DE19650330A1 - Verfahren und Vorrichtung im Tunnelbau - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung im TunnelbauInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung im
Tunnelbau gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Sie kommen dann zum Einsatz, wenn ein Tunnel in einen Berg
vorgetrieben werden soll, dessen Bodenparameter eine begrenzte
Standzeit erwarten lassen. Das Wort "Tunnel" ist dabei
allgemein zu verstehen. Es bezieht sich auf vorzutreibende
Röhren jedweder Art, beispielsweise mehr oder minder horizontal
verlaufende Straßentunnel oder Kanäle, aber auch Kavernen und
Hohlräume.
Um in der o.g. Situation Tunnel bauen zu können, muß verhindert
werden, daß ein eben erstellter Abschlag vor dem Einbringen
einer Sicherung versagt oder lose Gesteinsbrocken von der
Tunnelwandung in den Tunnel fallen. Hierzu bekannte Verfahren
sind die Spritzbetonbauweise und der maschinelle Tunnelvortrieb
mit und ohne Schildkonstruktion.
Bei der Spritzbetonbauweise erfolgt der Vortrieb mit Baggern
oder Teilschnittmaschinen. Verformungen der Tunnelröhre
unmittelbar nach dem Auffahren eines Abschlags werden
zugelassen, so daß Formänderungswiderstände in Form eines
Tragrings geweckt werden. Dieser Tragring umgibt den Hohlraum
und verhindert ein weiteres wandern des Gebirges in den
Hohlraum hinein. Die Verformung darf jedoch nicht so groß
werden, daß es zu einer Auflockerung durch eine
Überbeanspruchung kommt. Eine dünne Spritzbetonsicherung
begrenzt die Verformung, indem diese mit zunehmender Verformung
wie eine Feder der Verformung einen größer werdenden Widerstand
entgegensetzt. Der hauptsächliche Anwendungsbereich der
Spritzbetonbauweise ist das Festgestein. Dies kann gering
geklüftet aber auch stark geklüftet und entfestigt sein.
Kohäsiv und rolliges Lockergestein sind mögliche
Anwendungsbereiche.
Beim maschinellen Tunnelvortrieb mit Schildkonstruktion
arbeitet das Abbausystem mit mechanischen Werkzeugen. Dabei
können die Werkzeuge in Form einer Vollschnittmaschine mit
Schneidrad oder Schürfscheibe die gesamte Ausbruchsfläche
gleichzeitig bearbeiten. Bei der Anwendung als
Teilschnittmaschine wird die Ortsbrust in mehreren Angriffen
abgetragen. Die Schildkonstruktion ist eine mit der
Tunnelmaschine wandernde Sicherung unter deren Schutz die
Gebirgssicherung eingebaut wird. Tunnelmaschinen mit
Schildkonstruktion und Schneidrad werden im Lockergestein mit
standfester Ortsbrust angewendet, während die Maschinen mit
Schürfscheibe bei nicht standfester Ortsbrust zum Einsatz
kommen. Die Teilschnittmaschine wird bei standfester Ortsbrust
angewendet.
Der Abbau der Ortsbrust beim maschinellen Tunnelvortrieb ohne
Schildkonstruktion erfolgt wie beim maschinellen Tunnelvortrieb
mit Schildkonstruktion. Während des Einsatzes wird die Maschine
am umgebenden Gebirge verspannt. Die Sicherungsarbeiten
erfolgen vom Vortrieb getrennt zu einem späteren Zeitpunkt.
Einsatzbereich dieser Maschine ist das Festgestein.
Die Spritzbetonbauweise hat folgende Nachteile:
Nach dem Auffahren eines Abschlags befinden sich die Arbeiter
im ungesicherten Bereich und werden besonders gefährdet.
Wegen des großen Rückpralls und der Staubentwicklung beim
Einbringen des Spritzbetons werden die Arbeiter erheblichen
Gesundheitsbelastungen ausgesetzt.
Da der Spritzbeton wegen des Rückpralls beim Einbringen nicht
komplett genutzt wird, entstehen bei diesem Verfahren hohe
Materialkosten.
Eventuell erforderliche vorauseilende Sicherungen erzeugen
zusätzliche Kosten, da diese für die spätere Tragfähigkeit der
Spritzbetonschale nicht mit angesetzt werden können.
Für die Ausführung ist gut ausgebildetes Personal erforderlich,
das heute nur noch selten zur Verfügung steht.
Da der Vortrieb und die Spritzbetonsicherung nacheinander
stattfinden müssen, können die Abläufe nicht synchronisiert
werden. Daher ist die Baugeschwindigkeit niedrig.
Statische Nachweise für die Bauzustände sind schwer zu führen.
Bei kurzen Standzeiten wird der Querschnitt in mehreren
Teilausbrüchen aufgefahren. Dadurch nehmen die Setzungen zu.
Der maschinelle Tunnelvortrieb mit Schildkonstruktion hat
folgende Nachteile:
Da die Tunnelmaschine eine Einzelanfertigung für die jeweilige Tunnelgeometrie und Geologie ist, ist sie häufig nur für einen Auftrag einsetzbar und verursacht daher hohe Kosten. Wegen hoher Installationskosten ist die Schildmaschine für den Bau kurzer Tunnel nicht wirtschaftlich. Es können nur Kreisquerschnitte aufgefahren werden. Der minimale Tunnelquerschnitt bei gegebenem Dichtraumprofil ist nur in Ausnahmefällen kreisförmig, so daß Mehrkosten auf Grund des Mehrausbruchs auftreten. Veränderte Tunnelquerschnitte in Tunnellängsrichtung (z. B. für Parkbuchten im Straßenbau oder Bahnhöfe im U-Bahnbau) können mit der Maschine nicht aufgefahren werden.
Da die Tunnelmaschine eine Einzelanfertigung für die jeweilige Tunnelgeometrie und Geologie ist, ist sie häufig nur für einen Auftrag einsetzbar und verursacht daher hohe Kosten. Wegen hoher Installationskosten ist die Schildmaschine für den Bau kurzer Tunnel nicht wirtschaftlich. Es können nur Kreisquerschnitte aufgefahren werden. Der minimale Tunnelquerschnitt bei gegebenem Dichtraumprofil ist nur in Ausnahmefällen kreisförmig, so daß Mehrkosten auf Grund des Mehrausbruchs auftreten. Veränderte Tunnelquerschnitte in Tunnellängsrichtung (z. B. für Parkbuchten im Straßenbau oder Bahnhöfe im U-Bahnbau) können mit der Maschine nicht aufgefahren werden.
Zusätzlich zu den Nachteilen des maschinellen Tunnelvortriebs
mit Schildkonstruktion hat die Maschine ohne Schildkonstruktion
folgenden Nachteil:
Da die Sicherung erst zeitlich verzögert vom Vortrieb gelöst eingebracht wird, ist es schwer auf wechselnde Gebirgs verhältnisse zu reagieren. Müssen Sicherungsarbeiten im Maschinenbereich durchgeführt werden, wird der Vortrieb behindert. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Maschine verschüttet wird.
Da die Sicherung erst zeitlich verzögert vom Vortrieb gelöst eingebracht wird, ist es schwer auf wechselnde Gebirgs verhältnisse zu reagieren. Müssen Sicherungsarbeiten im Maschinenbereich durchgeführt werden, wird der Vortrieb behindert. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Maschine verschüttet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung im Tunnelbau anzugeben, die das schnellere,
kostengünstigere und sicherere Vortreiben eines Tunnels in den
Berg erlauben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungs
formen der Erfindung gerichtet.
Nachfolgend werden bezugnehmend auf die Zeichnungen
erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben, es zeigen
Fig. 1A, B eine grundlegende erste Ausführungsform der
Erfindung
Fig. 2A-C schematisch einzelne Schritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 3-5 teilweise schematisch besondere Ausführungsform des
Verfahrens
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung
Fig. 7 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.
In Fig. 1A ist schematisch und nicht maßstäblich der
vorzutreibende Tunnel 10 parallel zur Längsachse vertikal, in
Fig. 1B mehrfach senkrecht zur Längsachse geschnitten
dargestellt. Der Tunnel 10 wird im Gebirge 11, 12 vorgetrieben.
Mit 11 ist das den Tunnel umgebende Gebirge, mit 12 das
demnächst abzutragende Material bezeichnet. Bezugsziffer 13
bezeichnet eine künstliche Stützschicht aus einem tragfähigen
Material wie Beton. Mit 14 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
(Schlitzmaschine) bezeichnet, 15 ist ein von der
Schlitzmaschine 14 erstellter Schlitz, 16 die Ortsbrust, 17 die
Sicherung des Tunnels.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte
auf, sie sind in den Fig. 2A bis 2C schematisch gezeigt:
- (1) Beginnend an der Ortsbrust 16 wird im zu sichernden Bereich des zu grabenden Tunnels ein Schlitz 15 erstellt, der sich etwa in Umfangs- und Vorschubrichtung des Tunnels 10 erstreckt (Pfeile A und B in Fig. 2A) und dessen Dicke in etwa in Radialrichtung (Pfeil C) liegt. Der Schlitz 15 erstreckt sich in Umfangsrichtung zumindest über den zu sichernden Bereich und in Tunnelvorschubrichtung so weit, wie dies verschiedene Bau- und/oder Maschinenparameter zulassen. Der Schlitz liegt in dem Bereich, in dem die spätere Sicherung 17 zu liegen kommt oder weiter außen.
- (2) Der gegrabene Schlitz 17 wird mit einem tragfähigem Material, vorzugsweise schnell abbindendem Beton, verfüllt und wird so zu einer Stützschicht 13.
- (3) Danach wird die Ortsbrust 16 im Schutz der Stützschicht 13 abgebaut und gegebenenfalls eine weitere Sicherung 17 eingebaut.
- (4) Es schließt sich dann abermals die Abfolge der Schritte (1) bis (3) an.
Mit den Schritten (1) bis (4) ist das erfindungsgemäße
Verfahren im Tunnelbau beschrieben. Bei ihm wird somit ein
Schlitz 15 vorauseilend hergestellt. Dieser Schlitz wird mit
einem tragfähigen Material wie Beton verfüllt. Unter dem Schutz
der so entstehenden tragfähigen Stützschicht 13 wird der Tunnel
10 vorgetrieben. Richtet man die Aufmerksamkeit nur auf das
Verfahren zum Bauen der Stützschicht 13, wären nur die Schritte
(1) und (2) zu betrachten, wobei diese ggf. wiederholt
ausgeführt würden. Betrachtet man nur das Verfahren zur
Herstellung des Schlitzes 15, ist nur die ggf. wiederholte
Ausführung des Schrittes (1) relevant.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt besonders vorteilhaft bei
Tunnelbauten zum Einsatz, bei denen das Gestein, durch das
hindurch der Tunnel getrieben wird, so beschaffen ist, daß auf
der einen Seite eine ggf. geböschte Ortsbrust frei steht, auf
der anderen Seite die Festigkeit jedoch nicht so groß ist, daß
der Tunnel nur im Sprengvortrieb aufgefahren werden kann.
Das Verfahren ist bei veränderlichen Geometrien und Geologien
anwendbar. Die Arbeiter arbeiten im Schutz der vorauseilenden
Sicherung. Die Gesundheitsbelastung der Arbeiter gegenüber
herkömmlichen Verfahren wird reduziert. Das Verfahren
ermöglicht einen Vortrieb mit kleineren Verformungen und damit
geringeren Schäden an der Geländeoberfläche. Wenn die
Stützschicht so ausgebildet wurde, daß sie für die
Tragfähigkeit der Tunnelröhre anrechenbar ist, kann die
nachfolgend einzubauende innere Sicherung (17 in Fig. 1A)
schwächer ausgelegt werden oder ganz wegfallen, was zu einem
deutlichen Kostenvorteil führt. Im Laufe des Vortriebs können
verschiedene Tunnelquerschnittsformen und/oder -flächen
hergestellt werden. Es muß dann jeweils nur die die
Stützschicht herstellende Vorrichtung 14 entsprechend
angesteuert werden.
Nachfolgend werden Varianten und Weiterentwicklungen der obigen
Schritte (1) bis (4) beschrieben.
Die Dimensionierung und Positionierung des zu grabenden und zu
verfüllenden Schlitzes 15 - und damit auch der entstehenden
Stützschicht 13 - hängt von verschiedenen Parametern ab. In den
Fig. 1 und 2 sind Ausführungsformen gezeigt, in denen sich
der Schlitz 15 nur über einen Teil des Tunnelumfangs erstreckt.
Dies kann sinnvoll sein, wenn wegen örtlicher geologischer
Störungen nur Teile des Tunnels gesichert werden müssen. Der
Schlitz 15 wird dann so ausgeführt, daß die Stützschicht 13
nach dem Abbruch des darunterliegenden Gesteins ein tragfähiges
Auflager findet. Der Schlitz kann aber auch umlaufend
ausgeführt werden, dies ist schematisch in Fig. 3 gezeigt.
Diese Möglichkeit kann z. B. dann gewählt werden, wenn der
Tunnel in einem Gestein aufgefahren werden soll, welches bei
herkömmlichen Verfahren einer radial umlaufenden Sicherung
bedarf. Es entsteht dann eine geschlossene umlaufende
Stützschicht 13, nachfolgend Stützring genannt, der keine
singulären Auflager benötigt, sondern flächig aufliegt.
Der Schlitz 15 zur Aufnahme der Stützschicht 13 wird
vorauseilend gefertigt und folgt der geplanten Tunnelkontur. Er
kann, sofern es sich um einen geschlossenen, umlaufenden
Stützring handelt, einer Schraubenlinie folgen (Fig. 4A). Die
Ganghöhe der Schraubenlinie entspricht der Bearbeitungsbreite
der Schlitzmaschine. Die Schraubenlinie kann auf der
Tunnelkontur so geneigt sein, daß sie oben in
Tunnelvorschubrichtung weiter vorne liegt als unten (Fig. 4B).
Diese Neigung gegenüber der Senkrechten erfährt dann auch die
entstehende Ortsbrust, so daß sie weniger einsturzgefährdet
ist. Der Neigungswinkel wird in Abhängigkeit von
Gesteinsparametern gewählt.
Ein geschlossener Ring als Sonderfall der Schraubenlinie ist
ebenfalls möglich (Fig. 4C).
Das bei der Herstellung des Schlitzes losgegrabene Material
wird durch geeignete Einrichtungen zur Ortsbrust hin
transportiert. Hierzu wird, falls notwendig, ein Ausbruch zur
Ortsbrust erzeugt. Der Ausbruch kann mit der den Schlitz
herstellenden Maschine 14 mitlaufen und von ihr selbst oder
einem separaten Gerät hergestellt werden. Durch den Ausbruch
erfolgt der Material-, Energie- und Signaltransport.
Das erstmalige Einfahren der den Schlitz herstellenden Vorrich
tung 14 in das Gestein kann bei einer konventionell herge
stellten Ortsbrust 16 beispielsweise einfach von der Ladefläche
eines Transportgeräts, z. B. eines Lkws, her erfolgen, sofern
nur dafür gesorgt wird, daß die Maschine dort ein Widerlager
findet. Sie arbeitet sich von dort in das Gestein hinein,
arbeitet sich dann auf den Tunnelumfang zu und nimmt dort ihre
reguläre Arbeit auf.
Das Verfüllen des Schlitzes 15 mit Beton erfolgt vorzugsweise
unmittelbar nachdem der Schlitz gegraben wurde. Dabei kann
Beton entweder von der Ortsbrust her oder von der Rückseite der
den Schlitz herstellenden Maschine in den freien Schlitz
gefördert werden. Es kann schnellhärtender Beton verwendet
werden, er bindet binnen Sekunden ab.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß oben zwar
von Beton die Rede ist, daß aber auch andere Materialien
verwendet werden können, sofern sie in ihren wesentlichen
Parametern (z. B. anfangs formbar, dann druckresistent) denen
von Beton ähneln.
Soll die hergestellte Stützschicht für die Tragfähigkeit des
späteren Tunnels angesetzt werden, muß die Stützschicht an der
Stelle der Tunnelkontur erstellt werden. Andere vorauseilende
Sicherungen des herkömmlichen Tunnelbaus, wie Vorpfänddielen
oder Spieße, die nicht zur Tragfähigkeit des späteren Tunnels
beitragen, können entfallen.
Der in den Schlitz eingebrachte Beton bindet innerhalb weniger
Sekunden ab und wird zusätzlich durch eine mitlaufende Schalung
gehalten, so daß er nicht durch den Ausbruch in den Tunnel
fließt.
Bei umlaufenden Stützringen 13 kann der Tunnel 10 dann
kontinuierlich vorgetrieben werden, beispielsweise in der Art,
daß die Ortsbrust 16 jeweils in ihrem vor der den Schlitz
herstellenden Maschine 14 gelegenen Sektor abgebaut wird.
Die Ortsbrust kann mit herkömmlichen Tunnelbaggern oder mit
einer Teilschnittmaschine abgebaut werden. Der Abbau läuft mit
dem Herstellen der Stützschicht bzw. des Stützrings synchron,
jedoch zeitlich so versetzt, daß der Abbau der Ortsbrust im
Schutz des Stützkörpers abläuft. Hierbei kann es notwendig
werden, den Abbau der Ortsbrust in mehrere Teile zu zerteilen
und das Abbaugerät räumlich zu versetzen. Eventuell
erforderliche Überschnitte für die Versorgungseinrichtung der
Schlitzmaschine können mit dem Abbau der Ortsbrust vorgenommen
werden.
Der Abbau der Ortsbrust kann in Tunnelvortriebsrichtung bis
kurz vor oder genau an die Vorderkante der hergestellten
Stützschicht erfolgen (Fig. 5A). Er kann aber auch, etwa
gesteinsabhängig, noch etwas weiter getrieben werden (Fig. 5B),
jedoch nicht weiter als 40% der Arbeitsbreite der den Schlitz
herstellenden Vorrichtung 14. Dann ist es nicht notwendig, die
den Schlitz herstellende Maschine 14 über einen Ausbruch zu
versorgen. Vielmehr ist ihr ortsbrustseitiges Ende dann
sichtbar und mehr oder minder frei zugänglich.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur
Durchführung einzelner der obengenannten Verfahrensschritte
verwendet werden kann. Sie kann als ein einziges Gerät oder als
mehrere, mehr oder minder unabhängig voneinander arbeitende
Geräte ausgebildet sein. Bezugnehmend auf Fig. 6 wird eine
erste Ausführungsform beschrieben.
Die Vorrichtung weist verschiedene Komponenten auf: An ihrer
Stirnseite befindet sich das materialabtragende Werkzeug 61,
dahinter findet sich eine Einrichtung 62, mit der das
abgetragene Material aus dem Schlitz gefördert wird. Außerdem
weist sie eine Fortbewegungseinrichtung 68, 71 auf, ggf. eine
Betoniereinrichtung 64 und eine Steuerungseinheit 65.
Das materialabtragende Werkzeug 61 ist vorzugsweise steuerbar
beweglich mit der Maschine 14 verbunden, so daß es in allen zur
Erzeugung des Schlitzes 15 notwendigen Richtungen geschwenkt
bzw. verfahren werden kann. Ggf. kann die Vorrichtung eine
Dichteinrichtung 66 aufweisen, die den Bereich der
Schlitzerzeugung vom Bereich der Fortbewegungseinrichtung und
der Schlitzverfüllung trennt.
Die Vorschubkraft für das Werkzeug 61 wird über die
Anlenkeinrichtung 67 am Werkzeug übertragen. Die Reaktionskraft
muß von der Einheit, die auch die Fortbewegung der Maschine
ermöglicht, übernommen werden. Eine bevorzugte Ausführung ist
die Aufnahme der Reaktionskraft und das Fortbewegen der
Maschine als ganzes mittels eines Armes 72 (Fig. 7), der von
einer vor der Ortsbrust stehenden Trägergerät 73 ausgeht und
bewegt wird. Über diesen Arm 72 können auch die Versorgungs
leitungen von und zu der Maschine im Schlitz geführt werden.
Eine Anlenkung der Werkzeugeinheit 14 am Arm 72 ermöglicht eine
Bewegung in allen Raumrichtungen, unabhängig von der Bewegung
des Trägergeräts 73.
Die Vorrichtung kann, integriert oder separat vorgesehen, eine
Betoniereinrichtung zum Verfüllen des gegrabenen Schlitzes 13
mit Beton aufweisen. Nachfolgend wird die integrierte
Ausführungsform beschrieben. Die Betoniereinrichtung 64 besteht
unter anderem aus einer Betonierbohle 69, die die Vorrichtung
vom bereits mit Beton verfüllten Schlitz trennt. Um einen
Verbund zwischen dem Beton und dem später abzutragenden Gestein
zu verhindern, sowie um einen Abbau der Ortsbrust bis in den
Bereich unter der gerade im Aufbau befindlichen Stützschicht zu
ermöglichen, kann auf der späteren Innenseite des Stützringes
eine Schalung 70 nachgeschleppt werden. Dies ist in Fig. 6
schematisch dargestellt.
Die Betoniereinrichtung kann auch eine separat vorgesehene,
konventionelle Einrichtung sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der materialabtragenden
Werkzeuge 61 ist eine Fräseinrichtung. Sie kann aus mehreren
Einheiten bestehen. Die Einheiten, die zu den Flanken der
Maschine weisen, fräsen sowohl stirnseitig, als auch am Umfang.
Die zum bereits gefertigten Stützring hinweisende Fräse sichert
durch das Profilieren desselben einen guten Verbund zwischen
dem frischen Betons und dem abgebundenen. Der in Tunnel
vortriebsrichtung weisende Fräskopf ist in dieser Richtung
verschiebbar. Dadurch ist eine Verbreiterung des Schlitzes
möglich. Durch Variieren der Schlitzbreite im Verlauf einer
Umrundung sind Kurvenfahrten oder Steigungen bzw. Gefälle des
Tunnels möglich. Mindestens ein weiterer Fräser, der nur am
Umfang fräst ist ebenfalls in Tunnellängsrichtung verschiebbar
und gewährleistet gemeinsam mit den beiden anderen den
Materialabtrag über die gesamte erforderliche Schlitzbreite.
Weitere denkbare Ausführungen sind an Ketten geführte,
umlaufende Schneidwerkzeuge, Schnecken oder Scheiben. Das
materialabtragende Werkzeug 61 wird über einen geeigneten
(nicht dargestellten) Antrieb, beispielsweise einen Hydraulik-
Elektromotor, der in unmittelbarer Nähe des Werkzeuges liegt,
angetrieben.
Das materialabtragende Werkzeug erzeugt über seine Breite
hinweg eine durchgehende Bearbeitungsfront. Im Einsatz
erstreckt sich die Werkzeugbreite in der Regel in etwa parallel
zur Tunnelvortriebsrichtung. Führung und Aufhängung des
Werkzeuges überragen diese Bearbeitungsfront an keiner Seite.
Die Versorgungsleitungen 67 werden deshalb zwar in seitlich
gelegenen Bereichen, aber doch von der Unterseite her (im
Einsatz dem Tunnelinneren zugewandt) angeflanscht.
Die Materialabführung kann mit oder ohne Transportmedium
erfolgen. Bevorzugte Transportmedien sind Luft und Wasser.
Mögliche mechanische Fördereinrichtungen sind z. B. Bürsten oder
Schnecken.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die
Gegenkraft vom Maschinenkörper 14 selbst erzeugt, der sich über
geeignete Vorrichtungen 68 im umgebenden Boden abstützt. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet dann mechanisch
entkoppelt von Geräten vor der Ortsbrust. Lediglich die Zu- und
Ableitungen sind noch notwendig. Die Abstützung kann über
Hydraulikpressen oder Streben (Anker) erfolgen. Durch die
Verwendung mehrerer Glieder zur Abstützung kann der Vortrieb
der Maschine vom Vorschub am Werkzeug entkoppelt werden.
Dadurch ist ein kontinuierlicher Abbau möglich. Vom verspannten
Grundkörper der Vorrichtung aus wird das Werkzeug 61 nach vorne
geschoben. Dieser Vorschub kann über hydraulische, pneumatische
oder motorbetriebene Einrichtungen erfolgen.
Die Maschine ist in mehrere Segmente geteilt. Diese Segmente
dürfen bei einer Höhe der Maschine von ca. 200 mm in einem 250
mm dicken Schlitz in einem Tunnel mit ca. 6000 mm Durchmesser
bis zu etwa 1000 mm lang sein. Die Bearbeitungsbreite der
Maschine beträgt ca. 1 m-2 m.
Das Vorschubsegment besteht aus mindestens zwei Gliedern, die
untereinander mit Hubeinrichtungen 71 verbunden sind. Durch
abwechselndes Verspannen und Lösen der einzelnen Glieder wird
die Maschine wurmartig nach vorne bewegt.
Die Hubeinrichtungen 71 können zum Beispiel vier Hydraulik
zylinder sein. Durch unterschiedlich langes Ausfahren der
einzelnen Zylinder, können die Glieder des Vorschubsegments
gegeneinander gekippt werden. Dadurch ist eine Fortbewegung in
jede Raumrichtung, insbesondere entlang des Tunnelumfangs,
möglich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform mit eigenem Vortrieb ist
synchron zur Erzeugung des Schlitzes die Herstellung eines
zusätzlichen Schachtes denkbar. Der Schacht verläuft parallel
zur Schraubenlinie des Schlitzes und ist zur Tunnelachse hin
versetzt. In diesem Schacht können die Versorgungsleitungen
geführt werden. Das ermöglicht bis zu einem gewissen Grad das
Entkoppeln der Herstellung der vorauseilenden Sicherung vom
Abbau der Ortsbrust.
Als Trägergerät 73 kann ein schweres Raupenbaggergrundgerät
verwendet werden. Wenn das Gerät wegen des großen Gewichts
nicht auf dem jungen Sohlbeton stehen kann, wird die Sohle nach
dem Erstellen des Schlitzes immer wieder mit Ausbruchmaterial
verfüllt.
Das Gerät kann so modifiziert werden, daß sowohl das
Abbauwerkzeug als auch, abhängig vom Verfahren, der Kabelbaum
oder der Arm 72 für die Schlitzmaschine 14 angebaut werden
können.
Damit das Trägergerät an einer beliebigen Stelle vor der
Ortsbrust 16 stehen kann und die Schlitzmaschine 14 und der
Abbau der Ortsbrust geometrisch unabhängig voneinander
ausgeführt werden können, muß das Abbauwerkzeug (75) alternativ
auf beiden Seiten des Arms (42) zur Schlitzmaschine
angeschlossen werden können.
Auf dem Trägergerät 73 kann eine Spritzbetoneinrichtung
vorgesehen werden, mit deren Hilfe im Falle eines
Wassereinbruchs oder eines Versagens der Ortsbrust eine
schnelle Sicherung aufgebracht werden kann.
Die Fortbewegung der Schlitzmaschine 14 erfolgt, wenn sie
unabhängig von einem Trägergerät arbeitet, entweder
ferngesteuert oder vollautomatisch. Die Fernsteuerung kann
beispielsweise durch einen Arbeiter erfolgen, der vor der
Ortsbrust stehend den Arbeitsfortgang beobachtet und
dementsprechend über eine leitungsgebundene oder drahtlose
Fernsteuerung die Schlitzmaschine 14 weiterbewegt. Bei
vollautomatischer Fortbewegung muß ein geeignetes
Navigationssystem vorgesehen sein, anhand dessen sich die
Schlitzmaschine 14 im Raum orientieren kann. Als technische
Hilfsmittel für die Meß- und Steuertechnik kommen unter anderem
Kreiselgeräte, Lasergeräte, optische Bauelemente zur Verwendung
von Laserlicht oder auch Inklinometer in Frage.
Claims (11)
1. Verfahren für den Tunnelbau, bei dem ein Tunnel ausgehend
von der Ortsbrust in Vortriebsrichtung geführt und eine
Stützschicht eingebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
ausgehend von der Ortsbrust vorauseilend die Stützschicht
hergestellt und danach in deren Schutz der Tunnel
vorgetrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Stützschicht hergestellt wird, indem zunächst am Ort
der zukünftigen Stützschicht ein Schlitz hergestellt und
dieser dann mit einem tragfähigen Material, insbesondere
Beton, verfüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine vollständig um den Tunnelumfang herum laufende
Stützschicht hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Herstellung der Stützschicht einer Schraubenlinie
gefolgt wird, die eine Ganghöhe in etwa gleich der
Bearbeitungsbreite der den Schlitz herstellenden
Vorrichtung hat.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Umlauf der Stützschicht der oben liegende Teil
in Tunnelvortriebsrichtung weiter vorne liegt als der
unten liegende Teil.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Herstellen der Stützschicht und der Tunnelvortrieb
zumindest zeitweise gleichzeitig erfolgen.
7. Vorrichtung für den Tunnelbau,
gekennzeichnet durch
ein vorneliegendes, materialabtragendes Werkzeug (61), das über eine bestimmte Breite und eine bestimmte Höhe und mit Hilfe seiner Anlenkung (67, 68, 71) in allen Richtungen Material abtragen kann,
eine Fortbewegungseinrichtung (63, 67, 68, 71, 72, 73), mit der die Vorrichtung vorwärtsbewegt und gelenkt werden kann, und
eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die die Tätigkeit des materialabtragenden Werkzeugs und der Fortbewegungsein richtung steuert bzw. regelt.
ein vorneliegendes, materialabtragendes Werkzeug (61), das über eine bestimmte Breite und eine bestimmte Höhe und mit Hilfe seiner Anlenkung (67, 68, 71) in allen Richtungen Material abtragen kann,
eine Fortbewegungseinrichtung (63, 67, 68, 71, 72, 73), mit der die Vorrichtung vorwärtsbewegt und gelenkt werden kann, und
eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die die Tätigkeit des materialabtragenden Werkzeugs und der Fortbewegungsein richtung steuert bzw. regelt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch
eine Betoniereinrichtung, mit der der vom
materialabtragenden Werkzeug (61) geschaffene Freiraum mit
Beton verfüllt werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Breite kleiner als 0,5 m, vorzugsweise kleiner als 0,3 m
ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Fortbewegungseinrichtung (63, 67, 68, 71) hinter dem
materialabtragenden Werkzeug (61) angeordnet ist und eine
Einrichtung (68) umfaßt, mit der die Vorrichtung im
umgebenden Boden verspannt werden kann.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Fortbewegungseinrichtung (63, 67, 72, 73) ein
Trägergerät (73) und einen an diesem angelenkten Arm (72)
umfaßt, wobei das materialabtragende Werkzeug (61) am Arm
(72) angelenkt ist.
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