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

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels .

Eine derartige Vorrichtung ist aus JP 2010- 13895 A bekannt . Die vorbekannte Vorrichtung verfügt über ein drehbares Schneidrad, mit dem in einer Vortriebsrichtung vorderseitig an einer Ortsbrust mit an einer Schneidradvorderseite angeordneten Abbauwerkzeugen anstehende Geologie abbaubar ist . Von der Ortsbrust abgebautes Material ist in eine in Abbaurichtung rückseitig der Schneidradvorderseite gelegene Abbaukammer einförderbar . Weiterhin ist eine Abfördereinheit vorhanden , mit der in der Abbaukammer vorhandenes Material abförderbar ist . Weiterhin s ind Sensormittel vorgesehen , die zum Erfassen von für die Konsistenz von an der Ortsbrust abgebauten Material charakteristis chen Mes swerten mit dem in der Abbaukammer vorhandenen Material wechselwirken . Mit der vorbekannten Vorrichtung läs st s ich ein Tunnel vortreiben .

Aus DE 691 22 010 T2 ist eine Pos itionsbestimmungsanlage für eine Auf f ahrmaschine bekannt , die über Leiters chleifen und wenigstens einen Magnetfelddetektor verfügt , die relativ zueinander bewegbar s ind, um mittels eines Pos itionsrechners die Pos ition der

Auf f ahrmaschine gegenüber einer Bezugspos ition zu berechnen .

Aus DE 20 2019 100 821 Ul ist eine Vorrichtung zum Untersuchen des Verklebens von Probenmaterial zur Vorhersage von Abbaubedingungen im Tunnelvortrieb bekannt , die in einem Versuchsstand integriert ist und ein in einem Materialaufnahmerohr angeordnetes drehbares Schneidrad aufweist . Das Schneidrad ist dazu vorgesehen , mit in dem Materialaufnahmerohr eingebrachtem Probenmaterial in Kontakt zu kommen und ist hierfür mit Sensoren ausgestattet , die zum Mes sen wenigstens einer Mes sgröße eingerichtet sind . Zu den Messgrößen gehören Verformung des Schneidrads , Drehmoment des Schneidrads , elektrische Leitfähigkeit am Schneidrad, Verschleiß am Schneidrad und Druck am Schneidrad .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der s ich die Kons istenz von zwischen der Schneidradvorderseite und der Ortsbrust vorhandenem Material insbesondere zum verhältnismäßig zuverläss igen Vermeiden von unerwünschten Verklebungen und überhöhtem Verschleiß sowie zum betriebs sicheren Stützen der Ortsbrust verläss lich bestimmen läs st . Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst .

Dadurch , dass gemäß der Erfindung Mes smodule der Sensormittel an der Vorderseite des Schneidrads angeordnet sind und die dort angeordneten Mes smodule zum Erfassen von unterschiedlichen Typen von Mes swerten eingerichtet s ind, läs st s ich die Konsistenz von zwis chen der Schneidradvorderseite und der Ortsbrust vorhandenem Material sehr direkt und durch Verknüpfen der Messwerte unters chiedlichen Typs verhältnismäßig genau bestimmen , so das s sich beispielsweise über eine Regelkreiseinheit mit Konditioniermitteln die Konsistenz dieses Materials unmittelbar beeinflus sen lässt . Dadurch las sen sich unerwünschte Verklebungen sowie ein übermäßiger Verschleiß von Abbauwerkzeugen vermeiden sowie die Ortsbrust betriebss icher stützen .

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben s ich aus der nachfolgenden Bes chreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung . Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung zum Vortreiben eines Tunnels in Gestalt einer für einen erddruckgestützten Vortrieb eingerichteten Tunnelbohrmaschine,

Fig. 2 in einer schematischen Seitenansicht ein Multimessmodul von Sensormitteln,

Fig. 3 in einer schematischen Seitenansicht ein Spindelmessmodul von Sensormitteln,

Fig. 4 in einer schematischen Seitenansicht ein Stößelmessmodul von Sensormitteln,

Fig. 5 in einer schematischen Seitenansicht ein Feuchtigkeitsmessmodul von Sensormitteln,

Fig. 6 in einer schematischen Seitenansicht eine Weiterbildung einer Wendeischnecke einer Abf order Schneckeneinheit ,

Fig. 7 in einer Stirnansicht eine Schneidradvorderseite mit einer Anzahl von Messmodulen und

Fig. 8 in einem Blockschaubild ein Ausführungsbeispiel eines Regelkreises zum Einstellen von Konsistenzen. Fig . 1 zeigt in einer s chematis chen vereinfachten Seitenans icht ein Aus führungsbeispiel einer Vorrichtung zum Vortreiben eines Tunnels gemäß der Erfindung in Gestalt einer zum erddruckgestüt zten (EPB- ) Tunnelvortrieb eingerichteten Tunnelbohrmas chine 103 . Die Tunnelbohrmas chine 103 verfügt über ein über eine Schneidradantriebseinheit 106 drehbares Schneidrad 109 , an des sen Schneidradvorderseite 112 eine Anzahl von Abbauwerkzeugen 115 angeordnet s ind . Mit den Abbauwerkzeugen 115 ist an einer in Vortriebsrichtung vor dem Schneidrad 109 liegenden Ortsbrust 118 Material abbaubar . An der Ortsbrust 118 abgebautes Material ist in eine in Abbaurichtung rückseitig der Schneidradvorderseite 112 gelegene Abbaukammer 121 einförderbar . Aus der Abbaukammer 121 ist das abgebaute Material über eine Abfördereinheit mit einer Abförders chneckeneinheit 124 , die eine sich in einem Hüllrohr 127 drehbaren Wendeischnecke 130 aufweist , zu einer Abwurf Öffnung 133 abförderbar .

An der Abwurf Öffnung 133 ist ein Ende eines Abf örderbandes 136 der Abf ördereinheit angeordnet , mit dem das abgeworfene Material durch einen Tunnelraum 139 abförderbar ist .

Der Tunnelraum 139 ist rückseitig des Schneidrads 109 mit Tübbingen 142 ausgekleidet , wobei s ich an den dem Schneidrad 109 zugewandten Stirnseiten der zulet zt verbauten Tübbinge 142 Vortriebspressen 145 abstützen , mit denen ein die Schneidradantriebseinheit 106 tragender Maschinenrahmen 148 und damit das Schneidrad 109 gegen die Ortsbrust 118 andrückbar ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Tunnelbohrmaschine 103 ist an der Schneidradvorderseite 112 zusätzlich zu den Abbauwerkzeugen 115 mit wenigstens zwei Messmodulen von Sensormitteln zum Erfassen von unterschiedlichen Typen von Messwerten ausgestattet, die bei einem Ausführungsbeispiel in wenigstens einer paarweisen Kombination wenigstens ein Multimessmodul 151, wenigstens ein Spindelmessmodul 154, wenigstens ein Stößelmessmodul 157, wenigstens ein Erddruckmessmodul 160 oder wenigstens ein Temperaturmessmodul 163 umfassen. Die Messmodule 151, 154, 157, 160, 163 der Sensormittel sind, wie weiter unten näher erläutert, zum Erfassen von Messwerten bei einem stillstehenden Schneidrad 109 oder bei einem sich drehenden Schneidrad 109 eingerichtet, aus denen sich charakteristische, insgesamt für die Konsistenz des zwischen der Schneidradvorderseite 112 und an der Ortsbrust 118 vorhandenen Materials kennzeichnende Messgrößen für eine Regelkreiseinheit zum geregelten, weitgehend automatisierten Konditionieren des zwischen der Schneidradvorderseite 112 und der Ortsbrust 118 vorhandenen Materials über in Fig. 1 nicht dargestellte Konditionierungsorgane zugegebene Konditioniermittel einstellen lässt.

Dabei sind wenigstens einige Stößelmessmodule 157 zweckmäßigerweise so dimensioniert, dass sie bei Bedarf an Pos itionen von Abbauwerkzeugen 115 verbaubar s ind .

Mit dem oder j edem Erdruckmes smodul 160 läs st s ich der auf die Schneidradvorderseite 112 einwirkende Erddruck bestimmen, der mit der Konsistenz des anstehenden Materials in Beziehung steht . So übt beispielsweise bei einer Möglichkeit zur Entspannung wie durch Abfließen eher fließfähiges Material niedrigere Drücke und eher pastöses Material höhere Drücke auf das Erddruckmessmodul 160 aus , was sich in den von dem Erddruckmessmodul 160 ausgegebenen Messwerten widerspiegelt .

Mit dem Temperaturmes smodul 163 wiederum ist die Temperatur des zwis chen der Schneidradvorderseite 112 und der Ortsbrust 118 vorhandenen Materials in der Umgebung des Temperaturmessmoduls 163 bestimmbar, wobei die Temperatur mit der Konsistenz des Materials in Bez iehung steht . So ist typis cherweise eine verhältnismäßig hohe Temperatur für eine hohe Reibung und damit für eine verhältnismäßig zähflüss ige bis pastöse Konsistenz des Materials und eine verhältnismäßig niedrige Temperatur für eine eher fließfähige sowie wenig Reibungswärme erzeugende Kons istenz des Materials charakteristisch . Der von dem Temperaturmes smodul 163 ausgegebene Mes swert ist somit ebenfalls für die Konsistenz des Materials charakteristisch .

Vorteilhafterweise ist vorgesehen , dass in dem Bereich zwischen der Schneidradvorderseite 112 und der Ortsbrust 118 angeordnete Konditionierorgane durch entsprechende Zugabe von Konditioniermittel dazu eingerichtet sind, wenigstens zwei Zonen unterschiedlicher Konsistenzen zu erzeugen. Jede dieser Zonen ist durch jeweils wenigstens ein Messmodul 151, 154, 157, 160, 163 beprobbar, um für die jeweilige Konsistenz charakteristische Messwerte zu erhalten.

Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß Fig. 1 entnehmen, dass an dem Maschinenrahmen 148 auf seiner an die Abbaukammer 121 angrenzenden Seite weitere Messmodule von Sensormitteln insbesondere in Gestalt von Spindelmessmodulen 154, die jeweils über eine Bypassleitung 155 mit dem Hüllrohr 127 in Verbindung sind, einem in etwa mittig angeordneten Stößelmessmodul 157, Erddruckmessmodulen 160 und Temperaturmessmodulen 163 angeordnet sind. Mit diesen Sensormitteln sind ebenfalls verschiedene Typen von für die Konsistenz des in der Abbaukammer 121 vorhandenen Materials charakteristische Messwerte erfassbar, um insbesondere über eine Zugabe von Konditioniermittel in die Abbaukammer 121 mittels in Fig. 1 nicht dargestellten Konditionierorganen einen ordnungsgemäßen Betrieb der Abförderschneckeneinheit 124 zu gewährleisten. Dabei sind die Konsistenzen des Materials zwischen der Schneidradvorderseite 112 sowie der Ortsbrust 118 einerseits, und dort, wie weiter unten näher erläutert, vorzugsweise in radialer Richtung auch zonenweise, und in der Abbaukammer 121 andererseits wahlweise einstellbar und bedarfsweise insbesondere auch merklich unterschiedlich , um beispielsweise für das auf das Abförderband 136 abgeworfene Material eine relativ feste Konsistenz zu erhalten .

Auch die Abförderschneckeneinheit 124 ist mit wenigstens einem Sensormittel , hier in Gestalt wenigstens eines Stößelmessmoduls 157 , ausgestattet , um für die Kons istenz des abgeförderten Materials charakteristische Mes swerte auf zunehmen .

Als weiteres Messmodul der Sensormittel verfügt die Tunnelbohrmas chine 103 gemäß Fig . 1 über ein Bildaufnahmemodul 166 , mit dem Bilder des an der Ab wurf Öffnung 133 ausgegebenen, aus der Abbaukammer 121 abgeförderten Materials aufnehmbar sind .

Die Tunnelbohrmas chine 103 ist weiterhin mit einem Betriebsdatenerfassungsmodul 169 und mit einem Visualisierungsmodul 172 ausgestattet . Mit dem Betriebsdatenerfassungsmodul 169 sind die von den Mes smodulen 151 , 154 , 157 , 160 , 163 erfas sten unterschiedlichen Typen von Mes swerten sowie die Bilder des Bildaufnahmemoduls 166 zum Gewinnen weiterer Messwerte aufgrund automatis ierter Bildanalyse einspeicherbar und als Eingangsgrößen für eine Regelkreiseinheit zum gegebenenfalls getrennten Konditionieren des Materials zwischen der Schneidradvorderseite 112 sowie der Ortsbrust 118 und in der Abbaukammer 121 verarbeitbar . Das Visualisierungsmodul 172 dient dem Anzeigen typischer Betriebsparameter für Bedienpersonal, um bei Bedarf händisch zum Konditionieren des Materials eingreifen zu können.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Multimessmodul 151 der anhand Fig. 1 erläuterten Tunnelbohrmaschine 103. Auf Fig. 2 ist ersichtlich, dass das Multimessmodul 151 in dieser Ausgestaltung über einen rückseitig geschlossenen Stempelaufnahmetopf 203 verfügt, der über einen Verschlussschieber 206 im Bereich der Schneidradvorderseite 112 gegen das zwischen der Schneidradvorderseite 112 und der Ortsbrust 118 anstehende Material verschließbar ist. Das Multimessmodul 151 ist weiterhin mit einem Sensorträgerstempel 209 ausgestattet, der bei geöffnetem Verschlussschieber 206 aus dem Stempelaufnahmetopf 203 über in Fig. 2 nicht dargestellte Verschiebeorgane verschiebbar ist.

Der Sensorträgerstempel 209 ist mit wenigstens einem Biegesensor 212 beispielsweise in Gestalt eines Dehnungsmessstreifens, mit wenigstens einem der Ortsbrust 118 zugewandten, mit wenigstens einem stirnseitig angeordneten Erddrucksensor 215 und mit wenigstens einem Temperatursensor 218 ausgestattet, mit denen bei einem sich drehenden Schneidrad 109 die Verformung des Sensorträgerstempels 209, der auf dem Sensorträgerstempel 209 durch das Material ausgeübte Druck beziehungsweise die im Bereich des Sensorträgerstempels 209 in dem Material herrschende Temperatur als Messwerte erfassbar sind .

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Spindelmessmodul 154 der anhand Fig. 1 erläuterten Tunnelbohrmaschine 103. Das Spindelmessmodul 154 verfügt über eine drehbare Beprobungsschnecke 303, die in einem in Vortriebsrichtung rückseitig der Schneidradvorderseite 112 angeordneten Führungsrohr 306 gelagert ist. Das Führungsrohr 306 ist an seiner der Schneidradvorderseite 112 zugewandten Seite über einen Einlassschieber 309 gegen das an der Ortsbrust 118 anstehende Material verschließbar, während an seinem der Schneidradvorderseite 112 abgewandten Seite ein Beprobungsrohr 312 angeflanscht ist, in das bei Drehen der Beprobungsschnecke 303 nach Öffnen des Einlassschieber 309 an der Schneidradvorderseite 112 anstehendes Material einförderbar ist. An dem Beprobungsrohr 312 sind Feuchtigkeitssensoren 315 und eine Durchschallungseinheit mit einem Schallgenerator 318 sowie mit einem Schallsensor 321 angebracht. Mit den Feuchtigkeitssensoren 315 ist die Feuchtigkeit als Messwert sowie Durchschallungsparameter als weitere, für die Konsistenz des beprobten Materials charakteristische Messwerte bestimmbar.

An der dem Führungsrohr 306 abgewandten Seite des Beprobungsrohres 312 ist ein Auslassschieber 324 vorhanden, nach dessen Öffnen in dem Beprobungsrohr 312 vorhandenes Material in die Abbaukammer 121 ausförderbar ist.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Stößelmessmodul 157 der Tunnelbohrmaschine 103 gemäß Fig. 1. Das Stößelmessmodul 157 ist mit einem an der Schneidradvorderseite 112 offenen Materialaufnahmetopf 403 ausgestattet, der rückseitig durch einen in Längsrichtung des Materialaufnahmetopfs 403 verschiebbaren Ausstoßstößels 406 verschlossen ist. An dem Materialaufnahmetopf 403 ist eine Durchschallungseinheit mit einem Schallgenerator 318 und mit einem Schallsensor 321 angeordnet, mit denen für die Konsistenz des in dem Materialaufnahmetopf 403 vorhandenen Materials charakteristische Messwerte erfassbar sind. Zum Ausstößen von in dem Materialaufnahmetopf 403 vorhandenen Materials ist der Ausstoßstößel 406 in Richtung der Schneidradvorderseite 112 zweckmäßigerweise wenigstens bündig mit dieser abschließend verschiebbar, um nach einer gewissen Zeit nach Zurückschieben neues Material in den Materialaufnahmetopf 403 eintreten zu lassen und dann für dessen Konsistenz charakteristische Messwerte mit erneuter Durchschallung zu erfassen.

Des Weiteren ist das Stößelmessmodul 157 dazu eingerichtet, sowohl beim Ausfahren auch über die Schneidradvorderseite 112 hinaus in das anstehende Material hinein als auch beim Einfahren Weg-Kraft- Messwerte, also die zum Zurücklegen eines bestimmten Wegs beim Ausfahren und/oder beim Einfahren auszuübende Kraft, aufzunehmen, die für die Konsistenz des anstehenden Materials charakteristisch sind.

Fig. 5 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht ein Feuchtigkeitsmessmodul 503 als weiteres Messmodul der Sensormittel, das mit einem an der Schneidradvorderseite 112 offenen Materialaufnahmetopf 506 ausgestattet ist. An den Seitenwänden des Materialaufnahmetopfs 506 sind eine Anzahl von Feuchtigkeitssensoren 315 angeordnet, mit denen als Messwerte die Feuchtigkeit des in dem Materialaufnahmetopf 506 vorhandenen Materials bestimmbar ist. An dem der Schneidradvorderseite 112 abgewandten Ende des Materialaufnahmetopfs 506 verfügt das Feuchtigkeitsmessmodul 503 über einen Durchflussmesser 512, mit dem ein Volumenstrom von aufgrund des anstehenden Drucks aus dem in dem Materialaufnahmetopf 506 vorhandenen Materials ausgepressten Flüssigkeit als weiterer für die Konsistenz des Materials charakteristischer Messwert erfassbar ist.

Fig. 6 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Weiterbildung einer Wendeischnecke 130 einer Abförderschneckeneinheit 124, die entsprechend der anhand Fig. 1 erläuterten Abförderschneckeneinheit 124 mit einer in einem Hüllrohr 127 drehbar angeordneten Wendeischnecke 130 ausgebildet ist. Bei der Ausführung gemäß Fig. 6 ist die Wendeischnecke 130 mit einem ersten Wendelabschnitt 603 und mit einem zweiten Wendelabschnitt 606 ausgebildet, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, so dass zwischen ihnen ein wendeifreier Freiraum 609 ausgebildet ist. Im Bereich des Freiraums 609 sind wenigstens ein Feuchtigkeitssensor 315 und eine Durchschallungseinheit mit einem Schallgenerator 318 sowie mit einem Schallsensor 321 angeordnet, mit denen das durch das bei Drehen der Wendeischnecke 130 durch das Hüllrohr transportierte Material beprobbar ist.

Fig. 7 zeigt in einer Stirnansicht eine Schneidradvorderseite 112 eines mit Hauptarmen 703 und mit Nebenarmen 706 sowie mit zwischenliegenden Öffnungen schraffiert dargestellten Schneidrads 109 einer Tunnelbohrmaschine 103 mit einer Anzahl von Messmodulen, hier in Gestalt von Multimessmodulen 151, Spindelmessmodulen 154, Stößelmessmodulen 157, Erddruckmessmodulen 160 und Temperaturmessmodulen 163 sowie bei Bedarf von in Fig. 7 nicht dargestellten Feuchtigkeitsmessmodulen 503, die in unterschiedlichen Abständen von einem Zentrum 709 des Schneidrads 109 und damit bei Drehen des Schneidrads 109 auf radial unterschiedlich gelegenen Umfangsbahnen angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Messmodule 151, 154, 157, 160, 163, 503 lassen sich, wie weiter oben bereits erläutert, radial unterschiedlich gelegene Zonen separat beproben und die Konsistenzen das Material zwischen der Schneidradvorderseite 112 sowie der Ortsbrust 118 mit entsprechend angeordneten Konditionierorganen gezielt konditionieren. Fig. 8 zeigt in einem Blockschaubild ein Ausführungsbeispiel eines Regelkreises zum Einstellen von Konsistenzen in einem zwischen der Schneidradvorderseite 112 und der Ortsbrust 118 gelegenen Bereich mit anstehender Geologie 803. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass die Messmodule 151, 154, 157, 160, 163, 503 unterschiedliche Typen von Messwerten aus dem Bereich mit anstehender Geologie 803 erfassen und dem Betriebsdatenerfassungsmodul 169 einspeisen. Weiterhin werden die Bilder aus dem Bildaufnahmemodul 166 zur Auswertung an das Betriebsdatenerfassungsmodul 169 übergeben. Auf der Grundlage der dem Betriebsdatenerfassungsmodul 169 eingespeisten und visuell aufbereitet über das Visualisierungsmodul 172 anzeigbaren Daten in Gestalt von Messwerten und Bildern erzeugt das Betriebsdatenerfassungsmodul 169 Ausgangsdaten, die einer Konditionieranlage 806, die die vorgenannten Konditionierorgane und Konditioniermittel umfasst, einspeisbar sind. Dabei sind die Ausgangsdaten derart eingerichtet, dass mit der Konditionieranlage 806 die Konsistenz oder Konsistenzen in dem zwischen der Schneidradvorderseite 112 und der Ortsbrust 118 gelegenen Bereich mit anstehender Geologie 803 wahlweise zum Erhalt der gewünschten Konsistenz oder Konsistenzen einstellbar sind.