SK13882002A3

SK13882002A3 - Method of digging tunnels with non-circular section profile and driving shield for its performing

Info

Publication number: SK13882002A3
Application number: SK1388-2002A
Authority: SK
Inventors: Marián Krčík
Original assignee: Marián Krčík
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2005-06-02
Also published as: WO2004029413A2; WO2004029413A3; EP1552109A2

Abstract

The method and the driving shield for driving of non-circular cross-section consist of front cutting heads of the shield (2a till 2j) fixated to the bearing body that carry out the hole with the shape of conjuction of circles by rotating and moving in the direction of the tunnelling of the driving shield and just after that the final shape of tunnel cross-section is carried out by removal of rest of the face and by creating concave or concave and planar surfaces which are perpendicular to surfaces of the hole made by rotating of the finishing cutting heads (8a till 8k) of the driving shield. The axis of rotating of each finishing cutting head (8a till 8k) is non-intersectoral to axes of rotating of the front cutting heads (2a till 2j).

Description

Spôsob razenia tunelov s nekruhovým priečnym profilom a raziaci štít na jeho uskutočňovanieMethod of driving tunnels with non-circular cross-section and embossing shield for its implementation

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka razenia tunelov hlavne v horninových podmienkach a rieši problém zhotovovania tunelov, ktorých priečny profil je hlavne v tvare tlamy, vo vajcovitom tvare a v podobných tvaroch.The invention relates to tunneling in particular in rock conditions and solves the problem of making tunnels whose transverse profile is mainly in the form of a mouth, in an egg shape and in similar shapes.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Východiskovým tvarom priečneho profilu tunela, ktorý umožňoval efektívnu aplikáciu tunelovacieho stroja so štítovým plášťom (ďalej len raziaci štít) pri razení tunelov, bol kruhový priečny profil. Uplatňovanie raziacich štítov pri zhotovovaní tunelov s kruhovým priečnym profilom je v súčasnosti veľmi dobre zvládnuté. Razenie tunelov s uvedeným profilom sa realizuje s využitím raziaceho zariadenia s jednou kruhovou reznou hlavou. Existujú zariadenia na razenie tunelov, ktoré rozrušujú horninu v kruhovej ploche s priemerom takmer 15 m. Vytváranie tunelov s väčšími priečnymi prierezovými plochami kladú vysoké technické požiadavky na konštrukciu raziacich zariadení a tým značné finančné čiastky na ich výrobu, nasadzovanie a prevádzkovanie. Okrem toho parametre kruhovej plochy priečneho profilu tunelu pre potreby stavebných úprav a inštaláciu technologických zariadení boli nedostatočne efektívne využité.The initial shape of the cross-section of the tunnel, which allowed the effective application of the tunneling machine with the gable casing (hereinafter the embossing shield) during tunneling, was a circular cross-section. The use of embossing shields in the construction of tunnels with a circular cross-section is currently well handled. The tunneling with the above-mentioned profile is carried out using a punching machine with one circular cutting head. There are tunneling equipment that breaks up rock in a circular area of almost 15 m diameter. The creation of tunnels with larger cross-sectional areas imposes high technical requirements on the design of the embossing equipment and thus considerable sums on their production, deployment and operation. In addition, the parameters of the circular cross-sectional area of the tunnel for the purposes of construction work and installation of technological equipment were insufficiently used.

Potreba raziť tunely s väčšími plochami priečneho prierezu si vyžiadala odstrániť nevýhody razenia tunelov s kruhovým priečnym profilom. Tento problém rieši tunel s nekruhovým priečnym profilom, pričom tvar priečneho profilu je závislý od funkcie a prevádzkových parametrov tunela, od stavebného riešenia jeho vnútra, od druhu použitej technológie, ktorou je tunel vybavený a od spôsobu jej usporiadania.The need to excavate tunnels with larger cross-sectional areas required the elimination of the disadvantages of tunneling with circular cross-sections. This problem is solved by a tunnel with a non-circular cross-section, the shape of the cross-section being dependent on the function and operating parameters of the tunnel, the structural design of its interior, the type of technology used and the way it is arranged.

. Východiskovou technikou razenia tunelov s nekruhovým priečnym profilom sú raziace zariadenia obsahujúce dve alebo viac kruhových rezných hláv. Rezné hlavy sú usporiadané tak, že ich čelá ležia v jednej rovine, alebo rezné hlavy sú vzájomne predsadené. Priemer rezných hláv je rovnaký alebo rozdielny. Vedľa seba usporiadané rezné hlavy s čelami v jednej rovine vytvárajú tunel s priečnym profilom v tvare, ktorý zodpovedá dotyku kruhov. Predsadené rezné hlavy vytvárajú priečny profil otvoru v tvare, ktorý zodpovedá tvaru prieniku kruhových plôch. Uvedené zariadenia a technologické postupy sú predpokladom na budovanie tunelov S väčšími parametrami s využitím strojného zariadenia a umožňujú zhotovovať tunely s viacerými tvarmi priečneho profilu, čím sú dané podmienky pre efektívne využitie tohto profilu. Problémom tejto metódy je, že v oblastiach prieniku kruhových rezných hláv zostávajú nedeštruované plochy horniny, ktoré je potrebné odstrániť s využitím neštítových mechanizmov.. The initial technique of tunneling with non-circular cross-sectional tunnels is punching devices comprising two or more circular cutting heads. The cutting heads are arranged such that their faces lie flush or the cutting heads are offset from one another. The diameter of the cutting heads is the same or different. Side-by-side cutting heads with faces in one plane form a tunnel with a cross-section in a shape corresponding to the contact of the circles. The offset cutting heads form a transverse profile of the hole in a shape that corresponds to the shape of the intersection of the circular faces. Said devices and technological processes are a prerequisite for the construction of tunnels with larger parameters using machinery and make it possible to construct tunnels with several cross-sectional shapes, thus providing conditions for efficient use of this profile. The problem with this method is that in the areas of intersection of circular cutting heads, non-destructed rock areas remain to be removed using non-shield mechanisms.

Riešenie uvedeného problému je ambíciou metódy a zariadenia chráneného US patentom č. 5110188. Podstata tohoto riešenia spočíva vtom, že zvyšky nerozrušenej horniny t. j. zvyšky horniny, ktorá zostane v dotyčnicových častiach profilu po hornine odstránenej kruhovými reznými hlavami, sa rozrušia a profil sa v tejto dotyčnici zarovnáva s využitím výkyvných rezných orgánov. Tieto orgány sa otáčajú okolo osi kolmej na os razenia.The solution to this problem is an ambition of the method and apparatus protected by U.S. Pat. The essence of this solution is that the remains of undisturbed rock t. j. rock residues that remain in the tangent portions of the profile after the rock removed by the circular cutting heads are eroded and the profile is aligned in this tangent using the pivotable cutting members. These organs rotate about an axis perpendicular to the punch axis.

Ďalšia metóda na zhotovovanie tunelov s nekruhovým priečnym profilom je chránená japonským patentom č. 8-165894 a je charakteristická tým, že je určená na zhotovovanie tunelov, štôlní a slojov s priečnym profilom v tvare oválu pomocou hlavných kruhových rezných hláv raziaceho zariadenia, ktoré vytvárajú dva samostatné otvory a vznikajúca stena medzi týmito otvormi sa odstraňuje doplnkovým rezným nástrojom usporiadaným a rotujúcim medzi hlavnými kruhovými reznými hlavami a vytvoria sa rovinné plochy, prípadne mierne bombírované, dotyčnicové plochy k plochám vytvoreným hlavnými reznými hlavami.. Os otáčania doplnkového rezného nástroja je kolmá na osi otáčania hlavných rezných hláv a zároveň tieto osi pretína.Another method for making tunnels with a non-circular cross-section is protected by Japanese patent no. 8-165894 and is characterized in that it is intended for making tunnels, galleries and seams with an oval cross-section by means of the main circular cutting heads of the embossing device which form two separate holes and the resulting wall between these holes is removed by an additional cutting tool arranged; rotating between the main circular cutting heads to form planar surfaces, possibly slightly gathered, tangent surfaces to the surfaces formed by the main cutting heads. The axis of rotation of the complementary cutting tool is perpendicular to and intersects the axis of rotation of the main cutting heads.

Z nekruhových tvarov tunelov v priečnom reze sa v súčasnosti dostávajú do popredia priečne profily v tvare tlamy, elipsy alebo v elipse podobnom tvare. Zhotovovanie tunelov s týmito priečnymi profilmi do definovaného tvaru s využitím raziaceho zariadenia, existujúce metódy a zariadenia kompletne nezabezpečujú. Preto je potrebné najprv zhotoviť východiskový stav priečneho profilu, napr. v tvare oválu, niektorým z opísaných zariadení a následne dokončiť tvar profilu metódou neštítového razenia, čo je veľmi pracné a v dôsledku toho i nákladné.Cross-sectional profiles in the shape of a mouth, ellipse or ellipse-like shape are currently coming out of the non-circular cross-sectional tunnel shapes. The production of tunnels with these cross-sections into a defined shape using a punching device is not completely provided by the existing methods and devices. Therefore, it is first necessary to make a starting state of the cross-section, e.g. in the form of an oval, by some of the described devices, and subsequently finish the profile shape by a non-shield embossing method, which is very laborious and consequently expensive.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Prispieť k riešeniu problémov, ktoré súvisia s doteraz známymi metódami razenia tunelov s nekruhovým priečnym profilom je cieľom spôsobu razenia tohto druhu tunelov, ktorý je predmetom ochrany. Podstata spôsobu spočíva v tom, že otáčajúce sa čelné rezné hlavy posúvajúceho sa raziaceho štítu najprv zhotovujú otvor s obrysom v tvare zodpovedajúcom tvaru obrysu kruhových plôch v prieniku. Hneď na to priečny profil razenia tunela sa vyhotovuje do končeného tvaru odstraňovaním zvyšku čelby a vytváraním konkávnych alebo konkávnych a rovinných plôch spájajúcich plochy prV zhotoveného otvoru, rotáciou dokončujúcich rezných hláv raziaceho štítu, z ktorých každá má os otáčania usporiadanú mimobežne voči osi otáčania čelných rezných hláv.The aim of the method of driving this kind of tunnel, which is the subject of protection, is to contribute to solving problems related to the known methods of tunneling with non-circular cross-section. The principle of the method is that the rotating face cutting heads of the advancing embossing shield initially produce a contour opening in a shape corresponding to the contour shape of the circular faces in the intersection. Immediately thereafter, the transverse profile of the tunnel embossing is formed into an end shape by removing the remainder of the face and forming concave or concave and planar surfaces joining the surfaces of the formed bore, by rotating the finishing cutting heads of the embossing shield, each having a pivot axis .

K podstate vynálezu patrí aj raziaci štít na realizáciu uvedeného spôsobu., ktorý je charakteristický tým, že pozostáva z nosného telesa, z aspoň dvoch čelných rezných hláv, ktoré s využitím vzájomne spriahnutého rotačného a posuvného pohybu sú schopné zhotovovať otvor s obrysom v tvare zodpovedajúcom tvaru kruhových plôch v prieniku. Každá čelná rezná hlava je spojená s pohonným mechanizmom, je opatrená vymeniteľnými reznými nástrojmi a tvoria ju rovnomerne rozložené ramená. Každé rameno jednej čelnej reznej hlavy pri otáčaní zapadá do príslušnej medzery medzi ramenami susednej čelnej reznej hlavy.The present invention also includes an embossing shield for carrying out said method, characterized in that it comprises a support body, at least two front cutting heads, which, using mutually coupled rotational and sliding movement, are capable of producing an aperture with a contour in a shape corresponding to the shape circular surfaces in the intersection. Each front cutting head is connected to the drive mechanism, is provided with replaceable cutting tools and consists of equally spaced arms. Each arm of one face cutting head, when rotated, fits into a respective gap between the arms of an adjacent face cutting head.

Raziaci štít ďalej pozostáva z aspoň dvoch rotačných, dokončujúcich rezných hláv usporiadaných za čelnými reznými hlavami, vybavených vymeniteľnými reznými nástrojmi, spojených s hnacím zariadením a určených na vytváranie plôch spájajúcich plochy zhotovené čelnými reznými hlavami. Každá dokončujúca rezná hlava je buď prišpôsobená na vytváranie konkávnej plochy alebo aspoň jedna dokončujúca rezná hlava je prispôsobená na vytváranie rovinnej plochy a najmenej jedna dokončujúca rezná hlava je upravená na zhotovovanie konkávnej plochy.The embossing shield further comprises at least two rotary, finishing cutting heads arranged behind the front cutting heads, equipped with interchangeable cutting tools, coupled to the drive device and intended to form surfaces joining surfaces made by the front cutting heads. Each finishing cutting head is either adapted to form a concave surface or at least one finishing cutting head is adapted to form a planar surface and at least one finishing cutting head is adapted to produce a concave surface.

K podstate raziaceho štítu, ktorý je predmetom ochrany patrí aj možnosť konštrukčného riešenia dokončujúcej reznej hlavy prispôsobenej na vytváranie konkávnej plochy tak, že sa vybaví hnacím zariadením usporiadaným v priestore ohraničenom plášťom s reznými nástrojmi, spojeným s telesom. Hnacie zariadenie pozostáva zo súboru motorov s prívodmi na dodávku energetického média, výhodne hydromotorov, usporiadaného v stredovej časti dokončujúcej reznej hlavy a rovnomerne rozdeleného na dve časti. Motory jednej časti sú zrkadlovo usporiadané voči motorom druhej časti. Na hriadeli každého motora je uložený hnací prvok, výhodne pastorok, prevodu. Hnaný prvok prevodu, výhodne ozubený veniec s vnútorným ozubením, je pripevnený k plášťu otočné uloženého na pevnom hriadeli spojenom s nosným telesom raziaceho štítu. Je možné i riešenie kde na hriadeli každého motora je uložený hnací prvok, výhodne pastorok, prevodu, ktorého hnaný prvok, výhodne ozubené koleso, je pevne uložený na otočnom hriadeli, na ktorom je pevne uložený plášť dokončujúcej reznej hlavy, pričom otočný hriadeľ je uložený v nosnom telese raziaceho štítu. Spojenie pevného hriadeľa ako aj otočného hriadeľa s telesom raziaceho štítu umožňuje meniť kolmú vzdialenosť medzi osou otáčania dokončujúcej reznej hlavy a osami otáčania čelných rezných hláv.Essentially, the shield that is subject to protection also includes the possibility of designing a finishing cutting head adapted to form a concave surface by providing a drive device arranged in a space enclosed by a cutting tool housing connected to the body. The drive device consists of a set of motors with inlets for supplying an energy medium, preferably hydraulic motors, arranged in the central part of the finishing cutting head and equally divided into two parts. The motors of one part are mirrored to the motors of the other part. A drive member, preferably a pinion, of the transmission is mounted on the shaft of each motor. The driven transmission element, preferably a gear ring with internal toothing, is attached to a housing rotatably mounted on a fixed shaft connected to a support body of the embossing shield. A solution is also possible where a drive element, preferably a pinion, of a transmission is mounted on the shaft of each engine, the driven element, preferably the gear being fixedly mounted on the rotary shaft, on which the housing of the finishing cutting head is fixed. the support body of the embossing shield. The connection of the fixed shaft as well as the rotary shaft to the embossing shield body makes it possible to vary the perpendicular distance between the axis of rotation of the finishing cutting head and the axes of rotation of the front cutting heads.

Návrh technologického postupu a navrhovaná koncepcia zariadenia na razenie tunelov s nekruhovým priečnym profilom, ktoré sú predmetom ochrany a nadväzne ich konkrétna realizácia zabezpečuje zvládnutím odstraňovania zvyškov čelby prakticky v rámci razenia kruhovými čelnými reznými hlavami, vytvorenie priečneho profilu tunela do konečného razeného tvaru. Možnosť prestavenia polohy dokončujúcich rezných hláv vytvára predpoklady jednak na možnosť razenia priečneho profilu tunelu s viacerými rozmerovými parametrami s využitím jedného zariadenia, ako aj na možnosť zásahov resp. robenie opatrení na čele zariadenia, napríklad pri poruche, poškodení, pri narazení na geologickú poruchu ap.The proposal of the technological process and the proposed concept of the equipment for tunneling with non-circular cross-sections, which are the subject of protection and consequently their concrete realization ensures by managing the removal of face residues practically within the excavation by circular frontal cutting heads. The possibility of adjusting the position of finishing cutting heads creates preconditions both for the possibility of embossing a cross-section of a tunnel with several dimensional parameters using a single device, as well as for the possibility of interventions resp. taking measures at the front of the device, for example in case of failure, damage, impact on geological fault etc.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Zariadenie na razenie tunelov s nekruhovým priečnym profilom podľa vynálezu je bližšie objasnený pomocou Schematicky nakreslených obrázkov. Na obr. 1 a 2 je znázornený pohľad na čelo raziaceho štítu prispôsobeného na vytváranie tunelu s tlamovým priečnym profilom, obr. 3 znázorňuje pohľad z boku na tento typ raziaceho štítu a obr. 4 pohľad na jeho pozdĺžny rez zvislou rovinou. Na obr. 5 je schematicky nakreslený pozdĺžny rez štítom na razenie tunela, horizontálnou rovinou. Na obr. 6 je nakreslený axonometrický pohľad na pozdĺžny prierez možného vyhotovenia dokončujúcej reznej hlavy na deštrukciu zvyškovej čelby a vytváranie rovinných konkávnych spájajúcich plôch. Obr. 7 je znázorňuje variant realizácie pohonu spodnej dokončujúcej reznej hlavy. Na obr. 8 je v axonometrickom pohľade nakreslený detail spojovacieho uzla dokončujúcej reznej hlavy a telesa raziaceho štítu. Obr. 9a až 9f schematicky znázorňujú príklady vyhotovenia čela štítuThe apparatus for embossing tunnels with a non-circular cross-section according to the invention is explained in more detail by means of the schematically drawn figures. In FIG. 1 and 2 is a front view of an embossing shield adapted to form a tunnel with a mouth cross-section; FIG. 3 shows a side view of this type of embossing shield, and FIG. 4 shows a longitudinal section through its vertical plane. In FIG. 5 is a schematic longitudinal section through a tunnel driving shield, in a horizontal plane. In FIG. 6 is an axonometric view of a longitudinal cross-section of a possible embodiment of a finishing cutting head for destruction of the residual face and forming planar concave joining surfaces. Fig. 7 is a variant of an embodiment of a lower finishing cutting head drive. In FIG. 8 is a perspective view of a detail of the connecting node of the finishing cutting head and the embossing shield body. Fig. Figures 9a to 9f schematically show exemplary embodiments of a shield face

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Spôsob razenia tunelov podľa vynálezu zabezpečuje vytvorenie vopred definovaného nekruhového tvaru priečneho profilu tunela raziacim štítom. Nekruhový priečny prierez je plocha ohraničená obrysom, ktorý pozostáva z oblúkových úsekov, alebo z oblúkových úsekov a z rovinných úsekov a tieto úseky spájajú v dotyčnici úseky kružnice. Takýmito plochami sa v súvislosti s predmetom ochrany chápu priečne profily v tvare tlamy, vajcovité tvary a im podobné tvary.The tunnel embossing method according to the invention ensures the creation of a predefined non-circular shape of the tunnel cross-section by means of an embossing shield. A non-circular cross-section is an area bounded by a contour consisting of arc sections, or arc sections and planar sections, and these sections connect the segments of a circle in the tangent. In the context of the object of protection, such surfaces are to be understood as transverse profiles in the form of a mouth, egg-shaped and the like.

Spôsobom podľa vynálezu je možné tvarovať priečne profily tunelov ktoré sú najprv vymedzené obrysom, ktorého tvar zodpovedá tvaru obrysu dvoch prípadne viacerých kruhových plôch v prieniku. Hneď na to sa obrysy susedných kruhových plôch prepoja oblúkmi alebo oblúkmi a priamkami. Niektoré z možných tvarov priečnych profilov tunelov vyplývajú z obrázkov 9a až 9f.With the method according to the invention, it is possible to shape the cross sections of the tunnels which are first delimited by a contour whose shape corresponds to the contour of two or more circular surfaces in the intersection. Immediately thereafter, the contours of adjacent circular faces are interconnected by arcs or arcs and lines. Some of the possible cross-sectional shapes of the tunnels result from Figures 9a to 9f.

V súčasnosti je značne rozšírené budovanie tunelov z priečnym profilom v tvare tlamy a v podobnom tvare. Tieto tvary vyplývajú z obr. 9a, obr. 9b, 9e a 9f. Razenie tunela s priečnym profilom v tvare tlamy ako to vyplýva z obr. 1 sa realizuje spôsobom, že najprv sa pomocou dvoch čelných rezných hláv 2a, vytvorí otvor, ktorého obrys zodpovedá tvaru obrysu kruhových plôch v prieniku. Hneď nato priečny profil razenia tunela sa vyhotovuje do konečného tvaru odstraňovaním zvyškov čelby a tým sa vytvárajú konkávne spájajúce plochy plôch prv vytvoreného otvoru. Tieto plochy sú vypuklejšie. Odstraňovanie zvyškov čelby sa uskutočňuje vzájomne protismerným otáčaním rezných hláv 8a a 8b a ich posúvaním v smere pozdľžnej osi tunela 16 a proti čelbe. Otáčanie dokončujúcich rezných hláv 8a a 8b sa uskutočňuje okolo osí 9a, resp. 9b, ktoré sú mimobežné a kolmé na os 10a rotácie čelných rezných hláv 2a . Samotné zariadenie podľa obr. 1 prípadne obr. 9a, pozostáva z nosného telesa 1, ktoré je plášťom pre mechanizmy štítu a zároveň frémou slúžiacou na uloženie a pripevnenie jednotlivých dielov zariadenia. K nosnému telesu 1. je pripevnený pohonný mechanizmus 11. napr. hydromotory, elektromotory, spojený cez prevodový mechanizmus 12 s čelnými reznými hlavami 2a, čím sa zabezpečuje ich spriahnutý otáčavý pohyb. Voľba pohonného systému a spôsob jeho použitia je závislý od osovej vzdialenosti medzi Čelnými reznými hlavami 2a. Ak osová vzdialenosť medzi čelnými reznými hlavami 2a je menšia ako priemer rezných hláv, potom je vhodné aby pohonný systém obsahoval prevodový mechanizmus. Takéto systémy sú v súčasnosti bežne známe a používané a riešenie, ktoré je predmetom ochrany vytvára konštrukčné predpoklady na realizáciu takéhoto systému. Konkrétne je umožnené umiestniť prevodový mechanizmus za čelné rezné hlavy na spojiť ho s pohonnou jednotkou napr. s eletromormi, hydromotormi, ktorá je umiestnená na vonkajšom okraji ohraničeného vnútorného priestoru zariadenia. Ak je osová vzdialenosť medzi čelnými reznými hlavami väčšia ako priemer týchto hláv, potom môže byť pohonný systém riešený tak, že je umiestnený, z pohľadu smeru posúvania zariadenia, až za dokončovacími reznými hlavami 8a, 8b. Takéto riešenie umožňuje pripojiť pohonnú jednotku priamo k čelným rezným hlavám alebo aj s využitím prevodového mechanizmu. K nosnému telesu 1 pripevnený aj neznázornený posuvný mechanizmus štítu. Na zabezpečenie posuvného pohybu zariadenia sa používajú hlavne systémy, ako je tamdem s hydraulickými valcami rozopierajúcimi sa o ostenie budované z tybingov. Rovnako môže byť použiteľný tamdem s rozperným mechanizmom na extrudovaný betón systém E.C.L.At present, the construction of tunnels with a cross-section in the form of a mouth and the like is widespread. These shapes result from FIG. 9a, FIG. 9b, 9e and 9f. The embossing of the muzzle-shaped tunnel as shown in FIG. 1 is realized in such a way that an opening is first formed by means of two face cutting heads 2a, the contour of which corresponds to the contour of the circular surfaces in the intersection. Immediately thereafter, the transverse profile of the tunnel embossing is produced to the final shape by removing the face residues, thereby forming concave joining surfaces of the surfaces of the first hole formed. These surfaces are more convex. The removal of the face residues is effected by reciprocating rotation of the cutting heads 8a and 8b and moving them in the direction of the longitudinal axis of the tunnel 16 and against the face. The rotating finishing heads 8a and 8b are rotated about the axes 9a and 8b respectively. 9b, which are extra-ordinary and perpendicular to the axis of rotation 10a of the front cutting heads 2a. The device of FIG. 1 or FIG. 9a, consists of a support body 1, which is a sheath for the shield mechanisms and at the same time a frame serving to hold and attach the individual parts of the device. A drive mechanism 11 is attached to the support body 1, e.g. hydraulic motors, electric motors, connected via the gear mechanism 12 to the front cutting heads 2a, thereby ensuring their coupled rotational movement. The choice of drive system and the way it is used depends on the axial distance between the front cutting heads 2a. If the axial distance between the front cutting heads 2a is smaller than the diameter of the cutting heads, then it is desirable that the drive system comprises a gear mechanism. Such systems are currently well known and used, and the solution subject to protection creates the design prerequisites for implementing such a system. In particular, it is possible to position the transmission mechanism behind the front cutting heads to connect it to the drive unit e.g. with electric motors, hydraulic motors, which are located on the outer edge of the enclosed interior of the device. If the axial distance between the front cutting heads is greater than the diameter of these heads, then the drive system may be designed to be located downstream of the finishing cutting heads 8a, 8b in terms of the machine feed direction. Such a solution makes it possible to connect the drive unit directly to the front cutting heads or even by using a gear mechanism. The shield sliding mechanism (not shown) is also attached to the support body 1. In particular, systems such as tamdem with hydraulic cylinders supporting the lining built of tybes are used to ensure the sliding movement of the device. Tamdem with a spreader mechanism for extruded concrete of the E.C.L system can also be used.

Čelná rezná hlava 2a obsahuje stred 13 z ktorého vychádzajú ramená 14. Tieto ramená 14 sú po obvode so stredom 13 čelnej reznej hlavy 2a rovnomerne usporiadané a výhodný je ich počet 4 až 6. Ramená 14 jednej čelnej reznej hlavy 2a pri otáčaní zapadajú do medzery medzi ramenami 14 rotujúcej susednej čelnej reznej hlavy 2a. Ramená 14 a stredy 13 čelných rezných hláv 2a sú opatrené vymeniteľnými reznými nástrojmi 15.. Ramenná konštrukcia čelných rezných hláv 2a, okrem toho, že umožňuje raziť tunely s priečnym profilom v určenom tvare, dopravuje rozdrvenú horninu k dopravníku 18 (viď obr. 4).The front cutting head 2a comprises a center 13 from which the arms 14 emerge. These legs 14 are uniformly arranged circumferentially with the center 13 of the front cutting head 2a, and a number of 4 to 6 is preferred. by the arms 14 of the rotating adjacent front cutting head 2a. The arms 14 and the centers 13 of the front cutting heads 2a are provided with interchangeable cutting tools 15. The shoulder construction of the front cutting heads 2a, in addition to allowing the cross-sectional tunnels to be driven in a specified shape, transports the crushed rock to the conveyor 18 (see FIG. .

Zo všeobecného pohľadu každá konštrukčná zostava čelných rezných hláv môže byť riešená tak, že jedna z čelných rezných hláv alebo i viaceré pri väčšom počte čelných rezných hláv môžu byť pred ďalšou čelnou reznou hlavou predsunuté (viď obr. 9c až 9f)In general, each head assembly may be designed such that one or more head heads may be advanced in front of the next head (see Figs. 9c to 9f) for a plurality of head heads.

Raziaci štít ďalej obsahuje dve rotačné dokončujúce rezné hlavy 8a a 8b obsahujúce vymeniteľné rezné nástroje 19, ktoré sú špirálovito usporiadané na pláštiThe embossing shield further comprises two rotary finishing cutting heads 8a and 8b comprising replaceable cutting tools 19, which are helically arranged on the housing

20. Špirálovité usporiadanie rezných nástrojov zabezpečuje sústreďovanie rozrušenej horniny do stredu zariadenia a v prípadne spodnej dokočujúcej ražnej hlavy zabezpečuje vynášanie horniny na dopravník 18. Funkciou dokončujúcich rezných hláv 8a, 8b je hneď po odstraňovaní čelby čelnými reznými hlavami 2a z tvaru otvoru zodpovedajúcom tvaru dvoch kruhov v prieniku, odstrániť zvyšky, ktoré zostanú v oblasti prieniku kruhových plôch a vytvoriť v týchto oblastiach spájajúce konkávne plochy a tak vytvoriť konečný tvar razeného priečneho profilu tunelu. Dokončujúce rezné hlavy 8a a 8b pri realizácii zariadenia podľa obr. 1, majú súdkovitý tvar.20. The spiral arrangement of the cutting tools concentrates the disrupted rock into the center of the device and, where appropriate, the lower docking head, discharges the rock onto the conveyor 18. The function of the finishing heads 8a, 8b immediately after removal of the face is of the intersection, to remove the residues that remain in the area of intersection of the circular surfaces and to create in these areas joining the concave surfaces to form the final shape of the embossed tunnel cross section. The finishing heads 8a and 8b in the embodiment of the device of FIG. 1, have a barrel shape.

Princíp konštrukčného riešenia dokončujúcich rezných hláv 8a. 8b. ktoré sú využiteľné pri zhotovovaní tunela s tlamovým priečnym profilom znázorňuje, obr. č.6. Dokončujúca rezná hlava 8a pozostáva z plášťa 20 opatreného vymeniteľnými reznými nástrojmi 19, ktorý ohraničuje dostatočne veľký priestor, kde je umiestnené hnacie zariadenie 21 tejto hlavy. Hnacie zariadenie 21 je zostavené so súboru motorov 22, výhodne hydromotorov, ktorých prívody 23 sú spojené s nezobrazeným hydraulickým rozvodom. Súbor motorov 22 je rovnomerne rozdelený na dve časti. Motory 22 jednotlivých častí sú vzájomne zrkadlovo usporiadané. Na hriadeli každého motora 22 je pevne uložený hnací prvok 25, v konkrétnom príklade ozubený pastorok, prevodu 26, ktorého hnaný prvok 27 je ozubený veniec s vnútorným ozubením. Hnaný prvok 27 ie pevne spojený s plášťom 20 a tento je otočné uložený napr. s využitím ložiskového uloženia, na pevnom hriadeli 24. V pozdĺžnej osi pevného hriadeľa 24 je vytvorený priebežný otvor na uloženie prívodných potrubí na prívod média do motorov 22. Konce pevného hriadeľa 24 sú uložené vo výškovo prestaviteľných podperách 28, ovládaných hydraulicky. Výhodou tohoto uloženia koncov hriadeľa 24 je možnosť výškového nastavenia hornej dokončujúcej reznej hlavy 2a. Konštrukčné riešenie upevnenia pevného hriadeľa 24 k telesu 1 zobrazuje obr. 8.Design principle of finishing cutting heads 8a. 8b. which are useful in the construction of a tunnel with a mouth cross section, FIG. No.6. The finishing cutting head 8a consists of a sheath 20 provided with replaceable cutting tools 19 which delimits a sufficiently large space where the driving device 21 of the head is located. The drive device 21 is assembled from a plurality of motors 22, preferably hydraulic motors, whose inlets 23 are connected to a hydraulic manifold (not shown). The set of motors 22 is equally divided into two parts. The motors 22 of the individual parts are mirrored to one another. A drive element 25, in a particular example a toothed pinion, of a transmission 26, whose drive element 27 is a gear ring with internal toothing, is fixedly mounted on the shaft of each motor 22. The driven element 27 is rigidly connected to the housing 20 and is rotatably mounted e.g. A bearing bore is provided in the longitudinal axis of the fixed shaft 24 for receiving the fluid supply lines to the motors 22. The ends of the fixed shaft 24 are mounted in height-adjustable supports 28, operated hydraulically. The advantage of this arrangement of shaft ends 24 is that it is possible to adjust the height of the upper finishing cutting head 2a. The structural solution of fixing the fixed shaft 24 to the body 1 is shown in FIG. 8th

Využitím statického uloženia rezných hláv je možné vytvoriť zariadenie na razenie tunela s jedným priečnym profilom. Pri posuvnom uložení jednej alebo obidvoch dokončujúcich rezných hláv 8a v základnom telese 1 s podporou ich parametrov je možné dosiahnuť rozsiahlejšie nasadenie raziaceho štítu. To znamená, že jedným zariadením je možno raziť tunely z viacerými rozmerovými, prípadne tvarovými parametramiBy utilizing the static bearing of the cutting heads, it is possible to create a tunnel embossing device with a single cross-section. By slidingly mounting one or both of the finishing heads 8a in the base body 1 with the support of their parameters, it is possible to achieve a wider deployment of the embossing shield. This means that tunnels with several dimensional or shape parameters can be driven by one device

Spodná dokončujúca rezná hlava 8b odstraňuje spodný zvyšok 6 čelby. Ak sa zhotovuje tunel s tiamovým priečnym profilom, konštrukcia spodnej dokončujúcej reznej hlavy 8b, jej parametre, jej uloženie v telese 1 a jej pohon môžu byť rovnako riešené ako v prípade hornej dokončujúcej reznej hlavy 8a.The lower finishing cutting head 8b removes the lower face rest 6. If a tunnel with a cross section is made, the design of the lower finishing cutting head 8b, its parameters, its fit in the body 1 and its drive can be solved as in the case of the upper finishing cutting head 8a.

Uloženie spodnej dokončujúcej reznej hlavy môže byť riešené i tak, že je výškovo neprestaviteľné, Čo zjednodušuje konštrukciu zariadenia a znižuje náklady na jeho výrobu a údržbu Pohon takto vytvorenej spodnej dokončujúcej reznej hlavy môže byť usporiadaný mimo priestor ohraničený jej plášťom. Takéto riešenie je zobrazené na obrázku 7. Konštrukcia môže byť riešená tak, že na hriadeli 30 ie, pevne osadená spodná dokončujúca rezná hlava 8b a hnané prvky 33 tvoriace súčasť prevodu 32. Hriadeľ 30 je uložený v neznázornených ložiskách upevnených o teleso i. Hnacie prvky 31 prevodu 32 sú pevne osadené na hriadeľoch motorov 34, ktoré sú ukotvené o teleso i.The mounting of the lower finishing cutting head can also be designed to be height-adjustable. This simplifies the design of the apparatus and reduces manufacturing and maintenance costs. The drive of the lower finishing cutting head thus formed can be arranged outside the enclosure boundary. Such a solution is shown in Figure 7. The structure may be designed such that a lower finishing cutting head 8b and a driven element 33 forming part of the transmission 32 are mounted on the shaft 30 ie, the shaft 30 is mounted in bearings not shown attached to the body 1. The drive elements 31 of the transmission 32 are fixedly mounted on the motor shafts 34 which are anchored to the housing 1.

Zobrazenie schémy raziaceho štítu na razenie tunelov s tlamovým priečnym profilom, ktoré je na obr. 2, obr. 9b. predstavuje zariadenie charakteristické tým, že čelné rezné hlavy 2b sú umiestnené vedľa seba a dokončujúce rezné hlavy 80, 8d majú súdkovitý tvar. Horná dokončujúca rezná hlava 8c je vypuklejšieho tvaru a spodná dokončujúca rezná hlava 8c je mierne vypuklá a môže mať aj valcovitý tvar. Tak ako v prípade vyhotovenia podľa obr. 1 jedna i druhá dokončujúca rezná hlava 8b,8c má os 9c, resp. 9d otáčania mimobežne a kolmo usporiadanú voči osiam 10b otáčania čelných rezných hláv 2b. Čelné rezné hlavy. 2b razia otvor zodpovedajúci tvaru a obrysu vedľa seba usporiadaných kruhových plôch v prieniku, horná dokončujúca rezná hlava 8c odstraňuje horný zvyšok čelby a vytvára hornú konkávnu spájajúcu plochu plôch zhotovených čelnými reznými hlavami 2b a dolná dokončujúca rezná hlava 8d odstraňuje dolný zvyšok čelby a vytvára spodnú mierne konkávnu spájajúcu plochu plôch zhotovených čelnými reznými hlavami 2b.A schematic diagram of an embossing shield for embossing tunnels with a mouth cross-section is shown in FIG. 2, FIG. 9b. represents a device characterized in that the front cutting heads 2b are placed side by side and the finishing cutting heads 80, 8d have a barrel shape. The upper finishing cutting head 8c is convex and the lower finishing cutting head 8c is slightly convex and may also have a cylindrical shape. As in the embodiment of FIG. 1, both the finishing cutter head 8b, 8c have axes 9c and 9c respectively. 9d is rotationally and perpendicularly disposed relative to the rotational axes 10b of the front cutting heads 2b. Front cutting heads. 2b punching an opening corresponding to the shape and contour of the adjacent circular faces in the intersection, the upper finishing cutting head 8c removes the upper rest of the face and forms the upper concave joining surface of the surfaces made by the front cutting heads 2b; the concave joining surface of the surfaces produced by the front cutting heads 2b.

Okrem opísaných tvarov priečnych profilov tunelov je možné využitím vynálezu vytvoriť i ďalšie tvary priečnych prierezov tunelov. Príkladné varianty konštrukčného riešenia a z toho vyplývajúce tvary priečnych profilov tunelov vyjadrujú obr. 9c až 9f.In addition to the above-described tunnel cross-sectional shapes, other cross-sectional tunnel cross-sectional shapes can be made by the invention. The exemplary design variants and the resulting cross-sectional shapes of the tunnels are shown in FIG. 9c to 9f.

Priečny profil tunelu vajcovitého tvaru, je možné zhotoviť zariadením, ktorého princíp je na obr. 9c. Tvar profilu sa vytvorí tak, že najprv sa zhotovuje otvor s tvarom zodpovedajúcim prieniku dvoch rovnakých kruhov usporiadaných nad sebou. Otvor sa vytvorí čelnými reznými hlavami 2c a 2d, zvyšky čelby sa potom odstránia dokončujúcimi reznými hlavami 8e a vytvoria sa konkávne prechodové plochy medzi oblúkovými plochami vytvorenými čelnými reznými hlávami 2c. 2d. Osi 9e otáčania dokončujúcich rezných hláv 8e sú usporiadané šikmo zvisle vo vzťahu k osi 10c, 10d otáčania čelných rezných hláv 2c, 2d. Z hľadiska konštrukcie zariadenia je pre tento typ profilu vhodné použiť dokončujúcu reznú hlavu 8e, ktorej hnací mechanizmus nie je umiestnený v priestore ohraničenom plášťom tejto hlavy.The transverse profile of the egg-shaped tunnel can be made by a device whose principle is shown in FIG. 9c. The shape of the profile is formed by first making a hole with a shape corresponding to the intersection of two identical circles arranged one above the other. The aperture is formed by the front cutting heads 2c and 2d, the face residues are then removed by the finishing cutting heads 8e, and concave transition surfaces are formed between the arc surfaces formed by the front cutting heads 2c. 2d. The rotational axes 9e of the finishing cutting heads 8e are arranged obliquely vertically relative to the rotational axes 10c, 10d of the front cutting heads 2c, 2d. In view of the construction of the device, it is suitable for this type of profile to use a finishing cutting head 8e whose drive mechanism is not located in the space bounded by the jacket of the head.

Zhotovenie tunela s priečnym profilom podobným vajcovitému tvaru je možné realizovať zariadením znázorneným na obr.9d. Takéto zariadenie pozostáva okrem iného z troch čelných rezných hláv 2e, 2f. Z nich dve čelné rezné hlavy 2f sú spodné s osami lOd otáčania, sú umiestnené vedľa seba a predsunuté pred hornú čelnú reznú hlavu 2e s osou otáčania 10e .umiestnenou nad osami 10f otáčania čelných rezných hláv 2f. Pri rotácii ramená jednej spodnej reznej hlavy zapadajú do medzier medzi ramenami druhej spodnej reznej hlavy. Čelné rezné hlavy 2e, 2f v súčinnosti zhotovujú východiskový otvor. Tento do definitívneho tvaru realizujú šikmo usporiadané bočné dokončujúce rezné hlavy 8f a horizontálne usporiadaná spodná dokončujúca rezná hlava 8g, odstraňovaním zvyškov čelby. Dokončujúce rezné hlavy sú z hľadiska smeru pohybu raziaceho štítu, usporiadané za čelnými reznými hlavami2e, ,2f. Os 9g otáčania spodnej dokončujúcej reznej hlavy 8g a osi 10f otáčania čelných rezných hláv, sú vzájomne kolmé. Takéto zariadenie je schopné zhotovovať tunel s priečnym profilom s tým, že dve dokončujúce bočné rezné hlavy 8f vytvárajú konkávne bočné prechodové plochy a spodná dokončujúca rezná hlava 8g spodnú konkávnu spájajúcu plochu medzi oblúkovými plochami po razení čelnými reznými hlavami 2f.The construction of the tunnel with a transverse profile similar to the egg shape can be realized by the device shown in Fig. 9d. Such a device comprises inter alia three cutting heads 2e, 2f. Of these, the two front cutting heads 2f are lower with the rotational axes 10d, are juxtaposed and advanced in front of the upper front cutting head 2e with the rotational axis 10e positioned above the rotational axes 10f of the front cutting heads 2f. As the arms of one lower cutting head rotate, they fit into the gaps between the arms of the other lower cutting head. The front cutting heads 2e, 2f cooperate to produce an opening. This final shape is realized by the obliquely arranged lateral finishing cutting heads 8f and the horizontally arranged lower finishing cutting head 8g by removing the remnants of the face. The finishing cutting heads are arranged downstream of the front cutting heads 2e, 2f with respect to the direction of movement of the embossing shield. The axis of rotation 9g of the lower finishing cutting head 8g and the axis of rotation 10f of the front cutting heads are perpendicular to each other. Such a device is capable of making a cross-sectional tunnel, with the two finishing side cutting heads 8f forming concave lateral transition surfaces and the lower finishing cutting head 8g forming a lower concave connecting surface between the arc surfaces after embossing with the front cutting heads 2f.

Priečny profil tunela, ktorý vyplýva z obr. 9e a 9f je možné zhotoviť zariadením, ktoré je realizáciou predmetu ochrany a toto okrem iného pozostáva z troch vedľa seba umiestnených čelných rezných hláv, Z nich dve čelné rezné hlavy 2h, resp. 2j s osou otáčania 10h, resp. 10i sú rovnaké a sú krajné a jedna čelná rezná hlava 2g, resp.2i s osou 10g, resp. 10i otáčania je stredná, má väčší priemer opisujúcej kružnice než je priemer kružnice, ktorú opisujú krajné čelné rezné hlavy 2h, je usporiadaná uprostred medzi týmito čelnými reznými hlavami 2h, 2j a je predsunutá pred nimi. Vo vyhotovení podľa obr. 9e obsahuje štyri dokončujúce rezné hlavy, z ktorých dve 8h sú horné, s osou otáčania 9h, usporiadané šikmo. Toto vyhotovenie ďalej obsahuje dve spodné dokončujúce rezné hlavy 8i s osou otáčania 9i Vo vyhotovení podľa obr. 9f obsahuje tri dokončujúce rezné hlavy, z ktorých dve 8j sú horné, s osou 9j otáčania, usporiadané šikmo a jedna spodná dokončujúca rezná hlava 8k, s osou otáčania 9k. Funkciou čelných rezných hláv 2g, 2h, 2^ 2k sa získa východiskový otvor. Tento sa následne dokončí s využitím dokončujúcich rezných hláv 8h, 8i, 8k, 8úodstránia zvyšky horniny, aby bol dosiahnutý konečný stav.The transverse profile of the tunnel resulting from FIG. 9e and 9f, it is possible to make the device which is the realization of the object of protection and which, inter alia, consists of three side cutting heads arranged side by side. 2j with the axis of rotation 10h, respectively. 10i are the same and are extreme and one face cutting head 2g and 21i with the axis 10g and 10g respectively. 10i of rotation is medium, has a larger diameter of the describing circle than the diameter of the circle described by the end face cutting heads 2h, is disposed in the middle between these front cutting heads 2h, 2j and is advanced in front of them. In the embodiment of FIG. 9e comprises four finishing cutting heads, of which two 8h are upper, with an axis of rotation 9h, arranged obliquely. This embodiment further comprises two lower finishing cutting heads 8i with an axis of rotation 9i. 9f comprises three finishing cutting heads, of which two 8j are upper, with a pivot axis 9j arranged obliquely, and one lower finishing cutting head 8k, with a pivot axis 9k. The function of the front cutting heads 2g, 2h, 2 ^ 2k results in a starting hole. This is then completed using the finishing heads 8h, 8i, 8k, 8, and removes rock residues to achieve the final state.

Uvedené príklady uskutočnenia vynálezu sú chápané ako ilustrácia možností jeho použitia pri zhotovovaní tunelov a pri riešení konštrukcie raziaceho zariadenia, Podstata vynálezu je východiskom i pre ďalšie riešenia, ktoré nie sú v príkladoch uskutočnenia spomenuté.The foregoing examples of the invention are understood to illustrate the possibilities of its use in the construction of tunnels and in the design of the embossing apparatus. The invention is based on other solutions not mentioned in the examples.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Spôsob a zariadenie podľa vynálezu je využiteľné a zvlášť výhodné hlavne pri razení tunelov, prípadne štôlní a podobných objektov v horninových geologických podmienkach, predovšetkým v mäkkých a v stredne tvrdých horninách.The method and apparatus according to the invention are useful and particularly advantageous in particular in the tunneling of tunnels or tunnels and similar objects in rock geological conditions, in particular in soft and medium hard rocks.

Claims

Patent claims

Method of tunneling with a non-circular cross-sectional profile, characterized in that the rotating black cutting heads (2a to 2j) of the sliding embossing shield first produce an opening with a contour in a shape corresponding to the contour shape of the circular intersection faces and immediately thereafter to the finished shape by removing the remainder of the face with the finishing cutting heads (8a to 8k) of the embossing shield and forming concave or concave and planar surfaces joining the hole surfaces formed by the front cutting heads.

Embossing shield for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of a body (1), of at least two front cutting heads (2a to 2j), which are able to form a bore with the use of a mutually coupled rotational and sliding movement. a contour corresponding to the shape of the contour of the circular surfaces in the intersection and each front cutting head (2a to 2j) is connected to the drive mechanism (11), is provided with replaceable cutting tools (15), consists of uniformly spaced arms (14); at least two rotary finishing cutting heads (8a to 8k) arranged behind the front cutting heads (2a to 2j), equipped with interchangeable cutting tools (19) connected to the drive device (21) and intended to form surfaces joining surfaces made by the front cutting heads (2a to 2j), wherein either each finishing cutting head (8a to 8I) is adapted to form a concave surface, or at least one finishing cutting head (8a to 8k) is adapted to form a planar joining surface and at least one finishing cutting head (8a to 8k) is adapted to make a concave surface.

Punching shield according to claim 2, characterized in that each arm (14) of one face (2a to 2j), when rotated, fits into a respective gap between the arms (14) of the adjacent face cutting head (2a to 2j).

The embossing shield of claim 2, wherein the one or more face cutting heads are advanced in front of the other face cutting head.

WJ

Punching shield according to claims 2 to 4, characterized in that at least one finishing cutting head (8a to 8k) is provided with a drive device (21) arranged in a space bounded by the housing (20) and connected to the body (1). .

Punching shield according to claims 2 to 5, characterized in that the drive device (21) consists of a set of motors (22), preferably hydraulic motors, arranged in the central part of the finishing cutting head (8a to 8k) as well as uniformly divided into two parts, wherein the motors (22) of one part are mirrored to the motors (22) of the other part, the shaft (24) of each motor (22) having either a driving element (25), preferably a pinion, a transmission (26), the driven element (27), preferably an internal toothed gear ring, is attached to the housing (20) of the finishing cutting head (8a to 8I) rotatably mounted on a fixed shaft (30) connected to the shield body (1) or a mounted driving element (31) ), preferably a pinion, of a transmission (32), whose driven element (33), preferably a gear, is fixedly mounted on a rotary shaft (30) on which the housing (20) of the finishing cutting head (8a to 8k) is fixed. (30) is supported in the carrier shield body (1).

The embossing shield according to claims 2 to 6, characterized in that the connection of the fixed shaft (24) as well as the rotary shaft (30) to the support body (1) can allow the perpendicular distance between the axis (9a to 9j) to be changed. a finishing cutting head (8a to 8k) and rotational axes (10a to 10j) of the front cutting heads (2a to 2j).

Punching shield according to claims 2 to 7, characterized in that the bearing of the upper finishing cutting head (8a) is height-adjustable, preferably using a hydraulic mechanism.