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Messerschild-Vortriebseinrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Messerschild-Vortriebseinrichtung zum
Auffahren von Hohlräumen im Erdreich, insbesondere zum Vortrieb von Tunneln, Stollen
u.dgl., sowie zum Einbringen einer Ortbetonauskleidung, bestehend aus an einem Stützrahmen
abgestützten, einzeln oder gruppenweise vorpreßbaren Vortriebsmessern, die mit auf
einem Nachlaufschild aufliegenden Messerschwänzen versehen sind, wobei der Nachlaufschild
mit dem Stützrahmen gekoppelt ist.
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Für den Vortrieb von Tunneln, Stollen oder sonstigen Strecken werden
Messerschilde eingesetzt, denen beim Einbringen einer Ortbetonauskleidung Schalungselemente
nachgeführt werden, die es ermöglichen, die Betonierarbeit unmittelbar hinter dem
Messerschild zugleich mit der Vortriebsarbeit durchzuführen. Aus DT-OS 25 22 029
ist es bekannt, die Vortriebsmesser mit langen Messerschwänzen, sogenannten Nachlaufmessern,
zu versehen, die gemeinsam eine Außenschalung bilden. Als Innenschalung
wird
ein Schalungswagen verwendet, der über hydraulische Zylinder mit dem Stützrahmen
des Messerschildes gekoppelt ist, so daß er entsprechend dem Betonierfortschritt
vorgeholt werden kann. Um den Schalungsraum zwischen Außen-und Innenschalung stirnseitig
zu verschließen, wird eine Stirnschalung benötigt, die über gesonderte Zylinder
mit dem Stützrahmen verbunden ist. Bei dieser Einrichtung können die Vortriebsarbeit
und die Betonierarbeit in gewissem Umfang unabhängig voneinander durchgeführt werden.
Nachteilig ist hier aber der verhältnismäßig hohe Bauaufwand für die aus Außen-,
Innen- und Stirnschalung bestehende Schalungsvorrichtung sowie vor allem der Umstand,
daß beim Vorziehen der die Außenschalung bildenden Messerschwänze Umfangsspalte
zwischen der Ausbruchswandung und der eingebrachten Betonauskleidung freigelegt
werden, die zu unerwünschten Erdsetzungen führen können.
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Aus DT-OS 24 31 652 und DT-OS 25 08 407 sind ferner Messerschilde
bekannt, bei denen die Messerschwänze der einzelnen Vortriebsmesser auf einem ring-
oder bogenförmigen Nachlaufschild verschiebbar abgestützt sind, der am rückwärtigen
Ende des Stützrahmens angeordnet oder mit diesem abstandsveränderlich verbunden
ist, wobei die Messerschwänze eine solche Länge haben, daß in jeder Arbeitsstellung
der Vortriebsmesser eine Uberdeckung des Nachlaufschildes durch die Messerschwänze
vorhanden ist. Die Messerschwänze erhalten daher in Jeder Arbeitsstellung eine sichere
Auflage und Abstützung durch den Nachlaufschild, wodurch zugleich der Ausbruchsquerschnitt
im rückwärtigen Schildbereich zuverlässig gesichert wird, da beim Vorpressen der
Vortriebsmesser der Ausbruchsbereich am Schildende durch den Nachlaufschild geschützt
wird0 Aufgabe der Erfindung ist es vornehmlich, eine Messerschild-Vortriebseinrichtung
der eingangs genannten Art
in zweckdienlicher Weise so auszubilden,
daß im Zuge der Vortriebsarbeiten ein zügiges Einbringen der Ortbetonauskleidung
möglichst ohne Verwendung von nachführbaren Außenschalungselementen bei Vermeidung
von Setzungen des Erdreiches möglich ist, wobei die Vortriebs- und Betonierarbeiten
in gewissem Umfang unabhängig voneinander durchführbar sein sollen, so daß sich
Störungen und Betriebsstillstände in dem einen Arbeitsbereich nicht störend auf
den anderen Arbeitsbereich auswirken können.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlaufschild mit
einer Stirnschalung für das Einbringen der Ortbetonauskleidung versehen ist.
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Diese Ausgestaltung der Messerschild-Vortriebseinrichtung ermöglicht
es, die Ortbetonauskleidung im Zuge des Vortriebes unter Verzicht auf eine Außenschalung
und bei Verwendung einer nachführbaren Innenschalung unmittelbar hinter dem Messerschild
einzubringen, wobei der kritische Bereich zwischen dem hinteren Ende des Schildes
und dem bereits eingebrachten Ortbetonausbau durch die Messerschwänze und den diese
abstützenden Nachlaufschild gesichert wird. Dabei können die Vortriebsarbeit und
die Betonierarbeit aufgrund der Uberdeckung zwischen den Messerschwänzen und dem
Nachlaufschild, die mindestens einem Schildschreithub oder auch mehreren Schildschreithüben
entspricht, unabhängig voneinander durchgeführt werden, so daß sich zwischen diesen
Arbeitsvorgängen keine störenden Rückwirkungen ergeben. Die Anordnung der Stirnschalung
an dem Nachlaufschild bietet die Möglichkeit, die Ortbetonauskleidung in aufeinanderfolgenden
Betonierabschnitten der erforderlichen Länge herzustellen und dabei an den Betonierabschnitten
einen umlaufenden, glatten Betonabschluß herzustellen, so daß zwischen die aufeinanderfolgenden
Betonierabschnitte in bekannter Weise
elastische Fugenbänder ohne
Schwierigkeiten eingebracht werden können. Der Beton läßt sich dabei über mindestens
eine an der Stirnschalung angeordnete Leitung in den Schalungsraum einführen. Da
ohne Außenschalung gearbeitet wird, können sich auch keine schädlichen Erdsetzungen
einstellen.
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In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird die nachführbare Innenschalung
von Innenschalungssegmenten gebildet, die nach Art von Nachlaufmessern ausgebildet
und mit den Jeweiligen Vortriebsmessern des Messerschildes gekoppelt sind. Die Innenschalungssegmente
werden somit beim Vorpressen der einzelnen Vortriebsmesser mitgenommen. Ebenso wie
die Stirnschalung ist somit auch die aus den Innenschalungssegmenten bestehende
Innenschalung in den Messerschild integriert. Die Stirnschalung kann dabei als Gleitschalung
auf der Innenschalung abgestützt und geführt sein.
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Es empfiehlt sich, die Innenschalungssegmente raumbeweglich mit den
Vortriebsmessern zu koppeln, was zweckmäßig mittels zweiseitiger Kugelgelenkverbindungen
oder Ketten u.dgl. erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Innenschalung
und der Messerschild gegeneinander einstellen lassen, so daß sich die Innenschalung
auch bei einem Verlaufen des Messerschildes genau zu der Tunnelachse ausrichten
läßt.
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In letztgenannter Hinsicht ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Nachlaufschild
und den Innenschalungssegmenten Justier-oder Einstellvorrichtungen od.dgl., vorzugsweise
radial angeordnete hydraulische Einstellzylinder, angeordnet werden, mit welchen
z.B. bei Schildversteuerungen eine Justierungsmöglichkeit des Schildes und/oder
der Innenschalung gegenüber der zu betonierenden Röhre erreicht wird.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Stirnschalung
mit dem Nachlaufschild fest verbunden, wobei die aus Stirnschalung und Nachlaufschild
bestehende Baueinheit
mit dem Stützrahmen des Messerschildes über
hydraulische Schubkolbengetriebe od.dgl. gekoppelt ist, die vorzugsweise an der
Stirnschalung angreifen. Die Länge der Messerschwänze ist zweckmäßig etwa gleich
d axialen Länge des Nachlaufschildes, während die nach Art von Innenmessern ausgebildeten
Innenschalungssegmente eine Länge erhalten, die erheblich größer ist als die Länge
der Messerschwänze. Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der der
Stützrahmen des Messerschildes einen die Vortriebsmesser und einen den Nachlaufschild
unterstützenden Rahmenteil aufweist, wobei sämtliche Rahmenteile zu einem stabilen
Stützgestell verbunden sind. An demjenigen Rahmenteil, welcher den Nachlaufschild
unterstützt, können die den Vortriebsmessern zugeordneten hydraulischen Pressen
abgestützt werden. Im übrigen empfiehlt es sich, die Innenschalungssegmente so auszubilden,
daß sie auf ihrer Länge mindestens ein Zwischengelenk aufweisen. Die lösbare Kupplung
der Innenschalungssegmente mit den Vortriebsmessern in Verbindung mit den Zwischengelenken
ermöglicht es, die Innenschalung zum Einführen eines Fugenbandes zu öffnen. Für
die an dem Nachlaufschild angeordnete Stirnschalung werden zweckmäßig zwei radial
gegeneinander bewegbare Schalungsringe verwendet, wie dies an sich bekannt ist.
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Die erfindungsgemäße Schildvortriebseinrichtung ist insbesondere für
den Vortrieb von Tunneln, Stollen oder sonstigen Strecken mit kreisförmigem Querschnitt
bestimmt.
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Hierbei kann ein geschlossener, ringförmiger Nachlaufschild verwendet
werden, der zweckmäßig aus einer glattwandigen Blechkonstruktion besteht. Die auf
dem Nachlaufschild gleitend aufliegenden Messerschwänze sind, wie bekannt, ebenfalls
glattwandig ausgebildet. Die erfindungsgemäß Einrichtung läßt sich auch zum Vortrieb
von Strekken od.dgl. im standfesten Gebirge einsetzen. In diesem
Fall
brauchen die einzelnen Vortriebsmesser nicht unbedingt an ihren vorderen Enden mit
Messerschneiden versehen zu werden, da sie lediglich eine VerbaufuS;tion haben.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf das in
der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. In der Zeichnung
zeigt: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schildvortriebseinrichtung im Längsschnitt;
Fig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 in einer Ansicht von hinten bzw. im Querschnitt.
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Der dargestellte Messerschild weist eine Vielzahl an Vortriebsmessern
10 auf, die gemeinsam einen zylindrischen Schildmantel bilden und die sich jeweils
an einem gemeinsamen Stützrahmen 11 verschiebbar abstützen, der aus zwei Stützrahmenteilen
12 und 13 besteht, die über (nicht dargestellte) Längs- und Diagonalverbindungen
zu einem Rahmengestell verbunden sind. Die beiden Stützrahmen 12 und 13 können als
Spreizrahmen ausgebildet sein, die z.B. mittels hydraulischer Spreizzylinder in
radialer Richtung spreizbar sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
Stützrahmenteile 12 und 13 als starre Rahmen ausgebildet, die zu einem stabilen
Rahmengestell verbunden sind. Die Vortriebsmesser 10 sind an den Stützrahmen zwangsgeführt,
wie dies an sich bekannt ist.
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Zwischen den einzelnen Vortriebsmessern 10 und dem rückwärtigen Stützrahmenteil
13 sind doppeltwirkende hydraulische Pressen 14 gelenkig eingeschaltet. Mit Hilfe
der Pressen 14 können daher die Vortriebsmesser 10 einzeln oder gruppenweise in
Vortriebsrichtung V vorgepreßt werden, wobei die an den vorderen Enden der Vortriebsmesser
10
angeordneten Schneiden 15 in das Erdreich eindringen können.
Beim Vorschub eines Vortriebsmessers oder einer Messergruppe stützen sich die betreffenden
Pressen 14 an dem Stützrahmen ab, der seinerseits durch den Reibschluß mit den übrigen
Vortriebsmessern, die ihrerseits mit Reibkontakt am umgebenden Erdreich anliegen,
festgelegt ist, so daß er das Widerlager für die Pressen bildet. Sobald sämtliche
Vortriebsmesser 10 um den Pressenhub vorgepreßt sind, kann der Stützrahmen 11 durch
entgegengesetzte Druckbeaufschlagung der Pressen 14 in einem Schritt nachgeholt
werden. Hierbei bilden die reibungsschlüssig an dem umgebenden Erdreich anliegenden
Vortriebsmesser 10 das Widerlager für die einschiebenden Pressen 14.
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Die Vortriebsmesser 10 weisen an ihren hinteren Enden sogenannte Nachlaufmesser
bzw. Messerschwänze 16 auf, die aus glattflächigen, gegenüber den Vortriebsmessern
verjüngten Blechzungen od. dgl. bestehen. Die Messerschwänze 16 bilden am hinteren
Ende des Messerschildes einen zylindrischen Schildschwanzmantel, welcher einen ringförmigen,
glattwandigen Nachlaufschild 17 aufnimmt, dessen Länge etwa derjenigen der Messerschwänze
16 entspricht. Der Nachlaufschild 17 stützt sich gegen das ringförmige Stützrahmenteil
13 verschiebbar ab. Mit dem Nachlaufschild 17 ist eine Stirnschalung 18 verbunden.
Diese besteht aus zwei Schalungsringen 19 und 20, von denen der eine 19 an dem hinteren
Ende des Nachlaufschildes 17 befestigt ist, während der andere Schalungsring 20
an dem erstgenannten gleitend abgestützt ist, derart, daß beide Schalungsringe 19
und 20 auf unterschiedliche radiale Abmessungen des Schalungsraumeß einstellbar
sind. An dem mit dem Nachlaufschild 17 fest verbundenen Schalungsring 19 greifen
die Kolbenstangen 21 hydraulischer Schubkolbengetriebe 22 an, die sich ihrerseits
an dem Stützrahmenteil 12 des Stützrahmens
11 abstützen. Die Stirnschalung
18 ist infolgedessen zusammen mit dem Nachlaufschild 17 gegenüber dem Stützrahmen
11 in Vortriebsrichtung und in Gegenrichtung verstellbar.
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An den vorlaufenden Teilen der Vortriebsmesser 10 sind als Innenschalungsmesser
ausgebildete Innenschalungssegmente 23 raumgelenkig angeschlossen. Die Verbindung
erfolgt über Zugglieder 24, die sowohl mit den Vortriebsmessern 10 als auch mit
den Innenschalungssegmenten 23 kugelgelenkig verbunden sind. Die Verbindung ist
derart getroffen, daß die Innenschalungssegmente von den Vortriebsmessern abkoppelbar
sind.
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Die Innenschalungssegmente 23 bilden die zylindrische Innenschalung
der Schalungsvorrichtung; sie werden an umsetzbaren Innenschalungsrahmen 25 abgestützt
und zwangsgeführt.
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Der Vortrieb des Messerschildes erfolgt in der vorstehend beschriebenen
Weise durch aufeinanderfolgendes oder gruppenweises Vorpressen der Vortriebsmesser
10 und anschließendes Nachholen des Stützrahmens 11. Beim Vorpressen der Vortriebsmesser
10 gleiten die Messerschwänze 16 über den Nachlaufschild 17, welcher von dem rückwärtigen
Stützrahmenteil 13 des Stützrahmens 11 unterstützt wird und den Ausbruchsquerschnitt
im Bereich zwischen dem Messerschild und der fertiggestellten Betonauskleidung 26
sichert. Beim Nachholen des Stützrahmens 11 gleitet der Stützrahmenteil 13 innerhalb
des zylindrischen Nachlaufschildes 17. Hierbei fahren die hydraulischen Schubkolbengetriebe
22 die Stirnschalung 18 aus und halten dadurch den in den Schalungsraum eingebrachten
Ortbeton unter dem erforderlichen Druck. Es ist aber auch möglich, beim Vorfahren
des Stützrahmens 11 die Stirnschalung 18
gleichzeitig vorzuziehen.
In beiden Fällen ist es wichtig, daß eine Betondrucküberwachung den Vortrieb der
Stirnschalung bestimmt. Der Ortbeton wird also beim Vorfahren der Stirnschalung
18 so in den Schalungsraum eingebracht, daß dieser ständig mit Beton gefüllt wird
und der eingebrachte Ortbeton unter ausreichend großem Druck steht.
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Die Zuführung des Ortbetons kann über eine oder mehrere Zuführungsleitungen
erfolgen, welche die St;lnschalung durchdringen.
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Über die raumgelenkige Verbindung 24 zwisck die Vortriebsmessern 10
und den Innenschalungssegne^+o:l 93 und durch die einstellbare Stirnschalung 18
ist eine Steuerbarkeit des Messerschildes gewährleistet. Zugleich ergibt sich die
Möglichkeit, die aus den Innenschalungssegmenten 23 gebildete zylindrische Innenschalung
genau in der Tunnelachse auszurichten. Dies kann mit Hilfe von Justier- oder Einstellvorrichtungen,
insbesondere hydraulischen Einstellzylindern 27, erfolgen, die, wie Fig. 2 zeigt,
zwischen dem Nachlaufschild 17 und den Innenschalungssegmenten 23 radial angeordnet
sind. In Fig. 1 sind diese Vorrichtungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
dargestellt.
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Es besteht die Möglichkeit, die Innenschalungssegmente 23 von den
vorlaufenden Vortriebsmessern 10 abzukoppeln, was durch Lösen der Kupplungsorgane
24 erfolgt. Die Innenschalungssegmente 23 sind durch Zwischengelenke 28 gelenkig
unterteilt. Nach dem Abkoppeln der Innenschalungssegmente 23 und dem Entfernen des
betreffenden Innenschalungsrahmens 25 können die vorderen Teile der Innenschalungssegmente
23 um die Gelenke 28 nach innen geklappt werden. Mit Hilfe der Schubkolbengetriebe
22 kann die Stirnschalung 18 von der Stirnfläche der Betonauskleidung 26 abgezogen
werden, so daß sich zwischen die Stirnschalung
und die Betonauskleidung
in bekannter Weise ein elastisches Fugenband einbringen läßt.
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Es ist erkennbar, daß das Einbringen der Ortbetonauskleidung 26 ohne
Verwendung einer besonderen Außenschalung erfolgt. Da die Innenschalungssegmente
23 mit den einzelnen Vortriebsmessern 10 gekoppelt sind, werden sie beim Vorpressen
der Vortriebsmesser mitgenommen. Die Stirnschalung 18 ist zusammen mit dem Nachlaufschild
17 unabhängig von den Vortriebsmessern 10 und ihren Messerschwänzen 16 vorbewegbar.