DE3908540A1

DE3908540A1 - Verfahren zum auffahren eines untertageraumes, insbesondere einer strecke oder eines tunnels

Info

Publication number: DE3908540A1
Application number: DE19893908540
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Paurat; Roland Paurat
Original assignee: PAURAT GmbH
Current assignee: Howden Paurat GmbH
Priority date: 1988-03-19
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1989-09-28
Anticipated expiration: 2009-03-17
Also published as: DE3908540C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffahren eines Untertage raumes, insbesondere einer Strecke oder eines Tunnels, mit Hilfe der Teilschnitt-Auffahrmaschine mit einem Fahrwerk und einem Gesteinsbe arbeitungsaggregat, wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat zumindest einen Ausleger mit Auslegerantrieb sowie zumindest einen Schneidkopf mit aufgesetzten Schneidmeißeln und Schneidkopfantrieb aufweist und wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat einer gesteinsabhängigen Steuerung unterworfen wird. Gesteinsabhängige Steuerung meint insbe sondere eine Steuerung dahingehend, daß die Andrückkraft des Ge steinsbearbeitungsaggregates in allen Gesteinsarten gleich groß ist. Gesteinsabhängige Steuerung meint insbesondere, daß die Steuerung nach Maßgabe bestimmter Gesteinsarten einer geologischen Formation erfolgt. Sie erfolgt also unterschiedlich, wenn der Untertageraum z.B. in einer Kalksteinformation oder in einer besonderen Sandsteinformation aufgefahren wird oder beim Auffahren unterschiedliche Formationen durchfahren werden. Es versteht sich, daß der Schneidkopf im übrigen beim Auffahren eines Untertageraumes so bewegt wird, wie es die aufzu fahrende Geometrie verlangt. Der Ausdruck Schneidkopf umfaßt auch Schneidwalzen, insbesondere sogenannte Helix-Schneidwalzen.

Im Rahmen des aus der Praxis bekannten Verfahrens, von dem die Er findung ausgeht, erfolgt die Steuerung nach Maßgabe einer Augenin spektion, die der Maschinenführer der Teilschnitt-Auffahrmaschine durchführt. Das verlangt hohe Aufmerksamkeit sowie besondere Erfah rung und ist häufig nicht hinreichend genau. Im übrigen besteht keine Möglichkeit, die Ergebnisse der Augeninspektion dokumentarisch festzu halten, beispielsweise einen Rechner zuzuführen und dort zu speichern, um nach Maßgabe unterschiedlicher Gesteinsarten und/oder Formationen den Ausbau einzurichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auffah ren eines Untertageraumes, insbesondere einer Strecke oder eines Tun nels, mit Hilfe einer Teilschnitt-Auffahrmaschine mit einem Fahrwerk und einem Gesteinsbearbeitungsaggregat anzugeben, welches es erlaubt, die gesteinsabhängige Steuerung nach sehr genauen Meßwerten auszu führen. Darüber hinaus soll das Verfahren so geführt werden, daß beim Auffahren auch Informationen über die notwendige Tragfähigkeit des einzubringenden Ausbaus gewonnen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß zumindest ein für die Leistungsaufnahme von zumindest einem der Antriebe (Auslegeran trieb und/oder Schneidkopfantrieb) wesentlicher Parameter gemessen und analysiert wird, wobei ein Parametermittelwert und eine super ponierte Parameterfrequenz, die mit der Frequenz der Rotation des Schneidkopfes im Zusammenhang steht, mit dieser also korreliert, er mittelt werden und daß die gesteinsabhängige Steuerung nach Maßgabe dieser Parameterfrequenz vorgenommen wird. Die Bildung eines Mittel wertes verlangt eine Bezugsgröße. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird der Parameter zeitabhängig gemessen und analy siert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Parameter in Abhän gigkeit vom Weg des Auslegers und/oder des Schneidkopfes zu messen und zu analysieren. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Parameter sowohl zeitabhängig als in Abhängigkeit vom Wege des Auslegers und/ oder des Schneidkopfes zu messen. Der Mittelwert kann gemessen und/ oder als zeitlicher Mittelwert oder wegabhängiger Mittelwert gebildet werden. Der Mittelwert kann aber auch durch die theoretische Lei stungsaufnahme des Antriebs bzw. durch einen Parameter der theoreti schen Leistungsaufnahme des entsprechenden Antriebs vorgegeben werden.

Der Parameter, der erfindungsgemäß gemessen wird, bildet, über die Zeit oder über den Weg, ein Schwingungsspektrum. Es kann beispiels weise nach Maßgabe einer Fourier-Analyse in Einzelschwingungen zer legt werden. Soweit die Frequenzen der Einzelschwingungen mit der Frequenz der Rotation des Schneidkopfes im Zusammenhang stehen, er lauben die Frequenzen und/oder das Frequenzspektrum und/oder die Amplituden Aussagen über die physikalischen Parameter des Gesteins, anders ausgedrückt, eine Identifizierung des Gesteins, und zwar auch in bezug auf die Standfestigkeit. Folglich kann auch eine Aussage über die Kräfte gemacht werden, die der Ausbau aufzunehmen hat, und der Untertageraum kann so aufgefahren werden, daß ein Ausbau entsprechender Tragfähigkeit eingebracht werden kann, ohne daß der notwendige freie Querschnitt des Untertageraumes Beschränkungen er fährt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Werkzeuge des im Gestein arbeitenden Schneidkopfes eine Frequenz erzeugen, die sich gleichsam rückwirkend den angegebenen Parametern superponiert. Fre quenz meint dabei Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit bzw. pro Wegeinheit. Wie bereits erwähnt, versteht es sich, daß im allgemeinen ein Spektrum von superponierten Parameterfrequenzen, die mit der Fre quenz der Rotation des Schneidkopfes korreliert sind, erzeugt wird. Mit den Hilfsmitteln der modernen Elektronik kann aus diesem Spektrum ohne weiteres eine für die gesteinsabhängige Steuerung besonders brauchbare, nämlich besonders ausgeprägte, Parameterfrequenz ausge wählt werden. Aber auch das gesamte Spektrum kann ausgewertet werden. Überraschenderweise ist die Parameterfrequenz oder sind die Parameterfrequenzen und/oder die Amplituden von dem Gestein abhän gig, in dem der Schneidkopf arbeitet. Folglich können für jede Teil schnitt-Auffahrmaschine jedem Gestein eine Bezugsfrequenz oder deren mehrere zugeordnet werden. Wird eine Parameterfrequenz ermittelt, die der Bezugsfrequenz entspricht, so ist auch eine Identifizierung des Ge steins möglich. Es versteht sich, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Umdrehungszahl des Schneidkopfes vorzugsweise konstant hält. Man kann aber auch mit variablen Umdrehungszahlen des Schneid kopfes arbeiten. Dann gehören zu den unterschiedlichen Drehzahlen auch unterschiedliche Parameterfrequenzen, die für die gesteinsabhän gige Steuerung eingesetzt werden können. Die Steuerung ist insbeson dere eine Steuerung auf gleichen Anpreßdruck des Schneidkopfes. Es versteht sich, daß alle beschriebenen Maßnahmen mit Rechnerunterstüt zung durchgeführt werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung des Verfahrens. In der Ausführungsform mit einem elektrischen Antrieb ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Parameter, beispielsweise ein Spannungsabfall und/oder der Strom, gemessen und analysiert werden. In der Ausführungsform mit einem hydraulischen Antrieb ist das erfin dungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein hydrodynami scher Parameter, beispielsweise der Druck und/oder die Geschwindig keit des dem Antrieb zuströmenden hydraulischen Mediums, gemessen und analysiert werden. Es empfiehlt sich, die Parameter stets bei blockiertem Fahrwerk zu messen. Besonders bewährt hat sich die Maß nahme, lediglich einen für die Leistung des Auslegerantriebes wesent lichen Parameter zu messen.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, außerdem eine spezifische Lösear beit W _SP als Parameter für die gesteinsabhängige Steuerung zu mes sen, und zwar mit der Maßgabe, daß bei blockiertem Fahrwerk der ar beitende Schneidkopf mit Hilfe des Auslegers aus einer Meßnullage heraus in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung über einen vorgegebenen Meßweg in der Ortsbrust der Strecke bewegt wird und dabei eine spezifische Lösearbeit W _SP als Identifizierungsparameter gemessen wird,

W _SP = (A _E + SF _A)/H,

wobei A _E die längs des Meßweges dem Schneidkopfantrieb zugeführte elektrische Arbeit, SF _A die längs des Meßweges dem Auslegerantrieb abgenommene mechanische Arbeit aus dem Produkt von am Schneidkopf wirkende Andrückkraft F _A und Weg S des Schneidkopfes längs des Meß weges sowie H das Volumen des längs des Meßweges hereingewonnenen Haufwerks bedeuten, und daß für jedes identifizierungsbedürftige Ge stein ein dem Gestein zugeordneter Eichwert durch eine Eichfahrt des Meßkopfes längs des vorgegebenen Meßweges in dem entsprechenden Gestein oder labormäßig ermittelt wird. Den vorstehend beschriebenen Maßnahmen und den daran angeschlossenen kommt im Rahmen der Er findung selbständige Bedeutung zu. Man kann aus der spezifischen Lösearbeit auch die spezifische Löseleistung bilden und diese als Iden tifizierungsparameter einsetzen. Es versteht sich, daß bei diesen Maß nahmen der Meßweg zweckmäßigerweise mit über seine Länge gleiche Einstechtiefe und gleicher Schneidvorgabe durchfahren und dadurch, gleichsam geometrisch aus den Schneidspurparametern des Schneidkop fes, das Volumen des hereingewonnenen Haufwerks bestimmt wird.

Claims

1. Verfahren zum Auffahren eines Untertageraumes, insbesondere einer Strecke oder eines Tunnels,
mit Hilfe einer Teilschnitt-Auffahrmaschine mit einem Fahrwerk und einem Gesteinsbearbeitungsaggregat,
wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat zumindest einen Ausleger mit Auslegerantrieb sowie zumindest einen Schneidkopf mit aufgesetzten Schneidmeißeln und Schneidkopfantrieb aufweist und wobei das Gesteins bearbeitungsaggregat einer gesteinsabhängigen Steuerung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein für die Leistungsaufnahme von zumindest einem der Antriebe wesent licher Parameter gemessen und analysiert wird, wobei ein Parameter mittelwert und eine superponierte Parameterfrequenz, die mit der Fre quenz der Rotation des Schneidkopfes im Zusammenhang steht, ermittelt werden, und daß die gesteinsabhängige Steuerung nach Maßgabe der Parameterfrequenz vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter zeitabhängig gemessen und analysiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter in Abhängigkeit vom Weg des Auslegers und/oder des Schneidkopfes gemessen und analysiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Ausführungs form mit einem elektrischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Parameter, beispielsweise ein Spannungsabfall und/oder der Strom, gemessen und analysiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in der Ausführungs form mit einem hydraulischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydrodynamischer Parameter, beispielsweise der Druck und/oder die Geschwindigkeit des dem Antrieb zuströmenden hydraulischen Mediums, gemessen und analysiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß der Parameter bei blockiertem Fahrwerk gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß ein für die Leistung des Auslegerantriebes wesentlicher Para meter gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und unabhängig da von, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine spezifische Lösearbeit W _SP als Parameter für die gesteinsabhängige Steuerung gemessen wird, mit der Maßgabe, daß bei blockiertem Fahrwerk der arbeitende Schneid kopf mit Hilfe des Auslegers aus einer Meßnullage heraus in horizon taler Richtung und/oder in vertikaler Richtung über einen vorgege benen Meßweg in der Ortsbrust der Strecke bewegt wird und dabei eine spezifische Lösearbeit W _SP als Identifizierungsparameter gemessen wird, W _SP = (A _E + SF _A)/H,wobei A _E die längs des Meßweges dem Schneidkopfantrieb zugeführte elektrische Arbeit, SF _A die längs des Meßweges dem Auslegerantrieb abgenommene mechanische Arbeit aus dem Produkt von am Schneidkopf wirkende Andrückkraft F _A und Weg S des Schneidkopfes längs des Meß weges sowie H das Volumen des längs des Meßweges hereingewonnenen Haufwerks bedeuten, wobei für jedes identifizierungsbedürftige Gestein ein dem Gestein zugeordneter Eichwert durch eine Eichfahrt des Meß kopfes längs des vorgegebenen Meßweges in dem entsprechenden Gestein oder labormäßig ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus der spezifischen Lösearbeit die spezifische Löseleistung gebildet und diese als Identitätsparameter eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Meßweg mit über seine Länge gleicher Einstechtiefe und gleicher Schneidvorgabe durchfahren und dadurch, gleichsam geo metrisch aus den Schneidspurparametern des Schneidkopfes, das Volumen des hereingewonnenen Haufwerks bestimmt wird.

11. Anwendung der in einem der Ansprüche 1 bis 10 beschriebenen Maßnahmen zur Bestimmung der Standfestigkeit des Gesteins sowie zur Festlegung der Tragfähigkeit eines einzubringenden Ausbaus.