DE19647160A1 - Verfahren und Vorrichtung für Halbschildvortrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für Halb­ schildvortrieb, welches es ermöglicht, ein Rohr über eine extrem lange Strecke in den Erdboden vorzutreiben, indem nur das Endstück des am weitestens hinten befindlichen Roh­ res gestoßen wird, während der Reibungswiderstand zwischen dem Vortriebsrohr und dem Erdboden großenteils reduziert wird, und die Notwendigkeit beseitigt ist, einen großen Leerraum am Ende vorzusehen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Ein Verfahren für Halbschildvortrieb, d. h. ein teilweise auf Schildvortrieb beruhendes Verfahren wird verwendet, um eine Rohrleitung im Erdboden zu verlegen, um ein Kanalisa­ tionssystem und andere Einrichtungen unter der Erde aufzu­ nehmen.

Bei einem Verfahren für Halbschildvortrieb werden ein Ar­ beitszylinder und ein Reaktionskraft-Lagerschild in einem Anstichschacht plaziert, um eine Tunnelschildmaschine und ein Hume-Rohr mit dem Arbeitszylinder in den Erdboden vor­ zutreiben. Wenn das Hume-Rohr vollständig in den Boden ge­ trieben ist, wird ein weiteres Hume-Rohr in den Erdboden getrieben, das diesem ersten Rohr folgt. Dieser Vorgang wird wiederholt, um eine Vielzahl von Hume-Rohren, eines nach dem anderen, einzutreiben, bis die Tunnelschildma­ schine einen Ankunftsschacht erreicht. Die Tunnelschildma­ schine wird dann aus dem Ankunftsschacht herausgenommen. Auf diese Art und Weise ist im Erdboden zwischen dem An­ fangsschacht und dem Ankunftsschacht eine Rohrleitung ver­ legt.

Um die Baukosten zu verringern, oder wenn eine Rohrleitung unterhalb eines dicht besiedelten Gebietes oder unterhalb einer stark befahrenen Straße gelegt werden soll, ist es wünschenswert, die Anzahl der Start- und Ankunftsschächte auf ein bloßes Minimum zu reduzieren, indem der Abstand zwischen den benachbarten Start- und Ankunftsschächten ver­ längert wird. Aus diesem Grund müssen die Vortriebsrohre von einem Schacht zum nächsten über eine sehr große Distanz vorgetrieben werden.

Um die Rohre über eine so große Distanz als möglich in den Boden vorzutreiben, ist es äußerst wichtig, die Reibung zwischen den Rohren und dem Erdboden zu reduzieren.

Die Fig. 4A und 4B zeigen, wie die Reibung zwischen den Vortriebsrohren und dem Erdboden bei einem herkömmlichen Verfahren zur Halbschildvortrieb reduziert wird. Während die Schildbaumaschine 1 und die Vortriebsrohre 2 in den Erdboden vorgetrieben werden, gräbt die Schildmaschine 1 ein Loch, das etwas größer als der Außendurchmesser der Rohre ist. Der Randbereich des Loches, der den Außendurch­ messer der Vortriebsrohre 2 um ungefähr 50 mm überschrei­ tet, wird im Nachfolgenden als ein Zwickel-Leerraum 3 bezeichnet. Ein Versorgungsrohr 5 für Hinterfüllungsmate­ rial ist an Injektionslöcher 4 angeschlossen, die in den Vortriebsrohren 2 ausgebildet sind, um ein Hinterfüllungs­ material 6 in den Zwickel-Leerraum 3 durch die Löcher 4 zu­ zuführen, um den Leeraum 3 mit dem zurückgeführten Material auszufüllen. Das zurückgeführte Material 6, welches den Leerraum 3 ausfüllt, verringert die Reibung zwischen den Rohren 2 und dem Erdboden.

Jedes Vortriebsrohr 2 hat an seiner Ober- oder Unterseite nur ein Injektionsloch 4. Somit kann das Hinterfüllungsma­ terial 6, das durch das einzige Injektionsloch 4 in jedem Rohr 2 gespritzt werden ist, nicht über den gesamten Umfang des Rohres 2 verteilt werden, wie dies in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Das Hinterfüllungsmaterial 6 ist viel­ mehr nur in der Nähe des Injektionsloches 4 vorhanden. Da das Hinterfüllungsmaterial 6 nicht über den gesamten Umfang der Rohre sondern nur teilweise an den Rohren vorhanden ist, ist die Reibung zwischen den Rohren und dem Erdboden immer noch ziemlich hoch. Es ist daher schwierig, die Rohre über eine so große Distanz vorzutreiben.

Ein Weg zur Reduzierung der Reibung zwischen den bohren und dem Erdboden ist es, einen Zwickel-Leerraum 3 zu graben, der zweimal so groß wie ein gewöhnlicher Zwickel-Leerraum ist, d. h. ungefähr 120 mm breit, so daß das rückgeführte Material 6 über den gesamten Umfang der Rohre verteilt wer­ den kann. Aber ein derartig großer Zwickel-Leerraum 3 wird den Spalt zwischen den Rohren 2 und dem natürlichen Erdbo­ den vergrößern, wodurch es schwierig wird, die Rohre in ih­ rer Position stabil zu halten. Das heißt, wenn die Rohre an einem Ort, wo der Grundwasserdruck hoch ist, vorgetrieben werden, schwimmen sie infolge des Auftriebs und geraten aus der Fluchtlinie zueinander, wie dies in der Fig. 5A und 5B gezeigt ist.

Ein weiteres Problem eines überdimensionierten Zwickelleer­ raumes 3 ist, daß der Leerraum die Tendenz hat, zusammenzu­ brechen, was eine Verfestigung durch Bodensenkung zur Folge hat, wie dies in der Fig. 5C unter der Bezugsziffer 7 ge­ zeigt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für Halbschildvortrieb zu schaffen, mit dem es möglich wird, Rohre in den Erdboden über eine extrem große Strecke vorzutreiben, und zwar mittels eines zentralen Steuersy­ stems auf dem Erdboden, um die Notwendigkeit für jegliche Unterbodenarbeit zu eliminieren, während ein Hinterfül­ lungsmaterial über den gesamten Umfang der Rohre verteilt wird, um den Widerstand zwischen den Rohren und dem natür­ lichen Erdboden zu minimieren, ohne daß ein übergroßer Zwickel-Leerraum gebildet werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah­ ren für Halbschildvortrieb zum Vortreiben einer Schild­ maschine und von Vortriebrohren, die auf die Schildmaschine folgen, durch den Erdboden über eine große Distanz, das da­ durch gekennzeichnet ist, daß während dem Vortreiben der Schildmaschine und der Vortriebsrohre ein Zwickelieerraum- Füllmaterial unter Druck in den Zwickelleerraum, der um den Außenumfang der Vortriebsrohre gebildet ist, durch eine An­ zahl von Löchern, die an jedem Vortriebsrohr um dieses herum angeordnet sind, so gespritzt wird, daß das Zwickel­ leerraum-Füllmaterial gleichmäßig um den gesamten Umfang jedes der Vortriebsrohre verteilt wird.

Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung ge­ hen aus der folgenden Beschreibung hervor, die anhand der begleitenden Figuren durchgeführt worden ist, in welchen zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung, die zeigt, wie Rohre bei dem Verfahren zum Halbschildvortrieb gemäß der vorliegenden Verbindung vorgetrieben werden;

Fig. 2 eine Querschnittdarstellung in vergrößertem Maßstab eines Teilrohres, das bei dem Verfahren gemäß der vorlie­ genden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ein Teilrohr in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4A eine Schnittdarstellung, die zeigt, wie Rohre bei einem herkömmlichen Verfahren für Halbschildvortrieb vorge­ trieben wurden;

Fig. 4B eine Seitenansicht im Schnitt gemäß Fig. 4A;

Fig. 5A eine Seitenansicht im Schnitt bei einem herkömmli­ chen Verfahren für Halbschildvortrieb, bei dem ein über­ großer Zwickelleerraum gebildet ist;

Fig. 5B ein Schnitt, der zeigt, wie die Vortriebsrohre bei dem herkömmlichen Verfahren wie in der Fig. 5A gezeigt, ge­ spannt sind; und

Fig. 5C eine Darstellung im Schnitt, die zeigt, wie bei dem in der Fig. 5A gezeigten Verfahren Verfestigung durch Bo­ densenkung auftritt.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird nun die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens für Halb­ schildvortrieb gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ein Arbeitszylinder 12 und eine Gegenkraft-Lagerplatte 13 sind in einem Anfangsschacht 11 plaziert. Die Halbschildma­ schine 14 und die Vortriebsrohre 15 werden über einen Druckring 16 durch den Arbeitszylinder 12 in den Erdboden getrieben.

Die Halbschildmaschine 14 ist eine herkömmliche Maschine, die einen rotierenden Schneidkopf 17 an ihrem vorderen Ende hat, um ein Loch zu graben, das einen Durchmesser aufweist, der die Summe aus dem Außendurchmesser der Vortriebsrohre 15 und der zweifachen Breite des Zwickelleerraumes 18, die beispielsweise 50 mm beträgt, ist. Kurze Teilrohre 19, die mit einer Anzahl von Löchern versehen sind, sind zwischen nebeneinander liegenden Vortriebsrohren 15 angeordnet.

Die Teilrohre 19 sind kurze Beton- oder Stahlrohre und sind an beiden Enden mit den benachbarten Vortriebsrohren 15 verbunden. Wie in der Fig. 3 gezeigt, hat jedes Teilrohr 19 eine Anzahl von Einspritzlöchern 20 in seiner Umfangswand, die mit vorbestimmten Abständen entlang deren Umfang ange­ ordnet sind. Die Einspritzlöcher 20 sind über Düsen 22, die Rückschlagventile haben, an ein Verteilerrohr 21 ange­ schlossen, das in jedem Teilrohr 19 vorgesehen ist. Die Verteilerrohre 21 sind miteinander durch eine Leerraum- Füllmaterial-Versorgungsleitung 23 verbunden, die sich durch die Vortriebsrohre 15 erstreckt (Fig. 1). Die Versor­ gungsleitung 23 ist ihrerseits an eine Leerraum-Füllma­ terial-Versorgungseinrichtung 24 angeschlossen, die auf der Erde in der Nähe des Anfangsschachtes 11 vorgesehen ist. Die Versorgungseinrichtung 24 hat Injektoren 25, eine Fern­ steuerungstafel 26, einen Instrumentenkasten 27, eine Druckzuführpumpe 28, etc.

Ein Hubmagnetventil 29 ist an der Verbindung zwischen jeder Verteilerleitung 21 und der Versorgungsleitung 23 vorgese­ hen. Innerhalb jedes Teilrohres 19 sind ein Drucksensor 31 zum Messen des Druckes des Leerraum-Füllmaterials 30, das in den Zwickelleerraum 18 eingespritzt wird, und ein Steu­ erkasten 32 (Fig. 2) angeordnet. Die Hubmagnetventile 29, die Drucksensoren 31 und die Steuerkästen 32 sind elek­ trisch mit einer zentralen Steuereinheit auf dem Erdboden, beispielsweise einem Computer, verbunden, so daß der Compu­ ter die Einspritzpunkte, den Druck und die Mengen, den Ge­ samtdruck, den Widerstand am Umfang der Rohre, den Sauer­ stoffgehalt etc., steuern kann.

Der Abstand zwischen benachbarten Teilrohren 19, die Anzahl der Einspritzlöcher 20, die in jedem Teilrohr 19 ausgebil­ det sind, ihre Positionen und der Abstand zwischen benach­ barten Löchern 20 kann gemäß der Beschaffenheit des Bodens und den Rohrvortriebsbedingungen bestimmt werden.

Als nächstes wird das Verfahren zum Halbschildvortrieb be­ schrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist jedes Teilrohr 19 an das Vor­ triebsrohr 15 angeschlossen, während die Halbschildmaschine 14 und die Vortriebsrohre 15 durch Graben eines Loches mit­ tels der Halbschildmaschine 14 und Drücken derselben durch den Arbeitszylinder 12 in den Erdboden vorgetrieben werden, wobei zwischen benachbarten Teilrohren 19 ein geeigneter Abstand gehalten wird, wobei die Versorgungsleitung 23 an die Verteilerrohre 21 der Teilrohre 19 und an die Versor­ gungsvorrichtung 24 angeschlossen ist, und das oder die notwendigen Hubmagnetventile 29 werden durch Computersteue­ rung geöffnet, um unter Druck das Leerraum-Füllmaterial 30 durch die Einspritzlöcher 20 in den Leerraum 18 einzusprit­ zen.

Basierend auf dem Druck des Leerraum-Füllmaterials 30, das in den Leerraum 18 eingespritzt wird, wie dieser durch den Drucksensor 31 gemessen worden ist, steuert der Computer die Menge des Füllmaterials 30, die in den Leerraum 18 ein­ gespritzt wird, durch Öffnen und Schließen der Hubmagnet­ ventile 29 mittels des Steuerkastens 32.

Wie in der Fig. 2 gezeigt, hat jedes Teilrohr 19 eine An­ zahl von entlang dem Umfang angeordneten Einspritzlöchern 20. Das Leerraum-Füllmaterial 30 wird in den Leerraum 18 durch alle diese Einspritzlöcher auf einmal eingespritzt, so daß es gleichmäßig über den gesamten Umfang der Teil­ rohre 19 und der Vortriebsrohre 15 verteilt wird. Damit ist es möglich, die Rohre 15 und 19 mit großer Genauigkeit in der Mitte des Leerraums 18 zu halten.

Das Leerraum-Füllmaterial, das bei der vorliegenden Er­ findung verwendet wird, ist ein weißer, pulverförmiger Nah­ rungsmittelzusatz, der hauptsächlich aus Polyacrylsoda zu­ sammengesetzt ist. Er wird in Form eines viskosen Materials mit einem pH-Wert von 7 durch Zusatz von Wasser verwendet. Dieses Füllmaterial ist vollständig ungefährlich für Men­ schen, Tiere und Pflanzen und belastet die Umwelt nicht. Wenn es in den Leerraum eingespritzt wird, bildet es sofort einen Film durch Ausfüllen von Spalten zwischen den Boden­ körnern, so daß der Hydraulikdruck in dem Leerraum gehalten wird.

Durch selektives Öffnen und Schließen der Hubmagnetventile 29 wird das Leerraum-Füllmaterial 30 sofort über den ge­ samten Umfang der Teilrohre 19 und der Vortriebsrohre 15 an den notwendigen Abschnitten verteilt. Somit kann der Leer­ raum für eine lange Zeitspanne aufrechterhalten werden. Es ist auch möglich, die Reibung zwischen dem Außenumfang der Vortriebsrohre 15 und dem natürlichen Erdreich zu reduzie­ ren und damit Vortriebsrohre über eine sehr große Distanz in der Größenordnung von 1000 m vorzutreiben.

Da der Druck des Füllmaterials 30 in dem Leerraum zu allen Zeitpunkten durch die Sensoren 31 aufgezeichnet wird, ist es möglich, Füllmaterial 30 nachzufüllen, wenn der Vortrieb der Rohre gestoppt wird und das Füllmaterial in dem Leer­ raum weniger wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Leer­ raum-Füllmaterial gleichförmig über den gesamten Umfang der Rohre, die in den Erdboden vorgetrieben werden, zu ver­ teilen. Dadurch wird es möglich, den Leerraum auf­ rechtzuerhalten und die Reibung zwischen dem Außenumfang der Vortriebsrohre und dem natürlichen Erdboden zu reduzie­ ren, ohne daß ein übergroßer Leerraum gegraben werden muß und zwar infolge des Hochdruck-Füllmaterials in dem Leer­ raum. Die Rohre können somit über eine extrem große Distanz vorgetrieben werden, so daß es möglich ist, die Anzahl der vertikalen Schächte zu reduzieren und damit eine Rohrlei­ tung mit hoher Effizienz und geringen Kosten zu legen.

Claims (4)

1. Verfahren für Halbschildvortrieb zum Vortreiben einer Schildmaschine und von Vortriebsrohren, die auf die Schild­ maschine folgen, durch den Erdboden über eine große Strecke, dadurch gekennzeichnet, daß während dem Vortreiben der Schildmaschine (14) und der Vor­ triebsrohre (15) ein Leerraum-Füllmaterial (30) unter Druck in den Leerraum (18), der um den Außenumfang der Vortriebs­ rohre (15) gebildet ist, durch eine Anzahl von Löchern, die an jedem Vortriebsrohr um dieses herum angeordnet sind, so eingespritzt wird, daß das Leerraum-Füllmaterial (30) gleichmäßig über den gesamten Umfang jedes der Vortriebs­ rohre (15) verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in vorbestimmten Intervallen zwischen nebeneinander liegenden Vortriebsroh­ ren (15) Teilrohre (19) angeordnet sind, wobei jedes Teil­ rohr (19) mit einer Anzahl von Einspritzlöchern (20) verse­ hen ist, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, und die Einspritzlöcher (20) aller Teilrohre (19) miteinander mit­ tels Verteilerrohren (21) verbunden sind, die über ein Hub­ magnetventil (29) an eine Versorgungsleitung (23) für das Leerraum-Füllmaterial angeschlossen sind, um das Leerraum- Füllmaterial (30) unter Druck durch die Einspritzlöcher (20) an einer gewünschten Position in den Leerraum (18) so einzuspritzen, daß das Füllmaterial gleichmäßig über den gesamten Umfang der Vortriebsrohre verteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in vorbestimmten Intervallen zwischen nebeneinander liegenden Vortriebsroh­ ren (15) Teilrohre (19) angeordnet sind, die jeweils mit einer Anzahl von Einspritzlöchern (20) versehen sind, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei in jedem der Teilrohre (19) ein Verteilerrohr (21) vorgesehen ist, durch welches die Einspritzlöcher (20) jedes der Teilrohre (19) miteinander verbunden sind, an das Verteilerrohr (21) ein Hubmagnetventil (29) angeschlossen ist und ein Drucksensor (31) vorgesehen ist, wobei die Verteilerrohre (21) in den Teilrohren (19) miteinander mittels einer Versorgungslei­ tung (23) für das Leerraum-Füllmaterial (30) über die Hub­ magnetventile (29) verbunden sind, wobei die Versor­ gungsleitung (23) an eine Versorgungseinrichtung (24) für das Leerraum-Füllmaterial angeschlossen ist, die auf der Erde installiert ist, und daß die Einspritzorte, der Ein­ spritzdruck und die Einspritzmenge des Leerraum-Füllmateri­ als (30) mittels eines Computers steuerbar sind.

4. Vorrichtung zum Vortreiben von Vortriebsrohren in den Boden über eine große Distanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Teilrohre (19) aufweist, die zwischen nebeneinander liegen­ den Vortriebsrohren (15) angeordnet sind, wobei jedes Teil­ rohr (19) mit einer Anzahl von Einspritzlöchern (20) verse­ hen ist, die in Umfangsrichtung mit vorbestimmten Abständen angeordnet sind, daß Verteilerrohre (21), durch die die Einspritzlöcher (20) in den jeweiligen Teilrohren (19) ge­ bildet sind, miteinander verbunden sind, an die Verteiler­ rohre (21) eine Versorgungsleitung (23) angeschlossen ist, die Leerraum-Füllmaterial (30) zuführt, wobei zwischen den Verteilerrohren (21) von der Versorgungsleitung (23) Hubma­ gnetventile (29) vorgesehen sind und in den jeweiligen Teil­ rohren (19) Drucksensoren (30) angeordnet sind.