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Vortriebsschild
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Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild mit einer im Schildvorderteil
durch eine Querwand nach hinten abgedichteten, nach vorn durch eine Schürfscheibe
zur Ortsbrust hin begrenzten ADbaukammer, in der die Schürfscheibe zum Abschälen
des an der Ortsbrust anstehenden Bodenmaterials in beiden Richtungen drehbar in
einer unter Druck stehenden Stützflüssigkeit angeordnet ist und aus der das abgebaute,teils
mit der Stütz flüssigkeit vermengt Bodenmaterial einem Einlauftrichter einer Förderschnecke
zuführbar ist, deren hinterer Auslauf außerhalb der ADbaukammer angeordnet ist.
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Vortriebsschilde der voranstehend beschriebenen Art,bei denen die
Ortsbrust mit Hilfe einer Stütz flüssigkeit abgestützt wird,sind in verschiedenen
Ajsführungen bekannt. Als Stützflüssigkeit wird Wasser oder eine Bentonit-Suspension
verwendet, wobei die Konsistenz der Stütz flüssigkeit von der Bodenart abhängig
ist. Für gröbere Böden, d.h.Böden mit größeren orndurchmessern wird im allgemeinen
eine Bentonit-Suspension als Stützflüssiakeit verwendet. Das mit der Bentonit-Suspension
vermengte Bodenmaterial wird entweder unmittelbar aus der ADbaukammer zur Erdoberfläche
gepumpt oder einem Einlauftrichter einer Förderschnecke zugeführt,die durch die
Querwand
hindurchgeführt ist, so daß ihr hinterer Auslauf außerhalb der Abbaukammer angeordnet
ist. Von hier wird das mit Stütz flüssigkeit vermengte 8odenmaterial entweder durch
Pumpen oder durch andere geeignete Transportvorrichtungen zur Erdoberfläche transportiert,wo
es in einer aufwendigen Separieranlage von der Bentonit-Suspension getrennt wird.
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Diese Trennung ist unbedingt erforderlich,da stark mit Bentonit-Suspension
verunreinigtes Bodenmaterial praktisch weder austrocknet noch erhärtet,sondern eine
andauernde Schlammschicht darstellt, die beispielsweise auf Kippen nicht abgesetzt
werden kann.
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Die Vortriebsschilde der voranstehend beschriebenen Art besitzen den
Nachteil, daß sowohl der Transport des mit der Stütz flüssigkeit verunreinigten
Bodenmaterials zur Erdoberfläche als auch die Trennung der Stützflüssigkeit vom
Bodenmaterial sehr aufwendig sind. Insbesondere Böden mit kleinem Korndurchmesser,wie
Schluffe und Ton, sind nur mit hohem Aufwand und schlechtem Wirkungsgrad von der
Stütz flüssigkeit zu trennen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vortriebsschild der
eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß ein aufwendiger Transport
des mit Stütz flüssigkeit vermengten Bodenmaterials ebenso vermieden wird wie eine
technisch schwierige und unl»Jirtschaftliche Trennung zwischen Bodenmaterial und
Stützflüssigkeit.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Auslauf der Förderschnecke in einer zweiten, durch eine
Kammerwand gegenüber dem hinteren Teil des Schildes abgedichteten Schildkammer angeordnet
ist, die mit den Druck der Stützflüssigkeit in der Abbaukammer regulierender Druckluft
beaufschlagbar ist und in der das mit Stützflüssigkeit vermengte Bodenmaterial einem
Siebgerät
zuführbar ist,in dem die Stützflüssigkeit weitgehendst
abgeschieden sowie einer am Boden der Schildkammer angeordneten, mit ihrer Druckleitung
in der Aubaukammer mündenden Pumpe zugeführt und aus dem das nur noch geringfügig
mit Stützflüssigkeit vermengte und daher breiige Bodenmaterial einer Verdichterschnecke
zugeführt wird,die abgedichtet durch die Kammerwand hindurchgeführt und an ihrem
Auslauf mit einer im hinteren,unter atmosphärischem Druck stehenden Teil des Vortriebsschildes
angeordneten Dickstoffpumpe mit zur Geländeoberfläche führender Abförderleitung
verbunden ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird ein Vortriebsschild geschaffen,mit
dem insbesondere Böden mit kleinem Korndurchmesser unter Verwendung einer sehr dünnen
Bentonit-Suspension oder nur mit Wasser als Stützflüssigkeit aufgefahren werden
können. In der zweiten, unter Druckluft stehenden Schildkammer wird der überwiegende
Teil der Stützflüssigkeit durch das Siebgerät getrennt und mit Hilfe der am Boden
dieser Schildkammer angeordneten Pumpe erneut der Aubaukammer zugeführt.
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Die grob geschälten Bodenklumpen, die nur zum Teil mit der Stützflüssigkeit
versetzt sind,werden anschließend als breiiges Bodenmaterial der Verdichterschnecke
zugeführt,die das Material anschließend der Dickstoffpumpe zuleitet,mit deren Hilfe
es zur Geländeoberfläche transportiert wird.Durch die frühzeitige Trennung von Bodenmaterial
und Stütz flüssigkeit wird eine intensive Vermischung,die den späteren Trennvorgang
erschwert, vermieden. Da die Trennung erfindungsgemäß in einer der Aóbaukammer nachgeschalteten
und unter Druckluft stehenden zweiten Schildkammer stattfindet,entfallen lange Transportwege
für die Stützflüssigkeit. Der in der Schildkammer herrschende Luftdruck kann schließlich
dazu benutzt werden,den Druck in der mit Stützflüssigkeit gefüllten Aobaukammer
zu regulieren.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Verdichterschnecke
und damit dem der Dickstoffpumpe zuzuführenden Bodenmaterial zusätzlich Bindemittel
undioder Flüssigkeit zur Schaffung der für den Weitertransport optimalen Konsistenz
des breiigen Bodenmaterials zugeführt werden. Als Bindemittel kommen vorzugsweise
Zement,Kalk oder Flugasche und als Flüssigkeit vorzugsweise Wasser in Frage. Das
auf diese Weise für den Pumpvorgang mittels der Dickstoffpumpe optimal aufbereitete
Bodenmaterial wird über die Abförderleitung zur Geländeoberfläche hochgefördert
und abgesetzt. Durch Zugabe von Bindemittel kann das breiige Bodenmaterial so welt
angesteift werden, daß dieses Material spatenfest wird. Das gebundene Bodenmaterial
kann deshalb auf jede Kippe gefahren werden, ohne daß hier eine besonders umweltschädliche
Verunreinigung eintritt.
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In der druckluftdichten Kammerwand zwischen der druckluftbeaufschlagten
Schildkammer und dem unter atmosphärischem Druck stehenden hinteren Teil des Schildes
ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Druckluftschleuse angeordnet.
Durch diese Druckluftschleuse können Personen in die druckluftbeaufschlagte Schildkammer-
einsteigen, um das Siebgerät zu warten und größere Steine oder andere Gegenstände
vom Siebgerät abzuräumen und in den drucklosen hinteren Teil des Vortriebsschildes
zu transportieren.
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In der Querwand zwischen Abbaukammer und Schildkammer ist eine Einsteigluke
angeordnet,die nach zumindest teilweisem Entfernen der Stütz flüssigkeit und möglichem
Verbau der Ortsbrust unter gleichzeitiger Zufuhr von Druckluft begehbar ist.
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Diese Einsteigluke ermöglicht es somit,daß Personen aus der druckluftbeaufschlagten
Schildkammer auch in die Abbaukammer gelangen,beispielsweise um die Schürfscheibe
zu warten oder zu reparieren.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann an den unteren Teil
der Schildkammer mindestens eine Flüssigkeitsleitung zur Ergänzung der Menge der
Stützflüssigkeit bzw.für den ADzug von Stütz flüssigkeit zwecks Austausch oder Aufbereitung
angeschlossen sein.
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Damit sich das aus der Ortsbrust ausgebrochene Bodenmaterial nur möglichst
kurzzeitig in der Stützflüssigkeit aufhält und ein zu starker Zerfall des Bodenmaterials
vermieden wird, damit keine intensive Durchmischung zwischen Stützflüssigkeit und
Bodenmaterial erfolgt,wird it der Erfindung schließlich vorgeschlagen, die Rückseite
der Schürfscheibe trommelartig auszubilden und einen Einlauftrichter der Förderschnecke
in dieser trommelartigen Rückseite der Schürfscheibe anzuordnen.
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Hierdurch hält sich der Ausbruch des Bodenmaterials nur kurzzeitig
in der Stützflüssigkeit auf,bevor in der der ADbaukammer nachgeschalteten,druckluftbeaufschlanten
Schildkammer eine weitgehende Trennung zwischen Bodenmaterial und Stützflüssigkeit
mittels des Siebgerätes erfolgt.
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Mit der Erfindung wird insgesamt ein Vortriebsschild geschaffen,der
auch bei Böden mit kleinem Korndurchmesser eine einwandfreie und dauernde Stützung
der Ortsbrust entweder durch Stützflüssigkeit oder durch Druckluft gewährleistet,
so daß geringstmögliche Setzungen an der Geländeoberfläche erzielt werden,und zwar
unter Vermeidung einer kosten- und energieaufwendigen Anlage zur Trennung der Stützflüssigkeit
vom abgeschälte fl-Bodenmaterial.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Vortriebsschildes in einem schematischen Längsschnitt dargestellt.
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Die Darstellung zeigt einen in den anstehenden Boden fl voroetriebenen
Vartriebsschild l,der einen zylindrischen mantel 2 umfaßt,welcher durch eine vordere
Querwand 3 zu einer zur
Ortsbrust 0 offenen Aobaukammer 4 und durch
eine drucluftdichte Kammerwand 5 zu einer zweiten Schildkammer 6 auseebildet ist.
An dieser Kammerwand 5 stützen sich beim Ausführungsbeispiel Schildvortriebspressen
7 ab, die ihrerseits z.B4auf einem Tübbingausbau 8 abgestützt sind, der fortschreitend
nach dem Auffahren des Tunnels hinter dem Vortriebsschild 1 im Schutz des Schildschwanzes
eingesetzt wird.
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In der Aobaukammer 4 befindet sich eine in beiden Richtungen drehbare
Schürfscheibe 9,die auf ihrer Vorderseite mit Schneidelementen 10 besetzt ist und
deren Rückseite zu einer Trommel 11 ausgebildet ist. Die Schürfscheibe 9 ist mit
einem Antriebszahnkranz 12 versehen, in den Antriebsritzel 13 von Antriebsmotoren
14 eingreifen. Ein Antriebsmotor 14 ist beim Ausführungsbeispiel im oberen Teil
der Schildkammer 6 dargestellt.
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Innerhalb der Trommmel 11 der Schürfscheibe 9 befindet sich ein Einlauftrichter
15 einer Förderschnecke 16,die durch die Querwand 3 hindurchgeführt ist, so daß
ihr hinterer Auslauf 17 sich im oberen Teil der Schildkammer 6 befindet.Unterhalb
dieses Auslaufes 17 ist ein Siebgerät 18 angeordnet,dem eine Verdichterschnecke
19 nachgeschaltet ist. Diese Verdichterschnecke 19 ist mittels einer Dichtung 20
abgedichtet durch die Kammerwand 5 hindurchgeführt, so daß ihr Auslauf 21 im hinteren
Teil des Vortriebsschildes 1 liegt.
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Dieser Auslauf 21 ist mit einer Dickstoffpumpe 22 verbunden, deren
Abförderleitung 23 zur Geländeoberfläche führt.
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Beim Betrieb des Vortriebsschildes 1 ist die Aobaukammer 4 mit einer
Stützflüssigkeit gefüllt.Als Stützflüssigkeit wird im Regelfall eine Bentonit-Suspension
genommen,deren Konsistenz von bet Bodenart abhängig ist. Diese Stützflüssigkeit
wird dem Vortriebsschild 1 durch eine Flüssigkeitsleitung 24 zugeführt,die beim
Ausführungsbeispiel im unteren Teil der Schildkammer 6 endet.Von hier wird die Stützflüssigkeit
von
einer an Boden der Schildkammer 6 angeordneten Pumpe 25,deren
Druckleitung 26 in der Abbaukammer 4 mündet, in die ADbaukammer 4 gedrückt. Der
obere Teil der Schildkammer G wird mit Druckluft beaufschlagt, die durch eine Druckluftleitung
27 zugeführt wird. über den Druck dieser Druckluft läßt sich insgesamt der Druck
sowohl in der Schildkammer G als auch in der Abbaukammer 4 regulieren.
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Das von der flüssigkeitsgestützten Ortsbrust 0 durch die Schneidelemente
10 der Schürfscheibe Q abgetragene Bodenmaterial gelangt durch Schlitze in der Schürfscheibe
9 in die Trommel 11. Das abgebaute, teils mit der Stützflüssigkeit vernengte Bodenmaterial
gelangt hier in den Einlauftrichter 15 und wird durch die Förderschnecke 16 aus
der Anbaukammer 4 in die Schildkammer G transportiert, o es aus den Auslauf 17 der
Förderschnecke 16 auf das Siebgerät 18 gelangt. Tn diesem Siebgerät 18 erfolgt eine
weitgehende Trennung der Stützflüssigkeit vom Bodenmaterial, das wegen der trommelartigen
Ausbildung der Schürfscheibe 9 und der @urzen Verweilzeit des Bodenmaterials in
der Anbaukammer 4 nur teilweise mit der Stützflüssigkeit vermengt ist. Während die
weitgehendst abgeschiedene Stützflüssigkeit aus dem Siebgerät l8 nach unten in die
Schildkammer 6 abtrooft und von der Pumpe 25 zurück in die Anbaukammer 4 gefordert
wird, gelangt das nur noch geringfügig mit Stütz flüssigkeit vernengte und daher
breiige Bodenmaterial in die Verdichterschnecke 19,die dieses im nellelfall gut
pumpbare laterial der Dickstoffpumpe 22 zuführt.
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Über die zur Geländeoberfläche führende Abförderleitung 23 wird das
breiige Bodenmaterial abgafürdert,wobei es bei Uedarf mit Bindemittel, .ie Zement
oder Kalk und/oder mit Wasser versetzt werden kann, um einerseits die Pumpfähigkeit
des tjaterials zu verbessern und andererseits das breiige Bodenmaterial so aufzubereiten,
daß es umweltfreundlich auf Kippen abgelagert werden kann Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
ist in der druckluftdichten Kammerwand 5 eine Druckluftschleuse 28 vorgesehen.Durch
diese
Druckluftschleuse 28 können Personen in die Schildkammer
6 gelangen,beispielsweise um größere Steine im Siebgerät 18 zu zerkleinern und/oder
über die Druckluftschleuse 28 aus der Schildkammer 6 zu entfernen.
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Sollte es erforderlich sein, daß auch die Anbaukammer 4 zwecks Wartung
oder Reparatur begangen wird, ist dies durch eine in der Querwand 3 zwischen Abbaukammer
4 und Schildkammer 6 ausgebildete Einstiegluke 29 möglich. Für das Begehen der Abbeukanmer
4 wird ein Teil der Stütz flüssigkeit über die Flüssigkeitsleitung 24 aus der Anbaukammer
4 abgezogen und durch Druckluft ersetzt. Diese Druckluft sorgt in Verbindung mit
der Schürfscheibe 9 dafür, daß auch bei einem abgesenkten Spiegel der Stützflüssigkeit
in der Abbaukammer 4 die Ortsbrust 0 ausreichend abgestützt ist.
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Insbesondere bei Böden mit kleinem Korndurchmesser (Schluffe oder
Ton> erfolgt durch die Schneidelemente 10 der Schürfscheibe 9 ein spanabhebendes
Schälen der Ortsbrust 0 unter dem Druck der Stützflüssigkeit. Da die Verweildauer
des Aushubes in der Stützflüssigkeit der Abbaukammer 4 kurz ist, nehmen die Erdspäne
nur oberflächig Stützflüssigkeit auf.
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Die trommelartige Ausbildung der Schürfscheibe 9 verhindert ein Zerfallen
dieser Erdspäne . Sobald diese mit der oberflächig aufgenommenen Stütz flüssigkeit
durch die Förderschnecke 16 in das Siebgerät 18 gelangen, das beispielsweise ein
Ruttelsieb umfaßt, trennt sich in grobem Umfang Erdaushub und mitgenommnene Stützflüssigkeit.
Der breiige Erdaushub, der über die Verdichterschnecke 19 der Dickstoffpumpe 22
zugeführt wird, läßt sich hydraulisch fördern, wobei der Rest an Stützflüssigkeit
eine Art Schmierung für das Fördergut bildet, so daß die Wandreibung insbesondere
in der Abförderleitung 23 verringert wird. Da das breiige Bodenmaterial in der Verdichterschnecke
19 zusätzlich verdichtet wird, treten nur geringe
Druckluftverluste
zwischen der mit druckluft beaufschlagten Schildkammer 6 und dem hinteren,drucklosen
Teil des Vortriebsschildes 1 auf. Auf eine zusätzliche Separieranlage zur Trennung
von Bodenmaterial und Stützflüssigkeit an der Gländeoberfläche kann im voranstehend
beschriebenen Fall verzichtet werden.
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Bezugszeichenliste: fl Boden O Ortsbrust 1 Vortriebsschild 2 Hantel
3 Querwand 4 Aobaukemmer 5 Kammerwand 6 Schildkammer 7 Schildvortriebspresse 8 Tübbingausbau
9 Schürfscheibe 10 Schneidelement 11 Trommel 12 Antriebszahnkranz 13 Antriebsritzel
14 Antriebsmotor 15 Einlauftrichter 16 Förderschnecke 17 Auslauf 18 Siebgerät 19
Verdichterschnecke 20 Dichtung 21 Auslauf 22 Dickstoffpumpe 23 Aoförderleitung 24
Flüssigkeitsleitung 25 Pumpe 26 Druckleitung 27 Druckluftleitung 28 Druckluftschleuse
29 Einstegluke