Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur horizontalen und vertikalen Steuerung von Messervortrieben
in der geschlossenen sowie der offenen Bauweise durch Vortreiben einzelner Messer eines Messermantels in einer
vorbestimmten Reihenfolge.
Es ist ein Verfahren zur horizontalen und vertikalen Steuerung von Messervortrieben in der geschlossenen sowie in der offenen
Bauweise bekannt, deren Konstruktion und Arbeitsweise zwecks Erläuterung der Steuerungsmöglichkeiten im folgenden beschrieben
wird.
Der bekannte Messervortrieb besteht im wesentlichen aus einem Stützrahmen, einem Vortriebs- oder Hubrahmen und aus Vor- und
Nachlaufmessern, die als Verzugsmantel dienen und auf dem Stützrahmen abgestützt sind.
Zum Vortreiben werden jeweils einzelne Vorlaufmesser mit dem Hubrahmen verriegelt. Die zwischen Stütz- und Hubrahmen wirkenden,
hydraulisch betätigbaren Vortriebszylinderpresse schieben den Messermantel anteilig vor, wofür nur relativ geringe
Kräfte erforderlich sind. Die Haftreibung des auf dem übrigen Messermantel lastenden Erdreichs bildet das Widerlager
der hydraulisch vorschreitenden Messerschildelemente, die sich infolgedessen beim Vortrieb nicht gegen den Tunnelausbau abstützen.
Nach vollständigem Messervortrieb drückt der mit allen Messern verriegelte Hubrahmen den Stützrahmen um die hydraulische Hublänge
vor, und ein neues Arbeitsspiel kann beginnen.
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Der Nachlaufmesserbereich bildet die Außenverschalung zum Einbringen
des Betonausbaus, wobei unabhängig von der Abbindezeit des eingebrachten Ortbetons der Messervortrieb laufend fortgesetzt
werden kann. Nach Freilegung eines Betonierabschnitts im Nachläufer wird die Innenverschalung vorgezogen und der nächste
Abschnitt betoniert.
Das Steuern des Messerschildes ist bei einseitigem Messervortrieb durch die entstehenden Reaktionskräfte möglich. Soll der
Messerverbau entsprechend einer Horizontalsteuerung z.B. in eine Rechtskurve gefahren werden, so werden auf der rechten
Seite in Fahrtrichtung mehrere Messer gleichzeitig vorgetrieben. Die hierbei auftretenden Reaktionskräfte verkanten den
Stützrahmen, wodurch die Kurvenfahrt eingeleitet wird. Anschließend wird durch Vorfahren einzelner Messer auf der
linken Seite die Richtung stabilisiert.
In entsprechender Weise ist eine Vertikalsteuerung möglich. Soll der bekannte Messerverbau nach unten gesteuert werden, so
werden gleichzeitig einige Seitenmesser, die sich rechts und links unten am Messermantelumfang befinden, oder aber die Bodenmesser
ausgefahren. Die restlichen Seitenmesser v/erden anschliessend paarweise, d.h. auf jeder Seite einzeln, nachgeholt. Soll
der Messerverbau nach oben gesteuert werden, so werden einige Seitenmesser, die sich rechts und links oben am Messermantelumfang
befinden, gleichzeitig vorgefahren. Dadurch richtet sich der Stützrahmen etwas auf. Diese Aufwärtsstellung wird stabilisiert,
indem die Bodenmesser einzeln vorgefahren werden.
Das bekannte Verfahren zur Kurvensteuerung beruht demzufolge auf einer Verkantung des Stützrahmens, die dann eintritt, wenn
die Summe der Vortriebskräfte der gleichzeitig auf einer Seite vorgetriebenen Messer größer ist als die Reibung zwischen Ab-
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Stützungsrahmen und Messern.
Das bekannte Kurvereteuerungsverfahren hat den entscheidenden
Nachteil, daß die zu einer Verkantung des Rahmens führenden Kräfteverhältnisse nicht definiert sind und von einer Vielzahl
von Faktoren, wie spezifische Bodenreibung, Auflast, Auflockerung etc., abhängig sind. Aufgrund der nicht definierten Kräfteverhältnisse
und insbesondere der indirekt auf den Messermantel ausgeübten Zwangskräfte infolge der Abwinkelung des Rahmens
in Kurvenrichtung ist eine exakte Steuerung nur in Grenzen möglich, und es müssen die Steuervorgänge während des Messervortriebes
durch geeignete Mittel praktisch ohne Unterbrechung kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert werden. Außerdem
wird beispielsweise beim Auffahren einer REchtskurve - gesehen in Vortriebsrichtung - durch die Vereckung des Rahmens die
Unterstützung der Messer auf der linken Seite vermindert. Hierdurch bewegen sich diese Messer beim Vorschub nach innen, was
zusätzliche Hohlräume oder Auflockerung erzeugt. Außerdem können hiermit in der Regel nur Kurven mit sehr großen Radien
durchfahren werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, das auf vergleichsweise einfache Weise
eine exakte Kurvensteuerung von Messervortrieben in Vertikalsowie in Horizontalrichtung selbst bei kleinen Krümmungsradien
ermöglicht., wobei die Kräfteverhältnisse definiert sind und
keine Verkantung des Stützrahmens erfolgt.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß jedes einzelne Messer des Messermantels für eine bezüglich
des Messermantels radiale Richtungsänderung durch Ab- bzw. Aufwinkeln lagefixiert eingestellt und in Umfangsrichtung des
Messermantels während seines Vortreibens mittels wenigstens eines der unmittelbar benachbarten Messer gesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird demnach eine Kurvensteuerung nicht dadurch
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eingeleitet, daß indirekt auf den Messermantel ZwangskräJte ausgeübt
werden, sondern es wird der Messermantel unmittelbar in einer direkten Weise gesteuert. Hierdurch ist im Vergleich zu
dem bekannten Kurvensteuerungsverfahren eine vorgegebene Trassenführung leichter einhaltbar, so daß insgesamt die Kontrolle
des Vortriebs weniger zeit- und kostenaufwendig durchgeführt werden kann und eine Korrektur der Vortriebsrichtung nur in
den seltensten Fällen vorgenommen werden muß.
Der Messervortrieb, als ein in einzelne, relativ zueinander bewegliche Streifen aufgelöster Schildvortrieb, kommt naturgemäß
nicht ohne Zwangsführungen der Messer gegeneinander aus. In der Praxis haben daher die einzelnen Messer Schlösser, ähnlich
einer Spundwand, damit eine Längsführung der einzelnen Messer beim Vortrieb gewährleistet ist. Einerseits erfordert
die gewünschte Parallelführung der einzelnen Messer beim Vortrieb eine enge Schloßführung, andererseits ist für die erforderliche
Relativbeweglichkeit der Messer in Umfangsrichtung des Messermantels ein Schloßspiel erforderlich. Da diese beiden
Forderungen naturgemäß konstruktiv nicht zu verwirklichen sind, hat man sich bisher in der Praxis immer durch Kompromisse in
der einen oder anderen Richtung geholfen.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Konzeption,nämlich der
gegenseitigen Führung der einzelnen Messer, kommt dem Messerschloß keine Führungsfunktion mehr zu. Das Mesaarschloß hat
nunmehr lediglich die Aufgabe, durch die überdeckung der einzelnen
Messer einen Nachfall des Bodens zu verhindern. Aus diesem Grunde kann auch die überdeckung der einzelnen Messer
(Schloßspiel) groß genug gewählt werden, um eine große Relativbeweglichkeit der einzelnen Messer in Umfangsrichtung des
Messermantels, wie sie etwa beim Kurvenfahren erforderlich ist, zu gewährleisten.
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Ein vorteilhaftes Kurvereteuerungsverfahren kennzeichnet sich
dadurch, daß jedes Arbeitsspiel eines Vortreibhubes sämtlicher Messer auch in diesem Fall durch das Firstmesser eingeleitet
wird. Hierdurch sind die Stabilisierungsverhältnisse des Messermantels bei Kurvenfahrt besonders günstig.
Vorteilhaft wird das Ab- bzw. Aufwinkeln durch Einstellen einer in Radialrichtung schwenkbaren Messerspitze des Messers vorgenommen.
Auch kann das Ab- bzw. Aufwinkeln durch Verstellen der
Lauffläche des Messers bezüglich des Stützrahmens erfolgen.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren sieht vor, daß das vortreibende
Messer in Mantelumfangsrichtung durch eine zwischen diesem und dem Nachbarmesser geschaltete Verstelleinrichtung
stufenlos gesteuert wird.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, daß das Messer eine angekoppelte Messerspitze umfaßt, die im wesentlichen die Form
eines V oder einer Ί aufweist und die am vorderen Messerteil
radial oder kardanisch schwenkbar angelenkt ist und deren einer Schenkel das vordere Ende des Messers umschließt,
während die Außenfläche des zweiten Schenkels entsprechend einem Geradeaus-Vortrieb des Messers in der Ebene der Außenfläche
des Messers gelegen ist und für eine Radialrichtungsänderung des Messers aus dieser Ebene heraus auf- bzw. abwinkelbar
ist.
Die Messerspitze kann insbesondere mit Hilfe von hydraulischen Pressen oder Winden stufenlos verstellbar sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das am Stützrahmen
abgestützte und verschiebliche Messer im Bereich des vorderen und des hinteren Endes seiner Lauffläche stufenlos
ausstellbare Keilflächen aufweist.
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Für die Verstellung der Keilflächen können zweckmäßigerweise versenkbare Stellschrauben, insbesondere Imbusschrauben in den
Keilflächen vorgesehen sein.
Die Verstellung der Keilflächen kann jedoch auch bevorzugt durch eine hydraulische Verstellvorrichtung erfolgen.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in Umfangsrichtung des Messermantels gesehen an
einem der mittleren Messer, insbesondere am Firstmesser, im Bereich der Messerspitze beidseits Keilflächen ausgebildet
sind und die im wesentlichen restlichen Messer des Messermantels jeweils eine entsprechende seitliche Keilfläche aufweisen,
die an der dem mittleren Messer abgewandten Seitenfläche angeordnet ist, daß die dem mittleren Messer zugewandte
Seitenfläche der restlichen Messer mit der gegenüberliegenden Keilfläche des Nachbarmessers zwecks (Vorlauf-)Steuerung des
Messermantels in Umfangsrichtung in Eingriff bringbar ist, und daß eine druckgesteuerte Verstelleinrichtung zur (Nachlauf-)
Steuerung des Messermantels in Umfangsrichtung jeweils zwischen benachbarten Seitenflächen zweier Messer vorgesehen ist. Die
sich in Umfangsrichtung erstreckenden Keilflächen ermöglichen außerdem eine Feinsteuerung der gegenseitigen Lage aller Messer
eines Messermantels zueinander, von denen jedes gegen Ende seines Vorschubhubes zu den benachbarten, bereits vorgeschobenen
Messer praktisch spielfrei ausgerichtet wird. Deshalb ist es einfach, Ordnung im Messermantel zu halten. Außerdem erfolgt
zusätzlich ständig eine Kraftüberleitung in Nachbarmesser, was zu einer optimalen Abstützung jedes Messers im Mantel
führt.
Die druckgesteuerte Verstelleinrichtung kann eine hydraulische Presse sein oder insbesondere eine druckfluidgesteuerte verschleißfeste
Verstelleiste aufweisen, die seitlich an jedem
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Messer angeordnet ist und mit der Nachbarseitenfläche eines
Messers in Eingriff bringbar ist.
Schließlich sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, daß das Messer und der Messerschwanz durch ein Gelenk verbunden sind.
Dadurch ist gewährleistet, daß bei Kurvenfahrten oder Richtungskorrekturen keine Zwängungen in das Messer übertragen werden
und eine gewisse Abknickung möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles
unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigt:
Fig.1 einen Längsschnitt durch das Firstmesser des Messermantels
mit einer schwenkbaren Messerspitze und bodenseitig ausstellbaren Keilflächen, wobei das
Messer auf eine Geradeaus-Fahrt eingestellt ist;
Fig.2 Längsschnitte des Firstmessers nach Fig.1, das für
eine Aufwärtsfahrt eingestellt ist, wobei dieses vor
und nach einem Arbeitshub veranschaulicht ist;
Fig.3 Längsschnitte des Firstmessers entsprechend der
Fig.2, wobei dieses für eine Abwärtsfahrt eingestellt ist und vor und nach einem Arbeitshub veranschaulicht
ist;
Fig.4 einen Querschnittsbereich eines Messermantels;
Fig.5 eine Draufsicht eines Bereichs eines Messermantels,
wobei das Firstmesser mittig dargestellt ist, und
Fig.6 einen schematischen Querschnitt durch den oberen
Messermantel , in dem die Relativbewegungen einzelner Messer bei einer Rechtskurvenfahrt vektoriell
dargestellt sind.
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In der Fig.1 ist im Längsschnitt das oberste Messer eines Messermantels
1o, das sogenannte Firstmesser 1, gezeigt, das auf einem Stützrahmen 18 verschieblich abgestützt ist, der aus gewölbten
Querstreben entsprechend des Tunnelquerschnitts gebildet ist. Das Firstmesser 1 weist stirnseitig eine im wesentlichen
V-förmige Messerspitze 12 auf, deren einer Schenkel am vorderen Messerteil radial schwenkbar angelenkt ist, während
der andere Schenkel 14 das vordere Ende 15 des Messers 1 umschließt. Die Außenfläche des angelenkten Schenkels 12 liegt
in der Ebene der Außenfläche des Messers 1, so daß die schwenkbare
Messerspitze 12 für eine Geradeaus-Fahrt eingestellt ist. Die Messerspitze 12 ist an ihrem Ort beispielsweise mit Hilfe
einer hydraulischen Presse, Winde, etc. (nicht dargestellt) fixierbar. Die bodenseitige Lauffläche 16 des Firstmessers 1
weist in ihrem vorderen und in ihrem hinteren Bereich verschraubte Keilflächen 17'auf, die gemäß Fig.1 in der Lauffläche
16 versenkt angeordnet und in dieser Lage für eine Geradeaus-Fahrt eingestellt sind. Ein gemäß Fig.1 nach links
vortreibendes Firstmesser 1 ist somit auf seiner Lauffläche 16 tangential auf der Oberseite des Stützrahmens 18 verschieblich,
ohne daß die versenkten Keilflächen 17 mit dem Stützrahmen 18 in einen Eingriff gelangen können. Dießchneidkante der schwenkbaren
Messerspitze 12 bewegt sich demanch während eines Arbeitsspieles des Firstmessers 1 auf einer Horizontalen a und parallel
zur Lauffläche 16 des Firstmessers 1. Das Firstmesser 1 ist mit dem Messerschwanz 6, das als Nachlauf-Messer ausgebildet sein
kann, mittels eines Gelenkes 7 verbunden. Dieses Gelenk gewährleistet, daß bei Kurvenfahrt oder Richtungskorrektur keine
Zwängung in das Messer hineingetragen wird und eine gewisse Abknickung dadurch ermöglicht ist.
In Fig.2 ist das Firstmesser 1 der Fig.1 für eine Aufwärtsfahrt
eingestellt und vor und nach einem Arbeitshub veranschaulicht. Die Einstellung für eine Aufwärtsfahrt erfolgt dadurch,
daß die schwenkbare Messerspitze 12 beispielsweise durch eine
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nicht dargestellte hydraulische Presse gemäß Zeichnung im Uhrzeigersinn
um einen vergleichsweise geringen Winkel nach oben verstellt und die im vorderen Bereich des Messers bodenseitig
versenkte Keilflächen 17 angestellt v/erden, so daß diese aus der Ebene der Lauffläche 16 heraustreten und bei einem Vorwärtshub
mit dem Stützrahmen 18 ir. Eingriff gelangen, v;odurch das Firstmesser
insgesamt um einen Winkel OO bezüglich der Horizontalen a aufgewinkelt wird.
In der Fig.3, die im wesentlichen der Fig.2 entspricht, ist
demgegenüber das Firstmesser 1 in entsprechender Weise für eine Abwärtsfahrt eingestellt. Die schwenkbare Messerspitze 12 ist
hierbei abgewinkelt, und es ist die im hinteren Laufflächenbereich
angeordnete Keilfläche angestellt, während die im vorderen Bereich der Lauffläche angeordneten zweiten Keilflächen versenkt
sind, so daß das Firstmesser 1 bei einem Vorwärtshub insgesamt um einen Winkel ß bezüglich der Horizontalen a abgewinkelt
ist.
Die Aufwinkelung ÖL· gemäß Fig.2 bzw. die Abwinkelung ß gemäß
Fig.3 des Firstmessers 1 bewirkt, daß das Firstmesser 1 mit unterschiedlicher, exakt vorgebbarer Richtungsänderung in das
Erdreich vortreibbar ist, wobei die Richtungsänderung keine Zwängung des Messerschwanzes 6 gemäß Fig.1 infolge des zwischengeschalteten
Gelenkes 7 bewirkt.
Der in der Fig.4 veranschaulichte Querschnittsbereich eines
Messermantels zeigt ein zwischen Firstmesser 1 und Seitenmesser 5 (Fig.6) angeordnetes Messer 2, aus der die Querschnittsform der Lauffläche 16 und der versenkbaren Keilflächen 17 entnehmbar
ist. Für ein Anstellen der Keilflächen 17 v/erden die Imbusschrauben 19 verstellt.
Wie aus d^^· Fig.4 ferner ersichtlich ist, weist das Messer
an seiner einen Seitenfläche eine v/eitere Keilfläche 23 auf, deren Bedeutung nachfolgend im Zusammenhang mit&n Fig.5 und
beschrieben wird. 9Og81370333
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In der Fig.6 ist der Querschnitt eines unterirdischen Hohlraumes
mit einem Stützrahmen 13, einem Firstmesser 1, einem Seitenmesser 5 und einem dazwischen liegenden Messer 3 schematisch
dargestellt. Der Bewegungsablauf der einzelnen Messer soll bei einer Rechtskurvenfahrt verdeutlicht werden. Der dem Kurvenradius
für die Rechtssteuerung zugeordnete Verschiebungsvektor sei OL, . Während die Messerspitzen des Messers 1 und des Messers
während des Vortriebs direkt um den Vektor OO verschoben werden
können, setzt sich die Bewegung des Messers 3 aus zwei Bewegungen zusammen, die vektoriell addiert den Verschiebungsvektor
ergeben. Die vektorielle Zusammensetzung aus zwei zueinander senkrecht stehenden Bewegungen ist deshalb erforderlich, v/eil
die Lagerungsbedingungen der Messer eine (schiefe) Biegung in Richtung des Vektors OO nicht zulassen. Abgesehen von den Messern
1 und 5 müssen alle anderen Messer des in Fig.6 dargestellten Querschnitts einmal in Richtung des Kurvenradius cO und zum
anderen auf dem Umfang des Unterstützungsrahmens W verschoben
werden.
Die Steuerung des Seitenmessers 5 in Richtung 0t sowie die Steuerung
des dazwischen liegenden Messers 3 in Richtung cd erfolgt
in der Weise wie dies bei einem Firstmesser 1 für eine Abwärtsfahrt gemäß Fig.3 vorstehend beschrieben worden ist.
Die Steuerung des Firstmessers 1 in Richtung Ct- sowie die Steuerung
des dazwischen liegenden Messers 3 gemäß Fig.6 in Richtung des Vektors et" bedeutet eine Verschiebung des entsprechenden
Messers auf dem Umfang des Stützrahmens 1B. Für eine diesbezügliche
Umfangssteuerung v/eist das Firstmesser 1 gemäß den
Fig.5 und 6 im Bereich der Messerspitze 15 beidseits Keilflächen
22 auf, und es ist bei den restlichen Messern 2 und 2',
3 und 31 des Messermantels 1o gemäß Fig.5 jeweils eine entsprechende
seitliche Keilfläche 2 3 ausgebildet, die an der dem
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mittleren Firstmesser 1 abgewandten Seitenfläche angeordnet ist. Die dem mittleren Firstmesser 1 zugewandte Seitenfläche der
restlichen Messer 2 und 2', 3 und 3' ist mit der gegenüberliegenden
Keilfläche des Nachbarmessers zwecks einer Vorlaufsteuerung des Messermantels 1o in Umfangsrichtung in einen
Eingriff bringbar. Weiterhin befinden sich zwischen den einzelnen Messern hydrauliche Pressen oder mit Hilfe von
Druckmedien expandierbare Leisten.
Im Betrieb in der geschlossenen Bauweise wird zunächst das Firstmesser 1 vorgeschoben.Sofort mit der Einleitung des
Vorschubs erhält das Messer eine relative Bewegungsfreiheit zu den benachbarten Messern und kann nunmehr mit Hilfe von
zwischen den Messern 1 und 2 befindlichen dauernd oder vorübergehend mit Messer 2 verbundenen hydraulichen Pressen
oder expandierbaren Leisten auf dem Umfang des Stützrahmens 18 in der gewünschten Richtung verschoben werden.
Als nächstes wird beispielsweise zum Fahren einer Rechtskurve das Messer 2 gemäß Fig.5 vorgetrieben, wobei die
Messerspitze um einen der Lage des Messers entsprechenden Betrag zur Tunnelachse hin gemäß Fig.3 eingewinkelt ist.
Gleichzeitig sind die zwischen den Laufflächen 16 des Messers befindlichen verstellbaren Keilflächen gemäß Fig.3
im hinteren Teil des Messers entsprechend aufgestellt. Durch diese Maßnahmen wird die Messerspitze beim Vorschub um den der
Lage des Messers entsprechenden Vektor S^' verschoben. Die Verschiebung
des Messers um den VektorPi," auf dem Umfang des
Stützrahmens 18 geschieht durch Betätigung der druckgesteuerten Verstelleinrichtung 2o zwischen den Messern 2 und 3 bzw. durch
entsprechende Expansionsleisten. In gleicher Weise werden alle Messer der linken Seite gemäß Fig.5, gesehen in Vortriebsrichtung,
entsprechend verschoben.
Analog den vorangegangenen Erläuterungen ist beim Vorschub des Messers 2' dessen Messerspitze von der Tunnelachse- wie in
Fig.3 veranschaulicht, abgewinkelt. Gleichzeitig sind die zwi-
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sehen den Laufflächen im vorderen Teil des Messers befindlichen
verstellbaren Keilflächen 17 gemäß Fig.2 aufgestellt, so daß die Messerspitze beim Vorschub um den Vektor &V nach außen verschoben
wird. Gleichzeitig wird das Messer durch das Auflaufen auf den Keil des Messers 1 um den Vektoren" auf dem Messerbogen
verschoben.
Die erfindungsgemäße Steuerung gestattet demnach eine exakte,
lagefixierbare Steuerung jedes einzelnen Messers sowohl in
Radial- als auch in Umfangsrichtung bezüglich eines Tunnelbogens,
wobei erfindungsgemäß die einzelnen Messer in Umfangsrichtung
gegenseitig durch seitlich angebrachte Keilflächen gesteuert bzw. geführt werden, wobei dem sogenannten Messerschloß
keine Führungsfunktion mehr zukommt.
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