DE3928342A1 - Verspanneinrichtung fuer eine selbstschreitende schildvortriebsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verspanneinrichtung für eine selbstschreitende Schildvortriebsmaschine für den Tunnelbau, die aus einem Steuerschild, in dem eine Schneideinheit verlagert ist, und aus mindestens zwei Verspannschilden besteht, die durch Vorschubzylinder miteinander verbunden sind, wobei die Verspannschilde durch daran angebrachte Verspannelemente unabhängig voneinander radial mit der Wandung des Tunnels verspannbar sind. Schildmaschinen werden im Tunnelbau in der Regel mit Tübbingausbau oder Gleitverschalung und im Kanalbau, insbesondere im nicht begehbaren Bereich, im Rohrvortrieb betrieben. Bei diesem Verfahren erfolgt der Vortrieb der Maschine über Vorschubzylinder, die sich axial auf der neu erstellten Tunnelauskleidung, dem Ausbau abstützen. Die Richtungssteuerung erfolgt dabei über die Vorschubzylinder oder über eigene Steuerzylinder, über die ein gelenkig angeschlossener Steuerschild in die gewünschte Richtung vorgeschoben wird.

Bei den bekannten Schildmaschinen, bei denen die Verspannung in einem Bereich vorgenommen wird, indem noch kein Ausbau vorhanden ist, erfolgt die Verspannung durch radial nach außen verschiebbare Einzelelemente oder durch Spreizschilde, die Teil der Schildkonstruktion sind. Infolge der erforderlichen Relativbewegung zwischen beweglicher und fester Konstruktion entstehen Spalte, die leicht zu Undichtigkeiten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Spannelemente einfacher auszubilden und das Auftreten von Spalten und damit Undichtigkeiten beim Ausfahren der Spannelemente zu vermeiden.

Erfindungsgemäß bestehen die Verspannelemente die an dem ersten und dem zweiten Verspannschild einer selbstschreitenden Schildvortriebsmaschine der eingangs beschriebenen Art vorgesehen sind, aus elastischen Druckschläuchen, die um die geschlossene Schildkonstruktion gelegt sind und deren Umfang durch Erweitern, insbesondere durch Aufblasen, kontinuierlich vergrößerbar ist. Derartige Verspannelemente gehören zum Stande der Technik; sie werden als aktivierbare Dichtungen und als Gripperelemente, z. B. zum Halten von zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Rohren bei Hubinseln und Pfahlbohrgeräten benutzt. Die Spannelemente bilden ein in sich geschlossenes System, das um die geschlossene Schildkonstruktion gelegt wird, so daß der Schild selbst keine abzudichtenden Öffnungen und Spalte aufweist.

Die Erfindung sieht vor, daß die elastischen Druckschläuche aus dickwandigen Schläuchen bestehen, die an ihrem äußeren Umfang mit Verdickungen versehen sind, die sich in die Tunnelwandung eindrücken. Ferner können die dickwandigen Druckschläuche seitliche Verdickungen, vorzugsweise in Form von Widerhaken aufweisen, die die Flansche hintergreifen.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die elastischen Schläuche aus dünnwandigen Schläuchen bestehen, über denen ein Ring aus elastischem Material angeordnet ist.

Um Verschiebungen der Verspannelemente zu vermeiden sieht die Erfindung vor, die elastischen Druckschläuche und den Ring aus elastischem Material zwischen zwei sich in radialer Richtung erstreckenden umlaufenden Flanschen anzuordnen, die an der Außenseite der Schildkonstruktion angebracht sind. Die Flansche können lösbar, insbesondere durch Schraubverbindungen, an der Konstruktion befestigt sein. Erfindungsgemäß sind die elastischen Druckschläuche mit Ventilen versehen, die in der Wandung der Schildkonstruktion befestigt und von deren lnnenraum her beaufschlagbar sind. Die Erfindung ermöglicht es, beliebig viele Spannelemente zu einer Einheit zusammenzufassen. Die Verspannelemente können sowohl für die Verspannung in kreisrunden als auch in beliebigen anderen Querschnittsformen benutzt werden.

Schildmaschinen mit radial beweglichen Spannelementen weisen häufig Schreitwerke auf, die zwei Spannebenen besitzen, und zwar eine Spannebene, in der der Bohrkopf verlagert ist, der über Vorschubzylinder aus dem Schild heraus vorgeschoben wird und eine zweite Spannebene, die dazu dient, die erste Spannebene vorzuschieben. Die zweite Spannebene kann ihrerseits wieder über die erste Spannebene nachgezogen werden. Es ist bekannt, zwischen den Spannebenen Bereiche vorzusehen, in denen sich die Schilde teleskopartig überlappen. Beim Einsatz derartiger Maschinen, die sich für standfeste Böden, besonders im Hartgestein, eignen, besteht die Gefahr, daß es beim Einsatz in lockeren, gebrächen und nachgiebigen Böden unmittelbar vor dem ersten Schild zu Einbrüchen kommt, so daß es erforderlich ist, die erste Spanneinheit mitsamt dem Bohrkopf über die zweite Spanneinheit vorzurücken.

Diese Möglichkeit ergibt sich durch Verwendung der erfindungsgemäßen Verspannelemente für eine selbstschreitende Schildvortriebsmaschine für den Tunnelbau mit einem Steuerschild und mit zwei mit den Verspannelementen ausgerüsteten Verspannschilden, bei der der Steuerschild und der dahinter angeordnete erste Verspannschild sowie der erste und der zweite Verspannschild ineinandergreifen und sich teleskopartig überlappen und der erste Verspannschild einerseits mit dem Steuerschild und andererseits mit dem zweiten Verspannschild über Kolben-Zylinderaggregate verbunden sind, die unabhängig voneinander betätigt werden können. Gegebenenfalls kann sich an den zweiten Verspannschild ebenfalls mit einer teleskopartigen Überlappung ein Ausbauschild anschließen.

Die Vorteile der Erfindung und deren bevorzugte Anwendung für eine Schildvortriebsmaschine der vorstehend erwähnten Art werden im einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert, auf denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Schildvortriebsmaschine in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Verspannschild im Bereich eines Spannelementes und

Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsformen eines Spannelementes in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung.

Die auf Fig. 1 gezeigte Vortriebsmaschine besteht aus einem Steuerschild (1), einem ersten Verspannschild (2), einem zweiten Verspannschild (3) und einer Ausbaueinheit (4), die hintereinander in der gleichen Längsachse (L) angeordnet sind. In dem Steuerschild (1) ist eine Schneideinheit (5), z. B. ein Schneidrad, verlagert, das in bekannter Weise in Rotation versetzt wird und das Bohrgut löst, das über Transporteinrichtungen, z. B. ein Förderband, durch den Innenraum der Maschine abgeführt wird.

Der Vorschub des Steuerschildes (1) erfolgt über Vorschubzylinder (6), die sich in dem vorderen Verspannschild (2) abstützen, der mit Verspannelementen versehen ist, die in radialer Richtung mit der Wandung des Tunnels verspannbar sind und die für den Vorschub erforderliche Kraft in den umgebenden Boden ableiten. Es können übliche Verspanneinheiten, z. B. Spannpratzen, oder die auf der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Spannelemente (7) benutzt werden, die weiter unten erläutert werden.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, hat der in Vorschubrichtung gesehen vordere Abschnitt des zylindrischen Spannschildes (2) einen verkleinerten Durchmesser, so daß er in den Steuerschild (1) teleskopartig einschiebbar ist. Der im Bereich der Überlappung gebildete Spalt ist mit einer Dichtung (8) abgedichtet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung des Steuerschildes (1) über den vorderen Vorschubzylinder (6). Die Steuerung kann auch über getrennte Steuerzylinder und ein zusätzliches Gelenk zwischen den beiden Schilden erfolgen.

Der zweite Verspannschild (3) ist in identischer Weise ausgebildet wie der Schild (2) und enthält Vorschubzylinder (9), die sich andererseits an dem Spannschild (2) abstützen. Das hintere Ende des Spannschildes (2) und das vordere Ende des Schildes (3) greifen ebenfalls teleskopartig ineinander. Der in dem sich überlappenden Bereich gebildete Flansch ist mit einer Dichtung (10) abgedichtet. Der Verspannschild (3) ist mit Verspannelementen (11) versehen. Bei dem mit (4) bezeichneten Bauteil handelt es sich um ein Ausbauschild, der teleskopartig in das hintere Ende des Schildes (3) unter Zwischenlegung von Dichtungen (12) eingreift. Die beiden Schilde sind gelenkig durch ein mit gestrichelten Linien (13) angedeutetes Gelenk miteinander verbunden, um den Steuerbewegungen des Steuerschildes folgen und Kurvenradien fahren zu können. Der Ausbau des Querschnittes in dem Ausbauschild (4) kann in Form von Einzelsegmenten oder kontinuierlich, z. B. durch bandförmiges Material oder mit Hilfe eines üblichen Extrudierverfahrens, erfolgen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Wenn der Zylinderhub der vorderen Vorschubzylinder (6) ausgefahren ist, muß der vordere Spannschild beigerückt werden. Zu diesem Zweck werden die Verspannelemente (7) gelöst, der Spannschild (3) mit Hilfe der Spannelemente (11) im Erdreich verspannt und der vordere Verspannschild über die vorderen Vorschubzylinder vorgeschoben. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Nachdem der vordere Spannschild vorgeschoben ist, muß der hintere Spannschild nachgerückt werden. Dazu werden die Verspannelemente im Spannschild (2) verspannt und im hinteren Spannschild gelöst und der hintere Spannschild beigerückt. Zusammen mit dem hinteren Spannschild (3) wird dann auch der gelenkig angeschlossene Ausbauschild nachgezogen. Während dieses Vorganges kann der Steuerschild bereits wieder vorgeschoben werden, so daß es möglich ist während des Bohrens den Ausbau zu setzen.

Die Geräteanordnung ermöglicht zwei weitere Möglichkeiten, nämlich den Vorschub des Steuerschildes über beide Verspannschilde, für den Fall, daß besonders große Vorschubkräfte erforderlich sind und der ßoden im Bereich der Verspannschilde sehr nachgiebig ist, und einen kontinuierlichen Vortrieb.

Beim Vorschub über beide Verspannschilde sind diese verspannt, so daß sie beide als Widerlager für die vorderen Vorschubzylinder wirken. Nach dem Vortrieb des Steuerschildes wird zunächst der vordere Verspannschild und dann der dahinter liegende Verspannschild beigerückt. Selbstverständlich ist der gleichzeitige Ausbau mit dem Vortrieb bei dieser Arbeitsweise nicht möglich.

Für den kontinuierlichen Vorschub, bei dem zuerst über den vorderen Verspannschild (2) das Steuerschild (1) und dann über den hinteren Verspannschild, sowohl der vordere Verspannschild (3) als auch die Schneideinheit zusammen mit dem Steuerschild mit erhöhter Geschwindigkeit vorgeschoben werden, entfällt die Zeit für das Nachrücken der Spannschilde. Allerdings kann der Ausbau dabei nur zu der Zeit erfolgen, wenn der Steuerschild über den vorderen Verspannschild vorgeschoben wird.

Auf den Fig. 2, 3 und 4 sind mehrere Ausführungsformen für die zweckmäßige Ausbildung der Verspannelemente dargestellt, die erfindungsgemäß in Zusammenhang mit der Schildvortriebsmaschine eingesetzt werden. Auf den Zeichnungen ist jeweils eins der drei in Fig. 1 dargestellten Verspannelemente dargestellt, die für jeden Schild benutzt werden. Im Prinzip besteht das Verspannelement aus einem elastischen Druckschlauch, der um die geschlossene Schildkonstruktion gelegt wird und deren Umfang durch Aufblasen kontinuierlich vergrößerbar ist. Gemäß Fig. 2 wird ein dickwandiger Schlauch (14) benutzt, in den ein Ventil (15) eingesetzt ist, das in der Wandung (16) der Schildkonstruktion befestigt und vom Innenraum des Schildes zugänglich ist. Der Druckschlauch (14) ist zwischen zwei sich in radialer Richtung erstreckenden umlaufenden Flanschen (17) und (18) angeordnet, die an der Außenseite der Schildkonstruktion befestigt sind. Die Anbringung der Flansche kann durch eine Schweißverbindung erfolgen, wie es für den Flansch (17) dargestellt ist; der Flansch kann aber auch durch eine durch die strichpunktierte Linie (19) angedeutete Schraubverbindung befestigt werden, wie es für den Flansch (18) auf den Fig. 2 und 4 dargestellt ist.

Bei der auf Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird ebenfalls ein dickwandiger Schlauch (14) benutzt, der mit seitlich vorstehenden Verdickungen in Form von Widerhaken (20) versehen ist, die die Flansche (17, 18) hintergreifen. Mit (21) ist eine am äußeren Umfang angebrachte Verdickung bezeichnet, die dazu dient, die axialen Schubkräfte besser zu übertragen und sich in die den Schild umgebende Tunnelwandung einzugraben. Bei der auf Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, bei der sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wurden, wird statt eines dickwandigen Schlauches ein einfacher dünnwandiger Druckschlauch (22) benutzt, an dessen äußerem Umfang ein Ring (23) aus elastischem Material anliegt, der zwischen den beiden Flanschen (17 und 18) angeordnet ist und den beim Erweitern des Druckschlauches auftretenden Druck auf die das Verspannelement umgebende Wandung überträgt.

Mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Verspannelementen können große Spannflächen erzielt werden, indem beliebig viele Spannelemente zu einer Einheit zusammengefaßt werden. Die Verspannungsart kann sowohl für kreisrunde als auch für beliebige andere Querschnittsformen eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Verspannelement für eine selbstschreitende Schildvortriebsmaschine für den Tunnelbau, die aus einem Steuerschild, in dem eine Schneideinheit verlagert ist, und aus mindestens zwei Verspannschilden besteht, die durch Vorschubzylinder miteinander verbunden sind, wobei die Verspannschilde durch daran angebrachte Verspannelemente unabhängig voneinander radial mit der Wandung des Tunnels verspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem ersten und dem zweiten Verspannschild vorgesehenen Verspannelemente (7, 11) aus elastischen Druckschläuchen (14, 22) bestehen, die um die geschlossene Schildkonstruktion gelegt sind und deren Umfang durch Erweitern, insbesondere durch Aufblasen, kontinuierlich vergrößerbar ist.

2. Verspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Druckschläuche aus dickwandigen Schläuchen (14) bestehen.

3. Verspannelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dickwandigen Schläuche (14) an ihrem äußeren Umfang mit Verdickungen versehen sind, die sich in die Tunnelwandung eindrücken.

4. Verspannelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dickwandigen Schläuche (14) seitliche Verdickungen (20), vorzugsweise in Form von Widerhaken, aufweisen, die die Flansche hintergreifen.

5. Verspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Schläuche aus dünnwandigen Schläuchen (22) bestehen, über denen ein Ring (23) aus elastischem Material angeordnet ist.

6. Verspannelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Druckschläuche (14, 22) zwischen zwei sich in radialer Richtung erstreckenden umlaufenden Flanschen (17, 18) angeordnet sind, die an der Außenseite der Schildkonstruktion (16) angebracht sind.

7. Verspannelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (18) lösbar, insbesondere durch Schraubverbindungen (19), an der Schildkonstruktion befestigt sind.

8. Verspannelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Druckschläuche (14, 22) mit Ventilen (15) versehen sind, die in der Wandung der Schildkonstruktion (16) befestigt und von deren Innenraum aus beaufschlagbar sind.

9. Verwendung von Verspannelementen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 für eine selbstschreitende Schildvortriebsmaschine für den Tunnelbau mit einem Steuerschild und zwei mit den Verspannelementen versehenen Verspannschilden, bei der der Steuerschild (1) und der dahinter angeordnete erste Verspannschild (2) sowie der erste und der zweite Verspannschild (3) ineinandergreifen und sich teleskopartig überlappen und der erste Verspannschild (2) einerseits mit dem Steuerschild (1) und andererseits mit dem zweiten Verspannschild (3) über Kolben-Zylinderaggregate (6, 9) verbunden sind, die unabhängig voneinander betätigbar sind.

10. Verwendung von Verspannelementen für eine selbstschreitende Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 9, bei der sich an den zweiten Verspannschild (3) ebenfalls mit einer teleskopartigen Überlappung, ein Ausbauschild (4) anschließt.