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Titel: Verfahren und Einrichtung zum Vortrieb unterirdischer Bauwerke
mittels eines Messerschildes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vortrieb unterirdischer
Bauwerke, wie insbesondere Tunnels, Stollen oder Untertagestrecken in Bodenschichten
unterschiedlicher Beschaffenheit mit Hilfe eines Messerschildes mit einer darin
gelagerten Vortriebsmaschine. Ferner ist die Erfindung auf eine zweckdienliche Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.
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FUr das Auffahren von Tunnels, Stollen oder sonstigen Strecken im
standfesten oder lockeren Erdreich werden Messerschilde eingesetzt, deren Schildmantel
von einer Vielzahl nebeneinander angeordneter, auf einem gemeinsamen Stützrahmen
abgestützter und geführter Vortriebsmesser gebildet ist, die mittels am Stützrahmen
abgestützter hydraulischer Pressen einzeln oder gruppenweise in Vortriebsrichtung
vorpreßbar sind (DE-AS 25 53 248, DE-OS 26 54 422).
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Die Vortriebsarbeit erfolgt mit Hilfe einer z.B. als Vollschnittmaschine
ausgebildeten Vortriebsmaschine, die im Inneren des Messerschildes gelagert ist.
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Bekannt sind auch Messerschilde, deren Stützrahmen aus zwei über Vorschubzylinder
zu einem Gespann gekoppelten spreizbaren Stützgestellen bestehen, an denen die Vortriebsmesser
gruppenweise so angeordnet sind, daß die beiden Stützgesteile mit den an ihnen befestigten
Vortriebsmessern in
aufeinanderfolgenden Schritten und unter gegenseitiger
Abstützung in Vortriebsrichtung vorbewegbar sind (DE-PS 22 59 249).
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Ferner gehören Messerschilde zum Stand der Technik, die aus einem
Vorlaufschild und einem nachgeschalteten Nachlaufschild bestehen, wobei der Vorlaufschild
mit an einem Vorlauf-Stützrahmen abgestützten Vorlaufmessern und der Nachlaufschild
mit an einem Nachlauf-Stützrahmen abgestützten Nachlaufmessern versehen ist und
die Vorlauf- und Nachlaufmesser mittels hydraulischer Pressen einzeln oder gruppenweise
gegenüber den Stützrahmen vorpreßbarsind, Dabei sind die beiden Stützrahmen zu einer
geschlossen vorbewegbaren Schreiteinheit lösbar miteinander koppelbar und zugleich
mittels einer zwischen ihnen eingeschalteten Vorschubrichtung im entkoppelten Zustand
unabhängig voneinander vorbewegbar (DE-AS 26 56 216). Bei dieser Ausgestaltung des
Messerschildes lassen sich also die Stützrahmen des Vorlaufschildes und des Nachlaufschildes
zu einer Schreiteinheit koppeln, so daß sie gemeinsam in Vortriebsrichtung vorbewegt
werden können, ohne hierbei allerdings ihre Vortriebsmesser mitzunehmen. Falls der
Reibschluß der Vortriebsmesser am umgebenden Erdreich nicht ausreicht, um ein festes
Widerlager für die Vorschubvorrichtung zu bilden, so kann die mechanische Kopplung
zwischen den beiden Stützrahmen vorUbergehend gelöst und zunächst der Vorlauf-Stützrahmen
und dann der Nachlauf-Stützrahmen vorgeholt werden.
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Schließlich sind auch Vortriebsschilde mit darin gelagerten Vollschnittmaschinen
bekannt, die als einteilige Zylinderschilde oder als Spreizschilde ausgebildet sind,
welche über eine Vorschubvorrichtung mit einem gegen die Ausbruchswandung verspannbaren
Nachschleppwiderlager verbunden sind (DE-OS 28 51 742).
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Beim Auffahren von Tunnels u.dgl. im Messerschild-Vortriebsverfahren
sind nicht selten Bodenschichten unterschiedlicher Beschaffenheit zu durchfahren,
die von kohäsionslosen Lockerböden über bindige Böden bis zu stark verfestigten
Böden hoher Standfestigkeit reichen. Der eingesetzte Messerschild wird dabei unabhängig
von der jeweiligen Bodenbeschaffenheit stets so gefahren, daß zunächst die Vortriebsmesser
einzeln oder gruppenweise vorgedrückt und anschließend der Stützrahmen in einem
Schritt nachgeholt wird. Mit dieser Methode lassen sich insbesondere kohäsionslose
oder kohäsionsarme Lockerschichten zuverlässig durchfahren, während die gleiche
Arbeitsweise unter Umständen dann weniger wirtschaftlich ist, wenn bindige oder
mehr oder weniger feste Schichten durchfahren werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messerschild-Vortriebsverfahren
zu schaffen, mit dem sich unterschiedliche Bodenschichten, wie sie häufig auf der
Länge eines zu errichtenden Bauwerks anzutreffen sind, mit erhöhter Wirtschaftlichkeit
durchfahren lassen. Ferner bezweckt die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Messerschild-Vortriebseinrichtung, die sich in Anpassung an die jeweilige
Bodenbeschaffenheit fahren läßt und damit gegenüber den herkömmlichen Messerschilden
vielseitiger und mit höherer Wirtschaftlichkeit einsetzen läßt.
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Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst,
daß insbesondere in bindigen und standfesten Bodenschichten der Messerschild mit
den gegen Längsverschieben am Stützrahmen festgelegten Vortriebsmessern als Baueinheit
vorgedrückt wird.
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Bei dieser Verfahrensweise kann also der Messerschild wahlweise in
herkömmlicher Weise oder aber auch nach Art eines Vortriebsschildes gefahren werden,
so daß sich eine Anpassung
an die jeweiligen Bodenverhältnisse
erreichen und sich entsprechend der Vortrieb insgesamt wirtschaftlicher durchführen
läßt0 Wird der Messerschild nach Art eines zylindrischen Vortriebsschildes gefahren,
so werden die Messer gegenüber dem Stützrahmen festgelegt, so daß sich der Stützrahmen
zusammen mit dem von den Vortriebsmessern gebildeten Schildmantel als Baueinheit
vortreiben läßt. Auf diese ;weise lassen sich insbesondere in bindigen und standfesten
Böden höhere Vortriebsleistungen erreichen. In nicht-standfesten, kohäsionsarmen
oder kohäsionslosen Böden kann dagegen der Messerschild in der herkömmlichen weise
gefahren werden, indem zunächst die Vortriebsmesser einzeln oder gruppenweise vorgepreßt
und anschließend der Stützrahmen nachgeholt wird.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit Vorteil
ein Messerschild Verwendung finden, dessen an einem nachführbaren Stützrahmen abgestützte
Vortriebsmesser mittean an ihnen angreifender und sich gegen den Stützrahmen abstützender
Pressen einzeln oder gruppenweise vorpreßbar sind, wobei der Stützrahmen über eine
Vorschubvorrichtung mit einem verspannbaren Nachschleppwiderlager verbunden ist.
Um eine solche Messerschild-Vortriebseinrichtung im Bedarfsfall auch nach Art eines
einteiligen Vortriebsschildes zu fahren, sind erfindungsgemäß die Vortriebsmesser
gegenüber dem Stützrahmen gegen Längsverschieben verriegelbar, während das Nachschleppwiderlager
hinter den Messerenden in dem Ausbruchsraum verspannbar ist, so daß es den Vorschub
des Messerschildes als Baueinheit ermöglicht. Die Verriegelung der Vortriebsmesser
kann in einfacher weise dadurch erfolgen, daß die den einzelnen Vortriebsmessern
zugeordneten hydraulischen Pressen gegen Einschub hydraulisch verriegelt werden.
Weiterhin empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen, daß die Vortriebsmesser
mittels gegen den Stützrahmen abgestützter Ssreizzylinder od.
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dgl. gegen die Ausbruchswandung anpreßbar sind. Statt dessen
kann
der Stützrahmen aber auch in bekannter Weise als Spreizrahmen ausgebildet sein.
Die Spreizbarkeit des Stützrahmens bzw. der Vortriebsmesser ermöglicht es, den Messerschild
in standfesten Schichten im ungespreizten, d.h. im entlasteten Zustand als Baueinheit
vorzudrücken, wie dies für zylindrische Vortriebsschilde bekannt ist (DE-OS 26 21
421).
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Das genannte Nachschleppwiderlager weist vorzugsweise ein sich auf
der Sohle abstützendes Tragsegment und hiermit, vorzugsweise über Schwenkzylinder,
gelenkig gekoPpelte Snannsegmente auf, die mittels hydraulischer Verspannzylinder
gegen die Ausbruchswand abspannbar sind und an denen sich die mit dem Stützrahmen
des Messerschildes verbundenen Vorschubzylinder der Vorschubvorrichtung abstützen.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der
Stützrahmen des Messerschildes von in Vortriebsri chtung hintereinandergeschalteten
Stützrahmenteilen gebildet, an denen sich die gemeinsamen Vortriebsmesser abstützen
und führen und die über Vorschubzylinder verbunden sind. In dem vorderen Stützrahmenteil
ist dabei die Vortriebsmaschine gelagert, die vorzugsweise als Vollschnittmaschine
ausgebildet ist. Aufgrund dieser Zweiteiligkeit des Stützrahmens ist es möglich,
den vorderen Stützrahmenteil mit den hieran festgelegten Vortriebsmessern als Baueinheit
vorzupressen, wobei der hintere Stützrahmenteil, der durch das Nachschleppwiderlager
gehalten wird, das Abstützwiderlager für die Vorschubpressen bildet.
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Mit dem vorderen Stützrahmenteil wird auch die in ihm gelagerte Vortriebsmaschine
vorgefahren. Anschließend kann dann das rückwärtige Stützrahmenteil z.B. bei gelösten
Spreizvorrichtungen nachgeholt werden. Statt dessen ist es aber auch möglich, das
vordere Stützrahmenteil mit der darin gelagerten Vortriebsmaschine unabhängig von
den Vortriebsmessern zur Ortsbrust hin vorzuschieben, wobei die
Vortriebsmesser
an dem hinteren Stützrahmenteil festgelegt sind. Das hintere Stützrahmenteil wird
dann zusammen mit den Vortriebsmessern in einem nachfolgenden Schritt nachgeholt.
Bei dieser Arbeitsweise ist es erforderlich, daß sich die den einzelnen Vortriebsmessern
zugeordneten hydraulischen Pressen an dem rUckwartigen StUtzrahmenteil abstützen.
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Um Rollbewegungen des Messerschildes entgegenzuwirken oder zu kompensieren,
können die zwischen dem Stützrahmen und dem Nachschleppwiderlager angeordneten hydraulischen
Vorschubzylinder zur Vortriebsrichtung spitzwinklig verlaufend angeordnet sein,
wobei eine Gruppe dieser Vorschubzylinder in Schildumfangsrichtung nach links und
eine andere Gruppe dieser Vorschubzylinder in Schildumfangsrichtung nach rechts
geneigt ist. Die beiden Zylindergruppen sind unabhängig voneinander vom Druck beaufschlagbar,
so daß wahlweise einerRollbewegung des Schildes nach links oder nach rechts entgegengewirkt
werden kann. Anstelle dieser Zylinderanordnung können zur Vermeidung oder zum Ausgleich
der genannten Rollbewegungen aber auch die für diese Zwecke bekannten Drehmomentenstützen
vorgesehen werden, wie sie z.B. aus der DE-OS 26 21 421 und der DE-OS 27 55 421
bekannt sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig.
1 eine Messerschild-Vortriebseinrichtung nach der Erfindung im vertikalen Längsschnitt;
Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1.
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Der dargestellte Messerschild 10 weist einen zylindrischen Schildmantel
auf, der von einer Vielzahl achsparallel nebeneinanderliegender
Vortriebsmesser
11 gebildet ist, die sich gegen einen Stützrahmen 12 abstützen. Jedem Vortriebsmesser
11 ist eine eigene Presse 13 zugeordnet, die aus einem doppeltwirkenden hydraulischen
Zylinder besteht, der sich an dem gemeinsamen Stützrahmen 12 abstutzt und dessen
Kolbenstange in einem Anschlußgelenk 14 mit dem zugeordneten Vortriebsmesser 11
verbunden ist. Es ist infolgedessen möglich, die Vortriebsmesser 11 einzeln oder
gruppenweise in Vortriebsrichtung A vorzupressen, wobei sich die Pressen 13 an dem
gemeinsamen Stützrahmen 12 abstützen. Sobald sämtliche Vortriebsmesser 11 vorgepreßt
sind, kann der gemeinsame Stützrahmen 12 nachgeholt werden, indem sämtliche Pressen
13 in Einschubrichtung beaufschlagt werden. Diese Arbeitsweise der Messerschilde
ist bekannt und üblich.
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Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der
Stützrahmen 12 aus zwei in Vortriebsrichtung A hintereinandergeschalteten Stützrahmenteilen
12A und 123, die im Umfangsbereich über mehrere doppeltwirkende hydraulische Vorschubzylinder
15 verbunden sind. In dem vorderen Stützrahmenteil 12A ist die Vortriebsmaschine
16 gelagert, die als Vollschnittmaschine ausgebildet ist und einen angetriebenen
Schneidkopf 17 aufweist, welcher die Ortsbrust im Bereich vor dem Messerschild abbaut.
Die Vortriebsmaschine 16 ist in dem vorderen Stützrahmenteil 12A in Vortriebsrichtung
A verschiebbar geführt, so daß sie mittels Schubkolbengetriebep8 in Abbaurichtung
A aus dem vorderen Stützrahmenteil 12A herausgefahren werden kann.
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Die beiden Stützrahmenteile 12A und 12B weisen gemeinsam eine axiale
Länge auf, die nicht größer ist als die Länge der Vortriebsmesser 11. Die Vortriebsmesser
11 stützen sich daher im Lastzustand auf beiden Stützrahmenteilen 12A und 12B ab.
Die den Vortriebsmessern zugeordneten Pressen 13 sttftzen sich in Gelenken 19 an
dem hinteren StUtzrahmenteil 12B ab.
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Beide Stützrahmenteile 12A und 12B weisen über ihren Umfang verteilt
Spreizzylinder 20 bzw. 21 auf, mit denen sich die Vortriebsmesser 11 in radialer
Richtung gegenüber dem Stützrahmen gegen die Ausbruchswandung spreizen lassen. Die
Spreizzylinder 20 und 21 können an ihren radial ausfahrbaren Teilen Führungen für
die Vortriebsmesser 11 aufweisen.
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Dem Messerschild nachgeschaltet ist ein NachschlepDwiderlager 22,
welches von einem auf der Sohle abgestützten Tragsegment 23 und zwei seitlichen
Spannsegmenten 24 gebildet ist, die über hydraulische Schwenkzylinder 25 gelenkig
mit dem Tragsegment 23 verbunden sind. Zwischen den beiden Spannsegmenten sind hydraulische
Verspannzylinder 26 gelenkig eingeschaltet, mit denen sich die Spannsegmente 24
und damit das gesamte Nachschleppwiderlager 22 im Bereich hinter den Enden der Vortriebsmesser
11 gegen die Ausbruchswandung verspannen läßt. Durch Einschub der Zylinder 25 und
26 läßt sich die Verspannung des Nachschleppwiderlagers 22 aufheben. Zwischen dem
Nachschleppwiderlager 22 und dem Stützrahmen 12 bzw. dem rückwärtigen Stützrahmenteil
12B des Messerschildes 10 sind mehrere hydraulische Vorschubzylinder 27 gelenkig
eingeschaltet. Das Nachschleppwiderlager 22 ist so ausgebildet, daß durch seine
Innenöffnung ein Bodenförderer 28 hindurchgeführt werden kann, welcher das an der
Ortsbrust abgebaute Bodenmaterial abfördert.
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Insbesondere beim Durchfahren von Lockerschichten wird die beschriebene
Vortriebseinrichtung nach Art eines Messerschildes gefahren, indem zunächst die
Vortriebsmesser 11 mit Hilfe der Pressen 13 einzeln oder gruppenweise unter Benutzung
des gemeinsamen Stützrahmens 12 als Pressenwiderlager vorgepreßt und dann der Stützrahmen
nachgeho]t wird.
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Für das Nachholen des Stützrahmens können die Pressen 13 und auch
die Vorschubzylinder 27 herangezogen werden.
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Insbesondere beim Durchfahren von bindigen und standfesten Böden kann
der gesamte Messerschild 10 nach Art eines einteiligen zylindrischen Vortriebsschildes
in Vortriebsrichtung A vorgepreßt werden, nachdem die Vortriebsmaschine 16 vor den
ortsbrustseitigen Messerschneiden genügend Raum für das Vorpressen des Schildes
freigeschnitten hat. Um den Messerschild als Baueinheit vorpressen zu können, werden
die Vortriebsmesser 11 mit ihrem Stützrahmen 12 verriegelt, so daß sie beim Vorschub
des Stützrahmens von diesem mitgenommen werden. Die Verrbgelung läßt sich in einfacher
Weise dadurch erreichen, daß die hydraulischen Pressen 13 gegen Einschub hydraulisch
verriegelt werden. Der Vorschub des Messerschildes 10 als Baueinheit wird mit Hilfe
der Vorschubzylinder 27 bewirkt, die sich hierbei.
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gegen das verspannte Nachschleppwiderlager 22 abstützen.
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Nach dem Vorschub des Messerschildes kann das Nachschleppwiderlager
22 durch Einschub der Zylinder 25, 26 entlastet und mit Hilfe der Vorschubzylinder
27 nachgezogen werden.
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Aufgrund der Anordnung der Spreizzylinder 20 und 21 ist es möglich,
die Vortriebsmesser 11 ohne Reibkontakt mit der Ausbruchswandung vorzupressen. Wird
der gesamte Messerschild als Baueinheit vorgedrückt, so lassen sich die Spreizzylinder
20 und 21 ebenfalls entlasten, so daß der von den Vortriebsmessern gebildete zylindrische
Schildmantel im lastfreien Zustand zusammen mit dem Stützrahmen 12 vorgeschoben
werden kann.
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Aufgrund der Zweiteiligkeit des Stützrahmens 12 besteht außerdem die
Möglichkeit, den vorderen Stützrahmenteil 12A zusammen mit der darin verlagerten
Vortriebsmaschine 16 in Vortriebsrichtung A vorzupressen, ohne hierbei die Vortriebsmesser
11 mitzunehmen. Zu diesem Zweck können die Spreizzylinder 20 entlastet werden. Das
Vorpressen des vorderen Stützrahmenteils 12A geschieht mit Hilfe der Vorschubzylinder
15, die sich hierbei an dem hinteren Stützrahmenteil
12B abstützen.
Das hintere Stützrahmenteil 12B wird zusammen mit den mit ihm verriegelten Vortriebsmessern
11 ebenfalls mit Hilfe der Vorschubzylinder 15 und/oder der Vorschubzylinder 27
bewirkt.
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Um Rollbewegungen des Messerschildes entgegenzuwirken oder diese auszugleichen,
kann zwischen dem Stützrahmen 12 und dem Nachschleppwiderlager 22 eine an sich bekannte
Drehmomentenabstützung vorgesehen werden, wie sie z.B. in der DE-OS 27 55 421 oder
der DE-OS 26 21 421 beschrieben ist.
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Statt dessen ist es aber auch möglich, die Vorschubzylinder 27 in
Schräglage zur Vortriebsrichtung A zwischen dem Stützrahmen 12 und dem Nachschleppwiderlager
22 einzuschalten, derart, daß ein Teil dieser Vorschubzylinder 27 in Schildumfangsrichtung
nach links und ein anderer Teil der Vorschubzylinder 27 in Schildumfangsrichtung
nach rechts spitzwinklig geneigt ist, so daß bei Druckbeaufschlagung der einen oder
anderen Zylindergruppe dem Stützrahmen 12 eine Drehtendenz um seine Längsachse aufgezwungen
wird. Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Messerschild-Vortriebseinrichtung
ermöglicht es, den Messerschild in Anpassung an die jeweilige Bodenbeschaffenheit
in der jeweils günstigsten Weise zu fahren, so daß sich hohe Vortriebsleistungen
erreichen lassen.
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