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Verfahren und Einrichtung zu Vortrieb von Tunneln, Stol-
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len u.dgl. unter gleichzeitigem Einbringen einer Betonauskleidung
Die Erfindung betrifft ein Messervortriebsverfahren mit gleichzeitigem Einbringen
einer Betonauskleidung durch Einpressen von Beton in einen Schalungsraum, dessen
alt dem Messerschild gekoppelten Schalungselemente dem Vortriebs- und Betonierfortschritt
entsprechend mitgeführt werden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Binrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens, bestehend aus ein. Messerschild alt an
einer Stützrahmen abgestützten, einzeln oder gruppenweise vorpreßbaren Vortriebsmessern,
die alt eine Schalung ftir das Einbringen der Betonauskleidung bildenden Nachlaufmessern
versehen sind.
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FUr den Vortrieb von Tunneln, Stollen oder sonstigen Strecken im standfesten
Gebirge, in nicht-standfesten oder nur bedingt standfesten Böden werden Messerschilde
eingesetzt, denen im Falle einer Ortsbetonauskleidung Schalungselemente nachgeführt
werden, die es ermöglichen, die Betonierarbeit unmittelbar hinter dem Messerschlid
zugleich mit der Vortriebsarbeit durchzuführen. Aus DT-OS 25 22 029 ist es bekannt,
die Vortriebmesser mit langen Messerschwänzen, sogenannten nachlaufmessern, zu versehen,
die gemeinsam eine Außenschlung bilden. Als Innenschalung wird ein Schalungswagen
od.dgl. verwendet, der über hydraulische Zylinder mit dem Stützrahmen des Messerschildes
gekoppelt ist, so daß er unter Benutzung des Stützrahmens als Widerlager entprechend
dem Betonierfortschritt vorgeholt werden kann. Um den Schalungsraum zwischen Außen-und
Innenschalung stirnseitig zu verschließen, wird noch eine Stirnschalung benötigt,
die über gesonderte Zylinder mit dem Stützrahmen vorziehbar verbunden ist.
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Bei dieser Einrichtung können die Vortriebsarbeit und die Betonierarbeit
weitgehend unabhängig voneinander durchgeführt werden. Nachteilig ist hier aber
der verhältnismäßig hohe Beaufwand für die aus Außen-, Innen-und Stirnschalung bestehende
Schalungsvorrichtung sowie vor allem der Umstand, daß beim Vorziehen der die Außenschalung
bildenden Nachlaufmesser Umfangsspalte zwischen der Ausbruchswandung und der eingebrachten
Betonauskleidung freigelenkt werden, die zu unerwünschtem Erdsetzungen führen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren für den
Messerchildvortrieb von Tunneln, Stollen oder sonstigen Strecken unter Einbringen
einer Be-
tonauskleidung zu schaffen, mit welchem sich Setzungen
des Erdreiches bzw. des Gebirges weitgehend vermeiden lassen und mit welchem sich,
falls erwünscht, die Betonauskleidung unmittelbar hinter dem Messerschild zugleich
mit dem Vorpressen der Vortriebsmesser einbringen läßt, so daß die hinter den Vortriebsmessern
freigelegte Ausbruchswandung innerhalb kürzester Zeit gesichert wird. Ferner bezweckt
die Erfindung eine in dieser Hinsicht vorteilhafte Vortriebseinrichtung.
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Nach da erfindungsgemäßen V Verfahren wird die Beton auskleidung bei
Verzicht auf eine Außenschaltung aus, in Umfangsrichtung gesehen, nacheinander hergestellten
Betonierabschnitten aufgebaut, wobei zur Herstellung der Betonierabschnitte die
eine mehrteilige Innenschalung bildenden Schalungselemente in Aufenianderfolge einzeln
oder gruppenweise in Vortriebsrichtung vorgeholt werden. Dabei werden zweckmäßig
die die Innenschalung bildenden Schalungselemente zusammen mit den Vortriebsmessern
vorgehelt, wobei zugleich mit dem Vorhelen der Schalungselemente in den sich hierbei
bildenden Schalungsraum Beton eingedrückt wird.
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Bei dieser Vertfahrensweise wird auf eine besondere, von Maschlaufmessern
des Messerschildes gebildete Außenschalung verzichtet. Es ist daher rotlioh, die
Beton auskleidung unmittelbar an das umgebende Gebirge bzw.
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Erdreich auszuschließen. Da keine die Außenschalung bildenden Machlaufmesser
vorgesehen sind, die beim Vorpressen der Vortriebsmesser nachgezogen werden, können
sich zwischen der eingebrachten Betonauskleidung und der Ausbruchswandung auch keine
Umfangsspalte bilden, die zu Erdsetzungen führen. Zugleich wird es mit dem erfinungsgemäßen
Verfahren möglich, die Betonaus-
kleidung im Zuge der Vortreibssarbeit
unmittelbar hinter dem Messerschild einzubringen und damit auch den Ausbruchsraum
hinter dem Messerschild innerhalb kürzester Zeit zu sichern. Dies gilt insbesondere
dann, wenn der Beton entsprechend dem Masservorschub in den sich hierbei öffnenden
Schalungsraum unter Druck eingepreßt wird, so daß der Schalungsraum stets mit unter
Druck stehendem Beton ausgefüllt ist. Um möglichst rasch einen tragfähigen Betonausbau
zu erzielen, empfiehlt es sich, einen schnell bindenden Beton zu verwenden.
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Der Beton kann durch die Vortriebsmesser hindurch in den Schalungsraum
eingebracht werden. Ebenso ist es möglich, Armierungselemente durch die Vortriebsmesser
hindurch in den Schalungsraum einzuführen. Es besteht bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren ferner die Möglichkeit, vorbestimmten Abständen umlaufende Dichtungen
zwischen die aufeinanderfolgenden Betonaschnitte einzubringen. Zu diesem Zweck wird
in vorbestimmten Abständen die Kopplung der die Innenschalung bildenden Schalungselemente
mit dem Messerchild aufgehoben, zuvor oder nachfolgend die fertiggestellte Betonauskleidung
für das Einbringen der ringförmigen Dichtung durch Vorpressen der Vortriebsmesser
stirnseitig freigelegt und nach da Einbringen der Dichtung die Kopplung der Schalungselemente
mit dem Messerschild wieder hergestellt.
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich mit
Vorteil ein Messerschild mit an einem Stützrahmen abgestützen, eizeln oder gruppenweise
vorpreßbaren Vortriebsmessern einsetzen, die mit eine Schalung für das Einbringen
einer Betonauskleidung bildenden Nachlaufmessern versehen sind. Erfindungsgemäß
sind die Nachlaufmesser gegenüber der Ausbruchwandung zur Schildachse versetzt angeordnet,
wobei sie eine
nehrteilige Innenschalung für die Durchführung der
Betonierarbeiten bilden. Die Innenschalung besteht demgemäß aus einzelnen Schalungselementen,
die Jeweils nach Art von Nachlaufmessern an den Vortriebsmessern angeschlossen sind,
so daß sie von diesen nachgezogen werden.
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Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Betonauskleidung unter Verzicht
auf eine Außenschalung unmittelbar hinter dem Messerschild und im Zuge der Vortriebsarbeit
kontinuierlich in einzelnen segmentförmigen Betonierabschnitten herzustellen, wobei
für das Vorziehen der die Innenschalung bildenden Nachlaufmesser keine gesonderten
Vorziehzylinder odOdgl. benötigt werden.
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Es empfiehlt sich, die hinteren Enden der Vortriebsmesser so auszubilden,
daß sie gemeinsam die Stirnschalung bilden. Erfindungsgemäß weisen dabei die Vortriebsmesser
in ihrem vorderen und/oder hinteren Bereich kastenförmige Hohlprofile gleicher oder
unterschiedlicher Profilhöhe auf. Wenn die Profilhöhe im hinteren Bereich der Vortriebsmesser
relativ niedrig ist, ergibt sich ein durch die Nachlaufmesser innenseitig begrenzter
Schalungsraum, in den der Beton eingebracht wird. Die Dicke dieser Betonschicht
ist dabei relativ gering, so daß bei einer derartigen Anwendung des erfindungagamäßen
Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
zunächst eine Versiegelung des umgebenden Erdreichs erfolgt, wobei in eine nachgeschalteten
Arbeitsgang die endgültige Tunnelauskleidung in beliebiger Weise erfolgen kann.
Die Länge dieser Hohlprofilteile ist zweckmäßig mindestens gleich oder größer als
der Hub der den Vortriebsmessern zugeordneten hydraulischen Pressen.
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An den Hohlprofilteilen können die Nachlaufmesser, vorzugsweise gelenkig,
angeschlossen werden. Zugleich ergibt sich erfindungsgemäß die Möglichkeit, die
Anschlüsse der Nachlaufmesser an den Vortriebamessern bzw. an den genannten Hohlprofilteilen
so auszubilden, daß sie
in ihrem Abstand zu der Ausbruchswandung
einstellbar sind.
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Dies ermöglicht es, die Dicke der Betonauskleidung einzustellen und
z.B. bei einem Verlaufen der Vortriebsmesser eine Lagekorrektur der Nachlaufmesser
durchzuführen, so daß die von den Nachlaufmessern gebildete Innenschalung stets
zu der Tunnelachse ausgerichtet ist. Diese Ausgleichsbewegungen können z.B. mit
Hilfe der die Innenschalung abstützenden Stützen erreicht werden.
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Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den einzelnen Ansprüchen
aufgeführt und werden im folgenden im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig.
1 eine erfindungsgemäße Einrichtung im Längsschnitt; Fig 2 einen Querschnitt nach
Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 schematisch eine Teil-Draufsicht auf mehrere in Umfangsrichtung
nebeneinanderliegende Vortriebsmesser und deren Nachlaufmesser; Fig. 4 eine perspektivische
Teilansicht eines einzelnen Vortriebs- und Nachlaufmessers; Fig. 5 bis 8 Jeweils
in einem Teil-Längssehnitt das hintere Ende eines einzelnen Vortriebsmessers und
das vordere Ende eines hieran angeschlossenen Nachlaufmessers zur Erläuterung der
Arbeitevorgänge beim Einbringen einer Stirndichtung in die Betonauskleidung.
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Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, weist der Messerschild eine Vielzahl
an Vortriebsmessern 10 auf, die gemeinsam einen zylindrischen Schildiantel bilden
und die sich Jeweils an einem gemeinsamen Stützrahmen 11 verschiebbar abstützen,
der aus zwei Stützrahmenteilen 12 und 13 besteht, die ihrerseits über (nicht dargestellte)
Längs-und Diagonalverbindungen zu einem Rahmengestell ver-
bunden
sein können. Die beiden Stützrahmen 12 und 13 können als Spreizrahmen ausgebildet
sein, die z.B. mittels hydraulischer Spreizzylinder 14 in radialer Dichtung spreizbar
sind. Ebenso können die Vortriebsmesser 10 an den Stätzrahmen zwangsgeführt sein,
wie dies an sich bekannt ist.
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Zwischen den einzelnen Vortriebsmessern 10 und dem Stützrahmen 11
bzw. dessen hinteren Rahmenteil 13 sind doppelwirkende hydraulische Pressen 15 gelenkig
eingeschaltet. Mit Hilfe der Pressen können daher die Vortriebsmesser 10 einzeln
oder gruppenweise in Vortriebsrichtung V, d.h. gegen die Ortsbrust 16 vorgepreßt
werden, wobei die an den verderen Enden der Vortriebsmesser 10 angeordneten Schneiden
17 in das Erdreich eindringen können. Beim Vorschub eines Vortriebsmessers oder
einer Messergruppe stützen sich die betreffenden Pressen 15 an dem Stützrahmen 11
ab, der seinerseits durch den Reibschluß mit den übrigen Vortriebsmessern, die ihrerseits
reibungsschlüssig am umgebenden Erdreich anliegen, festegelegt ist, so daß er das
Widerlager für die Pressen bilden kann. Sobald sämtliche Vortriebsmesser 10 um den
Zylinderhub vorgepreßt sind, kann der Stützrahmen 11 durch entgegengesetzte Druckbeaufschlagung
der Pressen 15 in einem schritt nachgehelt werden.
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Hierbei bilden die reibungschlüssig an dem umgebenden Erdreich anliegenden
Vortriebsmesser 10 das Widerlager für die einschiebenden Pressen 13.
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Die Vortriebsmesser 10 weisen jeweils im hinteren Bereich kastenförmige
Hohlprofilteile 18 auf, deren Profilhöhe größer ist als diejenige der Messer 10
auf den übrigen Längenbereich und deren Länge größer ist als der Hub der Pressen
15. Fig. 1 zeigt, daß die kasten-
förmigen Hohlprofilteile 18 nach
innen über die Innenflächen 19 der Vortriebsmesser 10 verspringen. Die Profilhöhe
der Hohlprofilteile 18 ist etwas größer als die Dicke der hinter dem Messerschild
einzubringenden Betonauskleidung 20.
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An den Hohlprofilteilen 18 der Vortriebsmesser 10 sind Nachlaufmesser
21 über Gelenke 22 angeschlossen. Die Gelenkanschlüsse 22 liegen in einem radialen
Abstand von der Ausbruchswandung 23, der etwa gleich der zu Dicke der einzubringenden
Betonauskleidung 20 ist. Die an den Vortriebsmessern 10 angehängten Nachlaufmesser
21 bilden gemeinsam eine zylindrische Innenschalung für das Einbringen der Betonauskleidung.
Zur ÄbstUtzung der Nachlaufmesser 21 sind Stützen 24 vorgesehen, die aus ringförmigen
Spreizrahmen bestehen, welche z.B. mittels Spreizzylinder 25 radial spreizbar sind.
Die Gelenkanschlüsse 22 der Nachlaufmesser 21 sind in radialer Richtung gegenüber
ihren Vertriebsmessern 10 versetzbar, was z.B. durch eine Bolzen-Langlechverbindung
26 erreicht werden kann. Durch sehr oder weniger starkes Spreizen der Stützen 24
können daher die Nachlaufmesser 21 genau mir Sollrichtung des Tunnels od.dgl. ausgerichtet
werden. Entsprechend ist eine Ausrichtung der von den Nachlaufmessern 21 gebildeten
Innenschalung möglich. Zugleich erlaubt die radiale Verstellbarkeit der Gelenkanschlüsse
22 eine Einstellung der Dicke der Betonauskleidung 20.
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Die rückwärtigen Stirnflächen 27 der Hohlprofilteile 18 der Vertriebsmesser
10 bilden gemeinsam eine ringförmige Stirnschalung, welche den Schalungsraum oberhalb
der Gelenkanschlüsse 22 der Nachlaufmesser 21 verschließt.
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Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, weisen die Flächen 27
segmentförmige
Versprünge 28 auf, deren Funktion weiter unten noch einer erläutert wird. Der Beton
wird über die Hohlprofilteile 18 in den Schalungsraum eingebracht. Die Zufuhrung
des Betons erfolgt über Leitungen 29, welche an dem die Stirnschalung bildenden
Flächen 27 münden, wie in Fig. 4 bei 30 dargestellt ist. Duroh die Hohlprofilteile
18 können außerdem Armierungselemente 31 in den Schalungsraum eingeführt werden.
Zu diesen Zweck sind an den Stirnflächen 27 entsprechende Rinführungsöffnungen 32
vorgesehen.
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Gemäß Fig. 1 ist die Betonauskleidung 20 bis zu der Stirnschalung
27 fertiggestelt. Wird jetzt ein einzelnes Vertriebsmesser 10 mit Hilfe seines Preßzylinders
15 in Vortriebsrichtung V V vorgepreßt, so wird sein Nachlaufmesser 21 mitgenommen,
wobei sich auf dem Unfang der Betonauskleidung 20 ein entsprechender Schalungsraum
öffnet, dessen Länge gleich dem Zylinderhub und dessen Umfangsabmessung gleich der
Breite des Vortriebsmessers 10 bzw. seines Hohlprofilteils 18 ist. Wie vor allen
Fig. 2 zeigt. weisen die die Innenschalung bilden den Nachlaufmesser 21 an ihren
Längsrädern einander überlappende Randteile 33 auf, so daß eine geschlossene Innenschalung
gebildet wird. Anstelle der sich überlappenden Randteile können aber auch besondere
Dichtelemente an den Nachlaufmessern angeordnet werden. Während der Vorpressens
des Vortriebsmessers 10 wird über die Leitung 29 Beton in den sich öffnenden Schalungsraum
eigepreßt, vorzugsweise derart, daß der sich öffnende Schalungsraum sofort mit Beton
ausgefüllt wird, wobei der Druck innerhalb des Schalungsraumes auf die Stirnfläche
27 wirkt und damit das Vorpressen des Messers unterstützt. Durch aufeinanderfolgendes
Vorpressen der einzelnen Messer 10 kann somit die ringförmige Beton-
auskleidung,
in Umfangsrichtung gesehen, in aufeinanderfolgenden Betonierabschnitten erstellt
werde, wobei zugleich ait d Einpressen des Betons die Armierungselemente 31 eingebracht
werden.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren llßt sich in gleicher Weise
durchführen, wenn gleichzeitig mehrere Vortriebsmesser vorgepreßt werden. Eine in
dieser Hinsicht iweokluige Ausgestaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei ist
der von den Nachlaufmessern 21 und den Stirnflächen 27 der Vortriebsmesser 10 gebildete
ringförmige Schalungsraum, in Umfangsrichtung gesehen, in vier Schalungssegmente
Ä, B, C und D unterteilt, wobei jedes Schalungssegment von mehreren nebeneinanderliegenden
Nachlaufmessern 21 und deren zugeordneten Stirnflächen 27 gebildet wird. Jedem Schalungssegment
ist eine gesondere Betonzuführungsleitung 29 mit einem Absperrventil 34 zugeordnet.
Die Leitungen 29 sind an eine gemeinsame Pumpenleitung 35 für die Betonzuführung
angeschlossen. Über die Zuführungsleitungen 29 kann demgemäß der Beton wahlweise
in eines der vier Schalungsegmente eingeführt werden, wobei das entprechende Absperrventil
34 geöffnet ist. Die geöffnete Zuführungsleitung 29 mündet an der Stirnfläche 27
eines der das Schalungssegment bildenden Vortriebsmesser. Die Vortriebsmesser 10
eines jeden Schalungssegmentes können einzeln oder gruppenweise vorgepreßt werden,
wobei der sich öffnende Schalungsraum, wie beschrieben, mit Beton verfüllt wird.
Es versteht sich, daß die Schalungsräume der zu einem Schalungssegment zusammengefaßten
Vortriebsmesser untereinander verbunden sind, so daß der über das eine Vortriebsmesser
zugeführte Beton in den sich beim Vorpressen des anderen Vortriebsmessers öffnenden
Schalungsraum fließen kann.
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In Fig. 2 sind nur die Vortriebsmesser für das Sohlungssegment A angedeutet,
wlbrrnd sie für die übrigen Schalungssegmente, die noch jeweils über einen Bogenumfang
von 90° erstrecken, nicht gesondert dargestellt sind. Fig. 3 zeigt in Draufsicht
die vier Vortriebsmesser 10 eines Schalungssegmentes, wobei zwei dieser Vortriebsmesser
bereits vorgepreßt sind. Infolgedessen liegen die Stirnflächen 27 dieser Vortriebsmesser
um den Preßzylinderhub in Pfeilrichtung V vor den Stlrar flächen 27 des anderen
Vortriebsmesser desselben Schalungssegmentes. Die Zuführung des Beton in die Sohlungsräume
derjenigen Vortriebsmesser, die dem mit der Zuführungsleitung 29 versehenen Messer
benachbart sind, kann z.B. dadurch erfolgen, daß zwischen diesen Messern zu den
einzelnen Schalungsräumen führende Leitungsverbindungen bestehen. Andererseits kann
aber auch die gemeinsame Zuführungsleitung 29 wahlweise mit dem einen oder anderen
Messer der das gemeinsame Schalungssegment bildenden Messergruppe verbunden werden.
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Es besteht die Möglichkeit, zwischen in Längsrichtung aufeinanderfolgende
Betonierabschnitte Dichtungen 36 einzubringen, wie dies in den Fig. 1, 7 und 8 dargestellt
ist. Zu diesem Zweck werden sämliche Vortriebslesser 10 auf gleiche Stellung gezogen,
so daß ihre die Stirnschalung bildenden Flächen 27 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Aus den Fig. 1 und 5 ist zu erkennen, daß die Vorsprünge 28 am Stirnende des Betonierabschnittes
eine umlaufende Nut 37 ausformen, in welche die Ringdichtung 36 eingelegt wird.
Dies erfolgt gemäß Fig. 6 dzduroh, daß der Gelenkanschluß 22 zwischen Vortriebsmesser
und Nachlaufmesser gelöst und das Vortriebsmesser gegenüber da Nachlaufmesser, wie
in Fig. 7 gezeigt, so weit vorgefahren wird, daß ein ausreichend
großer
Freiraum 38 für das Einbringen der Dichtung 36 vorhanden ist. Der hierbei entstehende
Freiraum kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beispielsweise bei sehr
gebrächen Bodenverhältnissen durch eine kurze, das rückwärtige Ende des Vortriebsmessers
bildende und am Erdreich anliegende Schwanzplatte nach außen hin abgedeckt werden.
Diese Schwanzplatte kann entweder unverschieblich mit dem rückwärtigen Ende des
Vortriebsmessers verbunden oder relativ zum Vortriebsmesser in Pfeilrichtung S verschiebbar
sein. Nach dem Einbringen der Dichtung 36 kann das Vortriebsmesser wieder in Pf
eilrichtung S zurückgefahren werden, um den Gelenkanschluß 22 wieder herzustellen.
Bei der späteren Betonierarbeit wird dann die in der Ringnut 37 liegende Dichtung
36 in dem nachfolgenden Betonierabschnitt eingebettet, wie in Fig0 1, rechts dargestellt
ist.
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Gemäß Fig. 8 kann auch zwischen das Nachlaufmesser 21 und sein Vortriebsmesser
10 ein Gelenk-Zwischenstück 39 eingesetzt werden, welches über den GelenkanschluB
22 mit dem Vortriebsmesser und über ein lösbares Gelenk 40 mit dem Nachlaufmesser
21 verbunden ist. Um den Freiraum für das Einlegen der Dichtung 36 zu schaffen,
werden die Vortriebsmesser 10 und die mit ihnen über die Zwischenstücke 39 verbundenen
Nachlaufmesser 21 8o weit vorgefahren, daß der Freiraum 38 für das Einbringen der
Dichtung 36 gebildet wird. Anschließend werden die Gelenke 40 gelöst, so daß die
Dichtung 36 von innen her in die umlaufende Nut 37 eingelegt werden kann. Dann werden
die Gelenkverbindungen 40 wieder hergestellt, worauf die Vortriebs- und Betonierarbeit,
wie vorstehend beschrieben, fortgesetzt wird.
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Es ist erkennbar, daß bei dem vorstehend beschriebenen
Betonierverfahren
ohne Außenschalung gearbeitet wird.
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Es empfiehlt eich, einen schnell härtenden Beton einzusetzen. Dabei
kann der Beton auch als Trockenbeton über die Leitungen 29 zugeführt und das Anmachwasser
zusanen mit einem Schnellbinder erst im Mündungsbereich der Zuführungsöffnung zugesetzt
werden. Es kann ferner zweckmäßig sein, den eingebrachten Beton durch Rütteln zu
verdichten, wobei entsprechende Rüttelvorrichtungen an den einzelnen Vortriebsmessern
angeordnet werden können. Die Armierung läßt sich bei der Betoni erarbeit kontinuierlich
einbringen.
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L e e r s e i t e