NL8002451A

NL8002451A - Tunnel boring system for soft ground - has chamber with pressurised top part and loosening tools on shield

Info

Publication number: NL8002451A
Application number: NL8002451A
Authority: NL
Original assignee: Stevin Volker Civil Eng
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1981-11-16

Abstract

The tunnel boring system is particularly for use in soft ground and at shallow depths, and where solid obstacles will be encountered. A tunnel-shaped working chamber is driven into the ground, and behind it tunnel sections of the same external diameter are installed in succession. The working chamber (1) is divided into a top part permanently sealed by a shield (4) equipped with soil-loosening tools (5), and a bottom part with front and rear sections connected together. An air pressure vessel is provided to keep the top part under pressure.

Description

........:.......................-- - .—-:---—-— ' r * -2- dumpt. In dit geval zal normalerwijs de ruimte vóór het schild met water, althans een waterige vloeistof, gevuld zijn. Deze methode wordt in het bijzonder toegepast bij slappe grond en/of weinig gronddekking.........: .......................-- - .—-: ---—-— 'r * -2 - dumps. In this case, normally the space in front of the shield will be filled with water, at least an aqueous liquid. This method is used in particular with weak soil and / or little ground cover.

- 5 Een derde methode is die waarbij men de ruimte vóór het gesloten schild onder luchtdruk houdt. Maar dan moet weer een behoorlijke gronddekking aanwezig zijn om blow outs te voorkomen.- 5 A third method is that of keeping the space in front of the closed shield under air pressure. But then again a good ground cover must be available to prevent blow outs.

Bezwaren worden bij de tweede en derde methode ondervonden wanneer zich in de grond obstakels bevinden die niet met de . 10 aanwezige graaf- en transportsystemen af gevoerd, kunnen worden (b.v. funderingsresten, boomstronken en zwerfkeien) .>Objections are encountered in the second and third methods when there are obstacles in the ground that are not with the. 10 existing excavation and transport systems can be removed (e.g. foundation remains, tree stumps and boulders).>

Bedoeling van de onderhavige uitvinding is een methode te verschaffen waarbij deze obstakels op eenvoudige wijze kunnen worden verwijderd en waarbij zonder gevaar voor blow outs met 15 een geringe dekking en in slappe grond kan worden gewerkt.The aim of the present invention is to provide a method in which these obstacles can be easily removed and in which work can be carried out with low coverage and in soft soil without the risk of blow outs.

Volgens de uitvinding wordt gebruik gemaakt van een werkkamer, waarvan een bovengedeelte permanent geheel afdichtend door middel van een schild voorzien van grond leswarkende middelen, in een voorstuk en een achterstuk wordt verdeeld en een onder-20 gedeelte waarvan het vóórstuk en het achterstuk in open verbinding met elkaar zijn of kunnen worden gebracht.According to the invention, use is made of a working chamber, an upper part of which is permanently sealed completely by means of a shield provided with ground teaching agents, divided into a front part and a rear part, and a lower part of which the front part and the rear part are in open connection. be or can be brought together.

Achter het afsluitende gedeelte van het schild wordt een zodanige luchtdruk in stand gehouden dat de waterspiegel in de werkkamer binnen bepaalde grenzen blijft. Enerzijds mag de druk 25 niet zo hoog worden dat lucht ontsnapt onder het afsluitende deel van het schild, anderzijds mag deze druk niet zo laag worden dat onvoldoende werkruimte overblijft voor het personeel dat de grondverwijderende apparatuur bedient.Behind the closing part of the shield, such air pressure is maintained that the water level in the working chamber remains within certain limits. On the one hand, the pressure must not become so high that air escapes under the sealing part of the shield, on the other hand, this pressure must not become so low that insufficient working space remains for the personnel operating the soil removing equipment.

Een en ander wordt verduidelijkt door de figuren la en lb, 30 waarin voorbeeldsgewijs een mogelijke uitvoeringsvorm is aangegeven.All this is elucidated by figures 1a and 1b, 30 in which an example of a possible embodiment is indicated.

Fig. la is een langsdoorsnede van de werkkamer plus een ge- . deelte van de daarachter .gevormde tunnel, 800 24 51 V'·· Ύ ............Fig. 1a is a longitudinal section of the working chamber plus a ge. part of the tunnel formed behind it, 800 24 51 V '·· Ύ ............

» a * 4»A * 4

Nw 1+78 -1-Nw 1 + 78 -1-

Titel: Werkwijze en werktuig voor het boren van tunnels.Title: Method and tool for drilling tunnels.

Bij het. boren van tunnels is een bekende werkwijze deze dat eerst een verticale versterkte toegangsschacht wordt gegraven. Daarin wordt een werkkamer neergelaten, die door middel van tegen de achterwand van de toegangsschacht afsteunende vijzels 5 horizontaal in de grond wordt gedrukt, terwijl tegelijkertijd door in de werkkamer aanwezige middelen de grond wordt losge- , werkt en naar achteren verwijderd. Al. naar gelang de werkkamer zich in de grond werkt, wordt daarachter de tunnelwand opgebouwd. Dit kan geschieden hetzij door complete voorgefabriceerde 10 "ringen" vanuit de toegangsschacht achter de werkkamer aan te persen door de vijzels, hetzij in de "staart" van de werkkamer de tunnelwand in-situ op te bouwen. Normalerwijs zal de werkkamer van metaal zijn gemaakt, een gelijke buitenste doorsnede_ hebben als de te construeren tunnel en van voren zodanig zijn 15 gevormd dat het indringen in de grond wordt vergemakkelijkt (hetgeen op de hierna te bespreken figuren ook te zien is).At the. drilling tunnels is a well-known method of first digging a vertical reinforced access shaft. A working chamber is lowered therein, which is pressed horizontally into the ground by means of jacks 5 supporting against the rear wall of the access shaft, while at the same time the soil is loosened and removed backwards by means present in the working chamber. Already. depending on the working chamber working in the ground, the tunnel wall will be built behind it. This can be done either by pressing complete prefabricated 10 "rings" from the access shaft behind the working chamber through the jacks, or by building the tunnel wall in-situ in the "tail" of the working chamber. Normally, the working chamber will be made of metal, will have the same outer cross-section as the tunnel to be constructed and will be shaped from the front to facilitate penetration into the ground (which can also be seen in the figures to be discussed below).

Tevens zullen normalerwijs voorzieningen getroffen zijn voor het oponthoud van bedienend^personeel.Provisions will normally also have been made for the delay of operating personnel.

Voor het geval dat men te maken heeft met grondwater zijn 20 verschillende methodes bekend om het binnendringen daarvan gedurende de werkzaamheden tegen te gaan. Men kan de werkkamer zodanig onder luchtdruk houden dat dit binnendringen wordt voorkomen. In dat geval werkt men met een "open" front en moet de gronddekking zo groot en/of de grondstructuur zodanig vast zijn 25 dat "blow-outs" (d.w.z. het ongecontroleerd ontsnappen van lucht en het bezwijken van het werkfront, d.w.z. invallen van grond) worden voorkomen.In case groundwater is involved, 20 different methods are known to prevent penetration during the work. The working chamber can be kept under air pressure in such a way that this penetration is prevented. In that case one works with an "open" front and the ground cover must be so large and / or the ground structure must be such that "blow-outs" (ie the uncontrolled escape of air and the collapse of the working front, ie invading ground) ) will be prevented.

Een tweede methode is die, waarbij de werkkamer is afgesloten met een waterdicht schild, waarvóór zich-de graafappara-30 tuur bevindt. De losgewerkte grond wordt in de vorm van een slurry afgevoerd dóór dit schild heen en via een grondsluis ge- 800 2 4 51 -3- iïk.A second method is that in which the working chamber is closed with a watertight shield, before which the excavating equipment is located. The loosened soil is discharged in the form of a slurry through this shield and through a soil sluice 800 2 4 51-3.

**

Fig. 1b is een vooraanzicht van de werkkamer.Fig. 1b is a front view of the working chamber.

De werkkamer is aangegeven met 1, de uit te graven grond met 2, terwijl met 3 een tunnelelement is aangegeven, dat vlak achter de werkkamer is aangebracht. Bij 4 is het schild aange-5 geven dat het bovenste gedeelte van de werkkamer waterdicht afsluit. In dit schild zijn bij 5 spuitlansen aangebracht die de grond loswerken. Bij 6,zien wij de operator, die deze spuitlansen bedient. De achterwand van de werkkamer is aangegeven met 7. Door deze achterwand steekt een buis 8, waarbinnen een 10 schroefvijzel 9, die aangedreven wordt door een motor 10. Achter de schroefvijzel zit de grondsluis 11 waarmede de uit de werk- zich kamer afgevoerde grond in een binnen de tunnel·'bevindende afvoersysteem, in dit geval een lorry 12, wordt gedumpt. Een leiding 13 zorgt voor de aanvoer van lucht, terwijl een leiding 14 voor 15 de afvoer zorgdraagt. Met 15 is een luchtsluis aangegeven met twee deuren 16 en 17. De operator kan de werkkamer verlaten via deze luchtsluis.The working chamber is indicated by 1, the soil to be excavated by 2, while 3 indicates a tunnel element, which is arranged just behind the working chamber. At 4 the shield is indicated that the upper part of the working chamber closes watertight. This spray has 5 spray lances that loosen the soil. At 6, we see the operator operating these spray lances. The rear wall of the working chamber is indicated by 7. A tube 8 protrudes through this rear wall, within which a screw auger 9, which is driven by a motor 10. Behind the screw auger is the ground sluice 11 with which the soil discharged from the working chamber a drainage system located within the tunnel, in this case a lorry 12, is dumped. A pipe 13 ensures the supply of air, while a pipe 14 ensures the discharge. 15 indicates an airlock with two doors 16 and 17. The operator can leave the working room via this airlock.

Met 18 is een leiding aangegeven voor aanvoer van water en met 19 een leiding voor afvoer daarvan. Dit systeem kan 20 zonodig mede helpen de hoogte van de waterspiegel 20 binnen de gewenste grenzen te houden.The number 18 indicates a pipe for the supply of water and the number 19 shows a pipe for the discharge thereof. If necessary, this system can help to keep the height of the water surface 20 within the desired limits.

Bij 21 en 22 zijn stootblokken te zien waarop een hydraulische cylinder 23 inwerkt. Met 24 is een rondgaande stalen profiel aangegeven, die gezamenlijk met de rondgaande rubberring 25 25 de afdichting verzorgt. Daar er over de omtrek verdeeld een aantal cilinders zijn aangebracht, kan door differentiële manipulatie van deze cilinders het voorste gedeelte 26 van de werkkamer 1 een kleine koersafwijking bij het boren corrigeren. Daartoe moeten het voorste gedeelte 26 van de werkkamer en het achterste gedeelte 30 27 enigszins scharnierend ten opzichte van elkaar bewogen kunnen worden, hetgeen tot uitdrukking komt in de spleet 28.Fenders are shown at 21 and 22 on which a hydraulic cylinder 23 acts. 24 indicates a circular steel profile, which provides the sealing together with the circular rubber ring 25. Since a number of cylinders are arranged distributed over the circumference, the front part 26 of the working chamber 1 can correct a small course deviation during drilling by differential manipulation of these cylinders. For this purpose, the front part 26 of the working chamber and the rear part 27 must be able to be hinged slightly relative to each other, which is reflected in the gap 28.

Bij een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding kan de opening onder het schild dat het bovenste gedeelte van de 800 24 51 «-_\_______________ .In another embodiment of the invention, the opening under the shield may be the top portion of the 800 24 51.

-4- tunnel afdicht gedurende een deel van het werkproces door middel van een onderschild 121 worden afgesloten. Dit schot behoeft niet waterdicht te zijn, en dient in principe om de grond te keren. Opening van dit schot vindt dan plaats wanneer zich v<5ör 5 het schild obstakels voordoen, zoals boven omschreven, die manipulaties nodig maken waarbij directe ingreep van mankracht nodig is. In fig. 2 is voorbeeldsgewijs een zodanige uitvoeringsvorm aangegeven. Deze figuur stelt weer een langsdoorsnede voor volgens de tunnelas.-4- tunnel sealing during part of the working process by means of a bottom shield 121 to be closed. This bulkhead does not have to be watertight, and should in principle turn around the ground. The opening of this shot then takes place when obstacles, as described above, which require manipulations requiring direct intervention of manpower occur before the shield. Fig. 2 shows such an embodiment by way of example. This figure again represents a longitudinal section along the tunnel axis.

10 De werkkamer is aangegeven met 101, de uit te graven grond met 102, terwijl met 103 een tunnelelement is aangegeven, dat vlak achter de werkkamer is aangebracht. Bij 104 is het schild aangegeven dat het bovenste gedeelte van de werkkamer waterdicht afsluit. In dit schild zijn bij 105 spuitlansen aangebracht.The working chamber is indicated by 101, the excavated soil by 102, while 103 indicates a tunnel element, which is arranged just behind the working chamber. At 104 the shield is indicated that the upper part of the working chamber closes watertight. 105 spray lances have been fitted in this shield.

15 die de grond loswerken. Bij 106 zien wij de operator. De achterwand van de werkkamer is aangegeven met 107. Door deze achterwand steekt weer een buis 108, waarbinnen een schroefvijzel 109, die aangedreven wordt door de motor 110. Achter de schroefvijzel zit de grondsluis 111, waarmede uit de werkkamer afgevoerde 20 grond in een binnen de tunnel zich bevindend afvoersysteem - in dit geval een lorry 112 - wordt gedumpt. Met 115 is een luchtsluis aangegeven met twee deuren 116 en 117. De operator kan de werkkamer verlaten via deze luchtsluis.15 who work the ground. At 106 we see the operator. The rear wall of the working chamber is indicated by 107. Through this rear wall a tube 108 again protrudes, within which a screw jack 109, which is driven by the motor 110. Behind the screw jack is the ground sluice 111, with which soil discharged from the working chamber is in an interior the tunnel drainage system - in this case a lorry 112 - is dumped. 115 indicates an airlock with two doors 116 and 117. The operator can leave the working room via this airlock.

Leidingen 119 en 119a, waarvan 119 voorzien is van aftakkin-25 gen zorgen voor de aanvoer van lucht ten behoeve van het creëren van de gewenste luchtdruk en voor luchtverversing in de ruimte waarin de operator zich bevindt en in de luchtsluis, tevens voor het onder druk houden van het water in de leiding 114, dat in verbinding staat met het grondwater vóór het schild. Luchtketel 118 30 tussen 119 en 119a egaliseert abrupte luchtdrukschommelingen in voomoemd luchtdruksysteem, welke o.a. kunnen ontstaan door verandering van de toestromende hoeveelheden grondwater. Via de regelafsluiter 126 wordt de overtollige lucht weer afgevoerd en de tunnel ingeblazen, hetgeen tevens luchtverversing in de · 80024 51 -5- nr * tunnel betekent. Met het onderschild 121 wordt wanneer er zich geen obstakels voordoen het voorste gedeelte 122 van de werkkamer 101 grondkerend afgesloten. Middelen zijn aangebracht om, wanneer zich obstakels voordoen dit voorste gedeelte 122 te bereiken 5 om deze obstakels te verwijderen. Dit kan geschieden door in het onderschild luiken aan te brengen (b.v. met snelsluitingen bevestigd). Doen zich obstakels voor dan wordt(en) door een duiker het luik of de luiken geopend. Voor zover onderschild en luiken niet afdichtend voor water zijn uitgevoerd, staat in de ruimte 10 123 ook bij het werken met gesloten luiken water. Voorzover wel van waterafdichting sprake is, is de ruimte 123. normalerwijs met lucht gevuld van atmosferische druk. Doet zich een obstakel voor dan wordt in de ruimte 123 water toegelaten door middel van een waterreguleringssysteem 124 en wordt de operatorruimte 125 15 onder verhoogde luchtdruk gezet, zodanig dat bij opening van de luiken in het onderschild het water niet te hoog in :de operatorruimte kan stijgen* Een duiker kan dan door een luik het obstakel bereiken en dit manipuleren. Dit kan bijvoorbeeld inhouden het verdelen van het obstakel in zodanig kleine stukken dat deze 20 bijvoorbeeld via de luiken afgevoerd, kunnen worden. Is het obstakel verwijderd dan worden de luiken weer gesloten en de normale werksituatie ingesteld.Pipes 119 and 119a, 119 of which are provided with branches, ensure the supply of air for the purpose of creating the desired air pressure and for air exchange in the room in which the operator is located and in the airlock, also for pressurization keeping the water in line 114 communicating with the groundwater in front of the shield. Air reservoir 118 30 between 119 and 119a smoothes out abrupt air pressure fluctuations in the aforementioned air pressure system, which can be caused by, among other things, changing the inflowing amounts of groundwater. The excess air is exhausted and the tunnel blown in via the control valve 126, which also means air exchange in the 80024 51-5 nr * tunnel. With the undershield 121, when no obstacles occur, the front portion 122 of the working chamber 101 is closed in ground-retaining manner. Means are provided to reach this front portion 122 when obstacles occur to remove these obstacles. This can be done by installing hatches in the bottom shield (e.g. fastened with quick-release fasteners). If obstacles arise, the hatch or hatches are opened by a diver. Insofar as the hatches are shielded and hatches are not designed to be water-tight, space 10 123 also contains water when working with closed hatches. Insofar as water sealing is involved, the space 123 is normally filled with air at atmospheric pressure. If an obstacle arises, water is admitted into the space 123 by means of a water regulation system 124 and the operator space 125 is placed under increased air pressure, such that when the hatches in the bottom hatch are opened, the water is not too high: the operator space can ascent * A diver can then reach the obstacle through a hatch and manipulate it. This may, for example, involve dividing the obstacle into small pieces that can be removed, for example, via the hatches. Once the obstacle has been removed, the hatches are closed again and the normal working situation is set.

Het systeem voor kleine koerscorrecties is bij de bespreking van het voorgaande voorbeeld reeds uitvoerig ter sprake 25 gekomen.The system for minor course corrections has already been discussed at length in the discussion of the previous example.

80 0 2 4 5180 0 2 4 51

Claims

- ------....... ---- ι 7 -6- Method for drilling tunnels, in particular in weak soil with little coverage, in which fixed obstacles occur, whereby a tunnel-like working chamber is pressed into the ground - behind which are inserted successively tunnel elements with equal outer circumference, characterized in that. use is made of a working chamber, an upper part of which is permanently completely sealingly divided by means of a shield, provided with soil-loosening agents, into a front part, and a rear part, and a lower part of which the front part and the rear part are in open communication with each other or can be brought, while means are also provided for keeping the top portion under pressure. 80 0 2 4 51