DE2909983C2 - Verfahren zum Vortreiben einer Strecke, eines Tunnels oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vortreiben einer Strecke, eines Tunnels oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-AS 16 58 769 ist ein mechanisches Tunnelbauverfahren unter Verwendung von mindestens einem rotierenden Räumwerkzeug bekannt geworden. Hierbei wird zunächst aus dem Gebirge mittels des Räumwerkzeuges, vorzugsweise einer Schrämwalze, entlang der Begrenzungslinie des Ausbruchprofils ein Ringspalt ausgehoben und dieser unmittelbar nach erfolgtem Aushub mit vorzugsweise sehnelJhärtendem Beton verfüllt Anschließend erfolgt innerhalb des Betonrings der Kernaushub.

5 Obgleich man versucht, mit diesem Verfahren die Nachteile zu vermeiden, die bei dem vorwiegend in Gebirgen mit ungenügender Standfestigkeit angewandten Schildvortrieb und bei dem insbesondere in Lockergestein üblichen Ausbau der Wandung eines

ίο Tunnelausbruchs mit Spritzbeton vorhanden sind, weist das bekannte Verfahren zunächst den Mangel auf, daß zusätzlich zu dem Räumwerkzeug noch ein im Abstand nachfolgendes Werkzeug erforderlich ist, über das der Beton in den Ringspalt eingebracht wird. Dieses

is Werkzeug muß also entweder mit dem Räumwerkzeug verbunden sein, damit der erforderliche Abstand bewahrt bleibt, oder es muß selber in dem geforderten Abstand zwangsgeführt werden.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das

Betonverfüllwerkzeug im Abstand dem Räumwerkzeug folgt. Diese Verfahrensweise mag in einem Erdreich angehen, das noch eine gewisse Eigenstandfestigkeit hat In weichem Erdreich oder Geröll ist dieses Verfahren jedoch nicht mehr anwendbar, da das entspannte Geröll beziehungsweise Erdreich unmittelbar hinter dem Räumwerkzeug in den freien Raum eindringen wird. Dieses Eindringen wird vermutlich durch die Rotationsbewegung des Räumwerkzeugs noch zusätzlich gefördert und damit verstärkt

Nachteilig ist es darüber hinaus, daß aufgrund des Ringspalts jeder Bauabschlag konisch geführt und jede Mantelschale daher entsprechend konisch ausgebildet werden muß. Ansonsten könnte der jeweils folgende Abschlag überhaupt nicht angesetzt werden.

Aufgrund der konischen Vortriebsarbeit ist auch ein größerer Kernaushub erforderlich, als er in Wirklichkeit notwendig wäre. Bei längeren Strecken senkt dieser Sachverhalt die Wirtschaftlichkeit des Streckenvortriebs erheblich.

Schließlich ist das bekannte Verfahren für diejenigen Strecken wenig geeignet, die mit Stahlprofilen ausgebaut werden sollen. Die Erzeugung eines Ringspalts und seine anschließende Verfüllung mit schnellaushärtendem Beton bringt es mit sich, daß der Beton, vom Ringspalt ausgehend, sowohl radial nach außen als auch radial nach innen in das angrenzende Erdreich eindringt. Es entsteht auf diese Weise eine Folge von sich in Streckenlängsrichtung aneinanderschlieOenden konischen Mantelschalen, welche weder einen definierten

V) Außendurchmesser noch einen defilierten Innendurchmesser haben. Auch sind die Mantelschalen vergleichsweise dünn, da die Ringspalte eine Breite von nur etwa 10 cm haben Jollen. Nachdem das Erdreich innerhalb der Mantelschalen herausgelöst worden ist, können nur mit einem zusätzlichen Arbeitsaufwand Streckenausbauprofile in die keinen definierten Innendurchmesser aufweisenden, dazu konischen Mantelschalen gesetzt werden. Das Einbringen des endgültigen Stahlausbaus erfordert mithin aufwendige Begradigungsmaßnahmen und Anpassungsarbeiten, welche die Vortriebsleistung merklich herabsetzen.

Aus der DE-AS 16 58 773 geht ein die Methode gemäß der DE-AS 16 58 769 weiterentwickelndes Verfahren hervor. Zunächst wird ein Bohrloch etwa parallel zur Streckenlängsachse umfangsseitig der späteren Streckenkontur hergestellt und dann wird in dieses Bohrloch ein dem Querschnitt des Bohrlochs im wesentlichen entsprechendes Rohr eingefühlt. Das

Rohr weist eine zu einer Sehne seines Querschnitts spiegelbildliche Einbuchtung auf und dient mit seiner im Bereich der Einbuchtung konkaven Mantelfläche dem Bohrer beim Bohren des nächstfolgenden Lochs als Führung, Ferner weist das Rohr in der der Einbuchtung gegenüberliegenden Mantelfläche Aussparungen auf, durch die das voraufgehend hergestellte Bohrloch mit Beton verfüllt wird

Dieses Verfahren setzt also voraus, daß zum Einführen eines Stütz- und Betonierrohrs das Bohr- I ο werkzeug vollständig aus dem Bohrloch herausgezogen und seitlich weggeschwenkt werden muß. Das bedeutet jedoch, daß das Bohrloch zwangsläufig längere Zeit unabgestützt offen ist. Dies mag in einem Erdreich noch angehen, das eine gewisse Eigenstandfestigkeit hat In weichem Erdreich oder in Geröll ist dieses Verfahren nicht mehr anwendbar. Das durch das Bohren entspannte Geröll bzw. Erdreich würde beim Zurückziehen des Bohrwerkzeugs in den dann freien Raum eindringen und diesen zusetzen. Ein Einführen des Stütz- und BeUBuerrohrs wäre dann nicht mehr möglich.

Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren nicht zur wirtschaftlichen Herstellung von solchen Strecken geeignet, die mit Stahlprofilen ausgebaut werden sollen. Dadurch, daß der Beton von den Bohrungen aus sowohl radial nach außen als auch radial nach innen in das angrenzende Erdreich eindringt, entsteht eine Mantelschale, weiche weder einen definierten Außendurchmesser noch einen definierten Innendurchmesser hat Der Innenaushub des weichen Erdreichs mit entsprechend einfachen Geräten kann folglich nur in einem solchen Umfang durchgeführt werden, daß die harte Betonschale nicht berührt wird, um «ben dk· Werkzeuge dieser einfachen und damit wenig widerstandsfähigen Geräte zu schonen. Um aber die gewünschte Streckenkontur zu erreichen, müssen mit einem zusätzlichen Arbeitsaufwand durch Einsatz geeigneter Vorrichtungen, zum Beispiel Teilschnittmaschinen, Begradigungsmaßnahmen und Anpassungsarbeiten durchgeführt werden.

Zum Stand der Technik zählt darüber hinaus der Vorschlag gemäß der AT-PS 2 63 846. Hierbei müssen ineinandergeschachtelte konische Mantelschalen aufeinanderfolgend hergestellt werden. Durch die hälftige Überlappung ist ein hoher Betonverbrauch die Folge. Bei längeren Strecken wird hierdurch die Wirtschaft-Iichkeit erheblich gesenkt Außerdem wird durch diesen Vorschlag nur die Lehre vermittelt beim Bohren mit Rohren beim Zurückziehen der Rohre eine gleichzeitige Verfüllung der Bohrlöcher durchzuführen. Es wird jedoch kein Hinweis gegeben, daß zugleich mit dem so Zurückziehen der Bohrwerkzeuge die Bohrlöcher mit schnellaushärtendem Beton gefüllt werden. Läßt man die Rohre weg, was ohnehin nur bei festem Erdreich denkbar wäre, so hat dieser Vorschlag dieselben Nachteile wie der Vorschlag gemäß der DE-AS 16 58 773. Außerdem muß der Kernaushub mit anderen Vorrichtungen und Geräten durchgeführt werden als die Anpassung der Streckenkontur im Bereich der Mantelschale.

Ausgehend von dein Stand der Technik der DE-AS 16 58 773 liegt der Erfindung demgemäß die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren so weiterzuentwikkeln, daß zum Einbringen von Stahlprofilen die konturgenaue Erzeugung einer ausreichend stabilen Mantelschale möglich ist und zwar ohne aufwendige <>■> Begradigungs- und Anpassungsmaßnahmen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmalen gelöst

Danach erfolgt das Verpressen einer Bohrung und das Aushärten der eingepreßten Flüssigkeit in einem vorbestimmten Rhythmus beim Zurückziehen der Bohrwerkzeuge, Der jeweils auszupressende Raum ist zur Bohrungsmündung hin in jedem Verpressungszustand durch das Bohrwerkzeug selbst abgeschottet Diese Maßnahme stellt sicher, daß die zu verpressende Flüssigkeit tief genug in das angrenzende Gebirge eindringt und auch bei sehr weichem Erdreich der aufgebohrte Raum von nachdrückendem Erdreich nicht verfüllt wird. Die Bohrungen können in Abhängigkeit vom Zustand des Erdreichs oder des Gebirges durch bekannte Bohrwerkzeuge oder auch nur durch einfache Lanzen erzeugt werden, sofern die Konsistenz des Erdreichs die Verwendung von Lanzen zuläßt

Nach der Herstellung der Mantelschale wird dann mit einem entsprechend ausgebildeten Werkzeug ein Schlitz in die verfestigte Mantelschale eingearbeitet Hierdurch kann die gewünschte Streckenkontur exakt erzeugt werden. Folglich ist es jetzt möglich, anschließend sofort den endgültigen Streckenausbau aus Stahlprofilen zu setzen. Die Mantelschale ist dabei stabil genug, um nicht nur ein Auslaufen des losen Gesteins zu verhindern, sondern auch alle Bewegungen des Gebirges zu unterbinden. Dadurch, daß der endgültige Ausbau sofort und ohne Schwierigkeiten eingebracht werden kann, ist eine hohe Vortriebsleistung erzielbar. Zusätzliche Ausbauarbeiten entfallen vollständig.

Der Zeitraum, in dem der Konturschlitz in der Mantelschale herstellbar ist wird erfindungsgemäß dadurch verkürzt, daß der Konturschlitz hochdmckwasserunterstützt herausgearbeitet wird. Beispielsweise wird ein entsprechend zwangsgeführter Meißel, der stirnseitig mit einer Hochdruckwasserdüse versehen ist, zur Herstellung des Konturschlitzes verwendet. Der Meißel kann auf einem Support gelagert sein, der an einem Führungsportal entlangbewegbar ist, weiches quer zur Streckenlängsrichtung vor der Ortsbrust angeordnet ist In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß es durch die Zeitschrift »Glückauf« 113 (1977), Nr. 14 bereits bekannt ist, versuchsweise die Kombination von Schrämmeißel mit Hochdruckwasserstrahlen zum Schneiden von härteren Gesteinen mit insbesondere höherer Abrasivität zu verwenden. Darüber hinaus wird gemäß einem älteren, nicht zum vorveröffentlichten Stand der Technik zählenden Vorschlag (DE-AS 28 13 143) eine Vorrichtung zum Vortreiben und Ausbauen einer untertägigen Strecke vorgestellt, welche durch Meißel mit Hochdruckwasserdüsen gebildete Konturschneidwerkzeuge zur Erzeugung eines peripheren Entspannungsschlitzes benutzt

Das Einbringen der Bohrungen in die Ortsbrust entlang der Streckenkontur kann zeitlich nacheinander erfolgen. Das heißt, es wird jede Bohrung einzeln vorgetrieben und jede Bohrung anschließend beim Zurückziehen des Bohrwerkzeugs verpreßt. Indessen läßt die Erfindung es auch zu, daß gleichzeitig zwei oder mehrere Bohrungen hergestellt und auch gleichzeitig verpreßt werden. Auf diese Weise kann die Vortriebsleistung nochmals gesteigert werden.

Die Tiefe der Bohrungen richtet sich nach den örtlichen, das heißt, den geologischen Verhältnissen. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, daß die Bohrungen etwa 3 bis 10 m tief in die Ortsbrust eingetrieben werden. Auf diese Weise werden ausreichend lange Mantelschalenabschnitte erzeugt, die nach den Konturschlitzen und dem Kernaushub dann auch

ein schnelles Einbringen des endgültigen Ausbaus gewährleisten.

Nach der Erfindung ist es von Vorteil, daß die Bohrungen über Längskanäle im Bohrwerkzeug oder in den Bohrwerkzeugen verpreßt werden. Je nachdem wie gebräch oder weich das Gebirge beziehungsweise das Erdreich ist, können die Bohrwerkzeuge auch aus einfachen Lanzen bestehen, die lediglich in das Erdreich eingetrieben werden und eine Längsbohrung besitzen, durch die die zu verpressende Flüssigkeit, beispielsweise Betonmilch, in das Bohrlochtiefste eingeführt wird.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, daß die Bohrwerkzeuge oder Lanzen nach dem Erreichen der vorgesehenen Abschlagslänge wieder kontinuierlich, das heißt stetig, unter gleichzeitiger Verpressung der Bohrungen aus diesen herausgezogen werden. Demgegenüber kann es aber auch vorteilhaft sein, daß die Bohrwerkzeuge entsprechend der Verfestigung der Flüssigkeit stufenweise aus den Bohrungen herausgezogen werden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundgedankens werden nach dem Hersteller, des Konturschlitzes in der Mantelschale längsgerichtete Stützkappen in den Konturschlitz eingebracht und

anschließend radial nach außen druckbeaufschlagt und daraufhin wird unter dem Schutz der Stützkappen der Kernquerschnitt hereingewonnen und abtransportiert

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere dann angewendet, wenn der endgültige Ausbau aus einer Betonschale bestehen soll. Eine solche Betonschale kann dann mit einer definierten Dicke erzeugt werden, wobei die Dicke einerseits durch den Innenquerschnitt der Mantelschale und andererseits durch die Innenschalung bestimmbar ist. Die Sicherung der Mantelschale bis zum Einbringen des Betonausbaus wird durch die Stützkappen gewährleistet, welche beispielsweise als Messerschilde ausgebildet sein können.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   l_r Verfahren zum Vortreiben einer Strecke, eines Tunnels oder dergleichen in kleinstückigem oder gebrächem Gestein beziehungsweise weichem Erdreich, bei welchem zunächst entsprechend der vorgesehenen Streckenkontur dadurch eine Mantelschale aus einem schnell aushärtenden Werkstoff in der Ortsbrust abschnittsweise voreilend hergestellt wird, daß entlang der vorgesehenen Streckenkontur Bohrungen etwa parallel zur Streckenlängsachse in die Ortsbrust vorgetrieben und diese Bohrungen vom Bohrlochtiefsten ausgehend mit einer auch in das angrenzende Gebirge eindringenden und dieses verfestigenden, schnell aushärtenden Flüssigkeit unter Bildung der Mantelschale verpreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aushärtende Flüssigkeit beim Zurückziehen der Bohrwerkzeuge in die Bohrungen eingebracht wird und daß nach dem Verfestigen der Mantelschale mittels einer Schneideinrichtung ein der Kontur der Strecke oder des Tunnels entsprechender Schütz in der verfestigten Mantelschale erzeugt wird, der zeitgleich, jedoch voreilend, zum Kernaushub erfolgt oder an den sich der Kernaushub anschließt
2. 2. Verfahren nach Anspruch *, dadurch gekennzeichnet, daß der Konturschlitz hochdruckwasserunterstützt herausgearbeitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen einzeln zeitlich aufeinanderfolgend oder gruppenweise zeitlich parallel nebeneinander hergestellt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen etwa drei bis zehn Meter tief in die Ortsbrust eingetrieben werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen über Längskanäle im Bohrwerkzeug oder in den Bohrwerkzeugen verpreßt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrwerkzeuge entsprechend der Verfestigung der Flüssigkeit stufenweise aus den Bohrungen herausgezogen werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herstellen des Konturschlitzes in der Mantelschale längsgerichtete Stützkappen in den Konturschlitz eingebracht und anschließend radial nach außen druckbeaufschlagt werden und daß daraufhin unter dem Schutz der Stützkappen der Kernquerschnitt hereingewonnen und abtransportiert wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Stützkappen nachfolgend der endgültige Streckenausbau eingebracht wird.