DE2407584A1

DE2407584A1 - Verfahren zum vortreiben von tunnels

Info

Publication number: DE2407584A1
Application number: DE19742407584
Authority: DE
Inventors: Javier Dr Arsuaga
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Priority date: 1973-04-27
Filing date: 1974-02-16
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2227396A1; ES414134A1; US3916630A; GB1457178A; FR2227396B1

Description

28. 3. 1973
Gw 2430
D-P Li/Pa

Pat ent anmeldung

der Eirma

Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4628 Altlünen

Verfahren zum Vortreiben von Tunnels

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Vortreiben von Tunnels, insbesondere solchen mit kalottenartigem Querschnitt unter Verwendung des Messervortriebes;,.

Bei bekannten Verfahren der vorgenannten Gattung hat man bisher mit Hilfe des Messervortriebes das Erdreich im Bereich des Kalottenbogens durch Vortreiben der einzelnen Messer gelöst und im Zuge der Hereingewinnung des darunter anstehenden Materials den Kalottenbogen - zum Beispiel durch Betonieren - fertiggestellt. Dabei ist es auch bekannt, zunächst die beiden seitlichen Strecken zu erstellen, so daß sich der Beton des Kalottenbogens auf den ausbetonierten seitlichen Strecken abstützen kann.

In jedem Falle sind zusätzliche Ausbau- und Abstützarbeiten nötig, bevor der Kalottenbogen selbst betoniert werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn die Ortsbrust aus einem nicht oder nur wenig

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standfestem Material besteht und zum Hereinbrechen neigt. Die Schwierigkeiten erhöhen sich mit zunehmendem Tunnelquerschnitt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens zu finden, bei dem die vorstehend genannten Mängel nicht auftreten. Bei dem Verfahren nach der Erfindung soll auf große, den ganzen Tunnelquerschnitt offenhaltende AbstutζVorrichtungen - die bis zum Einbringen des Betons für den Kalottenbogen erforderlich sind - verzichtet werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch, daß über die gesamte oder abschnittsweise Tunnellänge im Messervortriebsverfahren oder einem anderen Verfahren zunächst zwei parallel zueinander verlaufende, die Endpunkte des Kalottenbogens bildende Strecken erstellt werden, daß nach abschnittsweisem Betonieren dieser Strecken das Material im Bereich des Kalottenbogens abgebaut und der Kalottenbogen fertiggestellt (ζ. B. betoniert) wird und daß anschließend der unter dem Kalottenbogen befindliche Erdkern bis zur Tunnelsohle abgebaut und die Tunnelsohle erstellt wird. Der außerordentliche Vorteil dieses Verfahrens gegenüber den in der Praxis üblichen Verfahren liegt darin, daß die große Masse des Materials, d. h. der stehengebliebene Erdkern gefahrlos unter dem Schutz des bereits betonierten Kalottenbogens abgebaut werden kann. Hierbei kann man sich vollautomatischer Maschinen großer Kapazität bedienen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich das Verfahren im einzelnen dadurch, daß zunächst zwei parallel zueinander verlaufende, die Endpunkte des Kalottenbogens bildende Strecken im Vorbau erstellt werden und nach Erstellen der Strecken das Material im Bereich des Kalottenbogens im Rückbau abgebaut und der Kalottenbogen fertiggestellt wird und daß anschließend

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der unter dem Kalottenbogen befindliche Erdkern im Vorbau bis zur Tunnel sohle abgebaut und die Tunnelsohle erstellt wird. Auf diese Weise ist ein kontinuierliches abschnittweises Arbeiten möglich, denn während der Kalottenbogen im Rückbau erstellt und der Erdkern im Vorbau abgebaut und die Tunnelsohle erstellt wird, können die Strecken des nächsten Streckenabschnittes vorauseilend bereits erstellt werden und es kann mit dem Rückbau des vorauseilenden Kaiottenbogens bereits begonnen werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet, sich nun dadurch, daß das Material im Bereich der Strecken und / oder des Kaiottenbogens mittels eines Messerschildes abgebaut wird.

Das Stützgestell des Messerschildes ist quer zur Vortriebsrichtung gelenkig ausgebildet, wobei die Bewegung um die Gelenke durch hydraulische Schubkolbengetriebe erfolgt. Diese können erfindungsgemäß mit Meßeinrichtungen versehen sein, die die Spannung im Untergurt oder im Obergurt der Stützgestelle anzeigen, so daß mit Hilfe geeigneter Mittel eine entsprechende Steuerung der Stützgestelle zum Hangenden oder zum Liegenden vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß wird nun das Material im Hangendbereich des Kaiottenbogens mit Hilfe eines Messerschildes, im sohlnahen Bereich ganz oder teilweise mit Hilfe einer schälend oder schneidend arbeitenden, etwa über die Länge des Kalottenbogens verfahrbaren Gewinnungs- und./ oder Fördereinrichtung abgebaut. Dabei wird die obere Begrenzung der Stützgestelle des Messerschildes im Bereich des Kalottenbogens ausschließlich durch vortreibbare Messer, die untere Begrenzung wenigstens teilweise durch vortreibbare Gleitkufen gebildet, die auf ihrer Oberseite die Gewinnungs- und / oder Fördereinrichtung für das abgebaute Material tragen. Diese Gewinnungs- und / oder Fördereinrichtung besteht erfindungsgemäß aus einem Kettenkratzförderer oder einer Förderrutsche und einem hobel- oder räumerartigen Gewinnungsgerät. Dieses Gewinnungs- oder Räumgerät gewinnt nur

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das Material im Liegendbereich des Kalottenbogens herein, während die Messer des Messerschildes das Material im Hangendbereich lösen. Gleichzeitig fördert aber das Gewinnungs- oder Räumgerät das Material in eine oder beide Strecken ab. Bei Kalottenschilden mit einem entsprechendem Bogenverlauf ist es zweckmäßig, im Liegendbereich lediglich einen Räumer vorzusehen, der das Erdreich über eine dem Bogenverlauf entsprechende Rutsche wechselweise beim Hin- und Hergang in die eine und die andere Strecke schiebt. Von hier kann das Erdreich gefördert werden. Es ist also lediglich eine rutschenartige Gleitbahn für das Erdreich erforderlich; auf einen Kettenkratzförderer kann verzichtet werden.

Die einander benachbarten Gleitkufen weisen einen größeren Abstand voneinander auf als die benachbarten Messer des Messerschildes. Dies ist möglich, weil die Gleitkufen selbst das Material nicht lösen sollen, sondern in erster Linie als Träger für die Gewinnungs- oder Räumeinrichtung dienen.

Zur Erzielung der Schwenkbewegung zweier benachbarter Stützgestelle des Messerschildes gegeneinander sind die die Schwenkbewegung bewirkenden Schubkolbengetriebe in den benachbarten Stützgestellen besonders gelagert. Vorzugsweise greift ein freies Ende des Schubkolbengetriebes (Zylinder oder Kolbenstange) wenigstens an einem der Stützgestelle so an, daß das Stützgestell gegenüber dem Schubkolbengetriebe eine Drehbewegung ausführen kann. Hierfür ist die Kolbenstange beispielsweise mit einem keilförmigen Kopf vergehen, der in eine keilförmige Nut des benachbarten Stützgestelles eingreift oder mit einem konvexen Kopf versehen, der in eine konkave Ausnehmung des benachbarten Stützgestelles eingreift. Es ist auch denkbar, bei einer zug- und druckfesten Verbindung den Kopf der Kolbenstange oder des Zylinders im wesentlichen kugelförmig zu gestalten, wobei dieser kugelförmig gestaltete Kopf in eine kugelpfannenartige Ausnehmung des Stützgestelles eingreift.

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Da die Vorrichtung zur Durcb.fub.rung des erfindungsgemäßen Verfahrens sich unter anderem dadurch kennzeichnet, daß das Material im Hangendbereich des Kalottenbogens mit Hilfe eines Messerschildes und im sohlnahen Bereich ganz oder teilweise mit Hilfe einer schälend oder schneidend arbeitenden, etwa über die Länge des Kalottenbogens verfahrbaren Gewinnungs- und / oder Fördereinrichtung abgebaut wird, treten während des Vortriebs im Hangendbereich des Kalottenbogens andere Kräfte auf als im sohlnahen Bereich des Kalottenbogens. Nicht nur beim Vortrieb der einzelnen Messer, sondern insbesondere auch beim Nachholen des Rahmens für den Messervortrieb müssen die ruhenden Messer in ihrer Gesamtheit durch die Anlage am umgebenden Erdreich so viel Reibung aufbringen, daß sie das Widerlager für den jeweils vorzutreibenden Teil (Messer bzw. Rahmen) bilden können. Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer im sohlnahen Bereich arbeitenden, hin- und hergehenden Gewinnungsmaschine entfällt hier der Reibungswiderstand der Messer.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind deshalb die Messer und / oder die Gleitkufen mit gegen das umgebende Erdreich ausfahrbaren Stützplatten oder dergleichen versehen. Dabei kann die Stützplatte im einzelnen über einen Zahntrieb, ein Schubkolbengetriebe oder" dergleichen derart gegen die Vortriebsrichtung geneigt in das umgebende Erdreich einpreßbar sein, daß sie beim Nachholen des Stützrahmens ein Widerlager bildet, d. h. wie ein Widerhaken wirkt.

Wenn man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Stützplatten im Bereich der die Ortsbrust hereingewinnenden, schräg verlaufenden Schneiden der Messer anordnet, so daß sie im wesentlichen parallel zur schrägen Schneidenfläche verlaufend in das Erdreich einpreßbar sind, so kann man gleichzeitig mit dieser Anordnung beim Nachholen der einzelnen Messer oder des Rahmens ein Widerlager bilden, andererseits die Vortriebsrich-

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tung des gesamten Messerschildes beeinflussen. Die Möglichkeit der Beeinflussung der "Vortriebsrichtung ist ebenfalls vorteilhaft, weil durch die unterschiedlichen Reaktionskräfte aus der Ortsbrust im Bereich des Hangenden und im sohlnahen Bereich eine wirksame Steuerung gegeben sein muß.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Tunnel mit kalottenartigem Querschnitt.

I"ig. 2 in vergrößertem Maßstab Stützgestelle im Bereich des Kalottenbogens.

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie AB nach Fig. 1 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab.

Fig. 4- eine Aufsicht nach Fig. 3.

Fig. 5 das Detail B nach Fig. 2 in natürlichem Maßstab in einer abweichenden Ausführungsform.

Fig. 6 das Detail B nach Fig. 2 in einer weiteren abweichen den Ausführungsform.

Fig. 7 eine abweichende Ausführungsform einer Gelenkverbindung. _>

Fig. 8 Einzelheiten an Messer und Gleitkufen, und 9

Der aus der Figur 1 ersichtliche Tunnelquerschnitt wird dadurch erstellt, daß zunächst die beiden Strecken 2 und 2' aufgefahren und betoniert werden. Auf diesen Strecken stützen sich mehrere, aus der Figur 2 ersichtliche Stützgestelle 6, 7 und 8 ab, die im Bereich des Kalottenbogens 1 angeordnet sind und im wesentlichen den Querschnitt des Kalottenbogens ausfüllen. Die Stützgestelle ruhen dabei auf dem Erdkern 3· Sie bilden zusammen einen Messerschild 5. Dieser Messerschild 5 gewinnt das Material im Hangend-

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bereich. 9 des Kalottenbogens mit Hilfe der Messer 13 herein. Im sohlnahen Bereich 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 1, 3 und 4-) eine schälend arbeitende Gewinnungseinrichtung 11 und eine als Kettenkratzförderer ausgebildete Fördereinrichtung 12 vorgesehen. Diese Gewinnungs- und Fördereinrichtung ruht auf Gleitkufen 14. Die Gewinnungseinrichtung kann hobelartig ausgebildet sein, sie kann aber auch - wie dies in Fig. 4- dargestellt ist - mit seitlich weit ausladenden Räumflächen 15 versehen sein.

Da die im sohlnahen Bereich 10 vorgesehenen Gleitkufen 14· im wesentlichen nicht die Aufgabe haben, das Erdreich zu lösen, sondern in erster Linie die Gewinnungs- und Fördereinrichtung tragen sollen, sind sie - wie aus Fig. 1 ersichtlich - in einem größeren Abstand voneinander als die im Hangendbereich 9 angeordneten Messer 13 vorgesehen.

Venn das Erdreich mit Hilfe der vorbeschriebenen Vorrichtung im Bereich des Kalottenbogens hereingewonnen wird, wird der Kalottenbogen ausbetoniert, wobei sich der Beton auf den Strecken 2 und 2' abstützt.

Im nächsten Arbeitsgang wird>der Erdkern 3 "bis zur Tunnelsohle 4 (siehe Fig. 1) abgebaut und die Tunnelsohle 4- ausbetoniert.

Zwischen den einander zugewandten Seiten 16 und 17 der Stützgestelle 6, 7 und 8 - die in der Fig. 2 nur über die halbe Länge des Kalottenbogens dargestellt sind - ist eine scharnierartige Verbindung vorgesehen. Diese Verbindung besteht in dem gezeigten Beispiel aus einer am Liegenden 19 vorgesehenen Scharnierverbindung 20, die in Fig. 7 näher dargestellt ist. Diese Scharnierverbindung besteht aus zwei Rohren 22 und 22' die über einen Abstandshalter 24- abstandsunveränderlich miteinander verbunden sind und jeweils _von einer Klaue 23 bzw. 23' der benachbarten Stützgestelle umgriffen werden. Die Klauen sind also

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inn diese Rohrführungen schwenkbar. Dabei dienen die Rohrführungen 22 und 23' gleichzeitig der Führung der Stützgestelle in Abbauri chtung.

Am Hangenden 18 ist ein Schubkolbengetriebe 21 vorgesehen, das mit seinem Kolbenstangenkopf 25, 25' - wie in den Fig. 2, 5 und 6 dargestellt - in entsprechende Ausnehmungen 26 und 26' des benachbarten Führungsgestelles eingreift. In den Fig. 2 und 6 ist eine gelenkige, jedoch lediglich druckfeste Verbindung, in der .Figur 5 eine gelenkige, druck- und zugfeste Verbindung der behachbarten Führungsgestelle dargestellt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Vorrichtungen an den Messern 13 bzw. Gleitkufen zur Erhöhung des Reibungswiderstandes bzw. zu? Steuerung des Messervortriebs. In der Fig. 8 ist das in Vortriebsrichtung (Pfeil 30) vortreibbare Messer mit einer ausfahrbaren Stützplatte 27 versehen, die über einen Zahntrieb in das umgebende Erdreich einpreßbar ist. An einem Messer 13 können in Hinterexnanderanordnung mehrere solcher schuppenartig gelagerten Stützplatten 27 vorgesehen sein.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist die Stützplatte 27' im Bereich der Schneide 28 des Messers 13 angeordnet und ebenfalls - allerdings im wesentlichen parallel zur schrägen Schneidenfläche verlaufend - in das umgebende Erdreich eintreibbar. Derartige Stützplatten 27' können als auswechselbare Verschleißteile ausgebildet sein und sowohl einer größeren Reibung der Messer für das Nachholen z. B. des Stützrahmens als auch der Steuerung der gesamten Anlage dienen.

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Claims

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Ansprüche

Verfahren zum Vortreiben von Tunnels, insbesondere solchen mit kalottenartigem Querschnitt, unter Verwendung des Messervortriebs, dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte oder abschnittweise Tunnellänge im Messervortriebsverfahren oder einem anderen Verfahren zunächst zwei parallel zueinander verlaufende, die Endpunkte des Kaiottenbogens (1) bildende Strecken (2, 2') erstellt werden, daß nach abschnittweisem Betonieren dieser Strecken das Material im Bereich des Kalottenbogens abgebaut und der Kaiottenbogen fertiggestellt (z. B. betoniert) wird und daß anschließend der unter dem Kalottenbogen befindliche Erdkern (3) bis zur Tunnelsohle (4-) abgebaut und die Tunnelsohle erstellt wird.
2. Verfahren zum Vortreiben von Tunnels nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß zunächst zwei parallel zueinander verlaufende, die Endpunkte des Kalottenbogens (1) bildende Strecken (2, 2') im Vorbau erstellt werden und nach Erstellen der Strecken das Material im Bereich des Kalottenbogens im Rückbau abgebaut und der Kalottenbogen fertiggestellt wird und anschließend der unter dem Kalottenbogen befindliche Erdkern (3) im Vorbau bis zur Tunnelsohle (4-) abgebaut und die Tunnelsohle erstellt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material im Bereich der Strecken (2, 2¹) und / oder des Kalottenbogens (1) mittels eines Messerschildes (5) abgebaut wird.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten, im Bereich des Kalottenbogens (1) an den einander zugewandten Seiten (16, 17) am Hangenden (18) oder am Liegenden (19) scharnierartig ("bei 20) gelenkig miteinander verbundenen Stützgestelle (6, 7, 8) zur Messung der Spannungen im Unter- und / oder Obergurt der Stützgesteire entsprechend am Liegenden (19) oder- am Hangenden (18) ein hydraulisches Schubkolbengetriebe (21)oder dergleichen vorgesehen ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material im Hangendbereich (9) des Kalottenbogens (1) mit Hilfe eines Messerschildes (5) und im sohlnahen Bereich (10) ganz oder teilweise mit Hilfe einer schälend oder schneidend arbeitenden, etwa über die Länge des Kalottenbogens (1) verfahrbaren Gewinnungs- und / oder !Fördereinrichtung (11, 12) abgebaut wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzung der Stützgestelle (6, 7, 8) des Messerschildes (5) im Bereich des Kalottenbogens ausschließlich durch vortreibbare Messer (13), die untere Begrenzung wenigstens teilweise durch vortreibbare Gleitkufen (14) gebildet wird, die auf ihrer Oberseite eine Gewinnungsund / oder Fördereinrichtung (11, 12) für das abgebaute Material tragen.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden An-

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spräche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Gleitkufen (14) getragene Gewinnungs- und / oder Fördereinrichtung (11, 12) aus einem Kettenkratzförderer oder einer Förderrutsche und einem hobel- oder räumerartigen (bei 15) Gewinnungsgerät besteht.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten Gleitkufen (14) einen größeren Abstand voneinander als die benachbarten Messer (13) des Messerschildes (5) aufweisen.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer (13) und / oder Gleitkufen (14) mit gegen das umgebende Erdreich ausfahrbaren Stützplatten (27) oder dergleichen versehen sind.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder^mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatten (27) über einen Zahntrieb (29) ein Schubkolbengetriebe oder dergleichen derart schräg rückwärts gegen die Vortriebsrichtung (Pfeil 30) geneigt in das umgebende Erdreich einpreßbar sind, daß sie beim Nachholen des Stützrahmens ein Widerlager bilden.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatten (27') im Bereich der die Ortsbrust hereingewinnenden, schräg verlaufenden Schneide (28) der Messer (13) angeordnet und im wesentlichen parallel zur Schrägen Schneidenflache verlaufend in das Erdreich einpreßbar sind.

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