VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM KONTINUIERLICHEN VORTREIBEN EINES TUNNELS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vortreiben eines Tunnels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels.

[0003] Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels sind aus JP 4 206 054 B2 bekannt. Diese vorbekannte Vorrichtung zum Vortreiben und Ausbauen eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie verfügt über ein Schneidrad zum Abbauen einer Ortsbrust, und über eine Anzahl von auf der einer Ortsbrust abgewandten Seite des Schneidrads angeordneten, in einer axialen Richtung arbeitenden Pressen, die von einem Pressenlager, gegen das sich das Schneidrad in axialer Richtung abstützt, gehalten und auf der dem Schneidrad abgewandten Seite des Pressenlagers zum Anpressen an Tübbinge mit Anpresskräften eingerichtet sind. Dabei sind einige Pressen an ein Wandlermodul zum Messen eines an einer auf einen Tübbing ausgeübten Anpresskraft zugeordneten Druckwertes angeschlossen, wobei eine Zentraleinheit mit einem Zentralsteuermodul vorhanden ist, an das die Wandlermodule zum Übergeben der Druckwerte angeschlossen sind. Die Zentraleinheit verfügt weiterhin über ein Navigationsmessmodul und über ein Presskräftekorrekturmodul, wobei bei Abweichung der zukünftigen Trajektorie oder einer Isttrajektorie von der von dem Navigationsmessmodul vorgegebenen Solltrajektorie über das Presskräftekorrekturmodul die durch die Pressen ausgeübten Anpresskräfte zum Stabilisieren eines sich aus den ausgeübten Anpresskräften ergebenden Istkräfteschwerpunkts so einstellbar sind, dass sich die Abweichung der zukünftigen Trajektorie von der Solltrajektorie gegenüber der anfänglichen Trajektorienprognose verringert.

[0004] Aus JP H04 92094 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels bekannt, bei denen zum Einhalten einer Solltrajektorie Vorschubkräfte über ein Steuermodul anpassbar sind.

[0005] Eine weitere Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels sind aus EP 0 974 732 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie ist zum Abbauen einer Ortsbrust ein Schneidrad vorhanden, während zum Ausbau einer Tunnelwand mit Tübbingen in einer axialen Richtung arbeitende Pressen vorgesehen sind, die von einem in axialer Richtung auch als Abstützung für das Schneidrad eingerichteten Pressenlager gehalten und auf der dem Schneidrad abgewandten Seite des Pressenlagers zum Anpressen an Tübbinge mit Anpresskräften eingerichtet sind. Zum Verspannen während des Tübbingausbaus sind an einem Mittelschild radial vor- und zurückbewegbare Pressschilde angeordnet.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum effizienten, kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels anzugeben, bei denen bei einem Setzen von Tübbingen mit Rückfahren von axial arbeitenden Pressen ohne eine radiale Abstützung weiterhin ein kontinuierlicher Vortrieb eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie gewährleistet ist.

[0007] Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

[0009] Dadurch, dass gemäß der Erfindung durch ein Zusammenwirken des Presskräftekorrekturmoduls und des Navigationsprognosemoduls durch den Ausbau mit Tübbingen lokal stark variierende Anpresskräfte dadurch ausgleichbar sind, dass bei Verbau eines Tübbings durch eine Neubestimmung von durch weiterhin aktive Pressen ausgeübte Anpresskräfte ein Ausgleich mit einer Stabilisierung eines Istkräfteschwerpunkts geschaffen ist, lässt sich die vorgegebene Solltrajektorie mit relativ gleichmäßigen Lastverteilungen weitgehend abweichungsfrei während eines weiterhin kontinuierlichen Tunnelvortriebs einhalten.

[0010] Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0011] Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Pressen für eine sichere Aufnahme der Widerlagerkräfte in einem Pressenlagerring gehalten, der im Bereich eines Mittelschilds angeordnet ist.

[0012] Für eine gleichmäßige Krafteinleitung ist es bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig, dass die Pressen in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind.

[0013] Aus steuerungstechnischen Gründen ist es bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig, dass die Pressen in Pressen paaren paarweise zusammenwirken.

[0014] Für eine effektive Regelung ist es bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls zweckmäßig, dass an das Zentralsteuermodul Druckwerte und Wegwerte der Pressen verarbeitende Wandlermodule über ein Druckverarbeitungsmodul angeschlossen sind.

[0015] Bei einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist für einen effizienten Vortrieb vorgesehen, dass die Bestimmung der neuen Anpresskräfte beim Verbau von Tübbingen für die Dauer eines Verbaus eines Tübbings über eine Regelung der Lage eines Istkräfteschwerpunkts aus den beaufschlagten Anpresskräften gegenüber einem Sollkräfteschwerpunkt erfolgt.

[0016] Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.

[0017] Es zeigen:

Fig. 1

in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels gemäß der Erfindung mit einer Anzahl von in einem Pressenlager gehaltenen, in einer axialen Richtung arbeitenden Pressen,

Fig. 2

in einer perspektivischen Ansicht das als Pressenlagerring ausgebildete Pressenlager des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 mit paarweise zusammengeschalteten Pressen,

Fig. 3

in einer Seitenansicht ein Paar von zusammengeschalteten Pressen mit einer gemeinsamen Anpressplatte,

Fig. 3a

in einer Seitenansicht eine einzelne Presse mit einer Anpressplatte,

Fig. 4

in einer Seitenansicht entsprechend Fig. 1 die Veranschaulichung der Kräfteverhältnisse in einer vertikalen Längsebene,

Fig. 5

das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in einer Stirnansicht mit Darstellung eines regulären Istkräfteschwerpunkts in einer Abbausituation, in der alle Pressen Anpresskräfte auf Tübbinge ausüben und im kontinuierlichen Vortrieb eine vorgegebene Solltrajektorie eingehalten wird,

Fig. 6

in einer Stirnansicht entsprechend Fig. 5 die Darstellung, wie sich der Istkräfteschwerpunkt bei Abnahme einer Anzahl von einander benachbarten Pressen von Tübbingen ohne Korrektur der Anpresskräfte der übrigen Pressen unerwünscht verlagert und

Fig. 7

in einem Blockschaubild die wesentlichen Elemente eines Ausführungsbeispiels der Erfindung für einen Regelkreis zum Einstellen der Anpresskräfte für einen kontinuierlichen Vortrieb im Wesentlichen entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie.

[0018] Fig. 1 zeigt in einer teilgeschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie gemäß der Erfindung. Die in ihren wesentlichen mechanischen, hydraulischen und pneumatischen Komponenten als Tunnelvortriebsmaschine herkömmlicher Bauart ausgeführte beispielhafte Vorrichtung gemäß Fig. 1 verfügt über ein Schneidrad 103, das durch eine motorische Antriebseinheit 106 zum Abbauen einer in einer Vortriebsrichtung vor dem Schneidrad 103 liegenden Ortsbrust 109 drehbar ist. Von dem Schneidrad 103 an der Ortsbrust 109 abgebauter, in Fig. 1 nicht dargestellter Abraum ist aus einem in Vortriebsrichtung rückseitig des Schneidrads 103 angeordneten Abbauraum 112 mittels einer bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Schneckenförderer ausgebildeten Abfördereinheit 115 entgegen der Vortriebsrichtung abförderbar.

[0019] In Abbaurichtung rückseitig des Schneidrads 103 und der Antriebseinheit 106 ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 im Bereich eines für die Erfindung nicht notwendigerweise radial verspannbaren Mittelschildes 118 mit einem als Pressenlagerring 121 ausgebildeten Pressenlager ausgestattet, gegen das sich das Schneidrad 103 in axialer Richtung abstützt und in dem eine Anzahl von in einer axialen Richtung hydraulisch arbeitenden Pressen 124 gehalten sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Pressen 124 zu Pressenpaaren 127 gekoppelt und stehen paarweise mit jeweils einer in Abbaurichtung rückseitig des Pressenlagerrings 121 angeordneten Anpressplatte 130 in Verbindung.

[0020] In Abbaurichtung rückseitig des Mittelschilds 118 sind für einen Tunnelausbau Tübbinge 133 vorhanden, die bei einem kontinuierlichen Vortrieb des Tunnels mittels der Tunnelvortriebsmaschine im Bereich eines Schildschwanzes 136 üblicherweise aufeinanderfolgend zu den Tunnel dicht auskleidenden Tübbingringen 139 verbaut werden.

[0021] Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Pressenlagerring 121 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 mit den zu Pressenpaaren 127 gekoppelten Pressen 124. Die Abstände der ein Pressenpaar 127 bildenden Pressen 124 sind bei allen Pressenpaaren 127 gleich, während die Pressenpaare 127 in Umfangsrichtung des Pressenlagerrings 121 jeweils gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Die Anpressplatten 130 weisen somit in Umfangsrichtung des Pressenlagerrings 121 ebenfalls einen gleichmäßigen Abstand voneinander auf. Die Pressen 124 sind, wie in Fig. 2 dargestellt, in mit dem Pressenlagerring 121 fest verbundenen Pressenhalterungen 203 gelagert und damit fest in dem Pressenlagerring 121 gehalten.

[0022] Fig. 3 zeigt in einer Seitenansicht ein durch zwei über eine Anpressplatte 130 miteinander gekoppelte Pressen 124 gebildetes Pressenpaar 127. Die Pressen 124 sind mit einem Hydraulikanschluss 303 und mit einem Wegsensor 306 ausgestattet. Über den Hydraulikanschluss 303 lassen sich, von einem Wandlermodul 309 gesteuert, die von einer Presse 124 über die Pressenplatte 130 auf einen Tübbing 133 ausgeübten Anpresskräfte, wie weiter unten näher erläutert, über einstellbare Druckwerte gezielt einstellen. Die Wandlermodule 309 eines Pressenpaares 127 sind ebenfalls mit den betreffenden Wegsensoren 306 verbunden, so dass mit den Wandlermodulen 309 auch die Stellung der Pressen 124 über Wegwerte erfassbar und, wie weiter unten näher erläutert, weiterverarbeitbar sind.

[0023] Fig. 3a zeigt in einer Seitenansicht entsprechend Fig. 3 eine einzelne Presse 124 mit einer Anpressplatte 130, die bei entsprechender hydraulischer Dimensionierung als Ersatz für wenigstens ein Pressenpaar 127 einsetzbar und, wie weiter nicht mehr näher erläutert, wie eine Presse 124 eines Pressenpaares 127 ansteuerbar ist.

[0024] Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht entsprechend Fig. 1 das erläuterte Ausführungsbeispiel. In Fig. 4 ist symbolisch in einer vertikalen Längsebene ein Kräfteprofil 403 mit in Richtung der Schwerkraft von der Oberseite zu der Unterseite zunehmenden Kompensationskräften zum Ausgleich des Erddrucks im Bereich der Ortsbrust 109 dargestellt. Der sich dabei in axialer Richtung ergebende, in Fig. 4 durch einen Pfeil dargestellte Istkräfteschwerpunkt 406 liegt in Richtung der Schwerkraft etwas unterhalb der Mittellängsachse der Tunnelvortriebsmaschine. Die Kompensationskräfte werden gemäß der Erfindung dabei ausschließlich oder im Wesentlichen ausschließlich durch die Anpresskräfte der Pressen 124 aufgebracht, um über eine den Pressenlagerring 121 einbindende Kraftflusskette in axialer Richtung zwischen den Pressen 124 und dem Schneidrad 103 das Schneidrad 103 zum Einhalten einer vorgegebenen Solltrajektorie beim Vortreiben des Tunnels rechtwinklig zur Solltrajektorie zu positionieren.

[0025] Fig. 5 zeigt in einer Stirnansicht die Tunnelvortriebsmaschine gemäß dem erläuterten Ausführungsbeispiel mit Blick auf eine rückseitig des Schneidrads 103 angeordnete Druckwand 503, die den Abbauraum 112 in Abbaurichtung rückseitig begrenzt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass bei zum Einhalten der vorgegebenen Solltrajektorie der in Fig. 5 durch einen Kreis mit einem innenliegenden Kreuz symbolisch dargestellte Istkräfteschwerpunkt 406 auf der Mittelhochachse liegt.

[0026] Fig. 6 zeigt in einer der Darstellung gemäß Fig. 5 entsprechenden Stirnansicht die Tunnelvortriebsmaschine mit symbolisch durch drei "X" als von einem Tübbing 133 abgenommen gekennzeichneten Anpressplatten 130, um einen Verbauraum für einen neuen, zu verbauenden Tübbing 133 freizugeben. Bei bei den übrigen Anpressplatten 130 ansonsten unveränderten Anpresskräften verlagert sich der Istkräfteschwerpunkt 406 gegenüber der Position gemäß Fig. 5 so, dass bei einem kontinuierlichen Vortrieb ohne weitere Maßnahmen die vorgegebene Solltrajektorie verlassen werden würde.

[0027] Fig. 7 zeigt in einem Blockschaubild den Aufbau einer Regelung für das erläuterte Ausführungsbeispiel zum kontinuierlichen Vortreiben eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie. Die in Verbindung mit Fig. 3 bereits erläuterten Wandlermodule 309 sind mit ihren Ausgängen für die Druckwerte an ein Druckverarbeitungsmodul 703 angeschlossen, während die Ausgänge für die Wegwerte einem Wegverarbeitungsmodul 706 einspeisbar sind. Das Druckverarbeitungsmodul 703 und das Wegverarbeitungsmodul 706 übergeben ihre Ausgangsdaten einem Zentralsteuermodul 709 als Element einer Zentraleinheit, an das eingangsseitig weiterhin ein Navigationsmessmodul 712 als weiteres Element der Zentraleinheit angeschlossen ist.

[0028] Das Navigationsmessmodul 712 speist unter anderem dem Zentralsteuermodul 709 eine für das kontinuierliche Vortreiben eines Tunnels einzuhaltende, vorgegebene Solltrajektorie sowie zu bestimmten Zeiten, beispielsweise nur nach Schließen eines Tübbingrings 139 oder alternativ auch wenigstens einmal während des Verbaus von Tübbingen 133, aktuelle, der Istpositionierung der Tunnelvortriebsmaschine zugeordnete Navigationsdaten ein.

[0029] Ausgangsseitig sind an das Zentralsteuermodul 709 ein Presskräftekorrekturmodul 715 und ein Anzeigemodul 718 als weitere Elemente der Zentraleinheit angeschlossen. Mit dem Anzeigemodul 718 ist, wie in Fig. 7 symbolisch dargestellt, die aktuelle Lage des in Verbindung mit Fig. 4 bis Fig. 6 erläuterten Istkräfteschwerpunkts 406, vorteilhafterweise in Bezug auf ein anschauliches Referenzsystem 721, anzeigbar.

[0030] Das Presskräftekorrekturmodul 715 wiederum steht ausgangsseitig mit einem Navigationsprognosemodul 724 als weiterem Element der Zentraleinheit in Verbindung, mit dem bei gegebenen Verteilungen der von den Pressen 124 beziehungsweise den Pressenpaaren 127 ausgeübten Anpresskräfte eine Trajektorienprognose über eine zukünftige Trajektorie für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise bis zum Schließen eines nächsten Tübbingrings 139 nach dem letzten Bestimmen der aktuellen Istpositionierung der Tunnelvortriebsmaschine, bestimmbar ist. Der Trajektorienprognose zugeordnete Prognosedaten sind von dem Navigationsprognosemodul 724 auf das Zentralsteuermodul 709 rückführbar.

[0031] Weiterhin ist das Presskräftekorrekturmodul 715 mit Eingängen der Wandlermodule 309 verbunden, um über diese mit Druckwerten die Pressen 124 zum Bereitstellen von über das Presskräftekorrekturmodul 715 vorbestimmten Anpresskräften anzusteuern.

[0032] Die Module der voranstehend erläuterten Anordnung wirken nach Art eines Regelkreises wie nachfolgend erläutert zusammen.

[0033] Für den Einbau eines neuen Tübbings 133 ist es, wie oben erläutert, erforderlich, bestimmte Pressen 124 zum Freigeben eines Verbauraums für den zu verbauenden Tübbing 133 zurückzuziehen, so dass deren Anpresskräfte gleich Null sind. Um die, wie in Verbindung mit Fig. 6 erläutert, dadurch verursachte, an sich unerwünschte Verlagerung des Istkräfteschwerpunkts 406 auszugleichen, werden mit dem Presskräftekorrekturmodul 715 neue Anpresskräfte berechnet und dem Navigationsprognosemodul 724 eingespeist, um eine Trajektorienprognose für eine zukünftige Trajektorie zu bestimmen. Das Berechnen der neuen Anpresskräfte erfolgt für einen effizienten Vortrieb beispielsweise im Voraus für einen Zeitraum vom Beginn des Verbaus eines Tübbings 133 bis zum Abschluss des Verbaus dieses Tübbings 133 und somit bis zum Beginn des Verbaus des nächsten Tübbings 133, kann aber insbesondere für einen hochpräzisen Vortrieb oder bei kleinräumig stark wechselnden Geologien auch für kürzere aufeinanderfolgende Zeiträume erfolgen. Aufgrund der bei Wegfall von Anpresskräften zu erwartenden Abweichung der zukünftigen Trajektorie von der vorgegebenen Solltrajektorie durch die Verlagerung des Istkräfteschwerpunkts 406 bestimmt das Presskräftekorrekturmodul 715 neue Anpresskräften derart, dass die von dem Navigationsprognosemodul 724 bestimmte Trajektorienprognose durch Stabilisierung des Istkräfteschwerpunkts 406 zumindest zu einer Annäherung der Isttrajektorie, zweckmäßigerweise im Rahmen von tolerablen kleineren Abweichungen zu einem Zusammenfallen der zukünftigen Trajektorie, mit der Solltrajektorie für den Zeitraum des Verbaus von neuen Tübbingen 133 erfolgt.

[0034] Bei Unterschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts für eine maximale Abweichung werden die weiterhin in Anlage mit Tübbingen 133 befindlichen Pressen 124 beziehungsweise Pressenpaare 127 mit den neu berechneten Druckwerten zum Bereitstellen entsprechend zugeordneter Anpresskräfte beaufschlagt, so dass bei einem kontinuierlichen Vortrieb über die Regelung der Lage des Istkräfteschwerpunkts 406, beispielsweise zum Einhalten einer Lage gemäß Fig. 5 auch bei einem ohne Regelung auftretenden Auswandern in eine an sich unerwünschte Lage gemäß Fig. 6, gegenüber einer Lage eines Sollkräfteschwerpunkts die vorbestimmte Solltrajektorie auch während des aufeinanderfolgenden Verbaus von Tübbingen 133 ohne die Notwendigkeit einer regelmäßigen Abfrage der Istpositionierung der Tunnelvortriebsmaschine, beispielsweise während des Ausbaus eines Tübbingrings 139, eingehalten wird.

[0035] Diese Anpassungsschritte für die Anpresskräfte während eines kontinuierlichen Vortriebs werden für einen hochpräzisen Vortrieb zweckmäßigerweise im Verhältnis zu der Vortriebsrate verhältnismäßig kurz getaktet durchgeführt, so dass zu jeder Zeit die vorbestimmte Solltrajektorie sehr genau eingehalten oder im Wesentlichen eingehalten wird.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Vortreiben und Ausbauen eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie mit einem Schneidrad (103) zum Abbauen einer Ortsbrust (109), mit einer Anzahl von auf der einer Ortsbrust (109) abgewandten Seite des Schneidrads (103) angeordneten, in einer axialen Richtung arbeitenden Pressen (124), die von einem Pressenlager (121), gegen das sich das Schneidrad (103) in axialer Richtung abstützt, gehalten und auf der dem Schneidrad (103) abgewandten Seite des Pressenlagers (121) zum Anpressen an Tübbinge (133) mit Anpresskräften eingerichtet sind, wobei wenigstens einige Pressen (124) an ein Wandlermodul (309) zum Messen eines an einer auf einen Tübbing (133) ausgeübten Anpresskraft zugeordneten Druckwertes angeschlossen sind, wobei eine Zentraleinheit mit einem Zentralsteuermodul (709) vorhanden ist, an das die Wandlermodule (309) zum Übergeben der Druckwerte angeschlossen sind, wobei die Zentraleinheit (709) weiterhin über ein Navigationsmessmodul (712) sowie über ein Presskräftekorrekturmodul (715) verfügt und wobei bei Abweichung der zukünftigen Trajektorie oder einer Isttrajektorie von der von dem Navigationsmessmodul (712) vorgegebenen Solltrajektorie über das Presskräftekorrekturmodul (715) die durch die Pressen (124) ausgeübten Anpresskräfte zum Stabilisieren eines sich aus den ausgeübten Anpresskräften ergebenden Istkräfteschwerpunkts (406) so einstellbar sind, dass sich die Abweichung der zukünftigen Trajektorie von der Solltrajektorie gegenüber der anfänglichen Trajektorienprognose verringert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Navigationsprognosemodul (724) vorhanden ist, mit dem bei wenigstens einer gegebenen Verteilung der von den Pressen (124) ausgeübten Anpresskräfte beim Verbau von in Umfangsrichtung benachbarter Tübbinge (133) für ein kontinuierliches Vortreiben und Ausbauen bis zum Schließen eines Tübbingrings (139) eine anfängliche Trajektorienprognose über eine zukünftige Trajektorie bestimmbar ist, dass zum Bestimmen der Trajektorienprognose mit dem Navigationsprognosemodul (724) die Abweichung des Istkräfteschwerpunkts (406) aller Anpresskräfte von einem Sollkräfteschwerpunkt bestimmbar ist und dass die Abweichung des Istkräfteschwerpunkts von dem Sollkräfteschwerpunkt eine Regelgröße eines das Presskräftekorrekturmodul (715), das Navigationsprognosemodul (724) und das Zentralsteuermodul (709) umfassenden Regelkreises bildet, wobei das Berechnen der neuen Anpresskräfte im Voraus für einen Zeitraum vom Beginn des Verbaus eines Tübbings (133) bis zum Abschluss des Verbaus dieses Tübbings (133) und somit bis zum Beginn des Verbaus des nächsten Tübbings (133) erfolgt, so dass die von dem Navigationsprognosemodul (724) bestimmte Trajektorienprognose durch Stabilisierung des Istkräfteschwerpunkts (406) zumindest zu einer Annäherung der Isttrajektorie mit der Solltrajektorie für den Zeitraum des Verbaus von neuen Tübbingen (133) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an das Zentralsteuermodul (709) Druckwerte und Wegwerte der Pressen (124) verarbeitende Wandlermodule (309) über ein Druckverarbeitungsmodul (703) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressen (124) in einem Pressenlagerring (121) gehalten sind, der im Bereich eines Mittelschilds (118) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressen (124) in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressen (124) in Pressenpaaren (127) paarweise zusammenwirken.

6. Verfahren zum kontinuierlichen Vortreiben und Ausbauen eines Tunnels entlang einer vorgegebenen Solltrajektorie mit Einsatz einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und mit einem Ausbauen eines Tunnels mit Tübbingen (133), bei dem in einem Presskraftmodifizierschritt das Presskräftekorrekturmodul (715) neue Anpresskräfte für weiterhin an Tübbinge (133) angepressten Pressen (124) derart bestimmt, dass sich die Abweichung der durch die Trajektorienprognose bestimmten zukünftigen Trajektorie von der Solltrajektorie gegenüber der anfänglichen Trajektorienprognose nach Zurückfahren der Pressen (124) ohne Ausüben von Anpresskräften durch diese Pressen (124) verringert werden, in einem Tübbingsetzschritt zuerst die oder jede an einem verbauten Tübbing (133) angepresste Presse (124) von dem verbauten Tübbing (133) zum Freigeben eines Verbauraums für einen zu verbauenden Tübbing (133) zurückgefahren wird und anschließend der Vortrieb mit den neuen Anpresskräften fortgesetzt sowie der zu verbauende Tübbing (133) verbaut wird, bis die zurückgefahrenen Pressen (124) wieder an den neu verbauten Tübbing (133) angepresst werden und zum Einhalten der Solltrajektorie während des Verbaus des nächsten Tübbings (133) für die Pressen (124) mittels des Presskräftekorrekturmoduls (715) neue Anpresskräfte bestimmt sowie beaufschlagt werden, wobei die Tübbingsetzschritte aufeinanderfolgend an in Umfangsrichtung benachbarten Tübbingen (133) durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der neuen Anpresskräfte beim Verbau von Tübbingen (133) für die Dauer eines Verbaus eines Tübbings (133) über eine Regelung der Lage eines Istkräfteschwerpunkts (406) aus den beaufschlagten Anpresskräften gegenüber einem Sollkräfteschwerpunkt erfolgt.

Claims

1. Device for boring and extending a tunnel along a specified target trajectory, comprising a cutting wheel (103) for excavating a heading face (109), comprising a number of presses (124) that are arranged on the side of the cutting wheel (103) that faces away from a heading face (109), that operate in an axial direction, that are held by a press bearing (121) against which the cutting wheel (103) is supported in the axial direction, and that are designed to press against lining segments (133) with pressing forces on the side of the press bearing (121) that faces away from the cutting wheel (103), wherein at least some presses (124) are connected to a converter module (309) for measuring a pressure value assigned to a pressing force exerted on a lining segment (133), wherein a central unit is provided and has a central control module (709) to which the converter modules (309) are connected for transmitting the pressure values, wherein the central unit (709) further comprises a navigation measurement module (712) as well as a pressing force correction module (715) and wherein, in the event of a deviation of the future trajectory or an actual trajectory from the target trajectory specified by the navigation measurement module (712), the pressing forces exerted by the presses (124) can be adjusted by means of the pressing force correction module (715) in order to stabilise an actual force focal point (406) resulting from the exerted pressing forces such that the deviation of the future trajectory from the target trajectory decreases with respect to the initial trajectory prediction, characterised in that a navigation prediction module (724) is provided, by means of which an initial trajectory prediction relating to a future trajectory can be determined at at least one determined distribution of the pressing forces exerted by the presses (124) during installation of lining segments that adjoin in the circumferential direction for the purpose of continuously boring and extending until a ring of lining segments (139) is formed, in that the deviation of the actual force focal point (406) of all pressing forces from a target force focal point can be determined in order to determine the trajectory prediction by means of the navigation prediction module (724), and in that the deviation of the actual force focal point from the target force focal point is a controlled variable of a control loop comprising the pressing force correction module (715), the navigation prediction module (724) and the central control module (709), wherein the new pressing forces are calculated in advance for a period from the beginning of installation of a lining segment (133) to the completion of installation of said lining segment (133) and thus to the beginning of installation of the next lining segment (133), such that the trajectory prediction determined by the navigation prediction module (724) takes place for the period in which new lining segments (133) are installed at least when the actual trajectory is approaching the target trajectory on account of stabilisation of the actual force focal point (406) .

2. Device according to claim 1, characterised in that converter modules (309) that process pressure values and travel values of the presses (124) are connected to the central control module (709) via a pressure processing module (703).

3. Device according to claim 1 or claim 2, characterised in that the presses (124) are held in a press bearing ring (121) that is arranged in the region of a central shield (118).

4. Device according to any of claims 1 to 3, characterised in that the presses (124) are equally spaced apart from one another in the circumferential direction.

5. Device according to any of claims 1 to 4, characterised in that the presses (124) cooperate pairwise in press pairs (127).

6. Method for continuously boring and extending a tunnel along a specified target trajectory using a device according to any of claims 1 to 5 and including extending a tunnel using lining segments (133), wherein, in a pressing force modification step, the pressing force correction module (715) determines new pressing forces for presses (124) still pressing against lining segments (133) such that the deviation of the future trajectory determined by means of the trajectory prediction from the target trajectory is reduced with respect to the initial trajectory prediction after the presses (124) are retracted without exerting pressing forces by means of said presses (124), in a lining segment setting step, firstly the or each press (124) pressed against an installed lining segment (133) is retracted from the installed lining segment (133) in order to free up an installation space for a lining segment (133) to be installed and subsequently the boring is continued with the new pressing forces and the lining segment (133) to be installed is installed until the retracted presses (124) are again pressed against the newly installed lining segment (133) and new pressing forces are determined for the presses (124) by means of the pressing force correction module (715) and applied in order to keep to the target trajectory during installation of the next lining segment (133), wherein the lining segment setting steps are carried out successively on lining segments (133) that adjoin in the circumferential direction.

7. Method according to claim 6, characterised in that the determination of new pressing forces during installation of lining segments (133) takes place for the duration of installation of a lining segment (133) by means of regulation of the position of an actual force focal point (406) of the applied pressing forces relative to a target force focal point.

Revendications

1. Dispositif pour le creusement et le soutènement d'un tunnel le long d'une trajectoire cible prédéfinie avec une roue de coupe (103) pour l'abattage d'un front de creusement (109), avec un certain nombre de presses (124) disposées sur le côté de la roue de coupe (103) opposé à un front de creusement (109) et fonctionnant dans une direction axiale, lesdites presses étant maintenues par un support de presses (121) contre lequel la roue de coupe (103) est en appui dans la direction axiale, lesdites presses étant également disposées sur le côté du support de presses (121) opposé à la roue de coupe (103) de façon à exercer une poussée avec des forces de pression sur des segments de cuvelage (133), pour lequel au moins quelques presses (124) sont reliées à un module convertisseur (309) pour la mesure d'une valeur de pression affectée à une force de pression s'exerçant sur un segment de cuvelage (133), pour lequel il existe une unité centrale avec un module central de commande (709), les modules convertisseurs (309) étant reliés audit module central de commande (709) de façon à transmettre les valeurs de pression, pour lequel l'unité centrale (709) dispose par ailleurs d'un module de mesure de navigation (712) ainsi que d'un module de correction de forces de pression (715), et pour lequel, lors d'une déviation de la trajectoire future ou d'une trajectoire réelle par rapport à la trajectoire cible déterminée par le module de mesure de navigation (712), les forces de pression exercées par les presses (124), pour la stabilisation d'un centre de gravité des forces réel (406) résultant des forces de pression exercées, sont réglables de telle sorte que la déviation de la future trajectoire de la trajectoire cible par rapport à la prévision de la trajectoire initiale se réduit, caractérisé en ce qu'il existe un module de prévision de navigation (724), avec lequel il est possible de déterminer une prévision de trajectoire initiale par l'intermédiaire d'une future trajectoire pour au moins une distribution donnée des forces de pression exercées par les presses (124) lors de l'installation de segments de cuvelage (133) adjacents dans la direction de la circonférence pour un creusement et un soutènement continus jusqu'à la fermeture d'un anneau segmenté (139), en ce que pour la détermination de la prévision de trajectoire avec le module de prévision de navigation (724), la déviation entre le centre de gravité réel des forces de toutes les forces de pression et un centre de gravité cible des forces peut être déterminée, et en ce que la déviation entre le centre de gravité des forces réel (406) et le centre de gravité cible des forces constitue une valeur de contrôle d'une boucle de contrôle comprenant le module de correction des forces de pression (715), le module de prévision de navigation (724) et le module central de commande (709), le calcul des nouvelles forces de pression s'effectuant en avance d'un intervalle de temps depuis le début de l'installation d'un segment de cuvelage (133) jusqu'à la fin de l'installation de ce segment de cuvelage (133) et ainsi jusqu'au début de l'installation du segment de cuvelage (133) suivant, de telle sorte que la prévision de trajectoire déterminée par le module de prévision de navigation (724) par la stabilisation du centre de gravité des forces réel (406) a comme résultat de parvenir à au moins un rapprochement de la trajectoire réelle avec la trajectoire cible pour la durée de l'installation de nouveaux segments de cuvelage (133).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des modules convertisseurs (309) traitant les valeurs de pression et les valeurs de courses des presses (124) sont reliés au module de commande central (709) par l'intermédiaire d'un module de traitement de pression (703).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les presses (124) sont maintenues dans une bague de logement de presses (121) qui est disposée au niveau d'un bouclier central (118).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les presses (124) sont, dans la direction de la circonférence, espacées de façon régulière les unes des autres.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les presses (124) agissent ensemble en binôme par paire de presses (127).

6. Procédé pour le creusement et le soutènement en continu d'un tunnel le long d'une trajectoire cible prédéfinie avec mise en oeuvre d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et avec un soutènement d'un tunnel avec des segments de cuvelage (133), pour lequel le module de correction des forces de pression (715), dans une étape de modification des forces de pression, détermine de nouvelles forces de pression pour des presses (124) qui continuent à être appliquées à des segments de cuvelage (133) de telle sorte que, la déviation de la trajectoire future déterminée par la prévision de trajectoire de la trajectoire cible, par rapport à la prévision initiale de la trajectoire se réduit après le retrait des presses (124) sans exercice de forces de pression de ces presses (124), que lors de l'étape de l'installation d'un segment de cuvelage (133), la ou chaque presse (124) appuyée contre un segment de cuvelage (133) déjà construit est d'abord retirée du segment de cuvelage construit de façon à libérer un espace d'installation pour un segment de cuvelage (133) à construire, et qu'ensuite le creusement avec les nouvelles forces de pression est poursuivi et le segment de cuvelage (133) à construire est installé, jusqu'à ce que les presses (124) retirées soient à nouveau appliquées contre le segment de cuvelage (133) qui vient d'être installé et que, pour le respect de la trajectoire cible pendant l'installation du segment de cuvelage (133) suivant, de nouvelles forces de pression sont déterminées et appliquées pour les presses (124) au moyen du module de correction des forces de pression (715), les étapes d'installation des segments de cuvelage étant effectuées successivement sur des segments de cuvelage (133) adjacents dans le sens de la circonférence.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la détermination des nouvelles forces de pression lors de l'installation de segments de cuvelage (133) pendant la durée de l'installation d'un segment de cuvelage (133) s'effectue par une régulation de la position d'un centre de gravité des forces réel (406) issu des forces de pression appliquées par rapport à centre de gravité cible des forces.

Zeichnung