EP0918921A1 - Verfahren und vorrichtung im tunnelbau - Google Patents

Verfahren und vorrichtung im tunnelbau

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EP0918921A1
EP0918921A1 EP97918982A EP97918982A EP0918921A1 EP 0918921 A1 EP0918921 A1 EP 0918921A1 EP 97918982 A EP97918982 A EP 97918982A EP 97918982 A EP97918982 A EP 97918982A EP 0918921 A1 EP0918921 A1 EP 0918921A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tunnel
support layer
slot
machine
face
Prior art date
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Granted
Application number
EP97918982A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0918921B1 (de
Inventor
Thiemo Hagedorn
Volker Junior
Johannes Junior
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TACHUS AG
Original Assignee
Tachus GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19650330A external-priority patent/DE19650330A1/de
Application filed by Tachus GmbH filed Critical Tachus GmbH
Publication of EP0918921A1 publication Critical patent/EP0918921A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0918921B1 publication Critical patent/EP0918921B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH 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
    • E21D9/1053—Making by using boring or cutting machines for making a slit along the perimeter of the tunnel profile, the remaining core being removed subsequently, e.g. by blasting

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus in tunnel construction according to the preambles of the independent claims. They are used when a tunnel is to be driven into a mountain, the ground parameters of which can be expected to have a limited service life.
  • tunnel is to be understood generally here. It refers to pipes of any kind to be driven, for example more or less horizontally running street tunnels or channels, but also caverns and cavities.
  • Partial cutting machine removes the working face in several attacks.
  • the shield construction is one with the
  • the shield construction and cutting wheel are used in loose rock with a stable face, while the machines are used with
  • the sheave can be used when the face is not stable.
  • the partial cutting machine is used for a stable working face.
  • the tunnel face is dismantled in the case of mechanical tunneling without shield construction, as in the case of mechanical tunneling with shield construction.
  • the machine is clamped to the surrounding mountains.
  • the securing work is carried out separately from the tunneling at a later point in time. This machine is used in hard rock.
  • the workers After opening a tee, the workers are in the unsecured area and are particularly at risk. Due to the large rebound and dust generation when the shotcrete is poured, workers are exposed to considerable health risks.
  • the tunnel machine Since the tunnel machine is a one-off production for the respective tunnel geometry and geology, it can often only be used for one order and therefore causes high costs. Because of the high installation costs, the shield machine is not economical for the construction of short tunnels. Only circular sections can be opened. The minimum tunnel cross-section for a given clearance profile is only circular in exceptional cases, so that additional costs arise due to the additional excavation. Changed tunnel cross-sections in the longitudinal direction of the tunnel (e.g. for parking bays in road construction or train stations in underground construction) cannot be opened with the machine. In addition to the disadvantages of mechanical tunneling with shield construction, the machine without shield construction has the following disadvantage:
  • the object of the invention is to provide a method and a device in tunnel construction which allow a tunnel to be driven into the mountain faster, more cost-effectively and more safely.
  • Fig. 6 shows a device according to the invention
  • Fig. 7 shows another device according to the invention
  • FIG. 8 shows another device according to the invention
  • the tunnel 10 to be driven is shown schematically and not to scale in a vertical manner parallel to the longitudinal axis, in FIG. 1B several times cut perpendicular to the longitudinal axis.
  • the tunnel 10 is driven in the mountains 11, 12.
  • the mountain range surrounding the tunnel is designated by 11, and the material to be removed soon is designated by 12.
  • Reference number 13 denotes an artificial support layer made of a load-bearing material such as concrete.
  • slot machine slot machine
  • 15 is a slot created by the slot machine 14, 16 the working face, 17 the securing of the tunnel.
  • the method according to the invention has the following steps, they are shown schematically in FIGS. 2A to 2C:
  • a slot 15 is created in the area of the tunnel to be secured, which slot extends approximately in the circumferential and advancing directions of the tunnel 10 (arrows A and B in FIG. 2A) and its thickness approximately Radial direction (arrow C) is.
  • the slot 15 extends in the circumferential direction at least over the area to be secured and in the tunnel advancing direction as far as various construction and / or machine parameters allow.
  • the slot lies in the area in which the later fuse 17 comes to rest or further out.
  • the trenched slot 17 is filled with a load-bearing material, preferably quick-setting concrete, and thus becomes a support layer 13.
  • Steps (1) to (4) describe the method according to the invention in tunnel construction. With him, a slot 15 is thus made in advance. This slot is filled with a load-bearing material such as concrete. Under the protection of the viable support layer 13 thus created, the tunnel 10 is driven forward. If attention is only focused on the method for building the support layer 13, only steps (1) and (2) had to be considered, and these were possibly carried out repeatedly. If one only considers the method for producing the slot 15, only the possibly repeated execution of step (1) is relevant.
  • the method according to the invention is used particularly advantageously in tunnel constructions in which the rock through which the tunnel is driven is designed in such a way that a possibly face is exposed on one side but the strength is not so on the other side What is great is that the tunnel can only be opened by blasting.
  • the method can be used for changing geometries and geologies.
  • the workers work under the protection of the leading security.
  • the health burden on workers compared to conventional processes is reduced.
  • the method enables propulsion with smaller deformations and thus less damage to the surface of the terrain.
  • the support layer was designed in such a way that it can be counted towards the load-bearing capacity of the tunnel tube, the inner fuse (17 in FIG. 1A) to be subsequently installed can be made weaker or can be omitted entirely, which leads to a significant cost advantage.
  • various tunnel cross-sectional shapes and / or areas can be produced. It is then only necessary to activate the device 14 producing the supporting layer accordingly. Variants and further developments of the above steps (1) to (4) are described below.
  • FIGS. 1 and 2 show embodiments in which the slot 15 extends only over part of the tunnel circumference. This can be useful if only parts of the tunnel need to be secured due to local geological disturbances.
  • the slot 15 is then carried out in such a way that the support layer 13 finds a stable support after the rock underneath has broken off. However, the slot can also be made all the way round, this is shown schematically in FIG. 3. This possibility can e.g. should be selected if the tunnel is to be opened in a rock which, in conventional methods, requires radial securing.
  • a closed circumferential support layer 13, hereinafter referred to as a support ring is then created, which does not require any singular supports, but rather lies flat.
  • the slot 15 for receiving the support layer 13 is made in advance and follows the planned tunnel contour. If it is a closed, circumferential support ring, it can follow a helical line (FIG. 4A).
  • the pitch of the helix corresponds to the machining width of the slot machine.
  • the helix can be inclined on the tunnel contour so that it is at the top
  • Tunnel feed direction is further forward than below (Fig. 4B). This tendency towards the vertical then also experiences the resulting face, so that it is less at risk of collapse.
  • the angle of inclination is selected depending on the rock parameters.
  • the helix can be optimized from various points of view, in particular in the case of the inclined face 16 in particular from the point of view of machine construction and the stability of the face 16.
  • the machine In the simplest case for the machine, it is designed in such a way that the change in the curvature of the helical line within one revolution is minimized with the inclination of the face face predetermined by the soil conditions (rock parameters). This reduces the demands on the mobility of the machine.
  • the vertices of the movement do not have to lie on the roof and bottom of the tunnel.
  • slot width (tee width) during one revolution
  • curvatures in the course of the tunnel can be realized.
  • either the tee width of the machine is increased or decreased, or if the tee width is constant, part of the support layer produced in the previous cycle is removed again by the machine.
  • the material excavated during the production of the slot is transported to the working face by suitable devices. If necessary, an outbreak to the working face is created. The eruption can run along with the machine 14 producing the slot and can be produced by the machine itself or by a separate device. Due to the outbreak, the material, energy and signal transport takes place.
  • the device 14 producing the slot in the rock can be simply moved from the loading surface of a transport device, e.g. B. a truck, if it is only ensured that the machine finds an abutment there. From there it works its way into the rock, then works towards the tunnel circumference and starts its regular work there.
  • a transport device e.g. B. a truck
  • the slot 15 is preferably filled with concrete immediately after the slot has been dug. Concrete can be conveyed into the free slot either from the working face or from the rear of the machine that produces the slot. Fast curing concrete can be used, it sets within seconds.
  • the support layer If the support layer is to be used for the load-bearing capacity of the future tunnel, the support layer must be created at the location of the tunnel contour. Other precautionary safeguards of conventional tunnel construction, such as pledges or skewers, which do not contribute to the load-bearing capacity of the future tunnel, can be omitted.
  • the concrete placed in the slot sets within a few seconds and is additionally held by a formwork that moves along, so that it does not flow through the excavation into the tunnel.
  • the tunnel 10 can then be driven forward continuously, for example in such a way that the working face 16 is in each case dismantled in its sector located in front of the machine 14 producing the slot.
  • the face can be dismantled with conventional tunnel excavators or with a partial cutting machine.
  • the dismantling runs synchronously with the production of the support layer or the support ring, but at different times so that the removal of the working face takes place in the protection of the support body. It may be necessary to divide the working face into several parts and to move the excavator spatially. Any overcuts required for the slot machine supply device can be made by removing the working face.
  • the working of the working face can take place in the tunnel driving direction until shortly before or exactly at the front edge of the support layer produced (FIG. 5A). However, it can also be driven somewhat further, for example depending on the rock (FIG. 5B), but not more than 40% of the working width of the device 14 producing the slot. Then it is not necessary to close the machine 14 producing the slot via an outbreak supply. Rather, its end on the face of the face is then visible and more or less freely accessible.
  • a device is described below that can be used to carry out individual of the above-mentioned method steps. It can be used as a single device or as several, more or less independently working Devices be trained. A first embodiment will be described with reference to FIG. 6.
  • the device has various components: the material-removing tool 61 is located on its end face, behind it is a device 62 with which the removed material is conveyed out of the slot. In addition, it has a locomotion device 68, 71, possibly a concreting device 64 and a control unit 65.
  • the material-removing tool 61 is preferably connected to the machine 14 in a controllably movable manner, so that it can be pivoted or moved in all directions necessary for producing the slot 15. Possibly.
  • the device can have a sealing device 66 which separates the area of the slot generation from the area of the locomotive device and the slot filling.
  • the tool can be designed in such a way that it is able to produce a slot 15 which is thicker over the entire slot width or a part thereof than the supporting layer 13 to be created. Because of the supporting layer thus produced in the previous cycle resulting overlap creates an access 81 from the slot to the room in front of the working face. This access enables the machine to be supplied with media, the removal of the removed material and the articulation by the arm 72.
  • the removed material can be conveyed directly into the space in front of the working face through the access 81 created by means of the overcut.
  • the access 81 created by means of the overcut.
  • the overlap is in the middle of the abrasive tools, it creates a recess towards the inside of the tunnel through which supply lines can be led.
  • access can also be created by a tool attached to arm 72.
  • the feed force for the tool 61 is transmitted to the tool via the articulation device 67.
  • the reaction force must be taken over by the unit, which also enables the machine to move.
  • a preferred embodiment is the absorption of the reaction force and the advancement of the machine as a whole by means of an arm 72 (FIG. 7), which starts and is moved from a carrier device 73 standing in front of the working face.
  • the supply lines from and to the machine can also be guided in the slot via this arm 72.
  • An articulation of the tool unit 14 on the arm 72 enables movement in all spatial directions, regardless of the movement of the carrier device 73.
  • the device can have a concreting device for filling the trenched slot 13 with concrete.
  • the integrated embodiment is described below.
  • the concreting device 64 consists, among other things, of a concreting screed 69 which separates the device from the slot already filled with concrete.
  • formwork 70 can be dragged along on the later inside of the support ring. This is shown schematically in FIG. 6.
  • a nozzle is preferably provided for the introduction of the concrete, up to which the components of the concrete are required to be dry. Water and possibly additives are added to the nozzle.
  • the concreting device can also be a separately provided, conventional device.
  • a preferred embodiment of the material-removing tools 61 is a milling device. It can consist of several units. The units facing the sides of the machine mill both on the front and on the circumference. The milling machine pointing towards the already made support ring ensures a good bond between the fresh concrete and the set by profiling the same. The milling head pointing in the tunnel drive direction can be moved in this direction. This makes it possible to widen the slot. Varying the width of the slit in the course of a round trip makes it possible to corner or climb or descend the tunnel. At least one other milling cutter, which only mills on the circumference, can also be moved in the longitudinal direction of the tunnel and, together with the other two, ensures that material is removed over the entire required slot width.
  • Another preferred embodiment of the material-removing tools are two counter-rotating cutters, the axes of rotation of which are approximately radial to the tunnel axis. They offer the advantage that they have minimal reaction forces across
  • Machine longitudinal direction and can also serve as a conveyor unit with a suitable direction of rotation.
  • Another preferred embodiment is a snail. This is also able not only to remove but also to promote. In connection with a screw geometry that creates an overcut on the side facing the existing tunnel, the removed material can be conveyed directly in front of the working face.
  • the material-removing tool 61 is driven by a suitable drive (not shown), for example a hydraulic or electric motor, which is located in the immediate vicinity of the tool.
  • the material-removing tool creates a continuous machining front across its width.
  • the tool width generally extends approximately parallel to the direction of tunnel advance. Guide and suspension of the tool do not protrude from this processing front on any side.
  • the supply lines 67 are therefore flange-mounted in laterally located areas, but nevertheless from the underside (facing the inside of the tunnel in use).
  • the material can be removed with or without a transport medium. Air and water are preferred transport media. Possible mechanical conveyors are e.g. Brushes or snails.
  • the counterforce is generated by the machine body 14 itself, which is supported in the surrounding floor by means of suitable devices 68.
  • the device according to the invention then works mechanically decoupled from devices in front of the working face. Only the supply and discharge lines are still necessary.
  • the support can take place via hydraulic presses or struts (anchors). By using several links for support, the machine's advance can be decoupled from the feed on the tool. This enables continuous degradation.
  • the tool 61 is pushed forward from the clamped base body of the device. This feed can take place via hydraulic, pneumatic or motor-operated devices.
  • the machine is preferably supported in such a way that it does not load the face 16 in a manner which endangers the stability of the face. It can be braced laterally against the already produced support layer 13 and the mountains 11 or braced up and down against the mountains or braced against the inserted concrete to the rear or in a combination of the possibilities mentioned.
  • An embodiment is also possible in which the necessary driving forces and forces for moving the machine are applied in a combination of support in the mountain and the linkage from the outside.
  • the machine is divided into several segments. With a machine height of approx. 200 mm, these segments can be up to approx. 1000 mm long in a tunnel with a diameter of approx. 6000 mm and a length of approx. 6000 mm.
  • the processing width of the machine is approx. 1 m - 2 m.
  • the feed segment consists of at least two links which are connected to one another with lifting devices 71.
  • the machine is moved forward like a worm by alternately tightening and loosening the individual links.
  • the lifting devices 71 can be, for example, four hydraulic cylinders. By extending the individual cylinders for different lengths, the links of the feed segment can be tilted towards each other. This makes it possible to move in any spatial direction, in particular along the circumference of the tunnel. In the preferred embodiment with its own propulsion, the production of an additional shaft is conceivable synchronously with the generation of the slot.
  • the shaft runs parallel to the helix of the slot and is offset from the tunnel axis hm.
  • the supply lines can be routed in this shaft. To a certain extent, this enables the decoupling of the manufacture of the leading safety device from the removal of the face.
  • the machine can be secured against the entry of material, in particular in the area of the locomotion device 68, 71. This is done, for example, with the aid of a cover, the shape and length of which can be changed so that it adapts to the change in length or twisting of the machine in the construction process, for example by folding or in the form of a sheet metal which is adapted by means of a roller mechanism.
  • a heavy crawler excavator basic device can be used as the carrier device 73. If the device cannot stand on the young sole concrete due to its great weight, the sole is repeatedly filled with excavated material after the slot has been created.
  • the device can be modified so that both the removal tool and, depending on the method, the cable harness or the arm 72 for the slot machine 14 can be attached.
  • the removal tool (75) must alternatively be connectable to the slotting machine on both sides of the arm (42).
  • a shotcrete device can be provided on the carrier device 73, with the aid of which a Ingress of water or failure of the working face can be quickly secured.
  • a follower 81 can be provided as the support unit, which is supported on the circumference of the existing tunnel.
  • the arm 72 which guides the machine and possibly drives it forward, is attached to this follower.
  • the arm can move around the entire circumference.
  • the trailer consists of a steel frame 82 which is movable in the feed direction and which adapts to the respective tunnel cross section. This is done with steel profiles of different radii, which are extended with lifting devices.
  • a platform 83 is provided in the trailer, the position of which in the tunnel can be changed in all spatial directions. Excavators or partial cutting machines can stand on it, which can reach all areas of large tunnel cross-sections with the help of this lifting device.
  • the trailer can take over the task of resistance to expansion as long as the support material (e.g. concrete) in the support layer 13 has set but has not yet reached its full load-bearing capacity.
  • the support material e.g. concrete
  • a groove can be made using appropriate formwork. This groove then serves as the reference point for the machine in the next round.
  • the locomotive of the slitting machine 14 takes place, if it works independently of a carrier device, either remotely or fully automatically.
  • the remote control can be carried out, for example, by a worker who observes the progress of work standing in front of the working face and accordingly moves the slitting machine 14 further via a wired or wireless remote control.
  • a suitable navigation system must be provided, on the basis of which the Slot machine 14 can orient in space.
  • Possible technical aids for measurement and control technology include gyroscopes, laser devices, optical components for using laser light or inclinometers

Abstract

Bei einem Verfahren für den Tunnelbau, bei dem ein Tunnel (10) ausgehend von der Ortsbrust (16) in Vortriebsrichtung geführt und eine Stützschicht (15) eingebracht wird, wird ausgehend von der Ortsbrust vorauseilend die Stützschicht hergestellt und danach darunter Gestein abgeräumt. Eine Vorrichtung für den Tunnelbau weist ein vorneliegendes, materialabtragendes Werkzeug (61) auf, das über eine bestimmte Breite und eine bestimmte Höhe Material abtragen kann, eine Fortbewegungseinrichtung (68, 71), mit der die Vorrichtung vorwärtsbewegt und gelenkt werden kann, und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (65), die die Tätigkeit des materialabtragenden Werkzeugs (61) und der Fortbewegungseinrichtung (68, 71) steuert bzw. regelt.

Description

Verfahren und Vorrichtung im Tunnelbau
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung im Tunnelbau gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Sie kommen dann zum Einsatz, wenn ein Tunnel in einen Berg vorgetrieben werden soll, dessen Bodenparameter eine begrenzte Standzeit erwarten lassen. Das Wort „Tunnel" ist dabei allgemein zu verstehen. Es bezieht sich auf vorzutreibende Röhren jedweder Art, beispielsweise mehr oder minder horizontal verlaufende Straßentunnel oder Kanäle, aber auch Kavernen und Hohlräume .
Um n der o.g. Situation Tunnel bauen zu können, muß verhindert werden, daß ein eben erstellter Abschlag vor dem Einbringen einer Sicherung versagt oder lose Gesteinsbrocken von der Tunnelwandung in den Tunnel fallen. Hierzu bekannte Verfahren sind die Spritzbetonbauweise und der maschinelle Tunnelvortrieb mit und ohne Schildkonstruktion.
Bei der Spritzbetonbauweise erfolgt der Vortrieb mit Baggern oder Teilschnittmaschinen. Verformungen der Tunnelrohre unmittelbar nach dem Auffahren eines Abschlags werden zugelassen, so daß Formänderungswiderstände in Form eines Tragrings geweckt werden. Dieser Tragring umgibt den Hohlraum und verhindert ein weiteres wandern des Gebirges in den Hohlraum hinein. Die Verformung darf jedoch nicht so groß werden, daß es zu einer Auflockerung durch eine Uberbeanspruchung kommt. Eine dünne Spritzbetonsicherung begrenzt die Verformung, indem diese mit zunehmender Verformung wie eine Feder der Verformung einen größer werdenden Widerstand entgegensetzt. Der hauptsächliche Anwendungsbereich der Spritzbetonbauweise ist das Festgestein. Dies kann gering geklύftet aber auch stark geklüftet und entfestigt sein. Kohasiv und rolliges Lockergestein sind mögliche Anwendungsbereiche . Beim maschinellen Tunnelvortrieb mit Schildkonstruktion arbeitet das Abbausystem mit mechanischen Werkzeugen. Dabei können die Werkzeuge in Form einer Vollschnittmaschme mit
Schneidrad oder SchürfScheibe die gesamte Ausbruchsflache gleichzeitig bearbeiten. Bei der Anwendung als
Teilschnittmaschine wird die Ortsbrust in mehreren Angriffen abgetragen. Die Schildkonstruktion ist eine mit der
Tunnelmaschine wandernde Sicherung unter deren Schutz die
Gebirgssicherung eingebaut wird. Tunnelmaschinen mit
Schildkonstruktion und Schneidrad werden im Lockergestein mit standfester Ortsbrust angewendet, während die Maschinen mit
Schurfscheibe bei nicht standfester Ortsbrust zum Einsatz kommen. Die Teilschnittmaschine wird bei standfester Ortsbrust angewendet .
Der Abbau der Ortsbrust beim maschinellen Tunnelvortrieb ohne Schildkonstruktion erfolgt wie beim maschinellen Tunnelvortrieb mit Schildkonstruktion. Während des Einsatzes wird die Maschine am umgebenden Gebirge verspannt. Die Sicherungsarbeiten erfolgen vom Vortrieb getrennt zu einem späteren Zeitpunkt. Einsatzbereich dieser Maschine ist das Festgestein.
Die Spritzbetonbauweise hat folgende Nachteil:
Arbeitssicherheit :
Nach dem Auffahren eines Abschlags befinden sich die Arbeiter im ungesicherten Bereich und werden besonders gefährdet. Wegen des großen Rückpralls und der Staubentwicklung beim Einbringen des Spritzbetons werden die Arbeiter erheblichen Gesundheitsbelastungen ausgesetzt .
Kosten:
Da der Spritzbeton wegen des Rückpralls beim Einbringen nicht komplett genutzt wird, entstehen bei diesem Verfahren hohe
Materialkosten .
Eventuell erforderliche vorauseilende Sicherungen erzeugen zusätzliche Kosten, da diese für die spätere Tragfähigkeit der Spritzbetonschale nicht mit angesetzt werden können.
Personal :
Für die Ausführung ist gut ausgebildetes Personal erforderlich, das heute nur noch selten zur Verfügung steht.
Baugeschwindigkeit :
Da der Vortrieb und die Spritzbetonsicherung nacheinander stattfinden müssen, können die Abläufe nicht synchronisiert werden. Daher ist die Baugeschwindigkeit niedrig.
Tragfähigkeit :
Statische Nachweise für die Bauzustände sind schwer zu führen. Bei kurzen Standzeiten wird der Querschnitt in mehreren Teilausbrüchen aufgefahren. Dadurch nehmen die Setzungen zu.
Der maschinelle Tunnelvortrieb mit Schildkonstruktion hat folgende Nachteile:
Da die Tunnelmaschine eine Einzelanfertigung für die jeweilige Tunnelgeometrie und Geologie ist, ist sie häufig nur für einen Auftrag einsetzbar und verursacht daher hohe Kosten. Wegen hoher Installationskosten ist die Schildmaschine für den Bau kurzer Tunnel nicht wirtschaftlich. Es können nur Kreisguerschnitte aufgefahren werden. Der minimale Tunnelguerschnitt bei gegebenem Lichtraumprofil ist nur in Ausnahmefällen kreisförmig, so daß Mehrkosten auf Grund des Mehrausbruchs auftreten. Veränderte Tunnelquerschnitte in Tunnellängsrichtung (z.B. für Parkbuchten im Straßenbau oder Bahnhöfe im U-Bahnbau) können mit der Maschine nicht aufgefahren werden. Zusätzlich zu den Nachteilen des maschinellen Tunnelvortriebs mit Schildkonstruktion hat die Maschine ohne Schildkonstruktion folgenden Nachteil:
Da die Sicherung erst zeitlich verzögert vom Vortrieb gelöst eingebracht wird, ist es schwer auf wechselnde Gebirgs- verhältnisse zu reagieren. Müssen Sicherungsarbeiten im Maschinenbereich durchgeführt werden, wird der Vortrieb behindert. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Maschine verschüttet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung im Tunnelbau anzugeben, die das schnellere, kostengünstigere und sicherere Vortreiben eines Tunnels in den Berg erlauben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet .
Nachfolgend werden bezugnehmend auf die Zeichnungen erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben, es zeigen
Fig. 1A, B eine grundlegende erste Ausführungsform der Erfindung
Fig. 2A - C schematisch einzelne Schritte des erfindungsgemäßen. Verfahrens
Fig. 3 - 5 teilw. schematisch besondere Ausführungsform des Verfahrens
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung
Fig. 7 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung
Fig. 8 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung In Fig. 1A ist schematisch und nicht maßstäblich der vorzutreibende Tunnel 10 parallel zur Längsachse vertikal, in Fig. 1B mehrfach senkrecht zur Längsachse geschnitten dargestellt. Der Tunnel 10 wird im Gebirge 11, 12 vorgetrieben. Mit 11 ist das den Tunnel umgebende Gebirge, mit 12 das demnächst abzutragende Material bezeichnet. Bezugsziffer 13 bezeichnet eine künstliche Stützschicht aus einem tragfähigen Material wie Beton. Mit 14 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (Schlitzmaschine) bezeichnet, 15 ist ein von der Schlitz aschine 14 erstellter Schlitz, 16 die Ortsbrust, 17 die Sicherung des Tunnels .
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf, sie sind in den Figuren 2A bis 2C schematisch gezeigt:
(1) Beginnend an der Ortsbrust 16 wird im zu sichernden Bereich des zu grabenden Tunnels ein Schlitz 15 erstellt, der sich etwa in Umfangs- und Vorschubrichtung des Tunnels 10 erstreckt (Pfeile A und B in Fig. 2A) und dessen Dicke in etwa in Radialrichtung (Pfeil C) liegt. Der Schlitz 15 erstreckt sich in Umfangsrichtung zumindest über den zu sichernden Bereich und in Tunnelvorschubrichtung so weit, wie dies verschiedene Bau- und/oder Maschinenparameter zulassen. Der Schlitz liegt in dem Bereich, in dem die spätere Sicherung 17 zu liegen kommt oder weiter außen.
(2) Der gegrabene Schlitz 17 wird mit einem tragfähigem Material, vorzugsweise schnell abbindendem Beton, verfüllt und wird so zu einer Stützschicht 13.
(3) Danach wird die Ortsbrust 16 im Schutz der Stützschicht 13 abgebaut und gegebenenfalls eine weitere Sicherung 17 eingebaut .
(4) Es schließt sich dann abermals die Abfolge der Schritte (1) bis (3) an. Mit den Schritten (1) bis (4) ist das erfindungsgemaße Verfahren im Tunnelbau beschrieben. Bei ihm wird somit ein Schlitz 15 vorauseilend hergestellt. Dieser Schlitz wird mit einem tragfahigen Material wie Beton verfüllt. Unter dem Schutz der so entstehenden tragfahigen Stützschicht 13 wird der Tunnel 10 vorgetrieben. Richtet man die Aufmerksamkeit nur auf das Verfahren zum Bauen der Stutzschicht 13, waren nur die Schritte (1) und (2) zu betrachten, wobei diese ggf. wiederholt ausgeführt wurden. Betrachtet man nur das Verfahren zur Herstellung des Schlitzes 15, ist nur die ggf. wiederholte Ausfuhrung des Schrittes (1) relevant.
Das erfindungsgemaße Verfahren kommt besonders vorteilhaft bei Tunnelbauten zum Einsatz, bei denen das Gestein, durch das hindurch der Tunnel getrieben wird, so beschaffen ist, daß auf der einen Seite eine ggf. geböschte Ortsbrust frei steht, auf der anderen Seite die Festigkeit jedoch nicht so groß ist, daß der Tunnel nur im Sprengvortrieb aufgefahren werden kann.
Das Verfahren ist bei veränderlichen Geometrien und Geologien anwendbar. Die Arbeiter arbeiten im Schutz der vorauseilenden Sicherung. Die Gesundheitsbelastung der Arbeiter gegenüber herkömmlichen Verfahren wird reduziert. Das Verfahren ermöglicht einen Vortrieb mit kleineren Verformungen und damit geringeren Schäden an der Geländeoberfläche. Wenn die Stützschicht so ausgebildet wurde, daß sie für die Tragfähigkeit der Tunnelröhre anrechenbar ist, kann die nachfolgend einzubauende innere Sicherung (17 in Fig. 1A) schwacher ausgelegt werden oder ganz wegfallen, was zu einem deutlichen Kostenvorteil führt. Im Laufe des Vortriebs können verschiedene Tunnelquerschnittsformen und/oder -flachen hergestellt werden. Es muß dann jeweils nur die die Stützschicht herstellende Vorrichtung 14 entsprechend angesteuert werden. Nachfolgend werden Varianten und Weiterentwicklungen der obigen Schritte (1) bis (4) beschrieben.
Die Dimensionierung und Positionierung des zu grabenden und zu verfüllenden Schlitzes 15 - und damit auch der entstehenden Stützschicht 13 - hängt von verschiedenen Parametern ab. In den Figuren 1 und 2 sind Ausführungsformen gezeigt, in denen sich der Schlitz 15 nur über einen Teil des Tunnelumfangs erstreckt. Dies kann sinnvoll sein, wenn wegen örtlicher geologischer Störungen nur Teile des Tunnels gesichert werden müssen. Der Schlitz 15 wird dann so ausgeführt, daß die Stützschicht 13 nach dem Abbruch des darunterliegenden Gesteins ein tragfähiges Auflager findet. Der Schlitz kann aber auch umlaufend ausgeführt werden, dies ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Diese Möglichkeit kann z.B. dann gewählt werden, wenn der Tunnel in einem Gestein aufgefahren werden soll, welches bei herkömmlichen Verfahren einer radial umlaufenden Sicherung bedarf. Es entsteht dann eine geschlossene umlaufende Stützschicht 13, nachfolgend Stützring genannt, der keine singulären Auflager benötigt, sondern flächig aufliegt.
Der Schlitz 15 zur Aufnahme der Stützschicht 13 wird vorauseilend gefertigt und folgt der geplanten Tunnelkontur. Er kann, sofern es sich um einen geschlossenen, umlaufenden Stützring handelt, einer Schraubenlinie folgen (Fig. 4A) . Die Ganghöhe der Schraubenlinie entspricht der Bearbeitungsbreite der Schlitzmaschine. Die Schraubenlinie kann auf der Tunnelkontur so geneigt sein, daß sie oben in
Tunnelvorschubrichtung weiter vorne liegt als unten (Fig. 4B) . Diese Neigung gegenüber der Senkrechten erfährt dann auch die entstehende Ortsbrust, so daß sie weniger einsturzgefährdet ist. Der Neigungswinkel wird in Abhängigkeit von Gesteinsparametern gewählt.
Die Schraubenlinie kann insbesondere im Falle der geneigten Ortsbrust 16 unter verschiedenen Gesichtspunkten optimiert werden, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Maschinenkonstruktion und der Standsicherheit der Ortsbrust 16.
Im für die Maschine einfachsten Falle wird sie so gestaltet, daß die Änderung der Krümmung der Schraubenlinie innerhalb eines Umlaufes bei durch die Bodenverhältnisse (Gesteinsparameter) vorgegebener Ortsbrustneigung minimiert wird. Dadurch werden die Anforderungen an die Beweglichkeit der Maschine geringer.
Sie kann auch unter dem Gesichtspunkt der Standsicherheit der Ortsbrust optimiert werden. Durch die Gesteinsparameter ist die für die Standsicherheit der Ortsbrust benötigte Neigung vorgegeben. Daraus ergibt sich auch die Lage des am weitesten vorne liegenden Punktes der in dem jeweiligen Umlauf zu fertigenden Stützschicht . Die kürzeste Verbindung zwischen dem am weitesten vorne liegenden Punkt und dem am weitesten hinten liegenden Punkt wäre in der Abwicklung der Schraubenlinie eine Gerade. Die sich aus diesem Weg ergebende Randkurve hat ein minimale Krümmung an den Seiten des Tunnels und führt damit zu einer Ortsbrust mit fast konstanter Neigung uns somit zu höchster Standsicherheit.
Die Scheitelpunkte der Bewegung müssen dabei nicht an Firste und Sohle des Tunnels liegen.
Ein geschlossener Ring als Sonderfall der Schraubenlinie ist ebenfalls möglich (Fig. 4C) .
Durch Variieren der Schlitzbreite (Abschlagsbreite) während eines Umlaufes können Krümmungen in Tunnelverlauf realisiert werden. Dazu wird entweder die Abschlagsbreite der Maschine vergrößert, verkleinert oder bei konstanter Abschlagsbreite der Maschine wird ein Teil der im vorigen Umlauf gefertigten Stützschicht wieder durch die Maschine entfernt. Das bei der Herstellung des Schlitzes losgegrabene Material wird durch geeignete Einrichtungen zur Ortsbrust hin transportiert. Hierzu wird, falls notwendig, ein Ausbruch zur Ortsbrust erzeugt. Der Ausbruch kann mit der den Schlitz herstellenden Maschine 14 mitlaufen und von ihr selbst oder einem separaten Gerät hergestellt werden. Durch den Ausbruch erfolgt der Material-, Energie- und Signaltransport .
Das erstmalige Einfahren der den Schlitz herstellenden Vorrichtung 14 in das Gestein kann bei einer konventionell hergestellten Ortsbrust 16 beispielsweise einfach von der Ladefläche eines Transportgeräts, z. B. eines Lkws, her erfolgen, sofern nur dafür gesorgt wird, daß die Maschine dort ein Widerlager findet. Sie arbeitet sich von dort in das Gestein hinein, arbeitet sich dann auf den Tunnelumfang zu und nimmt dort ihre reguläre Arbeit auf.
Das Verfüllen des Schlitzes 15 mit Beton erfolgt vorzugsweise unmittelbar nachdem der Schlitz gegraben wurde. Dabei kann Beton entweder von der Ortsbrust her oder von der Rückseite der den Schlitz herstellenden Maschine in den freien Schlitz gefördert werden. Es kann schnellhärtender Beton verwendet werden, er bindet binnen Sekunden ab.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß oben zwar von Beton die Rede ist, daß aber auch andere Materialien verwendet werden können, sofern sie in ihren wesentlichen Parametern (z. B. anfangs formbar, dann druckresistent ) denen von Beton ähneln.
Soll die hergestellte Stützschicht für die Tragfähigkeit des späteren Tunnels angesetzt werden, muß die Stützschicht an der Stelle der Tunnelkontur erstellt werden. Andere vorauseilende Sicherungen des herkömmlichen Tunnelbaus, wie Vorpfänddielen oder Spieße, die nicht zur Tragfähigkeit des späteren Tunnels beitragen, können entfallen. Der in den Schlitz eingebrachte Beton bindet innerhalb weniger Sekunden ab und wird zusätzlich durch eine mitlaufende Schalung gehalten, so daß er nicht durch den Ausbruch in den Tunnel fließt.
Bei umlaufenden Stützringen 13 kann der Tunnel 10 dann kontinuierlich vorgetrieben werden, beispielsweise in der Art, daß die Ortsbrust 16 jeweils in ihrem vor der den Schlitz herstellenden Maschine 14 gelegenen Sektor abgebaut wird.
Die Ortsbrust kann mit herkömmlichen Tunnelbaggern oder mit einer Teilschnittmaschine abgebaut werden. Der Abbau läuft mit dem Herstellen der Stützschicht bzw. des Stützrings synchron, jedoch zeitlich so versetzt, daß der Abbau der Ortsbrust im Schutz des Stützkörpers abläuft. Hierbei kann es notwendig werden, den Abbau der Ortsbrust in mehrere Teile zu zerteilen und das Abbaugerät räumlich zu versetzen. Eventuell erforderliche Überschnitte für die Versorgungseinrichtung der Schlitzmaschine können mit dem Abbau der Ortsbrust vorgenommen werden .
Der Abbau der Ortsbrust kann in Tunnelvortriebsrichtung bis kurz vor oder genau an die Vorderkante der hergestellten Stützschicht erfolgen (Fig. 5A) . Er kann aber auch, etwa gesteinsabhängig, noch etwas weiter getrieben werden (Fig. 5B) , jedoch nicht weiter als 40% der Arbeitsbreite der den Schlitz herstellenden Vorrichtung 14. Dann ist es nicht notwendig, die den Schlitz herstellende Maschine 14 über einen Ausbruch zu versorgen. Vielmehr ist ihr ortsbrustseitiges Ende dann sichtbar und mehr oder minder frei zugänglich.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Durchführung einzelner der obengenannten Verfahrensschritte verwendet werden kann. Sie kann als ein einziges Gerät oder als mehrere, mehr oder minder unabhängig voneinander arbeitende Geräte ausgebildet sein. Bezugnehmend auf Fig. 6 wird eine erste Ausführungsform beschrieben.
Die Vorrichtung weist verschiedene Komponenten auf: An ihrer Stirnseite befindet sich das materialabtragende Werkzeug 61, dahinter findet sich eine Einrichtung 62, mit der das abgetragene Material aus dem Schlitz gefördert wird. Außerdem weist sie eine Fortbewegungseinrichtung 68, 71 auf, ggf. eine Betoniereinrichtung 64 und eine Steuerungseinheit 65.
Das materialabtragende Werkzeug 61 ist vorzugsweise steuerbar beweglich mit der Maschine 14 verbunden, so daß es in allen zur Erzeugung des Schlitzes 15 notwendigen Richtungen geschwenkt bzw. verfahren werden kann. Ggf. kann die Vorrichtung eine Dichteinrichtung 66 aufweisen, die den Bereich der Schlitzerzeugung vom Bereich der Fortbewegungseinrichtung und der Schlitzverfüllung trennt.
Das Werkzeug kann so ausgeführt sein, daß es in der Lage ist, einen Schlitz 15 zu fertigen, der über die gesamte Schlitzbreite oder einen Teil davon, stärker ist, als die zu erstellende Stützschicht 13. Durch den so gegenüber der im vorherigen Umlauf gefertigten Stützschicht entstehenden Überschnitt entsteht ein Zugang 81 vom Schlitz zum Raum vor der Ortsbrust. Durch diesen Zugang wird die Versorgung der Maschine mit Medien, der Abtransport des abgetragenen Materials und die Anlenkung durch den Arm 72 ermöglicht.
Bei geeigneter Wahl des Werkzeuges, zum Beispiel einer Schnecke, kann durch die mittels des Überschnittes erzeugte Zugangs 81 das abgetragene Material direkt in den Raum vor der Ortsbrust gefördert werden. Liegt der Überschnitt zum Beispiel in der Mitte der abtragenden Werkzeuge, fertigt er eine Vertiefung zum Tunnelinneren hin, durch die Versorgungsleitungen geführt werden können. Alternativ kann der Zugang auch durch ein am Arm 72 angebrachtes Werkzeug erzeugt werden.
Die Vorschubkraft für das Werkzeug 61 wird über die Anlenkemrichtung 67 am Werkzeug übertragen. Die Reaktionskraft muß von der Einheit, die auch die Fortbewegung der Maschine ermöglicht, übernommen werden. Eine bevorzugte Ausfuhrung ist die Aufnahme der Reaktionskraft und das Fortbewegen der Maschine als ganzes mittels eines Armes 72 (Fig. 7), der von einer vor der Ortsbrust stehenden Tragergerat 73 ausgeht und bewegt wird. Über diesen Arm 72 können auch die Versorgungsleitungen von und zu der Maschine im Schlitz gef hrt werden. Eine Anlenkung der Werkzeugeinheit 14 am Arm 72 ermöglicht eine Bewegung in allen Raumrichtungen, unabhängig von der Bewegung des Tragergerats 73.
Die Vorrichtung kann, integriert oder separat vorgesehen, eine Betoniereinrichtung zum Verfüllen des gegrabenen Schlitzes 13 mit Beton aufweisen. Nachfolgend wird die integrierte Ausführungsform beschrieben. Die Betoniereinrichtung 64 besteht unter anderem aus einer Betonierbohle 69, die die Vorrichtung vom bereits mit Beton verfüllten Schlitz trennt. Um einen Verbund zwischen dem Beton und dem spater abzutragenden Gestein zu verhindern, sowie um einen Abbau der Ortsbrust bis in den Bereich unter der gerade im Aufbau befindlichen Stützschicht zu ermöglichen, kann auf der spateren Innenseite des Stutzringes eine Schalung 70 nachgeschleppt werden. Dies ist in Fig. 6 schematisch dargestellt.
Für das Einbringen des Betons wird vorzugsweise ein Düse vorgesehen bis zu der die Komponenten des Betons trocken gefordert werden. An der Düse werden Wasser und eventuell Zusatzstoffe zugegeben.
Die Betoniereinrichtung kann auch eine separat vorgesehene, konventionelle Einrichtung sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der materialabtragenden Werkzeuge 61 ist eine Fräseinrichtung. Sie kann aus mehreren Einheiten bestehen. Die Einheiten, die zu den Flanken der Maschine weisen, fräsen sowohl stirnseitig, als auch am Umfang. Die zum bereits gefertigten Stützring hinweisende Fräse sichert durch das Profilieren desselben einen guten Verbund zwischen dem frischen Betons und dem abgebundenen. Der in Tunnel- ortriebsrichtung weisende Fräskopf ist in dieser Richtung verschiebbar. Dadurch ist eine Verbreiterung des Schlitzes möglich. Durch Variieren der Schlitzbreite im Verlauf einer Umrundung sind Kurvenfahrten oder Steigungen bzw. Gefälle des Tunnels möglich. Mindestens ein weiterer Fräser, der nur am Umfang fräst ist ebenfalls in Tunnellängsrichtung verschiebbar und gewährleistet gemeinsam mit den beiden anderen den Materialabtrag über die gesamte erforderliche Schlitzbreite.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der materialabtragenden Werkzeuge sind zwei gegenläufige Fräser, deren Rotationsachsen in etwa radial zur Tunnelach.se liegen. Sie bieten den Vorteil, daß sie minimale Reaktionskräfte quer zur
Maschinenlängsrichtung erzeugen und bei geeigneter Drehrichtung gleichzeitig als Fördereinheit dienen können.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist eine Schnecke. Diese ist ebenfalls in der Lage, nicht nur abzutragen sondern auch zu fördern. In Verbindung mit einer Schneckengeometrie, die auf der zum existierenden Tunnel weisenden Seite einen Überschnitt erzeugt, kann das abgetragene Material direkt vor die Ortsbrust gefördert werden.
Weitere denkbare Ausführungen sind an Ketten geführte, umlaufende Schneidwerkzeuge, Schnecken oder Scheiben. Das materialabtragende Werkzeug 61 wird über einen geeigneten (nicht dargestellten) Antrieb, beispielsweise einen Hydraulik-, Elektromotor, der in unmittelbarer Nähe des Werkzeuges liegt, angetrieben .
Das materialabtragende Werkzeug erzeugt über seine Breite hinweg eine durchgehende Bearbeitungsfront. Im Einsatz erstreckt sich die Werkzeugbreite in der Regel in etwa parallel zur Tunnelvortriebsrichtung. Führung und Aufhängung des Werkzeuges überragen diese Bearbeitungsfront an keiner Seite. Die Versorgungsleitungen 67 werden deshalb zwar in seitlich gelegenen Bereichen, aber doch von der Unterseite her (im Einsatz dem Tunnelinneren zugewandt) angeflanscht.
Die Materialabführung kann mit oder ohne Transportmedium erfolgen. Bevorzugte Transportmedien sind Luft und Wasser. Mögliche mechanische Fördereinrichtungen sind z.B. Bürsten oder Schnecken.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Gegenkraft vom Maschinenkörper 14 selbst erzeugt, der sich über geeignete Vorrichtungen 68 im umgebenden Boden abstützt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet dann mechanisch entkoppelt von Geräten vor der Ortsbrust. Lediglich die Zu- und Ableitungen sind noch notwendig. Die Abstützung kann über Hydraulikpressen oder Streben (Anker) erfolgen. Durch die Verwendung mehrerer Glieder zur Abstützung kann der Vortrieb der Maschine vom Vorschub am Werkzeug entkoppelt werden. Dadurch ist e n kontinuierlicher Abbau möglich. Vom verspannten Grundkorper der Vorrichtung aus wird das Werkzeug 61 nach vorne geschoben. Dieser Vorschub kann über hydraulische, pneumatische oder motorbetriebene Einrichtungen erfolgen.
Die Maschine stutzt sich vorzugsweise so ab, daß sie die Ortsbrust 16 nicht in einer Weise belastet, die die Standfestigkeit der Ortsbrust gefährdet. Sie kann sich seitlich gegen die schon gefertigte Stutzschicht 13 und das Gebirge 11 abstutzen oder sich nach oben und unten gegen das Gebirge verspannen oder nach hinten gegen den eingebrachten Beton abstutzen oder in einer Kombination aus den genannten Möglichkeiten.
Es ist auch eine Ausführungsform möglich, in der die benotigten Vortriebskräfte und Kräfte zum Bewegen der Maschine in einer Kombination aus Abstutzung im Berg und die Anlenkung von außen aufgebracht werden.
Die Maschine ist in mehrere Segmente geteilt. Diese Segmente dürfen bei einer Hohe der Maschine von ca. 200 mm in einem 250 mm dicken Schlitz in einem Tunnel mit ca. 6000 mm Durchmesser bis zu etwa 1000 mm lang sein. Die Bearbeitungsbreite der Maschine betragt ca. 1 m - 2 m.
Das Vorschubsegment besteht aus mindestens zwei Gliedern, die untereinander mit Hubeinrichtungen 71 verbunden sind. Durch abwechselndes Verspannen und Losen der einzelnen Glieder wird die Maschine wurmartig nach vorne bewegt .
Die Hubeinrichtungen 71 können zum Beispiel vier Hydraulikzylinder sein. Durch unterschiedlich langes Ausfahren der einzelnen Zylinder, können die Glieder des Vorschubsegments gegeneinander gekippt werden. Dadurch ist eine Fortbewegung m jede Raumrichtung, insbesondere entlang des Tunnelumfangs, möglich. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit eigenem Vortrieb ist synchron zur Erzeugung des Schlitzes die Herstellung eines zusatzlichen Schachtes denkbar. Der Schacht verläuft parallel zur Schraubenlinie des Schlitzes und ist zur Tunnelachse hm versetzt. In diesem Schacht können die Versorgungsleitungen gefuhrt werden. Das ermöglicht bis zu einem gewissen Grad das Entkoppeln der Herstellung der vorauseilenden Sicherung vom Abbau der Ortsbrust.
Die Maschine kann gegen Eintritt von Material, insbesondere m Bereich der Fortbewegungseinrichtung 68, 71, gesichert werden. Dies geschieht zum Beispiel mit Hilfe einer Abdeckung, deren Form und Länge verändert werden kann, so daß sie sich der Längenänderung oder Verwindung der Maschine im Bauprozeß anpaßt, zum Beispiel durch Faltungen oder in Form eines Bleches, das durch einen Rollomechanismus angepaßt wird.
Als Tragergerät 73 kann ein schweres Raupenbaggergrundgerat verwendet werden. Wenn das Gerat wegen des großen Gewichts nicht auf dem jungen Sohlbeton stehen kann, wird die Sohle nach dem Erstellen des Schlitzes immer wieder mit Ausbruchmaterial verfüllt .
Das Gerat kann so modifiziert werden, daß sowohl das Abbauwerkzeug als auch, abhangig vom Verfahren, der Kabelbaum oder der Arm 72 für die Schlitzmaschine 14 angebaut werden können .
Damit das Trägergerat an einer beliebigen Stelle vor der Ortsbrust 16 stehen kann und die Schlitzmaschine 14 und der Abbau der Ortsbrust geometrisch unabhängig voneinander ausgeführt werden können, muß das Abbauwerkzeug (75) alternativ auf beiden Seiten des Arms (42) zur Schlitzmaschine angeschlossen werden können.
Auf dem Trägergerät 73 kann eine Spritzbetoneinrichtung vorgesehen werden, mit deren Hilfe im Falle eines Wassereinbruchs oder eines Versagens der Ortsbrust eine schnelle Sicherung aufgebracht werden kann.
Alternativ kann als Tragereinheit ein Nachlaufer 81 vorgesehen werden, der sich am Umfang des existierenden Tunnels abstutzt. An diesem Nachlaufer ist der Arm 72, der die Maschine fuhrt und eventuell vortreibt, angebracht. Der Arm kann sich am gesamten Umfang bewegen .
Der Nachläufer besteht aus einem in Vorschubrichtung beweglichen Stahlgerüst 82, das sich dem jeweiligen Tunnelquerschnitt anpaßt. Dies geschieht mit Stahlprofilen unterschiedlicher Radien, die mit Hubgeraten ausgefahren werden .
Im Nachlaufer ist eine Plattform 83 vorgesehen, deren Position im Tunnel in allen Raumrichtungen verändert werden kann. Auf ihr können Bagger oder Teilschnittmaschinen stehen, die mit Hilfe dieser Hubeinrichtung alle Bereiche auch von großen Tunnelquerschnitten erreichen.
Der Nachlaufer kann die Aufgabe des Ausbauwiderstandes übernehmen, solange das Stützmaterial (z.B. Beton) in der Stutzschicht 13 zwar abgebunden aber noch nicht seine volle Tragfähigkeit erlangt hat.
Als Bezug für die Steuerung der Maschine kann in die
Betonschale mit Hilfe einer entsprechenden Schalung eine Nut gefertigt werden. Diese Nut dient dann der Maschine im nächsten Umlauf als Bezugspunkt.
Die Fortbewegung der Schlitzmaschine 14 erfolgt, wenn sie unabhängig von einem Tragergerat arbeitet, entweder ferngesteuert oder vollautomatisch. Die Fernsteuerung kann beispielsweise durch einen Arbeiter erfolgen, der vor der Ortsbrust stehend den Arbeitsfortgang beobachtet und dementsprechend über eine leitungsgebundene oder drahtlose Fernsteuerung die Schlitzmaschine 14 weiterbewegt. Bei vollautomatischer Fortbewegung muß ein geeignetes Navigationssystem vorgesehen sein, anhand dessen sich die Schlitzmaschine 14 im Raum orientieren kann. Als technische Hilfsmittel für die Meß- und Steuertechnik kommen unter anderem Kreiselgeräte, Lasergeräte, optische Bauelemente zur Verwendung von Laserlicht oder auch Inklinometer in Frage

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Verfahren für den Tunnelbau, bei dem ein Tunnel ausgehend von der Ortsbrust in Vortriebsrichtung gefuhrt und eine Stutzschicht eingebracht wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß
ausgehend von der Ortsbrust vorauseilend die Stutzschicht hergestellt und danach in deren Schutz der Tunnel vorgetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzschicht hergestellt wird, indem zunächst am Ort der zukunftigen Stutzschicht ein Schlitz hergestellt und dieser dann mit einem tragfähigem Material, insbesondere
Beton, verfullt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vollständig um den Tunnelumfang herum laufende
Stutzschicht hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Stützschicht einer Schraubenlinie gefolgt wird, die eine Ganghohe in etwa gleich der
Bearbeitungsbreite der den Schlitz herstellenden
Vorrichtung hat .
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Umlauf der Stützschicht der oben liegende Teil in Tunnelvortriebsrichtung weiter vorne liegt als der unten liegende Teil.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der Stützschicht und der Tunnelvortrieb zumindest zeitweise gleichzeitig erfolgen.
7. Vorrichtung für den Tunnelbau,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
ein vorneliegendes, materialabtragendes Werkzeug (61), das über eine bestimmte Breite und eine bestimmte Höhe und mit Hilfe seiner Anlenkung (67, 68, 71) in allen Richtungen Material abtragen kann,
eine Fortbewegungseinrichtung (63,67, 68, 71, 72,73), mit der die Vorrichtung vorwärtsbewegt und gelenkt werden kann, und
eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die die Tätigkeit des materialabtragenden Werkzeugs und der Fortbewegungseinrichtung steuert bzw. regelt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Betoniereinrichtung, mit der der vom materialabtragenden Werkzeug () geschaffene Freiraum mit Beton verfüllt werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Breite kleiner als 0,5m, vorzugsweise kleiner als 0,3m ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortbewegungseinrichtung (63, 67, 68, 71) hinter dem materialabtragenden Werkzeug (61) angeordnet ist und eine Einrichtung (68) umfaßt, mit der die Vorrichtung im umgebenden Boden verspannt werden kann .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortbewegungseinrichtung (63, 67, 72, 73) ein Trägergerät (73) und einen an diesem angelenkten Arm (72) umfaßt, wobei das materialabtragende Werkzeug (61) am Arm (72) angelenkt ist.
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