DE2227083C3 - Schild für den mechanischen Tunnelvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schild für den mechanischen Tunnelvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Schild ist beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 4 24 849 bekannt und weist eine Trennwand mit einer bodenseiligen öffnung auf, an die sich zum Schildinneren bzw. zum Tunnel hin ein Trog anschließt. Der im Tunnel herrschende Luftdruck beaufschlagt die Stützflüssigkeit im Trog und somit vor der Ortsbrust. Durch Veränderung des Luftdrucks im Tunnel kann der in der Stützflüssigkeit von der Ortsbrust herrschende Druck geregelt werden. Das abgebaute Erdreich sammelt sich in dem Trog und wird aus diesem abtransportiert.

Ferner kennt man beispielsweise aus der britischen Patentschrift 10 74 613 einen Vortriebsschild, der eine die Ortsbrust abschließende Trennwand aufweist- Der Raum zwischen der Ortsbrust und der Trennwand ist teilweise mit einer Stützflüssigkeit gefüllt und wird außerdem in seiner oberen Hälfte mit Druckluft beaufschlagt, ohne daß der Tunnel selbst unter erhöhten Druck gesetzt werden muß. Der Abtransport des gelösten Erdreichs erfolgt in erster Linie durch Abpumpen zusammen mit der Stützflüssigkeit

In der DE-PS 93 519 und gleichermaßen in der Veröffentlichung »Grundzüge des Unterwassertunnelbaues« von A. Haag, erschienen im Verlag von Julius Springer, 1916, ist ein Vortriebsschild für stark Grundwasser führende Böden beschrieben, der eine Doppelkammer aufweist, die durch eine Tauchwand und eine Abschlußwand gebildet wird, in der sich eine Personen- und Materialschleuse befindet Der vordere, im Bereich des abzubauenden Bodens befindliche Kammerteil der Doppelkammer ist vollständig mit Grundwasser gefüllt Der tunnelseitige Kammerteil der Doppelkammer soll teilweise mit Wasser gefüllt sein, über dem sich ein Luftpolster befindet. Ein Teleskoprohr ist zur Ableitung überflüssiger Luft aus dem Luftpolster der Doppelkammer vorgesehen und reicht je nach Niveau des Flüssigkeitsspiegels in dem tunnelseitigen Kammerteil der Doppelkammer bis in das Grundwasser. Der in dem Luftpolster herrschende Druck stellt sich dabei automatisch auf den Grundwasserdruck ein.

Zur Abstützung des Erdreichs im Bereich der Tunnelbrust dient eine Böschung. Sie bildet sich in natürlicher Weise auf Grund der Materialeigenschaften des abzubauenden Erdreichs und hat entsprechend ein mehr oder weniger starkes Gefälle. Die Form des Schildes und seiner Schneide sind an die Neigung der Böschung angepaßt.

Schließlich ist es aus der US-PS 32 60 054 bzw. der entsprechenden DE-OS 14 09 904 bekannt, eine Ortsbrust nur mit Hilfe von Stützflüssigkeit zu halten und den Druck in der Stützflüssigkeit unmittelbar durch die zur Ortsbrust gepumpte bzw. abgeförderte Stützflüssigkeitsmenge zu regeln. Eine exakte Druckregelung ist aber wegen der Inkompressibilität der Stützflüssigkeit außerordentlich schwierig und daher mit einem großen, steuerungstechnischen Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schild der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen an der Ortsbrust befindliche Stützflüssigkeit über ein Luftpolster in der Weise geregelt werden soll, daß der hierzu erforderliche technische Aufwand möglichst gering ist und gleichzeitig ein Höchstmaß an Betriebssicherheit sowohl hinsichtlich einer einwandfreien Funktion als auch bezüglich der im Schild bzw. im Tunnel arbeitenden Mannschaft erzielt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1.

Die Doppelkammer besitzt im Schild eine zweite Trennwand, durch die sie gegenüber dem tunnelseitigen Ende des Schildes hermetisch abgeschlossen ist. In dieser Trennwand befinden sich im Vergleich zu der entsprechenden Trennwand des vorbekannten Schildes Anschlüsse für die Zuleitung der Stützflüssigkeit und die Ableitung des Stützflüssigkeit-Boden-Gemisches, und ferner ist der Anschluß für die Druckluftleitung derart angeordnet, daß er immer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt. Der Druck in dem Luftpolster im tunnelseitigen Kammerteil der Doppelkammer ist jederzeit frei regelbar, was entsprechend für die Steuerung des Druckes in der Stützflüssigkeit

gilt, da deren Druck sich in Abhängigkeit von dem Luftdruck über der Stützflüssigkeit einstellt Veränderungen an der Ortsbrust, die eine rasche und gezielte Veränderung des Druckes in der Stützflüssigkeit notwendig machen, lassen sich in regelungstechnisch vorteilhafter Weise sowie in Sekundenschnelle und ohne Auswirkungen auf die Verhältnisse ^:rn Schildende und im Tunnel durchführen, womit eine hohe Betriebssicherheit und Betriebsbereitschaft erzielt werden. Auch eine sich über die gesamte Höhe der Ortsbrust erstreckende Stützflüssigkeitsäule kann somit vollkommen unabhängig von dem im Tunnel herrschenden Druck geregelt werden und sowohl mit einem höheren als auch einem niedrigeren Druck gefahren werden, als er im Tunnel herrscht

Der Abtransport des abgebauten Erdreichs erfolgt einerseits zusammen mit der Stützflüssigkeit und andererseits durch eine Materialschleuse, die in der tunnelseitigen Trennwand eingebaut ist

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schild,

F i g. 2 eine Schnittansicht der F i g. 1,

F i g. 3 eine Schnittansicht wie in F i g. 1 von einem weiteren Ausführungsbeispiel und

F i g. 4 eine Ansicht des Schneidrades gemäß F ig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Schild mit einem Schildmantel 1 und einem Schneidrad 2, das über eine Welle 3 durch einen Antrieb 4 in Drehung versetzt wird. Das Schneidrad 2 arbeitet im vorderen Teil einer Doppelkammer 5, die durch eine im Schild angeordnete Trennwand 6 dicht gegen den rückwärtigen Tunnelraum abgeschlossen ist und in ihrem oberen Bereich eine öffnung 7 besitzt. Eine Trennwand 8 mit einer in ihrem unteren Bereich angeordneten Öffnung 9 unterteilt die Doppelkammer in eine der Ortsbrust zugekehrte Abbaukammer 10, in der das Schneidrad arbeitet, und eine dem Tunnel zugekehrte Druckluftkammer 12. Die Abbaukammer 10 ist im Betrieb vollständig mit Stützflüssigkeit gefüllt, deren freier Spiegel 11 in der Druckluftkammer 12 unter dem Rand der Öffnung 7 in der Trennwand 6 steht. Ober dem Flüssigkeitsspiegel 11 befindet sich ein Luftpolster, mit dessen Hilfe der Druck in der Stützflüssigkeit der Abbaukammer 10 regelbar ist.

In der tunnelseitigen Trennwand 6 befinden sich Anschlüsse 13 und 14 für die Zu- und Ableitung der Stützflüssigkeit. Die feinen Bodenteile werden mit der Stützflüssigkeit hydraulisch abgefördert, wobei die vorhandene Flüssigkeitsmenge durch Zupumpen von frischer Stützflüssigkeit konstant gehalten wird. Die Zugabe der Stützflüssigkeit in der jeweils erforderlichen Menge kann mittels einer schwimmergesteuerten Pumpe erfolgen. Dieser Vorgang ist unabhängig von der Regelung des Flüssigkeitsdruckes mit Hilfe des über dem Flüssigkeitsspiegel 11 stehenden Luftpolsters.

Der vom rotierenden Schneidrad 2 gelöste Boden fällt in der Flüssigkeitsfüllung der Abbaukammer 10 nach unten und wird von Abweisern 15, die von der Felge des Schneidrades 2 schräg nach rückwärts gerichtet sind, durch die öffnung 9 in den hinteren Teil der Doppelkammer 5 geschoben. Soweit er sich von

dort nicht hydraulisch wegbefördern läßt, wird der abgebaute Boden von einem Becher 16 aufweisenden Schöpfrad 17 in den Luftraum über dem Flüssigkeitsspiegel 11 gehoben und dort in ein Fördergerät 18, beispielsweise eine Schüttelrutsche, entleert und durch

■5 die Öffnung 7 in der Trennwand 6 zu einer Materialschleuse 19 transportiert Von der Materialschleuse 19 gelangt der abgebaute Boden auf ein Transportband 20 zur Weiterbeförderung in den Tunnel. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich an die Öffnung 7 ein Vorraum als Teil der Druckluftkammer 12 an und ist durch eine Wand 31 dicht gegenüber dem Tunnel verschlossen.

Die Speisung und Regelung der Druckluft in der Druckluftkammer 12 erfolg! über eine Druckluftleitung

²S 21. Mit der Regelung des Luftdruckes in der Druckluftkammer 12 ist eine Regelung und Steuerung des Druckes in der Stützflüssigkeit verbunden. Dies geschieht infolge der Trennwand 6 unabhängig von dem im Tunnel herrschenden Druck. Eine Personenschleuse 22 gestattet den Zugang zur Druckluftkammer 12.

Das in den F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Schild gemäß den F i g. 1 und 2 vor allem dadurch, daß anstelle der fest angeordneten vorderen Trennwand 8 eine mit dem Schneidrad 2 rotierende Wandscheibe 23 vorgesehen ist. Sie irägt eine Felge 24, die vom Schneidrad 2 bis zur festen Trennwand 6 reicht

Die Speichen 26 des Schneidrades 2 sind so ausgebildet daß eine den Feststofftransport unterstützende Flüssigkeitsbewegung bei seiner Rotation erzeugt wird. Dies wird dadurch erreicht daß die Speichen 26 im Querschnitt winkelförmig und in der Ansicht pumpenflügelartig sind, so daß das Bodenmaterial gehoben wird, bis es über einen Kegel 27 auf der

Antriebsweile 3 durch eine öffnung 28 in der Wandscheibe 23 hindurch in den hinteren Teil der Doppelkammer 5 fällt. Schöpfbecher 29 an der Felge 24 heben das Material sodann in den Luftraum über dem Flüssigkeitsspiegel 11. von wo es wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel auf ein durch die Trennwand 6 führendes Fördergerät 18 übergeben wird und sodann durch die Schleuse 19 auf das Transportband 20 gelangt.
Die mit dem Schneidrad 2 rotierende Wandscheibe 23 weist schließlich noch verschließbare Öffnungen 30 auf, durch die die Ortsbrust beobachtet und zugänglich gemacht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schild für den mechanischen Tunnelvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust, wobei die Stützflüssigkeit nach dem Prinzip kommunizierender Röhren in einer Doppelkammer mit Druckluft beaufschlagt ist und der Vortrieb mittels Pressen und eines über den gesamten Querschnitt arbeitenden Schneidrades erfolgt sowie ferner Fördermittel für den Abtransport des gelösten Haufwerks vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung in nicht standfesten, feinkörnigen Böden sich die tunnelseitige Trennwand (6) der Doppelkammer (5) in an sich bekannter Weise als luft- und wasserdichte Abschlußscheibe über den gesamten Schildquerschnitt erstreckt und eine öffnung (7) zu einer Materialschleuse (19) und einer Personenschleuse (22) aufweist und daß in der Trennwand (6) Anschlüsse (i3, 14) für die Zuleitung der Stützflüssigkeit und die Ableitung des Stützflüssigkeit-Boden-Gemisches vorgesehen sind und die Druckluftkammer (12) einen Anschluß für die Druckluftleitung (21) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (11) aufweist.

2. Schild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (2, 15) vorgesehen sind, die das mechanisch gelöste Bodenmaterial innerhalb der Doppelkammer (5) aus der vorderen Abbaukammer (10) in die hintere Druckluftkammer (12) transportieren und daß in der Druckluftkammer (12) eine Fördervorrichtung (16, 17) angeordnet ist, die mindestens das grobe Material über den Flüssigkeitsspiegel (11) hebt und in die Materialschleusen (19) transportiert.

3. Schild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Trennwand (8) aus einer mit dem Schneidrad (2) rotierenden Wandscheibe (23) besteht, die in der oberen Schildhälfte gegen den Schildmantel (1) abgedichtet ist und eine oder mehrere öffnungen (28) besitzt.

4. Schild nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Wandscheibe (23) mit verschließbaren Öffnungen (30) versehen ist.

5. Schild nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (26) des Schneidrades (2) pumpenflügelartig ausgebildet sind.