DE3819818C2

DE3819818C2 -

Info

Publication number: DE3819818C2
Application number: DE3819818A
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Wilhelmus Josef Van Hattem Nl Egmond; Karl Otto 5276 Wiehl De Platz; Franz Prof. Dr. 4405 Nottuln De Thyssen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1990-03-22
Also published as: DE3819818A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur Vorfelder kundung im Erdreich beim unterirdischen Auffahren von Tunnelquerschnitten nach dem Oberbegriff des Hauptan spruchs.The invention relates to a measurement method for aprons exploration in the ground when driving underground from Tunnel cross sections according to the generic term of the main one saying.

Die Tunnelquerschnitte werden in der Regel nach dem Prinzip des hydraulischen Rohrvortriebes hergestellt, bei dem ein Rohr in das Gebirge vorgepreßt und dabei gleichzeitig der anstehende Boden verdrängt, bzw. ab gebaut und gefördert wird. Da im Regelfall der Baugrund nur eine geringe Homogenität aufweist, besteht ein Interesse, beim Herstellen des Tunnelquerschnitts Kennt nisse über den Baugrund zu gewinnen, um ein geeignetes Werkzeug auszuwählen und/oder um Hindernisse zu besei tigen. Störungen oder Hindernisse im Lockergestein können in Form von Steinen, Findlingen, und im Boden verbliebenen Bauwerksresten problematisch sein. Ferner können im Baugrund Wasserblasen, Sandblasen, Steinnester oder auch Bomben aufgefunden werden. The tunnel cross sections are usually after the Principle of hydraulic pipe jacking manufactured, in which a pipe is pressed into the mountains while doing so at the same time, the soil is displaced or down is built and promoted. As a rule, the building ground has only a low homogeneity Interest in knowing how to make the tunnel cross section nisse to gain a suitable Select tool and / or to clear obstacles term. Disruptions or obstacles in loose rock can be in the form of stones, boulders, and in the ground remaining building remains can be problematic. Further can water bubbles, sand bubbles, stone nests in the subsoil or bombs can be found.

Während des Bohrens werden diese Hindernisse durch das Ansteigen der Pressenkräfte, die verringerte Vortriebs leistung und insbesondere akustisch durch ein im Vor triebsschild installiertes Mikrophon bemerkt. Die Hin dernisse für den Tunnelvortrieb führen, wenn ihre Lage nicht bekannt ist, zu erheblichen Zeitverlusten für das gegebenenfalls häufiger notwendige unerwartete Wechseln des Bohrwerkzeugs oder die Hindernisbeseitigung, die erst bei dem Vorliegen des Hindernisses eingeleitet werden kann. Darüber hinaus wird bei nicht rechtzeiti gem Wechsel der Schneidköpfe die Standzeit der Werk zeuge durch das Auflaufen auf Hindernisse erheblich verkürzt.During drilling, these obstacles are removed by the Rise in press forces, reduced propulsion performance and in particular acoustically by a in advance drive microphone installed noticed. The Hin knowledge of tunneling if their location is not known to waste significant time unexpected changes that may be necessary more frequently of the drilling tool or obstacle removal that only initiated when the obstacle is present can be. In addition, at not timely the service life of the factory after changing the cutting heads testify by hitting obstacles considerably shortened.

Bei Tunnelquerschnitten, die in der Nähe der Straßen oberfläche verlaufen, können Meßverfahren von der Straßenoberfläche aus verwendet werden, um Bohrhinder nisse oder Bodeninhomogenitäten aufzufinden. Diese Meßverfahren versagen jedoch bei tiefer angeordneten Tunnelquerschnitten bzw. weisen eine nicht ausreichende Ortungsgenauigkeit auf. Je nach Tiefe des Tunnelquer schnitts sind sie wegen der geringen Durchdringungstiefe der Meßgeräte zum Teil überhaupt nicht durchführbar und wegen des Erfordernisses von hochempfindlichen Meßgerä ten sehr kostenintensiv.With tunnel cross sections that are close to the roads can run from the surface Road surface from used to drill bits nisse or soil inhomogeneities. These Measuring methods fail, however, if they are arranged lower Tunnel cross-sections or have insufficient ones Location accuracy. Depending on the depth of the tunnel cross they are cut because of the low penetration depth of the measuring devices partly not feasible at all and because of the requirement for highly sensitive measuring devices very expensive.

Es ist auch für die Steuerung des Tunnelvortriebs von wesentlicher Bedeutung, rechtzeitig einen Wechsel der Bodenformationen z.B. von Steinlagen zu Tonschichten zu erkennen, um einem möglichen Verlaufen der Bohrungsachse vorzubeugen. It is also used to control the tunneling of essential to change the timely Soil formations e.g. from layers of stone to layers of clay detect a possible run of the bore axis to prevent.

Aus der US-PS 45 78 675 ist ein Meßverfahren zur Erkundung von Bohrlöchern im Erdreich bekannt, mit einer Vorrichtung zur Tiefenbohrung unter Verwendung einer die physikalischen Eigenschaften des Erdreiches erfassenden Meßeinrichtung, deren Meßsignale von einem Rechner zur Charakterisierung der Schichten ausgewertet werden. Das bekannte Meßverfahren tastet die Umgebung des Bohrloches hinsichtlich der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit ab, wobei mit Hilfe unterschiedlicher Frequenzen eine unterschiedliche Eindringtiefe erreicht wird. Das Meßsignal ist eine integrierende Meßgröße, die zwar die Feststellung erlaubt, ob eine Störung im Vorfeld des Bohrlochs existiert, jedoch nicht deren exakte Ortung. Ein derartiges Meßverfahren ist für Tunnelquerschnitte mit z. B. 14 m Durchmesser nicht geeignet. Insbesondere erlauben die Meßsignale keine räumliche Vorfelderkundung.
From US-PS 45 78 675 a measuring method for exploring boreholes in the ground is known, with a device for deep drilling using a measuring device which detects the physical properties of the ground, the measuring signals of which are evaluated by a computer for characterizing the layers. The known measuring method scans the surroundings of the borehole with regard to the change in the electrical conductivity, a different penetration depth being achieved with the aid of different frequencies. The measurement signal is an integrating measurement, which allows the determination of whether there is a disturbance in the run-up to the borehole, but not its exact location. Such a measuring method is for tunnel cross sections with z. B. 14 m diameter is not suitable. In particular, the measurement signals do not allow spatial apron exploration.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zur Vorfelderkundung im Erdreich beim unterirdischen Auffahren von Tunnelquerschnitten zu schaffen, das während der Tunnelvortriebsarbeiten eine dreidimensionale Vorfelderkundung mit geringen Kosten ermöglicht.The invention has for its object a measurement method for apron exploration in the ground at the underground To create tunnel cross-sections, a three-dimensional one during tunneling work Apron exploration possible at low cost.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale des Hauptanspruchs.According to the invention, to solve this problem Features of the main claim.

Das Meßverfahren ermöglicht es, durch die Überwachung des Vorfeldes vor der Ortsbrust rechtzeitig Störungen und Hindernisse für den Tunnelvortrieb zu erkennen, wodurch beispielsweise durch den rechtzeitigen Werkzeugwechsel die Standzeit der teuren Bohrwerkzeuge erhöht wird, und der Abweichung der Bohrungsachse von der Soll-Linie z. B. bei nachgiebigeren weichen Bodenformationen entgegengewirkt werden kann.The measurement method enables monitoring of the apron in front of the face in time disturbances and identify obstacles to tunneling through, for example, the timely tool change the service life of expensive drilling tools is increased and the deviation of the bore axis from the Target line z. B. with more compliant soft ground formations can be counteracted.

Die unmittelbare Vorfelderkundung an der Ortsbrust, bei der ein dreidimensionales Abbild des Vorfeldes erzeugt wird, ermöglicht es, ca. 10 bis 20 Stunden vorher über das Vorliegen von Hindernissen und das Ausmaß von Hindernissen informiert zu sein, so daß entsprechende Vorkehrungen ohne Zeitverlust vorgenommen werden können. Zum Beispiel kann ein Werkzeugwechsel vorbereitet werden oder eine Hindernisbeseitigung frühzeitig eingeleitet werden. Außerdem ist es möglich, die Vortriebsparameter bei Kenntnis des Vorfeldes optimal einzustellen. The immediate apron exploration on the face, at which creates a three-dimensional image of the apron is about 10 to 20 hours beforehand the presence of obstacles and the extent of obstacles to be informed, so take appropriate precautions can be done without wasting time. For example, a tool change can be prepared or initiated an obstacle removal early will. It is also possible to change the propulsion parameters with optimal knowledge of the apron.

Während des Rohrverbaus kann mindestens eine Hilfsbohrung in Vortriebsrichtung der Tunnelvortriebsmaschine in die Ortsbrust gebohrt werden, in die anschließend Meßeinrichtungen für Bohrlochmessungen eingeschoben werden. Bei derartigen Bohrlochmessungen kann das Meßgerät zur Rundumabtastung rotierend eingeführt werden.At least one auxiliary hole can be made during pipe installation in the direction of advance of the tunnel boring machine be drilled into the face, into which subsequently Measuring devices for borehole measurements inserted will. With such borehole measurements, the measuring device can be introduced rotating for all-round scanning.

Bei diesem Meßverfahren werden die für den Rohrverbau notwendigen Stillstandszeiten genutzt, um das Vorfeld mit Hilfe von Bohrlochmessungen zu erkunden.This method of measurement is used for pipe installation necessary downtimes used to the apron to explore with the help of borehole measurements.

Es ist auch möglich, nur einen Sender in das Bohrloch einzubringen und den oder die Empfänger an dem Schild oder einem anderen stationären Teil der Tunnelvortriebsmaschine vorzusehen.It is also possible to have only one transmitter in the borehole and the recipient (s) on the sign or another stationary part of the tunnel boring machine to provide.

Es können auch zwei oder mehrere Hilfsbohrungen mit gegenseitigem Abstand zwischen den Schneidarmen des Schneidkopfes in die Ortsbrust gebohrt werden, um Meßgeräte mit geringerer Reichweite einsetzen zu können.Two or more auxiliary holes can also be used mutual distance between the cutting arms of the Cutting head are drilled into the working face using measuring instruments to be able to use with a shorter range.

Die Abtastung des umliegenden Erdreiches kann im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse der Hilfsbohrung erfolgen, wobei durch eine gleichzeitige Linearbewegung des Meßgerätes in der Hilfsbohrung und eine kontinuierliche Drehung der Abtastrichtung um die Längsachse der Hilfsbohrung herum das umliegende Erdreich schraubenförmig abgetastet wird. Auf diese Weise ist eine genaue winkelmäßige Ortung bei kontinuierlicher Messung in einem Durchgang möglich.The scanning of the surrounding soil can essentially perpendicular to the longitudinal axis of the auxiliary bore take place, with a simultaneous linear movement of the measuring device in the auxiliary bore and a continuous one Rotation of the scanning direction around the longitudinal axis of the Auxiliary hole around the surrounding soil helically is scanned. This is an accurate one angular location with continuous measurement in one pass possible.

Alternativ erfolgt die Abtastung durch das Meßgerät sektorenweise, wobei das Meßgerät entsprechend der Anzahl der Sektoren mehrfach durch die Hilfsbohrung hin- und zurückbewegt werden muß. Bei diesem Verfahren wird keine Vorrichtung benötigt, die die Abtastrichtung kontinuierlich ändert, wodurch die Kosten für das Meßgerät reduziert werden.Alternatively, the measuring device scans by sector, the measuring device according to the number of the sectors several times through the auxiliary hole and must be moved back. With this procedure no device is needed that scans the direction continuously changes, reducing the cost of the meter be reduced.

Die Anordnung der Meßgeräte an der Tunnelvortriebsmaschine im Ortsbrustbereich ermöglicht die Verwendung von weniger empfindlichen Meßgeräten, die erheblich kostengünstiger sind.The arrangement of the measuring devices on the tunnel boring machine in the working area enables use of less sensitive gauges that are significant are cheaper.

Vorzugsweise ist die Meßeinrichtung an dem Schneidkopf der Tunnelvortriebsmaschine befestigt, wobei das Vorfeld bei Rotation des Schneidkopfes kreisförmig abgetastet wird und die Meßsignale über Dreh- oder Funkübertrager zusammen mit einem Winkelmeßsignal für die Position des Schneidkopfes einem Rechner übertragen werden. Die Meßeinrichtung kann mit dem Schneidkopf rotieren und das Vorfeld kreisförmig abtasten. Der Rechner koordiniert die Meßsignale mit den Winkelmeßsignalen und kann die genaue Position eines Hindernisses z. B. auf einem Bildschirm anzeigen.The measuring device is preferably on the cutting head attached to the tunnel boring machine, the apron circularly scanned when the cutting head rotates and the measurement signals via rotary or radio transmitters together with an angle measurement signal for the Transfer the position of the cutting head to a computer will. The measuring device can be used with the cutting head rotate and scan the apron in a circle. The The computer coordinates the measurement signals with the angle measurement signals and can pinpoint the exact location of an obstacle e.g. B. display on a screen.

In den Schneidarmen des Schneidkopfes können mehrere Meßeinrichtungen mit einem unterschiedlichen radialen Abstand von der Bohrungsachse angeordnet werden. Dies ist bei großen Tunnelquerschnitten von Vorteil, um mit kostengünstigen Meßeinrichtungen mit verhältnismäßig geringer Reichweite die Abtastung des gesamten Tunnelquerschnitts zu ermöglichen. Die Meßeinrichtungen können in verschiedenen Schneidarmen des Schneidkopfes untergebracht sein, um auch einen winkelmäßigen Versatz der Abtastung zu erhalten. Dabei können für jede radiale Position mindestens eine Ersatzmeßeinrichtung vorgesehen sein, die erst bei Ausfall einer entsprechenden Meßeinrichtung zum Einsatz kommt. Dadurch werden bei Ausfall einer Meßeinrichtung Stillstandszeiten der Tunnelvortriebsmaschine bzw. Informationslücken in der Vorfelderkundung zuverlässig vermieden.There can be several in the cutting arms of the cutting head Measuring devices with a different radial Distance from the axis of the hole. This is an advantage to use with large tunnel cross sections inexpensive measuring equipment with relatively scanning the entire tunnel cross-section to enable. The measuring devices can in different cutting arms of the cutting head be accommodated to also have an angular offset to get the scan. It can be for everyone radial position at least one replacement measuring device be provided only if a corresponding one fails Measuring device is used. This will downtime in the event of a measuring device failure the tunnel boring machine or information gaps in reliably avoid apron exploration.

Bei aus Sende- und Empfangseinrichtungen bestehenden Meßeinrichtungen kann der Sender an rotierenden Maschinenelementen und der Empfänger an stationären Maschinenelementen oder der Empfänger an rotierenden und der Sender an stationären Maschinenelementen angeordnet werden. So werden z. B. bei einer Schildvortriebsmaschine die Sende- bzw. Empfangseinrichtungen an dem Schild befestigt und das jeweilige Gegenstück an dem rotierenden Schneidkopf. Die Auswertung der Meßsignale erfolgt dann mit Hilfe des Rechners in einem Multiplex-Scanning-Verfahren.In the case of existing transmission and reception facilities The transmitter can use measuring devices on rotating machine elements and the receiver on stationary machine elements or the receiver on rotating and the Transmitter arranged on stationary machine elements will. So z. B. in a shield tunneling machine the transmitting or receiving devices on the Shield attached and the respective counterpart on the rotating cutting head. The evaluation of the measurement signals is then carried out with the aid of the computer in a multiplex scanning process.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Meßeinrichtung in einem relativ zum Bohrwerkzeug stationären Teil der Tunnelvortriebsmaschine befestigt. Dieser stationäre Teil kann beispielsweise das Schild einer Schildvortriebsmaschine oder bei Tunnelvortriebsmaschinen ohne Schild allgemein die äußere stationäre Maschinenbegrenzung sein.In another embodiment, the measuring device in a stationary relative to the drilling tool Part of the tunnel boring machine attached. This stationary part can, for example, the shield of a Shield tunneling machine or tunnel tunneling machines without a shield, generally the outer stationary machine limitation be.

Bei einer solchen Meßvorrichtung sind vorzugsweise mehrere Sender kreisförmig auf dem Schild einer Schildvortriebsmaschine mit gleichem umfangsmäßigen Abstand voneinander angeordnet, wobei zwischen den Sendern jeweils ein oder mehrere Empfänger angeordnet werden, die Signale von allen Sendern erhalten. Das Netz aus direkten Verbindungslinien zwischen allen Sendern und allen Empfängern hat eine Maschenweite, die geringer ist als das kleinste noch festzustellende Hindernis. Die Verbindungslinien von allen Sendern zu allen Empfängern ergibt ein Maschennetz, dessen Dimension in Abhängigkeit von dem Schilddurchmesser und der Anzahl der an dem Schild angeordneten Sender und Empfänger berechnet werden kann. Zum Beispiel kann bei Tunnelquerschnitten über 10 m und einem kleinsten noch festzustellenden Hindernis mit einem Durchmesser von 20 cm die Anzahl der Sender und Empfänger festgelegt werden.In such a measuring device there are preferably several Transmitter circular on the shield of a shield tunneling machine with the same circumferential distance from each other arranged, each between the transmitters one or more receivers are arranged to receive the signals received by all broadcasters. The network of direct Connection lines between all transmitters and all Receiver has a mesh size that is less than the smallest obstacle to be determined. The connecting lines from all senders to all receivers a mesh network, the dimension of which depends of the shield diameter and the number of on the Sign arranged transmitter and receiver calculated can be. For example, with tunnel cross sections over 10 m and a smallest still to be determined Obstacle with a diameter of 20 cm the number the sender and receiver are determined.

Die Meßeinrichtungen werden vorzugsweise hinter einem druckfesten Fenster in den Maschinenelementen eingebaut, um Beschädigungen vorzubeugen. Bei einem Fenstermaterial aus Borosilikatglas tritt beispielsweise bei einer Messung mit Hilfe von Radarwellen keine Dämpfung der Radarstrahlen auf.The measuring devices are preferably behind one pressure-resistant windows built into the machine elements, to prevent damage. With a window material occurs from borosilicate glass, for example when measuring with the help of radar waves none Attenuation of the radar beams.

Dieses Meßverfahren ist insbesondere bei solchen Tunnelvortriebsverfahren vorteilhaft, bei denen das Schild weit über das Abräumwerkzeug hinaus vorgetrieben wird.This method of measurement is particularly so Tunneling methods advantageous in which the Shield advanced far beyond the clearing tool becomes.

Als Meßeinrichtung kann auch ein Schallmeßkopf, z. B. ein Ultraschallmeßkopf verwendet werden, wobei die Ankopplung an die Ortsbrust mit Hilfe von Wasser erfolgt. Die Ultraschallmessung ist besonders geeignet, die Porosität des Bodens festzustellen.A sound measuring head, e.g. B. an ultrasonic measuring head can be used, the coupling to the face using water. The ultrasound measurement is particularly suitable, the porosity of the soil.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt The following are with reference to the figures Embodiments of the invention explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Tunnellängsschnitt mit Ortsbrust und Vorfeld Fig. 1 shows a longitudinal tunnel section with face and apron

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Meßver fahren, bei dem die Meßeinrichtungen in unterschied lichen radialen Positionen auf den Schneidarmen eines Schneidkopfes angeordnet sind. Fig. 2 drive a first embodiment for a Meßver, in which the measuring devices are arranged in different radial positions on the cutting arms of a cutting head.

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Meß verfahren, bei dem mehrere Empfänger an dem Schild einer Schildvortriebsmaschine angeordnet sind, während der Sender zentral am Schneidkopf befe stigt ist. Fig. 3, a second embodiment of a measurement method in which several receivers are arranged on the shield of a shield tunneling machine, while the transmitter is centrally located on the cutting head BEFE.

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Meß verfahren, bei dem Sender und Empfänger an dem Schild einer Schildvortriebsmaschine befestigt sind. Fig. 4, a third embodiment of a measurement method, in which the transmitter and receiver are attached to the shield of a shield tunneling machine.

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Meß verfahren, bei dem Hilfsbohrungen in die Ortsbrust ausgeführt werden. Fig. 5 shows a fourth embodiment of a measuring method, are carried out in the auxiliary holes in the face.

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Lage der Hilfsbohrungen gemäß Fig. 5 in Relation zum Schneidkopf und FIG. 6 shows a schematic illustration of the position of the auxiliary bores according to FIG. 5 in relation to the cutting head and

Fig. 7 einen Tunnellängsschnitt mit einer einzigen zentralen Hilfsbohrung. Fig. 7 shows a longitudinal tunnel section with a single central auxiliary bore.

Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf den Tunnelbau durch Schildbauweise. Die Anordnung der Meßeinrichtungen in Tunnelvortriebselementen an der Ortsbrust ist prinzipiell aber auch bei andersartigen Tunnelvortriebsmethoden möglich.The following exemplary embodiments relate to tunnel construction through shield construction. The arrangement of the Measuring devices in tunneling elements on the In principle, the face is also used for other types Tunneling methods possible.

Die Schildbauweise besteht aus einem mechanischen Tunnel vortrieb in feinkörnigem, stark rolligem, mildem und im schwimmenden Gebirge. Man verwendet einen kreisförmigen Stahlzylinder als Brustabschluß, der abschnittsweise durch hydraulische Pressen in das zu durchfahrende Ge birge vorgetrieben wird. In seinem Schutz bricht man den Boden aus und mauert sofort anschließend den Tunnel ring oder verlegt entsprechende Rohre.The shield construction consists of a mechanical tunnel propulsion in fine-grained, strongly rolling, mild and in floating mountains. A circular one is used Steel cylinder as a breast closure, the section through hydraulic presses into the ge to be traversed is driven forward. You break in his protection the floor and immediately bricked the tunnel ring or lay corresponding pipes.

Fig. 1 zeigt einen Tunnelquerschnitt mit einer Dimension von beispielsweise über 10 m Durchmesser, in dem ein Schild 1 vorgetrieben wird. Jenseits der Ortsbrust 6 befinden sich im Vorfeld 7 Hindernisse 8, die geortet werden sollen. Fig. 1 shows a tunnel cross-section with a dimension of, for example, about 10 m diameter, in which a plate 1 is driven. Beyond the face 6 there are 7 obstacles 8 in advance that are to be located.

Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der Tunnelvortriebs maschine mit einem zylindrischen Schild 1 und einem aus mehreren Schneidarmen 2 bestehenden Schneidkopf 3. Die Schneidarme sind mit geeigneten, im einzelnen nicht dargestellten Werkzeugen zum Abräumen des Erdreichs versehen. Jeder der Schneidarme 2 weist eine Meßein richtung 4, 5 auf, die jeweils auf drei aufeinander folgenden Schneidarmen unterschiedliche radiale Posi tionen in bezug auf Bohrungsachse aufweisen. Bei Rota tion des Schneidkopfes 3 beschreiben diese Meßein richtungen 4, 5 Kreisbahnen und tasten das Vorfeld 7 kreisförmig ab. Jeweils drei Meßeinrichtungen 4 bzw. 5 gehören zu einer Gruppe, die die Meßsignale zusammen mit einem Winkelpositionssignal an einen Rechner lie fern, der durch Koordination der Meß- und Positions signale eine Ortung von Hindernissen ermöglicht und die Hindernisse auf einem Bildschirm darstellen kann. Die zweite Gruppe von Meßeinrichtungen 5 dient als Ersatz bei einer eventuellen Störung in einer Meßeinrichtung 4 der ersten Gruppe. Die einzelnen Meßeinrichtungen können auch so zusammengeschaltet sein, daß jeweils Meßeinrichtungen eines jeden zweiten Schneidarmes zusam mengehören. Die Meßeinrichtungen sind vorzugsweise in Vertiefungen des Schneidarmes untergebracht und durch ein druckfestes Fenster geschützt. Dieses Fenster kann beispielsweise aus Borosilikatglas bestehen, das bei Radarwellen keine Dämpfung verursacht. Ein anderes ebenfalls geeignetes Material ist Glasfaserkunststoff. Fig. 2 shows a front view of the tunnel boring machine with a cylindrical shield 1 and a cutting head 3 consisting of several cutting arms 2nd The cutting arms are provided with suitable tools, not shown in detail, for clearing the soil. Each of the cutting arms 2 has a measuring device 4 , 5 , each of which has different radial positions on three successive cutting arms with respect to the bore axis. When Rota tion of the cutting head 3 describe these Meßein directions 4 , 5 circular paths and feel the apron 7 from a circle. In each case three measuring devices 4 and 5 belong to a group, which supplies the measurement signals together with an angular position signal to a computer which, by coordinating the measurement and position signals, enables location of obstacles and can display the obstacles on a screen. The second group of measuring devices 5 serves as a replacement in the event of a fault in a measuring device 4 of the first group. The individual measuring devices can also be interconnected so that measuring devices of every second cutting arm belong together. The measuring devices are preferably housed in recesses in the cutting arm and protected by a pressure-resistant window. This window can be made of borosilicate glass, for example, which does not cause attenuation in the case of radar waves. Another suitable material is fiberglass.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht der Tunnelvortriebs maschine, bei der gemäß einem anderen Ausführungsbei spiel bei Meßeinrichtungen 4, 5, die aus Sendern und Empfängern bestehen, die Empfänger an dem Schild 1 kreisförmig gleichmäßig auf dem Umfang verteilt ange ordnet werden, während ein Sender zentral im Bereich der Bohrungsachse gegebenenfalls mit dem Schneidkopf rotierend angeordnet wird. Ein oder mehrere Sender könnten auch bei gleicher Anordnung der Empfänger in der radialen Mitte eines Schneidarmes oder mit unter schiedlichen radialen Abständen von der Bohrungsachse auf verschiedenen Schneidarmen 2 angeordnet werden. Fig. 3 shows a front view of the tunnel boring machine, in which according to another Ausführungsbei game with measuring devices 4 , 5 , which consist of transmitters and receivers, the receivers on the shield 1 are evenly distributed in a circular manner, while a transmitter centrally is arranged in the region of the bore axis, if necessary, rotating with the cutting head. One or more transmitters could also be arranged in the same radial arrangement of the receivers in the radial center of a cutting arm or with different radial distances from the bore axis on different cutting arms 2 .

Fig. 4 zeigt eine Anordnung von Sendern 11 und Empfän gern 12 an dem Schild 1, bei der weder die Sender 11 noch die Empfänger 12 beweglich sind. Auf dem Umfang des Schildes, z.B. im Schneidschuh 10, sind mehrere Sender gleichmäßig verteilt versenkt hinter druckfesten Fenstern angeordnet, zwischen denen mehrere Empfänger gleichmäßig verteilt angeordnet sind, die jeweils von allen Sendern Signale empfangen können. Die Verbindungs linien aller Sender 11 mit allen Empfängern 12 ergeben ein dichtes Maschennetz, so daß selbst bei Tunnelquer schnitten weit über 10 m auch verhältnismäßig kleine Hindernisse geortet werden können. Fig. 4 shows an arrangement of transmitters 11 and receivers like 12 on the shield 1 , in which neither the transmitter 11 nor the receiver 12 are movable. On the circumference of the shield, for example in the cutting shoe 10 , a plurality of transmitters are arranged sunk evenly behind pressure-proof windows, between which a plurality of receivers are arranged, which can receive signals from all transmitters. The connecting lines of all transmitters 11 with all receivers 12 result in a dense network of meshes, so that even with tunnel cross-sections well over 10 m, relatively small obstacles can be located.

Fig. 5 zeigt ein Meßverfahren, das während des Rohrver baus eingesetzt werden kann. Bei Stillstand des Schneid kopfes 3 werden in die Lücken zwischen den Schneidarmen 2 Hilfsbohrungen 9 in die Ortsbrust 6 gebohrt, in die zur Durchführung von Bohrlochmessungen Meßgeräte ein geführt werden können. Fig. 5 shows a measurement method that can be used during construction Rohrver. When the cutting head 3 is at a standstill, 2 auxiliary holes 9 are drilled into the gaps between the cutting arms in the working face 6 , into which measuring instruments can be guided to carry out borehole measurements.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine dreieckförmige Anord nung der Hilfsbohrungen 9, die voneinander einen glei chen Abstand haben, die z.B. mit Radarmeßverfahren so wohl eine Durchstrahlungsmessung als auch Reflexmessun gen ermöglichen. Fig. 6 shows an example of a triangular Anord voltage of the auxiliary bores 9 , which have a equal spacing from one another, which enable radiation measurement as well as reflex measurements, for example with radar measurement methods.

Fig. 7 zeigt eine einzige zentrale Bohrung zum Beispiel bei einem Schneidkopf 3 mit hohler Achse. Fig. 7 shows a single central bore, for example in a cutting head 3 with a hollow axis.

In die Hilfsbohrungen gemäß Fig. 5 bis 7 können Meßgerä te rotierend eingeführt werden, um eine rotierende Rund umabtastung zu erzielen.In the auxiliary bores shown in FIG. 5 to 7 can be introduced Gauge te rotating, around a rotating circular resampling to obtain.

Außerdem kann vorgesehen sein, nur einen Sender in die zentrale Hilfsbohrung 9 gemäß Fig. 7 einzuführen, und einen oder mehrere gleichmäßig auf den Umfang des Schildes angeordnete Empfänger 12 vorzusehen, die in Abhängigkeit von der linearen Position des Senders 11 in der Hilfsbohrung 9 eine Vorfelderkundung unter unterschiedlichen Winkeln als Durchstrahlungsmessung ermöglichen.In addition, it can be provided to insert only one transmitter into the central auxiliary bore 9 according to FIG. 7, and to provide one or more receivers 12 which are arranged uniformly on the circumference of the shield and which, depending on the linear position of the transmitter 11 in the auxiliary bore 9, perform an apron survey enable at different angles as radiographic measurement.

Als Meßeinrichtungen werden vorzugsweise elektromagne tische Impulsverfahren und Ultraschallmessungen ver wendet. Aber auch für Widerstandsmessungen und Feld stärkemessungen sind die beschriebenen Meßverfahren geeignet.Electromagnets are preferably used as measuring devices table pulse processes and ultrasonic measurements turns. But also for resistance measurements and field Strength measurements are the measurement methods described suitable.

Ultraschallmeßeinrichtungen werden bei Stillstand der Maschine eingesetzt, und zwar entsprechend Fig. 6 zwischen den Schneidarmen hindurch, wobei der Kontakt zwischen Ultraschallkopf und Erdreich mittels Flüssig keit oder Gel erfolgt oder wobei der Zwischenraum zwischen Schild und Erdreich mit Wasser oder Ton ge füllt ist.Ultrasound measuring devices are used when the machine is at a standstill, according to FIG. 6 between the cutting arms, the contact between the ultrasound head and the ground using liquid or gel or the space between the shield and the ground being filled with water or clay.

Bei Radargeräten werden Impulsserien abgegeben und vom Hindernis 8 zurücklaufende Echoimpulse empfangen. Die Impulsfolgefrequenz eines Radargerätes richtet sich nach der gewünschten Reichweite. Die Radarmessungen erfolgen mit einer Frequenz zwischen 60 Megahertz und 1,2 Gigahertz. Die Richtstrahlantenne des Radars strahlt dabei beispielsweise unter einem Winkel von 25 bis 30° ab. Die Entfernung zu dem Hindernis 8 bestimmt man aus der Laufzeit des impulsförmigen Signals für den Weg hin und zurück. In Verbindung mit der Position der Meßeinrichtung ergibt sich ein genaues Ortungssignal.In the case of radar devices, pulse series are emitted and echo pulses returning from the obstacle 8 are received. The pulse repetition frequency of a radar device depends on the desired range. The radar measurements are carried out at a frequency between 60 megahertz and 1.2 gigahertz. The directional antenna of the radar emits, for example, at an angle of 25 to 30 °. The distance to the obstacle 8 is determined from the transit time of the pulse-shaped signal for the way there and back. In connection with the position of the measuring device, an exact locating signal results.

Die Durchdringungstiefe, d.h. die Reichweite des Meßge rätes sollte mindestens 2 m betragen, so daß sich bei einer Vortriebsgeschwindigkeit von 10 bis 20 cm pro Stunde eine Vorfelderkundung ergibt, die einen zeitli chen Spielraum für Gegenmaßnahmen im Falle von Hinder nissen von 10 bis 20 Stunden zuläßt. The depth of penetration, i.e. the range of the Meßge advise should be at least 2 m, so that at a rate of advance of 10 to 20 cm each Hour an apron exploration that gives you a time leeway for countermeasures in the case of hinder permits from 10 to 20 hours.

Bei Anordnung der Meßeinrichtung in rotierenden Teilen des Schneidkopfes ist für die Übermittlung der Meßsig nale an den Rechner ein Drehübertrager oder z.B. eine Infrarotsignalübertragung erforderlich. Durch wieder holte Messungen, z.B. durch mehrere Umdrehungen des Schneidkopfes, ist das Herausfiltern von Störungen möglich.When the measuring device is arranged in rotating parts the cutting head is for the transmission of the measuring sig nale to the computer a rotary transformer or e.g. a Infrared signal transmission required. By again took measurements, e.g. through several turns of the Cutting head, is filtering out interference possible.

Die von dem Rechner ausgewerteten Meßsignale können innerhalb der Schildvortriebsmaschine z.B. auf einem Bildschirm oder auf einem Ausdruck dargestellt werden oder auch an die Erdoberfläche übertragen werden. Dabei kann der Rechner beim Auftreten von Hindernissen auch eine akustische Warnung abgeben.The measurement signals evaluated by the computer can inside the shield tunneling machine e.g. on one Screen or on a printout or can also be transmitted to the earth's surface. Here the computer can also handle obstacles give an acoustic warning.

Claims

1. Measuring method for apron exploration in the ground when driving through tunnel cross-sections with a tunnel boring machine using a measuring device that detects the physical properties of the soil, the measuring signals of which are evaluated by a computer for locating faults, obstacles and changes in the ground, characterized in that the apron is in the direction of advance is scanned in a circular manner, the measurement signals being transmitted to the computer together with an angle measurement signal.

2. Measuring method according to claim 1, characterized in that at least one during opening Auxiliary hole in the direction of advance of the tunnel boring machine is drilled in the face, in the measuring devices for borehole measurements inserted will.

3. Measuring method according to claim 2, characterized in that at least one auxiliary hole between the cutting arms of the Cutting head of the tunnel boring machine drilled becomes.

4. Measuring method according to claim 2 or 3, characterized in that the scanning by the measuring devices essentially perpendicular to the Longitudinal axis of the auxiliary bore and that by a simultaneous linear movement of the Measuring devices in the auxiliary bore and a continuous Rotation of the scanning direction Longitudinal axis of the auxiliary hole around the surrounding Soil is scanned helically.

5. Measuring method according to claim 2 or 3, characterized in that the scanning by the measuring device essentially perpendicular to the longitudinal axis of the Auxiliary drilling is carried out and that the scanning sector by sector by several and descents of the measuring device becomes.

6. Measuring method according to one of claims 1 to 5, characterized, that as a measuring device a measuring device for electromagnetic Impulse is used and that the transit time measurement of the electromagnetic Pulses are carried out as reflex measurements.

7. Measuring method according to one of claims 3 to 5, characterized, that as a measuring device a measuring device for electromagnetic Impulse is used and that the transit time measurement of the electromagnetic Pulses carried out as radiographic measurements will.

8. Measuring method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as a measuring device Field strength meter is used.

9. Measuring method according to one of claims 1 to 5, characterized in that an ultrasonic measuring head as the measuring device is used.

10. Measuring method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as a measuring device Resistance meter is used.

11. Measuring method for performing the measuring method according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 4, 5 ) attached to the cutting head ( 3 ) of the tunnel boring machine and that the measurement can be carried out when the cutting head ( 3 ) rotates.

12. Measuring device according to claim 11, characterized in that a plurality of measuring devices ( 4, 5 ) in the cutting arms ( 2 ) of the cutting head ( 3 ) are arranged at a different radial distance from the drilling axis.

13. Measuring method for performing the measuring method according to claim 1, characterized in that in the case of transmitting and receiving devices ( 11, 12 ) existing measuring devices, the transmitter ( 11 ) on rotating machine elements ( 2, 3 ) and the receiver ( 12 ) on stationary machine elements ( 1 ) or the receiver is arranged on rotating machine elements and the transmitter on stationary machine elements.

14. Measuring device for carrying out the measuring method according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 11, 12 ) is attached to a part ( 1 ) of the tunnel boring machine which is stationary relative to the drilling tool.

15. Measuring device according to claim 14, characterized in that a plurality of transmitters ( 11 ) are arranged in a circle on the shield ( 1 ) of a shield tunneling machine with the same circumferential distance from one another, that one or more receivers ( 12 ) are arranged between the transmitters ( 11 ), receive the signals from all transmitters ( 11 ), and that the network of direct connecting lines between all transmitters ( 11 ) to all receivers ( 12 ) has a mesh size which is less than the smallest obstacle ( 8 ) still to be determined.

16. Measuring device for performing the measuring method according to one of claims 1 or 2, characterized in that a transmitter ( 11 ) is arranged centrally in the center of the bore and that several receivers ( 12 ) are arranged circumferentially evenly distributed on the shield ( 1 ) of a shield boring machine .

17. Measuring device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the measuring device ( 4, 5, 11, 12 ) is arranged on the machine elements behind a pressure-resistant window ( 15 ).