DE3844148A1 - Vorrichtung und verfahren zum vorfraesen eines vortriebsstollens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorfräsen eines Vortriebsstollens an der Ausbruchstelle eines Untertagebauwerks, beispielsweise eines Stollens oder derglei­ chen, umfassend eine Stützkonstruktion mit einem dem für das Untertagebauwerk vorgesehenen Profil entsprechenden Profil, sowie mit einem Support, der das entlang der Konstruktion bewegliche Fräsewerkzeug trägt.

Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Vorfräsen eines Vortriebsstollens unter Einsatz der vorgenann­ ten Vorrichtung.

Bekanntlich birgt die Gefahr, daß es an der Ausbruch­ stelle im Stollen zum Nachgeben kommt, eines der größten Probleme beim Vortreiben eines Stollens oder ähnlicher Untertagebauwerke. Aus diesem Grunde ist es besonders bei lockerem Erdreich erforder­ lich, die Vortriebsstrecke während dieser Arbeiten provisorisch zu armieren bzw. zu verfestigen, ehe die Vortriebsarbeiten fortgeführt werden und die endgültige Stollen- bzw. Tunnelauskleidung gegossen wird.

Eines der zur Verfestigung des Vortriebsorts einge­ setzten Verfahren sieht die Verwendung des soge­ nannten "Spritzbetons" vor, der auf die Oberfläche des Einschnitts aufgebracht wird. Insbesondere wur­ de ein Ausbruchverfahren entwickelt, bei welchem der "Spritzbeton" in einen Einschnitt eingespritzt wird, der mit kleineren Ausmaßen entlang des Um­ fangs der Stollenbrust so ausgebildet wird, daß man dem für den Stollen vorgesehenen Profil folgt.

Auf diese Weise erhält man eine Zementschicht, die das auf der inneren Bogenfläche bzw. Gewölbeleibung vorhandene Material gegenüber dem Gestein oder dem umgebenden Erdreich isoliert; dieses Material kann somit schrittweise ausgefräst werden, ohne daß die Gefahr des Nachgebens besteht, da die vorgenannte Armierung aus sogenanntem Spritzbeton vorhanden ist.

In der IT-PS 11 16 273 wird eine Maschine zur mecha­ nischen Ausfräsung der Vortriebsstrecke in der vor­ beschriebenen Art und Weise beschrieben. Diese Ma­ schine besteht aus einem runden Stützaufbau mit ei­ nem Führungskörper, der an den Wandungen des Stol­ lens verankerbar ist und auf dem vorderen Abschnitt eine Schiene aufweist, entlang welcher sich ein Support bewegt, der das zum Ausbrechen des Ein­ schnitts verwendete Werkzeug trägt.

Auch wenn im Laufe der Zeit Maschinen zum Ausfräsen des Einschnitts mit anderer Konstruktion als in der vorgenannten italienischen Patentschrift für den Ausbruch eines Stollens entwickelt und eingesetzt wurden, also Maschinen mit einer bogenförmigen statt runden Konstruktion, so blieb doch der gesam­ te Support, der aus dem eigentlichen Werkzeug­ schlitten, der Schiene und dem Werkzeug besteht, im wesentlichen immer unverändert. Bei allen diesen Konstruktionen ist dieser Support in jedem Fall fest an dem beweglichen Schlitten angelenkt, wäh­ rend dieser natürlich entlang der Tragkonstruktion beweglich angeordnet ist. Insbesondere unterschei­ det sich der Abstand zwischen der Stollenwölbung und dem Werkzeug bei den nach dem Stand der Technik ausgeführten Maschinen nicht wesentlich von dem Ab­ stand zwischen der Wölbung und der Tragkonstruk­ tion, was bedeutet, daß das Werkzeug und das Profil der bogenförmigen Tragkonstruktion sich im wesent­ lichen auf gleichem Niveau befinden.

Diese Anordnung ist die Ursache für verschiedene Nachteile, wovon der erste darauf begründet ist, daß beim Vortrieb des Werkzeugs in Längsrichtung des Stollens zum Durchdringen der Stollenbrust vor Bewegung des Werkzeugs entlang der bogenförmigen Konstruktion und vor dem erforderlichen Schnitt die Vorwärtsverschiebung des Werkzeugs unbedingt mit einer gleichen Bewegung des Werkzeugsupports und damit mit einer identischen Bewegung der Stützkon­ struktion einhergehen muß.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die Werkzeugschneide im wesentlichen auf gleicher Höhe mit der äußeren Wölbfläche befindet, so daß diese im wesentlichen auch der Höhe der Wölbung des Stol­ lens entspricht, weshalb nach dem Guß der endgülti­ gen Stollenauskleidung abwärts von der zum Ausfrä­ sen des Einschnitts eingesetzten Maschine diese nicht mehr aus dem Stollen herausgebracht werden kann, da ihre Abmessungen größer als die verfügbare lichte Höhe und Weite in dem Abschnitt des Stollens sind, auf den bereits die endgültige Decke aufge­ spritzt bzw. aufgegossen wurde. Die einzigen Alter­ nativen bestehen darin, die Stützkonstruktion und die Maschine auseinanderzubauen oder bis zum Ende des Stollens weiter vorzutreiben.

Somit besteht die Notwendigkeit, eine Vorrichtung zum Vorfräsen eines Einschnitts entlang der Stol­ lenbrust eines Stollens oder eines ähnlichen Unter­ tagebauwerks zu schaffen, mit welcher sich die vor­ genannten Probleme lösen lassen und welche die Vor­ nahme der erforderlichen Einstellung des Neigungs­ winkels des Werkzeugs und der Vorwärtsbewegung der Werkzeugschneide selbst auf einfache und rasche Weise gestattet; daneben soll eine derartige Vor­ richtung auch gegebenenfalls durch den Teil des Stollens ausfahrbar sein, in dem bereits die end­ gültige Wandungsverkleidung betoniert wurde, ohne daß sie auseinandermontiert und abgebaut werden muß.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vor­ richtung zum Vorfräsen eines Vortriebsstollens ent­ lang der Stollenbrust eines Untertagebauwerks zu schaffen, die so gebaut ist, daß sie auch durch den gegebenenfalls bereits endgültig ausbetonierten Stollenabschnitt wieder ausfahrbar ist, ohne völlig abgebaut und zerlegt werden zu müssen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorbeschriebenen Probleme dadurch zu lösen, daß ein Vorfräsvorrichtung der vorbeschriebenen Art ge­ schaffen wird, bei welcher sich der Neigungswinkel des Werkzeugs und auch dessen Vorwärtsbewegung unabhängig von der übrigen Konstruktion einstellen lassen.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzubieten, mit dem sich ein Ein­ schnitt entlang der Stollenbrust eines Stollens oder ähnlichen Untertagebauwerks unter Einsatz ei­ ner Maschine der vorgenannten Art ausführen läßt.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der bewegliche Werkzeugträger über der Stützkonstruktion in einem freien Raum zwischen der Stützkonstruktion und dem Gewölbe des Untertagebau­ werks angeordnet ist, sowie dadurch, daß nach dem Aufstellen und Positionieren der Stützkonstruktion nahe der Ausbruchstelle das Werkzeug an der Aus­ bruchstelle soweit vorwärtsbewegt wird, bis die ge­ wünschte Vortriebslänge erreicht ist, und dadurch, daß an den beiden Enden des an der Ausbruchstelle gebildeten Gewölbes das Werkzeug um einen vorgege­ benen Winkel um eine radiale Achse der Stützkon­ struktion gedreht wird, welche am Anlenkende des Schneidblatts des Werkzeugs angeordnet ist.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben trägt au­ ßerdem bei, daß der Werkzeugträger zmindest einen Führungsholm oder dergleichen aufweist, auf welchem ein Schlitten beweglich angeordnet ist, welcher ei­ ne Einstellungsvorrichtung für das Werkzeug und das Werkzeug trägt.

Nachstehend die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung in Einsatzposi­ tion;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 1, und

Fig. 3 und 4 jeweils eine Seitenansicht der Vor­ richtung aus Fig. 1 und 2 in aufeinander­ folgenden Arbeitsschritten des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.

Wie aus der Längsachse des ausgebrochenen Stollens ersichtlich ist, weist die Vorrichtung eine bogenförmige Stütz­ konstruktion 2 auf, deren Profil auf der äußeren Bogenwölbung analog dem Profil der Stollendecke 3 ist, das für den Stollen vorgesehen ist. In jedem Fall ist die Konstruktion 2 so bemessen, daß zwi­ schen dem Profil der Stützkonstruktion 2 und dem Gewölbe 3 des Stollens ein beträchtlicher freier Raum 4 freibleibt.

Die Stützkonstruktion weist auf ihrem oberen Ab­ schnitt in dem freien Raum zwischen ihrem Aufbau und dem Gewölbe 3 des Stollens einen Werkzeugträger bzw. Support 5 auf, der entlang des gesamten Pro­ fils der Stützkonstruktion verfahrbar ist. Dieser Werkzeugträger läßt sich mit Hilfe allgemein be­ kannter und auf dem Markt bereits angebotener Ein­ richtungen, beispielsweise mittels einer Zahnstange 8, bewegen.

Wie aus Fig. 2 deutlicher zu erkennen ist, weist die Stützkonstruktion 2 ein eigentliches Abstütz­ teil 6 auf, das an einem Unterteil 7 angelenkt ist und auf seinem oberen Abschnitt eine Zahnstange 8 trägt, entlang welcher sich der Werkzeugträger 5 bewegt. Wie bei bereits gebauten analogen Vorrich­ richtungen ist auf beiden Seiten der Stützkonstruk­ tion 2 ein Unterteil 7 vorhanden, welches eine Auf­ nahmeeinrichtung aufweist, innerhalb derer sich ein Längsträger 9 mit zwei Stützfüßen 11 verfahren läßt, die gleichfalls durch eine jeweils zugeordne­ te Winde betätigbar sind.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung umgesetzt werden soll, so werden die Stützfüße 11 in bekann­ ter Weise so weit eingefahren, daß die gesamte Kon­ struktion auf dem Unterteil 7 ruht. Anschließend wird der Längsträger 10 in die gewählte Richtung bis zur entsprechenden Wegbegrenzung verfahren, worauf die Winden, die zur Betätigung der Stützfüße 11 vorgesehen sind, betätigt werden, um die gesamte Stützkonstruktion wieder hochzufahren, worauf nun die Stützkonstruktion 2 in die gewünschte Richtung gefahren werden kann, bis erneut die Wegbegrenzung des Längsträgers 10 erreicht ist, während auf diese Weise ein freier Raum belassen wird, der dem Ab­ stand zwischen den beiden Endstellungen des Läng­ strägers 10 entspricht.

Wie bereits vorstehend betont wurde, liegt das Hauptmerkmal der Erfindung darin, daß der Werkzeug­ träger 5 über der Stützkonstruktion 2 angeordnet ist und im wesentlichen den freien Raum zwischen der Stützkonstruktion und dem Gewölbe des Stollens einnimmt. Auf diesem Werkzeugträger 5 ist ein Füh­ rungsholm 13 angeordnet, auf dem wiederum ein Schlitten 14 angebracht ist, der sich entlang des Führungsholms 13 mit Hilfe einer eigenen Vortrieb­ seinrichtung, beispielsweise eines Motors 15, ver­ fahren läßt.

Der Führungsholm 13 ist an seinem vorderen Ende über einen Gelenkpunkt 16 am unteren Teil des Werk­ zeugträgers 5 angelenkt, während an seinem hinteren Ende ein Führungsteil 17 und eine Winde 18 vorgese­ hen sind. Diese Einrichtungen machen es möglich, daß durch Einwirkung auf die Winde 18 der Neigungs­ winkel des Führungsholms 13 gegenüber der Grundebe­ ne des Werkzeugträgers 5 oder auch gegenüber der Bodenhöhe des Stollens eingestellt werden kann. Da auf dem Schlitten 14 das Werkzeug 19 angebracht ist, muß nur der Neigungswinkel des Führungsholms 13 eingestellt werden, damit auch der Neigungswin­ kel der Schneide des Werkzeugs 19 verändert wird.

Es wurde bereits betont, daß auf dem Schlitten 14 ein Schlittenkopf 20 zur Einstellung der Position des Werkzeugs 19 gegenüber dem Werkzeugträger 5 in radialer Richtung vorgesehen ist, und ebenso eine Einrichtung 21, mit deren Hilfe sich das Werkzeug 19 um einen Winkel α gegenüber der Horizontalen um eine radiale Achse 12 an der Stützkonstruktion 2 drehen läßt, die am Anlenkende der Werkzeugschneide angeordnet ist, wie dies durch die strichpunktier­ ten Linien 22 und 22′ in Fig. 2 angedeutet ist.

Aus den beiden nachfolgenden Fig. 3 und 4 wird deutlich, in welcher Weise der Schlittenkopf 20 und der Führungsholm 13, sowie der gesamte Aufbau des Schlittens 14 mit dem zugeordneten Motor 15 und dem Werkzeug 19, sowie die vorgenannten Einstellein­ richtungen 21 vorteilhaft sind.

Bekanntlich kommt es beim Vortrieb eines Stollens nach der Technik des Vorfräsens eines Einschnitts an der Stollenbrust dazu, daß dieser Einschnitt in der Weise vorgenommen wird, daß er nicht zylin­ drisch sondern kegelstumpfförmig ist, mit anderen Worten, daß er eine unmittelbare Neigung in dem Sinne aufweist, daß sich der Querschnitt am vorde­ ren Abschnitt des Einschnitts auf einer Höhe befin­ det, der über der Höhe des hinteren Abschnitts liegt. Bei dieser besonderen Arbeitstechnik ist es unbedingt erforderlich, daß ein gleichbleibender Wert für die Höhe des Gewölbes 3 des gerade vorge­ triebenen Stollens eingehalten wird, der zur Ein­ spritzung des vorgenannten Spritzbetons in jeden Einschnitt vorgesehen ist.

Es liegt auf der Hand, daß der Ansetzwinkel des Werkzeugs 19 immer kleiner als der Ansatzwinkel ei­ ner vorhergehenden Betonplatte am Vortriebsort ist, wenn das Werkzeug 19 zum Einsatz ab der Höhe der unmittelbar davorliegenden Betonplatte bereitsteht, falls die Beton- bzw. Zementplatten zylinderförmig ausgeführt werden, so daß sich die Höhe des Stol­ lens immer weiter verringert.

Es wurde vorstehend bereits darauf hingewiesen, daß sich bei Vorrichtungen nach dem bekannten Stand der Technik der Neigungswinkel der Werkzeugschneide des Werkzeugs 19 nur mit Schwierigkeiten innerhalb be­ stimmter Grenzen insofern erreichen läßt, als das Werkzeug 19 direkt auf dem Werkzeugträger 5 an­ geordnet ist. Aus Fig. 2 bis 4 wird jedoch der Vor­ teil deutlich, den die erfindungsgemäße Ausbildung bietet, da hier nur der Neigungswinkel des Füh­ rungsholms und gegebenenfalls des Schlittenkopfes 20 eingestellt werden muß, um die gewünschte Nei­ gungsstellung und Höhe des Werkzeugs 19 zu errei­ chen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist insofern gegeben, als der Vortrieb der Werkzeugschneide des Werkzeugs 19 in Längsrichtung des gerade im Bau befindlichen Stollens am Vor­ triebsort dadurch erreicht wird, daß erst der Schlitten 14 verfahren wird, im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, wo die gesamte Stützkon­ struktion versetzt werden mußte. Dieser Vorteil wird besonders aus den vorgenannten Fig. 3 und 4 deutlich.

Aus Fig. 3 ist die besondere Anordnung zu entneh­ men, die die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Be­ ginn der Vortriebsarbeiten einnimmt. Wie hier er­ kennbar ist, ist der Schlitten 14 mit dem darauf angebrachten Werkzeug 19 zum hinteren Ende des Füh­ rungsholms 13 in der Weise versetzt, daß das vorde­ re Ende der Schneidkante des Werkzeugs 19 mit der Stollenbrust 24 in Eingriff steht. die Stützkon­ struktion ist ihrerseits nach vorne so versetzt, daß sie so nahe wie möglich an den Vortriebsort 24 herangefahren ist.

Während der Vortriebsarbeiten wird zunächst das Werkzeug 19 in Betrieb genommen, dessen Schneide in den Untergrund einzufräsen beginnt. Unterdessen wird der Motor 15 in Betrieb genommen, während der Werkzeugträger 5 immer noch in unveränderter Stel­ lung fest gehalten wird, worauf die Vorschubbewe­ gung des Schlittens 14 beginnt, und damit auch das Werkzeug 19 vorgetrieben wird. Auf diese Weise sorgt der Motor 15 für den Vorschub der Werkzeug­ schneide 19 in das Erdreich entlang einem vorgege­ benen Weg, da spezielle Einrichtungen für die Win­ kelstellung des Führungsholms 13 und die korrekte radiale Stellung des Werkzeugs 19, d.h. die Winde 18 und der Schlittenkopf 20, bis der Schlitten 14 die am weitesten vorne liegende Endstellung er­ reicht hat, d.h. bis die gewünschte Vortriebstiefe erreicht ist.

Aus Fig. 4 ist das Werkzeug 19 ersichtlich, das be­ reits in Längsrichtung des Stollens unter Einsatz des Motors 15 den ersten Einschnitt ausgeführt hat und sich nun in der Endstellung in Längsrichtung befindet. An diesem Punkt wird der Motor des Werk­ zeugträgers 5 in Betrieb genommen, der sich nun entlang der gesamten Länge der Zahnstange 8 der Stützkonstruktion 2 soweit bewegt, bis der Ein­ schnittbogen entlang des Profils des Gewölbes des Stollens vollständig ausgeführt ist.

Sobald der Werkzeugträger 5 an einem der unteren Enden der Stützkonstruktion 2 angekommen ist, d.h. auf der Höhe eines der Unterteile 7, so kann wegen der Einstelleinrichtung 21 ein weiterer Fräsbereich an der Stollenbrust erreicht werden, indem die Schneide des Werkzeugs 19 um einen voreingestellten Winkel gegenüber der Horizontalen gedreht wird, wie dies durch die strichpunktierten Linien 22 und 22′ in Fig. 2 angedeutet ist.

An diesem Punkt wird das Werkzeug 19 wie bei den bereits bekannten Verfahren aus dem Schnitt heraus­ gezogen, der am Vortriebsort 24 vorgetrieben wurde, allerdings mit dem Unterschied, daß in diesem Fall nicht die gesamte Stützkonstruktion versetzt werden muß, sondern daß nur der Schlitten 14 entlang des Führungsholms 13 zu versetzen ist.

Nach Vornahme der Einspritzarbeiten zur Herstellung der Spritzbetondecke werden alle vorbeschriebenen Arbeitsschritte wiederholt, so daß nacheinander ei­ ne Vielzahl von Betonplatten 23 entsteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet, wie be­ reits ausgeführt, insofern einen Vorteil, als es auch nach der Ausführung der Stollendeckenplatten aus sogenanntem Spritzbeton in dem abwärts von der Vorrichtung 2 gelegenen Stollenabschnitt und nach Betonierung dieser Platten zur endgültigen Stol­ lenauskleidung immer noch möglich ist, die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung aus dem Stollen herauszufahren. Wegen des großen Unterschiedes in den Abmessungen der Stützkonstruktion 2 und des ge­ rade vorgetriebenen Stollens genügt es jedoch auch, wenn nur der Schlitten 14 einfach abgebaut wird, oder auch nur der entsprechende Schlittenkopf 20 und die Einstellvorrichtung 21, bzw. das Werkzeug 19 oder gegebenenfalls auch der Werkzeugträger 5, um den gesamten Aufbau 2 aus diesem Stollenab­ schnitt herauszufahren.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Vorfräsen eines Vortriebsstol­ lens an der Ausbruchstelle eines Untertagebauwerks, beispielsweise eines Stollens oder dergleichen, umfassend eine Stützkonstruktion mit einem dem für das Untertagebauwerk vorgesehenen Profil entsprechenden Profil, sowie mit einem Support, der das entlang der Konstruktion bewegliche Fräswerkzeug trägt, da­ durch gekennzeichnet, daß der bewegliche Werkzeug­ träger (5) über der Stützkonstruktion (2) in einem freien Raum (4) zwischen der Stützkonstruktion und dem Gewölbe (3) des Untertagebauwerks angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Werkzeugträger (5) zumindest ei­ nen Führungsholm oder dergleichen aufweist, auf welchem ein Schlitten (14) beweglich angeordnet ist, welcher eine Einstellungsvorrichtung für das Werkzeug und das Werkzeug (19) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Einrichtungen (18) zum Einstellen der Neigung des Führungsholms oder dergleichen gegen­ über der Ebene des beweglichen Werkzeugträgers (5) und/oder dem Profil des Untertagebauwerks vorgese­ hen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einrichtung (15) für den selb­ ständigen Antrieb des Schlittens (14) entlang des Führungsholms (13) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstellungsvorrichtung eine Ein­ richtung (21) zur Regulierung der Höhe des Werk­ zeugs (19) gegenüber dem Werkzeugträger (5) auf­ weist, sowie eine Einrichtung (20) zur Drehung des Werkzeugs (19) um einen voreingestellten Winkel ge­ genüber der Horizontalen und um eine radiale Achse (12) an der Stützkonstruktion (2), welche am An­ lenkende des Schneidblatts des Werkzeugs (19) an­ geordnet ist.

6. Verfahren zum Vorfräsen eines Vortriebsstollens entlang des Vortriebsorts eines Untertagebauwerks, beispielsweise eines Stollens oder dergleichen, un­ ter Einsatz einer Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufstellen und Positionieren der Stützkonstruk­ tion (2) nahe der Ausbruchstelle (24) das Werkzeug (19) an der Ausbruchstelle soweit vorwärtsbewegt wird, bis die gewünschte Vortriebslänge erreicht ist, und dadurch daß an den beiden Enden des an der Ausbruchstelle (24) gebildeten Gewölbes (3) das Werkzeug (19) um einen vorgegebenen Winkel um eine radiale Achse (12) der Stützkonstruktion (2) ge­ dreht wird, welche am Anlenkende des Schneidblatts des Werkzeugs (19) angeordnet ist.