DE68912124T2

DE68912124T2 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung unterirdischer leitungen.

Info

Publication number: DE68912124T2
Application number: DE68912124T
Authority: DE
Inventors: Valto Ilomaeki
Original assignee: MAASTEK KY
Current assignee: MAASTEK KY
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2009-04-12
Also published as: US5125768A; EP0412092B1; EP0412092A1; RU1836565C; AU633820B2; DE68912124D1; WO1989010467A1; JPH03504524A; AU3433689A; FI881964A; FI881964A0; CA1334482C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode und Ausrüstung zur Herstellung von Tunneln für unterirdischen Rohrkolonnen ohne Erde auf die Rohrkolonne zu verschieben. Wegzuräumende Erde und Steinmasse wird mit einer bekannten Methode losgemacht. Förderung des losen Materials aus dem Tunnel geschieht mit einer auf Walzen im Rohr rotierenden Fördertrommel, die in die Erde einzubauen ist.
Das Bauen von unterirdischen Rohrkolonnen kann mit vielen verschiedenen Fertigungprinzipen vorgenommen werden. Am einfachsten wird es so gemacht, dass man Erde von der für die Rohrkolonne geplanten Stelle auschüttet, die Rohre in die Abgrabung legt und die Abgrabung wieder zudeckt. Man kann aber nicht immer die Arbeit auf diese Weise mit offenen Abgrabungen machen, zum Beispiel wegen Strassen und Seen. In solchen Fällen müssen irgendwelche unterirdische Methoden angewendet werden.
Wenn es sich um Rohre mit kleinem Durchmesser und um kurze Distanzen handelt, kann man erdverschiebende Methoden anwenden, wobei das Rohr nur mit einer so grossen Kraft in die gewünschte Richtung stosst, die das Rohr in Bewegung setzt. Am Rohrende ist eine geförmte Spitze, die das Erdmaterial so viel verschiebt wie das Rohr vorwärts eingedrungen wird. Eine Ausrichtung für solche Erdverschiebung ist in der Offenlegungsschrift des Patents FI 51726 beschrieben. Weil es ziemlich leicht ist mit dieser Methode kleine Öffnungen zu machen, wird bei grösseren Durchmessern die Friktion gegen die Verschiebung so stark, dass die für diesen Zweck zugänglichen Energiequellen die nötige Kraft nicht leisten können, oder sind in diesem Gebrauch nicht wirtschaftlich. Deshalb muss man, wenn es sich um grössere Durchmesser handelt, mechanische Hämmer oder Fräswerkzeuge anderer Art benutzen.
Bei der Herstellung von Öffnungen min grösseren Durchmessern, soll das losgemachte Erdmaterial von der Öffnunf ausgefördert werden. Zum Beispiel, in der Offenlegungsschrift des Patents FI 51726 findet man eine Methode zur Förderung zerbrochener Erde aus der Öffnung hinter der Bohrerspitze mit Druckluft durch das Rohr.
Eine andere, früher bekannte Methode zur Entfernung von losgemachtem Erdmaterial ist zum Beispiel eine Förderschnecke, die in den Tunnel hinter der Bohrerspitze angeordnet ist, wie der deutschen Offenlegungsschrift des Patents DE 33 06 047 zu entnehmen ist. In dem System laut dieser Offenlegungschrift ist eine Bohrerspitze in ein mit Förderschnecke versehenes Stützrohr eingebaut. Das Durchmesser dieser Förderschnecke ist so dimensioniert, dass das Aussendurchmesser fast gleich gross wie das Innendurchmesser des Stützrohrs ist. In dieser Ausführung bewegt sich die Schnecke in dem Stützrohr.
In der deutschen deutschen Offenlegungsschrift des Patents DE 32 28 684 ist eine Ausführung beschrieben, worin die Förderschnecke in einem Stüzrohr ist, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als das des einzubauenden Rohrs. In diesem Fall kann man durch eine obere, freibleibende Stelle des Rohrs die Bohrerspitze lokalisieren oder ihre Richtung festlegen.
Als Nachteile der heutigen Methoden kann man erwähnen, dass die visuelle Betätigung der Rohrerspitze begrenzt ist. Für Reparatur muss die Rohrerspitze hinausgezogen werden, welche Massnahme in vielen Fällen kompliziert und zeitraubend ist.
Als Nachteil kann auch erwähnt werden, dass das Durchmesser der über die Schnecke zu transportierenden Steine von der Konstrukion der Förderschnecke begrenzt wird. Entleerung einer gestopften Förderschnecke is auch kompliziert, weil die Ausführung eine geschlossenen Konstruktion ist.
Mit der Ausrüstung und Methode gemäss dieser Erfindung können merkbare Verbesserungen der oben dargestellten Nachteile gemacht werden. Die Kennzeichen der Ausrüstung und der Methode dieser Erfindung sind hierunten näher beschrieben.
Als der wichtigste Vorteil dieser Erfindung kann man die Tatsache erwähnen, dass die Rohrspitze leicht überwacht werden kann und dass das losgemachte Erdmaterial mit grossem auch möglich, wegen des grossen Durchmessers des Förderrohrs, ein grosses Drillmoment zu der Rohrerspitze zu übertragen. Da der freie Mittelgang des Förderrohrs gross ist, kann man zum Beispiel auch Werkzeuge usw. durch die Trommel transportieren. Dies is vorteilhaft, wenn man beim Arbeiten in loser Erde an Felsen stosst. Dann muss man das Hammerwerkzeug zu der Bohrerspitze nehmen und da installieren. Auch ganze Steine, mit einem Durchmesser fast so gross wie die Trommel, können durch die Trommel transportiert werden. Beim Bohren kann man das Trommelende beobachten und die Qualität der Erde durch das Rohr konstatieren und untersuchen. Gleichfalls können auch Werkzeuge installiert, demontiert und ausgenommen werden, und manchmal ist die grosse Öffnung beim Arbeiten mit nur einer Rohrerspitze weit genug für einen Mann zu passieren. In einer vorteilhaften Ausführung beträgt das Durchmesser der Öffnung des Mittelgangs im Fördertrommel wenigstens 40 % des Innendiameters des Aussenrohrs.
In dem Folgenden wird die Erfindung, unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, näher Erläutert.
Fig. 1 ist Durchschnitt vom Fördertrommel und vom Schutzrohr.
Fig. 2 ist ein Längendurchschnitt der Rohrerspitze und des Fördertrommels.
Fig. 3 ist eine Rohrerspitze mit rotierender Bohrkrone.
Fig. 4 ist die Ausrüstung von der Seite gesehen in der Abgrabung.
Fig. 5 ist die Ausrüstung in der Abgrabung von oben gesehen.
Fig. 6 ist eine alternative Werkzeugbefestigung.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung über den Fördertrommel 1, der auf Walzen 14 einer Stutzwalzenanlage 13 rotiert, die in ein eingebautes Rohr 8 befestigt sind. Hydraulische Zylinder 9, die eine Bohrerspitze steuern, bekommen ihren Druck über Scläuche 15, die durch den unteren Teil des Rohrs gezogen sind. Die Walzenanlage kann in das Rohr 8 befestigt werden.
Fig 2 stellt die in die Erde eingehende Spitze der ausgezogen sind. Die Walzen einschl. Verbindungsstück können in das Rohr 8 befestigt werden.
Fig. 2 stellt die in die Erde eingehende Spitze der Ausrüstung dar. Erde oder Stein aushauende Werkzeuge 17,36 sind an die rotierende konische Spitze 3 mit Befetigungsteilen 33 34 und Schrauben 45,46 befestigt. Die aushauenden Werkzeuge gleiten auf Gleitteilen 16, um die Werkzeuge mit Zylindern 10 oder 35 beim Bedarf bewegen zu können. Somit können die Werkzeuge gegen die Kraft des druckbelasteten Mediums in Zylindern 10,35 bewegt werden. Am besten kann man in den Felsen so eindringen, dass man eine Öffnung mit grossem Durchschnitt mit einem Werkzeug 36 in das Zentrum des Tunnellochs bohrt, während ein anderes Werkzeug 17 einen Kreis ausserhalb der Öffnung bohrt. Die Stützwalzen 11 geben achsialen Support. Die Walzen 11 lehnen gegen einen Flansch 6, der in die gewünschte Richtung im Verhältnis zum zylindrischen Teil 7 fit hydraulischem Zylinder 9 reguliert werden kann. Die Zylinder 11 sind mit Teilen 43,44 zusammengekuppelt. Die regulierung der Durchdringungsrichtung geschieht mit Zylinder 9 durch Drehen des Flansches 6 in die Gewünschte Richtung. Stützwalzen 12 sind mit Zylinderteil 4 befestigt. Diese Walzen drehen im Verhältnis zum Zylinderteil 7, wenn die Spitze rotiert. Der Flansch ist an ein Zylinderteil 5 befestigt, der gleiten, und beim Bedarf auch drehen kann im Verhältnis zum Zylindeiteil 7. Von einem Ende sind die Zylinder 9 an Zylinderteil 7, und von dem anderen Ende an den steuernden Zylinderteil 5 und den Flansch 6 befestigt. Die Spitze 3 kann mit dem an diese Spitze 3 gekuppelten Innenrohr 1 rotiert werde, im Falle von kleinen internen Richtungsunterschiede. Das Innenrohr hat eine interne Schnecke 2 zur Förderung von aus dem Boden losgehautem Material 19 zum Hinterteil des Tunnels. Energie für jedes Werkzeug 17.36 wird über einen pneumatischen Schlauch 18 übertragen, der im hinteren Teil der Schnecke angeordnet und da gegen die Reibungswirkung von der Erdmasse geschützt ist. Druckluft wird über die in Werkzeugen 17,36 beweglichen Zylinder 10 geleitet. Meistens ist das Aussenrohr 8 aus Beton und wird in den zurückgelassen. Die von der Spitze 3 benötigte Bewegung und Kraft wird mit dem Aussenrohr 8 übertragen. Diese Bewegungen und Kräfte wechseln je nach der Bodenqualität ab.
Fig. 3 stellt die in die Erde eindringende Spitze 3 der Ausrüstung dar. Rotierende Werkzeuge 20 und 21 sind in den rotierenden konischen Teil der Spitze 3 mit Lagern befestigt, und diese Werkzeuge rotieren um ihre eigene Achse wegen der Rotierung des konischen Teils 3 und ihrer eigenen Schrägstellung. Die Figuren 4 und 5 stellen den hinteren Teil einer Eingangsgrabung dar. Es gibt in der Grabung eine Rahmenkonstruktion 23 auf welchen Rahmen neue Teile des Aussenrohrs 8 und des Innenrohrs plaziert werden, wenn die Spitze 3 der Ausrüstung durchdringt und die Stosszylinder 28 die vorderen Rohrteile in die Öffnung eingeschoben haben. Die Stosszylinder werden von Scheiben 31 und 32 gegen die Hinterwand in der Eingangsgrabung gestützt. Die Zylinder 28 sind so an die Rahmenkonstruktion mit Teilen 29 angekuppelt, dass die Zylinder 28 rückwärts auf Teilen 29 gleiten können, falls die Erde an der Hinterwand in der Eingangsgrabung wegen der Stosskraft nachgibt. Die Rahmenkonstruktion 23 bleibt dann unbewegt in ihrer urpsrünglichen Stellung, welches sehr wünschenswert ist, denn die präzise Startrichtung des Tunnels ist mit der Rahmenkonstruktion im voraus reguliert worden. Die Zylinder stossen das Aussenrohr 8 mit einem Sonderflansch 24 mit Hilfe von Zwischenstücken 30. Es gibt in dem Flansch 24 einen vom Motor 27 und Zahnrad 25 betriebenen, rotierbaren gezahnten Teil 26. Dieser rotierende gezahnte Teil 26 ist mit Schnellkupplung nach irgendeiner bekannten Methode an das anliegende Innenrohr 1 montiert, das wiederum gestosst werden soll. Jedes Innenrohr ist zum nächsten Rohr mit einer bekannten Schnellkupplung, z. B. mit einer Kette, zusammengebunden, sodass die Rotation an die Spitze 3 übertragen wird. Die Förderschnecke 2 fördert losgemachte Erde zu der Eingangsöffnung, wovon das Erdmaterial entleert wird. Während des ganzen Prozesses bleibt die dies anhaufenden Materials in der Schnecke sehr gering, wodurch ununterbochenes Überwachen der Bohrerspitze möglich ist.
Fig. 6 stellt ein an die Bohrerspitze montiertes Fräswerkzeug 38 dar. Das Fräswerkzeug 38 besteht aus einem Fräskopf 39 und einem Zylinder 37, das in einer Richtung arbeitet und in der anderen Richtung sich zurückzieht. Das Werkzeug 38 ist mit Schrauben 42 durch die Löcher 41 in einer Querstange 40 an die Bohrerspitze festgemacht. Es ist möglich mehrere Werkzeuge an die gemeinsame Querstange festzumachen. Es ist auch möglich das zu bearbeitende Durchmesser zu wählen, weil die Lage des Werkzeugs 38 in der Stange 40 durch Verschieben der Werkzeuge in der Stange reguliert werden kann, z.B. mit hydraulischem oder pneumatischem Druck.

Claims

1. Eine Methode zur Herstellung einer unterirdischen Rohrkolonne von einer Abgrabung aus, bestehend auf folgenden Massnahmen:

- Einbau von Aussenrohren (8) oder ähnlichen Zylinderteilen aufeinanderfolgend in den Tunnel beim Tunnelbohren zur Herstellung einer Rohrkolonne

- Tunnelbau mit einem oder mehreren rotierenden Werkzeugen (17,36, 20,21)

- Förderung von Erde oder Gesteinmasse (19) aus dem Tunnel mit einer rotierenden Förderschnecke (2)

- Benutzung eines Fördertrommels (1) um kontrollierte Steuerbefehle zu der Bohrerspitze (3) zu vermitteln gekennzeichnet dadurch, dass

- der Tunnel mit einem oder mehreren Werkzeugen (17,36,20,21) gebohrt wird, die durch einen freien Gang in Mitte des Fördertrommels (1) ein- und austransportiert werden können

- die Bohrerspitze (3) und die Tunnelwand durch den freien Gang im Fördertrommel (1) überwacht werden

2. Eine Methode gemäss Patentanspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die zu der Bohrerspitze (3) laufenden Schläuche (15) geschützt unter dem stabilen Verbindungsstück (13) der Walzen angeordnet worden sind.

3. Eine Methode gemäss Patentansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass das Bohren wenigsten mit einem Werkzeug ausgeführt wird, dessen radiale Lage regulierbar ist.

4. Eine Methode gemäss Patentansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass das Bohren beim Rotieren der Bohrerspitze mit zwei oder mehreren Werkzeugen ausgeführt wird, wobei wenigstens ein Werkzeug einen freien Gang in Mitte bes Tunnels und wenigsten ein Werkzeug einen ringformigen Gang ausserhalb des freien Gangs aushaut.

5. Eine Methode gemäss einem der Patentansprüche 1 - 4 gekennzeichnet dadurch, dass die Werkzeugrahmen (17,38,38) Dank ihrer Rückwärtsbewegung gegen die Kraft vom druckbelasteten Medium abwehrfähig sind.

6. Eine Methode gemäss einem der Patentansprüche 1 - 5 gekennzeichnet dadurch, dass beim Tunnelbau zusammenzukupplende Elemente ein nach dem andern in den gebohrten Tunnel eingestossen werden, die wesentlich gleich lang sind und aus einem Hüllrohr (8) mit einem wesentlich gleich langen inneren Fördertrommel (1) bestehen sowie aus Walzen (14) einschliesslich Verbindundsstück (13) zwischen Hüllrohr und Fördertrommel.

7. Eine Methode gemäss einem der Patentansprüche 1 - 6 gekennzeichnet dadurch, dass das druckbelastete Medium für die Werkzeuge (17,36,20,21) über die Schläuche (18) befördert wird, die hinter der Schnecke (2) in dem Födertrommel (1) angeordnet worden sind.

8. Eine Methode gemäss einem der Patentansprüche 1 - 7 gekennzeichnet dadurch, dass das Durchmesser des freien Gangs in Mitte des Fördertrommels (1) wenigstens die Hälfte des Aussendurchmessers des äusseren Rohrs (8) beträgt.

9. Eine Ausrüstung zur Verwirklichung der Methode gemäss dem Patentanspruch 1, bestehend aus:

- einem rotierenden Spitzenteil (3) und Zylindern (9) zur Steuerung dieser Spitze

- einem Fördertrommel (1) mit eingebauter Schnecke (2)

- einem Motor (27) zur übertragung der Rotationsbewegung auf die Oberfläche des Fördertrommels

- Zylindern (28) mit Rahmen (23), die die Abstossungskraft a die Bohrespitze (3) und die Aussenrohre übertragen gekennzeichnet dadurch, dass

- die aus nacheinandern zusammengekuppelten Teilen gebaute Fördertrommelkolonne einen freien Gang in der Mitte hat, dessen Durchmesser wenigstens 40 % des Aussendurchmessers des Aussenrohres Rohres (8) beträgt

- die Verbindungsstücke 13 der Walzen 14, die als Stützung des Fördertrommels (1) dienen, wesentlich in unterem Teils des äusseren Rohres (8) angeordnet und an das erwähnte Aussenrohr (8) gestützt oder festgemacht worden sind.

10. Eine Ausrüstung gemäss Patentanspruch 9 gekennzeichnet dadurch, dass sie ein oder mehrere, in die Bohrerspitze (3) befestigte Werkzeuge (17,36,20,21) mit Befestigungsteilen einschliesst, worin das Werkzeug oder die Werkzeuge (17,36, 20,21) in Richtung des Tunnelradius reguliert werden können

11. Eine Ausrüstung gemäss Patentanspruch 9 gekennzeichnet dadurch, dass die Bohrerspitze (3) zwei oder mehrere Werkzeuge (17,36,20,21) enthält, wovon wenigsten ein den inneren Gang und wenigsten ein den ringformigen Tunnelteil ausserhalb des freien inneren Gangs aushaut.

12. Eine Ausrüstung gemäss einem der Patentansprüche 9 - 11 gekennzeichnet dadurch, dass die Befestigungsteile eines Werkzeuges oder mehrerer Werkzeuge (17,36,20,21,39) eine Befestigungsschiene einschliessen, worin die erwähnten Werkzeugen in ihrer axialen Richtung mit einem von dem druckbelasteten Medium getriebenen Zylinder bewegt werden können.

13. Eine Ausrüstung gemäss einem der Patentansprüche 9 - 12 gekennzeichnet dadurch, dass die Befestigungsteile eines Werkzeugs oder mehrerer Werkzeuge (17,36,20,21) eine Befestigungsschiene einschliessen, worin sich die erwähnten Werkzeuge in ihrer axialen Richtung gegen die Kraft des druckbelasteten Mediums eines Sonderzylinders (10,35,37) bewegen können.