Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines vertikalen Schachtes in den Untergrund gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schachtvortriebsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Ein derartiges Verfahren zum Einbringen eines vertikalen Schachtes in den Untergrund sowie eine Schachtvortriebsmaschine sind aus JP 2006249793 A bekannt. Bei dem vorbekannten Verfahren und der vorbekannten Schachtvortriebsmaschine wird ein um eine horizontale Achse und um eine Mittelvertikalachse der Schachtvortriebsmaschine drehbares Schneidrad kontinuierlich um diese beiden Achsen gedreht, so dass eine Schachtsohle über den gesamten Wandbe- reich im Wesentlichen gleichmäßig vertieft wird.

Ein weiteres Verfahren zum Einbringen eines vertikalen Schachtes und eine Schachtvortriebsmaschine sind aus US-A-4,646,853 bekannt. Das vorbekannte Verfahren zum Einbringen eines vertikalen Schachtes in den Untergrund stellt eine Schachtvortriebsmaschine bereit, die ein um eine horizontale Achse drehbares und um eine vertikale Achse in einem Abstand von einer Mittellängsachse der Schachtvortriebsmaschine schwenkbares Schneidrad aufweist. Dadurch beschreibt das Schneidrad eine in vertikaler Richtung spiral- förmige Bewegung, um eine gegenüber dem Durchmesser des Schneidrads breitere Schachtsohle kontinuierlich zu vertiefen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen eines vertikalen Schachtes und eine Schachtvortriebsmaschine insbesondere zum Durchführen des Verfahrens der eingangs genannten Arten anzugeben, die sich durch eine verhältnismäßig hohe Abteufgeschwindigkeit auszeichnen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Diese Aufgabe wird bei einer Schachtvortriebsmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst.

Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Schachtvortriebsmaschine das Abteufen zweistufig mit dem Einbringen eines allein durch Drehen des Schneidrads um die horizontale Achse durchgeführten Einstichs und des anschließenden Drehens des Schneidrads auch um die Mittelvertikal- achse bei Halten des Schneidrads in der Einstichtiefe erfolgt, lässt sich aufgrund der für eine derartige Vorgehensweise angepasste Bestückung des Schneirads mit Abbauwerkzeugen eine verhältnismäßig hohe Abteufgeschwindigkeit erzielen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispiels der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Schachtvortriebsmaschine, die in einem vertikalen Schacht angeordnet ist, mit Blick auf eine radial außen liegende Stirnseite eines Schneidrads,

Fig. 2 in einer gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 vergrößerten und um 90 Grad gedrehten Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 im Bereich einer Ausrichteinheit,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 im Bereich einer Verspanneinheit,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 im Bereich eines Staubschildes,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 ,

Fig. 7 in einer Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 beim Durchführen einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ausrichtschritt,

Fig. 8 in einer Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 beim Durchführen der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar vor Beginn des Einbringens eines Einstichs,

Fig. 9 in einer Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 beim Durchführen der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beenden des Schritts des Einbringens eines Einstichs, Fig. 10 in einer Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 beim Durchführen der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Drehens des Schneidrads auch um die Mittelvertikalachse zum Vertiefen einer Talsohle auf die Tiefe des Einstichs und

Fig. 11 in einer Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 beim Durchführen der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beendigung des Schrittes des Vertiefens der Schachtsohle auf die Einstichtiefe.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schachtvortriebsmaschine 1 , die in einem im Untergrund 2 eingebrachten, sich vertikal von der Erdoberfläche bis zu einer Schachtsohle 3 erstreckenden Schacht 4 eingebracht ist. Die Schachtvortriebsmaschine 1 verfügt über einen Maschinenrahmen 5, an dessen in Vortriebsrichtung rückseitigen Endbereich ein Fixierring 6 einer Fixiereinrichtung fest angebracht ist. An dem Fixierring 6 sind radial nach außen arbeitende Ausrichtzylinder 7 einer Ausrichteinheit 8 angebaut, deren von dem Fixierring 6 abgewandten Enden jeweils einen Ausrichtschuh 9 tragen.

Weiterhin sind an dem Fixierring 6 eine Anzahl von sich von dem Maschinenrahmen 5 schräg nach außen von dem Fixierring 6 weg weisend erstreckenden Vortriebszylindern 10 angebracht, deren von dem Fixierring 6 weg weisenden Enden mit Verspannplatten 11 als Verspannmittel einer Verspanneinheit 12 verbunden sind. Die Verspanneinheit 12 verfügt weiterhin über eine Anzahl von radial nach außen arbeitenden Verspannzylindern 13 als weitere Verspannmit- tel, die zum einen mit Verspannplatten 11 und zum anderen mit einem den Maschinenrahmen 5 umschließenden Verspannschlitten 14 verbunden sind. Auf der dem Fixierring 6 abgewandten Seite des Verspannschlittens 14 ist ein eine Anzahl von Staubschildsegmenten 15 aufweisender Staubschild 16 angeordnet, auf dessen dem Verspannschlitten 16 abgewandten Seite ein in Betriebsstellung senkrecht stehendes Schneidrad 17 angeordnet ist. Das Schneidrad 17 ist um eine horizontale Achse und um eine sich rechtwinklig zu der horizontalen Achse erstreckenden sowie diese schneidende Mittelvertikalachse drehbar. An dem Schneidrad 17 sind eine Anzahl von als drehbare Schneidrollen ausgeführten Abbauwerkzeugen 18 angeordnet sowie eine Anzahl von schaufelartigen Räumern 19 vorhanden.

Das Schneidrad 17 ist mit beidseitig des Schneidrads 17 angeordneten, an dem Maschinenrahmen 5 drehbar gelagerten Lagerschen- kein 20 mit dem Maschinenrahmen 5 verbunden. Beidseitig des Schneidrads 17 verfügt die Schachtvortriebsmaschine 1 über eine Anzahl von in Längsrichtung der Schachtvortriebsmaschine 1 verschiebbare Abstützfüße 21 , die zwischen einer vorgeschobenen Abstützstellung und einer rückgezogenen Freigabestellung in Längs- richtung verschiebbar gelagert sind.

Weiterhin sind auf der der Schachtsohle 3 zugewandten Seite des Staubschildes 16 neben dem Schneidrad 17 vorzugsweise um 360 Grad um eine vertikale Achse und vorzugsweise um 180 Grad um eine horizontale Achse drehbare Hilfsgeräte wie eine Spritzbetondüse 22 zum Auskleiden der Wand des Schachtes 4 mit Spritzbeton, ein Ankerbohrgerät 23 zum Setzen von Felsankern und ein Vorausbohrgerät 24 zum Einbringen von über die Schachtsohle 3 hinaus gehenden Sondierungsbohrungen vorhanden.

Schließlich lässt sich Fig. 1 entnehmen, dass auf der der Schachtsohle 3 abgewandten Seite der Schachtvortriebsmaschine 1 ein sich in Vertikalrichtung erstreckendes Vertikalförderband 25 vorhanden ist, mit dem an einer Entladestation 26 aus dem Bereich der Schachtsohle 3 abgeförderter Abraum nach Passieren einiger auf der der Schachtsohle 3 abgewandten Seite der Schachtvortriebsmaschine 1 angeordneten Arbeitsplattformen 27 zum endgültigen Ab- transport aus dem Schacht 4 entladbar ist.

Fig. 2 zeigt in einer gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 vergrößerten und um 90 Grad gedrehten Seitenansicht die Schachtvortriebsmaschine 1 gemäß Fig. 1 mit Blick auf die Flachseite des Schneidrads 17. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass eine erste Gruppe 28 von Abbauwerkzeugen 18 an einer Stirnseite 29 des Schneidrads 17 radial nach außen überstehend angeordnet sind, so dass ihre Hauptwirkrichtung vertikal nach unten auf die Schachtsohle 3 ist. Eine zweite Gruppe 30 von Abbauwerkzeugen 18 ist beidseitig der Stirnseite 29 in Flankenbereichen 31 des Schneidrads 17 mit einer schräg zur Vertikalrichtung ausgerichteten Hauptwirkrichtung, die vorzugsweise 45 Grad beträgt, angeordnet. Eine dritte Gruppe 32 von Abbauwerkzeugen 18 ist auf der der zweiten Gruppe 30 von Abbauwerkzeugen 18 von der Stirnseite 29 abgewandten Seite der Flankenbereiche 31 mit einer im Wesentlichen in einer Horizontalebene liegenden Hauptwirkrichtung angeordnet.

Weiterhin lässt sich Fig. 2 entnehmen, dass das um eine horizontale Achse in einer Vertikalebene drehbare Schneidrad 17 durch eine Anzahl von über einen innen liegenden Umfang verteilt angeordneten Horizontaldrehantriebsmotoren 33 zu der Drehung um die horizontale Achse antreibbar ist.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Schachtvortriebsmaschine 1 gemäß Fig. 1 im Bereich der Ausrichteinheit 8 entlang der Linie Ill-Ill gemäß Fig. 2. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Ausrichteinheit 8 über vier Ausrichtschuhe 9 verfügt, die jeweils in einem Winkelabstand von 90 Grad voneinander beabstandet sind. Dadurch lässt sich über eine in Fig. 3 nicht dargestellte zentrale Steuereinheit gesteuert durch Verändern des Hubes der Ausrichtzylinder 7 der Maschinenrahmen 5 und damit die Schachtvortriebsmaschine 1 mit der Mittelvertikalachse exakt senkrecht ausrichten.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Schachtvortriebsmaschine 1 gemäß Fig. 1 im Bereich der Verspanneinheit 12 entlang der Linie IV-IV von Fig. 2. Fig. 4 lässt sich entnehmen, dass die Verspanneinheit 12 vier verhältnismäßig massiv ausgeführte Verspannplatten 11 aufweist, die entsprechend den Ausrichtschuhen 9 der Ausrichteinheit 8 einen Winkelabstand von 90 Grad voneinander aufweisen. Jede Verspannplatte 11 ist außenseitig mit zwei Verspannzylindern 13 verbunden, wobei in den Endbereichen auch die Vortriebszylinder 10 angebracht sind. Dadurch ergibt sich eine mechanisch sehr stabi- Ie Ausgestaltung einer den Fixierring 6 und die Verspanneinheit 12 aufweisenden Fixiereinrichtung.

Fig. 5 zeigt die Schachtvortriebsmaschine 1 gemäß Fig. 1 in einem Querschnitt durch den Staubschild 16 entlang der Line V-V von Fig. 2. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass eine Anzahl von aktiven Staubschildsegmenten 15 mit radial nach außen wirkenden Verstellzylin- dern 34 verbunden ist. An jedem aktiven Staubschildsegment 15 ist über ein Segmentgelenk 35 ein passives Staubschildsegment 15 angebracht, das über eine ineinandergreifende Nasenanordnung 36 mit einem benachbarten aktiven Staubschildsegment 15 in Eingriff ist. Durch die umfänglich im Wesentlichen geschlossene Anordnung der aktiven Staubschildsegmente 15 sowie der aktiven Beweglichkeit der Staubschildsegmente 15 sowie der passiven Beweglichkeit der passiven Staubschildsegmente 15 lässt sich der Staubschild 16 ver- hältnismäßig flexibel an auch nicht hinreichend genau kreisförmige Durchmesser des Schachtes 4 anpassen. Weiterhin lässt sich aus Fig. 5 erkennen, dass eine Horizontallageranordnung 37 vorhanden ist, mit der über eine Anzahl von Hori- zontaldrehantriebsmotoren 38 das Schneidrad 17 in einer Horizontalebene um die Mittelvertikalachse drehbar ist.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt der Schachtvortriebsmaschine 1 gemäß Fig. 1 entlang der Linie Vl-Vl von Fig. 2. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass sich an die Räumer 19 radial innenseitig ein Räumerkanal 39 anschließt, durch den in einer bestimmten Position des betreffen- den Räumers 19 oberhalb der horizontalen Drehachse der von diesem Räumer 19 aufgenommene Abraum durch eine das Schneidrad 17 stirnseitig durchbrechende Einfüllöffnung in den Räumerkanal 39 hinein über einen Aufgabetrichter 40 in etwa in der Mitte des Schneidrads 17 auf das über zwei Umlenkrollen 41 in diesem Be- reich horizontal verlaufende Vertikalförderband 25 gegeben und über das Vertikalförderband 25 vertikal nach oben abbefördert wird. Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß Fig. 6 entnehmen, dass das Schneidrad 17 über eine Vertikallageranordnung 42 von den Hori- zontaldrehantriebsmotoren 33 angetrieben um eine horizontale Ach- se drehbar ist.

Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schachtvortriebsmaschine 1 bei einem Schritt zum Durchführen einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich des Bereitstellens der voranstehend erläuterten Schachtvortriebsmaschine 1 und bei dem Schritt des lotrechten Ausrichtens der Mittelvertikalachse der Schachtvortriebsmaschine 1. Bei dem Ausrichtschritt sind die Ausrichtschuhe 9 der Ausrichteinheit 8 an die Wand des Schachtes 4 angelegt, und die Abstützfüße 21 stehen in einer vorgeschobenen Abstützstellung auf der Schachtsohle 3 auf. Durch Ansteuern der Ausrichtzylinder 7 der Ausrichteinheit 8 lässt sich bei einem entlasteten Schneidrad 17 die Schachtvortriebsmaschine 1 senkrecht ausrichten, wobei hierfür die Verspannplatten 11 einen Abstand von der Wand des Schachtes 4 aufweisen.

Fig. 8 zeigt die Schachtvortriebsmaschine 1 bei einem weiteren Schritt der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich dem Verspannen der Schachtvortriebsmaschine 1 an der Wand des Schachtes 4, bei dem die Verspannplatten 11 über die verhältnismäßig groß dimensionierten Verspannzylinder 13 mit einer sehr hohen Andruckkraft gegen die Wand des Schachtes 4 angelegt sind. In dieser verspannten Anordnung der Schachtvortriebsmaschine 1 sind die Ausrichtschuhe 9 der Ausrichteinheit 8 in einem Abstand von der Wand des Schachtes 4 angeordnet, und die Abstützfüße 21 sind in einer von der Schachtsohle 3 beabstandeten, rückgezogenen Freigabestellung angeordnet.

In dieser verspannten Stellung ist das Schneidrad 17 betriebsbereit für einen Vertiefungszyklus angeordnet, und es können bei Bedarf Spritzbetondüsen 22, das Ankerbohrgerät 23 oder, wie in Fig. 8 anschaulich dargestellt, das Vorausbohrgerät 24 in Betrieb genommen werden.

Fig. 9 zeigt die erfindungsgemäße Schachtvortriebsmaschine 1 nach Durchführen eines weiteren Schrittes der Ausgestaltung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens, nämlich des Drehens des Schneidrads 17 allein um die horizontale Achse bis zum Erreichen einer vorbestimmten, gegenüber der aktuellen Schachtsohle 3 tiefer liegenden Einstichtiefe unter Ausbilden einer der Außenkontur des Schneidrads 17 im Bereich der Stirnseite 29 und der sich seitlich an die Stirnseite 29 anschließenden Flankenbereiche 31 folgenden Einstichrinne 43. Zum Einbringen der Einstichrinne 43 bis auf die vorbestimmte Einstichtiefe werden die Vortriebszylinder 10 unter Durchgleiten des Maschinenrahmens 5 durch den Verspannschlitten 14 kontinuierlich verkürzt, so dass sich das bei diesem Schritt allein um die horizontale Achse drehende Schneidrad 17 aufgrund der Einwirkung insbesondere der Abbauwerkzeuge 18 der ersten Gruppe 28 und auch der Abbauwerkzeuge 18 der zweiten Gruppe 30 kontinuierlich unter Abfördern des Abraumes aus der Einstichrinne 43 unter das aktuelle Niveau der Schachtsohle 3 bis zu der vorbestimmten Einstichtiefe eingräbt.

Fig. 10 zeigt die erfindungsgemäße Schachtvortriebsmaschine 1 bei einem weiteren Schritt der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich des Drehens des Schneidrads 17 um die Mittelvertikalachse sowie um die horizontale Achse mit Halten des Schneidrads 17 in der Einstichtiefe. Bei diesem Schritt sind die Vortriebszylinder 10 auf die bei Erreichen der vorbestimmten Einstichtiefe eingenommene Länge festgestellt, so dass bei Drehen des Schneidrads 17 auch um die Mittelvertikalachse im Wesentlichen die in horizontaler Richtung wirkenden Abbauwerkzeuge 18 der dritten Gruppe 32 und auch die aufgrund der Schrägstellung zu einem gewissen Teil in horizontaler Richtung wirkenden Abbauwerkzeuge 18 der zweiten Gruppe 30 ausgehend von der in Fig. 9 dargestellten Stellung des Schneidrads 17 die Schachtsohle 3 seitlich der Einstichrinne 43 unter kontinuierlichem Abbefördern von Abraum vertiefen, während die Abbauwerkzeuge 18 der ersten Gruppe 28 im Wesentlichen wirkungsfrei sind.

Fig. 11 zeigt die erfindungsgemäße Schachtvortriebsmaschine 1 nach Beendigen des Schrittes des Vertiefens der Schachtsohle 3 um einen der vorbestimmten Einstichtiefe entsprechenden Betrag und damit eines Vertiefungszyklus, in der das Schneidrad 17 gegenüber der Stellung gemäß Fig. 8 und Fig. 9 im Wesentlichen um 90 Grad gedreht ist. In dieser Stellung des Schneidrads 17 ist etwa die Hälfte der Schachtsohle 3 in zwei Winkelsegmenten von jeweils 90 Grad auf eine der vorbestimmten Einstichtiefe der Einstichrinne 43 entsprechende Tiefe vertieft. Bei Weiterdrehen des Schneidrads 17 um die horizontale Achse als auch um die Mittelvertikalachse um etwa weitere 90 Grad wenigstens bis zum Erreichen einer vollen Um- fangsabdeckung mit voller Zugänglichkeit der Wand des Schachtes 4 während der Drehung ist die Schachtsohle 3 dann insgesamt auf die der vorbestimmten Einstichtiefe der Einstichrinne 43 entsprechende neue Tiefe vertieft.

Nunmehr beginnt in der Stellung des Schneidrads 17 gemäß Fig. 11 ein nachfolgender Vertiefungszyklus mit Einbringen einer neuen Einstichrinne 43 bis auf eine vorbestimmte Einstichtiefe und anschließenden Drehen des Schneidrads 17 um die Mittelvertikalach- se, vorzugsweise entgegen der bei dem vorangehenden Vertiefungszyklus eingeschlagenen Drehrichtung, um die Mittelvertikalachse, bis wieder die Anordnung des Schneidrads 17 gemäß Fig. 7 beziehungsweise gemäß Fig. 8 erreicht ist.

Vorzugsweise nach Beendigung eines Vertiefungszyklus wird die senkrechte Anordnung der Schachtvortriebsmaschine 1 überprüft und gegebenenfalls bei Abweichungen der vorgenannten Ausricht- schritt durchgeführt.