DE3015580C2 - Vortriebsschild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vortriebsschild nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Vortriebsschilde dieser Art dienen zum Abbau des Bodens beim Vortreiben von unterirdischen Hohlprofilsträngen. Bei einem bekannten Vortriebsschild dieser Art, wie es z. B. in der DE-AS 12 25 687 beschrieben ist, wird die Abbaukammer zur Erzielung des erforderlichen Stützdruckes gegen die Ortsbrust mit Druckluft gefüllt. Die Druckluft soll ein Einstürzen des Abbauraumes und ggf. ein Eindringen von Grundwasser in die Abbaukammer verhindern.

Nachteilig bei diesen bekannten, mit Druckluft arbeitenden Vortriebsschilden ist, daß eine erhebliche Menge an Druckluft bereitgestellt werden muß, um die Standsicherheit der Ortsbrust und somit die Sicherheit des Abbaues zu gewährleisten. Um ein Eindringen von Grundwasser in die Druckkammer ζυ verhindern, muß der Stützdruck mindestens so hoch wie der Grundwasserdruck an der untersten Stelle der Abbaukammer gewählt werden; dies hat zur Folge, daß aufgrund des allseitig gleichen Gasdruckes an der Oberseite der Abbaukammer ein Überdruck in bezug auf das Grundwasser entsteht Hierdurch wird das Grundwasser im oberen Teil des Abbauraumes in das Erdreich zurückgedrängt, was einen hohen Druckluftbedarf erfordert Zudem kann es bei geringer Überdeckung des Abbauraumes, insbesondere bei lockeren Böden, zu sogenannten Ausblasen) kommen, was einen Druckabfall in der Abbaukammer und damit eine Verringerung der Ortsbruststandsicherheit nach sich zieht.

Aus den genannten Gründen ist man bei der Weiterentwicklung von Vortriebsschilden dazu übergegangen, statt mit Druckluft mit Druckflüssigkeit zu arbeiten. Ein solcher, mit Druckflüssigkeit arbeitender Vortriebsschild ist aus der DE-PS 24 31 512 bekannt. Bei diesem Votriebsschild wird durch eine Druckmittelzuführung Flüssigkeit in die Abbaukammer eingeleitet Diese Flüssigkeit steht unter Überdruck und füllt die Abbaukammer vollständig aus, so daß der erforderliche Stützdruck gegen die Ortsbrust gebildet ist. Das durch das Abbauwerkzeug von der Ortsbrust gelöste Material wird mit Hilfe der in der Abbaukammer befindlichen Stützflüssigkeit durch Austrittsleitungen abgezogen.

Nachteilig hierbei ist es, daß während der Arbeitsdurchführung der gesamte Abbauraum aufgrund der verunreinigten Stützflüssigkeit völlig undurchsichtig ist, so daß eine Beobachtung der Ortsbrust während der Abtragungsarbeiten nicht möglich ist und der Vortrieb somit praktisch blind erfolgt Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Abbauarm mit seinem kompliziert ausgebildeten Schwenkmechanismus stets der umgebenden Stützflüssigkeit ausgesetzt ist, die wegen ihrer Verschmutzung besonders aggressiv ist, wodurch insbesondere die beweglich geführten Teile einer erhöhten Reibungsbeanspruchung ausgesetzt sind und somit auch einem vorzeitigen Verschleiß unterliegen. Weiterhin nachteilig ist, daß die in der Abbaukammer durchzuführenden Arbeiten, wie z. B. Werkzeugwechsel, Beseitigung von Findlingen usw., nur durchgeführt werden können, nachdem die Druckflüssigkeit abgelassen worden ist und das Personal durch Notschleusen unter Aufrechterhaltung des Stützdruckes durch ein Druckgas den Abbauraum betreten hat. Dies erfordert hohe Stillstandszeiten des Vortriebes.

Eine Weiterentwicklung des letztgenannten, mit Druckflüssigkeit arbeitenden Vortriebsschildes stellt der sogenannte Thixschild dar (Artikel in TIS 12 (1979),

S. 999 bis 1002), das mit einer Bentonitsuspension als Druckflüssigkeit arbeitet. Die prinzipielle Arbeitsweise entspricht der vorbeschriebenen Ausführung. Durch die Betonitsuspension wird eine gewisse abdichtende Wirkung im Untergrund erreicht, so daß beim Ablassen der Druckflüssigkeit der Abbauraum durch Druckluft gestützt werden kann, wobei im Vergleich zu den erstgenannten Vortriebsschilden ein erheblich verminderter Luftbedarf erforderlich ist.
Auch beim Thixschild muß der Abbauvorgang längere Zeit unterbrochen werden, wenn eine Bedienungsperson durch die Befahrungsschleuse in der abschottenden Querwand in den Abbauraum gelangen soll. Da der Thixschild mit Druckflüssigkeit betrieben wird, treten

auch hier die schon oben erwähnten Nachteile, wie Verunreinigung der Stützflüssigkeit und damit vorzeitiger Verschleiß der beweglichen Teile der Abbauvorrichtung auf. Zwar ist beim Thixschild eine Einrichtung zur Kontrolle der Lage des Abbauwerkzeuges in bezug auf die Ortsbrust vorgesehen, so daß eine exakte Steuerung des Abbauwerkzeuges von außerhalb der Abbaukammer möglich ist doch kann auch hier die Bedienungsperson die Ortsbrust selbst nicht sehen, so daß ein Auftreffen des Werkzeuges auf Findlinge oder dgl. nicht verhindert werden kann, was zwangsläufig zu erhöhtem Werkzeugverschleiß und damit verbundenen erhöhten Maschinenstillstandszeiten führt.

Ausgehend von dem letztgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Vortriebsschüd der anmeldungsgemäßen Gattung derart weiterzubilden, daß bei sicher abgestützter Ortsbrust ein kontrollierter Bodenabbau möglich ist und der Verschleiß der Abbaueinheit reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst

Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß die Vortriebsarbeiten an der Ortsbrust ständig genau beobachtet werden können, da sich keinerlei verunreinigte Stützflüssigkeit im Abbauraum befindet, sondern der Stützdruck in der Abbaukammer ausschließlich durch Druckluftzuführung aufrechterhalten wird, die durch die Druckmittelzuführung in den Abbauraum eingeleitet wird. Der Abtrag der Ortsbrust kann auf diese Weise einsehbar und deshalb gezielt durchgeführt werden, wobei insbesondere sofort auf etwa vorhandene Hindernisse, wie Steine, Findlinge oder dgl„ unmittelbar reagiert werden kann, so daß Beschädigungen des Abbauwerkzeuges oder der sonstigen Einrichtungen vermieden werden. Hierdurch können Reparaturarbeiten weitgehend ausgeschaltet werden, wodurch eine Einsparung an Ersatzteilkosten und Arbeitslohn erzielt wird. Der Abbau der Ortsbrust erfolgt unter Berücksichtigung der gegebenen Geologie ganz individuell entsprechend den jeweils gegebenen Bodenverhältnissen, wobei das kontrollierte Steuern des Abbauwerkzeuges von nur einer Person erfolgen kann. Die Bodenverhältnisse können dabei laufend überprüft und kontrolliert werden, so daß auch Sofortrückschlüsse für den weiteren Ausbau des unterirdischen Hohlprofilstranges gezogen werden können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß z. B. bei evtl. Wartungsarbeiten bzw. einem Austausch der Abbauwerkzeuge nicht wie bisher die gesamte Stützflüssigkeit völlig aus dem Abbauraum entfernt werden muß, was arbeits- und zeitaufwendig ist Vielmehr kann bei der erfindungsgemäßen Lösung die Abbaukammer durch die Befahrungsschleuse jederzeit betreten werden, ohne daß der Stützdruck vermindert oder gar völlig abgebaut werden muß. Außerdem wird der Vorteil erreicht, daß der Abnutzungsgrad des Abbauwerkzeuges, wie z. B. der Verschleiß an den Schneidzähnen, genau beobachtet werden kann, so daß zum richtigen Zeitpunkt Wartungs- und Reparaturarbeiten durchgeführt werden können. Auch beim Auftreffen auf einen Findling muß bei der bekannten Einrichtung die Stützflüssigkeit ganz abgelassen werden, damit eine Bedienungsperson in die Abbaukammer gehen kann, um dort das Hindernis manuell zu beseitigen. Demgegenüber kann bei dem erfindungsgemäßen Vortriebsschild ein Findling sofort ohne Stützdruckreduzierung von der Bedienungsperson beseitigt werden, wobei zudem mit Hilfe des durch Sichtkontakt kontrolliert gesteuerten Abbauarmes der in der Ortsbrust auftauchende Findling exakt herausgeschält werden kann, ohne daß dabei das Abbauwerkzeug beschädigt wird. Der Findling kann ohne weitere Betriebsunterbrechung manuell durch eine Schleuse aus dem Abbauraum entfernt werden.

Zudem wird mit der Erfindung der Vorteil erreicht daß die Ortsbrust bis auf einen kleinen Bearbeitungsbereich fast vollständig durch eine mernbranartige Dichtsuspension als Dichtmittelschicht abgedichtet ist Eine solche Schicht kann z. B. aus Bentonitsuspension oder einer dichtenden Feinkornfraktion bestehen. Da dem Abbauarm eine Spritzvorrichtung zugeordnet ist, deren Austragsdüse auf die vom Abbauwerkzeug freigeschnittene Fläche richtbar ist, kann die durch das Abbauwerkzeug beschädigte Stelle der Dichtmembran sofort wieder erneuten werden, so daß beim Weiterführen des Abbauarmes die jeweils gerade bearbeitete Stelle der Ortsbrust unverzüglich wieder dicht verschlossen wird. Durch das Auftragen der Dichtsuspension kann der Druckluftbedarf im Vergleich zu den erstgenannten Vortriebsschilden erheblich reduziert werden, da ein Ausströmen der Druckluft durch die Poren des Bodens wirksam verhindert wird. Des weiteren wird durch die aufgetragene Dichtsuspension die Betriebssicherheit erheblich erhöht, da das Risiko von Ausbläsern nahezu eliminiert ist Durch das sofortige Verschließen der vom Abbauwerkzeug in der Ortsbrust abgetragenen Stellen wird erreicht, daß praktisch während des gesamten Abbaubetriebes eine fast vollständig geschlossene Dichtfläche auf der Ortsbrust gebildet wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Vortriebsschild auf die Verwendung einer kostenintensiven Stützflüssigkeit verzichtet wird, tritt somit auch an den Abbauarmaggregaten kein erhöhter Verschleiß aufgrund verschmutzter Flüssigkeit ein, so daß eine lange und wartungsfreie Funktionstüchtigkeit gegeben ist Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgebaute Räummaterial wird über die im Bodenbereich des Schildmantels angeordnete Einrichtung aus der Abbaukammer heraus nach außen abgeführt.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7. Als Dichtsuspension hat sich z. B. eine Bentonitsuspension als besonders zweckmäßig erwiesen, da sie eine gute Dichtwirkung hat, verhältnismäßig preiswert und wenig umweltbelastend ist, so daß sie anschließend nicht wieder vom Abbaumaterial getrennt werden muß und zusammen mit diesem verkippt werden kann. Durch die vorteilhafte Anordnung der Spritzvorrichtung gemäß den Ansprüchen 3 und 4 kann die vom Abbauwerkzeug bearbeitete Stelle schnellstmöglich wieder verschlossen werden, hierdurch wird nicht nur der Druckluftbedarf minimiert, es wird auch erreicht daß der Abbauraum weitgehend staubfrei gehalten wird. Die Ansprüche 6 und 7 kennzeichnen eine vorteilhafte Anordnung zum Abtransport des abgebauten Bodenmaterials.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. F i g. I zeigt in vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt durch eine Abbaukammer mit dem erfindungsgemäßen Vortriebsschild.

Der in der Zeichnung dargestellte Vortriebsschild 1 befindet sich in einem Tunnel 2, der durch Abbau einer Ortsbrust 3 vorangetrieben wird. Der Vortriebsschild 1 weist einen Schildmantel 4 auf, der mit der Ortsbrust 3

zugewandten Schildschneiden 5 versehen ist. Der Vortriebsschild 1 ist über Vortriebspressen 6 verlagerbar, die am Schildmantel 4 angreifen. Im Schildmantel 4 ist in einem Abstand von den Schildschneiden 5 eine Querwand 7 angeordnet. Durch die Querwand 7, den Schildmantel 4 und die Ortsbrust 3 ist somit ein Abbauraum 8 (auch als Abbaukammer bezeichnet) begrenzt.

Am Bodenbereich des Schildmantels 4 ist eine Austrittsleitung 9 angeordnet, die die Querwand 7 durchsetzt und mit einem Ansaugende 10 in den Abbauraum 8 ragt. Die Austrittsleitung 9 weist ein Fördersteuerventil 11 auf.

Das Ansaugende 10 der Austrittsleitung 9 befindet sich im Bereich eines Förderkastens 12, der eine Öffnung 13 besitzt. Im Förderkasten 12 ist eine Spüleinrichtung 14 angeordnet, die sich vor dem Ansaugende 10 der Austrittsleitung 9 befindet und über eine Leitung 15, die die Querwand 7 durchsetzt und ein Ventil 16 besitzt, gespeist wird.

Oben unter dem Schildmantel 4 ist eine Pneumatikleitung 17 angeordnet, die die Querwand 7 durchsetzt und in den Abbauraum 8 ragt, so daß in den Abbauraum 8 Druckluft eingeleitet werden kann, die zum Aufbau eines konstanten Stützdruckes im Abbauraum 8 über ein Stützdruckregelventil 18 steuerbar ist.

Unter der Pneumatikleitung 17 ist in der Querwand 7 eine Sichtscheibe 19 angeordnet, durch die die Bedienungsperson von außen in den Abbauraum 8 einsehen kann. Damit insbesondere die gesamte Ortsbrust 3 ungehindert beobachtet werden kann, sind an der Querwand 7 am Umfangsbereich der Sichtscheibe 19 Sichtschrägen 20 ausgebildet, so daß ein größerer Freiraum bzw. Blickwinkel für die Einsichtnahme gegeben ist.

Unmittelbar unter der Sichtscheibe 19 ist etwa im Mittenbereich der Querwand 7 eine Pneumatikdruckdurchführung 21 angeordnet, durch die ein Abbauarm 22 hindurchgeführt ist. Der Abbauarm 22 ist um einen Achsbolzen 23 schwenkbar, der in einem Führungsteil 24 gelagert ist. Dieser Führungsteil 24 ist wiederum in einem Drehkranz 25 gelagert, der die Pneumatikdruckdurchführung 21 außen begrenzt, in der Querwand 7 drehbar gelagert ist und durch einen Antriebsmotor 26 verdreht werden kann. Damit die Pneumatikdruckdurchführung 21 im Miitenbereich der Querwand 7 eine hohe Sicherheit gegen Druckluftlecks besitzt, ist zusatzlieh eine Dichtmanschette 27 am Abbauarm 22 im Bereich des Drehkranzes 25 und des Führungsteiles 24 angeordnet.

Der Abbauarm 22 wird über ein Hubelement 28 verschwenkt, das über eine Steuerleitung 29 von einem Aggregat 30 gespeist wird und das mit dem einen Ende am Abbauarm 22 und mit dem anderen Ende an einer Montagekonsole 31 schwenkbar angelenkt ist, die am Drehkranz 25 befestigt ist.

Der Abbauarm 22 besitzt ein Zylinderrohr 32, in dem eine Kolbenstange 33 gelagert ist, die in Richtung der Längsachse 34 aus- und einfahrbar ist, was ebenfalls vom Aggregat 30 aus gesteuert werden kann. Am freien Ende der Kolbenstange 33 befindet sich ein als Fräskopf ausgebildetes Abbauwerkzeug 35, welches das Material an der Ortsbrust 3 abarbeitet.

Am freien Endbereich des Zylinderrohres 32 ist eine Spritzvorrichtung 36 angeordnet. Diese Vorrichtung 36 ist so befestigt daß sie bei Bedarf um die Längsachse 34 des Abbauarmes 22 gedreht und gleichzeitig in dem Gelenk 42 gekippt werden kann. Die Austragsdüsen der Spritzvorrichtung 36 sind so gerichtet, daß herausspritzendes Dichtmittei 38 direkt neben dem freien Ende des Abbauwerkzeuges 35 auf die Ortsbrust 3 trifft, wodurch gewährleistet ist, daß sofort nach dem Weiterschwenken des Abbauarmes 22 die bearbeitete Stelle der Ortsbrust 3 zwangsläufig unmittelbar wieder abgedichtet wird, so daß eine vorteilhaft aus Feinkornfraktion oder Bentonitsuspension bestehende Dichtungsmembrane 39 stets fast die gesamte Oberfläche der Ortsbrust 3 abdeckt. Die Spritzvorrichtung 36 wird über eine Zuführleitung 40 versorgt, die entlang dem Zylinderrohr 32 verläuft und durch die Pneumatikdruckdurchführung 21 nach außen geführt ist, so daß sie hier außerhalb des Abbauraumes 8 mit dem jeweils zweckmäßigen Dichtmittel 38 beschickt werden kann.

Der Zeichnung ist eindeutig zu entnehmen, daß mit dem erfindungsgemäßen Vortriebsschild ein exaktes Arbeiten unter genauer und ständiger Beobachtung der Arbeitsstelle möglich ist. Die Beobachtung der Arbeitsstelle muß nicht unbedingt direkt durch die Sichtscheibe 19 erfolgen, sondern es kann auch nach einer bevorzugten Ausführung beispielsweise im Zusammenhang mit einer ferngesteuerten Bedienung eine Sichtüberwachung über einen Monitor erfolgen, wobei eine entsprechende Aufnahmekamera entweder an der dem Abbauraum 8 zugewandten Innenseite der Querwand 7 oder dem Schildmantel 4 angeordnet ist oder aber außen hinter der Sichtscheibe 19 installiert ist. Das mit dem Abbauwerkzeug 35 von der Ortsbrust 3 abgearbeitete Räummaterial 41 gelangt durch die öffnung 13 in den Förderkasten 12, wird hierdurch die Spüleinrichtung 14 benetzt bzw. aufgeschwemmt und anschließend durch das Ansaugende 10 der Austrittsleitung 9 nach außen abgezogen. Dabei ist es möglich, die Feinbestandteile des Abraummaterials 41 wieder aufzubereiten und dem Dichtmittel 38 zur Erneuerung der Dichtungsmembrane 39 zuzumischen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vortriebsschild mit einer durch eine Querwand mit einer Befahrungsschleuse nach hinten abgedichteten und nach vorne durch die Ortsbrust begrenzten Abbaukammer, mit einem in der Abbaukammer allseitig schwenkbar gelagerten Abbauarm, der ein Abbauwerkzeug zum Abbau der Ortsbrust aufweist, dem eine Einrichtung zur Kontrolle der Lage des Abbauwerkzeuges zum Profil der Ortsbrust zugeordnet ist, mit einer Druckmittelzuführung zur Erzielung eines Stützdruckes im Abbauraum und mit einer im Bodenbereich des Schildmantels angeordneten Einrichtung zum Abtransport des abgebauten Bodenmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbaukammer (8) mit Druckluft beaufschlagt ist und zur Sichtkontrolle der Ortsbrust (3) von außerhalb der Abbaukammer (8) ein Sichtfenster (19) in der Querwand (20) oder eine Fernsehkamera vorgesehen ist, und daß dem Abbauarm (22) eine Spritzvorrichtung (36) zum Auftragen einer Dichtsuspension zugeordnet ist, deren Austragdüse (37) auf die vom Abbauwerkzeug (35) freigeschnittene Fläche richtbar ist.

2. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtsuspension eine Bentonitsuspension oder eine dichtende Feinkornfraktion ist.

3. Vortriebsschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzvorrichtung (36) an einem Zylinderrohr (32) des Abbauarms (22) angeordnet ist.

4. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzvorrichtung (36) am Abbauarm (22) befestigt und nach Bedarf allseitig schwenkbar ist.

5. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbauwerkzeug (35) an einer im Zylinderrohr (32) gelagerten, ausschiebbaren Kolbenstange (33) angeordnet ist.

6. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtransport des abgebauten Bodenmaterials eine Absaugleitung (9) aufweist, deren Ansaugende (10) in einem Förderkasten (12) in der Abbaukammer (8) angeordnet ist.

7. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß im Förderkasten (12) vor dem Ansaugende (10) der Absaugleitung (9) eine Spüleinrichtung (14) angeordnet ist.