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Titel:
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Verfahren und Vorrichtung zum Vorpressen eines Rohres Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorpressen eines Rohres, insbesondere
in schwimmendem oder wasserführendem Gebirge, bei dem im Schutze eines am vorderen
Ende des Rohres angeordneten, mit Steuereinrichtung versehenen Schneidenringes,
der an der Ortsbrust anstehende Boden mit Maschinen gelöst und durch das vorzupressende
Rohr abgefördert wird, wobei mindestens der von dem Schneidenring umgebene Raum
mit Druckluft beaufschlagt und gegenüber dem unter Atmosphärendruck stehende Rohrraum
abgeschlossen ist.
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Der Rohrvorpreßbetrieb ist ein untertrdisches Durchörterungsverfahren,
bei dem in der Regel von einem Schacht aus ein Rohr mit Pressen in das Erdreich
eingepreßt wird, wobei gleichzeitig das ins Innere des Rohres eindringende Erdreich
gelöst und durch das Rohr hindurch abgefördert wird.
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Am vorderen Ende des einzupressenden Rohres ist ein meist lenkbarer
Schneidenring angeordnet, der das Eindringen des vorderen Rohrrandes ins Erdreich
erleichtert und in dessen
Schutz der Ausbruch erfolgt. Hierbei wird
das an der Ortsbrust anstehende Erdreich entweder von Hand oder mit arbeitsmaschinen
gelöst und verladen, die im Schildraum des Schneidenringes untergebracht sind und
von den Arbeitern gesteuert werden.
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Insbesondere in schwimmendem oder stark wasserfUhrendem Gebirge, wie
es beispielsweise beim Unterfahren von Wasserläufen ansteht, ist es notwendig, den
von dem Schneidenring umgebenen Schildraum unter Überdruck zu halten, um das Hereinbrechen
der Ortsbrust zu verhindern. Zu diesem Zwecke wird Druckluft in den Schildraum gepreßt.
Die mit der Bedienung der Arbeitsmaschinen betrauten Personen müssen dann in diesem
unter Überdruck stehenden Raum arbeiten, was zu einer erheblichen Gesundheitsbelastung
dieser Personen führt. Um ernste Gesundheitsschäden zu vermeiden, können diese Personen
deshalb immer nur verhältnismäßig kurze Zeit arbeiten, und das Ein- und Ausschleusen
in den und aus dem Druckraum erfordert sehr lange Wartezeiten, die im Durchschnitt
etwa anderthalb Stunden 3e Schleusung betragen. Trotz aller Vorsichtsmaßregeln sind
Druckluft erkrankungen der im Druckraum beschäftigten Personen nicht auszuschließen,
und das hohe gesundheitliche Risiko der im Druckraum arbeitenden Mannschaft muß
durch hohe Löhne und Sozialleistungen ausgeglichen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein
Verfahren und eine Vorrichtung für den Rohrvorpreßbetrieb unter Druckluft anzugeben9
wodurch der Aufenthalt von Arbeitskräften im Druckraum ganz vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die in dem
abgeschlossenen, unter Luftuberdruck stehenden Raum untergebrachten Arbeitsmaschinen
zum Lösen, Laden und Abfördern des Ausbruches sowie die zum Steuern des Schneidenringes
vorgesehenen Einrichtungen vom Inneren des unter Atmosphärendruck stehenden Rohrraumes
aus gesteuert werden.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die zum Bedienen der Arbeitsmaschinen
und zum Steuern des lenkbaren Schneidenringes erforderlichen Personen sich alle
in einem vom Überdruck freien Raum befinden. Es ist deshalb nicht notwendig, die
Arbeitszeit dieser Personen einzuschränken oder besondere Gefahrenzulagen zum Lohn
dieser Personen aufzuwenden. Außerdem ist die gesamte Arbeitsmannschaft stets wirksam
geschützt, wenn durch einen sogenannten Ausbläser" die Druckluft im Schildraum plötzlich
entweicht und die Ortsbrust hereinbricht und den Schildraum in Sekundenschnelle
ausfüllt. Da sich im Schildraum nach der Erfindung keine Menschen befinden, ist
es in einem solchen Fall sogar möglich, schon während des Hereinbrechens der Ortsbrust
mehr Druckluft in den Schildraum zu leiten und den Druck in diesem Raum kräftig
zu erhöhen, um den Einbruch zum Stillstand zu bringen.
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Um den Abtransport des gelösten Haufwerkes zu erleichtern, ist es
zweckmäßig> mindestens zum Abfördern des Ausbruches Vorrichtungen zum Naßaufbereiten
und zur Spulförderung zu verwenden. Das gelöste und in eine Aufgabevorrichtung geladene
Ausbruchmaterial wird hierbei durch Zugabe von Wasser in einen Schlammbrei verwandelt,
der ohne Schleusendurchgang unmittelbar durch ein Förderrohr mit einer Fördu pumpe
abtransportiert werden kann.
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Eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß der von dem Schneidenring umgebene, von Druckluft beauischlagte Schildraum gegenüber
dem vorderen Ende des vorzutreibenden Rohres durch eine Wand abgeschlossen ist,
in der mindestens ein bruchsicheres Fenster zum Beobachten der Ortsbrust und der
Arbeitsmaschinen angeordnet ist, in dessen Nähe sich im Rohrraum die Steuerstände
zum Steuern der Arbeitsmaschinen und der Steuereinrichtungen für den Schneidenring
befinden.
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Der Rohrraum, in dem sich die Mannschaft befindet, ist hierdurch gegenüber
dem Schildraum, in welchem die Maschinen zum Lösen und Laden des Ausbruches arbeiten,
sicher abgeschlossen. Gleichwohl ist es möglich, den ganzen Raum zu beobachten,
in dem sich die Arbeitsmaschinen befinden.
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An die Abschlußwand des Rohrraume s ist zweckmäßig eine Druckluftschleuse
angeschlossen, damit der Schildraum zugänglich bleibt, wenn Reparaturen an den Maschinen
notwendig werden oder wenn ein plötzlicher Einbruch der Ortsbrust bei Ausbläsern
das Ausräumen des Sohildraumes von Hand erforderlich macht.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn im vorderen Ende des Rohres eine
Druckluftkammer angeordnet ist, die durch eine Zwischenwand von dem unter Atmosphärendruck
stehenden Rohrraum abgetrennt ist und mit dem Schildraum in Verbindung steht und
in dem die Vorrichtungen zum Naßaufbereiten des abgeförderten Ausbruchmaterials
und die Arbeitsmaschinen zum Lösen und Laden des Ausbruches angeordnet sind.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß sich alle ArbeLtsmaschinen
im Schutz des vorzutreibenden Rohres selbst befinden
und nur mit
ihren Auslegern, Förderbändern od.dgl.
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in den von dem Schneidenring umgebenen Schildraum hineinragen. Die
Maschinen werden hierdurch bei einem Shbruch des Gebirges nicht so leicht verschüttet,
und es steht im Bereich des Schneidenringes mehr Arbeitsraum für die Werkzeuge zur
Verfügung. Außerdem ist die Ortsbrust vom geschützten Steuerstand aus besser einzusehen.
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In der Zwischenwand kann vorteilhaft noch ein Sichtfenster zum Beobachten
der in der Druckluftkammer untergebrachten Maschinen angeordnet sein. Ferner ist
es zweckmäßig, die Schleuse an die Druckluftkammer anzuschließen, um von dort her
den Überdruckraum im Bedarfsfall betreten zu können.
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In dem Schildraum des Schneidenringes ist zweckmäßig eine Tauchwand
angeordnet, die an dem Schneidenring befestigt ist. Eine solche Tauchwand verhindert,
daß sich der Schildraum beim plötzlichen Ausblasen der Druckluft durch das Erdreich
vollständig mit dem hereingebrochenen Material füllt, da sich hinter der Tauchwand
eine Luftblase bildet.
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Im oberen Bereich des Schneidenringes ist in der Nähe seiner Schneidkante
vorteilhaft eine flexible Schürze zum Abdecken des oberen Teiles der Ortsbrust angeordnet,
Diese Schürze wird von der Druckluft gegen die Ortsbrust gepreßt und dichtet den
oberen Teil des Schildraumes gegen die Erde ab, so daß bei einer Gefügelockerung
im Bereich des oberen Schneidenrandes dort keine Luft entweichen kann.
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Außerdem hält die zweckmäßig aus einer Kunststoffolie bestehende Schürze
den anstehenden Boden im oberen Teil des
Ausbruchquerschnittes
zurück, so daß dieser nicht wahllos hereinfällt, sondern hinter der Schürze in den
unteren Bereich rutscht, wo er von den Löse- und Lademaschinen erfaßt und abtransportiert
wird.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnung an AusfUhrungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 das vordere Ende eines ins Erdreich vorgepreßten Tunnelrohres
im Grundriß, Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Längsschnitt nach Linie II
- II, Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Teilschnitt nach Linie III - III,
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung vorgetriebenen Rohres
im Grundriß, und Figuren 5, 6 und 7 verschiedene Querschnittsformen von für den
Rohrvortrieb nach der Erfindung geeigneten Rohren.
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In den Zeichnungen ist mit 10 ein Tunnelrohr bezeichnet, das aus mehreren
Rohrabschnitten 10a, 70b, 70c usw. besteht, die in einem hier nicht näher dargestellten
Schacht auf die gewünschte Einbautiefe abgelassen worden sind und von dort aus einer
an den anderen anscßend mit Pressen, die sich gegen ein im Schacht angeordnetes
Widerlager abstützen, im Erdreich vorgepreßt werden. Die Rohrabschnitte 10a, 10b
und 10c sind an ihren Stoßstellen 11 mit Stahlmaaschetten 12 überdeckt und in bekannter
Weise abgedichtet.
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Am vorderen Ende 13 des ersten Rohrabschnittes 10a ist ein Schneidenring
14 angeordnet, der aus einem mit einer Aussteifung 15 versehenen Stahlblechmantel
besteht, dessen vordere Schneide 16 in das Erdreich 17 eindringt und dessen hinterer
Ringschwanz 18 den Außenumfang des Rohres 10 übergreift. Zwischen der Aussteifung
15 und dem vorderen Stirnrand 19 des ersten Rohrabschnittes 10a sind mehrere, hydraulisch
betätigte Einrichtungen 20, wie Steuerpressen od.dgl. angeordnet, mit denen der
Schneidenring 14 gegenüber dem ersten Rohrabschnitt lOa des Rohres 10 in seiner
Richtung verstellt und hierdurch "gelenkt" werden kann.
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Im oberen Bereich 21 des Schneidenringes 14 ist in der Nähe der Schneidkante
16 eine flexible Schürze 22 befestigt, die aus einer kräftigen Kunststoffolie besteht
und den oberen Teil 23 der Ortsbrust 24 abdeckt. Ferner ist in dem von dem Schneidenring
14 umgebenen Schildraum 25 eine Tauchwand 26 angeordnet, die am oberen Bereich 21
des Schneidenringes 14 befestigt ist.
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Der Innenraum 27 des vorzupressenden Rohres 10, im folgenden auch
kurz "Rohrraumw bezeichnet, ist gegenüber dem Schildraum 25 durch eine Wand 28 abgeschlossen,
in der sich ein bruchsicheres Fenster 29 befindet. Bei dem in den Figuren 1 - 3
dargestellten JI'isfuhx'mgsbeispiel ist außerdem im vorderen Ende 30 des Rohres
10 eine Druckluftkammer 31 angeordnet, die durch eine Zwischenwand 32 vom Rohrraum
27 abgetrennt ist und mit dem Schildraum 25 in Verbindung steht. An die Druckluftkamnser
31 schließt sich nach rückwärts eine Druckluftschleuse 33 an, deren Schleusenwände
34 und 35 mit Durchstiegbffnungen 36 und 37 versehen sind und die auch als kombinierte
Personen- und Materialachleuse ausgebildet sein kann.
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Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
in der Druckluftkammer 31 ein Aufgabebehälter 38 mit Rührwerk angeordnet, in welchen
eine Löse- und Lademaschine fördert, die in ihrer Gesamtheit mit 39 bezeichnet ist.
Diese Maschine 39 besitzt ein Fahrwerk 40, mit dem sie auf einer teils im Druckluftraum
31 und teils im Schildraum 25 angeordneten Gleisfahrbahn 41 ein stück vor-und zurückfahren
kann. Sie hat an ihrer der Ortsbrust 24 zugewandten Seite einen Ausleger 42 mit
am Znde angeordneten Lösewerkzeugen 43, beispielsweise einem Stachelrad od.
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dgl., welche das anstehende Erdreich an der Ortsbrust 24 lockern und
auf einen Stetigförderer, beispielsweise einen Kratzförderer oder ein Förderband
laden, der im Inneren des Auslegers 42 angeordnet ist und den Ausbruch auf ein weiteres
Förderband 44 abwirft, welches seinerseits das Fördergut in den Aufgabebehälter
38 weiterleitet. In diesem Aufbereitungsgefäß 38 wird dem Ausbruchmaterial durch
eine hier nur angedeutete Leitung 45 wasser zugegeben, so daß unter ständigem Rühren
ein Schlammbrei entsteht, der von einer im Rohrraum 27 angeordneten Schlammpumpe
46 durch eine Schlammleitung 47 abgezogen und stetig abgefördert wird. Anstelle
der Abförderung im Spülverfahren ist natürlich auch eine chargenweise Abförderung
mit Kipploren durch die Schleuse 33 möglich, die dann natürlich auch als Materialschleuse
ausgebildet werden muß0 Die Arbeit der Löse- und Lademaschine 39 und des Aufbereitungsgerätes
38 mit dem Rührwerk kann durch das bruchsichere Fenster 29 und ein weiteres Sichtfenster
48 in der Zwischenwand 32 beobachtet werden. In der Nähe dieser Fenster 29 und 48
befinden sich auch die Steuerstände 49 und 50 zum Steuern der Arbeitsmaschinen 38
und 39 und der
Steuereinrichtungen 20 für den Schneidenring 14.
Diese Steuerstände sind Rurch hier nicht näher dargestellte Steuerkabel mit den
Arbeitsmaschinen 38 und 39 bzw. mit den Steuereinrichtungen 20 des Schneidenringe
s 14 verbunden, wobei diese Steuerleitungen durch die Abschlußwand 28 bzw. die Zwischenwand
32 hindurchgeführt sind.
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Anstelle der Drahtsteuerung kann auch eine drahtlose Steuerung der
Arbeitsmaschinen und Steuereinrichtungen für den Schneidenring durch Funk vorgesehen
werden.
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Während im Rohrraum 27 Atmosphärendruck herrscht, wird der Schildraum
25 und die Druckluftkammer 31 mit Druckluft beaufschlagt, deren Druck dem Gebirgsdruck
oder Wasserdruck entspricht, der in der Tiefe des vorzupressenden Rohres wirksam
ist. Die Druckluft wird dem Schildraum durch eine Druckluftleitung 51 zugeführt,
welche im Rohrraum 27 verlegt ist und im Schildraum 25 mündet.
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Um den Vorschub des Tunnelrohres 10 zu erleichtern und die Mantelreibung
des Tunnelrohres herabzusetzen, wird an mehreren Stellen des Umfanges durch eine
Leitung 52 eine thixotrope Flüssigkeit, beispielsweise eine Bentonitsuspension an
den Außenumfang des Rohres 10 geleitet.
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Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist keine Druckluftkammer
vorgesehen, sondern der Innenraum 27 des Tunnelrohres 10 ist in seinem vollen Querschnitt
durch die Wand 28 gegenüber dem Schildraum 25 abgeschlossen. Das Löse- und Ladegerät
39 und der Aufgabebehälter 38 sind hier in dom Schildraum 25 selbst untergebracht.
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Die Druckluftschleuse 33 schließt hierbei unmittelbar an die Abschlußwand
28 an. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich in dem unter Überdruck
stehenden
Schildraum 25 keine Personen, und die Arbeitsmaschinen
38 und 39 werden auch hier vom Steuerstand 49 aus betätigt, der in dem unter Atmosphärendruck
stehenden Rohrraum 27 in der Nähe eines Fensters 29 angeordnet ist, von dem aus
die Ortsbrust 24 beobachtet werden kann.
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Das vorzutreibende Rohr 10 kann beliebige Querschnitte haben, von
denen in den Figuren 5 bis 7 einige dargestellt sind. In erster Linie werden Kreisquerschnitte
verwendet, bei denen das Rohr im vorderen Teil durch eine Zwischenwand unterteilt
werden kann, so daß sich eine zusätzliche Druckluftkammer ergibt, wie sie in den
Figuren 1 bis 3 dargestellt ist. Daneben sind Rechteckquerschnitte oder Ovalquerschnitte
möglich, welche zwei voneinander getrennte, durchgehende Kanalöffnungen haben, wie
dies in Figur 7 angedeutet ist.
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Während das Rohr 10 kontinuierlich vom Schacht aus mit den Hauptpressen
oder von einer Zwischenstation aus vorgepreßt wird und die Schneide 16 des Schneidenringes
14 in das Erdreich 17 eindringt, löst die Löse- und Lademaschine das an der Ortsbrust
24 anstehende Erdreich kontinuierlich ab und fördert es in den Aufgabebehälter 38,
wo es mit Wasser vermischt wird und als Schlamm durch die Schlammleitung 47 von
der Pumpe 46 laufend abgezogen und ins Freie befördert wird. Während dieser Zeit
steht der Schildraum 25 und bei dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 3 auch
der Druckluftraum 31 unter ueberdruck, welcher durch Druckluft erzeugt wird. Weder
im Schildraum 25 noch im Druckluftraum 31 befinden sich hierbei Menschen. Die gesamte
Mannschaft zur Bedienung der Maschinen und zum Steuern der Steuerpressen 20, welche
den Schneidenring 14 veratellen und ausrichten,
um die Vorschubrichtung
des Rohres 10 zu beeinflussen, befindet sich im Inneren des unter Atmosphärendruck
stehenden Rohrraumes 27. Sie steuert von den Steuerständen 49 und 50 aus alle Maschinen
in den unter Überdruck stehenden Räumen 25 und 31.
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Die Erfindung ist nicht auf die usführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise
ist es auch möglich, die Ortsbrust 24 bereits im Spülverfahren zu lösen und den
gelösten Schlamm sogleich weiterzuleiten. Hierbei müssen natürlich andere Maschinen
eingesetzt werden, die jedoch ebenfalls vom Rohrraum 27 aus ferngesteuert werden
können0 Außerdem ist es möglich, die Druckluftkammer 31 nicht seitlich neben dem
mit den Steuerständen ausgerüsteten Teil des Rohrraumes 27, sondern unter diesem
Raum anzuordnen. In diesem Fall würden sich dann die Steuerstände wie auf der Brücke
eines Schiffes oberhalb der Maschinenaggregate befinden. Ferner kann das vorzutreibende
Rohr auch noch andere Querschnitte haben, ohne daß hierdurch der Rahmen der erfindung
überschritten wird0
L e e r s e i t e