur dann wirksam, wenn alle Messer 10 bis 36 der Haube verschoben sind und in diesem Stadium übernimmt die Messerhaube die Funktion einer selbsttragenden Einheit. Während des Vorschubs der Messer wird die selbsttragende Funktion der Messerhaube aufgehoben, um die für Kurvenfahrten und Richtungskorrekturen erforderliche Relativbeweglichkeit der Messer untereinander in Umfangsrichtung der Messerhaube zu ermöglichen.

Die Ausbildung der gegenseitigen Verbindung der Messer an den Längsseiten ist aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht beispielsweise auf die Längsränder der nebeneinander angeordneten Messer 22 und 24. Etwa im Bereich der Stellung an dem des Führungsbogens 44 in Fig. 2 sowie im Bereich der Stellung des Führungsbogens 42 in Fig. 3 sind an den Längsseiten der Messer 22 und 24 Stützorgane 90 bzw. 92 angeordnet. Jedes der Messer 10 bis 36 weist beispielsweise an seiner rechten Längsseite ein kurzes Stützorgan 90 und an seiner linken Längsseite ein langgestrecktes Stützorgan 92 auf. Lediglich die sohlenseitigen Messer 10 und 36 sind nur an einer Seite mit einem entsprechenden Stützorgan ausgebildet.

Das an der rechten Seite des Messers 22 angeordnete Stützorgan 90 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet mit einem Basisschenkel 94 und zwei rechtwinklig von diesem abstehenden Schenkeln 96 und 98. Der Schenkel 96 ist beispielsweise an der Längsseitenwand 100 des Messers 22 angeschweißt. In dem Schenkel 98 des Stützorgans 90 ist eine ein- und ausdrehbare Schraube 102 angeordnet, was durch den Pfeil 104 angedeutet ist. Die Schraube 102 weist einen halbkugelförmigen Kopf 106 auf, um in punktförmige Anlage mit dem Stützorgan 92 zu gelangen.

Das langgestreckte (die Länge entspricht gut der doppelten Vortriebslänge des Messers) Stützorgan 92, das im Querschnitt etwa T-förmig ausgebildet ist mit einem Schenkel 108 und einem Querschenkel 110 ist mit einem Ende des Querschenkel 108 an der Längsseitenwand 112 des Messers 24 beispielsweise durch Schweißen befestigt. Der Querschenkel 110 weist an der zu der Abstützschraube 102 gerichteten Seite einen Bereich 114 konstanter Breite auf, an welchen sich beidseitig Auflauframpen 116 bzw. 118 anschließen. Das freie Ende des Schenkels 108 weist einen mittleren Bereich 120 mit konstanter Breite auf, an welchen sich beidseitig ebenfalls Auflauframpen 122 bzw. 124 anschließen. Der Bereich 120 und die Auflauframpen 122 und 124 sind im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet, so daß eine Linienbelastung mit der Innenseite des Schenkels 96 des Stützorganes 90 erreicht wird.

Die gerundete bzw. halbkugelförmige Ausbildung des Kopfes 106 der Schraube 102 sowie die im Querschnitt halbkreisförmige Ausbildung der Auflauframpen 122 und 124 sowie des mittleren Bereichs 120 ermöglicht eine definierte gegenseitige Abstützung der Messer untereinander, wenn Messer im bogenförmigen Verlauf der Stützrahmen 42, 44 zueinander verdreht liegen.

Wenn das Messer 24 vorgetrieben wird, während das Messer 22 in Ruhe auf den Führungsbögen 42 und 44 aufliegt, gelangen die Bereiche 114 und 120 konstanter Breite des Stützorgans 92 außer Anlage mit der Führungsschraube 102 bzw. dem Schenkel 96 des Stützorgans 90, wodurch eine relativ freie Beweglichkeit des Messers 24 erreicht wird. Damit ist es möglich, das Messer 24 während des Vortriebs derart zu steuern, daß eine Abweichung der Vortriebshaube von einer Geraden, d.h. eine Kurvenfahrt durchgeführt werden kann. Zur Erzielung einer derartigen Kurvenfahrt sind an den Nachbarmessern rechts und links des zuerst vorzutreibenden Messers vorne je eine einstellbare Druckvorrichtung vorgesehen, so daß die Vortriebsrichtung des zuerst vorwandernden Messers während seines Vortriebs gesteuert werden kann. Durch die Anordnung der Auflauframpen und der Bereiche konstanter Breite müssen zwangsläufig alle anderen Messer dem zuerst vorgetriebenen und in die richtige Richtung gebrachten Messer folgen, so daß nach dem Vortrieb aller Messer die Stützorgane wieder die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Stellungen einnehmen, in welchen die Messer seitlich in unmittelbarem Kontakt untereinander sind, so daß sie ihre selbsttragende Funktion übernehmen können, wenn die Stützrahmen oder Führungsbögen verfahren werden.

Messer oder messerähnliche Schalungsbohlen mit seitlichen Stützorganen und Führungsbögen können auch im Betonnier­ bereich eines Stollens analog wie im Ausbruchsbereich eingesetzt werden. Durch die selbstragende Funktion der Messer oder Schalungsbohlen kann auf eine hinderliche Abstützung oder ein Lehrgerüst verzichtet werden.

Claims (17)

1. Verfahren zum Ausbrechen und/oder Fertigausbauen von Stollen, Tunneln, Schächten od.dgl. langgestreckten Bauwerken, wobei von Stützrahmen oder Führungsbögen abgestützte Messer nacheinander vorgetrieben werden und nach dem Vortrieb aller Messer die Stützrahmen weiterschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß bei ruhendem System oder nach dem Vorschub aller Messer die Messer in gegenseitige Seitenanlage gebracht und selbsttragend werden, daß die Stützrahmen abgesenkt werden und weiterschreiten, und daß nach Anheben der Stützrahmen die Messer erneut vorgetrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Messer beidseitig auf der Sohle abgestützt werden.

3. Vorrichtung zum Ausbruch und zur Abstützung im Ausbruch und/oder Fertigausbaubereich bei der Errichtung von Stollen, Tunneln, Schächten od.dgl. langgestreckten Bauwerken, mit in Form einer Haube angeordneten Messern und die Messer abstützenden Führungsbögen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer (10 bis 36) bei ruhendem System sich gegenseitig über seitliche Stützorgane abstützen und ohne sohlenseitige Verbindung selbsttragend sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an einer Seite jedes Messers (10 bis 36) ein langes, im Querschnitt T-förmiges Stützorgan (92) mit nach unten gerichtetem Querschenkel (110) und an der anderen Seite jedes Messers ein kurzes, im Querschnitt U-förmiges Stützorgan (90) mit nach oben gerichteten Schenkeln (96, 98) angeordnet ist, daß das T-förmige Stützorgan (92) eines Messers (24) in das U-förmige Stützorgan (90) eines benachbarten Messers (22) eingreift, und daß an dem T-förmigen Stützorgan (92) ausgehend von mittleren Abschnitten konstanter Breite (114, 120) keilförmige Auflauframpen (116, 118; 122, 124) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem U-förmigen Stützorgan (90) ein einstellbares Anlageelement (102) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mittlere Abschnitt (120) und die Auflauframpen (122, 124) des Stützorgans (92) sowie der Kopf (106) des einstellbaren Anlageelementes (102) des Stützorgans (90) im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im vorderen und hinteren Bereich jedes Messers (10 bis 36) Stützorgane (90, 92) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den sohlenseitigen Messern (10, 36) quer zur Längsrichtung der Messer angreifende Hebevorrichtungen (38, 40) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hebevorrichtung (38, 40) hydraulische oder pneumatische Kolben/Zylinder-Einheiten sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Führungsbögen oder Stützrahmen (42, 44) an den sohlenseitigen Enden Hebevorrichtungen (46, 48) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hebevorrichtungen (46, 48) hydraulische oder pneumatische Kolben/Zylinder-Einheiten sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den sohlenseitigen Enden der Stützrahmen (42, 44) Führungselemente (58, 60) angeordnet sind, die in auf Bodenplatten (50, 52) angeordneten Führungen (54, 56) eingreifen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatten (50, 52) mit den Hebevorrichtungen (46, 48) verbunden sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den sohlenseitigen Enden der Stützrahmen (42, 44) in auf der Sohle (66) verlegbaren Führungen (68, 70) eingreifende und verschiebbare Streben (62, 64) vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Streben (62, 64) abgewinkelt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei über Druckvorrichtungen (80) verbundene Stützrahmen (42, 44) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckvorrichtungen (80) Kolben/Zylinder-Einheiten sind.