WO2024104640A1 - Tunnelbohrmaschine - Google Patents

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WO2024104640A1
WO2024104640A1 PCT/EP2023/075589 EP2023075589W WO2024104640A1 WO 2024104640 A1 WO2024104640 A1 WO 2024104640A1 EP 2023075589 W EP2023075589 W EP 2023075589W WO 2024104640 A1 WO2024104640 A1 WO 2024104640A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
boring machine
tunnel boring
detection unit
machine according
tunnel
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075589
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard WEHRMEYER
Christian Himmelsbach
Original Assignee
Herrenknecht Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
Application filed by Herrenknecht Aktiengesellschaft filed Critical Herrenknecht Aktiengesellschaft
Publication of WO2024104640A1 publication Critical patent/WO2024104640A1/de

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/002—Survey of boreholes or wells by visual inspection
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/002—Survey of boreholes or wells by visual inspection
    • E21B47/0025—Survey of boreholes or wells by visual inspection generating an image of the borehole wall using down-hole measurements, e.g. acoustic or electric
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Definitions

  • the invention relates to a tunnel boring machine with the features of claim 1.
  • Such a tunnel boring machine is known from EP 3 028 006 B1.
  • This previously known tunnel boring machine has a tunnelling shield which is equipped with a drilling head and at least one image recording module.
  • the image recording module is firmly connected to the drilling head and is designed to record images of an area of a tunnel face which lies in front of the drilling head in the direction of advance.
  • CN 206847600 U KR 101923314 Bl and KR 102437407 Bl relatively small, unmanned aerial vehicles such as drones are known, with which a tunnel space can be examined using imaging equipment.
  • the invention is based on the object of specifying a tunnel boring machine of the type mentioned at the beginning, in which both a tunnel face and a front side of a boring head facing the tunnel face can be examined mechanically.
  • the tunnel boring machine according to the invention is equipped with at least one freely movable detection unit carrying an image recording module, it is possible to examine in particular both the face and the front of the boring head facing the face and equipped with mining tools, for example by scanning a surface with distance measurement to obtain 3D image data and/or recording images or video sequences in the visible and/or infrared spectral range in particular, without the need for people to climb through the boring head into an excavation chamber formed between the boring head and the face, which may also be pressurized.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a tunnel boring machine according to the invention with a receiving housing that can be closed by a release slide
  • FIG. 2 shows a schematic side view of another embodiment of a tunnel boring machine according to the invention with a receiving housing that can be closed by a release slide and a lock slide
  • Fig. 3 shows a schematic side view of another embodiment of a tunnel boring machine according to the invention with a detection unit arranged in the region of a boring head,
  • Fig. 4 shows a schematic side view of another embodiment of a tunnel boring machine according to the invention with a detection unit arranged in an excavation chamber,
  • Fig. 5 shows a descriptive representation of a detection unit that is completely wirelessly connected to a control unit
  • Fig. 6 shows a descriptive representation of a detection unit which is connected to a control unit by cable
  • Fig. 7 in a simplified plan view of a front side of a drill head of an embodiment of a tunnel boring machine according to the invention
  • Fig. 8 shows a simplified plan view of a front side in the direction of advance of the drill head according to Fig. 7 with a strip-like horizontally aligned movement path of a detection unit
  • Fig. 9 shows a simplified plan view of a front side in the direction of advance of the drill head according to Fig. 7 with a strip-like vertically aligned movement path of a detection unit
  • Fig. 10 shows a simplified plan view of a front side in the direction of advance of the drill head according to Fig. 7 with a circular concentric movement path of a detection unit and
  • Fig. 11 shows a simplified plan view of a front side in the direction of advance of the drill head according to Fig. 7 with a randomly chaotic movement path of a detection unit.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention.
  • the tunnel boring machine 103 has a tunnelling device 106 which, in the illustration according to Fig. 1, is arranged as part of a tunnelling operation in the existing geology 109.
  • the tunnelling head 106 which closes off a tunnel space 112 at the rear in the direction of advance, has a machine frame 115 which is located at the rear of the tunnel space 112 in the direction of advance.
  • a rotatable drill head 121 is connected to the machine frame 115 via rotation transmission means 118, with which geology 109 present at the drill head 121 can be removed when rotated at a working face 124.
  • the exemplary embodiment of a tunnel boring machine 103 according to Fig. 1 has a receiving housing 127 which is arranged in an area of the tunneling shield 106 facing away from the drill head 121, is connected to the machine frame 115 and can be opened and closed on its side facing the drill head 121 by means of a release slide 130 which protects against the entry of solid particles.
  • a freely movable detection unit 133 of the tunnel boring machine 103 is arranged in the receiving housing 127, which is particularly preferably designed as an aircraft, typically in the manner of a drone designed as a multicopter.
  • the detection unit 133 expediently has an external spherical cage structure 136 made of a lightweight material and is equipped with an image recording module 139.
  • the image recording module 139 is advantageously designed to set up to record individual images or film-like image sequences in a relatively rapid succession from a field of view in the visible and/or infrared spectral range two-dimensionally and/or three-dimensionally by scanning a surface with distance measurement in the form of 3D image data.
  • the field of view can be conveniently adjusted by pivoting the image recording module 139 by rotating and/or pivoting about two axes aligned at an angle, preferably at right angles to one another.
  • the detection unit 133 is further equipped with a collision prevention module (not shown in Fig. 1), which is designed to prevent unwanted contact with foreign objects via a sensor system for detecting physical objects located in a predetermined close range within the framework of an anti-collision mode.
  • a collision prevention module (not shown in Fig. 1), which is designed to prevent unwanted contact with foreign objects via a sensor system for detecting physical objects located in a predetermined close range within the framework of an anti-collision mode.
  • Fig. 2 shows a schematic side view of a further embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention, whereby in order to avoid repetition, in the embodiment explained with reference to Fig. 1 and the embodiment shown in Fig. 2, corresponding elements are provided with the same reference numerals and are not explained again in some cases.
  • the receiving housing 127 is on the drilling head 121
  • the side facing away from the tunnel chamber 112 is equipped with a lock slide 203 with which the receiving housing 127 can be closed pressure-tight against the tunnel chamber 112.
  • the release valve 130 is also designed to be pressure-tight, so that when the release valve 130 and the lock valve 203 are actuated alternately, the receiving housing 127 functions as a pressure lock during pressure-supported operation of this embodiment of a tunnel boring machine 103.
  • a detection unit 133 can thus be introduced from the tunnel space 112, which is generally under atmospheric pressure, into the pressurized, face-side region 206 of the tunneling shield 106 and then again into the tunnel space 112.
  • Fig. 3 shows a schematic side view of another embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention with a detection unit 133 which is arranged in a recess 303 formed in the drill head 121.
  • the drill head 121 is shown retracted a little way from the face 124 against the direction of advance.
  • This arrangement of the detection unit 133 was based on the arrangements at the rear in the direction of advance in the area of the machine frame 115 according to Fig. 1. or according to Fig. 2 by an automatic, autonomous movement such as a flight and allows the acquisition of image data when the drill head 121 is at a standstill or from the rotating drill head 121.
  • Fig. 4 shows a schematic side view of the exemplary embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention, in which, compared to the arrangement according to Fig. 3, the boring head 121 has been retracted even further from the face 124 and the detection unit 133 is now arranged in an excavation chamber 403 located between the face 124 and the front side of the boring head 121 facing the face. From the illustration according to Fig.
  • the detection unit 133 is now freely movable in the excavation chamber 403 and allows the acquisition of image data from the face 124, the front of the drill head 121 and other areas of the excavation chamber 403 from the face 124 to a pressure wall 406 adjacent to the tunnel space 112 in the pressure-supported advance, including the pressure wall 406 itself or other components of the tunnel boring machine 103 such as a discharge unit (not shown in Fig. 4) which transports mined material from the excavation chamber 403 into the tunnel space 112 when the drill head 121 is at a standstill or when the drill head 121 is rotating, even when the excavation chamber 403 is under pressure.
  • a discharge unit not shown in Fig. 4
  • FIG. 5 shows a clear view of a detection unit 133 of an embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention with its connections to other components. From the illustration according to Fig. 5 it can be seen that the detection unit 133 is equipped with an antenna module 503, via which the detection unit 133 is connected bidirectionally to other components, preferably with multiple protection for redundancy reasons, in the embodiment shown in Fig. 5.
  • a range extension unit 506 is present as a further component, which is set up to create a location reference point for the detection unit 133 as a location reference transmitter and is integrated via a first radio connection 512 formed between a first antenna module 509 of the range extension unit 506 and the antenna module 503 of the detection unit.
  • the range extension unit 506 is also integrated via a second radio connection 524 established between a second antenna module 515 of the range extension unit 506 and a first antenna module 518 of an operating unit 521.
  • Range extension unit 506 and the
  • Control unit 521 a cable connection 527 in primarily to supply energy to the
  • Range extension unit 506 is provided.
  • a third radio connection 533 is expediently provided between the antenna module 503 of the detection unit 133 and a second antenna module 530 of the operating unit 521, which, if possible due to the environmental conditions, creates a direct connection between the detection unit 133 and the operating unit 521.
  • the control unit 521 can be used to control the free movement of the detection unit 133 including the image recording module 139 and to receive, store, forward and evaluate the image data generated by the image recording module 139.
  • FIG. 5 shows a docking unit 536 which can be controlled by the detection unit 133 and is designed to supply the detection unit 133 with energy and to trigger a data transmission if necessary.
  • Fig. 6 shows a schematic view corresponding to Fig. 5 of a further embodiment of connections between the detection unit 133 and the operating unit 521, whereby in order to avoid repetition, in the illustration according to Fig. 5 and in the embodiment according to Fig. 6, corresponding components are connected to the are provided with the same reference symbols and are not explained in more detail below.
  • a second cable connection 603 is provided between the detection unit 133 and the operating unit 521, which creates a very reliable connection, particularly under environmental conditions that are difficult for reliable radio connections 512, 524, with appropriate precautionary measures for mechanical protection of the cable connection 603.
  • Fig. 7 shows a simplified plan view of a drill head 121 with a view of its front side, which is located at the front in the direction of advance and faces a working face 124 during mining operations. It is clear from Fig. 7 that the drill head 121 has a large number of mining tools 703 on the front side, which are distributed over the entire surface of the drill head 121.
  • At least one temporary range holder 706 and at least one permanent range holder 709 are formed, which are closed but are permeable to electromagnetic radiation in the radio wave range.
  • the or each temporary range holder 706 serves to temporarily arrange a range extension unit 506 as required, while the or each permanent range holder 709 is intended to permanently accommodate a range extension unit 506.
  • passage recess 712 in the form of a manhole or a reamer opening in the caliber area is formed in the drill head 121, which passage recess is suitably closable and is dimensioned such that a detection unit 133 (not shown in Fig. 7) can pass from the rear side of the drill head 121 in the direction of advance to the front side of the drill head 121 in the direction of advance or can also take up a position in the drill head 121.
  • Fig. 8 shows a simplified view corresponding to Fig. 7 of the front side of the drill head 121, which is located at the front in the direction of advance, with a first embodiment of a movement path 803 of a detection unit 133, not shown in Fig. 8, which passes the drill head 121 manually or autonomously controlled by radio or cable through the passage recess 712.
  • this movement path 803 in the embodiment shown in Fig. 8 is made up of a number of horizontal movement path sections 806 with transition sections 809 connecting the horizontal movement path sections 806 at the ends.
  • the movement path 803 intended for an inspection begins after passing through a start-up path running from the passage recess 712 to a start area 812. 815, which in the illustration according to Fig. 8 avoids a pile of material 818 present in the sole area.
  • the detection unit 133 moves from an end region 821 of the last horizontal movement path section 806 passed through along a return path 824 back to the passage recess 712.
  • Fig. 9 shows, in a representation corresponding to Fig. 8, a further embodiment of a movement path 803 of a detection unit 133 not shown in Fig. 9, which deviates from the one shown in Fig.
  • Fig. 10 shows, in a representation corresponding to Fig. 8, a further embodiment of a movement path 803 of a detection unit 133 not shown in Fig. 10, which is constructed from circular movement path sections 1003.
  • the circular movement path sections 1003 lie concentrically within one another and are traversed by the detection unit 133 either from the inside to the outside or from the outside to the inside, bypassing any obstacles that may be present, such as piles of debris 818.
  • Fig. 11 shows, in a view corresponding to Fig. 8, a movement path 803 which is formed by a single movement path section 1103 beginning and ending directly at the passage recesses 712, which is randomly controlled with for example, a Monte Carlo method in the manner of a so-called "random walk” runs over the entire front of the drill head 121 and is set up in such a way that the entire front is covered.
  • This chaotic movement path 803 has the advantage that it is free of starting intake paths 815 and return paths 824 which do not contribute to the data acquisition.

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Abstract

Bei einer Tunnelbohrmaschine (103) ist eine frei bewegliche Erfassungseinheit (133) vorhanden, die ein Bildaufnahmemodul (139) trägt. Die Erfassungseinheit (133) ist frei beweglich ausgebildet, so dass eine Ortsbrust (124), eine in Vortriebsrichtung der Ortsbrust (124) zugewandte Vorderseite sowie eine Rückseite eines Bohrkopfs (121) wie auch eine Abbaukammer (403) im Stillstand oder bei Drehung des Bohrkopfs (121) untersuchbar sind.

Description

Tunnelbohrmas chine
Die Erfindung betrifft eine Tunnelbohrmas chine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Eine derartige Tunnelbohrmaschine ist aus EP 3 028 006 Bl bekannt . Diese vorbekannte Tunnelbohrmas chine verfügt über einen Vortriebs schild, der mit einem Bohrkopf und mit wenigstens einem Bildaufnahmemodul ausgestattet ist . Das Bildaufnahmemodul ist fest mit dem Bohrkopf verbunden und dazu eingerichtet , Bilder eines in Vortriebsrichtung vor dem Bohrkopf liegenden Bereichs einer Ortsbrust aufzunehmen .
Aus CN 110262546 A, CN 206847600 U, KR 101923314 Bl und KR 102437407 Bl sind verhältnismäßig kleine , unbemannte Flugkörper nach Art einer Drohne bekannt , mit denen ein Tunnelraum mit Bildaufnahmemitteln untersuchbar ist .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Tunnelbohrmas chine der eingangs genannten Art anzugeben , bei der sowohl eine Ortsbrust als auch eine der Ortsbrust zugewandte Vorderseite eines Bohrkopfes maschinell untersuchbar ist .
Diese Aufgabe wird bei einer Tunnelbohrmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Dadurch , dass die Tunnelbohrmas chine gemäß der Erfindung mit wenigstens einer frei beweglichen , ein Bildaufnahmemodul tragenden Erfas sungseinheit ausgestattet ist , las sen sich ohne die Notwendigkeit , dass Menschen durch den Bohrkopf in eine zwis chen dem Bohrkopf und der Ortsbrust ausgebildete Abbaukammer, die gegebenenfalls auch unter Druck geset zt ist , einsteigen müs sen, insbesondere sowohl die Ortsbrust als auch die der Ortsbrust zugewandte , mit Abbauwerkzeugen bestückte Vorderseite des Bohrkopfes beispielsweise durch ein Abtasten einer Oberfläche mit Abstandsmes sung zum Gewinnen von 3D-Bilddaten und/oder Aufnahme von Bildern oder Videosequenzen im insbesondere s ichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich untersuchen .
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Weitere zweckmäßigen Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben s ich aus der nachfolgenden Bes chreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung .
Es zeigen :
Fig . 1 in einer s chematis chen Seitenans icht ein Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung mit einem durch einen Freigabeschieber vers chließbaren Aufnahmegehäuse , Fig. 2 in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung mit einem durch einen Freigabeschieber und durch einen Schleusenschieber verschließbares Aufnahmegehäuse,
Fig. 3 in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung mit einer im Bereich eines Bohrkopfes angeordneten Erfassungseinheit,
Fig. 4 in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung mit einer in einer Abbaukammer angeordneten Erfassungseinheit,
Fig. 5 in einer anschaulichen Darstellung eine Erfassungseinheit, die vollständig drahtlos mit einer Bedieneinheit verbunden ist,
Fig. 6 in einer anschaulichen Darstellung eine Erfassungseinheit, die kabelgebunden mit einer Bedieneinheit verbunden ist,
Fig. 7 in einer vereinfachten Draufsicht auf eine in Vortriebsrichtung vorne liegende Vorderseite eines Bohrkopfs eines Ausführungsbeispiels einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung, Fig . 8 in einer vereinfachten Draufsicht auf eine in Vortriebsrichtung vorne liegende Vorderseite den Bohrkopf gemäß Fig . 7 mit einer streifenartig hori zontal ausgerichteten Bewegungsbahn einer Erfassungseinheit ,
Fig . 9 in einer vereinfachten Draufsicht auf eine in Vortriebsrichtung vorne liegende Vorderseite den Bohrkopf gemäß Fig . 7 mit einer streifenartig vertikal ausgerichteten Bewegungsbahn einer Erfassungseinheit ,
Fig . 10 in einer vereinfachten Draufsicht auf eine in Vortriebsrichtung vorne liegende Vorderseite den Bohrkopf gemäß Fig . 7 mit einer kreisförmig konzentris ch angelegten Bewegungsbahn einer Erfassungseinheit und
Fig . 11 in einer vereinfachten Draufsicht auf eine in Vortriebsrichtung vorne liegende Vorderseite den Bohrkopf gemäß Fig . 7 mit einer zufällig chaotis ch durchlaufenen Bewegungsbahn einer Erfassungseinheit .
Fig . 1 zeigt in einer s chematis chen Seitenans icht ein Aus führungsbeispiel einer Tunnelbohrmas chine 103 gemäß der Erfindung . Die Tunnelbohrmaschine 103 verfügt über einen Vortriebss child 106 , der in der Darstellung gemäß Fig . 1 im Rahmen eines Vortriebs in anstehender Geologie 109 angeordnet ist . Der Vortriebss child 106 , der in Vortriebsrichtung rückseitig einen Tunnelraum 112 abs chließt , verfügt über einen in Vortriebsrichtung an den Tunnelraum 112 angrenzenden, rückseitig gelegenen Maschinenrahmen 115 . Mit dem Maschinenrahmen 115 ist über Drehübertragungsmittel 118 ein drehbarer Bohrkopf 121 verbunden , mit dem bei Drehung an einer Ortsbrust 124 an dem Bohrkopf 121 anstehende Geologie 109 abtragbar ist .
Das Aus führungsbeispiel einer Tunnelbohrmas chine 103 gemäß Fig . 1 verfügt über ein Aufnahmegehäuse 127 , das in einem dem Bohrkopf 121 abgewandten Bereich des Vortriebs schilds 106 angeordnet , mit dem Mas chinenrahmen 115 verbunden und mittels eines vor Eintritt von Feststoffparti keln schüt zenden Freigabes chiebers 130 auf seiner dem Bohrkopf 121 zugewandten Seite öffenbar und verschließbar ist . In dem Aufnahmegehäuse 127 ist in der Darstellung gemäß Fig . 1 eine frei bewegliche Erfassungseinheit 133 der Tunnelbohrmas chine 103 angeordnet , die besonders bevorzugt als ein Fluggerät , typischerweise nach Art einer als Multi kopter ausgestalteten Drohne , ausgebildet .
Die Erfas sungseinheit 133 weist zum mechanischen Schut z zweckmäßigerweise eine äußere , aus einem Leichtbaumaterial hergestellte kugelartige Käfigstruktur 136 auf und ist mit einem Bildaufnahmemodul 139 bestückt . Das Bildaufnahmemodul 139 ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet , einzelne Bilder oder in verhältnismäßig s chneller Abfolge filmartige Bildsequenzen aus einem Sichtbereich im s ichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich zweidimensional und/oder durch ein Abtasten einer Oberfläche mit Abstandsmessung in Form von 3D- Bilddaten dreidimensional auf zunehmen . Weiterhin zweckmäßigerweise ist der Sichtbereich durch Schwenken des Bildaufnahmemoduls 139 durch Drehen und/oder Schwenken um zwei winklig, vorzugsweise rechtwinklig, zueinander ausgerichteten Achsen einstellbar .
Die Erfas sungseinheit 133 ist weiterhin mit einem in Fig . 1 nicht dargestellten Kollisionsverhinderungsmodul ausgestattet , das dazu eingerichtet ist , über eine Sensorik zum Detektieren von in einem vorbestimmten Nahbereich befindlichen phys is chen Obj ekten im Rahmen eines Antikollisionsmodus einen unerwünschten Kontakt mit Fremdob ekten zu verhindern .
Fig . 2 zeigt in einer s chematis chen Seitenans icht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmas chine 103 gemäß der Erfindung, wobei zum Vermeiden von Wiederholungen sich bei dem anhand Fig . 1 erläuterten Aus führungsbeispiel und dem in Fig . 2 dargestellten Aus führungsbeispiel einander entsprechende Elemente mit dem gleichen Bezugs zeichen versehen und im Weiteren zum Teil nicht nochmals erläutert sind . Bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig . 2 ist das Aufnahmegehäuse 127 auf der dem Bohrkopf 121 abgewandten und dem Tunnelraum 112 zugewandten Seite mit einem Schleusenschieber 203 ausgestattet , mit dem das Aufnahmegehäuse 127 druckdicht gegen den Tunnelraum 112 verschließbar ist .
Bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig . 2 ist der Freigabes chieber 130 ebenfalls druckdicht ausgebildet , so das s bei einem entsprechenden wechselweisen Betätigen des Freigabes chiebers 130 und des Schleusenschiebers 203 das Aufnahmegehäuse 127 bei einem druckgestüt zten Betrieb dieses Aus führungsbeispiels einer Tunnelbohrmaschine 103 das Aufnahmegehäuse 127 als Druckschleuse fungiert . Somit ist eine Erfassungseinheit 133 von dem in der Regel unter Atmosphärendruck stehenden Tunnelraum 112 in den unter Druck stehenden , ort sbrust seit igen Bereich 206 des Vortriebs schilds 106 einschleusbar und wieder in den Tunnelraum 112 aus schleusbar .
Fig . 3 zeigt in einer s chematis chen Seitenans icht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmas chine 103 gemäß der Erfindung mit einer Erfas sungseinheit 133 , die in einer in dem Bohrkopf 121 ausgebildeten Ausnehmung 303 angeordnet ist . In der Darstellung gemäß Fig . 3 ist der Bohrkopf 121 von der Ortsbrust 124 entgegen der Vortriebsrichtung ein Stück weit zurückgezogen dargestellt . Diese Anordnung der Erfas sungseinheit 133 wurde ausgehend von den in Vortriebsrichtung rückseitigen Anordnungen im Bereich des Mas chinenrahmens 115 gemäß Fig . 1 bez iehungsweise gemäß Fig . 2 durch eine selbsttätige , autonome Bewegung wie einem Flug eingenommen und gestattet das Gewinnen von Bilddaten im Stillstand des Bohrkopfs 121 oder aus dem s ich drehenden Bohrkopf 121 heraus .
Fig . 4 zeigt in einer s chematis chen Seitenans icht das Aus führungsbeispiel einer Tunnelbohrmas chine 103 gemäß der Erfindung , bei der gegenüber der Anordnung gemäß Fig . 3 der Bohrkopf 121 noch weiter von der Ortsbrust 124 zurückgezogen worden und die Erfas sungseinheit 133 nunmehr in einer zwischen der Ortsbrust 124 sowie der der Ortsbrust zugewandten Vorderseite des Bohrkopfs 121 gelegenen Abbaukammer 403 angeordnet ist . Aus der Darstellung gemäß Fig . 4 lässt sich entnehmen , das s die Erfassungseinheit 133 nunmehr in der Abbaukammer 403 frei beweglich ist und das Gewinnen von Bilddaten von der Ortsbrust 124 , der Vorderseite des Bohrkopfs 121 sowie weiterer Bereiche der Abbaukammer 403 von der Ortsbrust 124 bis zu einer im druckgestüt zten Vortrieb an den Tunnelraum 112 angrenzenden Druckwand 406 einschließlich der Druckwand 406 selbst bez iehungsweise weiterer Komponenten der Tunnelbohrmas chine 103 wie eine abgebautes Material aus der Abbaukammer 403 in den Tunnelraum 112 transportierenden , in Fig . 4 nicht dargestellten Abfördereinheit im Stillstand des Bohrkopfs 121 oder bei dem sich drehenden Bohrkopf 121 auch bei einer unter Druck stehenden Abbaukammer 403 gestattet . Fig . 5 zeigt in einer ans chaulichen Ans icht eine Erfas sungseinheit 133 eines Aus führungsbeispiels einer Tunnelbohrmas chine 103 gemäß der Erfindung mit ihren Verbindungen zu weiteren Komponenten . Aus der Darstellung gemäß Fig . 5 ist ersichtlich, das s die Erfassungseinheit 133 mit einem Antennenmodul 503 ausgestattet ist , über das bei dem in Fig . 5 dargestellten Aus führungsbeispiel die Erfas sungseinheit 133 bidirektional aus Redundanzgründen vorzugsweise mehrfach abgesichert mit weiteren Komponenten verbunden ist . Zum einen ist als weitere Komponente eine Reichweitenerweiterungseinheit 506 vorhanden, die zum Schaffen eines Ortsreferenzpunktes für die Erfas sungseinheit 133 als Ortsreferenzgeber eingerichtet und zum einen über eine zwis chen einem ersten Antennenmodul 509 der Reichweitenerweiterungseinheit 506 sowie dem Antennenmodul 503 der Erfas sungseinheit ausgebildete erste Funkverbindung 512 eingebunden ist .
Die Reichweitenerweiterungseinheit 506 ist zum anderen über eine zwischen einem zweiten Antennenmodul 515 der Reichweitenerweiterungseinheit 506 und einem ersten Antennenmodul 518 einer Bedieneinheit 521 aufgebaute zweite Funkverbindung 524 eingebunden .
Weiterhin ist zwischen der
Reichweitenerweiterungseinheit 506 und der
Bedieneinheit 521 eine Kabelverbindung 527 in erster Linie zur Energieversorgung der
Reichweitenerweiterungseinheit 506 vorgesehen.
Weiterhin zweckmäßigerweise ist zwischen dem Antennenmodul 503 der Erfassungseinheit 133 und einem zweiten Antennenmodul 530 der Bedieneinheit 521 eine dritte Funkverbindung 533 vorgesehen, die, falls aufgrund der Umgebungsbedingungen möglich, eine direkte Verbindung zwischen der Erfassungseinheit 133 und der Bedieneinheit 521 schafft .
Mit der Bedieneinheit 521 lassen sich zum einen die Erfassungseinheit 133 in ihrer freien Bewegung einschließlich das Bildaufnahmemodul 139 steuern und zum anderen die von dem Bildaufnahmemodul 139 erzeugten Bilddaten empfangen, abspeichern, weiterleiten und auswerten.
Weiterhin ist in der Darstellung gemäß Fig. 5 eine Andockeinheit 536 dargestellt, die von der Erfassungseinheit 133 ansteuerbar und dazu eingerichtet ist, die Erfassungseinheit 133 mit Energie zu versorgen und bei Bedarf eine Datenübertragung auszulösen.
Fig. 6 zeigt in einer schematischen Ansicht entsprechend Fig. 5 eine weitere Ausführung von Verbindungen zwischen der Erfassungseinheit 133 und der Bedieneinheit 521, wobei zum Vermeiden von Wiederholungen sich bei der Darstellung gemäß Fig. 5 und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 einander entsprechende Komponenten mit dem gleichen Bezugs Zeichen versehen und im Weiteren nicht nochmals näher erläutert sind . Abweichend von der Aus führung gemäß Fig . 5 ist zwischen der Erfas sungseinheit 133 und der Bedieneinheit 521 eine zweite Kabelverbindung 603 vorgesehen, die insbesondere unter für zuverläs sige Funkverbindungen 512 , 524 s chwierigen Umgebungsbedingungen mit entsprechenden Vorsorgemaßnahmen zum mechanischen Schutz der Kabelverbindung 603 eine sehr zuverläss ige Verbindung schafft .
Fig . 7 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht einen Bohrkopf 121 mit Blick auf seine in Vortriebsrichtung vorne liegenden und im Abbaubetrieb einer Ortsbrust 124 zugewandten Vorderseite . Aus Fig . 7 ist ers ichtlich , dass der Bohrkopf 121 auf der Vorderseite über eine Vielzahl von Abbauwerkzeugen 703 verfügt , die über die gesamte Fläche des Bohrkopfs 121 verteilt sind .
Weiterhin s ind in dem Bohrkopf 121 , bei Weiterbildungen und/oder im Bereich des Vortriebs schilds 106 , wenigstens eine Reichweitentemporäraufnahme 706 und wenigstens eine Reichweitenpermanentauf nähme 709 ausgebildet , die ges chlossen , aber für elektromagnetis che Strahlung im Funkwellenbereich durchläs sig sind . Die oder j ede Reichweitentemporäraufnahme 706 dient einem bedarfsweisen zeitweilen Anordnen einer Reichweitenerweiterungseinheit 506 , während die oder j ede Reichweitenpermanentaufnahme 709 dazu vorgesehen ist , dauerhaft eine Reichweitenerweiterungseinheit 506 aufzunehmen .
Weiterhin ist in dem Bohrkopf 121 wenigstens eine zweckmäßigerweise verschließbare Durchlassausnehmung 712 in Gestalt eines Mannlochs oder einer Räumeröffnung im Kaliberbereich ausgebildet , die so dimensioniert ist , dass eine in Fig . 7 nicht dargestellte Erfassungseinheit 133 von der in Vortriebsrichtung rückseitigen Seite des Bohrkopfs 121 auf die in Vortriebsrichtung vorn liegende Vorderseite des Bohrkopfs 121 durchtreten oder auch eine Position im Bohrkopf 121 einnehmen kann .
Fig . 8 zeigt eine vereinfachte Ansicht entsprechend Fig . 7 auf die in Vortriebsrichtung vorne liegende Vorderseite des Bohrkopfs 121 mit einer ersten Ausführung einer Bewegungsbahn 803 einer in Fig . 8 nicht dargestellten Erfas sungseinheit 133 , die den Bohrkopf 121 manuell oder autonom per Funk oder kabelgebunden gesteuert durch die Durchlassausnehmung 712 pas siert . Aus Fig . 8 ist ersichtlich, das s diese Bewegungsbahn 803 bei der in Fig . 8 dargestellten Ausgestaltung aus einer Anzahl von hori zontalen Bewegungsbahnabschnitten 806 mit die hori zontalen Bewegungsbahnabschnitten 806 endseitig verbindenden Übergangsabs chnitten 809 aufgebaut ist . Die für eine Inspektion vorgesehene Bewegungsbahn 803 beginnt nach Durchlaufen einer sich von der Durchlas sausnehmung 712 zu einem Startbereich 812 verlaufenen Starteinnahmebahn 815, die in der Darstellung gemäß Fig. 8 einem im Sohlebereich vorhandenes Haufwerk 818 ausweicht. Weiterhin bewegt sich die Erfassungseinheit 133 von einem Endbereich 821 des zuletzt durchlaufenen horizontalen Bewegungsbahnabschnitts 806 entlang einer Rückkehrbahn 824 zu der Durchlassausnehmung 712 zurück.
Fig. 9 zeigt in einer Darstellung entsprechend Fig. 8 eine weitere Ausführung einer Bewegungsbahn 803 einer in Fig. 9 nicht dargestellten Erfassungseinheit 133, die abweichend der in Fig.
8 dargestellten Bewegungsbahn 803 zwischen Übergangsabschnitten 809 vertikale Bewegungsbahnabschnitte 903 aufweist.
Fig. 10 zeigt in einer Darstellung entsprechend Fig. 8 eine weitere Ausführung einer Bewegungsbahn 803 einer in Fig. 10 nicht dargestellten Erfassungseinheit 133, die aus kreisartigen Bewegungsbahnabschnitten 1003 aufgebaut ist. Die kreisartigen Bewegungsbahnabschnitte 1003 liegen dabei konzentrisch ineinander und werden von der Erfassungseinheit 133 entweder von innen nach außen oder von außen nach innen unter Umgehen von möglicherweise vorhandenen Hindernissen wie Haufwerk 818 durchlaufen.
Fig. 11 zeigt in einer Ansicht entsprechend Fig. 8 eine Bewegungsbahn 803, die von einem einzigen, direkt bei der Durchlassausnehmungen 712 beginnenden und endenden Bewegungsbahnabschnitt 1103 gebildet ist, der zufallsgesteuert mit beispielsweise einer Monte-Carlo-Methode nach Art eines sogenannten „random-wal ks" über die gesamte Vorderseite des Bohrkopfs 121 verläuft und so eingerichtet ist , das s die gesamte Vorderseite überdeckt ist . Diese chaotische Bewegungsbahn 803 hat den Vorteil , dass s ie frei von zu der Datengewinnung nichts beitragenden Starteinnahmebahnen 815 und Rückkehrbahnen 824 ist .

Claims

ANSPRÜCHE Tunnelbohrmaschine mit einem Vortriebsschild (106) , mit einem Bohrkopf (121) und mit wenigstens einem Bildaufnahmemodul (139) , das dazu eingerichtet ist, Bilddaten eines in Vortriebsrichtung vor dem Bohrkopf (121) liegenden Bereichs einer Ortsbrust (124) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine frei bewegliche Erfassungseinheit (133) vorhanden ist, die ein Bildaufnahmemodul (139) trägt. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (133) ein Fluggerät ist und mit Flugsteuersensorik ausgestattet ist. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ortsreferenzgeber (506) vorhanden ist, der im Vortriebsschild (106) und/oder im Bohrkopf (121) angeordnet ist . Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (133) manuell oder autonom funksteuerbar ist. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (133) manuell oder autonom kabelgebunden steuerbar ist. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmemodul (139) dazu eingerichtet ist, Bilder im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich zweidimensional oder dreidimensional zu erzeugen. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmemodul (139) dazu eingerichtet ist, durch ein Abtasten einer Oberfläche mit Abstandsmessung 3D-Bilddaten zu erzeugen. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bohrkopf (121) eine Durchlassausnehmung (712) ausgebildet ist, die derart dimensioniert ist, dass die Erfassungseinheit (133) temporär angeordnet werden oder passieren kann. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vortriebsschild (106) mit einem Aufnahmegehäuse (127) ausgestattet ist, das dazu eingerichtet ist, die Erfassungseinheit (133) aufzunehmen. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmegehäuse (127) in einem dem Bohrkopf (121) abgewandten Bereich des Vortriebsschilds (106) angeordnet ist . Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freigabeschieber (130) vorhanden ist, der dazu eingerichtet ist, das Aufnahmegehäuse (127) auf einer dem Bohrkopf (121) zugewandten Seite zu öffnen und zu schließen. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schleusenschieber (203) vorhanden ist, der dazu eingerichtet ist, das Aufnahmegehäuse (127) auf einer dem Bohrkopf (121) abgewandten Seite zu öffnen und zu schließen, um ein Einschleusen und Ausschleusen der Erfassungseinheit (133) bei einer druckbeaufschlagten Abbaukammer (403) einzurichten . Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Andockeinheit (536) vorhanden ist, die innerhalb des Vortriebsschilds (106) angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Erfassungseinheit (133) mit Energie zu versorgen .
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