DE3003826C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schildvortriebsmaschine der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Aus dem Buch
"Der Moderne Tunnel- und Stollenvortrieb", W. Berger, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, 1970, Seiten 100-103,
ist eine Schildvortriebsmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Diese Schildvortriebsmaschine weist eine Bohr­ scheibe auf, die mehrere radial angeordnete Messerbalken besitzt, zwischen denen Stützplatten angeordnet sind. Der von den Messerbalken gelockerte Boden fällt durch angren­ zende Spalten zwischen den Balken und den Stützplatten hin­ ter die Bohrscheibe und wird dort von einem Transportband aufgenommen. Diese Bohrscheibe hat den Vorteil, daß sie auch verhältnismäßig lockere Böden mit den die Fläche im wesentlichen abdeckenden Stützplatten abstützt und das Ab­ rutschen der Ortsbrust verhindert. Jedoch kann bei mit Was­ ser versetzten hochfließfähigen Sanden das Einströmen von Boden und Wasser durch die Spalte der Bohrscheibe nicht verhindert werden. Daher ist diese bekannte Schildvor­ triebsmaschine am rückwärtigen Ende der Bohreinheit mit einer Druckwand versehen, die die Beaufschlagung des davor­ liegenden Arbeitsraumes mit Preßluft gestattet. Durch Druckausgleich mit dem anstehenden Boden kann dessen Ein­ fließen in üblicher Weise verhindert werden. Die Druckwand ist mit Druckschleusen für den Abraum sowie mit Mannschleu­ sen versehen.

Eine weitgehend entsprechende Konstruktion zeigt die Literaturstelle
"Baumaschine und Bautechnik", 19. Jahrgang, März 1972, Seiten 97/98 (Bild 23).
Diese Konstruktion ist für sehr weiche fließfähige Böden vorgesehen und sieht eine weitgehend geschlossene ebene Bohrscheibe mit Förderklappen an Durchtrittsöffnungen vor, die in einen dahinterliegenden abgeschotteten Druckraum führen.

Diese bekannten Konstruktionen können nur jeweils in be­ stimmten Bodenarten, für die sie vorgesehen sind, einge­ setzt werden und liefern dort nur eine unzureichende Ab­ stützwirkung der Ortsbrust, da die Stützplatten bzw. die ebene Bohrscheibe bei drehender Maschine der Ortsbrust nicht anliegt. Bei weichen Böden sackt dieser laufend nach, was zu Bergschäden führt. Insbesondere wird bei stark wasserführenden Böden das ständige Nachsickern großer Was­ sermengen aus der Ortsbrust erst mit dem sehr aufwendigen, der Bohrscheibe nachgeschalteten Druckraum verhindert. Bei härteren Böden ist die Vortriebsleistung unzureichend, da die Bohrscheibe nur schrämend arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schildvor­ triebsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher Konstruktion und Vermeidung von Bodeneinbrü­ chen an der Ortsbrust und damit von Oberflächensetzungen eine höhere Vortriebsleistung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Bohrscheibe arbeitet nicht schrämend, sondern schneidet abstechend unter Vibrationsbeaufschlagung der Schneiden in die Ortsbrust, so daß hohe Vortriebs­ leistungen erreichbar sind. Die schraubenförmige Fläche der Bohrscheibe liegt dabei vollflächig der ungestörten Orts­ brust an, die somit gegen jedes Nachsacken sicher geschützt ist, wodurch Bergschäden vollständig vermieden werden kön­ nen. Der durch Vibration aufgelockerte, abgestochene Boden wird in den Schaufelmulden der Bohrscheibe nach innen zu einem nach hinten abführenden Achsrohr gefördert, wobei er leicht komprimiert wird. Dadurch entsteht eine Rückstauwir­ kung, die ungezieltes Abfließen leichter fließfähigen Bo­ dens verhindert. Allenfalls bei extrem fließfähigem Schlamm ist eine zusätzliche Durchtrittsregulierung für das Achs­ rohr erforderlich. Auf diese Weise stützt die Bohrscheibe nicht nur vollständig die Ortsbrust ab, sondern liefert gleichzeitig den Verschluß des vor der Bohrscheibe liegen­ den Abbauraumes gegenüber dem rückwärtigen Tunnelraum. Ein gesondertes Druckschott ist daher nicht mehr erforderlich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schild­ vortriebsmaschine wird mit den Merkmalen des Anspruches 2 beschrieben. Die zweigängige Ausführung mit dement­ sprechend zwei Schneidkanten und zwei zugehörigen Schaufel­ mulden ergibt die einfachste symmetrische Konstruktion, die aufgrund der Kraftverteilung vorteilhaft ist.

Die Verschlußeinrichtung gemäß Anspruch 3 dient als Regelungs- und insbesondere Sicherheitseinrichtung für Streckenteile, die durch fließfähigen Boden, z. B. wasserhaltige Sände, führen. Mit der Verschlußeinrichtung kann der durch die Achse der Bohrscheibe fließende Abraumstrom auf das ge­ wünschte Maß reduziert oder vollständig abgesperrt werden.

Die Drehdichtung gemäß Anspruch 4 verbessert die Abdichtung gegen eindringendes Wasser. Alternativ oder zusätzlich wird eine solche Dichtung durch die Merk­ male des Anspruches 5 geschaffen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schild­ vortriebsmaschine ist weiterhin durch die Merkmale des Anspruches 6 gekennzeichnet. Dabei wird die Achslagerung der Bohrscheibe von in Achsrichtung wirkenden Druck­ kräften entlastet oder gegebenenfalls völlig befreit und eine gleichmäßigere Abstützung der daher leichter ausführbaren Bohrscheibe in Achsrichtung bewirkt.

Weiterhin vorteilhaft ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schild­ vortriebsmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruches 7. Die Schaufelmulden fördern dabei das von den Schneidkanten gebrochene Material aufgrund ihrer Schrauben­ form zur Achse. Dabei werden sie von den Vibratoren unter­ stützt, die das Gut auflockern und fließfähig halten. Eine weitere Unterstützung kann durch in die Mulden ein­ geblasene Druckmedien, wie z. B. Druckluft oder Wasser, erfolgen, die durch Erhöhung der Fließfähigkeit einen beschleunigten Abtransport gewährleisten.

Die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schildvortriebs gemäß Anspruch 8 beschreibt einfache mechanische Unwucht­ erreger, die eine gute Vibrationswirkung in der Dreh­ richtung ergeben, wobei sich durch die symmetrische Anordnung und die spezielle Synchronisation die radialen Unwucht­ kräfte aufheben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden sche­ matischen Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Achsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schildvortriebsmaschine mit geschittener Bohr­ scheibe und

Fig. 2 eine Stirnansicht auf die Bohrscheibe gemäß Fig. 1 von der Ortsbrust her.

In Fig. 1 ist eine Schildvortriebsmaschine in einer Tunnel­ baustelle dargestellt. Ein üblicher Schildmantel 1 besteht aus einem zylindrischem Stahlrohr, dessen vorderer Rand 2 als Schneide ausgebildet ist. Eine mit dem Schildmantel fest (gegebenenfalls lösbar) verbundene Querwand 3 trägt ein Axiallager 4 für ein Achsrohr 5 einer Bohrscheibe 6. Die Bohrscheibe ist auf diese Weise in der Tunnelachse drehbar gelagert. Auf der Rückseite der Bohrscheibe sind mehrere Stützräder 7 angeordnet, die auf der Querwand 3 laufen und die Bohrscheibe in Achsrichtung abstützen. Eine zusätzliche Abstützung in Achsrichtung kann in der Achslagerung 4 der Bohrscheibe erfolgen, die bei Fehlen der Stützräder gegebenenfalls auch die gesamte Vorschub­ kraft aufnehmen kann.

Zum Vortrieb der Maschine sind am Schildmantel 1 hydrau­ lische Pressen 8 angeordnet, die den Vortrieb der Maschine besorgen, d. h. also das Einpressen der Schneid­ kante 2 des Schildmantels in die Ortsbrust sowie das An­ pressen der Bohrscheibe gegen diese.

In üblicher Weise wird mit Fortschreiten des Bohrvor­ ganges der fertig gebohrte Tunnel noch innerhalb des stützenden Schildmantels z. B. mit Betontübbings 9 ausgekleidet. Die dazu notwendige Montageeinrichtung ist der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber fortgelassen. In üblicher Weise stützen sich die Pressen 8 auf der fertigen Tübbingsauskleidung ab.

Der Drehantrieb der Bohrscheibe erfolgt über eine auf das Achsrohr 5 wirkende Dreheinrichtung 10. Die zum Einschneiden in den anstehenden Boden notwendigen Dreh­ momente werden reduziert durch auf der Bohrscheibe be­ festigte Vibrationen 11, die tangentiale, also in Dreh­ richtung wirkende Vibrationsmomente, erzeugen. Der Boden wird also im wesentlichen durch Vibration gelockert, so daß das von der Dreheinrichtung 10 zu erzeugende Dreh­ moment verhältnismäßig niedrig sein kann und im wesentlichen nur Reibungskräfte, die durch die Vibration der gesamten Scheibe ebenfalls verringert sind, zu überwinden hat.

Die Bohrscheibe ist außerhalb des Achsrohres 5 als ein- oder vorteilhaft mehrgängige, im dargestellten Fall zwei­ gängige, flache Schraube ausgebildet. Der Boden wird dabei mit zwei Schneidkanten 12 gebrochen, die je nach Festigkeit des zu erwartenden Bodens mit gegebenenfalls auswechselbaren Schneideinrichtungen bestückt sind. Die Vibratoren 11 sind bevorzugt in der Nähe der Schneiden angeordnet, um an diesen eine das Brechen erleichternde Vibrationswirkung zu erzeugen, wobei die Vibration tangential, also in Schneidrichtung wirkt.

Hinter den Schneiden verläuft die jeweilige Halbfläche der dargestellten Bohrscheibe schraubenförmig und endet mit halber Ganghöhe hinter der nächstfolgenden Schneide. In diesem Zwischenraum sitzt in Drehrichtung sowie auch in Achsrichtung hinter der Schneide liegend eine jeweils in Drehrichtung und in Achsrichtung rückwärtig geschlossene Schaufelmulde 13. Die Rückwände 14 der Schaufelmulden ver­ laufen spiralförmig zur Achse, so daß der in die Mulden ge­ brochene Boden bei der Drehung der Bohrscheibe zur Achse transportiert wird. Bei diesem Guttransport in im wesentlichen radialer Richtung in den Mulden wird das Gut durch die auch auf die Mulden wirkenden Vibratoren 11 gelockert, so daß es unter dem Druck des nachfolgenden Gutes zur Achse gedrückt wird. Gegebenenfalls können zusätzlich Druckluft oder Wasser durch nicht dargestellte Leitungen in die Mulden gefördert werden, wodurch die Fließfähigkeit des abzutransportierenden Gutes ver­ bessert wird.

Aus den Mulden gelangt das Gut in das axial durch­ gängige Achsrohr 5 und fällt von dessen rückwärtigem offenen Ende über eine darunter an der Querwand 3 be­ festigte Schütte 15 auf ein übliches Transportband 16, das auf nachfolgende Schuttereinrichtungen arbeitet. Die Bohrscheibe 6 ist an ihrem Umfang eng in das Schildmantelrohr 1 eingepaßt und dort gegebenenfalls zusätzlich mit einer Drehdichtung versehen. Zusätzlich oder allein abdichtend wirkt die Lagerung 4 des Achs­ rohres 5 in der Trennwand 3. Bei Vorliegen extrem fließ­ fähiger Böden, z. B. mit Wasser versetztem Sand, der unter großem hydrostatischem Druck steht, kann dieser in den Tunnel drängende Boden nur durch das hohle Achsrohr 5 fließen. Um in diesem Falle das plötzliche Einschießen von großen Boden- und Wassermengen beherrschen zu können, ist am rückwärtigen Ende des Achsrohres 5 eine Ver­ schlußeinrichtung in Form eines Verschlußstopfens 17 vor­ gesehen, der unter Einwirkung nicht dargestellter axial­ wirkender Pressen je nach Bedarf den Querschnitt des Achsrohres 5 verengen oder bei Betriebsstillstand vollständig ver­ schließen kann. Auf diese Weise kann die Ortsbrust, also der vor der Bohrscheibe 6 stehende Boden auch unter un­ günstigen Bedingungen mit Sicherheit am Eindringen in den Tunnel gehindert werden. Im Falle fließfähiger Böden wird durch die Drosselwirkung des Verschlußstopfens 17 im Achsrohr 5 der Boden verdichtet. Hierdurch bildet sich im Achsrohr ein Materialpfropfen, der seinerseits den Wasserdurchtritt in vorteilhafter Weise verringert. Wenn dagegen z. B. zäher Lehmboden vorliegt, der das Achsrohr nur schwer passiert, so kann dessen Vortrieb im Achsrohr 5 durch eine nicht dargestellte, im Achs­ rohr vorgesehene Transportschnecke verbessert werden. Eine Druckluftbeaufschlagung der Ortsbrust und der damit verbundene apparative Aufwand wird vermieden.

Die Vibratoren 11 können als tangential angeordnete lineare Vibratoren oder vorteilhaft als einfache rotierende Unwuchterzeuger ausgebildet werden, wobei symmetrisch angeordnete Vibratoren jeweils gegenüberliegend synchron derart phasenverschoben laufen, daß sich die radialen Unwuchtkomponenten addieren. Dadurch werden Vibrationsbe­ lastungen der Achslagerung 4 vermieden.

Claims (8)

1. Schildvortriebsmaschine für den Tunnelbau in lockerem, insbesondere fließfähigem Boden, z. b. Sand, mit einem durch Vorschubeinrichtungen in Tunnelrichtung angetrie­ benen Schildmantel, in dem eine mit einem Drehantrieb gekoppelte, die Ortsbrust zumindest teilweise stützende Bohrscheibe mit Schneideinrichtungen und mit spiralför­ mig ausgebildeten Schaufelmulden um eine im Schild feststehende, in der Tunnelachse liegende Achse drehbar gelagert ist und der Abbauraum gegenüber dem rückwärti­ gen Tunnelraum abgesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe als auf einem axial offenen Achs­ rohr (5) sitzende, außerhalb dieses Rohres vollständig geschlossene ein- oder mehrgängige Schraubenbohrscheibe (6) flacher Steigung ausgebildet ist, hinter deren Schneidkanten (12) rückwärtig geschlossene, spiralför­ mig in das Achsrohr fördernde Schaufelmulden (13) ange­ ordnet sind, in deren Nähe die Scheibe mit im wesentli­ chen tangential in Schneidrichtung wirkenden Vibratoren (11) versehen ist.

2. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe (6) zweigängig ausgebildet ist.

3. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rückwärtige Ende des Achsrohres (5) mit einer Verschlußeinrichtung (17) versehen ist.

4. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe (6) an ihrem Umfang eine Drehdichtung aufweist.

5. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe (6) vor einer Querwand (3) des Schild­ mantels (1) sitzt, in der das Achsrohr (5) dichtend gelagert ist.

6. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe (6) über außerhalb des Achsrohres (5) angeordnete Stützräder (7) gegen eine Lauffläche (3) am Schildmantel (1) axial abgestützt ist.

7. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelmulden (13) mit Zuleitungen für ein das Ab­ fließen des Abraumes unterstützendes Auflockerungs­ medium versehen sind.

8. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Vibratoren parallel zur Achse (5) rotierende Unwuchterreger (11) verwendet werden, die diametral gegenüberliegend derart phasenversetzt synchron laufen, daß sich die radialen Unwuchten kompensieren und die tangentialen addieren.