DE3740019A1 - Vortriebsschild mit fluessigkeitsgestuetzter ortsbrust - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild mit flüssig­ keitsgestützter Ortsbrust, insbesondere für den Tunnelvor­ trieb, mit einem eine Vortriebsmaschine aufnehmenden, zur Schildrückseite hin durch eine Querwand abgeschotteten Arbeitsraum, der mit einer Zuleitung für Stützflüssigkeit und mit einer Abfördervorrichtung für das Abbaumaterial versehen ist und in kommunizierender Verbindung mit einer Druckluftkammer des Schildes steht, die zur Erzielung eines auf den Spiegel der Stützflüssigkeit wirkenden Druckluftpolsters eine Druckluftzuleitung aufweist.

Vortriebsschilde, bei denen die Ortsbrust durch eine Stütz­ flüssigkeit, z.B. Wasser oder bevorzugt eine Bentonit- Suspension, gesichert wird, sind in verschiedenen Aus­ führungen bekannt (DE-PS 22 27 083, Zeitschrift "Tiefbau" 1981, Seite 392). Innerhalb des zur Ortsbrust hin offenen, einen angetriebenen Schneidkopf bzw. ein Schneidrad o. dgl. aufnehmenden und nach hinten durch die Querwand abgeschotteten Arbeitsraumes ist eine diesen in eine Doppelkammer unterteilende Tauchwand vorgesehen, die im oberen Bereich eine Druckluftkammer bildet, deren auf den Spiegel der Stützflüssigkeit wirkendes Luft­ polster Volumenschwankungen in der Stützflüssig­ keit ausgleicht, so daß jederzeit eine zuverlässige Abstützung der Ortsbrust durch den hydrostatischen Druck der Stützflüssigkeit erfolgt. Der Luftdruck in der Druckluftkammer wird durch ein Luftregelsystem auf einen vorgegebenen Druckwert, der den jeweiligen Bodenverhältnissen angepaßt ist, eingestellt.

Durch die Anordnung der Tauchwand innerhalb des Schild­ arbeitsraumes ergibt sich hier eine Doppelkammer mit verhältnismäßig großen axialen Abmessungen, wodurch u.a. die Verlagerung der Vortriebsmaschine im Schild und vor allem auch die Abförderung des Bodenmaterials aus dem Schildarbeitsraum erschwert werden.

Es ist bei Vortriebsschilden für den Tunnelbau bekannt, den zylindrischen Schildmantel im Bereich des vorderen Schildendes unter Ausbildung einer umlaufenden Schild­ schneide doppelwandig auszubilden (DE-AS 15 34 642). Die Querwand, welche den Arbeitsraum abschottet, bildet das hintere Ende der Schildschneide. Die Vortriebs­ maschine besteht aus einem um die Schildachse drehbaren Schneidrad, das innerhalb des von der Schildschneide um­ schlossenen Arbeitsraumes angeordnet und vor der Quer­ wand einen Innenzahnkranz trägt, mit dem angetriebene Ritzel der an der Querwand angebauten, über den Umfang verteilt angeordneten Antriebsmotoren im Zahneingriff stehen.

Ausgehend von einer Schildvortriebseinrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so auszugestalten, daß der Schildinnen­ raum durch die hier befindliche Druckluftkammer für die Beaufschlagung der Stützflüssigkeit weniger stark einge­ engt wird, so daß auch die Lagerung der Vortriebsmaschine und/oder die Abförderung des Abbaumaterials aus dem Schildarbeitsraum erleichtert wird.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Druckluftkammer sich ring- oder ringsegment­ förmig über den Innenumfang des Schildes erstreckt.

Mit dieser Anordnung der Druckluftkammer am Innenumfang des Schildes wird die sonst durch die Anordnung einer Tauchwand sich ergebende Doppelkammer mit großen axialen Abmessungen vermieden. Die Druckluftkammer, die mit dem die Stützflüssigkeit aufnehmenden Arbeitsraum des Schildes kommunizierend verbunden ist, ist raumsparend am Innenumfang des zylindrischen Schildes angeordnet und erstreckt sich in Umfangsrichtung über den Schildmantel, ohne den Schildinnenraum unzuträglich einzuengen. Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß die Druckluftkammer den um die Schildachse rotierenden Schneidkopf der Vortriebsmaschine umschließt. In wei­ terer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Druckluftkammer bis unterhalb der Schildachse ringförmig über den Schildinnenumfang, wobei sie an ihren unteren Enden zu dem Abbauraum hin offen ist. Bei dieser Anordnung umschließt demgemäß die ringförmige Druckluftkammer den die Vortriebsmaschine aufnehmenden Arbeitsraum des Schildes, wobei sie zur Herstellung der kommunizierenden Verbindung an ihren beiden unter­ halb der Schildmitte gelegenen Enden in offener Ver­ bindung zu dem Abbauraum steht.

Besonders vorteilhaft ist erfindungsgemäß eine An­ ordnung, bei der sich die Druckluftkammer zum vor­ deren Schildende hin in ihrer radialen Querschnitts­ abmessung verjüngt, so daß der rotierende Schneidkopf ortsbrustseitig in seinem Druchmesser ohne weiteres so ausgestaltet werden kann, daß er den gesamten Schild­ querschnitt, möglichst mit einem gewissen Überschnitt, überstreicht und freischneidet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Druckluftkammer durch den die Schildschneide ausbildenden, im Quer­ schnitt etwa dreieck- oder trapezförmigen Schildmantel gebildet. In diesem Fall wird der Innenquerschnitt des Schildarbeitsraumes durch die Anordnung der Druck­ luftkammer nicht eingeengt, da hierfür der ohnehin vor­ handene Totraum in der Schildschneide genutzt werden kann.

Die Ausgestaltung der Druckluftkammer als Ring- bzw. Ringsegmentkammer hat zudem den Vorteil, daß sich in die­ sem Fall ohne weiteres auch Vortriebsmaschinen einsetzen lassen, deren rotierender Schneidkopf nicht zentral, sondern im Umfangsbereich im Schild gelagert ist und über mehrere in Umfangsrichtung versetzte Antriebsmotoren angetrieben werden kann, deren angetriebene Ritzel in die Innenverzahnung eines am Schneidkopf angeord­ neten Zahnkranzes eingreifen.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßen Vortriebs­ schild im Bereich seines ortsbrust­ seitigen Endes im Vertikalschnitt;

Fig. 2 den Vortriebsschild nach Fig. 1 in einer Ansicht von der Ortsbrust her in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte Vortriebsschild 1 weist einen zylindrischen Schildmantel 2 auf und ist an seinem ortsbrustseitigen Ende mit einer Schildschneide 3 ver­ sehen. Der Vortriebsschild 1 ist bei dem gezeigten Aus­ führungsbeispiel, wie bekannt, mehrteilig ausgebildet. Er besteht aus mehreren in Vortriebsrichtung hinter­ einander geschalteten und sich mit ihren zylindrischen Mantelflächen überlappenden Schildabschnitten, von denen Fig. 1 nur der vordere Schildabschnitt 4 und ein ihm nachgeschalteter Schildabschnitt 5 gezeigt sind. Zwischen den beiden Schildabschnitten 4 und 5 befinden sich hy­ draulische Pressen 6 zum Vorpressen des vorderen Schild­ abschnitts 4 mit der darin gelagerten Vortriebsmaschine. Der nachfolgende Schildabschnitt 5, der das Widerlager für die Pressen 6 bildet, kann mit Hilfe gesonderter Pressen dem vorlaufenden Schildabschnitt 4 nachgeführt werden.

Ein- oder auch mehrteilige Vortriebsschilde sind be­ kannt und bedürfen daher keine weiteren Erläuterungen. Von Bedeutung ist hier, daß der Vortriebsschild 1 bzw. sein vorderer Schildabschnitt 4 mit einer druckdichten Querwand 7, 8 versehen ist, die den zur Ortsbrust 9 hin offenen Arbeitsraum 10 am ortsbrustseitigen Ende des Schildes 1 zur Schildrückseite hin abschottet. Die Querwand 7, 8 kann mehrteilig ausgeführt sein. Sie besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus fest mit dem zylindrischen Schildmantel 2 verbundenen ringförmigen Wandteilen 7 und einem die Innenöffnung dieses ringförmigen Wandteils verschließenden inneren Wandteil 8, das lösbar angeordnet sein kann und/oder mit einer Schleuse 11 versehen werden kann, so daß der Arbeitsraum 10 vom Schildinnenraum her z.B. für die Durchführung von Wartungs- und Reparaturarbeiten an der Vortriebsmaschine zugänglich ist.

Die Vortriebsmaschine ist in ihrem grundsätzlichen Auf­ bau ebenfalls bekannt. Sie besteht aus einem Schneid­ kopf 12 o.dgl., der mit Schneidwerkzeugen, hier mit Rollenmeißeln 13 bestückt ist, von denen in Fig. 1 der Einfachheit halber nur einige wenige gezeigt sind. Der Schneidkopf 12 ist an der Querwand 7, 8 um die Schild­ achse drehbar gelagert. Er weist im Inneren eines in der Querwand liegenden abgedichteten Raumes 14 einen Innenzahnkranz 15 auf, in den die Antriebsritzel der Antriebsmotoren 16 eingreifen, die z.B. als Hydraulik­ motoren ausgebildet und über den Umfang der Querwand verteilt angeordnet sind.

Im Einsatz des Vortriebsschildes mit flüssigkeits­ gestützter Ortsbrust 9 ist der gesamte Arbeitsraum 10 des Schildes mit der Stützflüssigkeit gefüllt, die im allgemeinen aus einer thixotropen Flüssigkeit, vorzugsweise einer Bentonit-Suspension besteht. Die Stützflüssig­ keit wird über eine (nicht dargestellte) Zuleitung in der druckdichten Querwand 7, 8 in den Arbeitsraum 10 eingeführt, wobei jeweils der Anteil an Stützflüssig­ keit ersetzt wird, der bei der Abförderung des Abbau­ materials aus dem Arbeitsraum 10 abgeführt wird. Die Abförderung des Abbaumaterials erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf hydraulischem Wege über eine Abförderleitung 17, die im Sohlbereich bei 18 in den Arbeitsraum 10 mündet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Gemisch aus Abbaumaterial und Bodenflüssigkeit mit Hilfe eines anderen Förder­ mittels, z.B. einer Förderschnecke o.dgl. aus dem Arbeitsraum 10 abzuziehen.

Die Schildschneide 3 erstreckt sich ringsegmentförmig über den Firstbereich und die beiden Seitenbereiche des Schildes bis zu einer Stelle 3′ (Fig. 2), die unter­ halb der Mittelachse des zylindrischen Schildes 1 liegt. Auf diesem Umfangsbereich ist die Schildschneide 3 durch eine im Querschnitt etwa dreieck- oder trapez­ förmige Doppelwandung des Schildmantels gebildet, wobei die innenliegende Wandung 19 zur Schildachse ge­ neigt ist und mit ihrem vorderen Ende an dem die Schneide bildenden Ende des Schildmantels und mit ihrem rückwär­ tigen Ende an dem Wandteil 7 der Querwand durch Schweißen befestigt ist. Auf diese Weise ergibt sich im Inneren der Schildschneide 3 eine über den Innenumfang des Schildes umlaufende ring- oder ringsegmentförmige Innenkammer, welche eine Druckluftkammer 20 bildet und an ihren beiden unteren Ende bei 3′ in kommunizieren­ der Verbindung mit dem Arbeitsraum 10 steht. Die Druckluftkammer 20 umschließt demgemäß den Arbeits­ raum 10; sie wird rückseitig durch das Wandteil 7 der Querwand 7, 8 geschlossen.

Die Druckluftkammer 20 ist im oberen Bereich über eine oder mehrere Druckluftzuleitungen 21 (Fig. 2) an eine Druckluftquelle angeschlossen, so daß sich der Druck in der Druckluftkammer regeln läßt. Das in der Druck­ luftkammer 20 befindliche Luftpolster wirkt auf die Oberfläche 22 der vom Arbeitsraum 10 von unten in die Druckluftkammer aufsteigenden Stützflüssigkeit 23 und sorgt in bekannter Weise für den Druckausgleich und den Ausgleich von Volumenschwankungen in der Stütz­ flüssigkeit.

Da sich die Druckluftkammer 20 nur über einen Teilumfang des Schildes erstreckt und bei 3′ im unteren Schildbereich endet, ist die Schildschneide 3, 2 im Sohlbereich des Schildes gemäß Fig. 1 als einfache Schneide 3′′ ausgebildet. Es besteht aber auch die Mög­ lichkeit, die Schildschneide 3 auf dem gesamten Schild­ innenumfang doppelwandig auszuführen, wobei die ring­ förmige Kammer 20 im Bereich unterhalb der Schildmitte über ein oder auch mehrere Öffnungen, die sich an der Schneidenwand 19 befinden können, mit dem eigentlichen Arbeitsraum 10 kommunizierend verbunden wird. In diesem Fall muß aber die Abfördervorrichtung 17 gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 verlagert werden.

Der erfindungsgemäße Vortriebsschild kann, wie erwähnt, in seiner Längsrichtung geteilt oder auch ungeteilt sein. Er findet vorzugsweise beim Tunnelvortrieb Verwendung und läßt sich nicht nur beim Vortrieb in Lockerböden oder Lockergestein ein­ setzen, sondern auch beim Vortrieb im Hartgestein. Hierbei werden die am rotierenden Schneidkopf ange­ ordneten Schneidwerkzeuge von der Stützflüssigkeit gekühlt.

Claims (7)

1. Vortriebsschild mit flüssigkeitsgestützter Orts­ brust, insbesondere für den Tunnelvortrieb, mit einem an der Vortriebsmaschine aufnehmenden, zur Schildrückseite hin durch eine Querwand ab­ geschotteten Arbeitsraum, der mit einer Zuleitung für Stützflüssigkeit und mit einer Abfördervor­ richtung für das Abbaumaterial versehen ist und in kommunizierender Verbindung mit einer Druck­ luftkammer des Schildes steht, die zur Erzielung eines auf den Spiegel der Stützflüssigkeit wir­ kenden Druckluftpolsters eine Druckluftzuleitung aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckluftkammer (20) sich ring- oder ringsegmentförmig über den Innenumfang des Schildes (1) erstreckt.

2. Vortriebsschild nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft­ kammer (20) den um die Schildachse rotierenden Schneidkopf (12) der Vortriebsmaschine umschließt.

3. Vortriebsschild nach Anspruch 1 oder 2 , da­ durch gekennzeichnet, daß die Druckluftkammer (20) sich bis unterhalb der Schildachse ringförmig über den Schildinnenumfang erstreckt an an ihren beiden unteren Enden, auch (bei 3′) zum Abbauraum (10) hin offen ist.

4. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Druckluftkammer (20) zum vorderen Schildende hin in ihrer radialen Quer­ schnittsabmessung verjüngt.

5. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckluftkammer (20) durch den die Schildschneide (3) ausbildenden, im Querschnitt etwa dreieck- oder trapezförmigen Schildmantel ge­ bildet ist.

6. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckluftkammer (20) rückseitig durch die Querwand (7, 8) begrenzt ist.

7. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schneidkopf (12) in der Quer­ wand (7, 8) gelagert und von mehreren hinter der Querwand in Umfangsrichtung zueinander angeordneten Antrieben (16) antreibbar ist, deren Antriebsritzel im Eingriff mit einem Zahnkranz (15) des Schneid­ kopfes stehen.