DE102014117326A1 - Apparatus and method for mining the mining soil in a shield tunneling machine (SVM) - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Förderung des Abbaubodens in einer SVM, die sich von einem unteren Bereich eines Abbauraums zwischen einem Schneidrotor und einer Druckwand durch diese hindurch zu einem hinteren Punkt erstreckt, wobei hinter der Druckwand ein Rohrfördersystem angeordnet ist zur Förderung von Bodenmaterial aus dem Abbauraum in einen Bereich dahinter, das Rohrfördersystem mindestens ein von einer Rohrführung geführtes Zylinderrohr aufweist, das von einem linearen Antrieb parallel zur Achse der SVM bewegbar ist, die Druckwand mindestens eine Öffnung aufweist, zu der das Ende des Zylinderrohrs ausgerichtet ist und die von einem Schieber wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann, wobei ferner der Linearantrieb so ausgebildet ist, dass er das Zylinderrohr in eine vordere Position vorschiebt mit dem vorderen Ende des Zylinderrohrs in oder an der Öffnung bzw. durch die Öffnung hindurch und in eine hintere Position zurückschiebt, in der das vordere Ende des Zylinderrohrs von der Wandöffnung frei ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr von der Führung und dem Linearantrieb lösbar ist, in der SVM eine Pressvorrichtung angeordnet ist, die einen kraftbetätigten Presskolben und eine hinter dem Presskolben liegende Aufnahmevorrichtung für ein Zylinderrohr aufweist, eine Transfervorrichtung vorgesehen ist, mit der das gelöste Zylinderrohr ergreifbar und von der Förderposition in die Aufnahmevorrichtung und umgekehrt bewegbar ist und an die Aufnahmevorrichtung eine Förderleitung angeschlossen ist.Apparatus for conveying the excavation floor in a SVM, which extends from a lower portion of a working space between a cutting rotor and a pressure wall therethrough to a rear point, wherein behind the pressure wall, a tubular conveying system is arranged for conveying soil material from the working space into a region behind it, the tube conveying system comprises at least one guided by a pipe guide cylinder tube which is movable by a linear drive parallel to the axis of the SVM, the pressure wall has at least one opening to which the end of the cylinder tube is aligned and selectively opened or closed by a slide The linear actuator is further configured to advance the cylinder tube to a forward position with the forward end of the cylinder tube in or at the opening or aperture and back to a rearward position in which the forward end of the cylinder Cylinder tube from de r wall opening is free, characterized in that the cylinder tube is detachable from the guide and the linear drive, in the SVM a pressing device is arranged, which has a power-operated plunger and a lying behind the plunger receiving device for a cylinder tube, a transfer device is provided with the dissolved cylinder tube can be grabbed and moved from the delivery position into the receiving device and vice versa, and a delivery line is connected to the receiving device.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Förderung des Abbaubodens in einer SVM nach Patentanspruch 1 bzw. 10. The invention relates to a device and method for the promotion of Abbaubodens in an SVM according to
Es ist bekannt, für die Herstellung eines Tunnels eine Schildvortriebsmaschine (SVM) einzusetzen. Sie weist ein längliches, rohrförmiges Gehäuse auf, bei dem am vorderen Ende ein Schneidrad oder Schneidrotor drehbar gelagert ist, das einen entsprechenden bzw. etwas größeren Außendurchmesser als das Gehäuse aufweist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich der Antrieb für das Schneidrad und eine hydraulische Vortriebsvorrichtung, die sich an die jeweils hergestellte Tunnelwandung abstützt und dabei den Vortrieb der SVM ermöglicht. Die Tunnelwandung wird innerhalb der SVM fortlaufend aus Tunnelsegmenten (sog. Tübbingen) aufgebaut. Der Typ des Schneidrads richtet sich nach dem zu lösenden Bodenmaterial, insbesondere ob Steine oder Blöcke zu erwarten sind. Je nach Zusammensetzung des Bodenmaterials wird eine SVM mit Flüssigkeitsstützung (Hydroschild) oder mit Erddruckstützung (Erddruckschild) eingesetzt. Im ersteren Fall wird der vom Schneidrad gelöste Boden mit Additiven wie Wasser, Betonit, Polymeren oder ähnlichen Konditionierungsmitteln in einen breiig-flüssigen Zustand versetzt, damit das Material durch Pumpen angesaugt und abgefördert werden kann. Der Bodenbrei bildet zugleich eine filterstabile Membran an der Ortsbrust, den sogenannten Filterkuchen, der zur Stützung der Ortsbrust benötigt wird. Das Volumen der abgetragenen Bodenmengen vergrößert sich durch den Lösevorgang des Schneidrads und insbesondere durch den Zusatz von Additiven, wie Wasser, Betonit oder Polymeren und so weiter um das Fünf- bis Zehnfache. Der Aufwand für dieses Vortriebsverfahren wird noch erhöht durch die erforderlichen Separierungsanlagen zur Entwässerung des Bodens zur Rückgewinnung der Additive. Auch der Transport und die Deponierung des geförderten bzw. belasteten Materials sind aufwendig. It is known to use a shield tunneling machine (SVM) for the manufacture of a tunnel. It has an elongated, tubular housing in which a cutting wheel or cutting rotor is rotatably mounted at the front end, which has a corresponding or slightly larger outer diameter than the housing. Within the housing is the drive for the cutting wheel and a hydraulic jacking device, which is supported on the respective manufactured tunnel wall, thereby enabling the propulsion of the SVM. The tunnel wall is continuously built up within the SVM from tunnel segments (so-called Tübbingen). The type of cutting wheel depends on the soil material to be loosened, in particular whether stones or blocks are to be expected. Depending on the composition of the soil material, an SVM with liquid support (hydro shield) or with earth pressure support (earth pressure shield) is used. In the former case, the soil dissolved by the cutting wheel is mixed with additives such as water, concrete, polymers or similar conditioning agents in a pulpy liquid state, so that the material can be sucked in by pumps and carried away. The soil slurry also forms a filter-stable membrane at the face, the so-called filter cake, which is needed to support the working face. The volume of the removed amounts of soil increases by the dissolution process of the cutting wheel and in particular by the addition of additives such as water, Betonit or polymers and so on by five to ten times. The cost of this tunneling process is further increased by the required Separierungsanlagen for dewatering the soil for the recovery of additives. Also, the transport and landfill of subsidized or contaminated material are expensive.
Beim Erddruckschild wird der Boden an der Ortsbrust wiederum mit einem Schneidrad gelöst und in die Abbaukammer, dem Zwischenraum zwischen Schneidrad und Druckwand, gefördert. Der Boden wird mit Hilfe eines Schneckenförderers abgefördert, wobei das Bodenmaterial so beschaffen sein muss, dass sich damit ein dichter Erdpfropfen im Schneckenförderer bildet. Der Zusatz von Additiven ist begrenzt, da für die Abförderung keine flüssig-breiige Konsistenz vorhanden sein darf. Die Volumenzunahme des abgebauten Bodens aus dem Zusatz der Additive und die durch den Lösevorgang bedingte Auflockerung beträgt maximal das Fünffache des Ausgangsvolumens. Steine, die für den Schneckenförderer zu groß sind, werden in der Abbaukammer mitgeführt und müssen bei Stillstand der Vortriebsmaschine einzeln geborgen oder zerkleinert werden. Die Förderschnecke fördert das Material auf ein Förderband in der SVM. Das Auftreten größerer Steine führt zu einer Unterbrechung des Vortriebs. In the Earth pressure shield, the soil at the working face is in turn loosened with a cutting wheel and conveyed into the excavation chamber, the space between the cutting wheel and the pressure wall. The soil is carried away by means of a screw conveyor, whereby the soil material must be designed so that a dense earth plug forms in the screw conveyor. The addition of additives is limited, as there may be no liquid pulpy consistency for the discharge. The increase in volume of the excavated soil from the addition of additives and the loosening caused by the dissolution process is a maximum of five times the initial volume. Stones that are too large for the screw conveyor are carried in the excavation chamber and must be recovered or shredded individually when the tunneling machine is at a standstill. The auger conveys the material onto a conveyor belt in the SVM. The appearance of larger stones leads to an interruption of the propulsion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Förderung des Abbaubodens in einer SVM zu schaffen, die den Einsatz von flüssigen Konditioniermitteln für die SVM reduziert und relativ steifes Bodenmaterial fördern kann. The invention has for its object to provide a device for promoting the Abbaubodens in a SVM, which reduces the use of liquid conditioning agents for the SVM and can promote relatively rigid soil material.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is solved by the features of
Die Erfindung verwendet ein Fördersystem, das mindestens ein Zylinderrohr enthält, das hinter der Druckwand angeordnet ist zur Förderung von Bodenmaterial vor der Druckwand in den Bereich dahinter. Das Zylinderrohr ist von einer Rohrführung geführt und von einem Linearantrieb parallel zur Achse der SVM bewegbar. Die Druckwand weist mindestens eine Öffnung auf, zu der das Rohr ausgerichtet ist und die von einem Schieber wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Linearantrieb ist so ausgebildet, dass er das Rohr in eine vordere Position vorschiebt mit seinem vorderen Ende an oder in der Öffnung bzw. durch die Öffnung hindurch sowie in eine hintere Position zurückschiebt. The invention uses a conveyor system including at least one cylinder tube located behind the pressure wall for conveying soil material in front of the pressure wall into the area behind. The cylinder tube is guided by a pipe guide and movable by a linear drive parallel to the axis of the SVM. The pressure wall has at least one opening to which the pipe is aligned and which can be selectively opened or closed by a slide. The linear actuator is configured to advance the tube to a forward position with its forward end retracted at or within the aperture or through the aperture and into a posterior position.
Erfindungsgemäß ist das Zylinderrohr in seiner hinteren Position von seiner Führung bzw. seinem Linearantrieb lösbar. In der SVM ist eine Pressvorrichtung angeordnet, die einen kraftbetätigten Presskolben und eine hinter dem Presskolben liegende Aufnahmevorrichtung für ein Zylinderrohr aufweist. Eine ebenfalls in der SVM angeordnete Transfervorrichtung transportiert das gelöste Zylinderrohr mit Hilfe geeigneter Greifmittel von der Führung bzw. seiner Förderposition in die Aufnahmevorrichtung und umgekehrt. An die Aufnahmevorrichtung ist eine Förderleitung angeschlossen. According to the invention, the cylinder tube can be released from its guide or its linear drive in its rearward position. In the SVM, a pressing device is arranged which has a power-operated pressing piston and a receiving device for a cylinder tube lying behind the pressing piston. A likewise arranged in the SVM transfer device transports the dissolved cylinder tube by means of suitable gripping means of the guide or its conveying position in the receiving device and vice versa. To the receiving device a delivery line is connected.
Bei der Erfindung bildet das Zylinderrohr eine Art Patrone, die in der Förderposition mit Bodenmaterial gefüllt wird, insbesondere dadurch, dass sie in das Bodenmaterial im Abbauraum einsticht und dieses anschließend hinter die Druckwand fördert. Das gefüllte Zylinderrohr wird dann anschließend, nachdem es von der Führung bzw. dem Linearantrieb gelöst ist, zur Aufnahmevorrichtung der Pressvorrichtung bewegt und dort gesichert. Anschließend wird mit Hilfe des Presskolbens in der Pressvorrichtung das Zylinderrohr geleert, wobei das ausgepresste Material in die Förderleitung ausgepresst wird. Die Kombination eines Rohrfördersystems mit einer Pressvorrichtung hat den weiteren Vorteil, dass relativ flüssigkeitsarmes Material gefördert werden kann. Für die SVM wird der Einsatz von flüssigen Konditioniermitteln benötigt. Dieser Einsatz kann jedoch weitgehend auf den einwandfreien Betrieb der Schneidvorrichtung beschränkt bleiben. Für die Förderung des Bodenmaterials ist eine Verflüssigung weitgehend unnötig. Dadurch wird einerseits die Menge an Konditioniermitteln eingeschränkt und andererseits die Aufarbeitung des abgeförderten Bodenmaterials zur Befreiung von Konditioniermitteln überflüssig. In the invention, the cylinder tube forms a kind of cartridge which is filled in the conveying position with soil material, in particular by the fact that it punctures into the soil material in the processing space and then promotes this behind the pressure wall. The filled cylinder tube is then subsequently, after it has been released from the guide or the linear drive, moved to the receiving device of the pressing device and secured there. Subsequently, the cylinder tube is emptied with the aid of the plunger in the pressing device, wherein the pressed-out material is pressed into the delivery line. The combination of a tube conveyor system with a pressing device has the further advantage that relatively low-liquid material can be promoted. SVM requires the use of liquid conditioning agents. However, this use can largely depend on the proper operation of the Cutting device remain limited. For the promotion of soil material liquefaction is largely unnecessary. As a result, on the one hand limits the amount of conditioning and on the other hand, the workup of the discharged soil material to the liberation of conditioning unnecessary.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zylinderrohr seitlich aus der Führung bzw. der Aufnahmevorrichtung heraushebbar bzw. in diese einsetzbar. Die Transfervorrichtung braucht lediglich geradlinige Bewegungen auszuführen, z.B. eine senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zylinderrohrs und eine andere in Achsrichtung des Presskolbens der Pressvorrichtung. Vorzugsweise ist bei zurückgezogenem Zylinderrohr dieses seitlich zur Aufnahmevorrichtung ausgerichtet. According to one embodiment of the invention, the cylinder tube is laterally lifted out of the guide or the receiving device or used in this. The transfer device only needs to carry out rectilinear movements, e.g. one perpendicular to the direction of movement of the cylinder tube and another in the axial direction of the plunger of the pressing device. When the cylinder tube is withdrawn, it is preferably aligned laterally relative to the receiving device.
Zum Auspressen des Bodenmaterials aus dem gefüllten Zylinderrohr muss dieses an den Enden offen sein. Während des Transports ist hingegen ein Verschließen der Enden sinnvoll, damit möglichst kein Material herausfällt. Dies kann mit Hilfe der Greifmittel der Transfervorrichtung erfolgen, welche das Zylinderrohr während des Transports an den Enden verschließen. For pressing the soil material from the filled cylinder tube, this must be open at the ends. During transport, however, closing the ends makes sense, so that as possible no material falls out. This can be done with the aid of the gripping means of the transfer device, which close the cylinder tube during transport at the ends.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein vorderer Abschnitt der Förderleitung mit einer siebartigen Wandung versehen, und die siebartige Wandung ist von einem Mantelrohr in radialem Abstand umgeben, wobei der ansonsten dichte Zwischenraum zwischen siebartiger Wandung und Mantelrohr mit einer Förderpumpe verbindbar ist. According to one embodiment of the invention, a front portion of the conveying line is provided with a sieve-like wall, and the sieve-like wall is surrounded by a jacket tube at a radial distance, wherein the otherwise dense gap between Siebartiger wall and casing tube is connectable to a feed pump.
Ein Rohrfördersystem hat den Vorteil, dass er auch größere Steine zu transportieren in der Lage ist. A tube conveyor system has the advantage that it is able to transport even larger stones.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beim Auspressen des Füllmaterials aus der Pressvorrichtung Porenwasser und im Material befindliche Suspension oder dergleichen ausgepresst und nicht mit abgefördert wird, sondern abgefördert werden kann. Das für den Abbau des Bodenmaterials erforderliche Medium kann daher auf diese Weise zumindest teilweise zurückgewonnen werden. A further advantage of the invention is that, when the filling material is pressed out of the pressing device, pore water and suspension or the like present in the material are squeezed out and not removed, but can be carried away. The medium required for the degradation of the soil material can therefore be at least partially recovered in this way.
Die Öffnungen in der siebartigen Wandung sind so gewählt, dass nur sehr feines Material außer der Flüssigkeit in den Zwischenraum eintreten kann. Das an dieser Stelle gewonnene Fluid kann über die Förderpumpe in den Bereich vor der Förderwand gefördert werden. The openings in the sieve-like wall are chosen so that only very fine material except the liquid can enter the gap. The fluid obtained at this point can be conveyed via the feed pump in the area in front of the conveyor wall.
Das in die Förderleitung eintretende Material befindet sich in einer Konsistenz, welche ein Abfördern mit Hilfe eines Förderbands ermöglicht. Die SVM bewegt sich naturgemäß stetig vorwärts. Zur Anpassung an die Abförderlänge kann durch stückweises Ansetzen der Rohre für die Förderleitung eine Anpassung an den Vortrieb erfolgen. Eine aufwendige Verlängerung des Bandförderers wird auf diese Weise vermieden. The entering into the delivery line material is in a consistency, which allows a conveying by means of a conveyor belt. The SVM naturally moves steadily forward. To adapt to the Abförderlänge can be done by piecemeal application of the pipes for the delivery line adaptation to the propulsion. An elaborate extension of the belt conveyor is avoided in this way.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
In den
In den
In den
Zwischen der Öffnung
Wie in
Nachstehend wird die Wirkungsweise der gezeigten Vorrichtung erläutert. In
Das Zylinderrohr
Mit Hilfe des Presskolbens
Da zwei Rohrfördervorrichtungen
In den
Die Besonderheit bei der Ausführungsform nach den
In den
Vor dem Schneiderad auftauchende größere Steine oder Blöcke werden üblicherweise mit den Schneiden, Reißzähnen und Disken des Schneidrades zentimeterweise abgetragen, was zur erheblichen Behinderung und Verzögerung beim Vorschub führt. Das Schneidrad wird üblicherweise mit Drehzahlen zwischen 90 und 120 Umdrehungen pro Stunde gefahren. Bei einem Vorschub von 1 m pro Stunde ergibt sich eine Spanstärke von 1,1 cm. Dabei werden häufig in der Querschnittsfläche der SVM anstehende bindige und sandige/kiesige Bodenschichten intensiv durchmischt. Es ist jedoch von Vorteil, wenn das Schneidrad weniger Umdrehungen macht, beispielsweise nur 10 bis 20 Umdrehungen pro Stunde. Daraus ergibt sich eine Fläche der abgetragenen Bodenschicht von 20 bzw. 10 cm und eine entsprechende Ersparnis an Energie. Kleinere und mittelgroße Steine können durch entsprechende Lücken des Schneidrads hindurchtreten. Insbesondere wenn das Schneidrad mit Schneidradarmen versehen ist, lassen sich ausreichend große Lücken herstellen, damit auch größere Steine oder Blöcke in den Abbauraum gelangen, von wo sie etwa mit dem Rohrförderer in den Bereich hinter die Druckwand befördert werden. Größere Steine, die zwar in die Abbaukammer gelangen, nicht jedoch von der Rohrfördervorrichtung abgefördert werden können, müssen ebenfalls zerkleinert werden. Hierfür ist es möglich, in der Druckwand mehrere Meißeleinrichtungen anzuordnen, mit denen die Steine auf entsprechende Größe zerkleinert werden. Larger stones or blocks appearing in front of the cutter wheel are usually removed centimeter by centimeter with the cutting edges, fangs and discs of the cutting wheel, which leads to considerable obstruction and delay in the feed. The cutting wheel is usually driven at speeds between 90 and 120 revolutions per hour. At a feed rate of 1 m per hour results in a chip thickness of 1.1 cm. Frequently cohesive and sandy / gritty soil layers are intensively mixed in the cross-sectional area of the SVM. However, it is advantageous if the cutting wheel makes fewer turns, for example, only 10 to 20 revolutions per hour. This results in an area of the removed soil layer of 20 or 10 cm and a corresponding saving of energy. Smaller and medium-sized stones can pass through corresponding gaps in the cutting wheel. In particular, when the cutting wheel is provided with Schneidradarmen, can be made sufficiently large gaps, so that larger stones or blocks reach the working space from where they are transported about with the pipe conveyor in the area behind the pressure wall. Larger stones, although reach the excavation chamber, but can not be removed from the pipe conveyor, must also be crushed. For this purpose, it is possible to arrange in the pressure wall several chisel devices with which the stones are crushed to appropriate size.
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