NO793047L

NO793047L - PROCEDURE AND DEVICE FOR DRILLING TUNNELS WITH CIRCULAR SECTION CROSS

Info

Publication number: NO793047L
Application number: NO793047A
Authority: NO
Inventors: Luka Gjakun; Heinrich Grotenhoefer; Heinz Horst
Original assignee: Demag Ag Mannesmann
Priority date: 1978-09-23
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1980-03-25
Also published as: ZA795025B

Description

Fremgangsmåte og anordning for boring av tunneller med sirkelformet tverrsnitt. Method and device for drilling tunnels with a circular cross-section.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning til gjennomføring av fremgangsmåten for boring av tunneller med sirkelformet tverrsnitt i fullprofil ved hjelp av mekaniske skjæreverktøy og eroderende væskestråle-kutteapparater. The invention relates to a method and a device for carrying out the method for drilling tunnels with a circular cross section in full profile using mechanical cutting tools and erosive liquid jet cutting devices.

Det er allerede tidligere foreslått å understøtte de til et roterende borehode på en tunnellfremdriftsmaskin festede skjæreverktøy, spesielt rulleringer, ved hjelp av væskestråle-kutteapparater, for å øke ydelsen av slike, fremdriftsmaskiner. Høytrykksvannstråler har i lang tid vært anvendt med hell på andre områder, slik som til kutting av problemstoffer slik som asbest, plast o.l. samt til avrustning, rensning eller andre generelle oppgaver ved overflatebehandlingen. Forsøk i bergverk har vist at, når vannstrålen treffer fjellover-flaten, oppstår det for hurtig vekslende trykk-trekk- og strekkspenninger samt sjokkbølger i fjellet. Erosjonen, skjære- eller trekkvirkningen dominerer efter fjellforhol-dene. De oppstående sjokkbølger kan forårsake en ytterligere, dyperegående sprekkdannelse, hvorved høytrykksvannet som trenger inn kan virke som en hydraulisk kile. It has already been previously proposed to support the cutting tools attached to a rotating drill head on a tunnel advancement machine, in particular rolling rings, by means of liquid jet cutting devices, in order to increase the performance of such advancement machines. High-pressure water jets have for a long time been used successfully in other areas, such as for cutting problem substances such as asbestos, plastic etc. as well as for de-rusting, cleaning or other general tasks during the surface treatment. Experiments in mining have shown that, when the water jet hits the rock surface, rapidly alternating compressive-tensile and tensile stresses and shock waves occur in the rock. The erosion, cutting or pulling action dominates depending on the mountain conditions. The resulting shock waves can cause a further, deeper crack formation, whereby the high-pressure water that penetrates can act as a hydraulic wedge.

De kjente forslag ved kombinasjonen av væskestråle-kutte-apparat og mekaniske skjæreverktøy ser fordelen i at det oppnås innsnitt ved hjelp av høytrykksvånnstrålene som gir ytterligere frie flater for arbeidsmåten for de mekaniske borehodeverktøy. Påvirkningen med borehodeverktøyet veks-ler derved fra trykkende-knusende til en mere skjærende virkningsmåte. Man håper ved denne arbeidsmåte å kunne re-dusere den nødvendige fremdriftsydelse for fremdriftsmaski-nen, noe som ville være lik en minskning av maskinvekten. The known proposals for the combination of liquid jet cutting apparatus and mechanical cutting tools see the advantage in that incisions are achieved with the help of the high-pressure water jets, which provide additional free surfaces for the working method of the mechanical drill head tools. The impact with the drill head tool thereby changes from pressing-crushing to a more cutting mode of action. With this method of working, it is hoped to be able to reduce the required propulsion performance for the propulsion machine, which would be equivalent to a reduction in machine weight.

Et problem som oppstår såvel ved fremdriftsmaskiner av ren mekanisk oppbygning som ved kombinerte maskiner av ovennevnte art er, at borehodeverktøyet i kantområdet for det roterende borehode er utsatt for en uvanlig høy slitasje, slik at verk-tøyet må skiftes ut mange ganger oftere enn borehodets øvri-ge verktøy. Dette problem lar seg heller ikke løse ved hjelp av den ytterligere anvendelse av høytrykkvannet som under-støttelse for borehodeverktøyet, fordi den ekstrem sterke på-'kjenning i forbindelse med den lange strekning som skal til-bakelegges og borehodets største periferihastighet i dette område fremdeles bevirker en sterk slitasje. Spesielt skjæ-ringen i hjørnet, hvor det ikke lengre foreligger noe fri-kutt utover slik at det oppstår en sammenpressing av stenen, forårsaker i hodet meget høye aksialkrefter. A problem that arises both with propulsion machines of a purely mechanical structure and with combined machines of the above-mentioned kind is that the drill head tool in the edge area of the rotating drill head is exposed to unusually high wear, so that the tool has to be replaced many times more often than the outer part of the drill head -give tools. Nor can this problem be solved by the further use of the high-pressure water as support for the drill head tool, because the extremely strong stress in connection with the long distance to be covered and the greatest peripheral speed of the drill head in this area still causes a strong wear and tear. Especially the cutting in the corner, where there is no longer any free cut outwards so that a compression of the stone occurs, causes very high axial forces in the head.

Den foreliggende oppfinnelse har ut fra en kombinert mekanisk og hydraulisk fremdrift den oppgave å motvirke verktøyets-store slitasje i kantområdet på det roterende borehode og å øke arbeidsydelsen vesentlig ved hjelp av reduksjon av frem-driftsmaskinens stillstandstid på grunn av verktøyskifte. Based on a combined mechanical and hydraulic drive, the present invention has the task of counteracting the tool's large wear in the edge area of the rotating drill head and of increasing the work output significantly by means of reducing the downtime of the drive machine due to tool changes.

For å løse denne oppgave foreslås det ifølge oppfinnelsen en fremgangsmåte som er.karakterisert vedat stuffperiferiens område skjæres utelukkende ved hjelp av høytrykk-væskestråler. In order to solve this task, according to the invention, a method is proposed which is characterized by the area of the stuffing periphery being cut exclusively by means of high-pressure liquid jets.

En anordning for gjennomføring av fremgangsmåten erkarakterisert vedat i det minste borehodeverktøyets siste kutt i borehodets periferiområde' erstattes med væskestråle-skjære-apparater hvis høytrykk-væskestråler er rettet mot stuffen dvs. tilnærmet tangentialt til tunnellveggen. A device for carrying out the method is characterized in that at least the last cut of the drill head tool in the peripheral area of the drill head is replaced by liquid jet cutting devices whose high-pressure liquid jets are directed towards the stuffing, i.e. approximately tangentially to the tunnel wall.

Oppfinnelsen muliggjør ved enkel erstatning av de slitasje-utsatte mekaniske verktøy ved den ytre borehodeperiferi méd væskestråle-skjæreverktøy en vesentlig økning av maskinens brukstid som også for boreverktøyet i forbindelse med de kjente fordeler ved anvendelse av høytrykksvannstråler. Væskestråle-skjæreapparatene muliggjør en nøyaktig utført profil og en virkningsfull støvbekjempelse gir seg selv ved denne fremgangsmåte.. I det følgende skal det beskrives et utførelseseksempel for i oppfinnelsen og som det er vist i tegningen. By simply replacing the wear-prone mechanical tools at the outer drill head periphery with liquid jet cutting tools, the invention enables a significant increase in the machine's service life and also for the drilling tool in connection with the known advantages of using high-pressure water jets. The liquid jet cutting devices enable a precisely executed profile and an effective dust control is provided by this method. In the following, an embodiment example for the invention and which is shown in the drawing will be described.

Fig. 1 viser et delsnitt gjennom borehodet på en fullprofil-fremdriftsmaskin med borehodeverktøy<p>g Fig. 1 shows a partial section through the drill head of a full-profile advancement machine with drill head tool<p>g

fig. 2 viser et delsnitt gjennom borehodet ifølge oppfinnelsen. fig. 2 shows a section through the drill head according to the invention.

I fig. 1 vises det et kjent konvensjonelt borehodeverktøy slik som det for tiden anvendes. Med 1 er det antydet et borehode som er festet på en lagerbokk 2 for tosidig lag-ring av borehodeverktøyet 3. Ved hjelp av en kaliberring 4 nedbrytes mekanisk stuffens 7 periferiområdet, idet kaliberringen 4 virker umiddelbart på hjørnet mellom stuffen og tunnellveggen.Ytterligere kuttéringer på andre borehode-verktøy er anordnet forskjøvet på borehodets periferi slik at stufferi 1 ved borehodets dreining bearbeides jevnt av borverktøyet 3. Disse kuttéringer er antydet med 5. For understøttelse av boreverktøyet 3 rettes' væskestrålene mellom kutteringene 4 hhv. 5 mot stuffensom ved at innsnitt frembringes, gir en ytterligere fri arbeidsflate for det mekaniske borehodeverktøy. Borehodeverktøyets 3 kaliberring 4 er imidlertid alltid utsatt for den største slitasje fordi det, som nevnt, i hjørneområdet oppstår en sammen-. pressing av stenen, som forårsaker meget høye aksialkrefter i borehodet. I tillegg virker den store periferivei som skal legges tilbake og den store periferihastighet for denne kaliberringen ufordelaktig på slitasjen av verktøyet. In fig. 1 shows a known conventional drill head tool as currently used. With 1, it is indicated a drill head which is attached to a bearing block 2 for two-sided storage of the drill head tool 3. With the help of a calibration ring 4, the peripheral area of the plug 7 is mechanically broken down, as the calibration ring 4 acts immediately on the corner between the plug and the tunnel wall. Additional cutting rings on other drill head tools are arranged offset on the periphery of the drill head so that when the drill head rotates, the stuffing 1 is processed evenly by the drill tool 3. These cuts are indicated by 5. To support the drill tool 3, the liquid jets are directed between the cuts 4 or 5 against stuffing which, by making incisions, provides a further free working surface for the mechanical drill head tool. The calibration ring 4 of the drill head tool 3 is, however, always exposed to the greatest wear because, as mentioned, in the corner area a joint occurs. pressing of the rock, which causes very high axial forces in the drill head. In addition, the large peripheral path to be returned and the large peripheral speed for this calibration have a detrimental effect on the wear of the tool.

I fig. 2 er det vist et borehodeverktøy for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, idet like deler betegnes likt. Verktøyet ifølge oppfinnelsen består i at den ytre ka-liberkutteringen er erstattet med en høytrykksvannstråle 6 slik at området mellom stuffen 7 og tunnellveggen utelukkende trykkes ned av høytrykkvannstrålene. Det mekaniske borehode-verktøy 3 med kutteringen 5 virker på stuffen 7 først i en viss avstand fra tunnellveggen. In fig. 2 shows a drill head tool for carrying out the method according to the invention, similar parts being designated the same. The tool according to the invention consists in the outer caliber cutter being replaced with a high-pressure water jet 6 so that the area between the stuffing 7 and the tunnel wall is exclusively depressed by the high-pressure water jets. The mechanical drill head tool 3 with the cutter 5 acts on the stuffing 7 only at a certain distance from the tunnel wall.

De resterende kutteverktøy med kutteringene 5 kan likeledes på konvensjonell måte understøttes av høytrykkvannstrålene 6. The remaining cutting tools with the cutters 5 can likewise be supported in a conventional manner by the high-pressure water jets 6.

Claims

1. Procedure for drilling tunnels with a circular cross-section in full profile using mechanical cutting tools and erosive liquid jet cutting devices, characterized in that in the area of the stuffing periphery it is exclusively cut using high-pressure liquid jets.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, consisting of a full-profile propulsion machine with a rotating drill head which is provided with drilling tools distributed over the periphery, characterized in that at least the last cut of the drill head tool in the peripheral area of the drill head is replaced with liquid jet cutting devices, whose high-pressure liquid jets are directed at the stuff or approximately tangential to the tunnel wall..-