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Vortriebsschild für den Tunnel-oder Stollenbau Es ist bekannt, Tunnel
und Stollen im Lockergebirge im Schildverfahren herzustellen. Hierbei sind je nach
Gebirgsart und Lagerungsdichte hohe Drücke mittels hydraulischer Vorschubpressen
auf die Schildschneide auszuüben, die dadurch hoch beansprucht wird. Der Vortrieb
geht sehr langsam vor sich. Hindernisse vor der Schneide werden dadurch schwer bemerkt,
und es kommt nicht selten zu Verformungen des Schneidenbleches, die sich nur schwer
rückgängig machen lassen und den weiteren Vortrieb im Hinblick auf die Innehaltung
der Tunnelstraße erschweren. Besonders unerwünscht sind derartige Verformungen,
wenn es sich darum handelt, Kurven oder Gefällsbrüche auszuführen. Es ist weiter
bekannt, zur Verbesserung der Steuerung die Schildschneide vom Hauptkörper des Schildes
zu trennen und ihr eine gewisse geringe Beweglichkeit gegenüber dem Schildkörper
zu geben, so daß vor dem eigentlichen Vortrieb die Schneide in die gewünschte Richtung
verschwenkt werden kann. Eine andere Möglichkeit der Steuerung ist dadurch gegeben,
daß aus derSchildschneide heraus ein sogenannterKopfschutz vorweg vorgetrieben wird,
in dessen Schutz das Gebirge einseitig geräumt wird, um ein gewisses einseitiges
Voreilen einer Schneidenseite zu ermöglichen.
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Eine Verbesserung der Handhabung des Schildvortriebs an sich und eine
erleichterte Steuerung wird nun bei bekannten Vortriebsschilden mit hydraulischen
Vorschubpressen erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der Schildschneide hinter
der Schnittkante auf der Innenseite, über den Umfang verteilt, Rüttelgeräte angeordnet
sind.
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Bei einer ersten Ausführungsform wird die Schildschneide kurz hinter
dem Teil, der in die Stollenbrust eindringt, mit einer über den inneren Umfang gleichmäßig
verteilten Anzahl von Konsolen besetzt, auf denen Rüttelgeräte starr befestigt sind,
deren Schlagwirkung jeweils senkrecht zum Schildmantel gerichtet ist. Gleichzeitig
mit dem Vortrieb werden die synchron geschalteten Rüttler eingeschaltet und versetzen
die unversteifte Schneide in Vibrationen, wodurch bekanntlich die Reibung Boden
gegen Blech im Gebirge erheblich reduziert wird, was sich in einer entsprechenden
Verringerung des erforderlichen Pressendruckes auswirkt und ein schnelles Vordringen
des Schildes ermöglicht. Trifft nun die Schildschneide auf ein Hindernis, das infolge
seiner Lage oder Größe nicht abgedrängt wird, so erhöht sich sofort der Vortriebsdruck
wesentlich, und der Rüttlerton wird infolge der veränderten Schwingungsverhältnisse
höher. Man kann dann sofort abschalten, um das Hindernis zu beseitigen, was in bekannter
Weise durch Ausräumen, Spülen oder auf anderem mechanischem Wege geschehen kann.
Dadurch, daß man nicht alle Rüttler arbeiten läßt, ist es möglich, einzelne Schneidenteile
bei ihrem Vordringen zu begünstigen, wodurch die schon angedeutete Steuerung zum
Ausgleich von Fehlrichtungen oder zur bewußten Herbeiführung von Richtungsänderungen
auf einfache Weise möglich wird.
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Eine weitere verbesserte Anwendung ergibt sich bei der Wahl eines
an sich bekannten Schildes mit beweglicher Schneide, an deren innerem Umfang die
Rüttler angeordnet werden, wodurch die Rüttelenergie in erster Linie auf die Schneide
übertragen und nicht durch die Einspannung des großen Schildteils gedämpft wird.
Bei geeigneten Bodenverhältnissen ist es weiterhin vorteilhaft, die Schildschneide
in der Längsrichtung in Segmente aufzuteilen, die in schloßähnlichen Verbindungen
aneinander gleiten können, und jedem Segment einen besonderen Rüttler zu geben,
wodurch eine weitere erhebliche Konzentration der Rüttelenergie erreicht wird und
man von einem Synchronlauf der Rüttelgeräte unabhängig wird. Außerdem wird es dadurch
möglich, die einzelnen Segmente zeitlich nacheinander in Vorwärtsbewegung zu versetzen,
was es z. B. bei Hindernissen im Boden gestattet, die Schneide zunächst neben den
Hindernissen vorzustrecken, um dann das Hindernis um so sicherer räumen zu können.
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Ebenso kann im Rahmen der gegenseitigen Schloßtoleranz die Steuerfähigkeit
des Schildes durch das weiche Einrütteln erhöht werden. Im allgemeinen
wird
man bei Steuermanövern mit geschlossenem Schild fahren.
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Schließlich ist es möglich, bei besonders lockerem Gefüge des Gebirges
mittels Rüttlern in der angegebenen Weise die schon genannten Kopfschutzbleche schnell
und ohne großen Arbeitsaufwand aus dem Schneidenteil heraus weit vorzustrecken und
einem Einbruch der Brust weitgehend vorzubeugen. In diesem Falle ist mit wesentlich
kleineren Rüttlern auszukommen, die auch innerhalb der bekannten Hohlschneiden Platz
finden.
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Bei einer weiteren, besonders günstigen Anordnung wird hinter die
in einer beweglichen Schneide angeordneten Rüttler eine zusätzliche Garnitur von
Vortriebspressen zum Vortreiben der Schneide gesetzt, deren Hub wesentlich kleiner
sein kann als der Hub der Pressen, die bisher den Schild mitsamt der Schneide vorwärtstreiben
mußten. Nunmehr wird zunächst die Schneide mit diesen kleinen Pressen unter Rüttelhilfe
vorgetrieben und darauf der Schildkörper mittels der eigentlichen Vorschubpressen
nachgeholt. Dies empfiehlt sich vor allem deswegen, weil die großen bisher erforderlichen
Pressen wegen ihrer hohen Wasser- bzw. Öldrücke nur sehr geringe Vortriebsgeschwindigkeiten
ermöglichen und damit eine lange Zeit für einen Hub brauchten. Eine lange Zeit ist
für den Betrieb der Rüttler jedoch unerwünscht, weil bei nicht zügigem Eindringen
der Schneide die Rüttelenergie in das Gebirge abstrahlt und hier Setzungserscheinungen
hervorrufen kann. Eine Beschränkung auf das notwendige Maß des Rüttelns ist aus
diesem Grunde je nach Bodenart am Platze. Das kann auch dadurch gefördert werden,
daß die Anzahl der gleichzeitig betriebenen Rüttler verringert wird, was insbesondere
bei einer Teilung der Schneide in einzelne Segmente gut möglich ist.
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Daß zur Erleichterung das Vortreiben auch beim Rütteln mit Spülen
oder Druckluft nachgeholfen werden kann oder auch mit Schmierung der Schildaußenflächen,
z. B. durch thixotrope Flüssigkeit, sei nur am Rande vermerkt. Der Vorteil
des Stollenvortriebs mit einem erfindungsgemäß ausgerüsteten Vortriebsschild ist
zusammenfassend darin zu sehen, daß die benötigte Pressenenergie verringert wird,
wodurch der Schild weniger hoch beansprucht und die Betriebssicherheit entsprechend
erhöht wird, daß der Vortrieb der Schneide schneller vor sich geht, wodurch Hindernisse
leichter und rascher erkannt werden, daß Steuerungsmaßnahmen in einfachster Weise
durch bevorzugtes Vortreiben einer Schildseite eingeleitet werden können, daß Kombinationen
von Haupt- und Nebenpressen sowie Kopfschutzblechen in Verbindung mit kleinen und
großen Rüttlern den früher schwerfälligen starren Schild zu einem vorteilhaft ausgerüsteten
Instrument machen, das sich den oft unvorhersehbaren Verhältnissen des Untergrundes
besser anpassen kann als die bisher bekannten Vortriebsschilde.
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Nachstehend sind an Hand der Zeichnung einzelne Ausführungsbeispiele
des Vortriebsschildes nach der Erfindung erläutert.
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In der Fig. 1 ist ein Vortriebsschild in vereinfachter, schematischer
Form dargestellt, in welcher mit 1
der walzenförmige Schild bezeichnet ist
und mit 2
die im Schutz des Schildschwanzes ausgeführte Stollenauskleidung.
Im Querschnitt sind vier Hauptpressen 3 und vier Rüttelgeräte 4 gezeigt.
Die Pressen wirken auf Konsolen 5 und schieben den Schild vor, wie im unteren
Teil des Längsschnittes dargestellt, während die Rüttler 4 auf den Konsolen
6, die mit dem Schildmantel rüttelfest verschraubt sind, bei dem Durchfahren
der Vorschubstrecke 7 arbeiten und die Schildschneide in Vibration versetzen. Als
besonders wirksame Schwingungen haben sich für derartige Eindringungen in den Boden
solche mit Frequenzen von 3000 Hz und 1 bis 4 mm Amplitude erwiesen.
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In der Fig. 2 ist im halben Längsschnitt ein Schild mit beweglicher
Schneide dargestellt, bei welchem mit 8 der Hauptkörper des Schildes und
mit 9 die durch die Schrauben 10 gehaltene Schneide bezeichnet ist.
Die übrigen Bezugszahlen entsprechen denen in der Fig. 1. An Stelle der Konsolen
5 ist hier ein Aussteifungsring 11 angeordnet, der an der Angriffsstelle
jeder Presse mit Stegblechen ausgesteift ist. Infolge der nur punktweisen Verbindung
der Schneide 9 mit dem Hauptkörper 8 kann eine Dämpfung der Schwingungen, welche
die Rüttler auf die Schneide übertragen, nur in unwesentlichem Maße auftreten.
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In Fig. 3 ist eine weiterentwickelte Schildkonstruktion dargestellt,
die noch spezieller auf die Ausrüstung mit Rüttelgeräten zugeschnitten ist als die
Ausführungen nach Fig. 1 und 2. Die Schneide ist hierbei in Segmente 12 von
1/s Kreisumfang aufgeteilt, die durch seitliche, mit gewisser Toleranz versehene
Führungen miteinander in bodendichter Verbindung stehen. Hinter der Schneide ist
in einem besonderen Fach der Rüttler 4 untergebracht (der hier der Deutlichkeit
wegen zu groß gezeichnet ist), und zwar für jedes Segment ein eigener Rüttler. Der
Vortrieb der Schneide wird durch die kleinen Pressen 13 bewirkt, die durch
eine mutige Punktauflagerung und seitliche Spannschrauben eine gewisse Schrägstellung
der Segmente zur Tunnelachse zulassen und dadurch die Steuerung des Schildes im
Rahmen der Bewegungstoleranzen nicht behindern. Die Pressen 13 der Schneide
stützen sich auf einen Aussteifungsring 14,
der vorn im Schildkörper sitzt
und von der anderen Seite her das Gegenlager für die eigentlichen Schildvorschubpressen
3 bildet, die sich über einen Druckring auf den endgültigen Stollenausbau
2 abstützen. Mit dieser Ausbildung hat man es in der Hand, den Schild einschließlich
Schneide als Ganzes vorzupressen, wobei die kleinen Pressen eingefahren sind und
nur als druckübertragende Teile wirken. Falls erforderlich, kann man schon während
des Vortriebs die Schneide rütteln. Man kann aber auch die Schneide allein durch
die kleinen Pressen 13 vorstrecken und dann mit den großen Pressen 3 den
Hauptkörper des Schildes nachschieben. Man kann auch beide Pressen gleichzeitig
ausfahren und damit die Vortriebsgeschwindigkeit erhöhen, was bei gewissen Böden
im Hinblick auf die Dauer des Rüttelvorganges wünschenswert sein kann. Schließlich
hat man mit der Anordnung von Rüttlern noch die Möglichkeit, die Schildschneide
mit geringer Energie zurückholen zu können, was beim Anfahren von Hindernissen gelegentlich
vorteilhaft sein kann. Hierzu bedarf es lediglich des Einbaues der sogenannten Rückzugspressen,
die in den Figuren nicht eingezeichnet sind.
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In Fig.4 ist schließlich noch ein sogenanntes Kopfblech
14 zu sehen, das in der Schneide in einfachen Falzen läuft und mit einem
Kleinrüttler 15 versehen ist. Der Vorschub dieses Bleches kann mit Knaggen,
Ratschen, auch mit Preßlufthämmern und hydraulischen Pressen vorgenommen werden.
In jedem Falle sichert derRüttler einen geringenVorschubwiderstand
und
damit die gewissenhafte Einhaltung der Richtung, so daß beim Vorschub des Schildes
dann kaum noch großer Stirnwiderstand auftreten kann.