DE1658761C3

DE1658761C3 - Driving shield for tunnel construction

Info

Publication number: DE1658761C3
Application number: DE1658761A
Authority: DE
Inventors: John Charles Arcadia Haspert; Richard Alfred Newport Beach Wallers
Original assignee: Smith Industries International Inc Los Angeles Calif (vsta)
Current assignee: Smith Industries International Inc Los Angeles Calif (vsta)
Priority date: 1963-09-13
Filing date: 1967-02-13
Publication date: 1975-05-28
Also published as: DE1658761A1; DE1658761B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild für den Tunnelbau mit einem etwa zylindrischen Schildmaniel und mit zwei sektorförmigen, im Bereich der Längsachse des Schildes gelagerten Bohrköpfen, die, jeweils durch Kolben-Zylinder-Antriebe angetrieben, eine hin- und hergehende Schwenkbewegung ausführen. Der eine Bohrkopf bestreicht dabei die obere und der andere Bohrkopf die untere Hälfte des Schildquerschnitts.The invention relates to a driving shield for tunnel construction with an approximately cylindrical shield maniel and with two sector-shaped drill heads mounted in the area of the longitudinal axis of the shield, which, each driven by piston-cylinder drives, perform a reciprocating pivoting movement. One drill head brushes the upper half of the and the other drill head the lower half of the Shield cross-section.

Bei bekannten Vortriebsschilden dieser Art fallen die beiden Schwenkachsen der Bohrköpfe mit der Schildlängsachse zusammen. Die Ortsbrust wird deshalb nahezu lotrecht abgebaut. Bei lockerem Erdreich ist daher zu befürchten, daß die anstehende Erdwand einstürzt und zumindest den unteren Bohrkopf verschüttet.In known jacking shields of this type, the two pivot axes of the drill heads coincide with the Longitudinal axis of the shield together. The face is therefore dismantled almost perpendicularly. With loose soil it is therefore to be feared that the pending earth wall will collapse and at least the lower drill head spilled.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vortriebsschild der eingangs angegebenen Art zu schaffen, dessen Bohrköpfe auch in lockerem Erdreich zuverlässig arbeiten.The invention is based on the object of providing a propulsion shield of the type specified at the beginning create whose drill heads work reliably even in loose soil.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden eingangs erwähnten Bohrköpfe so angeordnet sind, daß sie ihre Schwenkbewegung in einer Ebene ausführen, die gegenüber der Normalebene zur Schildlängsachse schräg nach vorn geneigt ist, und daß die beiden senkrecht zur Bohrebene stehenden Schwenkachsen der Bohrköpfe in vertikaler Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die anstehende Erdwand nicht lotrecht, sondern geneigt verläuft, was ihre Standsicherheit wesentlich erhöht. Durch das Auseinanderrücken der beiden Schwenkachsen wird berücksichtigt, daß die abzubauende Fläche nunmehr an Stelle eines kreisförmigen einen elliptischen Umriß hat.This object is achieved according to the invention in that the two drill heads mentioned at the beginning are arranged so that they perform their pivoting movement in a plane which is opposite to the normal plane is inclined obliquely forward to the longitudinal axis of the shield, and that the two are perpendicular to the drilling plane Pivot axes of the drill heads are arranged at a distance from one another in the vertical direction. This ensures that the pending earth wall is not perpendicular, but inclined, which their stability increased significantly. By moving the two pivot axes apart takes into account that the area to be mined is now an elliptical contour instead of a circular one Has.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn das vordere Ende des Schildmantels in eine Ebene gelegt wird, die in der Nähe der Bohrebene und parallel zu dieser verläuft.It is particularly useful if the front end of the shield jacket is placed in a plane, which runs close to and parallel to the drilling plane.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung nachstehend im einzelnen erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Vortricbsschildes nach der Erfindung,Fig. 1 is a perspective view of a front shield according to the invention,

Fig. 2 einen in Vertikalrichtung in der Schildlängsachse durch den Vortriebsschild gelegten Schnitt, und2 shows a vertical direction in the shield longitudinal axis through the propulsion shield Cut, and

F i g. 3 eine Ansicht des Schildes in Richtung derF i g. 3 is a view of the shield in the direction of FIG

ίο Pfeile 6-6 in der F i g. 2.ίο arrows 6-6 in FIG. 2.

Der Vortriebsschild 1 weist einen Rahmen 2 mit einem Schildmantel 4 auf, in dem zwei Bohrköpfe 6, 8 gelagert sind, die, eine hin- und hergehende Schwenkbewegung ausführen.The propulsion shield 1 has a frame 2 with a shield jacket 4 in which two drill heads 6, 8 are mounted, which perform a reciprocating pivoting movement.

In dem Schildmantel 4 sind Lagervorrichtungen 10 angeordnet, die die Schwenkbewegung der Bohrköpfe in einer gemeinsamen, quer zur Längsachse des Schildes liegenden Ebene zulassen. Von den Bohrköpfen bestreicht der eine die obere und der an-In the shield jacket 4 bearing devices 10 are arranged that the pivoting movement of the drill heads in a common plane lying transversely to the longitudinal axis of the shield. Of the One brushes the upper and the other

dere Bohrkopf die untere Hälfte des Schiidquerschnitts. Ebenfalls sind im Schildmantel 4 Vortriebspressen 14 angeordnet, die bei einem Bohrhub periodisch den Rahmen 2 und die Bohrköpfe 6, 8 gemeinsam vorwärts treiben und die Bohrköpfe gegen die Ortsbrust drücken. Der von den Bohrköpfen abgebohrte Gesteinschutt D wird durch im Schildmantel eingebaute Fördervorrichtungen 16 nach hinten durch den Schildmantel hindurch abgeführt, wo er von einem bereitgehaltenen Kippwagen od. dgl. auf-its drill head the lower half of the cutting cross-section. 4 jacking presses 14 are also arranged in the shield jacket, which during a drilling stroke periodically drive the frame 2 and the drill heads 6, 8 forward together and press the drill heads against the face. The rock debris D drilled by the drill heads is carried away to the rear through the shield jacket by means of conveying devices 16 built into the shield jacket, where it is picked up by a tipping car or the like that is kept ready.

genommen wird. Am Ende eines jeden Bohrhubes des Vortriebsschildes wird ein Auskleidungsring 18 im rückwärtigen Endteil des Vortriebsschildes montiert und werden anschließend die Vortriebspressen 14 wieder unter Druck gesetzt, die den Rahmen 2 mitis taken. At the end of each drilling stroke of the jacking shield, a lining ring 18 mounted in the rear end part of the jacking shield and then the jacking jacks are used 14 pressurized again, which the frame 2 with

den darin befindlichen, wieder ihre Schwenkbewegung ausführenden Bohrköpfen in einem weiteren Bohrhab vorwärts treiben. Dies wiederholt sich, bis der Tunnel die gewünschte Strecke vorwärtsgetrieben worden ist.the drill heads located therein, again executing their pivoting movement, in another Propel Bohrhab forward. This repeats itself until the tunnel propelled the desired distance forward has been.

Der Schildmantel 4 des Vortriebsschildes 1 ist von kreisförmigen Querschnitt. Die Vorderkante des Schildes, wie besonders gut aus F i g. 3 zu ersehen ist, steht in einem spitzen Winkel zur Schildlängsachse. Am Vorderende des Mantels ist ein zur Verstärkung dienendes Metallband 22 eingeschweißt oder auf andere Weise befestigt. Auf der Außenseite des Schildmantels ist am Vorderende ein ziemlich hartes, äußeres Metallband 24 vorgesehen, das sich über die obere Hälfte des Mantel«; erstreckt. Die Vorderkanten der Metallbänder 22 und 24 schließen mit der Vorderkante des Schildmantels 4 bündig ab, und die Bandränder sind, wie dargestellt, abgeschrägt, so daß am Vorderende des Mantels eine Schneide 20 für anstehendes Erdreich entsteht.The shield jacket 4 of the propulsion shield 1 has a circular cross-section. The leading edge of the Shield, as particularly well from FIG. 3 can be seen, is at an acute angle to the longitudinal axis of the shield. At the front end of the jacket, a reinforcing metal band 22 is welded in or onto another Way attached. On the outside of the shield mantle, there is a pretty hard outer one at the front end Metal band 24 is provided which extends over the upper half of the jacket "; extends. The leading edges the metal strips 22 and 24 are flush with the front edge of the shield jacket 4, and the Tape edges are, as shown, beveled, so that a cutting edge 20 for pending at the front end of the jacket Earth is created.

Die in F i g. 1 bis 3 wiedergegebenen Bohrköpfe 6 und 8 sind, wie ohne weiteres zu ersehen ist, durchgehend einander gleich, es genügt daher die Beschreibung eines einzigen Bohrkopfes, des Bohrkopfes 6. Dieser Bohrkopf hat einen im allgemeinen sektorförmigen Kopfteil 26, der eine Bohrkopfnabe 28 einschließt. Diese Nabe besitzt eine Buchse 30 (F i g. 2), an deren Enden eine vordere Platte 32 und eine rückwärtige Platte 34 angeschweißt sind, die beide zur Buchsennabe senkrecht stehen; ihre Kanten liegen in jeweils derselben Ebene, an sie sind die mit öffnungen versehenen Befestigungsplatten 36 abgeschwcißt. Am rechtsseitigen Ende der Nabe 28 ist in einer zur Achse der Buchse senkrechten Ebene einThe in F i g. 1 to 3 reproduced drill heads 6 and 8 are, as can be readily seen, continuous equal to each other, it is therefore sufficient to describe a single drill head, the drill head 6. This drill head has a generally sector-shaped head part 26 which has a drill head hub 28 includes. This hub has a bushing 30 (Fig. 2) at the ends of which a front plate 32 and a rear plate 34 is welded on, both of which are perpendicular to the socket hub; their edges each lie in the same plane, on them the fastening plates 36 provided with openings are welded off. At the right-hand end of the hub 28 is a plane perpendicular to the axis of the bushing

Drehhebel 38 angeschlossen, der rittlings aul der Befestigungsplatte 36 aufsitzt und an diese angeschweißt ist. Auf diesen mit dem Bohrkopf verbundenen Drehhebel wirkt eine der in F i g. 3 angegebenen, auch in Fig. 2 zu sehenden Kolben-Zylinder-/.ntriebsvorrichtungen. Rotary lever 38 connected, which sits aul of the mounting plate 36 and welded to it is. One of the functions shown in FIG. 3 specified, The piston-cylinder / drive devices can also be seen in FIG. 2.

Die auf der Bohrkopfnabe 28 ritzenden, zu den drei Nabenbefestigungsplatten 36 senkrecht stehenden Speichen 42 schließen Vorderplatten 44, die in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Achse der Buchse 30 iiehen, und rohrförmige Verstärkungsglieder 46 ein, die auf die rückwärtige Fläche der Platten aufgeschweißt sind.The ones that scratch the drill head hub 28 and are perpendicular to the three hub fastening plates 36 Spokes 42 close front plates 44, which lie in a common plane perpendicular to the axis of the Bushing 30 and tubular reinforcing members 46 that attach to the rear face of the panels are welded on.

Auf die Rückseite der Vorderplatten 44 und an die Innenenden der Verstärkungsglieder 46 sind mit öffnungen versehene Montageplatten 48 geschweißt, die von den Speichen 42 aus nach rückwärts gehen und in einer Ebene angeordnet sind, die jeweils zu der Speichenlängsachse senkrecht steiit. Die Speichenbefestigungsplatten 48 sind so an den Nabenbefestigungsplatten 36 angeschweißt, daß die Löcher in den jeweiligen Platten miteinander fluchten. Die Speichen 42 werden beim Zusammenbau der Eichrichtung mit Schraubbolzen an die Nabe 28 angeschraubt, die durch die aufeinander ausgerichteten Löcher in den betreffenden Naben- und Speichenbefestigungsplatten hindurchgehen, und die verbolzten Speichen 42 sind mit benachbarten Speichen durch Versteifungsstreben 50 verbunden (Fig. 3).On the back of the front panels 44 and on the inner ends of the reinforcing members 46 are with Mounting plates 48 provided with openings are welded, which go backwards from the spokes 42 and are arranged in a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the spoke. The spoke attachment plates 48 are welded to the hub mounting plates 36 so that the holes in the respective plates are aligned. the Spokes 42 are screwed to the hub 28 with screw bolts when assembling the calibration direction, those through the aligned holes in the respective hub and spoke mounting plates go through, and the bolted spokes 42 are through with adjacent spokes Stiffening struts 50 connected (Fig. 3).

Auf den Vorderseiten der Bohrkopfspeichen 42 sitzen in zwei parallelen Längsreihen die zylindrischen Sockelteile 162 für die spatenförmigen Abbauwerkzeuge 52, die die Schäfte derselben mit Preßsitz lösbar aufnehmen. Die Abbauwerkzeuge 52 sind meißeiförmig gestaltet und stehen mit ihren Achsen senkrecht zur Schwenkebene der Bohrköpfe 6, 8. Nur die jeweils mittlere Speiche trägt zwei parallele Längsreihen von Abbauwerkzeugen, während die beiden äußeren Speichen jedes Bohrkopfs (F i g. 3) mit nur einer Längsreihe von Abbauwerkzeugen, und zwar in der Nähe ihrer äußeren Kanten, besetzt sind. Am Außenende jeder Speiche ist ein einzelnes Abbauwerkzeug 52 a angebracht, dessen Achse in spitzem Winkel zur Schwenkebene der Bohrköpfe steht, und zwar derart, daß die Klingen dieser Werkzeuge ein wenig über den Außenenden der Speichen in Radialrichtung vorstehen. Dadurch, daß jeder Bohrkopf solche Außenwerkzeuge trägt, wird ihm ein wirksamer Tunnelbohrradius verliehen, der etwas größer als der Radius des Schildmantels 4 ist. Die Formgebung der Abbauwerkzeuge erfolgt im allgemeinen derart, daß die Werkzeuge in beiden Schwenkrichtungen der Bohrköpfe eine Bohrwirkung ausüben können und im bestmöglichen Arbeitswinkel zu dem zu entfernenden Erdreich stehen.The cylindrical spokes sit in two parallel longitudinal rows on the front sides of the drill head spokes Base parts 162 for the spade-shaped excavation tools 52, which the shafts of the same with Record releasable press fit. The excavation tools 52 are chisel-shaped and stand with their Axes perpendicular to the swivel plane of the drill heads 6, 8. Only the respective middle spoke carries two parallel longitudinal rows of excavation tools, while the two outer spokes of each drill head (Fig. 3) with only one longitudinal row of excavation tools, namely near their outer edges, are occupied. At the outer end of each spoke a single removal tool 52 a is attached, whose Axis is at an acute angle to the pivot plane of the drill heads, in such a way that the blades these tools protrude a little over the outer ends of the spokes in the radial direction. Through this, that each boring head carries such external tools, it is given an effective tunnel boring radius, which is slightly larger than the radius of the shield jacket 4. The cutting tools are shaped in generally such that the tools have a drilling effect in both pivoting directions of the drill heads can exercise and stand at the best possible working angle to the soil to be removed.

Die beim Vortreiben des Schildes 1 aufzunehmenden Reaktionskräfte des Erdreichs werden vom Bohrkopfaufhängerahmen 54 aufgenommen, der im Schildmantel 4 befestigt ist und mit Tragstützen auf diesem aufruht (F i g. 2). Dieser Aufhängerahmen nimmt in seinem Mittelteil ein rechteckiges, kastenartiges Gehäuse auf, an dem zwei in Vertikalrichtung mit Abstand voneinander stehende Buchsen 76 befestigt sind. An diese Buchsen wieder sind die Bohrkopftragachsen 78 angeschweißt oder in anderer Weise starr befestigt, um die sich die hin- und herschwenkende Bewegung der Bohrköpfe 6, 8 vollzieht.The to be absorbed when driving the shield 1 reaction forces of the ground are from Boring head suspension frame 54 added, which is fixed in the shield jacket 4 and with supports this rests (Fig. 2). This hanging frame takes a rectangular, box-like one in its middle part Housing on to which two sockets 76 standing at a distance from one another in the vertical direction are attached are. The drill head support axles 78 are welded to these sockets again or in another way Way rigidly attached, around which the reciprocating movement of the drill heads 6, 8 takes place.

Der Aufhängerahmen 54 liegt in einer Ebene, die zu der Vorderkante 20 des Schildmantels parallel und dadurch zur Längsachse dieses Mantels in einem _{spitzen Winke}, _{verläuft Die} Bohrkopftragachsen 78 liegen senkrecht zu der geneigten Ebene des Aufhängerahmens und daher senkrecht zu der vom vorderen Schildmantelrand 20 gebildeten geneigten Ebene, und sie liegen in einer gemeinsamen, die Längsachse des Schildmantels enthaltenen Vertikalebene. Infolgedessen verlaufen die Bohrkopftragach_{sen in einem spitzen} winkel zur Schildlängsachse.The suspension frame 54 lies in a plane parallel to the front edge 20 of the shield shell, and thereby to the longitudinal axis of this casing at an _{acute angle,} _{extending the} drilling head support shafts 78 are perpendicular to the inclined plane of the suspension frame, and therefore perpendicular inclined to the plane formed by the front shield jacket edge 20 Plane, and they lie in a common vertical plane containing the longitudinal axis of the shield jacket. As a result, the Bohrkopftragach _{sen run at an acute} angle to the longitudinal axis of the shield.

An die Vorderenden der Bohrkopftragachsen 78 ist eine Halteplatte86 (Fig. 2) angeschraubt, die die Bohrköpfe in ihrer Lage auf den Achsen hält.A retaining plate 86 (FIG. 2) is screwed to the front ends of the drilling head support axles 78, which supports the Holds drill heads in their position on the axes.

Der im Betrieb entstehende Druck der Erdmassen wird durch druckaufnehmende Mittel 118 (Fig. 2) aufgenommen, die einen Druckaufnahmering 120 aufweisen, der hinter der Schwenkebene der Bohrköpfe 6, 8 und parallel zu dieser liegt. Dieser Druckring ist, wie der F i g. 3 zu entnehmen ist, nicht kreisförmig, sondern setzt sich aus einem unteren, im allgemeinen halbkreisförmigen Teii, der um die Schwenkachse des unteren Bohrkopfes 6 geschlagen ist, und einem oberen, gleichfalls etwa halbkreisförmigen Teil zusammen, der um die Schwenkachse des oberen Bohrkopfes geschlagen ist. Die Enden des unteren und des oberen Druckringteiles sind durch dazwischenliegende, im allgemeinen geradlinige Teile miteinander verbunden. Die Bohrköpfe 6 und 8 rollen mit Druckrollen 126 (Fig. 2), die in auf Konsolen an der Rückseite der Bohrkopfspeichen 42 ruhenden Lagern 124 geführt werden, auf dem Druckring 120. Die Druckrollen werden mit Vorliebe konisch geformt und sind mit ihren Drehachsen so gegen die Ebene des Druckringes 120 geneigt, daß die rückwärtigen Seiten der Rollen auf ganze Breite am Druckring liegen.The pressure of the earth masses arising during operation is absorbed by pressure-absorbing means 118 (FIG. 2) which have a pressure-absorbing ring 120 which lies behind the pivot plane of the drilling heads 6, 8 and parallel to it. This pressure ring is, as shown in FIG. 3 can be seen, is not circular, but consists of a lower, generally semicircular part, which is struck around the pivot axis of the lower drill head 6, and an upper, also approximately semicircular part, which is struck around the pivot axis of the upper drill head . The ends of the lower and upper thrust ring members are interconnected by intervening, generally rectilinear members. The drill heads 6 and 8 roll with pressure rollers 126 (FIG. 2), which are guided in bearings 124 resting on brackets on the back of the drill head spokes 42, on the pressure ring 120. The pressure rollers are preferably conical in shape and their axes of rotation are opposite the plane of the pressure ring 120 is inclined so that the rear sides of the rollers lie across the entire width of the pressure ring.

Der in einer zur Schildlängsachse senkrecht stehenden Ebene angeordnete Versteifungsrahmen 142 (F i g. 2) besteht aus einer Anzahl aneinander und an den Schildmantel festgeschraubter Träger, wodurch er aus dem Schildmantel entfernbar ist.The stiffening frame 142 arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shield (F i g. 2) consists of a number of brackets screwed to one another and to the shield jacket, whereby it can be removed from the shield jacket.

Die Antriebsmittel 12, die die Bohrköpfe in hin- und herschwingende Bewegung versetzen, weisen ein erstes Paar Kolben-Zylinder-Antriebe 88 zum Antrieb des unteren und ein zweites solches Paar 90 zum Antrieb des oberen Bohrkopfes auf (Fig. 3). Die Kolbenstangen dieser Antriebe verlaufen seitlich der Längsachse des Vortriebsschildes und sind unmittelbar hinter den Kopfteilen 26 der Bohrköpfe angeordnet (Fig. 2). Die Antriebsmittel für den unteren Bohrkopf 6 liegen, wie F i g. 3 erkennen läßt, zu beiden Seiten der Achse 78 desselben und bestehen aus den Zylindern 92 und den aus diesen austretenden Kolbenstangen 94. Die Außenenden der Zylinder sind drehbar an Stützpunkten angeordnet, die an der Innenwand des Mantels 4 auf diametral gegenüberliegenden Seiten derselben angeschweißt sind. Ähnliches gilt für die Antriebsmittel des oberen Bohrkopfes 8, deren Kolbenstangen 100 am Drehhebei 38 (F i g. 2) drehbar angelenkt sind. Die KoI-bcn-Zylinder-Antriebe 88 und 90 werden vorzugsweise doppeltwirkend ausgeführt.The drive means 12, which set the drill heads in a reciprocating motion, have a first pair of piston-cylinder drives 88 for driving the lower and a second such pair 90 for driving the upper drill head (FIG. 3). The piston rods of these drives run to the side of the longitudinal axis of the propulsion shield and are arranged directly behind the head parts 26 of the drill heads (FIG. 2). The drive means for the lower drill head 6 are as shown in FIG. 3 reveals the same on both sides of the axis 78 and consist of the cylinders 92 and the piston rods 94 exiting from these. The outer ends of the cylinders are rotatably arranged at support points which are welded to the inner wall of the jacket 4 on diametrically opposite sides thereof. The same applies to the drive means of the upper drill head 8, the piston rods 100 of which are rotatably articulated on the rotary lever 38 (FIG. 2). The KoI-bcn cylinder drives 88 and 90 are preferably designed to be double-acting.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Jacking shield for tunnel construction with an approximately cylindrical shield jacket and with two sector-shaped drill heads mounted in the area of the shield's longitudinal axis, each of which is driven Perform a reciprocating pivoting movement by means of piston-cylinder drives and of which one drill head has the upper half and the other drill head the lower half Half of the shield cross-section coated, characterized in that the two Drill heads (6, 8) are arranged so that they execute their pivoting movement in a drilling plane, which is inclined towards the front with respect to the normal plane to the longitudinal axis of the shield, and that the two swivel axes of the drill heads perpendicular to the drilling plane in the vertical direction are arranged at a distance from each other.

2. propulsion shield according to claim 1, characterized in that the front end of the Schildmantcls (4) lies in a plane which runs in the vicinity of the drilling plane and parallel to it.