DE10023798A1 - Vollautomatische Spritzbetonmaschine - Google Patents

Abstract

Bei den bisherigen Verfahren wird der Spritzbeton von Hand oder mit einem in der Tunnelmitte stehenden Fahrzeug ferngesteuert aufgetragen. Bei diesen Verfahren muss der Vortrieb eingestellt werden und die Rückprallverluste sowie Betonqualität sind nicht optimal. Außerdem müssen die Stahlmatten von Hand montiert werden. Während dieser Arbeiten befinden sich die Arbeiter im nicht abgestützten Ausbruchsbereich. DOLLAR A Die neue automatische Spritzbetonmaschine passt sich dem Tunnelgewölbe an, montiert Stahlmatten und bringt den Spritzbeton automatisch aus. Zudem ist der Ausbruchsbereich an der Tunnelbrust durch ein Stützschild gegen Brüche geschützt. Durch diese Maschine kann der Vortrieb ohne Unterbrechung fortgesetzt werden, weil die Maschine nicht in der Tunnelmitte steht, sondern sich an der Tunnelwand befindet. Die gesamten Arbeitsgänge führt die Maschine vollautomatisch aus und folgt automatisch dem Vortrieb. Der gesamte Vortriebsbereich wird durch die Konstruktionsweise der Maschine geschützt, wodurch gefährliche Brüche und somit schwere Unfälle vermieden werden. Zudem treten Übertage keine größeren Bodensenkungen auf. Außerdem kann mit dieser Maschine der gesamte Querschnitt auf einmal ausgebrochen werden, da die auftretenden Gebirgsdrücke von der Maschine abgeleitet werden. DOLLAR A Die Maschine besteht 1. aus einem Stützschild, welches aus einzelnen Platten besteht, die sich dem Ausbruchsquerschnitt anpassen. Zudem kann jede einzelne Stützplatte hydraulisch ausgefahren ...

Description

Es ist bekannt, im Tunnelbau den Spritzbeton entweder durch einen Spritzbetonmanipulator, oder von Hand einzubauen. Bei diesen Verfahren muss immer der Vortrieb eingestellt werden, weil der Spritzbetoneinbau jeweils aus der in der Tunnelquerschnittsmitte befindlichen Fahrzeugen oder Arbeitern erfolgt. Wird der Spritzbeton wie allgemein üblich von Hand eingebaut, kommt es zu erheblichem Rückprall, da der Optimale Einbauwinkel von 90 Grad selten eingehalten werden kann. Ausserdem kommt es beim Überkopfeinbau durch den Rückprall zu erheblichen Gesundheitsschäden, durch einatmen und Kontakt des Arbeitspersonals mit dem Spritzbeton. Da der Einbauwinkel nicht optimal eingehalten werden kann, kommt es zu starken Qualitätsverlusten, da die Schichtdicke nicht gleichmässig auf der Tunnelwand aufgebracht werden kann, auch leidet die Qualität darunter, das der wz Wert durch den Spritzdüsenführere beeinflusst wird, da er von diesem eingestellt werden muss. Bei dem Spritzbetoneinbau durch einen Spritzbetonmanipulator, oder durch Rollschalung, steht das Fahrzeug auch in der Tunnelmitte und der Vortrieb muss ebenfalls eingestellt werden. Zudem muss der Vortrieb auch unterbrochen werden, um die Stahlmatten von Hand im ungesicherten Ausbruchsbereich zu montieren. Diese Arbeit zählt im Tunnelbau mit zu den Gefährlichsten und Unfallträchtigsten, da hier im nicht abgestüzten Bereich gearbeitet werden muss. In diesem Bereich an der Ortsbrust treten häufig Steinschläge und Brüche auf, die das Arbeitspersonal erheblich gefährden und schon zu schweren Unfällen geführt haben. Desweiteren wird der Vortrieb in Kalotten und nachfolgendem Strossenvortrieb ausgeführt, da die Ortsbrust nicht gesichert ist.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Gefährdung des Arbeitspersonals zu vermindern, die Qualität des Spritzbetoneinbaus durch eine automatische Spritzbetonausbringung erheblich zu verbessern, die Stahlmattenmontage zu automatisieren, Kalotte und Strosse auf einmal auszubrechen und dadurch den Vortrieb erheblich zu beschleunigen.

Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale, der vollautomatischen Spritzbetonmaschine gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass der Vortrieb nicht unterbrochen werden muss, um den Spritzbeton und die Stahlmatten einzubauen, da dies vollautomatisch passiert und die Maschine nicht in der Tunnelmitte steht, sondern sich an der Tunnelwand dem Querschnitt anpasst. Somit kann der Vortrieb durch in der Tunnelmitte an der Ortsbrust stehenden Geräten ohne Unterbrechung fortgeführt werden. Durch das Stüzschild der Maschine kann die Kalotte und Strosse in einem Arbeitsgang ausgebrochen werden, da die Maschine den Ausbruchsquerschnitt stüzt. Durch ihre Bogenförmige sich der Tunnelwand anpassende Konstruktion, werden die auftretenden Kräfte in die Tunnelsohle abgeleitet. Dadurch wird ein erheblicher Zeitgewinn erzielt, da zusätzliche Stüzmassnahmen in nicht Tragfähigenböden entfallen können. Eine Gefährdung des Arbeitspersonals durch Steinschlag wird somit erheblich verringert und bei sachgemässer Bedienung fast ausgeschlossen. Ausserdem treten an der Oberfläche keine grösseren Setzungen mehr auf, was eine Unterfahrung von Gebäuden mit geringer Überdeckung ermöglicht. Die Maschine kann sich zudem durch ihre Bauart jedem beliebigem Querschnitt anpassen und ist innerhalb kurzer Zeit einsatzbereit. Dies resultiert daraus, das die Maschine aus einzelnen Segmenten besteht, diese sind mittels Bolzen und Hydraulikzylinder verbunden. Durch diese Konstruktion kann der Bogen der Maschine durch hinzufügen oder herausnehmen von Segmenten vergrössert oder verkleinert werden. Mittels der Hydraulikzylinder kann der Segmentbogen der Maschine jedem beliebigem Querschnitt angepasst werden. Die Qualität des Spritzbetoneinbaus, kann durch die Maschine erheblich gesteigert werden, da der Verlangte 90 Grad Aufprallwinkel fast immer eingehalten werden kann. Dies resultiert daraus, das bei dieser Maschine der Spritzbeton erstmals durch eine Zentrifuge eingebaut wird, die auf dem Segmentbogen der Maschine hin und her fährt und dabei den Spritzbeton einbaut. Durch diese Bogenkonstruktion befindet sich die Zentrifuge immer im gleichen Abstand und Winkel zur Tunnelwand, was einen optimalen Spritzbetoneinbau gewährleistet. Durch den Einsatz der Zentrifuge, kann ein sehr geringer Abstand zur Tunnelwand erreicht werden, dieser beträgt ca. 50 cm, wodurch die Maschine in der Lage ist, anders als die bisherigen Verfahren, sich der Tunnelwand und dem Querschnitt anzupassen. Auch kann durch den Spritzbetoneinbau mittels Zentrifuge die erforderliche Aufprallgeschwindigkeit genau eingestellt und eingehalten werden, was zur folge hat, das der Rückprall extrem herabgesetzt wird, was zu einer erheblichen Materialeinsparung führt. Da die Zentrifuge beim Spritzbetoneinbau über die Bogenkonstruktion der Maschine immer hin und her fährt, kann der Spritzbeton auf der gesamten Tunnelwand gleichmässig und überall in der gleichen Stärke aufgebracht werden, was eine erhebliche Qualitätssteigerung bedeutet. Somit ist diese Maschine in der Lage die geforderte Spritzbetonschichtdicke genaustens einzuhalten und das auf der gesamten Fläche. Zudem kann über jeden Einbauvorgang ein genaues Protokoll erstellt werden, da die Maschine über Sensoren und eine computergestüzte Steuerung verfügt, wodurch es möglich ist, die Schichtdicke, wz Wert, Menge und Einbauzeit des Spritzbetons zu messen und zu Protokollieren. Dies bedeutet, das ein Optimaler Qualitätsnachweis über den gesamten Spritzbetoneinbau ohne grossen Aufwand zu führen ist. Die Zentrifuge ist zudem sehr Wartungsfreundlich, da sie ohne grossen Aufwand gereinigt werden kann. Hierzu muss die Zentrifuge nur mit Wasser betrieben werden, was zu einer schnellen und gründlichen Reinigung führt. Eine weitere, durch die Bogenbauart der Maschine bedingte, Neuerung ist die automatische Stahlmattenmontage. Hier fährt auch ein Wagen auf dem Bogen der Maschine mit der entsprechenden Stahlmatte in die vorgeschriebene Montageposition und montiert sie dort mittels Dübel und Druckluft an der Tunnelwand. Auch dieser Montagevorgang findet vollautomatisch statt. Der Montagewagen fährt mittels Zahnradantrieb, genau wie die Zentrifuge, in die von der Computersteuerung angegebene Position. Dort wird die Stahlmatte mittels Hydraulikzylinder an die Tunnelwandgepresst und mit Dübeln, die mit Hilfe von Druckluft in die Tunnelwand geschossen werden, fixiert. Somit ist die Stahlmatte an der richtigen Stelle und mit der richtigen Festigkeit eingebaut. Über diesen Einbau der Stahlmatten kann ebenfalls ein Qualitätsprotokoll erstellt werden, wodurch die gesamten Arbeiten genaustens nachgewiesen werden können. Dadurch, das die Maschine die gesamten Arbeitsbereiche zur Tunnelmitte abschirmt, treten keine Gesundheitlichen Belastungen der Arbeitskräfte mehr auf, da kein unkontrollierter Kontakt mit dem Spritzbeton mehr möglich ist und die Stahlmatten nicht mehr von Hand an der Tunneldecke fixiert werden müssen. Durch diese Maschine wird der Vortrieb sich wesentlich beschleunigen, da die oben aufgeführten Arbeiten alle parallel und vollautomatisch ablaufen, ohne das der Vortrieb eingestellt werden muss, da die Maschine sich nicht wie bisher in der Tunnelmitte sondern an der Tunnelwand befindet. Zusätzlich wird die Arbeitssicherheit und der Umweltschutz erhöht, da die Gefährdetenbereiche durch die Maschine abgesichert werden und ca 40% Material eingespart wird. Ausserdem werden die gesamten Arbeiten durch die Maschine überwacht und gesteuert, was zu einer einfachen und lückenlosen Qualitätssicherung führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgendem näher beschrieben.

Es zeigen

Bild 1: Hier ist die Maschine in der Ausgangsposition, das Hydraulikschild ist eingefahren, die Hydraulikstüzen ausgefahren. Der auszubrechende Bereich wird nun ausgebrochen, im Bereich 2 wird mit der Stahlmattenmontage begonnen, im Bereich 3 wird mit dem Spritzbetoneinbau begonnen.

Bild 2: Das Hydraulikschild ist dem Ausbruchsfortschritt entsprechend teilweise schon ausgefahren. In den Bereichen 2 und 3 werden die Arbeiten fortgesetzt.

Bild 3: Das Hydraulikschild ist nun ganz ausgefahren und stüzt nun den fertig ausgebrochenen Bereich. In den Bereichen 2 und 3 sind die Arbeiten abgeschlossen, die Stahlmatten montiert und der Spritzbeton eingebaut.

Bild 4: Die Hydraulikstüzen sind eingefahren und die Kettenlaufwerke sind ausgefahren, auf diesen fährt die Maschine nun um den neu ausgebrochenen Bereich nach vorn. Bei der vorfahrt wird das Hydraulikschild automatisch eingefahren. Ist das Hydraulikschild ganz eigefahren und die Maschine an ihrer neuen Position, werden die Hydraulikstüzen ausgefahren und die Maschine befindet sich nun ihn ihrer neuen Ausgangsposition, wie in Bild 1. Nun beginnen die Arbeiten von vorn.

Die Bilder 5 bis 8 dienen dazu, die Maschine näher zu erläutern. Es werden nun im folgenden die Bilder 5 bis 8 beschrieben.

Es zeigen:

Bild 5: Hier ist die Maschine in der Gesamtansicht dargestellt. Gut zu erkennen ist das hydraulische Stützschild der Maschine im hinteren Bereich. Davor befindet sich die automatische Stahlmattenmontage mit dem Stahlmattenmontagewagen und davor ist der Bereich des automatischen Spritzbetoneinbaus, mittels Zentrifuge, dargestellt. Des weiteren erkennt man in dieser Zeichnung die Bogenform und die Segmentbauweise der Maschine ganz deutlich.

Bild 6: In dieser Zeichnung ist die Maschine im Querschnitt dargestellt. Es ist gut zu erkennen, wie die Maschine sich dem Tunnelquerschnitt anpasst und den Arbeitsbereich gegen Ausbrüche schützt. Zudem sieht man, dass der Baggervortrieb durch die Maschine nicht gestört wird, da sie den Bagger und somit den Arbeitsbereich des Vortriebs überspannt.

Bild 7: Hier ist der Zentrifugenwagen mit Zentrifuge im Schnitt dargestellt. Der Spritzbeton befindet sich zu beginn einer Umdrehung noch in der Zentrifugenmitte, durch die auftretenden Fliehkräfte wird der Spritzbeton jedoch durch die Kanäle nach außen gedrückt. Erreicht nun ein Kanal die Gehäuseöffnung der Zentrifuge, wird der Spritzbeton aus dem Kanal an die Tunnelwand geworfen. Die Auswurfgeschwindigkeit kann durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Zentrifuge gesteuert werden.

Bild 8: In dieser Zeichnung ist der Stahlmattenmontagewagen im Schnitt dargestellt. Man erkennt die zu montierende Stahlmatte, die sich bereits mit Dübeln versehen auf dem Montagerahmen befindet. Dieser Montagerahmen wird durch die Hydraulikzylinder an die Tunnelwand gedrückt, wo durch die Druckluft die Stahlmatte mittels Dübel an der Tunnelwand montiert wird.

Claims (1)

1. Vollautomatische Spritzbetonmaschine für den Tunnelbau in Spritzbetonbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine sich dem Ausbruchsprofil anpassen kann und nicht in der Tunnelmitte steht, sondern sich an der Tunnelwand befindet. Dies wird möglich durch ihre besondere Konstruktion, aus Hydraulischverstellbaren Segmenten, die sich jedem Querschnitt anpassen können. Desweiteren besteht die Maschine aus drei Bereichen, im ersten Bereich befindet sich ein Stüzschild, welches so konstruiert ist, das jede einzelne Stüzschildplatte hydraulisch ausgefahren werden kann, um so den Ausbruchbereich optimal zu schützen. Weiter ist das Stüzschild in der Lage sich dem Tunnelquerschnitt, durch Verstellung von Hydraulikzylindern, die die einzelnen Stüzschildsegmente verbinden, anzupassen. Im zweiten Bereich der Maschine befindet sich die automatische Stahlmattenmontage, die Montage erfolgt durch einem auf dem Radius der Maschine fahrenden Wagen, der durch einen Zahnradantrieb in der Lage ist, mit der zu montierenden Stahlmatte in die richtige Position zu fahren und hier die Stahlmatte mittels Druckluft und Dübeln an der Tunnelwand zu befestigen. Im dritten Bereich erfolgt der automatische Spritzbetoneinbau, durch einen ebenfalls auf dem Radius der Maschine fahrenden Wagen, auf dem sich quer zur Fahrtrichtung montiert, eine Zentriefuge befindet. Durch die spezielle Bauart der Zentriefuge ist es möglich, ohne einen Grossen Abstand zur Tunnelwand einzuhalten, den Spritzbeton automatisch einzubauen. Das Hauptprinzip der gesamten Maschine beruht auf ihrer besonderen Bogenförmigenkonstruktion, sich mit einem Abstand von 50 cm der Tunnelwand anzupassen.