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1. WO2015007592 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUSKLEIDEN VON TUNNELWÄNDEN SOWIE TUNNELBOHRMASCHINE

Als nichtig betrachtet:  11.04.2016
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Verfahren und Vorrichtung zum Auskleiden von Tunnelwänden sowie

Tunnelbohrmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schrittweisen Auskleiden von Tunnelwänden mit zu einer Rolle aufgerollt bereitgestelltem, bahnformigem Material, eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens sowie eine Vortriebsmaschine mit einer derartigen Vorrichtung.

Die Verwendung des Begriffs„Tunnelwände" schließt die obere Tunnelwand, auch „Tunneldecke" bezeichnet ein. Unter„Auskleiden" ist nicht zu verstehen, dass die Tunnelwände zwingend vollständig mit dem bahnformigen Material überdeckt werden. Sondern unter „Auskleiden" soll im Rahmen dieser Patentanmeldung auch ein nur teilweises Abdecken der Tunnelwände mit dem bahnformigen Material verstanden werden. Mit dem Begriff„Tunnelbohrmaschine" wird jede Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen bezeichnet, insbesondere auch eine Maschine, mit der Gestein mit Hilfe der Hinterschneidtechnik abgetragen wird.

Es ist bekannt, die Tunnelwände von Tunneln, beispielsweise von Bergbau-Tunneln, kurz hinter der Ortsbrust mit bahnformigem Material auszukleiden, um ein Herabfallen von Erdreich zu vermeiden. Als bahnförmiges Material dienen vielfach Schutznetze, die vorzugsweise aus Stahldrähten bestehen. Das bahnformige Material wird hierzu regelmäßig von einer Rolle abgewickelt, wobei die Längsrichtung der Bahn regelmäßig quer zur Richtung, in welcher sich der Tunnel erstreckt, verläuft. Die Auskleidung erfolgt somit schrittweise, und zwar jeweils dann, wenn der Tunnel etwa um eine der Breite des bahnförmigen Materials entsprechenden Länge seit dem vorangegangenen Auskleidungsschritt vorgetrieben worden ist.

Aus der WO 2010/015339 A2 sind ein Verfahren zum Auskleiden von Tunnelwänden mit bahnformigem Material, insbesondere mit Schutznetzen und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung bekannt. Das bahnformige Material wird zu einer Rolle aufgerollt bereitgestellt. Zum Abwickeln des bahnförmigen Materials wird die Drehbewegung der Rolle gesteuert, wobei die Rolle maschinell entlang der Tunnelwand bewegt wird. Hierzu umfasst die aus der WO 2010/015339 A2 bekannte Vorrichtung eine Halterung zum Festhalten einer Achse, gegenüber der die Rolle mit dem bahnformigem Material drehbar angeordnet ist, Mittel zur Steuerung der Drehbewegung der Rolle um die Achse sowie Mittel zur schrittweisen Bewegung der Achse mit der Rolle aufnehmenden Halterung entlang der Tunnelwand quer zur Richtung, in der sich der Tunnel erstreckt.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren bzw. dieser Vorrichtung, dass in Vorschubrich-tung der Rolle die Befestigung des bahnförmigen Materials an der Tunnelwand stets kurz hinter der Rolle erfolgen muss, damit das bahnformige Material nicht unkontrolliert in die Tunnelbohrung„hineinhängen" kann. Die Verlagerung der Rolle entlang der Tunnelwand quer zur Längserstreckung des Tunnels erfolgt somit schrittweise, wobei nach einem Verlagerungsschritt unmittelbar hinter der Rolle eine Befestigung erfolgt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren, eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung sowie eine Tunnelbohrmaschine mit einer derartigen Vorrichtung zu schaffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt die Rolle in eine Position gebracht, die von der Tunnelwand beabstandet ist. In dieser Position wird die Rolle abrollbar fixiert. Anschließend wird maschinell das bahn- förmige Material entlang einer Bahnführungseinrichtung beabstandet zur Tunnelwand von der Rolle abgezogen. Dieser Vorgang kann im Gegensatz zu dem in der WO 2010/015339 offenbarten Verfahren kontinuierlich erfolgen, bis der gewünschte Bereich des Umfanges der Tunnelbohrung abgedeckt ist. Das bahnförmige Ma-terial wird erst nach dem Abrollen zumindest partiell maschinell gegen die Tunnelwand gedrückt. Anschließend wird das zumindest partiell gegen die Tunnelwand gedrückte bahnförmige Material an der Tunnelwand befestigt. Hierzu können an sich bekannte Verfahren, wie das Setzen von Schraub- oder Klebankern Verwendung finden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine schnelle, zuverlässige Auskleidung der Tunnelwand möglich. Ein Verlagern und Andrücken der zumindest in der ersten Phase des Abwickelvorganges schweren Rolle des bahnförmigen Materials ist nicht notwendig, so dass auf die Bereitstellung einer zum Heben und Drücken gegen die Tunnelwand derart schwerer Lasten geeignete Einrichtung, die zudem noch Mittel zur Steuerung der Drehbewegung der Rolle umfassen muss, verzichtet werden kann.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem bei einem Auskleidungsschritt (im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung, d.h. bezogen auf den Vortrieb der Tunnelbohrung) das bahnförmige Material vollständig von der Rolle abgewickelt wird. Die innerhalb der Tunnelbohrung zum Durchführen des Auskleidens zu transportierenden Rollen weisen aufgrund dieser Maßnahme ein minimales Gewicht auf. Darüber hinaus kann auf einen Trennvorgang abgewickelten bahnförmigen Materials von noch auf der Rolle befindlichem Material verzichtet werden, so dass auch eine dies ermöglichende Trennvorrichtung nicht erforderlich ist.

Zum Abrollen des aufgerollten bahnförmigen Materials wird bei dem erfindungs-gemäßen Verfahren vorzugsweise ein Zugelement an den außen auf der Rolle befindlichen freien Endbereich des bahnförmigen Materials angekoppelt und entlang der Bahnführungseinrichtung verlagert. Das bahnförmige Material wird mit Hilfe des Zugelements also abgezogen.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das bahnförmi-ge Material, nachdem es von der Rolle abgezogen worden ist, an mehreren, über den Umfang der auszukleidenden Tunnelwand verteilten Bereichen gegen die Tunnelwand gedrückt. Da der Andruck an mehreren Bereichen erfolgt, liegt das bahnformige Material über den gesamten auszukleidenden Bereich zumindest nahezu an der Tunnelwand unabhängig von der Form des Tunnelquerschnitts an. Dies ist insbesondere bei der Abwendung des Verfahrens in Verbindung mit Tunnelbohrmaschinen von Vorteil, mit denen unterschiedliche Tunnelquerschnitte (beispielsweise rund, halbrund oder nahezu eckig) erzeugt werden können.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Bereiche, in denen das bahnformige Material gegen die Tunnelwand gedrückt wird, etwa linienhaft ausgebildet sind und sich etwa parallel zur Längsrichtung desjenigen Tunnelabschnitts, der bei dem jeweili-gen Auskleidungsschritt ausgekleidet werden soll, erstrecken. Aufgrund dieser Maßnahme liegt das bahnformige Material in diesen Bereichen regelmäßig zumindest nahezu vollständig an der Tunnelwand an. Zwischen den Bereichen ist das bahnformige Material frei zugänglich und es kann hier die Befestigung an der Tunnelwand erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens ist gekennzeichnet durch

- eine Lagereinrichtung zur relativ zur Tunnelwand feststehenden, jedoch abroll- baren Lagerung von zu einer Rolle aufgerolltem, bahnförmigem Material, wobei die Lagereinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass die Drehachse der Rolle parallel zur Längsrichtung desjenigen Tunnelabschnitts, der bei dem jeweiligen Auskleidungsschritt ausgekleidet werden soll, ausgerichtet ist,

- eine Abrolleinrichtung, mittels welcher das bahnformige Material von der Rolle abrollbar ist,

- eine Bahnführungseinrichtung, mittels welcher das bahnförmige Material beabstandet zur Tunnelwand während eines Abrollvorganges führbar ist,

- eine Andruckeinrichtung, mittels welcher das abgerollte bahnförmige Material zumindest partiell gegen die Tunnelwand drückbar ist,

- eine Befestigungseinrichtung, mittels welcher das zumindest partiell gegen die Tunnelwand gedrückte Material an der Tunnelwand befestigbar ist.

Die Abrolleinrichtung umfasst vorzugsweise ein Zugelement, welches an einen freien, in Abrollrichtung vorderen Endbereich des bahnförmigen Materials ankoppelbar ist.

Handelt es sich bei dem bahnförmigen Material - wie häufig - um ein Schutznetz, so weist das Zugelement vorzugsweise Zughaken auf, die in die Maschen des Netzes im vorderen Endbereich einführbar sind.

Umfasst die Bahnführungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung - wie bevorzugt - mindestens zwei in Längsrichtung der in der Lagereinrichtung befind-liehen Rolle voneinander beabstandete Führungsschienen, so wird das bahnförmige Material während des Abziehens von der Rolle und der Bereitstellung mit Abstand von der Tunnelwand in zumindest zwei voneinander in Querrichtung des bahnförmigen Materials voneinander beabstandeten Bereichen unterstützt, wodurch einem unkontrollierten„Durchhängen" des bahnförmigen Materials ent-gegengewirkt wird.

Die Andruckvorrichtung umfasst vorzugsweise über den auszukleidenden Bereich der Tunnelwand verteilte Andruckelemente, die zwischen einer innerhalb einer von den Führungsschienen definierten Einhüllenden zurückgezogenen Ruheposition und einer aus der Einhüllenden herausragenden, das bahnförmige Material gegen die Tunnelwand drückende Andruckposition verlagerbar ist. Aufgrund dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass die Andruckelemente das Abziehen des bahnförmigen Materials von der Rolle entlang der Führungsschienen nicht behindern.

Die Andruckelemente umfassen vorzugsweise jeweils eine Andruckleiste, die etwa parallel zur Längsrichtung desjenigen Tunnelabschnitts, der bei dem jeweiligen Auskleidungsschritt ausgekleidet werden soll, verlaufen.

Die Andruckelemente sind dann vorzugsweise etwa U-förmig ausgebildet, wobei die jeweilige Andruckleiste von dem Querschenkel des U gebildet ist.

Die Andruckelemente sind - besonders bevorzugt - jeweils um eine sich parallel zur Andruckleiste erstreckende Schwenkachse verschwenkbar gelagert. Zur Verlagerung der Andruckelemente zwischen der Ruheposition und der Andruckposition ist dann lediglich ein Verschwenken um die Schwenkachse nötig.

Um die Verlagerung der Andruckelemente zwischen der Ruheposition und der Andruckposition bewirken zu können, sind vorzugsweise hydraulisch betätigbare Kolben/Zylindereinheiten vorgesehen.

Die Erfindung umfasst auch eine Tunnelbohrmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung - schematisch - dargestellt. Es zeigen:

diese Tunnelbohrmaschine in einer perspektivischen Ansicht der in Vortriebsrichtung rechten Seite der Tunnelbohrmaschine schräg von vorn;

Fig. 2 - ausschnittsweise - dieselbe Seite dieser Tunnelbohrmaschine von schräg hinten;

Fig. 3 die in Vortriebsrichtung gesehen linke Seite derselben Tunnelbohrmaschine in einer Ansicht von schräg vorn;

Fig. 4 - ausschnittsweise - dieselbe Seite dieser Tunnelbohrnnaschine in einer anderen perspektivischen Ansicht;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Lagereinrichtung mit bereitgestellter Rolle des bahnförmigen Materials in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 6 eine perspektivische Ausschnittsdarstellung der Abrolleinrichtung, mittels welcher das bahnförmige Material von der Rolle abrollbar ist;

Fig. 7 eine ausschnittsweise Einzeldarstellung der Lagereinrichtung, der

Abrolleinrichtung, einer Bahnführungseinrichtung, mittels welcher das bahnförmige Material beabstandet zur Tunnelwand während eines Abrollvorganges führbar ist sowie einer Andruckeinrichtung, mittels welcher das abgerollte bahnförmige Material zumindest partiell gegen die Tunnelwand drückbar ist;

Fig. 8 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung eines Teils der Bahnführungseinrichtung und der Andruckeinrichtung;

Fig. 9 die Tunnelbohrmaschine mit einer perspektivischen Ansicht der

Andruckeinrichtung in ihrem das aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte, bahnförmige Material gegen die Tunnelwand drückenden Betriebszustand sowie

Fig. 10 bis 13 verschiedene Momentaufnahmen des Vorganges des Abrollens,

Andrückens und Befestigens des bahnförmigen Materials an der Tunnelwand.

Die in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Tunnelbohrmaschine um-fasst eine Vortriebseinheit 1 , die Abtragswerkzeuge 2 - hier mehrere Schneidarme 3 - aufweist. Die Schneidarme 3 sind an einer während des Vortriebs rotationsan- getriebenen Basis 4 gelagert und werden individuell zum Ausarbeiten des Tunnelprofils während der Rotation der Basis 4 verschwenkt, so dass an den Abtragsar-men 3 drehbar gelagerte Schneidrollen 5 in Bahnen nach dem bekannten Hinterschneidprinzip Gestein von der Ortsbrust O des Tunnels ablösen.

Die Vortriebseinheit 1 ist mit einem Stützen 6 und ein Kettenfahrwerk 7 aufweisenden Schreitwerk 8 ausgestattet.

Oberhalb der Basis 4 ist ein Schutzschild 9 vorgesehen, welches die Basis 4 ge-gen von oben eventuell ablösendes Gestein schützt.

In Vortriebsrichtung gesehen hinter dem Schutzschild 9 ist an der Vortriebseinheit eine Vorrichtung 10 zum schrittweisen Auskleiden der Tunnelwand T vorgesehen, die weiter unten noch detailliert beschrieben werden wird.

Die Tunnelbohrmaschine 100 umfasst an die Vortriebseinheit 1 angekoppelte, weitere Einheiten 1 1 , 12 beispielsweise zur Bereitstellung der für den Antrieb der Vortriebseinheit benötigten Leistung und für den Abtransport von an der Ortsbrust O abgelöstem Gestein.

Die Vorrichtung zum schrittweisen Auskleiden 10 - wobei ein Auskleidungsschritt pro mit dem Schreitwerk 8 bewerkstelligten Vortriebsschritt durchgeführt wird -umfasst eine Lagereinrichtung 13 zur relativ zur Tunnelwand feststehenden, jedoch abrollbaren Lagerung von zu einer Rolle 14 aufgerolltem, bahnförmigen Ma-terial 15. Bei dem bahnförmigen Material 15 kann es sich insbesondere um ein Schutznetzmaterial handeln.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Lagereinrichtung 13 umfasst zwei entsprechend der Länge der Rolle 14 beabstandete Aufnahmehaken 16, in die ein seitlich über die Rolle 14 überstehender Wickelkern 17 einhängbar ist.

Ferner umfasst die Vorrichtung zum schrittweisen Auskleiden der Tunnelwand eine Abrolleinrichtung 18, mittels welcher das bahnformige Material 15 von der Rolle 14 abrollbar ist. Die Abrolleinrichtung 18 umfasst ein Zugelement 19, welches an einen freien, in Abrollrichtung A vorderen Endbereich 20 des bahnförmi-gen Materials 15 ankoppelbar ist. Da es sich bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel bei dem bahnförmigen Material 15 um ein Schutznetzmaterial handelt, umfasst das Zugelement 19 Zughaken 21 , die in Maschen des Schutznetzmaterials eingreifen.

Ferner umfasst die Vorrichtung 10 zum schrittweisen Auskleiden der Tunnelwand eine Bahnführungseinrichtung 22, mittels welcher das bahnformige Material 15 beabstandet zur Tunnelwand T während eines Abrollvorganges führbar ist. Diese Bahnführungseinrichtung 22 weist zwei in Längsrichtung L der in der Lagereinrichtung 13 befindlichen Rolle voneinander beabstandete Führungsschienen 23, 23'. Während des Abrollvorganges liegt das bahnformige Material 15 von oben auf den Führungsschienen 23, 23' auf. Ferner wird auch das Zugelement 19 von den Führungsschienen 23, 23' geführt, während es mittels einer umlaufenden Kette 24, die in der Zeichnung lediglich ausschnittsweise dargestellt ist, verlagert wird, indem es ebenfalls oben auf den Führungsschienen 23, 23' aufliegt.

Ferner umfasst die Vorrichtung 10 zum schrittweisen Auskleiden der Tunnelwand eine Andruckeinrichtung 25, mittels welcher das abgerollte bahnformige Material 15 zumindest partiell gegen die Tunnelwand T drückbar ist.

Die Andruckeinrichtung 25 weist über den auszukleidenden Bereich der Tunnelwand verteilte Andruckelemente 26 auf, die zwischen einer innerhalb einer von den Führungsschienen definierten Einhüllenden zurückgezogenen Ruheposition (s. beispielsweise Fig. 2) und einer aus der Einhüllenden herausragenden, das bahnformige Material 15 gegen die Tunnelwand T drückende Andruckposition (s. beispielsweise Fig. 9) verlagerbar ist.

Jedes der Andruckelemente 26 umfasst eine Andruckleiste 27, die etwa parallel zur Längsrichtung desjenigen Tunnelabschnitts, der bei dem jeweiligen Ausklei-

dungsschritt ausgekleidet werden soll, verläuft. Die Andruckelemente 26 sind etwa U-förmig ausgebildet, wobei die jeweilige Andruckleiste 27 von dem Querschenkel des U gebildet ist.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Andruckleiste 27 walzenartig ausgebildete Andruckteile 28, deren Durchmesser größer ist als Rohrabschnitte, welche die Seitenschenkel des jeweiligen Andruckelements 26 bilden.

Die Andruckelemente 26 sind jeweils um eine sich parallel zur Andruckleiste 27 erstreckende Schwenkachse S verschwenkbar an den Führungsschienen 23, 23' gelagert. Zur Verlagerung der Andruckelemente 26 zwischen der Ruheposition (Fig. 2) und der Andruckposition (Fig. 9) dienen hydraulisch betätigbare Kolben/Zylindereinheiten 29.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 10 bis 13 weiter erläutert werden.

Nach Verlagerung der Vortriebseinheit 1 mit Hilfe des Schreitwerks 8 und Bereitstellung einer Rolle von aufgerolltem, bahnförmigem Material 15 wird das Zugelement 19 mit dem vorderen Endbereich 20 des bahnförmigen Materials 1 5 verbunden. Anschließend wird das Zugelement 19 (in Fig. 10 bis 1 3 nicht dargestellt) mit Hilfe der Kette 24 kontinuierlich entlang der Führungsschienen 23, 23' (in Fig. 10 bis 13 ebenfalls nicht dargestellt), bis der vordere Endbereich 20 die der Lagereinrichtung 13 etwa gegenüberliegende Position erreicht hat und das bahnförmige Material 15 vollständig von der Rolle 14 abgerollt ist.

Fig. 10 zeigt eine Momentaufnahme, bei welcher sich der vordere Endbereich 20 kurz vor dem Zenit der Tunnelwand befindet, mit anderen Worten: die Rolle 14 knapp zur Hälfte abgerollt ist. Fig. 1 1 zeigt eine Momentaufnahme, bei welcher sich der vordere Endbereich 20 bereits jenseits des Zenits befindet, die Rolle 14 etwa zu zwei Drittel abgerollt ist.

Während des Abrollvorganges befinden sich die Andruckelemente 26, in Fig. 10 bis 13 nur teilweise erkennbar, in der zurückgezogenen Ruheposition.

Nachdem die Rolle 14 vollständig abgerollt worden ist, sich somit der vordere Endbereich 20 etwa gegenüber der Lagereinrichtung 13 befindet, wird die Abrolleinrichtung außer Betrieb gesetzt. Anschließend werden die Andruckelemente 26 mit Hilfe der Kolben/Zylindereinheiten 29 in ihre in Fig. 12 und 13 dargestellte Andruckposition verlagert, in welcher sie das bahnformige Material 15 gegen die Tunnelwand T drücken.

In diesem Betriebszustand werden Ankersetzvorrichtungen 31 aktiviert und das bahnformige Material 15 mit Hilfe von Ankern 30, die in die Tunnelwand T eingebracht sind, befestigt. In Fig. 13 sind zwei Anker lediglich beispielhaft dargestellt. Die Befestigung erfolgt regelmäßig mit einer Vielzahl derartiger Anker.

Bezuqszeichenliste:

100 Tunnelbohrmaschine

1 Vortriebseinheit

2 Abtragswerkzeuge

3 Abtrag sarme

4 Basis

5 Schneidrollen

6 Stützen

7 Kettenfahrwerk

8 Schreitwerk

9 Schutzschild

10 Vorrichtung zum schrittweisen Auskleiden

1 1 Einheit

12 Einheit

13 Lagereinrichtung

14 Rolle

15 bahnförmiges Material

16 Aufnahmehaken

17 Wickelkern

18 Abrolleinrichtung

19 Zugelement

20 vorderer Endbereich

21 Zughaken

22 Bahnführungseinrichtung

23, 23' Führungsschienen

24 Kette

25 Andruckeinrichtung

26 Andruckelemente

27 Andruckleiste

28 Andruckteile

29 Kolben/Zylindereinheiten

Anker

Ankersetzeinrichtungen

Abrollrichtung

Ortsbrust

Schwenkachse

Tunnelwand