Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen sowie Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des Verfahrens

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen mit einer Tunnelbohrmaschine, bei dem in radialer Richtung ein Bohrgestänge in das Gebirge drehend und/oder schlagend vorgetrieben werden kann.

[0002] Beim Bohren von Tunneln oder Stollen mit Vollschnitt-Tunnelbohrmaschinen wird eine gute Bohrleistung erreicht, die 40-60 m/Tag betragen kann, wenn der Tunnel in einem standfesten Gebirge vorgetrieben wird. Die Tunnelbohrmaschine besteht in ihrem Grundaufbau aus einem rotierenden Bohrkopf, hinter dem die Antriebs- und Verklammerungseinrichtungen angeordnet sind, wobei der erforderliche Andruck des Bohrkopfes durch Vorschubpressen aufgebracht wird, die sich auf eine durch Spannbacken mit der Tunnelröhre verspannte Stützeinrichtung abstützen. Probleme beim Tunnelbohren mit einer Tunnelbohrmaschine ergeben sich dann, wenn der Bohrkopf eine Störungsstelle, die beispielsweise aus brüchigem oder rolligem Gebirge wie Kies oder Sand oder einer Wasserader bestehen kann, anschneidet. Im Falle des Auftretens derartiger Störungsstellen kann es zu einem Einbruch der Tunnelröhre unmittelbar hinter dem Bohrkopf kommen, also in einem Bereich, der schlecht zugänglich ist und der bei dem Bohrfortschritt nicht sofort mit Spritzbeton oder anderen sichernden Einrichtungen verkleidet werden kann. Als sichernde Einrichtungen kommen Bögen oder Anker in Betracht, die normalerweise in dem Raum hinter dem Bohrkopf angebracht werden, der als Arbeitsraum dient. Diese Einrichtungen können aber nicht installiert werden, wenn es zu Einbrüchen des Gebirges unmittelbar hinter dem Bohrkopf kommt. Treten im Falle einer Störungsstelle Einbrüche unmittelbar hinter dem Bohrkopf auf, die nicht sofort abgefangen werden können, ergeben sich komplizierte Räum- und Sicherungsarbeiten, die einen zügigen Fortschritt der Bohrung stören und zu teuren Stillstandszeiten führen.

[0003] Aus der EP-A-207056 ist eine Vorrichtung zum Bohren von Tunneln, Schächten oder dergleichen bekannt, bei dem der Tunnel oder dergleichen mittels einer Tunnelbohrmaschine im Vollschnitt hergestellt wird. Dabei kann unmittelbar hinter dem Bohrkopf in radialer Richtung ein Bohrgestänge in das Gebirge vorgetrieben werden. Aus der DE-C-936082 sind Bohrgestänge bekannt, die beim Auftreten von Störungsstellen in das Gebirge vorgetrieben werden und dort stehengelassen werden, wobei der Ringraum mit einem aussteifenden Material verfüllt wird.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Fortführung der Bohrarbeiten mit einer Tunnelbohrmaschine ohne langwierige Räumungs- und Sicherungsarbeiten auch dann ermöglicht, wenn die Tunnelbohrmaschine Störungsstellen anschneidet.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß nur beim Auftreten von Störungsstellen und aus dem Bohrkopf gebohrt wird, daß das Bohrgestänge stehengelassen wird und daß der das Bohrgestänge umgebende Ringraum mit einem aussteifenden Material verfüllt wird. Normalerweise kündigen sich Störungsstellen bereits beim Bohren durch eine Veränderung des Drucks auf die Tunnelbohrmaschine an, so daß bei derartigen kritischen Druckveränderungen darauf geschlossen werden kann, daß eine Störungsstelle zu erwarten ist. Das Wesen der Erfindung liegt nun darin, daß die sichernden Maßnahmen beim Auftreten von Störungsstellen nicht erst hinter dem Bohrkopf vorgenommen werden, also zu einem Zeitpunkt, zu dem diese möglicherweise wirksam nicht mehr ausgeführt werden können, sondern bereits im Bereich des Bohrkopfes, so daß ein Einbruch der Tunnelröhre mit Sicherheit vermieden wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in die Störungsstelle Bohrgestänge vorgetrieben, die nach dem Vortrieb stehenbleiben, wobei der Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Gebirge mit einem aushärtenden Material verfüllt wird, so daß stabilisierende Gebirgsanker gesetzt werden, die den Boden oder das Gebirge der Störungsstelle verklammern und verankern und damit Einbrüche verhindern. Nach dem Setzen eines aussteifenden Gebirgsanker kann der Bohrkopf um einen gewünschten Winkelschritt gedreht und sodann der nächste Gebirgsanker in entsprechender Weise in das Gebirge eingebracht werden. Strahlenartig können so viele Gebirgsanker gesetzt werden, wie zur Stabilisierung und Abstützung einer Störungsstelle erforderlich sind. Das Bohrgestänge kann rechtwinkelig zur Achse des Bohrkopfes oder aber auch um einen Winkel geneigt vorgetrieben werden.

[0006] Wird der Bereich einer Störungsstelle in der beschriebenen Weise durch Gebirgsanker stabilisiert, kann nach dem Anbringen der erforderlichen Zahl von Gebirgsankern der Bohrbetrieb fortgesezt werden, so daß hinter den Bohrkopf eine einbruchgesicherte Tunnelröhre in den Arbeitsraum eintritt und ein den Bohrbetrieb unterbrechender Einbruch des Gebirges nicht befürchtet werden muß.

[0007] Das den das Bohrgestänge umgebenden Ringraum verfüllende, aussteifende und/oder verdichtende Material kann aus Betonit, Zement, kunststoffverbessertem Mörtel o.dgl. oder aus Gemischen dieser Stoffe bestehen. Der Bohrer kann mit einer das ausgebohrte Material freispülenden Spülung versehen sein, die nach dem Vortreiben und Setzen des Bohrgestänges durch eine Einrichtung zum Einbringen einer aushärtenden Zementschlempe o.dgl. ersetzt wird. Das aussteifende oder aushärtende Material wird zweckmäßigerweise durch im Bereich des Bohrkopfes angeordnete Düsen ejiziert. Dabei wird ein so großer Druck angewandt, daß auch Hohlräume des Gebirges mit dem aushärtenden Material verfüllt werden.

[0008] Eine Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem an einer Antriebseinrichtung gelagerten pilzförmigen Bohrkopf und mit Verspanneinrichtungen und Vorschubpressen zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Bohrkopf mit einer radialen Lafette versehen ist, in der ein Bohrer geführt ist, dessen Bohrgestänge radial aus dem Bohrkopf vorschiebbar ist. Auf der Lafette können bekannte Bohrer verwendet werden, beispielsweise solche, deren Gestänge aus durch Hammer vorgetriebene Anker bestehen. Geeignete Bohrer bietet beispielsweise die Firma Atlas Copco unter der Bezeichnung "Heavy Rock Drills" mit "Drifter Feeds" und "Down-the- hole Hammers" an. Als geeignete Bohrantriebe können auch die "Hydraulic Drifter" und "Hydraulic Chain Feeds for Tunneling" der Firma Tamrock eingesetzt werden. Da die als Radialbohrer verwendeten Bohrer bekannter Art sind, werden diese hier näher nicht beschrieben.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1

eine perspektivische Ansicht einer bekannten Tunnelbohrmaschine,

Fig. 2

einen Längsschnitt durch einen Stollen mit einer in diesem in Einsatz befindlichen diesen bohrenden Tunnelbohrmaschine,

Fig. 3

einen Längsschnitt durch einen Bohrkopf einer Tunnelbohrmaschine mit einer radialen Lafette und einem in dieser geführten Bohrer,

Fig. 4

einen um 90 Grad gedrehten Längsschnitt durch den Bohrkopf nach Fig. 3 und

Fig. 5

einen Querschnitt durch den Bohrkopf nach den Fig. 3 und 4.

[0010] Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Tunnelbohrmaschine besteht aus dem Bohrkopf 1, den Vorschubpressen 2 sowie den der Verspannung dienenden Einrichtungen 3.

[0011] Aus Fig. 2 ist zusätzlich die Nachlaufkonstruktion ersichtlich. Diese enthält die Lüftung 4, die elektrische Ausrüstung 5 und weitere Versorgungs- und Arbeitseinrichtungen 6, 7.

[0012] Wie aus den Fig. 3-5 ersichtlich ist, ist der Bohrkopf hinter dem Bohrschild mit einer radialen Kulissenführung 8 versehen, die auf einer Durchmesserlinie liegt und rechtwinkelig zur Achse 9 des Bohrkopfes 1 steht. Auf dieser Lafette mit den Führungsstangen 10 ist der Bohrer 11 bekannter Bauart geführt. Der Bohrkopf 1 ist mit einer seitlichen Durchtrittsöffnung 12 zum Durchtritt des Bohrgestänges 13 versehen. Das Bohrgestänge 13 wird drehend und/oder schlagend vorgetrieben und der den Bohrer oder Anker 13 umgebende Ringraum 14 wird mit einem aussteifenden Material verfüllt, wenn ein Anker gesetzt worden ist. Das Material wird in nicht dargestellter Weise aus Düsen ejiziert, die sich im Bereich der Bohrkrone des Gestänges 13 befinden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Tunnels oder Stollen mit einer Tunnelbohrmaschine, bei dem in radialer Richtung ein Bohrgestänge (13) in das Gebirge drehend und/oder schlagend vorgetrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß nur beim Auftreten von Störungsstellen und aus dem Bohrkopf (1) gebohrt wird, daß das Bohrgestänge (13) stehengelassen wird und daß der das Bohrgestänge (13) umgebende Ringraum (14) mit einem aussteifenden Material verfüllt wird.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aussteifende und/oder verdichtende Material aus Betonit, Zement, kunststoffverbessertem Mörtel o.dgl. oder aus Gemischen dieser Stoffe besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtende Material aus im Bereich der Bohrkrone des Bohregestänges (13) vorgesehenen Düsen ejiziert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtende Material nach dem vollständigen Vortrieb des einen Stabilisierungsanker bildenden Bohrgestänge (13) ejiziert wird.

5. Tunnelbohrmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem an einer Antriebseinrichtung gelagerten pilzkappenförmigen Bohrkopf (1) und mit Verspanneinrichtungen und Vorschubpressen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) mit einer radialen Lafette (8, 10) versehen ist, in der ein Bohrer (11) geführt ist, dessen Bohrgestänge (13) radial aus dem Bohrkopf (1) verschiebbar ist.

Claims

1. Method of producing a tunnel or gallery by means of a tunnel-drilling machine in which a drill rod (13) can be advanced in a radial direction into the rock in a rotary and/or percussive manner, characterised in that drilling is carried out only if trouble spots appear and only from the drill head (1), in that the drill rod (13) is left behind, and in that the annular space (14) surrounding the drill rod (13) is filled with a stiffening material.

2. Method according to Claim 1, characterised in that the stiffening and/or compacting material consists of bentonite, cement, mortar improved with plastic, or the like, or mixtures of these substances.

3. Method according to Claim 1 or 2, characterised in that the hardening material is ejected from nozzles provided in the area of the drill bit of the drill rod (13).

4. Method according to one of Claims 1-3, characterised in that the hardening material is ejected after the full advance of the drill rod (13) forming a stabiliser anchor.

5. Tunnel-drilling machine for carrying out the method according to one of the preceding claims, having a mushroom-shaped drill head (1) mounted on a drive device, and having restraining devices and feed presses, characterised in that the drill head (1) is provided with a radial carriage (8, 10) in which a drill (11) is guided, the drill rod (13) of which can be displaced radially from the drill head (1).

Revendications

1. Méthode pour réaliser un tunnel ou une galerie au moyen d'une machine de forage de tunnel où on peut faire avancer un train de tiges (13) dans la montagne en tournant et/ou en battant, en direction radiale, caractérisée en ce que lorsque se présentent des points de perturbation et que l'on fore au moyen de la tête de forage (1), le train de tiges (13) est laissé stationnaire et l'espace annulaire (14) entourant le train de tiges (13) est rempli d'un matériau raidisseur.

2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau raidisseur et/ou étanchéifiant se compose de bentonite, ciment, mortier enrichi en matière synthétique ou analogue ou bien de mélanges de ces matériaux.

3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau durcissant est éjecté de buses prévues dans la zone de la couronne de forage du train de tiges (13).

4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1-3, caractérisée en ce que le matériau durcissant est éjecté après avance complète du train de tiges (13) formant une ancre de stabilisation.

5. Machine de forage de tunnel pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes avec une tête de forage logée sur un système d'entraînement et en forme de champignon (1) et avec des dispositifs de haubanage et des presses d'avancement, caractérisée en ce que la tête de forage (1) est pourvue d'un affût radial (8, 10) où est guidé un fleuret (11) dont le train de tiges (13) est mobile radialement hors de la tête de forage (1).

Zeichnung