Verfahren und Maschine zum Vortreiben eines Tunnels oder Stollens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels oder Stollens mit kreisförmi Qem Querschnitt unter Verwendung eines Geräts mit um die Längsmittelachse desselben umlaufenden Werkzeu gen, und auf eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens.
Um die Leistung beim Auffahren von Tunneln, Stollen oder dgl. zu erhöhen und die Arbeit weitgehend zu mechanisieren, wird seit einiger Zeit angestrengt an der Entwicklung von Streckenvortriebsmaschinen gear beitet, die sich z,B. zum Bau von Umleitungsstollen bei Talsperren, von Abwässerkanälen, Druckleitungsstollen für Kraftwerke, Bahn- und Strassentunneln usw. einset zen lassen.
Die bekannten Vortriebsmaschinen (Zeitschrift Glück auf vom 20. 11. 1963, Seiten 1327 ff) weisen zum überwiegenden Teil die gleiche Grundkonzeption auf. Sie bestehen im wesentlichen aus einem mit Hilfe von ausfahrbaren Stützschilden am Streckenstoss festsetzba- ren Teil und einem relativ dazu mittels eines Antriebes verschiebbaren Teil, der an seiner Stirnseite zur Aufnah me der Werkzeuge eingerichtet ist.
Es findet sich dabei meist ein der Ortsbrust zugekehrter planscheibenähnli- cher Schneidkopf, der mit den einzelnen Werkzeugen bestückt ist, beispielsweise mit Rollenbohrern, Schneid- meisseln, Diskenrollen oder dgl. Ein solcher Schneidkopf kann auch aus zwei Teilen bestehen, einem inneren, kreisförmigen Teil und einem äusseren, ringförmigen Teil, die beide gleichzeitig an der Ortsbrust arbeiten, aber gegenläufig umlaufen.
Infolge dieser stirnseitigen Anord nung der Werkzeuge wird der Querschnitt einer mit Hilfe einer solchen Vortriebsmaschine aufgefahrenen Strecke hinsichtlich Grösse und Form durch die Bewegungsbahn der Werkzeuge bestimmt, die diesen Querschnitt in einem Zuge ausbrechen.
Schon allein durch das Gewicht und die Grösse der für den Werkzeugantrieb, für die Abstützvorrichtung am Streckenstoss und die Rückvorrichtung erforderlichen Aggregate ergeben sich bei diesen Vortriebsmaschinen besondere Probleme. Eine solche Maschine wird dadurch zu einem schweren, langen und sperrigen Gerät, das sich oft nur mit sehr grossen Schwierigkeiten handhaben lässt. Diese Probleme wachsen mit der Grösse der Maschine, da bei grösserem Streckendurchmesser die vom Schneid kopf zu bearbeitende Fläche der Ortsbrust quadratisch zunimmt, so dass dementsprechend auch eine höhere Leistung in den Antrieben erforderlich wird.
Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt ist das Ab räumen und Wegfördern des an der Ortsbrust anfallen den Gutes oder Bergekleins. Naturgemäss wächst die Menge des abzuführenden Gesteins oder dgl. mit der Grösse der Ortsbrust, so dass bereits wegen dieser grossen an einer Stelle anfallenden Materialmenge die Ausbildung der Förderer und Transportorgane an der Vortriebsmaschine besondere Probleme aufwirft.
Dar über hinaus ist aber als ausserordentlich ins Gewicht fallend noch die Tatsache zu beachten, dass durch die grössere Menge des vom oberen Teil der Ortsbrust zur Sohle fallenden Gutes bei grösserem Schneidkopfdurch- messer auch das Arbeiten der einzelnen Werkzeuge immer mehr gestört und behindert wird, was nicht nur die Vortriebsleistung herabmindert, sondern auch zu Beschädigungen der Werkzeuge führen und eine häufige Unterbrechung der Arbeit erforderlich machen kann.
Mit der Erfindung soll nun ein neuer Weg zum Vortreiben von Tunnels oder Stollen gefunden werden, der die bisher bestehenden Schwierigkeiten wesentlich herabsetzt und u.a. insbesondere auch eine günstige Möglichkeit bietet, Strecken grösseren Querschnitts mit geringerem maschinenmässigem Aufwand aufzufahren.
Zu diesem Zweck sieht das erfindungsgemässe Ver fahren zum Vortreiben eines Tunnels oder Stollens mit kreisförmigem Querschnitt unter Verwendung eines Ge räts mit um die Längsmittelachse desselben umlaufenden Werkzeugen vor, dass der Tunnel oder Stollen durch getrenntes, absatzweise in abwechselnder Aufeinanderfol ge durchgeführtes Auffahren wenigstens zweier zueinan- der konzentrischer Teilquerschnitte mit kreisförmiger Begrenzung hergestellt wird.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass nun nicht mehr wie bisher die gesamte Endquerschnittsfläche der betreffenden Strecke durch an ein und derselben Stelle zum Einsatz kommende Werk zeuge bearbeitet werden muss, sondern dass diese Fläche aufgeteilt wird auf zeitlich und räumlich nacheinander zum Arbeiten gelangende Werkzeuge oder Werkzeug gruppen, die dementsprechend kleiner sind.
Ein solches Vorgehen bietet eine Reihe besonderer Vorteile. So besteht einmal die Möglichkeit, mit wesent lich geringerer im Gerät zu installierender Leistung auszukommen. Die Vortriebsmaschine kann also erheb lich kleiner und leichter und demzufolge auch billiger sein als eine bisher für einen vorgegebenen Endquer- schnitt erforderliche Maschine. Weiterhin ist infolge der Aufteilung auf kleine Teilquerschnitte in jedem Fall ein ungestörteres und einwandfreieres Arbeiten der Werk zeuge gewährleistet.
Da beispielsweise die Schneidköpfe oder Werkzeugträger auch nur die dem Teilquerschnitt entsprechende Grösse zu haben brauchen, sind sie leich ter zu handhaben, schneller auszuwechseln und günstiger in den Kosten als ein zum Bearbeiten der Gesamtfläche eingerichteter Kopf oder Werkzeugträger. Das Verfahren bietet weiterhin den grundsätzlichen Vorteil, dass sich der Bau gerade grosser Tunnel oder Stollen damit leichter durchführen lässt, weil wegen der Aufteilung des Gesamtquerschnittes auf einzeln zu bearbeitende Teil querschnitte auch die Einbruchgefahr wesentlich geringer ist als bei sofortigem Auffahren des grossen Gesamtquer schnittes.
Das Verfahren lässt sich beispielsweise mit Vortriebs maschinen verwirklichen, welche einen jeweils am Strek- kenstoss festsetzbaren Teil und einen relativ dazu mittels Antriebs verschiebbaren Teil mit drehbarer Aufnahme für einen Werkzeugträger an der Stirnseite afweisen.
Bei einer Maschine, welche mit in Längsrichtung Abstand voneinander aufweisenden umlaufenden Werk zeugen unterschiedlichen Durchmessers ausgerüstet ist, sieht die Erfindung vor, dass das hintere Werkzeug oder dessen Träger relativ zu dem vorderen Werkzeug in Längsrichtung verschiebbar an der Maschine angeordnet ist oder aus einzelnen, in das vom vorderen Werkzeug bestimmte Querschnittsprofil hinein einschwenkbaren oder einfahrbaren Teilen besteht.
Während beispielsweise ein tragender und mit Füh rungen versehener Teil der Maschine in üblicher Weise mit Hilfe von Stützschilden oder dgl. am Streckenstoss festgelegt ist, erhält der geführte Teil mit dem vorderen Schneidkopf seine Vorschubbewegung, so dass durch den genannten Schneidkopf der erste Teilquerschnitt aufge fahren wird. Hierbei befindet sich der hintere Schneid kopf in beispielsweise zurückgeschobener Ruhestellung.
Nach Vollendung der in ihrer Länge vorgegebenen Vorschubbewegung wird der geführte Teil wieder zu rückgezogen, worauf nun der hintere Schneidkopf in seine Arbeitsstellung gebracht werden kann und bei erneuter Vorschubbewegung nun den zweiten Teilquer schnitt ausarbeitet. Der tragende Teil der Maschine wird dann beispielsweise um den Vorschubweg weitergerückt und wieder aufs Neue am Streckenstoss festgelegt.
Bei verschiebbarem hinterem Schneidkopf kann in der Betriebsstellung die Herstellung der Antriebsverbin dung vorteilhaft über eine Verzahnung erfolgen. Weiter hin lässt sich für den Antrieb auch eine Teleskopwelle oder dgl. vorsehen.
Die vorliegende Maschine kann so ausgebildet sein, dass sie mindestens ein Werkzeug aufweist, das gegen solche anderer Durchmesser austauschbar ist.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 1 bis 5 eine Vortreibsmaschine in unterschiedli chen Arbeitsstellungen und Fig. 6 schematisch eine Einzelheit einer weiteren Ausführungsform der Vortriebsmaschine im Schnitt.
In den Figuren 1 bis 5 ist eine Ausführung einer Vortriebsmaschine nach der Eifindung in verschiedenen' Arbeitsphasen wiedergegeben. Die Maschine enthält einen Grundkörper 21; der mittels hydraulisch zu betäti- gender Stützschilde 22 am Streckenstoss festsetzbar ist. Im Grundkörper ist ein zu einer verschiebbaren Arbeitsein heit gehörendes Tragrohr 23 geführt, durch das eine Antriebswelle 24 für den Drehantrieb eines vorderen Schneidkopfes 25 hindurchgeht. Mit der Ziffer 26 sind hydraulische Vorschubzylinder bezeichnet.
Die Maschine ist ausserdem mit einem zweiten Schneidkopf 27 grösseren Durchmessers ausgestattet, der in einem das Tragrohr 23 umgebenden Ringteil 28 drehbar gelagert ist. Dieser Ringteil ist auf dem Tragrohr in dessen Längsrichtung mit Hilfe von Hydraulikzylin dern 29 verschiebbar, die an einem mit dem hinteren Ende des Tragrohres 23 verbundenen Antriebsgehäuse 30 angelenkt sind.
Die Drehbewegung des Schneidkopfes 27 kann über einen Zahntrieb von der Drehung der An triebswelle 24 abgeleitet sein oder auch mittels gesonder ter Antriebsglieder, beispielsweise über eine Teleskopwel- le, vom Antriebsgehäuse 30 her bewirkt werden.
Mit der Maschine wird in folgender Weise gearbeitet. Ausgehend von der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung, in der der Grundkörper 21 am Streckenstoss abgestützt ist, werden zunächst die Vorschubzylinder 26 ausgefah ren, so dass durch den vorderen Schneidkopf 25 ein erster kreisförmiger Teilquerschnitt der Strecke weiter vorgetrieben wird. Am Ende dieses Vorschubweges be finden sich die einzelnen Teile der Maschine in der in Fig. 2 gezeigten Lage. Der hintere Schneidkopf 27 ist in seiner am weitesten zurückgezogenen Relativstellung verblieben und noch nicht zum Einsatz gelangt.
Nun wird mittels der Vorschubzylinder 26 die gesam te Arbeitseinheit mit dem vorderen Schneidkopf 25 wieder zurückgezogen und es werden gleichzeitig die Verschiebezylinder 29 für den hinteren Schneidkopf 27 betätigt, so dass dieser nach vorne gebracht wird. Damit ergibt sich die Stellung nach Fig.3. Durch erneutes Ausfahren der Vorschubzylinder 26 wird die Arbeitsein heit wieder vorbewegt, wobei nun durch den hinteren Schneidkopf 27 der zweite, kreisringförmige Teilquer schnitt der Strecke aufgefahren wird. Die Situation nach Vollendung dieses zweiten Arbeitshubes zeigt Fig. 4.
Anschliessend wird nun der Grundkörper 21 der Maschine in der üblichen Weise weitergerückt und wieder am Streckenstoss festgesetzt. Dies ergibt dann die in Fig. 5 gezeigte neue Ausgangsstellung, die der Stellung nach Fig. 1 entspricht.
Eine andere Möglichkeit, um einen zweiten Schneid kopf an einem entsprechenden Teilquerschnitt einer Strecke zum Angriff zu bringen, ist in Fig. 6 wiedergege ben. Während der vordere Teil der Maschine demjenigen nach den Figuren 1 bis 5 entsprechen kann, ist hier auf einem Tragrohr 31 ein aus mehreren Teilen bestehender Ring 32 mittels Radial- und Axiallager 33, 34 drehbar gelagert. Zur Abstützung in Achsrichtung dient ein auf dem Tragrohr befestigtes Widerlager 35.
Der Schneid kopf ist bei dieser Ausführung in einzelne Teile 36 gegliedert, von denen jeder mittels eines Hydraulikzylin ders 37 um eine vom Ring 32 gehaltene Achse 38 schwenkbar ist, so dass sich eine mit ausgezogenen Linien gezeichnete Arbeitsstellung und eine mit strich punktierten Linien angedeutete Ruhestellung ergibt. Die Arbeitsweise ist im Prinzip die gleiche wie bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 5, wobei sinngemäss die eingeschwenkte Ruhestellung der Werkzeuge 36 bei der Ausführung nach Fig.6 der zurückgeschobenen Stellung des Schneidkopfes 27 bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 5 entspricht.
Für den Drehantrieb des Schneidkopfringes 32 lässt sich beispielsweise ein Zahnkranz 39 mit Innenverzah nung vorsehen, in die ein im Tragrohr 31 gelagertes Ritzel 40 eingreift, das seine Drehung wiederum von einem auf der zu einem vorderen Schneidkopf führenden Antriebswelle 41 sitzenden Zahnkranz 42 erhält. Ähnlich kann beispielsweise auch der Schneidkopf bei der Aus führung nach den Figuren 1 bis 5 angetrieben werden.