DE2550050A1

DE2550050A1 - Einrichtung und verfahren zum auffahren von tunneln u.dgl. mittels eines verbauschildes unter einbringen einer betonauskleidung

Info

Publication number: DE2550050A1
Application number: DE19752550050
Authority: DE
Inventors: Wolf-Ruediger Freiherr Schenck; Eberhard Unger
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1977-05-18
Also published as: ES452128A1; DE2550050C2; US4118938A; GB1521162A; FR2330850A1; FR2330850B1; JPS5267134A; JPS5617516B2

Description

PATENTANWÄLTE

DlPL.-lNG. BUSCHHOFF

DlPL.-lNG. HENNICKE

DlPL-ING. VOLLBACH

5 KÖLN/RH.

KAISER-WILHELM-RING 24

Akfenz.:

Reg.-Nr.

CrW

5 bitte angeben

KÖLN, den 28.10.75

vo/wo

Patentanmeldung

der Firma

Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4670 Lünen

Einrichtung und Verfahren zum Auffahren von !Tunneln u.dgl. mittels eines Verbauschildes unter Einbringen einer Betonauskleidung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Auffahren einer Strecke, insbesondere eines Tunnels, Stollens od.dgl., mittels eines Verbauschildes, dessen Vortriebsmesser mittels an einem nachführbaren Stützrahmen abgestützter Preßzylinder vorpreßbar sind, wobei zum Einbringen einer Betonauskleidung hinter dem Verbauschild eine umsetzbare Schalung vorgesehen ist.

Es ist bekannt, beim Vortrieb von !Tunneln u.dgl. im Erdreich oder in bindigen Böden den zumeist kreisförmigen Ausbruchs-

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querschnitt Mittels eines Ortbetonausbaus zu sichern. Dabei wird pumpfähiger Beton hinter eine Schalung gebracht, die mit äem Vortrieb des {Dunnels mitgeführt wird. Wichtig ist im allgemeinen, daß der Betonausbau möglichst rasch hinter der Ortsbrust eingebracht wird, um Erdsetzungen und Einbrüche des Erdreiches in den Ausbruchsquerschnitt zu vermeiden. Bei hohen Vortriebsleistungen läßt sich dies aber aufgrund der langen Verfestigungszeiten des Betons nicht erreichen. Es muß daher nicht selten mit Rücksicht auf den einzubringenden Betonausbau mit geringeren Vortriebsgeschwindigkeiten gearbeitet werden als an sich möglich.

Aus DiD-OS 2 240 091 der Anmelder in ist es bekannt, für den Vortrieb eines !Eunnels einen Vortriebsschild zu verwenden, der mittels hydraulischer Pressen als Schildeinheit vorgepreßt wird. Die hydraulischen Pressen stützen sich hierbei an einem Druckring ab, der seinerseits gegen den bereits eingebrachten und verfestigten Betonausbau abgestützt ist. Um dabei eine vorzeitige Verfestigung des Betonausbaus zu erreichen, ist der Druckring zugleich als Stirnschalung so ausgebildet, daß der hinter die Schalung eingebrachte pumpfähige Beton durch ein an den Druckring angelegtes Vakuum über Eilteröffnungen des Druckringes entwässert werden kann. Mit dieser Arbeitsweise läßt sich zwar die Vortriebsleistung steigern; nachteilig ist aber, daß auch hier die Vortriebsarbeit und die Betonierarbeit nicht unabhängig voneinander durchgeführt werden können, da ein Vorpressen des Schildes selbstverständlich nur dann möglich ist, wenn der hinter

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die Schalung eingebrachte Beton sich so verfestigt hat, daß er das Widerlager für die hydraulischen Pressen des Schildes bilden kann. Da die hohen Preßzylinderkräfte von dem noch nicht vollständig abgebundenen Beton aufgenommen werden müssen, werden bei dieser Verfahrensweise auch sehr stabile und schwere Gleitschalungen benötigt.

Beim Auffahren von Ohinneln oder sonstigen unterirdischen Hohlräumen mittels eines Verbauschildes wird bekanntlich kein sich gegen den endgültigen Ausbau abstützender Druckring benötigt, da sich die den Vortriebsmessern zugeordneten Preßzylinder an einem gemeinsamen Stützrahmen abstützen, der zugleich zur Führung der reibungsschlüssig an dem umgebenden Erdreich anliegenden Vortriebsmesser dient. Es ist in diesem Fall möglich, die Vortriebsarbeit unabhängig von der Betonierarbeit durchzuführen. Nachteilig ist hier aber, daß bei hohen Vortriebsleistungen der Betonausbau häufig nicht so schnell nachgeführt werden kann, wie dies erforderlich ist, um eine Sicherung des Ausbruchsquerschnittes in dem kritischen Bereich zwischen dem rückwärtigen Ende des Verbauschildes und dem fertiggestellten, tragfähigen Betonausbau zu erreichen und unerwünschte Erdsetzungen zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vortriebseinrichtung mit einem Verbauschild bei erträglichem Bauaufwand so auszubilden, daß der Betonausbau rascher und einfacher als bisher nachgeführt werden kann, ohne daß hierdurch aber die Vor-

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triebsarbeit nennenswert beeinträchtigt wird, ferner bezweckt die Erfindung ein wirtschaftliches und zuverlässiges Verfahren zum Herstellen einer Betonauskleidung im Zuge der Vortriebsarbeiten, die mit Hilfe eines Verbauschildes durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung über doppeltwirkende hydraulische Andruckzylinder mit dem Stützrahmen des Verbauschildes verbunden ist und als eine mit Betonentwässerungsöffnungen versehene Vakuumschalung ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß wird also die an sich bekannte Vakuum-Stirnschalung in Verbindung mit einem ebenfalls bekannten Verbauschild verwendet, wobei die Stirnschalung über hydraulische Andruckzylinder mit dem ohnehin vorhandenen Stützrahmen des Verbauschildes verbunden wird. Da im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen die Stirnschalung nicht zur Abstützung der Preßzylinder des Schildes d.ient, können die Vortriebsmesser einzeln oder gruppenweise vorgepreßt werden, ohne daß hierbei die Stirnschalung das Widerlager zu bilden braucht. Damit ist es möglich, die Vortriebsarbeit weitestgehend unabhängig von der Betonierarbeit durchzuführen und zugleich die Betonierarbeiten erheblich zu beschleunigen und zu vereinfachen. Die Entwässerung des Betons über die Stirnschalung braucht hierbei nur soweit durchgeführt zu werden, daß der Beton stirnseitig in sich soweit standfest ist, daß die Schalung vorgebracht werden kann. Da die Schalung nicht die Pr eß-

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zylinderkräfte aufzunehmen "braucht, kann sie als Leichtschalung ausgebildet werden. Die Stirnschalung besteht zweckmäßig aus einem Druckring mit Hohlprofil, z.B. Kastenprofil, der an eine ein- und abschaltbare Vakuumquelle anschließbar ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Hub der an der Stirnschalung angreifenden Andruckzylinder größer als der Hub der den Vortriebsmessern zugeordneten Preßzylinder. Vorzugsweise beträgt der Hub der erstgenannten Zylinder mindestens das Zweifache des Preßzylinderhubes. Hierdurch ist es möglich, die Vortriebsarbeiten auch dann weitgehend unabhängig von der Betonierarbeit durchzuführen, wenn die Betonierarbeit in größeren Betonierabschnitten durchgeführt wird. Die Andruckzylinder sind als doppeltwirkende hydraulische Zylinder ausgebildet, die sich hydraulisch so in eine Schwimmstellung schalten lassen, daß auch beim Nachführen des Stützrahmens des Verbauschildes der Andruck der Stirnschalung gegen den eingebrachten Beton erhalten bleibt.

Es empfiehlt sich, zumindest einen Teil der Vortriebsmesser des Verbauschildes mit bis hinter die Stirnschalung reichenden Messerschwanzen zu versehen, deren Länge zweckmäßig so bemessen ist, daß sie größer ist als die Länge der einzelnen Betonierabschnitte. Im allgemeinen genügt es, wenn nur die im Bereich der Firste und der Seitenstöße des Ausbruchsquerschnittes liegenden Vortriebsmesser mit solchen

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Messerschwänzen ausgerüstet sind. Die Mess er schwänze stellen einen Anschluß des Verbauschildes zu dem bereits fertiggestellten Betonausbau her und dienen dabei zur Sicherung des kritischen Bereiches zwischen dem fertiggestellten Betonausbau und dem rückwärtigen Ende des Verbauschildes.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung sind an den Messerschwänzen innenseitig Verpreßrohre angeordnet, über die sich eine Verpreßmasse, insbesondere Beton, in den sich beim Vorpressen der Tortriebsmesser öffnenden Spaltraum einpressen läßt. Hierdurch wird es möglich, Erdsetzungen zu vermeiden und zugleich einen dichten Anschluß des Betonausbaus an das umgebende Erdreich od.dgl. sicherzustellen. Die "Verpreßrohre werden zweckmäßig so an den Messerschwänzen angeordnet, daß ihre hinteren Enden an oder in Nähe der rückwärtigen Enden der Messerschwänze liegen. Es empfiehlt sich, die Stirnschalung mit Durchführungen für die Verpreßrohre zu versehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß der sich beim Vortrieb der Vortriebsmesser öffnende Spaltraum mit einer Verpreßmasse, wie insbesondere Spritzbeton oder einer anderen aushärtenden Masse, ausgefüllt wird. Diese Arbeitsweise ist, wie erwähnt, insbesondere dann zweckmäßig, wenn beim Unterfahren von bebauten Gebieten Erdsetzungen weitestgehend vermieden werden müssen. Weiterhin empfiehlt es sich, vor dem Betonieren eines Betonierabschnittes die Ausbruchswandung durch eine Folie,

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vorzugsweise eine armierte Kunststoffolie od.dgl., abzudekken, um im Hinblick auf die Vakuum-Entwässerung einen dichten Abschluß der Schalung zu erreichen. Außerdem begünstigt die Folie aufgrund ihrer Gleitexgenschaft das Herausziehen der Messerschwänze aus dem Spaltraum zwischen dem umgebenden Erdreich und der Folie.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den einzelnen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung im Längsschnitt durch einen Tunnel- oder Stollenvortrieb u.dgl.;

Pig. 2 einen Teil-Querschnitt nach Linie H-II der . Fig. 1, wobei die Stirnschalung teilweise aufgebrochen dargestellt ist.

Zum Vortrieb eines Tunnels, Stollens oder einer anderen unterirdischen Strecke dient ein an sich bekannter Verbauschild 10, dessen Messerbohlen 11 einzeln oder gruppenweise mittels hydraulischer Preßzylinder 12 in Vortriebsrχchtung V vorpreßbar sind. Jedem Vortriebsmesser 11 ist ein eigener Preßzylinder 12 zugeord.net, der sich rückseitig über ein Gelenk 13 an dem gemeinsamen Stützrahmen 14 des Verbauschildes abstützt und dessen Kolbenstange über ein Gelenk 15 mit einem Anschlußstück 16 an der Unterseite des Vortriebsmes-

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sers verbunden ist. Der Stützrahmen 14 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Rahmenteilen 14A und 14B, die über Verstrebungen 17 zu einem starren Rahmengestell verbunden sind, welches zur Abstützung und Führung der Vortriebsmesser dient.

Beim Vorpressen eines Vortriebsmessers 11 stützt sich der betreffende Preßzylinder 12 somit an dem Stützrahmen 14 ab, der seinerseits von den anderen Vortriebsmessern, die reibungsschlüssig an dem umgebenden Erdreich anliegen, gehalten wird. Sobald sämtliche Vortriebsmesser 11 um den Zylinderhub vorgepreßt sind, wird der Stützrahmen 14 durch entgegengesetzte Druckbeaufschlagung der Preßzylinder 12 in Vortriebsrichtung V nachgeholt. Hierbei stützen sich die Preßzylinder 12 an den vorgepreßten Vortriebsmessern ab, die ihrerseits reibungsSchlussig am umgebenden Erdreich anliegen. Verbauschilde dieser Art sind an sich bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.

Unmittelbar hinter dem Verbauschild 10 wird der Betonausbau in einzelnen Abschnitten von z.B. 2 m unter Verwendung einer nachführbaren Innenschalung 18 eingebracht. Der letzte Betonierabschnitt ist mit 19 bezeichnet. Die Stirnschalung 20 besteht aus einem Druckring mit Hohl- bzw. Kastenprofil, dessen dem Beton zugewandte Ringseite mit IPilteröffnungen bzw. Entwässerungsoffnungen 21 versehen ist. Mt 22 ist ein Vakuumanschluß bezeichnet. Mit Hilfe einer Vakuumquelle kann im Inneren der Stirnschalung 20 ein Unterdruck erzeugt wer-

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den, so daß der hinter die Schalung eingebrachte Beton 19 im Bereich der Stirnschalung vorzeitig entwässert wird. Das über die Entwässerungsöffnungen 21 abgezogene Wasser wird über eine (nicht dargestellte) Leitung abgeführt.

Die Stirnschalung 20 ist über mehrere doppeltwirkende hydraulische Andruckzylinder 23 mit dem Stützrahmen 14 des 'Verbauschildes verbunden. Sie weist zu diesem Zweck konsolenartige Anschlußorgane 24 auf, an denen die Zylinder 23 bei 25 angelenkt sind. Die Kolbenstangen der Zylinder 23 sind über Gelenke 26 mit Anschlußorganen des Stützrahmens 14 verbunden. Der Hub der Andruckzylinder 23 ist erheblich größer als der Hub der Preßzylinder 12. Er beträgt zweckmäßig mindestens das Zweifache des Preßzylinderhubes. Beispielsweise sind auf dem Umfang der Stirnschalung 20 vier bis sechs Andruckzylinder 23 vorgesehen.

Mt Hilfe der Andruckzylinder 23 läßt sich die Stirnschalung 20 mit einem vorbestimmten Anpreßdruck gegen den hinter die Schalung eingebrachten Beton 19 andrücken, während der Beton zugleich über das angelegte Vakuum stirnseitig entwässert wird. Während der Durchführung der Betonierarbeiten können die Vortriebsmesser 11 mit Hilfe der ihnen zugeordneten Preßzylinder 12 einzeln oder gruppenweise in Vortriebsrichtung V vorgepreßt werden. Sobald sämtliche Vortriebsmesser 11 vorgepreßt sind, läßt sich der Stützrahmen 14 durch entgegengesetzte Druckbeaufschlagung der Preßzylinder 12 nachholen. Bei diesem Vorgang sind die Andruckzylinder 23 auf Schwimm-

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stellung so geschaltet, daß der Andruck der Stirnschalung gegen den eingebrachten Beton 19 unverändert aufrechterhalten wird und die Kolbenstangen der Andruckzylinder der Sehreitbewegung des Stützrahmens folgen können. Sobald der eingebrachte Beton 19 stirnseitig über die Stirnschalung 20 soweit entwässert ist und sich dabei soweit verfestigt hat, daß er hier hinreichend standfest ist, kann durch entgegengesetzte Druckbeauf schlagung der Andruckzylinder 23 die Stirnschalung in Vortriebsrichtung um den Hub der Andruckzylinder vorgeholt werden. Vor die bis zum Verfestigen des Betons 19 in ihrer Position bleibende Schalung 18 wird eine entsprechende Schalung 18 vorgebaut, deren Länge gleich dem Hub der Andruckzylinder 23 ist. Anschließend kann dann ein weiterer Betonierabschnitt in der beschriebenen Weise eingebracht werden.

Es ist erkennbar, daß das Verfüllen der Schalung mit dem Ortbeton unabhängig von dem Vortrieb des Verbauschildes durchgeführt werden kann. Dabei empfiehlt es sich, die Ausbruchswandung vor dem Einbringen des Ortbetons und vor dem Umsetzen der Innenschalung 18 mit einer Folie 27 od.dgl., zweckmäßig einer gewebearmierten Kunststoffolie, abzudecken, welche den Innenraum der Schalung gegenüber dem umgebenden Erdreich abdichtet, so daß das an der Stirnschalung 20 angelegte Vakuum voll zur Wirkung kommen kann. Vorzugsweise werden für die Folienabdeckung einzelne Folienbahnen verwendet, die mit den bereits eingebrachten Folienbahnen verschweißt werden, so daß eine dichte Folienummantelung er-

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reicht wird. Ferner empfiehlt es sich, zumindest diejenigen Vortriebsmesser, die sich im Bereich der Firste und der Seitenstöße des Ausbruchsquerschnittes befinden, mit rückwärtigen Me s s er schwanz en 11* zu versehen, deren Länge mindestens gleich der Länge eines Betonierabschnittes von z.B. 2 m ist. Es ist erkennbar, daß beim Vorpressen der Vortriebsmesser 11 die Messerschwänze 11' aus dem Spaltraum zwischen der Folie 27 und dem umgebenden Erdreich herausgezogen werden. Die sich hierbei bildenden Spalträume werden zweckmäßig mittels einer härtbaren Verpreßmasse, insbesondere Beton, ausgefüllt. Zu diesem Zweck sind an der Innenseite der Messerschwänze 11^r Verpreßrohre 28 befestigt, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge dex* Messerschwänze erstrecken und durch eine Rohrdurchführung 29 der Stirnschalung 20 hindurchgeführt sind. Mit 28' sind die Anschlußenden dieser Verpreßrohre bezeichnet. Beim Vorpressen der Vortriebsmesser 11 kann daher die Verpreßmasse kontinuierlich in den freigelegten Spaltraum eingeführt werden, so daß ein dichter Anschluß der Folie 2? an das umgebende Erdreich über die eingebrachte Verpreßmasse hergestellt wird. Hierdurch lassen sich auch unerwünschte Erdsetzungen vermeiden. Das Einbringen der Folie 27 vermindert zugleich die Gleitreibung an den Messerschwänzen, so daß auch das Vorpressen der Vortriebsmesser erleichtert wird. Das Einbringen des Betons hinter die Schalung erfolgt über Anschlüsse 30 der Innenschalung 18. Letztere kann als umsetzbare Leichtschalung ausgebildet werden.

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Claims

Ansprüche

1. Einrichtung zum Auf fahren einer Strecke, insbesondere eines gunnels, Stollens od.dgl., mittels eines Verbauschildes, dessen Vortriebsmesser mittels an einem nachführbaren Stützrahmen abgestützter Preßzylinder vorpreßbar sind, wobei zum Einbringen einer Betonauskleidung hinter den Verbauschild eine umsetzbare Schalung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung (20) über doppeltwirkende hydraulische Andruckzylinder (23) mit dem Stützrahmen (14) des Verbauschildes (10) verbunden ist und als eine mit Betonentwässerungsöffnungen (21) versehene Vakuumschalung ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Andruckzylinder (23) größer ist als der Hub der den Vortriebsmessern (11) zugeordneten Preßzylinder (12), vorzugsweise mindestens das Zweifache des Preßzylinderhubes beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung (20) aus einem an eine ein- und ausschaltbare Vakuumquelle anschließbaren Druckring mit Hohlprofil besteht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Vortriebsmesser (11) mit bis hinter die Schalung reichenden Messer schwänzen (11') versehen ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur die im Bereich der Firste und der Seitenstöße des Ausbruchsquerschnittes liegenden Vortriebsmesser (11) mit Messerschwänzen (11') versehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die länge der Messerschwänze (11') größer ist als die Länge der einzelnen Betonierabschnitte.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Messerschwanzen (11') innenseitig Verpreßrohre (28) für eine Verpreßmasse angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Verpreßrohre (28) an den hinteren Enden der Messerschwänze (11V) enden.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnschalung (20) mit Durchführungen (29) für die Verpreßrohre (28) versehen ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9? dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschalung (18) aus einer abschnittsweise umsetzbaren Leichtschalung besteht.

11. Verfahren zum Einbringen einer Betonauskleidung in einen mittels eines Verbauschildes aufgefahrenen Hohlraum, insbesondere unter Verwendung einer Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der sich beim Vortrieb der Vortriebsmesser (11) an ihren Messerschwanzen (11') öffnende Spaltraum mit einer Verpreßmasse, insbesondere Beton, ausgefüllt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Betonieren eines Betonierabschnittes die Ausbruchswandung durch eine Folie (27) ₉ vorzugsweise eine armierte Kunststoffolie, abgedeckt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpreßmasse in den Spaltraum zwischen der Folie (27) und der Ausbruchswandung kontinuierlich mit dem Vorziehen der Messerschwänze (11') eingepreßt wird.

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