DE3624962A1 - Streckenvortrieb, insbesondere tunnelvortrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Streckenvortrieb, insbesondere Tunnelvortrieb mit Sprengvortrieb.

Übliche Tunnel besitzen eine Sohle von 12-18 m Breite. Der sich über der Sohle wölbende Tunnelquerschnitt besitzt in Abwicklung z. B. einen Umfang von 35 m.

Der Tunnel wird üblicherweise in zwei Abschnitten vorgetrieben, in der Strosse und der Kalotte. Die Kalotte umfaßt den gesamten Firstbereich des Tunnels und wird üblicherweise voreilend gegenüber der Strosse vorgetrieben. Die Voreilung beträgt dann mindestens 200 m.

Im Vortrieb der Kalotte sind Sprengvortrieb oder Teilschnitt­ maschinen gebräuchlich. Der Vorteil der Teilschnittmaschinen ist deren genaue Steuerungsmöglichkeit, die insbesondere bei rechnergestützten Teilschnittmaschinen eine genaue Konturschneidung ermöglicht. Der Sprengvortrieb ist jedoch in vielen Bereichen deutlich gegenüber dem Vortrieb mit Teilschnittmaschinen wirt­ schaftlicher. Nachteil des Sprengvortriebes ist die starke Zerklüftung des Gebirgsausbruches. Bei Unterteilung der Kalotte in deren eigentlichen Firstbereich und die sogenannten Ulmen ist die Zerklüftung im Firstbereich besonders groß. Dem eigentlichen Firstbereich wird etwa ein Drittel des Umfanges vom Tunnelquer­ schnitt zugerechnet. Bei den o. angesprochenen 35 m wären das ca. 12 m. Die Ulmen sind die seitlichen Kalottenteile zwischen dem eigentlichen Firstbereich und der Strosse.

Die besonders starke Zerklüftung des Firstbereiches wird darauf zurückgeführt, daß im Firstbereich das Eigengewicht der Gebirgs­ teile deren Aufblättern sehr stark fördert.

Im Sprengvortrieb errichtete Kalotten werden durch Spritzbeton gesichert. Der Spritzbeton kann eine Schichtdicke von 10 bis 30 cm aufweisen und wird ggf. mit einer Ankersicherung versehen. Diese Ausbauweise ist als neue österreichische Tunnelbauweise bekannt. Die Dicke der Spritzbetonschicht bzw. der Aufwand für den Tunnelausbau wird maßgeblich durch die Tiefe der beim Sprengvortrieb entstandenen Klüfte bestimmt. Das heißt, je tiefer die entstandenen Klüfte sind, desto mehr baulicher Aufwand ist erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen gravierenden Nachteil des Sprengvortriebs gegenüber dem Vortrieb mit Teilschnitt­ maschinen zu beseitigen. Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß vor jeder Sprengung entlang der vorgesehenen Strecken­ kontur ein Schlitz in das Gebirge eingebracht wird. Durch die Sprengung werden dann die jenseits des Konturschlitzes im Gebirge liegenden Gebirgsschichten nur noch geringfügig belastet. Die Klüfte werden auf ein Bruchteil reduziert. Durch besonders sorg­ fältig angelegte Sprengungen kann die Zerklüftung im wesentlichen ganz verhindert werden.

Zugleich zeigt sich, daß nur noch ein Bruchteil der sonst not­ wendigen Sprengmittel für die gleiche Vortriebsleistung erforder­ lich ist. Das wird darauf zurückgeführt, daß im Konturbereich eine besonders günstige Kraftentfaltung (Zugbelastung) im Gebirge entsteht.

Nach der Erfindung ist ein Konturschlitz mit einer Tiefe vorge­ sehen, welche im wesentlichen der jeweiligen Abschlagtiefe ent­ spricht. Das sind mindestens 40 cm. Es können jedoch auch Ab­ schläge von 1,5 m und mehr gesprengt werden.

Von Vorteil ist es, wenn der gesamte Kalottenbereich mit einem Konturschlitz versehen wird. Eine deutliche Ergebnisverbesserung wird jedoch bereits erzielt, wenn nur im eigentlichen Firstbereich der Kalotte ein Konturschlitz angebracht wird.

Der Konturschlitz kann mechanisch mit Hilfe von Fräsen in das Gebirge gebracht werden. Von Vorteil sind im Tunnelbau jedoch Wasserdüsen. Die Wasserdüsen werden mit einem der Beschaffenheit des Gebirges angepaßten Wasserdruck betrieben. Bei mildem Gebirge, z. B. Buntsandstein, sind das mindestens 800 bar. Bei festem Gebirge, z. B. Carbon, sind das mindestens 1000 bar. Nach oben hin kann der Wasserdruck theoretisch unbegrenzt sein. Praktisch wird jedoch mit max. 1200 bar bei mildem Gestein und 1500 bar bei festem Gestein gearbeitet, da größere Wasserdrücke einen erheblichen Verschleiß an der Wasserzuführung und den Wasserdüsen verursachen. Hinzu kommen erhebliche Festigkeitsprobleme. Die Wasserdüsen sind teure Verschleißteile.

Das Kontur-Schlitzen mit Wasser kann in seiner Wirkung durch dem Wasser zugesetzte Lösungsmittel gesteigert werden. Als erfindungs­ gemäße Lösungsmittel kommen Quarzsande, Korunde, Metallpulver oder Carbide in Betracht. Diese Lösungsmittel enthalten eine stark abrasive Wirkung beim Aufprall des Wassers am Gestein.

Für das Kontur-Schlitzen mit Wasser sind die Wasserdüsen wichtige Bauteile. Vorzugsweise wird mit unterschiedlichen Wasserdüsen bei mildem und festem Gestein gearbeitet. Bei mildem Gestein haben die Düsenöffnungen 2-4 mm Durchmesser, bei festem Gestein mindestens 0,4 mm Durchmesser.

Das milde Gestein und das feste Gestein bezeichnen die extremen Verhältnisse beim Kalottenvortrieb hinsichtlich Wasserdruck bzw. Düsenöffnungen. Bei mittlerem Gestein wird nach der Erfindung ein mittlerer Wasserdruck bzw. wird nach der Erfindung eine mittlere Düsenöffnung gewählt.

Bei größeren Schlitztiefen sind in weiterer Ausbildung der Erfindung mehrere übereinander angeordnete Düsenrohre vorgesehen. Das erlaubt die Verwendung dünner Düsenrohre, welche ohne gegenseitige Stützung statisch nicht in der Lage wären, das für größere Schlitz­ tiefen notwendige Maß vorzukragen. Nach der Erfindung sind wahlweise zwei oder drei Düsenrohre übereinander angeordnet. Die Anzahl der übereinander anzuordnenden Düsenrohre wird in Abhängigkeit von der vorgesehenen Schlitztiefe festgelegt, vorzugsweise für jede 50 cm Schlitztiefe ein Düsenrohr. Dadurch ergeben sich bei Schlitztiefen bis zu 50 cm 1 Düsenrohr, bei Schlitztiefen von 50-100 cm 2 Düsenrohre, bei Schlitztiefen von 100-150 cm 3 Düsenrohre usw.

Wahlweise werden die Düsenrohre auch in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Das heißt, die Düsenrohre schneiden dann einen im Längsschnitt des Tunnels stufenförmig verlaufenden Kontur-Schlitz. Bei hintereinander angeordneten Düsen ist vorge­ sehen, daß die jeweils hinteren Düsen eine besondere Spritz­ richtung besitzen, um das darüber liegende Düsenrohr nicht anzu­ greifen.

Der erfindungsgemäße Kontur-Schlitz kann wahlweise rechnerge­ steuert eingebracht werden. Eine zuverlässige Einrichtung mit geringem baulichen Aufwand bildet jedoch eine Konturschablone. Dann ist die Schneidvorrichtung auf bzw. in einer Konturschablone geführt.

Es ist von Vorteil, wenn die Konturschablone durch mindestens zwei in Streckenlängsrichtung hintereinander angeordnete Bögen gebildet wird. Diese Bögen geben der Schneidvorrichtung eine Doppelführung und damit eine hohe Stabilität. Die Bögen bestehen aus handelsüblichem Profil, vorzugsweise Doppel-T-Profil. Das Doppel-T-Profil ergibt vorteilhafte konstruktive Möglichkeiten zur Führung der Vorrichtung mit Rollen zwischen den Flanschen der Profile.

Die Schneidvorrichtung ist mit eigenem Antrieb oder mit einem außenliegenden Antrieb versehen. Zum Antrieb gehört wahlweise eine Zahnstange oder Kette oder Kraftkolben. Diese Antriebs­ elemente sichern eine genaue Führung.

Als Vorschub für die Schneidvorrichtung in Tunnelumfangs-Richtung dient vorzugsweise ein Kraftkolben.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Konturschablone bzw. die Schneidvorrichtung vom Ausleger eines Baggers gehalten. Beim Tunnelvortrieb ist in der Regel ein Bagger verfügbar, so daß die erfindungsgemäße Schneideinrichtung als Zusatzgerät zum Bagger angeschafft werden kann.

Zwischen dem Baggerausleger und der Konturschablone bzw. der Schneidvorrichtung ist wahlweise ein Drehglied vorgesehen. Das Drehglied ermöglicht ein sehr genaues Ausrichten der Kontur­ schablone, während sich die Auslegerbewegung auf bloßes Heben bzw. Senken beschränken kann. Die Ausrichtung der Konturschablone erfolgt z. B. mittels Laserstrahl.

In der ausgerichteten Stellung wird die Konturschablone fixiert. Das geschieht beispielsweise dadurch, daß die Konturschablone mit einem Rahmen versehen ist, der gegen die Ortsbrust gedrückt wird.

Im übrigen kann es von Vorteil sein, rotierende Düsen oder rotierende Fräsköpfe, kombiniert mit Düsen, als Schneidein­ richtungen für die Konturschlitze zu verwenden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellt.

Mit 1 ist der Ausleger eines Baggers bezeichnet. Vorn am Ausleger 1 befindet sich ein Drehglied 2. Das Drehglied 2 ist mit Hilfe eines Kraftkolbens 3 um die vordere Auslegerspitze schwenkbar. Zugleich besitzt das Drehglied 2 einen nicht darge­ stellten Schwenkantrieb, so daß zwei im Abstand voneinander an einem Tragarm 4 befestigte Doppel-T-Profile höhenverstellt und darüber hinaus um die bei 6 schematisch dargestellte Achse verschwenkt werden können. Ferner ist ein seitliches Schwenken der Profile 5 durch Schwenken des Baggerauslegers bzw. Verfahren des Baggers möglich. Die Schablone kann auch durch Vorfahren des Baggers versetzt werden bzw. zur Sprengung mit dem Bagger zurückgefahren werden.

Die Doppel-T-Profile 5 sind so gebogen, daß noch zu erläuternde Schneiddüsen entlang der vorgesehenen Kontur der Kalotte eines vorzutreibenden Tunnels entlang bewegt werden. Dazu dient ein Laufwagen 7, der mit Rädern 8 und 9 zwischen den Flanschen des Doppel-T-Profils geführt ist. Der Laufwagen 7 wirkt über ein Kettenrad 10 mit einer Kette 11 zusammen. Das Kettenrad 10 ist im Laufwagen 7 gelagert und wird von einem im Laufwagen 7 angeordneten Hydraulikmotor bewegt. Die Kette 11 ist am Doppel- T-Profil 5 befestigt. Das geschieht beispielsweise über nicht dargestellte Laschen, die an die die Kettenglieder zusammenhaltenden Bolzen fassen. Die Verwendung einer Kette ist gegenüber der Verwendung von Zahnstangen fertigungstechnisch von Vorteil. Die Kette kann jeder beliebigen Bogenform der Doppel-T-Profile 5 leicht angepaßt werden, ohne daß die Teilung zwischen den Ketten­ bolzen verändert und andere Kettenräder verwendet werden müssen.

Die Doppel-T-Profile sind 120er Profile.

Zum Laufwagen 7 gehört ein Rahmen 12 aus weiteren Doppel-T-Profilen. Der Rahmen 12 ist um die Doppel-T-Profile 5, welche Konturschablonen bilden, hakenförmig herumgeführt. Oben trägt der Rahmen 12 zwei übereinander angeordnete Schneiddüsen 13, welche in Halterungen 14 in Längsrichtung verstellbar angeordnet sind. Die Verstellung in Längsrichtung dient dem Vorschub der Düsen. Zum Antrieb ist ein Kraftkolben 15 vorgesehen.

Im Ausführungsbeispiel wird mit 800 bar 120 Liter Wasser/min. durch jede der Düsen gedrückt. Bei höherem Düsendruck erhöht sich die Wassermenge linear. Die Öffnungsbreite der Düsen beträgt 3 mm. Im Ausführungsbeispiel wird mit den Düsen ein ca. 1 m tiefer Schlitz entlang der Kontur des vorgesehenen Tunnels in Buntsandstein eingebracht. Dabei wird der Laufwagen 7 mit den Düsen 13 hin- und hergehend bewegt. Die Schwenkbewegung geht jeweils von einem Ende bis zum anderen Ende des vorgesehenen Konturschlitzes. Dabei ist eine Schnittiefe von jeweils 12 cm mit im Ausführungsbeispiel 3 cm/sec. Geschwindigkeit der Schwenk­ bewegung vorgesehen.

Das beim Konturschlitzen anfallende Wasser sammelt sich in einem dicht an der Ortsbrust angeordneten Sumpf (Pumpenloch). Von dort wird es durch eine Steigleitung von einer Pumpe in eine Wasseraufbereitung gegeben. Die Wasseraufbereitung ist bei einem Tunnelbau Standardausrüstung. Das zum Konturschlitzen notwendige Wasser wird der Wasseraufbereitung entnommen.

Die gesamten Bewegungsantriebe der Einrichtung sind hydraulisch ausgelegt, so daß die Bewegungsantriebe von der Baggerhydraulik gespeist werden können.

Nach dem Konturschlitzen wird der Bagger mit der Schneidvorrichtung zurückgefahren und werden die Sprenglöcher gebohrt. Die Sprenglöcher werden in erheblichem Abstand von dem Konturschlitz eingebracht. Die Tiefe der Sprenglöcher entspricht der Schlitztiefe, so daß im Ausführungsbeispiel Abschläge beim Sprengvortrieb von etwa 1 m entstehen. Nach einem Abschlag und Abtransport des ausgebrochenen Gebirges wird die Schneidvorrichtung zur Einbringung eines weiteren Konturschlitzes wieder in Position gebracht. Das setzt sich über die gesamte Tunnellänge fort.

Claims (20)

1. Streckenvortrieb, insbesondere Tunnelvortrieb mit Spreng­ vortrieb, dadurch gekennzeichnet, daß vor jeder Sprengung entlang der vorgesehenen Kontur der Strecke ein Schlitz ein­ gebracht wird.

2. Streckenvortrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konturschlitz mindestens 40 cm tief ist.

3. Streckenvortrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konturschlitz mindestens im Firstbereich eingebracht wird.

4. Streckenvortrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Wasserdüse (13) zum Kontur-Schlitzen.

5. Streckenvortrieb nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mehrere übereinander angeordnete Wasserdüsen bei größeren Schlitztiefen.

6. Streckenvortrieb nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch mindestens 800 bar Wasserdruck im milden Gestein und mindestens 1000 bar Wasserdruck im festen Gestein.

7. Streckenvortrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 4-6, gekennzeichnet durch dem Schneidwasser zugesetzte Lösungsmittel.

8. Vorrichtung zum Streckenvortrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 4-7, gekennzeichnet durch Düsenöffnungen von 2-4 mm Durchmesser für mildes Gestein und mindestens 0,4 mm für festes Gestein.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren übereinander angeordneten Düsen (13) diese in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind und die hinteren Düsen (13) eine andere Spritzrichtung aufweisen.

10. Vorrichtung zum Streckenvortrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneid­ vorrichtung auf einer Konturschablone (5) geführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturschablone durch mindestens zwei hintereinander angeordnete Bögen (5) gebildet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturschablone durch Doppel-T-Träger gebildet wird.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung einen eigenen Antrieb für die Bewegung in Längsrichtung der Konturschablonen aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb Ketten mit Kettenrädern oder Zahnstangen mit Zahnrädern oder Kraftkolben gehören.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, gekennzeichnet durch einen Kraftkolben (15) als Vorschub für die Schneiddüsen (13).

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-15, gekennzeichnet durch eine auf den Konturschablonen (5) hin­ und hergehende Bewegung der Schneidvorrichtung.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturschablone (5) vom Ausleger (1) eines Baggers gehalten ist.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturschablone (5) mit einem Rahmen (12) versehen ist, der in Berührung mit der Ortsbrust eine Fixierung der Konturschablone bildet.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausleger (1) des Baggers und der Konturschablone (5) ein Drehglied (2) vorge­ sehen ist.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-19, gekennzeichnet durch rotierende Schneiddüsen und/oder Dreh­ meißel.