EP0315743B1 - Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen sowie Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen sowie Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0315743B1
EP0315743B1 EP88113703A EP88113703A EP0315743B1 EP 0315743 B1 EP0315743 B1 EP 0315743B1 EP 88113703 A EP88113703 A EP 88113703A EP 88113703 A EP88113703 A EP 88113703A EP 0315743 B1 EP0315743 B1 EP 0315743B1
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drill
tunnel
drill rod
drill head
head
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EP88113703A
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Richard Dipl.-Ing. Harpf
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Alfred Kunz GmbH and Co
Original Assignee
Alfred Kunz GmbH and Co
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/003—Machines for drilling anchor holes and setting anchor bolts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0053—Anchoring-bolts in the form of lost drilling rods
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tunnel or tunnel with a tunnel boring machine, in which a drill string can be driven into the mountains in a radial direction, rotating and / or striking.
  • the basic structure of the tunnel boring machine consists of a rotating drilling head, behind which the drive and clamping devices are arranged, the required pressure of the drilling head being applied by feed presses which are supported on a support device clamped to the tunnel tube by clamping jaws.
  • Problems with tunnel boring with a tunnel boring machine arise when the boring head has a fault location, for example from brittle or uneven mountains such as gravel or sand or a Water vein can exist, cuts. In the event of such malfunctions, the tunnel tube may collapse immediately behind the drill head, i.e.
  • the object of the invention is to propose a method which enables the drilling work to be continued with a tunnel boring machine without lengthy clearing and securing work even if the tunnel boring machine cuts fault points.
  • this object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that drilling occurs only when defects occur and from the drill head, in that the drill pipe is left standing, and in that the annular space surrounding the drill pipe is filled with a stiffening material.
  • points of failure already announce themselves during drilling through a change in the pressure on the tunnel boring machine, so that it can be concluded from such critical pressure changes that a point of failure is to be expected.
  • the essence of the invention lies in the fact that the safeguarding measures in the event of malfunctions do not take place behind the drill head, that is to say at a point in time at which these can possibly no longer be carried out effectively, but already in the area of the drill head, so that a Burglary of the tunnel tube is avoided with certainty.
  • drill rods are driven into the fault location, which remain after the propulsion, the annular space between the drill rod and the rock being filled with a hardening material, so that stabilizing rock anchors are set which clamp the ground or the rock of the fault point and anchor and thus prevent break-ins.
  • the drill head can be rotated by a desired angle step and then the next rock anchor can be inserted into the rock in a corresponding manner.
  • rock anchors can be set in a jet-like manner as are necessary to stabilize and support a fault location.
  • the drill string can be driven at right angles to the axis of the drill head or also inclined at an angle.
  • rock anchors If the area of a fault point is stabilized in the manner described by rock anchors, drilling can continue after the required number of rock anchors have been attached so that a burglar-proof tunnel tube enters the work area behind the drill head and there is no need to fear a collapse of the mountains that interrupts the drilling operation.
  • the annular space filling, stiffening and / or compacting material surrounding the drill pipe can be made of concrete, cement, plastic-improved mortar or the like. or consist of mixtures of these substances.
  • the drill can be provided with a flushing which flushes out the drilled material, or the like after advancing and setting the drill pipe by a device for introducing a hardening cement slurry. is replaced.
  • the stiffening or hardening material is expediently ejected through nozzles arranged in the area of the drill head. The pressure is so great that cavities in the rock are also filled with the hardening material.
  • a tunnel boring machine for carrying out the method according to the invention with a mushroom-shaped drill head mounted on a drive device and with bracing devices and feed presses is characterized according to the invention in that the drill head is provided with a radial mount in which a drill is guided, the drill rod of which can be pushed radially out of the drill head is.
  • Known drills can be used on the carriage, for example those whose rods consist of anchors driven by hammer.
  • Atlas Copco offers suitable drills under the name "Heavy Rock Drills" with "Drifter Feeds" and "Down-the-Hole Hammers”.
  • the "Hydraulic Drifters” and “Hydraulic Chain Feeds for Tunneling” from Tamrock can also be used as suitable drilling drives. Since the drills used as radial drills are of a known type, they are not described in more detail here.
  • the tunnel boring machine shown in FIGS. 1 and 2 consists of the boring head 1, the feed presses 2 and the bracing devices 3.
  • the drill head is provided behind the drill shield with a radial link guide 8 which lies on a diameter line and is perpendicular to the axis 9 of the drill head 1.
  • the drill 11 of a known type is guided on this mount with the guide rods 10.
  • the drill head 1 is provided with a lateral passage opening 12 for the passage of the drill pipe 13.
  • the drill pipe 13 is driven in a rotating and / or striking manner and the annular space 14 surrounding the drill or anchor 13 is filled with a stiffening material when an anchor has been set.
  • the material is ejected in a manner not shown from nozzles which are located in the area of the drill bit of the rod 13.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen mit einer Tunnelbohrmaschine, bei dem in radialer Richtung ein Bohrgestänge in das Gebirge drehend und/oder schlagend vorgetrieben werden kann.
  • Beim Bohren von Tunneln oder Stollen mit Vollschnitt-Tunnelbohrmaschinen wird eine gute Bohrleistung erreicht, die 40-60 m/Tag betragen kann, wenn der Tunnel in einem standfesten Gebirge vorgetrieben wird. Die Tunnelbohrmaschine besteht in ihrem Grundaufbau aus einem rotierenden Bohrkopf, hinter dem die Antriebs- und Verklammerungseinrichtungen angeordnet sind, wobei der erforderliche Andruck des Bohrkopfes durch Vorschubpressen aufgebracht wird, die sich auf eine durch Spannbacken mit der Tunnelröhre verspannte Stützeinrichtung abstützen. Probleme beim Tunnelbohren mit einer Tunnelbohrmaschine ergeben sich dann, wenn der Bohrkopf eine Störungsstelle, die beispielsweise aus brüchigem oder rolligem Gebirge wie Kies oder Sand oder einer Wasserader bestehen kann, anschneidet. Im Falle des Auftretens derartiger Störungsstellen kann es zu einem Einbruch der Tunnelröhre unmittelbar hinter dem Bohrkopf kommen, also in einem Bereich, der schlecht zugänglich ist und der bei dem Bohrfortschritt nicht sofort mit Spritzbeton oder anderen sichernden Einrichtungen verkleidet werden kann. Als sichernde Einrichtungen kommen Bögen oder Anker in Betracht, die normalerweise in dem Raum hinter dem Bohrkopf angebracht werden, der als Arbeitsraum dient. Diese Einrichtungen können aber nicht installiert werden, wenn es zu Einbrüchen des Gebirges unmittelbar hinter dem Bohrkopf kommt. Treten im Falle einer Störungsstelle Einbrüche unmittelbar hinter dem Bohrkopf auf, die nicht sofort abgefangen werden können, ergeben sich komplizierte Räum- und Sicherungsarbeiten, die einen zügigen Fortschritt der Bohrung stören und zu teuren Stillstandszeiten führen.
  • Aus der EP-A-207056 ist eine Vorrichtung zum Bohren von Tunneln, Schächten oder dergleichen bekannt, bei dem der Tunnel oder dergleichen mittels einer Tunnelbohrmaschine im Vollschnitt hergestellt wird. Dabei kann unmittelbar hinter dem Bohrkopf in radialer Richtung ein Bohrgestänge in das Gebirge vorgetrieben werden. Aus der DE-C-936082 sind Bohrgestänge bekannt, die beim Auftreten von Störungsstellen in das Gebirge vorgetrieben werden und dort stehengelassen werden, wobei der Ringraum mit einem aussteifenden Material verfüllt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Fortführung der Bohrarbeiten mit einer Tunnelbohrmaschine ohne langwierige Räumungs- und Sicherungsarbeiten auch dann ermöglicht, wenn die Tunnelbohrmaschine Störungsstellen anschneidet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß nur beim Auftreten von Störungsstellen und aus dem Bohrkopf gebohrt wird, daß das Bohrgestänge stehengelassen wird und daß der das Bohrgestänge umgebende Ringraum mit einem aussteifenden Material verfüllt wird. Normalerweise kündigen sich Störungsstellen bereits beim Bohren durch eine Veränderung des Drucks auf die Tunnelbohrmaschine an, so daß bei derartigen kritischen Druckveränderungen darauf geschlossen werden kann, daß eine Störungsstelle zu erwarten ist. Das Wesen der Erfindung liegt nun darin, daß die sichernden Maßnahmen beim Auftreten von Störungsstellen nicht erst hinter dem Bohrkopf vorgenommen werden, also zu einem Zeitpunkt, zu dem diese möglicherweise wirksam nicht mehr ausgeführt werden können, sondern bereits im Bereich des Bohrkopfes, so daß ein Einbruch der Tunnelröhre mit Sicherheit vermieden wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in die Störungsstelle Bohrgestänge vorgetrieben, die nach dem Vortrieb stehenbleiben, wobei der Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Gebirge mit einem aushärtenden Material verfüllt wird, so daß stabilisierende Gebirgsanker gesetzt werden, die den Boden oder das Gebirge der Störungsstelle verklammern und verankern und damit Einbrüche verhindern. Nach dem Setzen eines aussteifenden Gebirgsanker kann der Bohrkopf um einen gewünschten Winkelschritt gedreht und sodann der nächste Gebirgsanker in entsprechender Weise in das Gebirge eingebracht werden. Strahlenartig können so viele Gebirgsanker gesetzt werden, wie zur Stabilisierung und Abstützung einer Störungsstelle erforderlich sind. Das Bohrgestänge kann rechtwinkelig zur Achse des Bohrkopfes oder aber auch um einen Winkel geneigt vorgetrieben werden.
  • Wird der Bereich einer Störungsstelle in der beschriebenen Weise durch Gebirgsanker stabilisiert, kann nach dem Anbringen der erforderlichen Zahl von Gebirgsankern der Bohrbetrieb fortgesezt werden, so daß hinter den Bohrkopf eine einbruchgesicherte Tunnelröhre in den Arbeitsraum eintritt und ein den Bohrbetrieb unterbrechender Einbruch des Gebirges nicht befürchtet werden muß.
  • Das den das Bohrgestänge umgebenden Ringraum verfüllende, aussteifende und/oder verdichtende Material kann aus Betonit, Zement, kunststoffverbessertem Mörtel o.dgl. oder aus Gemischen dieser Stoffe bestehen. Der Bohrer kann mit einer das ausgebohrte Material freispülenden Spülung versehen sein, die nach dem Vortreiben und Setzen des Bohrgestänges durch eine Einrichtung zum Einbringen einer aushärtenden Zementschlempe o.dgl. ersetzt wird. Das aussteifende oder aushärtende Material wird zweckmäßigerweise durch im Bereich des Bohrkopfes angeordnete Düsen ejiziert. Dabei wird ein so großer Druck angewandt, daß auch Hohlräume des Gebirges mit dem aushärtenden Material verfüllt werden.
  • Eine Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem an einer Antriebseinrichtung gelagerten pilzförmigen Bohrkopf und mit Verspanneinrichtungen und Vorschubpressen zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Bohrkopf mit einer radialen Lafette versehen ist, in der ein Bohrer geführt ist, dessen Bohrgestänge radial aus dem Bohrkopf vorschiebbar ist. Auf der Lafette können bekannte Bohrer verwendet werden, beispielsweise solche, deren Gestänge aus durch Hammer vorgetriebene Anker bestehen. Geeignete Bohrer bietet beispielsweise die Firma Atlas Copco unter der Bezeichnung "Heavy Rock Drills" mit "Drifter Feeds" und "Down-the- hole Hammers" an. Als geeignete Bohrantriebe können auch die "Hydraulic Drifter" und "Hydraulic Chain Feeds for Tunneling" der Firma Tamrock eingesetzt werden. Da die als Radialbohrer verwendeten Bohrer bekannter Art sind, werden diese hier näher nicht beschrieben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer bekannten Tunnelbohrmaschine,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch einen Stollen mit einer in diesem in Einsatz befindlichen diesen bohrenden Tunnelbohrmaschine,
    Fig. 3
    einen Längsschnitt durch einen Bohrkopf einer Tunnelbohrmaschine mit einer radialen Lafette und einem in dieser geführten Bohrer,
    Fig. 4
    einen um 90 Grad gedrehten Längsschnitt durch den Bohrkopf nach Fig. 3 und
    Fig. 5
    einen Querschnitt durch den Bohrkopf nach den Fig. 3 und 4.

  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Tunnelbohrmaschine besteht aus dem Bohrkopf 1, den Vorschubpressen 2 sowie den der Verspannung dienenden Einrichtungen 3.
  • Aus Fig. 2 ist zusätzlich die Nachlaufkonstruktion ersichtlich. Diese enthält die Lüftung 4, die elektrische Ausrüstung 5 und weitere Versorgungs- und Arbeitseinrichtungen 6, 7.
  • Wie aus den Fig. 3-5 ersichtlich ist, ist der Bohrkopf hinter dem Bohrschild mit einer radialen Kulissenführung 8 versehen, die auf einer Durchmesserlinie liegt und rechtwinkelig zur Achse 9 des Bohrkopfes 1 steht. Auf dieser Lafette mit den Führungsstangen 10 ist der Bohrer 11 bekannter Bauart geführt. Der Bohrkopf 1 ist mit einer seitlichen Durchtrittsöffnung 12 zum Durchtritt des Bohrgestänges 13 versehen. Das Bohrgestänge 13 wird drehend und/oder schlagend vorgetrieben und der den Bohrer oder Anker 13 umgebende Ringraum 14 wird mit einem aussteifenden Material verfüllt, wenn ein Anker gesetzt worden ist. Das Material wird in nicht dargestellter Weise aus Düsen ejiziert, die sich im Bereich der Bohrkrone des Gestänges 13 befinden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen mit einer Tunnelbohrmaschine, bei dem in radialer Richtung ein Bohrgestänge (13) in das Gebirge drehend und/oder schlagend vorgetrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß nur beim Auftreten von Störungsstellen und aus dem Bohrkopf (1) gebohrt wird, daß das Bohrgestänge (13) stehengelassen wird und daß der das Bohrgestänge (13) umgebende Ringraum (14) mit einem aussteifenden Material verfüllt wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aussteifende und/oder verdichtende Material aus Betonit, Zement, kunststoffverbessertem Mörtel o.dgl. oder aus Gemischen dieser Stoffe besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtende Material aus im Bereich der Bohrkrone des Bohregestänges (13) vorgesehenen Düsen ejiziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtende Material nach dem vollständigen Vortrieb des einen Stabilisierungsanker bildenden Bohrgestänge (13) ejiziert wird.
5. Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem an einer Antriebseinrichtung gelagerten pilzkappenförmigen Bohrkopf (1) und mit Verspanneinrichtungen und Vorschubpressen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) mit einer radialen Lafette (8, 10) versehen ist, in der ein Bohrer (11) geführt ist, dessen Bohrgestänge (13) radial aus dem Bohrkopf (1) verschiebbar ist.
EP88113703A 1987-11-12 1988-08-23 Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen sowie Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des Verfahrens Expired - Lifetime EP0315743B1 (de)

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DE3738485 1987-11-12

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EP0315743A1 EP0315743A1 (de) 1989-05-17
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