DE4034177A1 - Verfahren zum steuern eines vortriebsschildes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines mit Teil- oder Vollschnitt arbeitenden Vortriebsschildes, der mit hydraulischen Pressen vorgeschoben wird.

Vortriebsschilde dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und dienen beispielsweise zum unterirdischen Vortreiben von Tunneln.

Zum nachträglichen Abdichten von Mülldeponien oder kontaminierten Flächen ist es bekannt, ausgehend von einer auf einer Seite der Mülldeponie errichteten Baugrube zu einer gegenüberliegenden Zielbaugrube die Mülldeponie streifenweise mittels eines Vortriebsschildes zu unter­ fahren und die Sohle des von dem Vortriebsschild aufge­ fahrenen Tunnels durch abdichtende Schichten und/oder eine Kunststoffolienbahn abzudichten. Aus der EP-OS 2 30 667 und der DE-PS 37 28 569 ist es beispielsweise bekannt, im Schutze des Schildschwanzes des Vortriebsschildes einen mitgeführten der Versorgung dienenden Stollen zu errichten und beim Vorfahren des Vortriebsschildes einen bei einer vorangegangenen Fahrt errichteten Stollen, der sich über einen Teil des Abbauprofils des Vortriebsschildes erstreckt, wieder abzubauen. Wird nun der Vortriebsschild mit hydraulischen Pressen, die sich beispielsweise auf dem hinter dem Vortriebsschild abgelagerten oder verblasenen und vorzugsweise durch Zusatz mineralischer Dichtmassen veredelten Ausbruchmaterial zu dessen Verdichtung abstützen, vorgeschoben, wird der Vortriebsschild unsymmetrisch belastet, weil die abzubauende Ortsbrust diesem einen größeren Widerstand entgegensetzt als der seitlich im Profil des Schildes angeordnete und von diesem überfahrene abzubauende Tunnel und weil die Vorschubpressen sich möglicherweise wegen des nachgeführten Tunnels bezogen auf den Vortriebsschild unsymmetrisch auf das zu verdichtende Ausbruchmaterial abstützen.

Ähnliche Probleme können sich ergeben, wenn ein Vortriebs­ schild unhomogene Bodenformationen durchfährt, die diesem über seinen Querschnitt unterschiedlich große Widerstände entgegensetzen.

Die Folge von unterschiedlich großen auf den Mantel und/oder die Stirnseite des Vortriebsschildes wirkenden Kräften und Widerständen kann sein, daß sich dieser aus seiner Vorschubrichtung dreht oder zu drehen trachtet. Die Steuerung des Vorschubschildes zu seiner Richtungs­ haltigkeit nur über die Vorschubpressen ist jedoch schwierig, wenn unterschiedlich große Kräfte unsymmetrisch an dem Vortriebsschild angreifen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, nachdem sich ein Vortriebsschild bei seinem Vorschub in einfacher Weise derart steuern läßt, daß er seine Richtung beibehält.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach einem ersten Vorschlag dadurch gelöst, daß in Vortriebsrichtung des Schildes durch den zu durchwandernden Boden mindestens eine Bohrung ausgeführt und in diese Bohrung ein Zugelement eingezogen oder eingeschoben wird, dessen eines Ende an dem Zielort verankert und dessen anderes Ende seitlich versetzt zu der vertikalen Symmetrieebene des Schildes an diesem durch eine Einrichtung befestigt wird, die einen Zug steuer­ barer Größe auf das Zugelement auszuüben vermag. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also mindestens eine Bohrung durch den von dem Vortriebsschild bei einer Fahrt zu durchwandernden Boden ausgeführt und in diese Bohrung eine Stange, ein Seil, eine Kette oder ein Rohr hindurch­ geführt, die am Zielort verankert werden. Exzentrisch wird im Innern des Vortriebsschildes eine Zugeinrichtung, die aus hydraulischen Pressen oder einer Winde bestehen kann, befestigt, die einen steuerbaren Zug auf das Zugelement ausübt. Ergibt sich, daß der Vortriebsschild bestrebt ist, seitlich auszuwandern, wird über die Zugeinrichtung eine Zusatzkraft auf das Zugelement ausgeübt, so daß sich im wesentlichen ein Gleichgewicht der äußeren auf den Vortriebsschild wirkenden Kräfte ergibt.

Die Bohrung zum Einziehen oder Einschieben des oder der Zugelemente kann in üblicher Weise verrohrt werden, wobei dann das Rohr einen Schutzmantel für das Zugelement bildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß beidseits zu der Vertikalen Symmetriebene des Vortriebs­ schildes Zugelemente an diesem befestigt werden. Die Zugel­ emente können dann je nach der Größe der äußeren auf den Vortriebsschild wirkenden Kräfte gleichmäßig oder mit unterschiedlich großen Zugkräften beaufschlagt werden.

Zweckmäßigerweise greifen die Zugelemente symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene an dem Vortriebsschild an.

Bei dem Vortrieb eines Vortriebsschildes kann sich auch ergeben, daß dieses aufgrund unterschiedlich großer äußerer Kräfte und Widerstände nach oben oder nach unten hin abzu­ weichen bestrebt ist. Nach einer weiteren Ausführungsform ist daher vorgesehen, daß mindestens ein Zugelement ober- oder unterhalb der Symmetriebene des Vortriebsschildes an diesem angreift. Diese Zugelemente können auch zusätzlich zu den den Vortriebsschild in einer horizontalen Ebene steuernden Zugelementen vorgesehen sein.

Überfahren die Vortriebsschilde beispielsweise in der in EP-OS 2 30 667 und der DE-OS 37 28 569 beschriebenen Weise beim Vortrieb zu raubende Tunnel, kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung eine im wesentlichen symmetrische Belastung des Vortriebs des Schildes erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß innerhalb des Abbauquerschnitts des Vortriebsschildes in Bereichen, die einen erhöhten Vortriebswiderstand entgegensetzen, entlastende Teilschnitte als Überschnitte über die Orts­ brust hinaus ausgeführt werden.

Derartige Teilschnitte können beispielsweise durch Schneid­ räder oder Schneideinrichtungen bei stehendem Vortriebs­ schild ausgeführt werden, deren Profil im wesentlichen dem Profil des zu überfahrenden Tunnels entspricht. Derartige entlastende Teilschnitte können auch eingesetzt werden, wenn auf den Vortriebsschild aufgrund unhomogener Boden­ formationen oder geologischer Störungen unterschiedlich große Kräfte wirken.

Sobald ein entlastender Teilschnitt geeigneter Tiefe ausgeführt worden ist, wird der Vortriebsschild im Ganzen wieder vorgeschoben, wobei dann der zuvor ausgeführte Überschnitt überfahren wird.

Beim Unterfahren von zu sichernden Mülldeponien und anderen Altlasten ist zum Schutz des Personals vor toxischem Erd­ material ein gekapselter Arbeitsraum erforderlich. Dieser ist bei üblichen und beispielsweise in der EP-OS 2 30 667 sowie der DE-PS 37 28 569 beschriebenen Vortriebsschilden nicht vorhanden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Vortriebsschild mit einem gekapselten Arbeitsraum zu versehen, der vor abgebautem toxischen Erdmaterial geschützt ist.

Erfindungsgemäß wird diese weitere Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb des Schildmantels aus Stahl ein Arbeitsraum vorgesehen ist, der durch eine abschottende Wand von dem Abbauraum getrennt ist. Es können besondere Leitungen vorgesehen werden, durch die sich eventuell in dem Raum zwischen der Ortsbrust und der abschottenden Wand bildende Gase abgesaugt werden.

Der abgeschottete Arbeitsraum kann mit zusätzlicher Belüftung versehen sein, so daß in diesem ein unbedenk­ liches Arbeitsklima herrscht.

Zweckmäßigerweise ist die abschottende Wand mit einer verschließbaren Durchstiegsöffnung versehen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Bereich der Ortsbrust an dem Schildmantel umlaufend einzeln vorschiebbare Messer angeordnet bzw. geführt sind.

Diese Messer bilden eine ringförmige Krone, die beispiels­ weise einzeln durch Hydraulikzylinder vorschiebbar und zurückziehbar sind.

Ein derartiges Messerschild ist für besondere geologische Verhältnisse zweckmäßig, beispielsweise bei einem Wechsel von Sanden und Kiesen mit Festgesteinsteilen oder auch im Schluffen.

Der Schildmantel des Vortriebsschildes kann beliebige Form haben. Er kann rund oder auch rechteckig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sein. Er kann auch aus einem Rechteck mit abgerundeten schmalen Seiten und einem an dieses Profil angesetzten unteren rechteckigen Profil bestehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen unterirdisch verfahrbaren Vortriebsschild mit exzentrisch angreifendem Zugelement in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit zwei symmetrisch an dem Vortriebsschild angreifenden Zugelementen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen unterirdisch verfahrbaren Vortriebsschild mit einer in diesem angeordneten einen Überschnitt ausführenden Einrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen unterirdisch vorgetriebenen Messerschild in schematischer Darstellung und

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Messerschild nach Fig. 4 längs der Linie V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 ist vereinfachend nur der rundum geschlossene Mantel 2 des Vortriebsschildes 1 im Horizontalschnitt dargestellt. Der Vortriebsschild führt dabei beispielsweise eine Fahrt zum streifenweisen Abbau einer Schicht unter einer zu sanierenden Mülldeponie aus, wobei in der beispielsweise in der EP-OS 2 30 667 beschriebenen Weise ein zu raubender Tunnel 3 überfahren wird. An der dem Tunnel 3 gegenüberliegenden Seite des Vortriebsschildes ist über Böcke und/oder Halteeinrichtungen an dem Schildmantel 2 eine hydraulische Presse befestigt, deren bewegliches Teil Spannbacken oder Einspanneinrichtungen 4 trägt, in die das hintere Ende eines Zugelements, beispielsweise eines Seils 5, eingespannt ist. Das vordere Ende des Zugelements 5 ist an einem Widerlager 6 verankert, daß sich beispielsweise in einer Zielbaugrube befindet. Zum Schutze des Zugelements 5 kann dieses in einem Rohr 7 angeordnet sein, daß zuvor durch Vordrücken oder Bohren eingezogen worden ist.

Der Vortriebsschild 1 wird durch drei auf geeignete Widerlager abgestützte Vorschubpressen 8 vorgeschoben. Um unterschiedlich große äußere Kräfte und Widerstände, die auf den Vortriebsschild bzw. auf den Schildmantel 2 wirken, auszugleichen, wird über eine Zugeinrichtung, beispiels­ weise hydraulische Pressen, eine entsprechende kompen­ sierende Zugkraft auf das Zugelement 5 ausgeübt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht dem nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß auch im Bereich des zu raubenden Tunnels oder in diesem in einer zuvor ausgeführten Bohrung ein Zugelement 7′ angeordnet ist, das an einem Widerlager 6′ befestigt ist und auf das über eine Zugeinrichtung und eine Spanneinrichtung 4′ unterschiedlich große Zugkräfte aufgebracht werden können. Die Zugelemente 7, 7′ sind symmetrisch zur vertikalen Mittelebene 9 des Vortriebsschildes 1 angeordnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist in dem Vortriebs­ schild 1, das in grundsätzlich gleicher Weise ausgestaltet ist wie die Vortriebsschilde nach den Fig. 1 und 2, auf der dem zu raubenden Tunnel 3 gegenüberliegenden Seite eine aus­ fahrbare und zurückziehbare Schneideinheit 11 angeordnet, mit der sich bei ruhendem Vortriebsschild 1 ein Überschnitt von einer Länge a ausführen läßt. Dieser Überschnitt dient als Kompensierungsschnitt zu dem zu raubenden Tunnel 1, so daß bei einem Vorschub des Vortriebsschildes 1 auf dieses im wesentlichen symmetrische Widerstandskräfte einwirken.

In den Fig. 4 und 5 ist ein Messerschild 13 mit einem Schild­ mantel 14 dargestellt, bei dem der Abbauraum 15 von dem Arbeitsraum 16 durch eine abschottende Wand 17 getrennt ist.

Der stählerne Schildmantel 14 ist vollständig von ringförmig angeordneten Messern 16 eingefaßt, die einzeln durch Vorschubpressen 18 vorgeschoben und zurückgezogen werden können.

Zum Auffahren eines Tunnels werden die Messer zunächst einzeln nacheinander vorgepreßt, so daß der Schild nur in den durch die Messer vorgeschnittenen Raum vorgerückt zu werden braucht. Dadurch sind zum Vorschieben des Schildes nur geringere Vorschubkräfte erforderlich. Die Bean­ spruchung der am Schildende eingebrachten Verfüllmasse, die beispielsweise aus einer mineralischen Dichtmasse bestehen kann, durch die auf diese abgestützten Vorschubpressen ist geringer. Aus diesem Grunde kann auch die Festigkeit der Verfüllmasse insgesamt geringer sein.

Claims (8)

1. Verfahren zum Steuern eines mit Teil- oder Vollschnitt arbeitenden Vortriebsschildes, der durch hydraulische Pressen vorgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Vortriebsrichtung des Schildes durch den zu durchwandernden Boden mindestens eine Bohrung ausgeführt und in diese Bohrung ein Zugelement eingezogen oder eingeschoben wird, dessen eines Ende an dem Zielort verankert und dessen anderes Ende seitlich versetzt zur vertikalen Symmetrieebene des Schildes an diesem durch eine Einrichtung befestigt wird, die einen Zug steuerbarer Größe auf das Zugelement auszuüben vermag.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der vertikalen Symmetrieebene des Vortriebs­ schildes Zugelemente an diesem befestigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente symmetrisch zur vertikalen Symmetrie­ ebene an dem Vortriebsschild angreifen.

4. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zugelement ober- oder unterhalb der horizontalen Symmetrieebene des Vortriebsschildes an diesem angreift.

5. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Abbauquer­ schnitts des Vortriebsschildes in Bereichen, die einen erhöhten Vortriebswiderstand entgegensetzen, entlastende Teilschnitte als Überschnitte über die Ortsbrust hinaus ausgeführt werden.

6. Vortriebsschild zum Ausführen von Teil- und oder Voll­ schnitten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem dem Ausbruchsprofil entsprechenden Schildmantel, in dessen vorderem Bereich Ausbruchs- und/oder Schneid- und/oder Ausförderwerkzeuge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Schildmantels aus Stahl ein Arbeits­ raum vorgesehen ist, der durch eine abschottende Wand von dem Abbauraum getrennt ist.

7. Vortriebsschild nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wand mit einer verschließbaren Durchtrittsöffnung versehen ist.

8. Vortriebsschild nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ortsbrust an dem Schildmantel umlaufend einzelne vorschiebbare Messer angeordnet bzw. geführt sind.