DE10023798C2 - Stützschild mit aus- und einfahrbarem Stützschildplatten mit einer vollautomatischen Einrichtung zum Einbringen von bewehrtem Spritzbetonausbau - Google Patents

Description

Es ist bekannt, im Tunnelbau den Spritzbeton entweder durch einen Spritzbetonmanipulator oder von Hand einzubauen. Bei diesen Verfahren muss immer der Vortrieb unterbrochen 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 Spritzdüsenführer 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 Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Gefährdung des Arbeitspersonals zu vermindern, die Qualität des Spritzbetoneinbaus durch eine automatische Spritzbetonausbringung erheblich zu verbessern, die Stahlmattemnontage 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, des Stützschildes mit einer vollautomatischen Einrichtung zum bewehrtem Spritzbetonausbau gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass der Vortrieb nicht eingestellt werden muss, um den Spritzbeton und die Stahlmatten einzubauen, da dies vollautomatisch passiert. Der Stützschild verbaut nicht den Tunnelquerschnitt, sondern er befindet sich im Bereich der Tunnelwand. Somit kann der Vortrieb auch bei in der Tunnelmitte an der Ortsbrust stehenden Geräten ohne Unterbrechung fortgeführt werden. Mit dem Stützschild kann die Kalotte und Strosse in einem Arbeitsgang ausgebrochen werden, da durch die Stützschildplatten der Ausbruchsquerschnitt abgestützt ist. Durch ihre bogenförmige sich der Tunnelwand anpassenden Konstruktion werden die auftretenden Kräfte in die Tunnelsohle abgeleitet. Die Platten des Stützschildes liegen direkt an der Tunnelausbruchswand und stützen somit die Tunnelausbruchswand optimal. Die Maschine ist in drei Bereiche unterteilt.

Im vorderen Bereich befindet sich der Stützschild, dessen Stützschildplatten in Vortriebsrichtung hydraulisch aus- und einfahrbar sind und direkt an der Tunnelwand anlegbar und fixierbar sind. Mit dem Stützschild wird ein erheblicher Zeitgewinn erzielt, da zusätzliche Stützmassnahmen in nicht tragfähigen Böden entfallen können. Eine Gefährdung des Arbeitspersonals durch Steinschlag wird 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 bedingt jedem beliebigem Querschnitt anpassen und ist innerhalb kurzer Zeit einsatzbereit. Dies resultiert daraus, das die Maschine aus einzelnen Segmenten besteht, die mittels Bolzen und Hydraulikzylinder verbunden sind. 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, dass bei dieser Maschine der Spritzbeton 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 Spritzabstand zur Tunnelwand erreicht werden. Dieser beträgt ca. 50 cm. 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 auf der gesamten Fläche einzuhalten. Zudem kann über jeden Einbauvorgang ein genaues Protokoll erstellt werden, da der Stützschild mit einer computergestüzten Steuerung ausgestattet sein kann, wodurch es möglich ist, die Schichtdicke, wz Wert, Menge und Einbauzeit des Spritzbetons zu messen und zu protokollieren. Dies bedeutet, dass 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 den Einbau der Stahlmatten kann ebenfalls ein Qualitätsprotokoll erstellt werden, wodurch die gesamten Arbeiten genauestens nachgewiesen werden können. Dadurch, dass 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 die Maschine wird der Vortrieb wesentlich beschleunigt, da die oben aufgeführten Arbeiten alle parallel und vollautomatisch ablaufen, ohne dass 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 gefährdeten Bereiche durch die Maschine abgesichert werden und ca 40% Material eingespart werden. 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, der Hydraulikschild ist eingefahren, die Hydraulikstützen 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 Der Hydraulikschild ist dem Ausbruchsfortschritt entsprechend teilweise schon ausgefahren. In den Bereichen 2 und 3 werden die Arbeiten fortgesetzt.

Bild 3 Der 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 Hydraulikstützen 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 der Hydraulikschild ganz eingefahren 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.

Bild 5 Hier ist die Maschine in der Gesamtansicht dargestellt. Gut zu erkennen ist der 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. Stützschild mit aus- und einfahrbaren Stützschildplatten mit einer vollautomatischen Einrichtung zum Einbringen von bewehrtem Spritzbetonausbau, bestehend aus Segmentbögen aus mit Bolzen verbundenen Segmenten, an denen Hydraulikzylinder angelenkt sind, mittels welchen die Segmentbögen jedem beliebigen Tunnelquerschnitt anpassbar sind, wobei die Maschine aus drei in Tunnelrichtung aufeinanderfolgenden Teilbereichen besteht, nämlich aus dem

• a) vorderen Stützschild, dessen einzelne Stützschildplatten in Vortriebsrichtung hydraulisch aus- und einfahrbar sind, einer
• b) mittleren automatischen Montageeinrichtung für Stahlbewehrungsmatten, wobei die Stahlmatten mit einem auf dem von der Ausbruchswandung beabstandeten Segmentbogen der Maschine mittels eines Zahnradantriebes angetriebenen Wagen in vorbestimmte Positionen verfahrbar und mittels eines Druckluftwerkzeugs und Dübel an der Tunnelwand befestigbar sind, und mit einer
• c) hinteren Einrichtung zum automatischen Einbringen von Spritzbeton mittels einer Spritzbeton-Zentrifuge, welche auf dem Segmentbogen der Maschine mittels eines Zahnradantriebes verfahrbar ist, wobei die Spritzbeton-Zentrifuge auf einen Abstand von ca. 50 cm zur Ausbruchswandung einstellbar ist.