DE69024967T2 - Tunnelbohrgerät und verfahren zum wegräumen des bohrabfalls - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Tunnelbohrgerät, versehen mit einem Bearbeitungswerkzeug, das aus einem rotierenden Bohrereinheit und einem von der Tunnelwand gestützen Schutzrohrsystem besteht, und auf eine Methode zur Fortschaffung des Bohrungsabfalls aus dem im Schutzrohr liegenden Bearbeitungswerkzeug. Die Erfindung bezieht sich besonders auf eine Methode laut der Vorerklärung im Patentanspruch 1 und ein Gerät laut der Vorerklärung im Patentanspruch 3.
• Von früher her ist ein mit Bearbeitungswerkzeug versehenes Bohrgerät, z;B. von dem US-patent 4,122,683, bekannt. In der Offenlegungsschrift ist eine Bohrerspitze dargestellt, die beim Bohren in die Vorderwand des Tunnels rotiert. Das losgebohrte Material wird zum Schutzrohr der Bohrerspitze und weiter auf die Rückseite des Geräts getrieben. Das Gerät hat mehrere fest an die Tunnelwände gestützte Greiforgane, womit die Bohrrichtung gesteuert werden kann, indem sie das Schutztrohr stützen, und das Werkzeug oder den bewgelichen Teil in der Bohrerspitze in die gewünschte Richtung, z.B. mit Drehzylindern, lenken können.
• In dem US-PATENT 2,919,121 ist ein mit Werkzeug versehenes Tunnelbohrgerät dargestellt, wo das losgebohrte Material in ein rotierendes Rohr eingefördert wird. Ausserhalb des Rohres ist ein zweites Rohr, das eigentliche Schutzrohr, das die Bohrerspitze umhüllt. Dieses Rohr ist mit Rädern und ausdehnenden Ringsegmenten gegen die Tunnelwände gestützt und Reglierung der Bohrungsrichtung geschiet mit diesen Rädern und Ringsegmenten.
• Der Nachteil der oben beschriebenen Ausführungen ist, dass das ausgegrabene Material beim Bohren zum Tunnelboden frei herunterfallen kann, denn die in den Werkzeugen angewendeten Bohrstähle sind im Verhältnis zu dem Schutzrohr solcher Weise angeordnet. Es bleibt zwischen dem Schutzrohr und den Bohrstählen ein leerer Raum, wohin sich das lose Material einfach häufen kann. Es ist sehr kompliziert das Material zwischen Schutzrohr und Förderrohr hineinzukriegen, und kaum möglich beim Eindrängen in ungebrochenen Felsen. Es bleibt immer in solchen Fällen etwas Bohrungsabfall in dem Tunnel, welches die Richtung der Vorwärtsbewegung der Boherspitze stört, denn die Steuerung geschiet durch Lehnen an die Tunnelwände. In diesen Fällen häuft sich, besonders in der unteren Teilen des Tunnels, hinderliches Material, das sich zwischen Schutzrohr und Tunnel eindrängt.
• DE-A-35 14563 beschreibt ein Tunnelbohrgerät mit einer rotierenden Bohrereinheit, bestehend aus einem Bohrstahl und Bohrstahlhalter sowie einem Schutzrohrsystem, das bei Betätigung des Bohrgerätes von den Tunnelwänden gestützt wird. Der Vorderteil des Schutzrohrs überlappt und schliesst sich gleitend an das Hinterende, d.h. an den Bohrstahlhalter der Bohrereinheit, in der Weise, dass die Bohrstahleinheit in der Längsrichtung und umdrehend im Verhältnis zu dem Schutsrohrsystem beweglich ist. Die Bohrstahl-einheit hat Öffnungen, durch welche das von der Vorderwand des Tunnels ausgeschnittene Erd- oder Steinmaterial rückwärts in das Schutzrohr von der Vorderseite des Bohrstahls fliesst.
• Nachteil eines tunnelbohrenden Gerätes laut DE-A-35 14563 ist, die Tatsache, dass, anstatt durch die Bohrereinheit auszugelangen, strebt ein Teil des von dem Bohrstahl ausgechnittenen Erd- oder Steinmaterials um die Peripherie der Bohrereinheit in den Raum zwischen Aussenseite des Schutzrohrs und die Tunnelwand einzufliessen, wobei die Steuerung der Richtung bei Betätigung des bearbeitenden Werkzeuges behindert wird.
• Mit einer Methode und Gerät laut dieser Erfindung wird eine massgebende Verbesserung der obenerwähnten Nachteilen erzielt. Um dies zu verwirklichen ist die Methode und das Gerät dadurch gekennzeichnet, was in den beigefügten Patentanspruchen beschrieben worden ist.
• Als der wichtigste Vorteil der Erfindung kann die Tatsache be trachtet werden, dass die Bohrerspitze sich an die Innenwände des wirklich abfallfreien Tunnels lehnen kann, welches es möglich macht, einen einfachen, sich direkt vorwärts bearbeitenden und ohne irgendwelche Betätigungsgeräten versehenen Bohrerspitze zu anzuwenden. Dazu blockiert die Überlappnaht den Zutritt von losem Erdmaterial von Oberseite des Tunnels auf den Halsteil des Bohrstahls, wo es unmittelbar die Hubbewegung des Bohrstahls stoppen würde. Am vorteilhafsten wird die Methode dieser Erfindung in Tunneln von kleinen Durchmessern, am besten unter 800 mm, angwendet. Der Vorteil dieser Erfindung wird noch dadurch grösser, dass es sehr kompliziert ist, Bohrerspitzen mit kleinen Durchmessern mit Betätigungsgeräten zu versehen.
• Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich beschrieben, unter Hinweis auf die Beigefügte Zeichnung, wo
• Fig. 1 eine Bohrerspitze mit einem Werkzeug darstellt.
• Fig. 2 ein auf dem Tunnelboden liegendes, von den lenkenden Tunnelwänden gestütztes Bohrgerät darstellt.
• Das bearbeitende Werkzeug laut Figur 1 besteht aus einem Bohrstahl 1 und einem Bohrstahlhalter 51 mit öffnungen 2, durch welche die Bohrungsabfälle von der Vorderseite des Bohrstahls mit Druckluft zu den Schutzrohren 3,7 gefördert werden. Pressluft kommt über eine Leitung 8 in das Werkzeug hinein, und wenigstens ein Teil dieser Luft wird zu der Vorderseite des Bohrstahls zur Fortschaffung des Bohrungsabfalls geleitet. Es gibt zwischen dem Bohrstahlhalter und seinem Schutzrohr 3 eine Überlappnaht, die den Zutritt des Bohrungsabfalls auf die Aussenseite des Schutzrohrs blockiert. Die Lage und Richtung der Öffnungen 2 ermöglichen das Produzieren einer Ejektorwirkung in der Überlappnaht, sodass auch die Bohrungsabfälle, die irgendwie den Bohrstahl haben passieren können, in das Schutzrohr eingesaugt werden. Ein mit Öffnungen versehener Lappenring 52 ist in das Schutzrohr montiert, liegt aber auch in dem Nut im Werkzeug um somit die Überlappnaht zu arretieren, wenn der Bohrereinheit in Bewegung ist.
• Das Schutzrohr besteht aus zwei Teilen, der eine 7 an den anderen 6 mit Schrauben befestigt. Das Werkzeug ist mit Rollen 5,17 gegen die Schutzrohre gestützt. Der hydraulische Zylinder 10, die Kolben 11 und die Kolbenstange 9 arbeiten als ein Drucklager. Das mit Rippung 14 versehenes, rotierendes Förderrohr 15 schiebt Bohrungsabfall nach hinten. Die zu der Bohrerspitze gerichtet Pressluftleitung und die hydralischen Leitungen 19,20 sind auf die Rückseite dieser Rippung angeordnet. Druckluft wird von dem rotierenden Rohr mit Hilfe eines Strömungsrings 12 zu einem unbeweglichen Rohr geleitet. Der Kollektorring ist mit Stützen 18 gegen das Schutzrohr gesichert.
• Das Werkzeug 25 in Figur 2 hat einen Bohrstahl 21 und einen Bohrstahlhalter 51. Druckluft wird auch zu der Vorderseite des Bohrstahls, und weiter durch den Bohrstahl und seine Öffnungen in die Schutzrohre 23,28 geleitet, um Bohrungsabfall mit sich zu fördern. Die Bohrerspitze ist mit einem Stützlager 24 gesichert. An die Stützpunkten, mit denen sich die Schutzrohre an den Tunnelboden lehnen, sind Regulierringe 26,36 mit Schrauben befestigt. Regulierringe verschiedener Höhe oder nur Schleifsupporte 38 können auf der Unterfläche der Schutzrohre verwendet werden. Die gegenseitige Position der Schutzrohre kann mit Drehzylindern 46, die an die Schutzrohre mit Stützen 45 gesichert sind, reguliert werden. Die Rotationsbewegung wird zum Werkzeug mit Förderrohr 39 gebracht, das eine innere Ribbung 40 hat. Die Pressluftleitung 42 und die hydraulischen Leitungen 41 sind am Hinterende dieses Förderrohrs angeordnet. An das Vorderende des Förderrohrs is ein zylindrischer Teil mit Supporten 38 befestigt, dessen Frontoberfläche als Drucklagerfläche und Mantelfläche als Radiallagerfläche funktioniert. Von diesem Teil wird die Rotationsbewegung mittels einer Buchse 30 zum Werkzeug übertragen. Die Innenbuchse 43 rotiert auch, und auf ihrer Innenseite wird Bohrungsabfall zum Förderrohr übertragen. Um der Buchse 30 ist ein unbeweglicher Verteiler des hydraulischen Drucks 33 mit einem Lappenring 32 auf seinem Platz gestützt. Die Rollensyteme 34 funktonieren als ein Drucklager und die Rollen 35 als ein Lager.

Claims (8)

1. Eine Methode zur Fortschaffung von Bohrungsabfall eines Bohrgeräts, das mit einem bearbeitenden Werkzeug (4; 25) in den Erdboden oder Felsen einen Tunnel eintreibt, besthend aus einer rotierenden Bohrereinheit (1,51; 21,51;) und einem, von den Tunnelwänden gestützten Schutzrohrsystem (3,7; 26,28), das mit dem Bohrstahl eine ringförmige Überlappnaht formt, die genannte Bohrereinheit bestehend aus einem Bohrstahl (1; 21) und einem Bohrstahlhalter (51), wo der Bohrungsabfall von der Vorderseite des Bohrstahls rückwärts durch Öffnungen (2; 22) zu dem Bohrereinheit mit Druckluft oder -wasser getrieben wird, gekennzeichnet dadurch, dass Bohrungsabfall, der den Bohrstahl von dessen Oberseite überflossen hat, durch die überlappnaht in das Schutzrohrsystem (3,7, 23,28) gefördert wird, womit das Gelangen des Bohrungsabfalls ausserhalb des Schutzrohrsystems verhindert wird.

2. Eine Methode gemäss Patentanspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass in der Überlappnaht eine nach Innen gerichete Saugwirkung entsteht, durch Ejektorwirkung der Luftströmung durch Öffnungen (2; 22) im Bohrereinheit in das Schutzrohrsystem (3,7, 23,28).

3. Ein Gerät zum Eintreiben eines Tunnels in Erdboden oder Felsen, bestehend

aus einem rotierenden Bohrereinheit (1,51; 21,51), der einen Bohrstahl (1; 21) und einen Bohrstahlhalter (5) enthält, und Öffnungen (2; 22) zur Fortschaffung des Bohrungsabfalls von der Vorderseite des Bohrstahls durch den erwähnten Bohrereinheit in der Richtung des hinteren Endes des Geräts, und

einem Schutzrohrsystem (3,7; 23,28), das von den Tunnelwänden gestützt wird und mit der Peripherie des Bohrereinheits (1,21; 21,51) eine ringförmige Überlappnaht formt, um Längsbewegung und Rotierung des Bohrereinheits im Verhältnis zu dem Schutzrohrsystem zu ermöglichen,

gekennzeichnet dadurch, dass die Überlappnaht so angeordnet ist, dass Bohrungsabfall von der Peripherie des Bohrstahls (l;21) durch die Naht in das Schutzrohrsytem mit Pressluft oder -wasser gefördert werden kann.

4. Ein Gerät gemäs Patentanspruch 3 gekennzeichnet dadurch, dass die Überlappnaht, wenn das bearbeitende Werkzeug (4; 25) betätigt wird, wenigstens so lang ist, wie der Abstand den sich der Bohrereinheit (1,51; 21,51) in der Längsrichtung, im Verhältnis zu dem Schutzrohr (3,7; 23,28), bewegen kann.

5. Ein Gerät gemäs Patentanspruch 3 gekennzeichnet dadurch, dass es auch Anschlagmittel (24, 52) zur Begrenzung der relativen Längsbewegung des Bohrstahls und des Schutzrohrsystems enthält.

6. Ein Gerät gemäs Patentanspruch 5 gekennzeichnet dadurch, dass die bewegungsbegrenzeden Anschlagmittel eine ringförmige Flansche (52) in der Innenwand des Schutzrohrsystems (3,7) enthalten.

7. Ein Gerät gemäs Patentanspruch 6 gekennzeichnet dadurch, dass die bewegungbegrenzenden Anschlagmittel dazu noch einen ringförmigen Nut um den Bohrereinheit (1; 51) enthalten, worin die ringförmige Flansche (52) bewegbar ist und die Bewegung der Flansche von den Wänden der Nute begrenzt wird.

8. Ein Gerät gemäss irgendeinem der Patentansprüchen 3-7 gekennzeichnet dadurch, dass die Öffnungen (2; 22) in dem Bohrereinheit (1,51; 21,51) so angeordnet und gerichtet sind, dass sie, durch Ejektorwirkung der Luftströmung durch die Öffnungen in das Schutzrohrsystem (3,7; 26,28), eine Saugwirkung nach Innen in der Überlappnaht produzieren.