DE3418180C2 - Vortriebsschild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild mit einer im Schildvorderteil durch eine Querwand nach hinten abgedichteten, nach vorn durch eine Schürf­ scheibe zur Ortsbrust hin begrenzten Abbaukammer, 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 Stützflüssigkeit vermengte Boden­ material einem Einlauftrichter einer Förderschnecke zuführbar ist, deren hinterer Auslauf außerhalb der Abbaukammer angeordnet ist, in die zumindest eine Stützflüssigkeitsleitung mündet und die mit den Druck der Stützflüssigkeit in der Abbaukammer regulierender Druckluft beaufschlagbar ist, und mit einer Siebeinrichtung für das Abscheiden der Stützflüssigkeit aus dem Stützflüssigkeits-Bodengemisch, sowie mit getrennten Einrichtungen für den Weitertransport des Siebüberlaufs bzw. des Siebdurchgangs zur Boden­ oberfläche.

Vortriebsschilde der voranstehend beschriebenen Art, bei denen die Ortsbrust mit Hilfe einer Stützflüssigkeit abgestützt wird, sind in verschiedenen Ausfüh­ rungen bekannt. Als Stützflüssigkeit wird Wasser oder eine Bentonit-Suspen­ sion verwendet, wobei die Konsistenz der Stützflüssigkeit von der Bodenart abhängig ist. Für gröbere Böden, d. h. Böden mit größeren Korndurchmessern wird im allgemeinen eine Bentonit-Suspension als Stützflüssigkeit verwendet. Das mit der Bentonit-Suspension vermengte Bodenmaterial wird entweder unmittelbar aus der Abbaukammer zur Erdoberfläche gepumpt oder einem Einlauftrichter einer Förderschnecke zugeführt, die durch die Querwand hin­ durchgeführt ist, so daß ihr hinterer Auslauf außerhalb der Abbaukammer an­ geordnet ist. Von hier wird das mit Stützflüssigkeit vermengte Bodenmaterial entweder durch Pumpen oder durch andere geeignete Transportvorrichtungen zur Erdoberfläche transportiert, wo es in einer aufwendigen Separieranlage von der Bentonit-Suspension getrennt wird. Diese Trennung ist unbedingt er­ forderlich, da stark mit Bentonit-Suspensionen verunreinigtes Bodenmaterial praktisch weder austrocknet noch erhärtet, sondern eine andauernde Schlammschicht darstellt, die beispielsweise auf Kippen nicht abgesetzt wer­ den kann.

Die Vortriebsschilde der voranstehend beschriebenen Art besitzen den Nach­ teil, daß sowohl der Transport des mit der Stützflüssigkeit verunreinigten Bo­ denmaterials zur Erdoberfläche als auch die Trennung der Stützflüssigkeit vom Bodenmaterial sehr aufwendig sind. Insbesondere Böden mit kleinem Korn­ durchmesser, wie Schluffe und Ton, sind nur mit hohem Aufwand und schlechtem Wirkungsgrad von der Stützflüssigkeit zu trennen.

In der älteren, nach § 3 Abs. 2 Patentgesetz zum Stand der Technik zählen­ den Patentanmeldung P 33 30 635 ist ein Vortriebsschild mit den eingangs genannten Merkmalen beschrieben, bei dem eine gegenüber dem hinteren Teil des Schildes abgedichtete Schildkammer vorgesehen ist, die mittels einer Druckluftleitung einem dauernden erhöhten Luftdruck ausgesetzt ist. Das aus der Abbaukammer mittels einer Schnecke geförderte breiige Bodenmaterial gelangt innerhalb der Schildkammer in eine Siebeinrichtung, in der das enthal­ tene Wasser sowie die Feinanteile des Bodens in einen darunter liegenden Sammelbehälter gelangen. Der Sammelbehälter ist über eine nach außerhalb des Vortriebsschildes führende Sammelleitung entleerbar, während die von der Siebeinrichtung zurückgehaltenen Bodenteile anschließend in eine den Druck­ unterschied überwindende Materialschleuse gelangen, aus der dann eine peri­ odische Entnahme der angesammelten Bodenteile möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vortriebsschild der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß ein aufwendiger Transport des mit Stützflüssigkeit vermengten Bodenmaterials ebenso vermieden wird wie eine technisch schwierige und unwirtschaftliche Trennung zwischen Bo­ denmaterial und Stützflüssigkeit.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Siebeinrichtung sowie die Pumpe für das Beaufschlagen der Abbaukammer mit der aus der Siebeinrichtung und der über die Flüssigkeitszu­ leitung der Schildkammer zuführbaren Stützflüssigkeit in der Schildkammer angeordnet sind, daß für den Abtransport des Siebüberlaufs aus der Schild­ kammer eine Verdichterschnecke vorgesehen ist, die abgedichtet durch die Kammerwand hindurchgeführt ist, und daß für den Austausch von Stützflüs­ sigkeit in der Schildkammer die Flüssigkeitsleitung vorgesehen ist.

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 Abbaukammer zugeführt. 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 Stützflüssigkeit wird eine intensive Vermischung, die den späteren Trennvorgang erschwert, vermieden. Da die Trennung erfindungsgemäß in einer der Abbaukammer 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 Abbaukammer zu regulieren.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Verdich­ terschnecke und damit dem der Dickstoffpumpe zuzuführenden Bodenmaterial zusätzlich Bindemittel und/oder 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 aufberei­ tete Bodenmaterial wird über die Abförderleitung zur Gelände­ oberfläche hochgefördert und abgesetzt. Durch Zugabe von Bindemittel kann das breiige Bodenmaterial so weit 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.

In der druckluftdichten Kammerwand zwischen der druckluft­ beaufschlagten Schildkammer und dem unter atmosphärischem Druck stehenden hinteren Teil des Schildes ist gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung eine Druckluftschleuse angeord­ net. Durch diese Druckluftschleuse können Personen in die druckluftbeaufschlagte Schildkammer einsteigen, um das Sieb­ gerät zu warten und größere Steine oder andere Gegenstände vom Siebgerät abzuräumen und in den drucklosen hinteren Teil des Vortriebsschildes zu transportieren.

In der Querwand zwischen Abbaukammer und Schildkammer ist eine Einsteigluke angeordnet, die nach zumindest teilweisem Entfernen der Stutzflüssigkeit und möglichem Verbau der Orts­ brust unter gleichzeitiger Zufuhr von Druckluft begehbar ist. 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.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung kann an den unteren Teil der Schildkammer mindestens eine Flüssigkeitsleitung zur Ergänzung der Menge der Stützflüssigkeit bzw. für den Abzug von Stützflüssigkeit zwecks Austausch oder Aufberei­ tung angeschlossen sein.

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 mit einer Weiterbildung der Erfindung schließlich vorgeschlagen, die Rückseite der Schürfscheibe trommelartig auszubilden und einen Einlauftrichter der Förderschnecke in dieser trommelartigen Rückseite der Schürfscheibe anzuordnen. Hierdurch hält sich der Ausbruch des Bodenmaterials nur kurz­ zeitig in der Stützflüssigkeit auf, bevor in der der Abbau­ kammer nachgeschalteten, druckluftbeaufschlagten Schildkammer eine weitgehende Trennung zwischen Bodenmaterial und Stütz­ flüssigkeit mittels des Siebgerätes erfolgt.

Mit der Erfindung wird insgesamt ein Vortriebsschild geschaf­ fen, der auch bei Böden mit kleinem Korndurchmesser eine ein­ wandfreie 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 energie­ aufwendigen Anlage zur Trennung der Stützflüssigkeit vom abgeschälten Bodenmaterial.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Vortriebsschildes in einem schematischen Längsschnitt dargestellt.

Die Darstellung zeigt einen in den anstehenden Boden B vor­ getriebenen Vortriebsschild 1, der einen zylindrischen Mantel 2 umfaßt, welcher durch eine vordere Querwand 3 zu einer zur Ortsbrust O offenen Abbaukammer 4 und durch eine druckluft­ dichte Kammerwand 5 zu einer zweiten Schildkammer 6 ausge­ bildet ist. An dieser Kammerwand 5 stützen sich beim Ausfüh­ rungsbeispiel Schildvortriebspressen 7 ab, die ihrerseits z. B. auf einem Tübbingausbau 8 abgestützt sind, der fortschrei­ tend nach dem Auffahren des Tunnels hinter dem Vortriebs­ schild 1 im Schutz des Schildschwanzes eingesetzt wird.

In der Abbaukammer 4 befindet sich eine in beiden Richtungen drehbare Schürfscheibe 9, die auf ihrer Vorderseite mit Schneid­ elementen 10 besetzt ist und deren Rückseite zu einer Trommel 11 ausgebildet ist. Die Schürfscheibe 9 ist mit einem An­ triebszahnkranz 12 versehen, in den Antriebsritzel 13 von Antriebsmotoren 14 eingreifen. Ein Antriebsmotor 14 ist beim Ausführungsbeispiel im oberen Teil der Schildkammer 6 dargestellt.

Innerhalb der Trommel 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. Dieser Auslauf 21 ist mit einer Dickstoffpumpe 22 verbunden, deren Abförderleitung 23 zur Geländeoberfläche führt.

Beim Betrieb des Vortriebsschildes 1 ist die Abbaukammer 4 mit einer Stützflüssigkeit gefüllt. Als Stützflüssigkeit wird im Regelfall eine Bentonit-Suspension genommen, deren Konsistenz von der Bodenart abhängig ist. Diese Stützflüssigkeit wird dem Vortriebsschild 1 durch eine Flüssigkeitsleitung 24 zu­ geführt, die beim Ausführungsbeispiel im unteren Teil der Schildkammer 6 endet. Von hier wird die Stützflüssigkeit von einer am Boden der Schildkammer 6 angeordneten Pumpe 25, deren Druckleitung 26 in der Abbaukammer 4 mündet, in die Abbau­ kammer 4 gedrückt. Der obere Teil der Schildkammer 6 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 6 als auch in der Abbaukammer 4 regulieren.

Das von der flüssigkeitsgestützten Ortsbrust O durch die Schneidelemente 10 der Schürfscheibe 9 abgetragene Bodenma­ terial gelangt durch Schlitze in der Schürfscheibe 9 in die Trommel 11. Das abgebaute, teils mit der Stützflüssigkeit vermengte Bodenmaterial gelangt hier in den Einlauftrichter 15 und wird durch die Förderschnecke 16 aus der Abbaukammer 4 in die Schildkammer 6 transportiert, wo es aus dem Auslauf 17 der Köderschnecke 16 auf das Siebgerät 18 gelangt. In diesem Siebgerät 18 erfolgt eine weitgehende Trennung der Stützflüssigkeit vom Bodenmaterial, das wegen der trommelartigen Ausbildung der Schürfscheibe 9 und der kurzen Verweilzeit des Bodenmaterials in der Abbaukammer 4 nur teilweise mit der Stützflüssigkeit vermengt ist. Während die weitgehendst abgeschiedene Stützflüssigkeit aus dem Siebgerät 18 nach unten in die Schildkammer 6 abtropft und von der Pumpe 25 zurück in die Abbaukammer 4 gefördert wird, gelangt das nur noch geringfügig mit Stützflüssigkeit vermengte und daher breiige Bodenmaterial in die Verdichterschnecke 19, die dieses im Regel­ fall gut pumpbare Material der Dickstoffpumpe 22 zuführt. Über die zur Geländeoberfläche führende Abförderleitung 23 wird das breiige Bodenmaterial abgefördert, wobei es bei Be­ darf mit Bindemittel, wie Zement oder Kalk und/oder mit Wasser versetzt werden kann, um einerseits die Pumpfähigkeit des Materials zu verbessern und andererseits das breiige Bodenma­ terial 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.

Sollte es erforderlich sein, daß auch die Abbaukammer 4 zwecks Wartung oder Reparatur begangen wird, ist dies durch eine in der Querwand 3 zwischen Abbaukammer 4 und Schildkammer 6 aus­ gebildete Einstiegluke 29 möglich. Für das Begehen der Ab­ baukammer 4 wird ein Teil der Stützflüssigkeit über die Flüssigkeitsleitung 24 aus der Abbaukammer 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 Orts­ brust O ausreichend abgestützt ist.

Insbesondere bei Böden mit kleineren Korndurchmesser (Schluffe oder Ton) erfolgt durch die Schneidelemente 10 der Schürf­ scheibe 9 ein spanabhebendes Schalen der Ortsbrust O unter dem Druck der Stützflüssigkeit. Da die Verweildauer des Aus­ hubes in der Stützflüssigkeit der Abbaukammer 4 kurz ist, nehmen die Erdspäne nur oberflächig Stützflüssigkeit auf. Die trommelartige Ausbildung der Schürfscheibe 9 verhindert ein Zerfallen dieser Erdspäne. Sobald diese mit der oberflächig aufgenommenen Stützflüssigkeit durch die Förderschnecke 16 in das Siebgerät 18 gelangen, das beispielsweise ein Rüttel­ sieb umfaßt, trennt sich in grobem Umfang Erdaushub und mit­ genommene Stützflüssigkeit. Der breiige Erdaushub, der über die Verdichterschnecke 19 der Dickstoffpumpe 22 zugeführt wird, läßt sich hydraulisch fördern, wobei der Rest an Stütz­ flüssigkeit eine Art Schmierung für das Fördergut bildet, so daß die Wandreibung insbesondere in der Anförderleitung 23 verringert wird. Da das breiige Bodenmaterial in der Ver­ dichterschnecke 19 zusätzlich verdichtet wird, treten nur ge­ ringe Druckluftverluste zwischen der mit Druckluft beaufschlag­ ten Schildkammer 6 und dem hinteren, drucklosen Teil des Vor­ triebsschildes 1 auf. Auf eine zusätzliche Separieranlage zur Trennung von Bodenmaterial und Stützflüssigkeit an der Geländeoberfläche kann im voranstehend beschriebenen Fall verzichtet werden.

Bezugszeichenliste

B  Boden
O  Ortsbrust
 1 Vortriebsschild
 2 Mantel
 3 Querwand
 4 Abbaukammer
 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 Abförderleitung
24 Flüssigkeitsleitung
25 Pumpe
26 Druckleitung
27 Druckluftleitung
28 Druckluftschleuse
29 Einstiegluke

Claims (5)

1. Vortriebsschild mit einer im Schildvorderteil durch eine Querwand nach hinten abgedichteten, nach vorn durch eine Schürfscheibe zur Ortsbrust hin begrenzten Abbaukammer, 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 Stützflüssigkeit vermengte Bodenmaterial über einen Einlauftrichter einer Förderschnecke zuführbar ist, deren hinterer Auslauf außerhalb der Abbaukammer angeordnet ist, wo­ bei der Auslauf der Förderschnecke in einer zweiten, durch eine Kam­ merwand gegenüber dem hinteren Teil des Schildes abgedichteten Schildkammer angeordnet ist, in die zumindest eine Stützflüssigkeitslei­ tung mündet und die mit den Druck der Stützflüssigkeit in der Abbau­ kammer regulierender Druckluft beaufschlagbar ist, mit einer Siebeinrich­ tung für das Abscheiden der Stützflüssigkeit aus dem Stützflüssigkeits- Bodengemisch, sowie mit getrennten Einrichtungen für den Weitertrans­ port des Siebüberlaufs bzw. des Siebdurchgangs zur Bodenoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebeinrichtung (18) sowie die Pumpe (25) für das Beaufschlagen der Abbaukammer (4) mit der aus der Siebeinrichtung (18) und der über die Flüssigkeitszuleitung (24) der Schildkammer (6) zuführbaren Stütz­ flüssigkeit in der Schildkammer (6) angeordnet sind, daß für den Ab­ transport des Siebüberlaufs aus der Schildkammer (6) eine Verdichter­ schnecke (19) vorgesehen ist, die abgedichtet durch die Kammerwand (5) hindurchgeführt ist, und daß für den Austausch der Stützflüssigkeit in der Schildkammer (6) die Flüssigkeitsleitung (24) vorgesehen ist.

2. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bo­ denmaterial in der Verdichterschnecke (19) zusätzlich Bindemittel und/oder Flüssigkeit zur Schaffung der für den Weitertransport optimalen Konsistenz des breiigen Bodenmaterials und/oder zur Erzielung eines umweltfreundlichen, ablagerbaren Bodenmaterials zuführbar ist.

3. Vortriebsschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der druckluftdichten Kammerwand (5) eine Druckluftschleuse (28) angeordnet ist.

4. Vortriebsschild nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Querwand (3) zwischen Abbaukammer (4) und Schildkammer (6) eine Einstiegluke (29) angeordnet ist, die nach zumindest teilweisem Entfernen der Stützflüssigkeit und eventuellem Si­ chern der Ortsbrust unter gleichzeitiger Zufuhr von Druckluft begehbar ist.

5. Vortriebsschild nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der Schürfscheibe (9) trommelartig ausgebildet ist und daß ein Einlauftrichter (15) der Förderschnecke (16) in dieser trommelartigen Rückseite der Schürfscheibe (9) angeordnet ist.