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Einrichtung zum Vortreiben eines Tunnels unter Verwendung eines Vortriebsschildes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für das Vortreiben von Tunneln im
Erdreich. Es ist bekannt zu diesem Zwecke einen Vortriebsschild zu verwenden, der
mit Abbau-,verkzeugen versehen ist und zum Zwecke des Abbaues in Drehung versetzt
wird. Der Schild stützt sich bei diesen Einrichtungen auf schraubenlinienförmige
FührungsbaImen, die an der Innenfläche der von schraubenlinienförmig verlegten Formsteinen
gebildeten Tunnelauskleidung vorg.-sehen sind.
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Die bekannten Einrichtungen dieser Art haben drehbare Abbauwerkzeuge
und sind mit mehreren Antriebseinrichtungenversehen, um dieDrehung und den Vortrieb
des Schildes sowie den Antrieb derArbeitswerkzeuge zu bewirken,. Diese Vorrichtungen
sind daher in ihrer Bauart umständlich und schwerfällig.
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Hiiie wesentliche Vereinfachung der Einrichtung wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß am vorderm Ende des Schildes Messer für den Abbau befestigt
sind, daß der Schild sich auf die in Vork#I triebsrichtung liegenden Flächen der
Formsteine stützt tind daß an der Rückseite des Schildes tangential gerichtete,
die Drehbewegung bewirkende Hauptwinden angeordnet sind. Bei einer solchen Ausbildung
genügen zum Antrieb der Einrichtung somit einfache Winden. Diese führen infolge
ihrer tangentialen Anordnung die Drehung des Schildes herbei und bewirken zugleich
infolge der Anordnung von -,Xlessern ain vorderen Ende des Schildes den Abbau und
infolge der Abstütztlug des Schildes auf den Vo#rderflächen der schraubenlinienförmig
verlegten Formsteine den Vorschub.
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Es ist zweckmäßig, an dem Schild Einrichtungen anzuordnen,
die den jeweils letzten Formstein in seiner Lage halten.
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Bei Verwendung mehrerer tangential wirkender Hauptwinden ist es möglich,
diese nacheinander in Tätigkeit treten zu lassen und dadurch eine im wesentlichen
gleichförmige Drehbewegung des Schild-es zu erzielen.
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Außer den Hauptwinden zum Drehen des Schildes können Haltewinden angeordnet
sein, die in Tätigkeit gesetzt werden, wenn die Hauptwinden zurückgezogen sind,
und die dann die zuletzt eingebauten Formsteine und den Schild in ihrer Lage zueinander
halten. Wird eine auf der Vorderfläche der Formsteine liegende Druckplatte ver-,vendet,
so kann diese mittels der Hilfswinden schrittweise weiterbewegt werden.
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Zum Abräumen der von den Messern abgebauten Erde können im Innern
des Schildes ein. Aufgabetrichter und ein Förderband so aufgehängt sein, daß sie
ihre zentrale Lage bei der Drehung des Schildes beibehalten.
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Bei dieser Konstruktion ist es zweckmäßig, im inneren des Schildes
Kammern vorzusehen, die sich radial nach innen öffnen. um das durch die Messer losgelöste
Material aufzunehmen und an den Aufbetrichter abzugeben.
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Um die Bewegungsrichtung des Schildes beeinflussen zu können, kann
gemäß der Erfindung axial zu dem Schild ein Rohr mit angesetztem Bohrer angeordnet
sein, das am vorderen Ende über die Messer hinausragt und an seinem rückwärtigen
Ende oder in dessen 2i#-,ähe einstellbar gelagert ist, so daß man die Richtung der
Achse des zugespitzten Bohrers ändern kann. Es ist zweckmäßig, dieses mit Bohrer
versehene Rohr in einem axial gerichteten, Stahlmantel unterzubringen, an welchem
der zentral angeordnete Aufgabetrichter und das Förderband aufgehängt sind. Zum
Einstellen kann ein Doppelexzenter dienen, bei dem jeder Exzenter für sich einstellbar
ist, so daß man der Achse des Bohrers jede gewünschte Richtung geben und dadurch
die Bewegungsrichtung des Schildes einstellen kann.
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Innerhalb des Schildes kann ferner ein Gerät zum Einsetzen der Formsteine
an einem HilfsraIhmen angebracht sein, der an dem Schild oder anderweitig befestigt
ist. Eine -weitere zweckmäßige Anordnung 1)estelit darin!, daß man an dem zum Aufhängen
des Aufgabetrichters und des Förderbandes dienenden Stahlmantel einen Anschluß-
oder Verteilerkasten an-1)ringt, der durch eine einzige hydraulische oder pneumatische
Druch:leistung gespeist wird und sich nicht mit dem Schild zusammen dreht. Die erforderlichen
Verteilerleitungen werden von dem Verteilerkasten
zu den, verschiedenen
hydraulisch oder pneumatisch betätigten Teilen-des Vortriebsschildes geführt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schernatischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsheispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Atisführungsforrn der mit
einem drehbaren Tunnelvorbauschild versehenen Einrichtung; Fig. 2 vereinigt zwei
Querschnitte, wobei der obere Teil A längs der Linie IIA-IIA und der untere Teil
B längs der Linie II B-II B in Fig. 1 gelegt ist; Fig. 3 zeigt
in einem größeren Maßstabe die Mittel zum Führen der Vorbauschildes; Fig. 4 zeigt
einen Schnitt durch eine zweite Ausführun-sforrn der Einrichtung; Fig.
ä ist ein Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4. In sämtlichen Figuren sind
jeweils gleiche Teile durch dieselben Bezu,-sziffem bezeichnet.
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Es ist ein 7ylindri,-,cher Schild 1 aus Stahl angeordnet,
an dessen Vorderkante ein Versteifungsring 2 angeschweißt ist, der mit einem kreisrunden,
in Vorbaurichtung weisenden Schneidring 3 versehen ist; die Hinterkante 4
des Schildes 1 ist spiralförmig ausgebildet, wobei ein oder mehrere Spiralgänge
vorgesehen sind, der-en Zahl sich nach der Zahl der zu verwendenden Winden richtet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die rückwärtige Kante 4 des Schildes
1 als zweigängige Spirale ausgebildet, und es sind zwei hydraulische Hauptwinden
5 vorgesehen, die tangential zur Hinterkante 4 des Schildes angeordnet sind,
wobei sich je -,eine Winde in der Nähe des Anfanges einer Spirale befindet.
Gemäß Fig. 5 sind in der Nähe der Hauptwinden5 Hilfswinden,32 angeordnet,
die den Schild 1 als Ganzes in seiner Lage halten, wenn die Kolben der Hauptwiliden
eingefahren werden.
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An der Vorderkante des Schildes 1 befinden sich die Klingen
oder Messer 6, die lösbar mit einem Rahmen! 7
*Fig. 2) verbunden sind,
der seinerseits auf geeignete Weise, z. B. durch Schweißen, an dem stählernen Schild
1 befestigt ist, Hinter den 'Messern 6 sind mehrere Kammern
8 dadurch ausgebildet, daß an den Messern stählerne Rückwände 9 derart
angesch-weißt oder anderweitig befestigt sind, daß längs des inneren Umfangs des
Schild-es 1 Kammern entstehen, welche das während der Drehbewegung des Schildes
durch die Messer 6
-%#"egg,-schnitt-en-e Erdreich oder sonstige Material aufnehmen.
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In der Mitte des die Messer 6 tragenden Rahmens 7
ist
ein sich längs der Mittelachse des Schildes 1 erstreckender Stahli-nantel
10 angeordnet. Am hinteren Ende dies-es Stahltnantels 10 ist ein Aufgabetrichter
11 angebracht, der so angeordnet ist, daß er das Erdinaterial aufnimmt, das
von den erwähnten Kammern während der Drehbewegung des Schildes abgegeben wird;
ferner ist an dem Stahlmantel 10 eine Umlenkrolle 12 für ein Förderband so
aufgehängt, daß sowohl der Trichter als auch das Förderband 13 an dem Stahlmantel
10 hängen, ohne die Drehbewegung des Schildes mitzumachen. Innerhalb des
Stahlmantels 10
befindet sich die Anordnung zum Steuern der Bewegungsrichtung
des Schildes 1 während der Vorbauarbeiten (vgl. Fig. 3); diese Anordnung
umfaßt eine konzentrisch zu dem Stahlmantel 10 gelagerte Stange oder ein
Rohr 14, das am vorderen Ende einen spitz zulaufenden Bohrer 15 mit in Längsrichtung
verlaufenden Ausnehmungen und mehreren Rippen 16
trägt. An der Basis des Bohrers
15 ist eine kugelförmige Lagerfläche 17 vorgesehen, die sich an einem
entsprechend geformten Lagerteil 18 abstützt, das seinerseits im vorderen
Ende des Stahlmantels 10 hefestigt ist.
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Im rückwärtigen Ende des Stahlmantels 10 befinden sich zwei
Exzenter 19 und 20; der Exzenter 19 ist in den Stahlmantel
10 selbst eingesetzt, und der Exzenter 20, in dem das hintere Ende des den
zugespitzten Bohrer 15 tragenden Rohres 14 gelagert ist, ist in die exzentrische
Bohrung des Exzenters 19 eingesetzt. Man erkennt, daß es durch Drehen der
beiden Exzenter möglich ist, innerhalb der Grenzen der gegenseitigen Verstellung
der Exzenter jeden beliebigen Grad von Exzentrizität zu erhalten; die beiden Exzenter
19 und 20 können mit Handrädernt 21 und 22 versehen sein, die Markierungen
oder Vorsprünge tragen können und die erkennen lassen, wann die Exzenter ein ander
voll entgegenwi rken und ihre Wi rkung somit gegenseitig aufheben, so daß die Spitze
des Bohrers 15 in Richtung der mittleren Längsseite des Schildes weist.
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Der Stahlmantel 10 ist nahe seinem rückwärtigen Ende von einem
Anschlußkasten 23 umgeben, der an die Hauptleitung 24 für den hydraulischen
oder pneumatischen Druck angeschlossen ist und von dem aus die Verbindungsleitungen
25 zu den Arbeitszylindern der Winden 5 führen.
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An dem mittleren Teil des Rahmens 7 ist ein Stützring
26 (Fig. 3) angebracht, auf dem die Rollen 27 des Trichters
11 zur Aufnahme des durch die Messer 6
weggeschnittenen Materials laufen,
so daß der Aufgabetrichter 11 während der Drehbewegung des Schildes in der
normalen Stellung bewegungslos aufgehängt bleibt; in der gleichen Weise ist der
Arm aufgehängt, der die Umlenkrolle 12 des Förderbandes 13 trägt, welches
zum Abführen des Materials dient, (las bei der Drehung des Schildes aus den Kammern
8
in den Trichter 11 stürzt.
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An der Hinterkante- 4 der stählernen Schalle oder des Schildes
1 sind mehrere Druckrollen 28 vorgesehen, die, wie bei 29 angedeutet,
unter Federspannung stehen, so daß sie sich mittels einer Druckplatte
30 an den in Vorbaurichtung weisenden Flächen der Tunnelverkleidungssteine
31 abstützen. Wenn der Schild 1 durch die Winden 5 gedreht
wird, drücken diese Druckrollen 28 dadurch den Schild in Vorbaurichtung weiter,
daß sie, auf der spiralförmigen Bahn abrollen, die durch die Druckplatte
30 gebildet wird, weiche sich an den vorderen Flächen der zuletzt verlegten
Formsteinze 31 abstützt; auf dies-en Flächen wird die Druckplatte
30 jeweils durch die Rückbewegung der Hilfswinden 32 -,veiterbewegt.
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.Nahe der hinteren Kante 4 des stählernen, Schildes 1
sind nach
hinten gerichtete Haltewinden 33 oder Zy-
linder angebracht, welche
die Lage des Schildes 1
während des Betriebes regeln. Diese zum Ausrichten
des Schildes dienenden Haltewinden 33 liegen mit ihren Längsachsen im wesentlichen
parallel zur Tunnelachse und sind so angeordnet, daß sie mittels der Druckrollen
28 an der Druckplatte 30 angreifen, oder sie können sich unmittelbar an der
Druckplatte 30 abstützen. Die Haltewinden 33 lassen sich unabhängig
voneinander betätigen, damit man die Bewegung des Schildes 1 steuern kann,
und während sich der Schild dreht, werden die Halte-winden 33
nacheinander
in Tätigkeit gesetzt, um einen Druck auf den Schild aufrechtzuerhalten, und zwar
jeweils an derjenigen Stelle, an welcher das Material weggeschnitten ge wird.
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Während der Schild 1 durch die hydraulischen Hauptwinden
5 gedreht wird, dreht er auch die an
ihni befestigten Messer
6, und durch die Haltewinden 33 wird der Schild gleichzeitig vorwärts
bewegt, so
daß der Tunnelraum in Richtung nach vorn ausgeschachtet wird. Wenn,
die Hauptwinden 5 vollständig ausgefahren sind, werden die Hilfswinden
32 in Tätigkeit gesetzt, um den zuletzt verlegten Formstein 31 in
seiner Lage zu halten; dann wird die Hauptwinde 5 eingefahren, wo#raufhin
ein neuer Formstein 31 in die gewünschte Lage, gebracht wird, um für die
nächste Betätigung der Hauptwinde 5, die an der radialen Seitenfläche des
letzten! Formsteines angreift, bereit zu sein. Um zu gewährleisten, daß die Formsteine
in ihrer Lage gehalten werden, ist bei der hier beschriebenen Ausführungsforrn des
Schildes 1 außerdem eine Anzahl von Stützrollen 34 vorgesehen, die auf der
inneren Umfangsfläche der Ausmatierungssteine laufen, um diese nach dem Verlegen
in ihrer Lage zu halten, bis sie fest zur Anlage kommen und durch die nächste Schicht
von Formsteinen gehalten werden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung besitzt ferner hvdraulisch oder
elektrisch betätigte Geräte 35 zum Einbauen der Formsteine; diese Geräte
sind an einem 1-Tilfsrahmen 36 angebracht, der auf Schien-en 37 läuft,
(lie ihrerseits an den Rückwänden der weiter oben be#-schriebenen Kammern
8 zur Aufnahme des durch die Messer 6 losgeschnittenen Erdreichs angebracht
sind. Das Gerät 35 zum Einbau der Formsteine umfaßt einen schwenkbar gelagerten
Arm 38, der durch eine hydraulische Hubvorrichtung 39 mit Kolben und
Zy-
linder irn wesentlichen radial lyewegt wird und an einem Ende zum Halten
ein-es Formsteines dienende Greifer 40 trägt, die es -ermöglichen, den betreffenden
Formstein -in der richtigen Lage einzubauen, wenn flie Hauptwinde 5 eingefahren
wird.
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Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ähnelt
die Konstruktion - allgemein gesprochen - derjenigen des zuerst beschriebenen
Ausführungsbeispiels, doch besteht ein Unterschied. insofern, als an Stelle des
Schildes mit der durch die Messer 6 gebildeten ebenen Stirnfläche ein halbkugelförmiges
Vorderteil verwendet wird, das mit gebogenen Messern oder Schaufeln ausgerüstet
ist.
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Wie man in Fig. 4 erkennt, ähnelt der Schild 1 allgemein dem
Schild der in Fig. 1 dargestellten Ein7 richtun,-, doch erweitert sich der
Schild bei 41 an seiner Hinterkante auf einen etwas größeren Durchinesser, und die
Hinterkante, des Schild-es ist zu einem Kanal 42 oder einer Rinne ausgebildet, um
eine Anzahl von Stahlktigeln 43 aufzunehmen, die am Umfang des Kanals 42 verteilt
sind und sich an einer Druckplatte 44 abstützen, die ihrerseits an den in Vorbaurichtung
weisenden Flächen der Forrnsteine 31 anliegt. Diese Druckplatte wirkt als
Widerlager, uni den Schild in Vorbaurichtung in das Erdreich zu drücken.
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An der Vorderkante des Schildes 1 ist ein halbkugelförmiges
Schneidgerät befestigt, das mehrere gebogene Lehmmesser 45 umfaßt, die an einem
Rahmenteil 46 angebracht sind, das mit der Vorderkante des Schildes 1 verbunden
ist; die Messer 45 sind in der Mitte mit Versteifungsringen 47 versehen, und jedes
Messer ist an seinem vorderen Ende an einem Ring befestigt, der den Stahlmantel
10 unterstützt.
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Da die vorn angeordnete, durch die, Messer 45 ge, bildete halbkugelförmige
Schneidfläche ein Loch auspflügt, dessen Durchmesser geringer ist als derjenige
des rückwärtigen, Teils des Schildes 1, müssen Pflugschare 48 angeordnet
sein, die eine zusätzliche Erdschicht abtragen, um dem Tunnel, der mit den Formsteinen
ausgekleidet werden soll, den gewünschten Durchmesser zu geben. Vorzugsweise sind
zwei derartige Pflugschare, 48 einander diametral gegenüber angeordnet.' Diese Pflugschare
sind so angebracht, daß sie das losgelöste Erdreich nach vorn in den vorderen Teil
des Schildes fördern, so daß gegebenenfalls das von den Pflugscharen wie auch das
durch die. Messer losgeschnittene Material in einen Aufgabetrichter und von diesem
aus auf ein Förderband gebracht werden kann, wie es an Hand von Fig. 1 beschrieben
ist; das Material aus dem Inneren des Schildes kann auch durch beliebige andere
geeignete, Mittel entfernt werden.
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Hinter dem halbkugelförtnigen Schneidgerät befinden sich eine oder
mehrere Abdeckplatten 49, die verhindern, daß das lose Erdreich die Arbeitsweise
der verschiedenen Winden bzw. Hubvorrichtungen beeinträchtigt, und in der Abdeckplatte
sind geeignete Öffnungen 50 vorgesehen, um das Einbauen neuer Tunnelausmauerungssteine
31 zu ermöglichen, wenn die Hauptwinden, jeweils zurückgezogen worden sind.
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Gemäß der Schnittdarstellung in Fig. 5 liegt die Druckplatte
30 an den Oberseiten der Formsteine 31
an, und sie ist mit einer Hilfswinde
32 verbunden, die so betätigt wird, daß die Druckplatte 30 schrittweise
weiterbewegt wird, wenn jeweils nach dem Zurückziehen der Hauptwinde 5 ein
neuer Formstein eingebaut wird.
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An demj,-.nigen Ende der Druckplatte30, das dem zuletzt eingebauten
Formst-,in zunächst liegt, ist eine Sperrklinke 51 angebracht, die in die
Löcher eingreifen kann, die jeweils an der Innenseite der Formsteine 31 vorgesehen
sind, um es dem an Hand von Fig. 1 beschriebenen Gerät 35 zum Einbauen
der Steine zu ermöglichen-, mittels dies Greifers 40 den Formst,ein zu greifen.
Wenn die Hilfswinde 32 mit der Sperrklinke 51 in das Loch des letzten
Formsteines 31 eingreift, wird die Gruppe der zuletzt eingebauten Formsteine,
nicht nur in radialer Richtung fest gegen die Wand des frisch ausgeschachteten Tunnels
gedrückt, sondern der letzte Formstein wird auch in Umfangsrichtung gegen die übrig-en
Formsteine, aus denen sich die Spirale zusammensetzt, gedrückt. Wenn der neue Formstein
nach dem Zurückziehen der Hauptwinde5 eingebaut worden ist, wird die Hilfswinde32
nach dem erneuten Ausfahren der Hauptwinde zurückgezogen, so daß sie die Druckplatte
30
in eine Stellung bringt, bei der die Sperrklinke 51
oder ein Dorn
in das Loch des zuletzt eingebauten Formsteines eingreift, um diesen Stein in seiner
Lage züi halten, woraufhin die Hauptwinde 5 betätigt wird, um den Schild
weiterzudrehen.
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Die übrigen Einzelheiten der in den Fig. 4 und 5
dargestellten
Konstruktionen sind ebenso oder weitgeh'end ähnlich ausgeführt wie die entsprechenden
in den Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichten Einzel'heiten# wie bereits
erwähnt, sind jeweils gleiche Teile durch dieselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Man erkennt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Tunnel zuerst
durch die Lehmmesser auf einen bestimmtenDurchmess-er ausgeschachtetwird und daß
der Tunnel dann kurz vor dem Punkt, an dem neue Formsteine eingebaut werden, durch
die beiden am rückwärtigen Teil des Schildes angebrachten Pflüge erweitert wird,
so daß das Ausschachten des Tunnels in zwei Phasen erfolgt. wobei die zweite Phase
je-
doch gegebenenfalls nur imAbtragen ein#erErdschicht verhältnismäßig geringer
Dicke beträgt, wobei die endgültige Tunnelwand gebildet wird. längs deren die Forrnsteine
eingebaut werden.
Aus der Vorstehenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Einrichtung ist ersichtlich, daß die Tunnelauskleidungssteine,
die zweckmäßig aus Beton in der gewünschten und erforderlichen Form vorgegossen
werden, in Form einer Spirale eIngebaut werden, während der Schild nach vorn in
das Erdreich getrieben wird und den, Tunnel ausschachtet, wobei das Ausschachten
oder Ausschneiden des Erdreiches durch die Drehbewegung des Schildes als ganzer
Einheit mittels Hubvorrichtungen oder Winden bewirkt wird und wobei das Vorschieben
des Schildes in das Erdreich durch Druckglieder erfolgt, die sich mittels einer
Druckplatte an der Vorderseite der zuletzt verlegten Reihe von spiralfbrmig angeordneten
Auskleidungssteinen abstützend Der Gesamtenergiebedarf für das Ausschachten der
Erde und das Vorschieben des Vorbauschildes in den ausgeschachteten Raum wird somit
durch die tangential angeordneten Hubvorrichtungen oder Hauptwinden. gedeckt, die
an den Endflächen der aus den Forrnsteinen gebildeten Spirale angreifen; auf diese
Weise ergibt sich eine erheblich vereinfachte Konstruktion des Schildes und eine
entsprechend vereinfachte Tunnelvorbaueinrichtung im Vergleich zu bereits bekannten
Konstruktionen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß Ausmauerungssteine von genormter
Größe und Form einschließlich genormter Größen und Formen für ge-
krümmte
Tunnelabschnitte verwendet werden könnm, wobei außerdem Steine vorgesehen sein können,
deren Länge in Umfangsrichtung geringer ist als die normale, um die erforderliche
Versetzung zwischen den Trennfugen benachbarter Reihen von Steinen zu gewährleisten.
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Die Ausmauerungssteine werden infolge der während des Drehens des
Vorbauschildes durch die Hauptwinden ausgeübten Druckkraft fest in ihrer Lage gehalten,
so daß die Steine fest gegeneinander und auch gegen die ausgeschachtete Innenfläche
des Tunnels gepreßt werden. Diejenigen Flächen. der Steine, die sich an andere Steine
anlegen, werden vorzugsweise mit Bitumen oder einer anderen Dichtungsmasse bestrichen,
so. daß die Tunnelausmauerung hinter dem sich in dem Erdreich weiterbewegenden Schild
im wesentlichen fertiggestellt ist. Vielfach ist es nicht erforderlich, die Blöcke
öder Steine in irgendeiner Weise miteinander zu verbinden, nachdem sie eingebaut
worden sind; dieses ist der Fall, wenn der Vortriebsschild angehalten wird oder
wenn es erforderlich ist, Durchbrüche in der Tunnelwand anzubringen.
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Es liegt auf der Hand, daß sich die Einrichtung nach der Erfindung
nicht auf - die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern Änderungen, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen, mit einschließt.