DE3622276A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des schildvortriebs unter druckerhaltung im abbauraum, insbesondere zur erstellung von tunnelbauten - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des schildvortriebs unter druckerhaltung im abbauraum, insbesondere zur erstellung von tunnelbautenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung
zur Durchführung des Schildvortriebs unter Drucker
haltung im Abbauraum, insbesondere zur Erstellung
von Tunnelbauten.
Die Technik des Schildvortriebs, vorzugsweise unter
Druckerhaltung im Abbauraum ist dem Fachmann an sich
bekannt.
Zu diesem Stand der Technik wird auf folgende Literatur
stellen hingewiesen:
- a) DE-PS 30 15 146 mit der Bezeichnung "Schildvortriebs maschine für Tunnel und Strecken";
- b) DE-PS 32 38 953 mit der Bezeichnung "Hydro- oder Druckluftschild für Lockerboden";
- c) DE-OS 29 26 288 mit der Bezeichnung "Verfahren zum Bodenabbau bei Schildvortrieben mit flüssigkeitsge schützter Ortsbrust und Vortriebsschilds zur Durchführung des Verfahrens";
- d) DE-OS 32 29 268 mit der Bezeichnung "Abbauvorrichtung, insbesondere zur Verwendung beim Schildvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust".
Zum nächstkommenden Stand der Technik ist auf das
sogenannte EPB-System hinzuweisen, das dem Fachmann
wohl bekannt ist und sich auf ein "Earth-Pressure-
Balance-System" bezieht.
Obwohl die Verfahren des Standes der Technik in viel
fältiger Weise die Bedürfnisse des modernen Tunnelbaus,
insbesondere unter Druckerhaltung im Abbauraum befriedigen
können, besteht insbesondere das Bedürfnis nach einer
beschleunigten Ausführung des Schildvortriebs. Ferner
besteht in der Fachwelt das Bedürfnis, den Anwendungs
bereich des bekannten Erddruck-Prinzips wesentlich
zu erweitern.
Ferner besteht das dringende Bedürfnis beim Vorliegen
fester Bodenschichten das Abbaumaterial nicht mehr
schneckengängig machen zu müssen.
Dieses Aufgabenbündel wird bei einem Verfahren der
eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß man zwischen dem unter Druck stehenden
Abbauraum und dem unter atmosphärischem Druck stehenden
rückwärtigen Raum das Abbaugut durch ein Ventilorgan
führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere
für hydraulischen Schildvortrieb, druckluftgestützten
Schildvortrieb, flüssigkeitsgestützten Schildvortrieb
und bei Erddruckschildern vorteilhafterweise ein
setzen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann in der Weise gear
beitet werden, daß der nach dem Abbau in den Schneidkegel
eindringende Boden dort so komprimiert wird, daß er erst
nach Erreichen eines vorgegebenen Stützdruckes die ent
sprechend vorgespannten Verschlußkappen zur Bandübergabe
aufdrückt. Vorteilhaft bei dieser Variante ist die Beibe
haltung der leistungsfähigen Bandförderung für relativ
hohe Vortriebsgeschwindigkeiten.
Im Gegensatz zu einer ausschließlichen Schneckenförderung
besteht bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, in festeren Bodenschichten nicht die Notwendig
keit, das Abbaumaterial durch künstliche Flüssigkeits
zufuhr und Zerkleinerungswerkzeuge schneckengängig zu
machen.
Gerade bei dem vorgenannten Förderprinzip ist ein Fest
fahren oder Blockieren sicher auszuschließen. Alle Teile,
die nach dem Abbauvorgang in den Schneidkegel eindringen,
werden problemlos nach kurzem Förderweg über die ausrei
chend dimensionierte Öffnung der Verschlußkappe auf das
Transportband aufgegeben.
Als Einsatzbereich für die beschriebene Technik sind ins
besondere halbfeste bis weiche Böden mit mäßigem Wasser
drang geeignet. Während Stehzeiten können darüberhinaus
die sogenannten "Flood-Control-Doors" des Bohrkopfes ge
schlossen werden.
Die Verschlußklappen werden über hydraulische Zylinder be
tätigt und können über einen hydraulisch-pneumatischen
Mechanismus auch bei unterschiedlicher Öffnungsweite un
ter einem konstanten Schließdruck gesetzt werden. Mit
dieser "federnden" Verschlußautomatik gelingt es auf ein
fache Weise auch bei unterschiedlichen Vortriebsgeschwin
digkeiten über variable Öffnungsweiten einen vorgegebenen
Stützdruck konstant zu halten. Der wirksame Stützdruck wird
auch hier über Druckmeßdosen im rückwärtigen Schneidkegel
ermittelt und dient zur Festlegung des erforderlichen
Schließdruckes. Zur Vermeidung ungewollter Hebung bei
überhöhtem Stützdruck werden die Vortriebspressen nach
dem Überschreiten einer vorgegebenen Öffnungsweite der
Verschlußklappen automatisch abgeschaltet.
Zur Begehung des Schneidkegels wird dieser nach dem Verschluß
der vorderen "Flood-Control-Doors" leergefahren, wobei
hierfür über eine separate Schaltung die Verschlußklappen
der Bandübergabe automatisch geöffnet werden. In dieser
Situation zeigt sich ein besonderer Vorteil des doppelten
Verschlußsystems, da hierbei die Räumung des Schneidkegels
unter atmosphärischen Bedingungen erfolgen kann.
Sind anschließend Arbeiten an der Ortsbrust erforderlich,
so werden die Verschlußklappen der Bandaufgabe luftdicht
verschlossen und der Abbauraum unter Druckluft gesetzt.
Nach dem Einschleusen des Personals über die vorhandene
Personenschleuse können dann Arbeiten bei geöffneten "Flood-
Control-Doors" ausgeführt werden.
Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren
beispielsweise hervorragend für Bereiche geeignet ist, in
denen Mergel mit geringen Kluftweiten ansteht.
Generell eignet sich, wie bereits ausgeführt, das erfin
dungsgemäße Verfahren insbesondere hervorragend für halb
feste bis weiche Böden mit mäßigem Wasserandrang; ange
sichts der relativ kurzen Vortriebsphasen und des ver
schließbaren Bohrkopfs bei Stehzeiten, ist bei den be
kannten Durchlässigkeitswerten kein unzulässig großer
Wasserentzug in Betracht zu ziehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der unter
Druck stehende Abbauraum mit einem gasförmigen und/oder
flüssigen und/oder breiigen und/oder einem halbfesten
und/oder einem festen, insbesondere körnigen Fluid an
gefüllt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Auf
rechterhaltung des Überdrucks im Abbauraum durch
einen Erdmaterialdruck und/oder Gesteinsmaterialdruck
und/oder Gasüberdruck und/oder einen Flüssigkeits
überdruck gewährleistet.
Bevorzugtermaßen baut man den Erdmaterial- bzw. Ge
steinsmaterial-Überdruck im Abbauraum durch die Schild
fahrt auf.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform baut
man den Flüssigkeitsdruck im Abbauraum durch an sich
bekannte hydraulische Aggregate auf und gewährleistet
sie während der Durchführung des Verfahrens.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform be
wirkt man den Gasdruck im Abbauraum durch an sich bekannte
pneumatische Aggregate und erhält diesen Gasdruck während
der Durchführung des Verfahrens aufrecht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform passt
man den im Abbauraum erzeugten Druck dem vor der Orts
brust herrschenden Erdmaterial- und/oder Flüssigkeits
druck an. Vorsorglich darf die Definition des Terminus
technicus hier wiederholt werden: Unter der Ortsbrust
versteht man die durch das Abbauwerkzeug bereits struk
turierte Oberfläche der noch abzubauenden Materie.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Abbaumaterial über ein durch den
mit dem Ventilorgan zusammenarbeitenden Materialabführ
organ, vorzugsweise mittels eines Förderbandes und/oder
einer Schnecke und/oder eines Abführrohres abgeführt wird.
Dabei stellt insbesondere die Verwendung des Förder
bandes einen besonders sprunghaft vorteilhaften Aspekt
des Gegenstandes vorliegender Erfindung dar, der be
reits weiter oben ausführlich dargelegt wurde.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ventilorgan aus
zumindest einem in der Druckwand (= Schottwand) angeordne
ten Lippenventils besteht.
Die Anordnung der Druckwand bzw. der Schottwand ist dem
Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet des Schildvortriebs
bestens bekannt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Ventil
organ aus zumindest einem in der Druckwand angeordneten
Klappenventil, das bevorzugtermaßen als Zwei-Klappenventil
ausgebildet ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist das Ventilorgan eine Rückstellkraft auf,
deren Einzelheiten bereits ebenfalls weiter oben ausführ
lich dargestellt sind.
Diese Rückstellkraft des Ventilorgans ist bevorzugtermaßen
auf an sich bekannte Weise steuerbar und/oder regelbar aus
gebildet.
Schließlich kann diese Rückstellkraft insbesondere mecha
nisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch bewirkt
werden.
Das Wesen vorliegender Erfindung wird anhand der beiliegenden
Fig. 1-4, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen,
weiterhin erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt eines Schildvor
triebs zum Tunnelbau unter Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch ein erfindungs
gemäß anzuwendendes Ventilorgan, das aus einer
auf einem Ventilgehäuse angeordneten Zwei-
Klappenventil besteht, unter dem das Förder
band angeordnet ist,
Fig. 4 die Anordnung der Fig. 3 nach einer Drehung
von 90°, wobei insbesondere die Anflanschung
des Ventilgehäuses an der Schottwand (= Druck
wand) dargestellt ist.
In allen Figuren sind die gleichen bzw. analogen
Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist der Abbauraum mit dem Bezugszeichen 1,
das Ventilgehäuse mit Ventilorgan mit 2, die Druck
wand (= Schottwand) mit 3, das unterhalb des Ventil
organs angeordnete Förderband, das die Schottwand
(= Druckwand) durchläuft, mit 4, der rückwärtige Raum
mit 5, ein das Überdruck (Luftüberdruck) im Abbauraum
erzeugender Kompressor mit 6, die Ortsbrust mit 7,
das noch abzubauende Material mit 8 und das Verfahr
gestänge mit 9 bezeichnet.
Mit dem Bezugszeichen 19 ist das Abbaugut gekennzeichnet.
In Fig. 2 ist der teilweise geöffnete sogenannte
Flood-Control-Verschluß der Schildvortriebsmaschine,
die Schneidräder und Messerbalken aufweist, dargestellt.
Mit dem Bezugszeichen 2 a und 2 b sind die Verschluß
klappen des Ventilorgans, das im vorliegenden Fall
als "Zwei-Klappenventil" ausgebildet ist, gekennzeichnet.
Die Pfeilstrecken 10 zeigen zwei maximale Öffnungs
weiten des Flood-Control-Verschlusses; die Pfeil
strecke 11 einen geschlossenen Sektor des Flood-Control-
Verschlusses.
In der Fig. 3 ist wieder eine Ausführungsform des
Zwei-Klappenventilorgans dargestellt; die Klappen
tragen wiederum die Bezugszeichen 2 a und 2 b. Durch
die Hydraulikzylinderanordnung 12 a befindet sich die
Ventilorgan-Klappe 2 a in maximal geöffneter Arbeits
stellung; durch maximales Ausfahren der Hydraulik
zylinderanordnung 12 b befindet sich gleichzeitig
die Klappe 2 b des Ventilorgans in maximal geschlossener
Stellung. Zwischen beiden Stellungen läßt sich durch
entsprechende Steuerung bzw. Regelung der Hydraulik
zylinder jede beliebige Öffnungsweite von maximaler
Öffnung bis zur völlig geschlossenen Stellung des
Ventilorgans erreichen. Die strichlierte Darstellung
2 a′ und 2 b′ zeigt die sogenannte optimale Arbeitsstellung
des Ventilorgans, in der das Abbaugut auf das darunter
angeordnete Förderband im freien Fall gelangt, wobei
das Obertrum des Förderbands 4 das Bezugszeichen 4′ und
das Untertrum des Förderbands das Bezugszeichen 4′′ trägt.
Die starre, das Förderband tragende Konstruktion weist
das Bezugszeichen 13 auf.
Das eigentliche Ventilorgan nebst darunter angeordnetem
Förderband ist nach der Ausführungsform der Fig. 3
in einem Kasten angeordnet, der seinerseits in einem
zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 15 angeordnet ist,
das seinerseits an der Druckwand (= Schottwand) be
festigt, beispielsweise angeflanscht ist.
Mit dem Bezugszeichen 16 ist die gegebenenfalls vor
handene Ausstieg-Personenschleuse gekennzeichnet.
Die Oberfläche der Ventilklappen ist mit den Bezugs
zeichen 2 a′′ und 2 b′′ gekennzeichnet; diese Flächen
sind vorzugsweise rechteckig ausgebildet und an der
Oberkante von Kasten 14 bzw. Gehäuse 15 auf an sich
bekannte Weise angelenkt.
Die Elemente der Fig. 3 sind in Fig. 4 nochmals
in einer um 90° gedrehten Ansicht dargestellt.
Mit dem Bezugszeichen 3 ist wiederum die Druckwand
(= Schottwand) gekennzeichnet, an die das Gehäuse 15
an den Stellen 15 a angeflanscht ist. Ein Material
leitblech trägt das Bezugszeichen 17.
Die Umlenkrolle des Transportbandes (Förderbands)
trägt das Bezugszeichen 18.
Mit 12 a und 12 b ist wiederum die Hydraulikzylinder
anordnung zum Öffnen bzw. Schließen der Klappen des
Ventilorgans bezeichnet.
- Bezugszeichenliste 1Abbauraum 2Ventilgehäuse mit Ventilorgan 2 aVerschlußklappe des Ventilorgans 2 bVerschlußklappe des Ventilorgans 2 a′optimale Arbeitsstellung der Verschlußklappe des Ventilorgans 2 b′optimale Arbeitsstellung der Verschlußklappe des Ventilorgans 2 a′′Oberfläche der Verschlußklappe 2 b′′Oberfläche der Verschlußklappe 3Druckwand (=Schottwand) 4Förderband 4′Obertrum des Förderbands 4′′Untertrum des Förderbands 5rückwärtiger Raum 6Kompressor 7Ortsbrust 8noch abzutragendes Material 9Verfahrgestänge 10maximale Öffnungsweite 11geschlossener Sektor des Flood-Control- Verschlusses 12 aHydraulikzylinderanordnung 12 bHydraulikzylinderanordnung 13starre, das Förderband tragende Konstruktion 14Kasten 15zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 15 aStellen, an welchen die Druckwand (Schottwand) an das Gehäuse angeflanscht ist 16Ausstieb-Personenschleuse 17Materialleitblech 18Umlenkrolle des Förderbandes 19Abbaugut
Claims (14)
1. Verfahren zur Durchführung des Schildvortriebs
unter Druckerhaltung im Abbauraum, insbesondere
zur Erstellung von Tunnelbauten,
dadurch gekennzeichnet,
daß man zwischen dem unter Druck stehenden
Abbauraum und dem unter atmosphärischem Druck
stehenden rückwärtigen Raum das Abbaugut durch ein
Ventilorgan führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der unter Druck stehende Abbauraum mit einem
gasförmigen und/oder flüssigen und/oder breiigen
und/oder einem halbfesten und/oder einem festen, ins
besondere körnigen Fluid angefüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufrechterhaltung des Überdrucks im Abbau
raum durch einen Erdmaterialdruck und/oder Gesteins
materialdruck und/oder Gasüberdruck und/oder einen
Flüssigkeitsüberdruck gewährleistet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Erdmaterial- bzw. Gesteinsmaterial
überdruck im Abbauraum durch die Schildfahrt aufbaut.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Flüssigkeitsdruck im Abbauraum durch
an sich bekannte hydraulische Aggregate aufbaut und
gewährleistet.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Gasdruck im Abbauraum durch an sich
bekannte pneumatische Aggregate bewirkt und aufrecht
erhält.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den im Abbauraum erzeugten Druck dem vor der
Ortsbrust herrschenden Erdmaterial- und/oder Flüssig
keitsdruck anpaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abbaumaterial über ein durch den mit dem
Ventilorgan zusammenarbeitendes Materialabführorgan
vorzugsweise mittels eines Förderbandes und/oder einer
Schnecke und/oder eines Abführrohres abgeführt
wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventilorgan aus zumindest einem in der
Druckwand angeordneten Lippenventils besteht.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventilorgan aus zumindest einem in der
Druckwand angeordneten Klappenventil besteht.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Klappenventil als Zwei-Klappenventil
ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventilorgan eine Rückstellkraft aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventilorgan eine steuerbare und/oder
regelbare Rückstellkraft aufweist.
14. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückstellkraft mechanische und/oder
hydraulisch und/oder pneumatisch ausgebildet
ist.
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