DE4237689A1 - Verfahren zum Ermitteln des Abstandes zwischen der Innenfläche eines Vortriebsschildes und der Außenfläche einer Tübbingauskleidung - Google Patents
Verfahren zum Ermitteln des Abstandes zwischen der Innenfläche eines Vortriebsschildes und der Außenfläche einer TübbingauskleidungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des
radialen Abstandes zwischen der Innenfläche des rückwärtigen
Teils eines Vortriebsschildes und der Außenfläche einer
Tübbingauskleidung beim Auffahren eines unterirdischen
Hohlraumes im Schildvortrieb gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Schildvortriebsmaschinen, wie sie bei der Auffahrung
unterirdischer Hohlräume in wasserführendem Gebirge mit
einschaligem Tübbingausbau eingesetzt werden, bestehen in
der Regel aus einem vorderen Teil, dem eigentlichen
Vortriebsschild, und einem rückwärtigen Teil, dem sich oft
unter Zwischenschaltung eines Gelenks anschließenden
Schildschwanz, in dessen Schutz die Auskleidung des
Hohlraums eingebaut wird, die hinter dem Vortriebsschild an
dessen Stelle die Stützung des Gebirges übernimmt. Der
Vortriebsschild selbst besteht aus einem zylindrischen Rohr,
dem Schildmantel, dessen vorderer, die Schildschneide
tragender Teil als Schneidenschuß und dessen mittlerer Teil
als Mittelschuß bezeichnet werden. Zwischen dem
Schneidenschuß und dem Mittelschuß befindet sich meist eine
radiale Aussteifung, die beim Schildvortrieb in
wasserführendem Gebirge als Druckwand ausgebildet sein kann.
Besteht die Auskleidung aus vorgefertigten Segmenten,
sogenannten Tübbingen, die üblicherweise einzeln eingebaut
und an Ort und Stelle zu jeweils einem Tübbingring
zusammengesetzt werden, dann ist dem ringförmigen
Zwischenraum zwischen der Außenfläche der Tübbingringe und
der Innenfläche des Schildschwanzes besondere Beachtung zu
schenken. Dieser Abstand wird in der Baufachsprache
üblicherweise als "Schildschwanzluft" bezeichnet.
Insbesondere bei wasserführendem Gebirge muß dieser
Zwischenraum gedichtet werden; dies geschieht durch eine am
rückwärtigen Ende des Schildschwanzes angeordnete sogenannte
Schildschwanzdichtung, die gegen die Außenfläche der
Tübbingauskleidung dichtet und beim Vorschub des Schildes an
dieser entlanggleitet. Um eine ordnungsgemäße Abdichtung zu
erreichen, darf die Schildschwanzluft nicht zu grob werden.
Andererseits ist es, um etwaige Abweichungen des
Vortriebsschildes von der errechneten Hohlraumachse zu
korrigieren, erforderlich, die Schildfahrachse gegenüber der
Achse der Auskleidung zu verschwenken. Um bei solchen
Richtungskorrekturen des Vortriebsschildes weder die
Tübbingringe, noch die Schildschwanzdichtung zu beschädigen,
ist es erforderlich, die Schildschwanzluft fortlaufend
möglichst exakt zu ermitteln.
Diese Ermittlung erfolgt üblicherweise manuell durch Anlegen
eines Meterstabes. Theoretisch ist die Schildschwanzluft an
vier Punkten, nämlich oben und unten sowie links und rechts
zu bestimmen. Da der Sohlpunkt aber in der Regel nicht
zugänglich ist, begnügt man sich üblicherweise mit Messungen
in den Diagonalen, aus denen dann auf die in den
Koordinatenachsen liegenden Punkten geschlossen wird.
Abgesehen davon, daß solche Meßergebnisse von der
subjektiven Richtigkeit der abgelesenen Werte abhängig sind,
können weitere Fehler dadurch entstehen, daß der Meterstab
etwa schräg angelegt oder abgelesen wird. Vor allem aber
kann durch eine derart isolierte Ermittlung der
Schildschwanzluft nicht berücksichtigt werden, daß der
Schildschwanz, der im Gegensatz zum Schildmantel keine
radiale Aussteifung hat, sich unter der Einwirkung des
Erddrucks verformt, also keinen exakten Kreis bildet,
während der Tübbingring angesichts der geforderten
Herstellungstoleranzen einen exakten Kreis konstanter Dicke
bilden soll, so daß hieraus weitere Unzuträglichkeiten
entstehen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um die
Schildschwanzluft unter Berücksichtigung der jeweiligen
Verformung des Schildschwanzes mit möglichst geringem
Aufwand, aber so exakt wie möglich fortlaufend bestimmen zu
können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln
der Schildschwanzluft folgt im wesentlichen daraus, daß
nicht die Schildschwanzluft isoliert gemessen wird, sondern
daß mittels der Meßstrahlen der Sensoren räumliche Strecken
gemessen werden, aus denen sich auch auf eine eventuelle
Verformung des Schildschwanzes schließen und sich diese bei
der Ermittlung der Schildschwanzluft berücksichtigen lädt.
Da die Entfernungsmeßsensoren an dem stabilsten Teil der
Vortriebsmaschine, also an der Rückseite der Druckwand oder
einer entsprechenden Aussteifungswand, angeordnet und die
Punkte zur räumlichen Lageerfassung des Vortriebsschildes
ebenfalls daran bzw. an daran angelenkten Teilen angebracht
sind, unterliegen die Sensoren der ständigen räumlichen
Lagekontrolle im übergeordneten Koordinatensystem. Damit ist
eine unabhängige und somit exakte Ermittlung der
Schildschwanzluft auch unter Berücksichtigung einer etwaigen
Verformung des Schildschwanzes im Takt des Einbaus der
Tübbingringe möglich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen
Vortriebsschild in einer ersten Arbeitsphase,
Fig. 2 einen entsprechenden Längsschnitt in einer zweiten
Arbeitsphase,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1
und
Fig. 4 eine Detaildarstellung des Einbaus der Tübbingringe
in vergrößertem Maßstab.
In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Vortriebsschild 1
üblicher Bauart dargestellt, der aus einem zylindrischen
Schildmantel 2 aus Stahl und einem diesen fortsetzenden,
ebenfalls aus Stahl bestehenden Schildschwanz 3 besteht. Um
Schwenkbewegungen des Vortriebsschildes gegenüber der
Schildfahrachse 4 ausführen zu können, ist der Schildschwanz
3 an den Schildmantel 2 mittels eines Gelenks 5
angeschlossen.
Der vordere Teil des Schildmantels 2, der die Schildschneide
6 und gegebenenfalls Werkzeuge für den Abbau des Gebirges an
der Ortsbrust umfaßt, wird üblicherweise als Schneidenschuß
7 und der zwischen diesem und dem Schildschwanz 3 liegende
Teil als Mittelschuß 8 bezeichnet. Im Bereich des
Schildmantels 2 befindet sich üblicherweise eine radiale
Aussteifung, die, wie in der Zeichnung dargestellt, bei
einem Schildvortrieb in wasserführendem Gebirge als
geschlossene Druckwand 9 ausgebildet ist. Die
Vortriebsrichtung ist durch einen Pfeil 10 symbolisiert.
An einem bezüglich des Schildmantels 2 räumlich fest
fixierten Ort, im dargestellten Ausführungsbeispiel an der
Rückseite der Druckwand 9, sind symmetrisch zur
Schildfahrachse 4 vier Entfernungsmeßsensoren 11 fest
montiert. Dabei handelt es sich um Meßgeräte, die mit
Laserstrahlen arbeiten und reflektorlos eine punktuelle
Messung auf ± 1 mm genau erlauben, d. h. einen möglichst
kleinen Strahlenkegel besitzen. Die Meßstrahlen 12 der
Meßsensoren 11 sind unter dem räumlichen Winkel Alpha, der
in den Fig. 1 und 2 als Projektion α auf eine vertikale
Ebene erscheint, gegen die Innenfläche 13 des
Schildschwanzes 3 gerichtet. Der Winkel Alpha darf nicht zu
steil und nicht zu flach sein; er muß so gewählt werden, daß
die jeweils neu eingebauten Tübbingringe erfaßt werden und
daß ein eine einwandfreie Messung erlaubender Teil der
Strahlintensität an die Empfangsdiode der Meßsensoren 11
reflektiert wird.
Erfindungsgemäß sind die Entfernungsmeßsensoren 11 fest mit
dem Schildmantel 2 verbunden und bleiben die von diesen
ausgesandten Meßstrahlen 12 auch während des Vortriebs des
Vortriebsschildes 1 unter dem räumlichen Winkel Alpha gegen
die Innenfläche 13 des Schildschwanzes 3 gerichtet. Während
des Vortriebs des Schildes 1 in Richtung des Pfeils 10 hat
dies zur Folge, daß die Meßstrahlen 12 während einer
gewissen Wegstrecke gegen die Innenfläche 13 des
Schildschwanzes gerichtet sind und - nach Einbau jeweils
eines neuen Tübbingrings 14a (Fig. 2) - gegen dessen
Innenfläche 15. Diese Situation kann anhand der
Detaildarstellung gemäß Fig. 4 näher erläutert werden.
Bei der Erläuterung der Fig. 4 wird davon ausgegangen, daß
zunächst der Tübbingring 14 eingebaut ist und der Meßstrahl
12 eines Entfernungsmeßsensors an der äußeren Kante der
vorderen Stirnseite des Tübbingrings 14 vorbei gegen die
Innenfläche 13 des Schildschwanzes 3 trifft. Da die Lage der
Sensoren 11 und die räumliche Richtung ihrer Meßstrahlen 12
vorab exakt bestimmt sind, läßt sich aus den so gemessenen
Entfernungen LS1 der Radius RS1 ermitteln. Damit ist auch
eine eventuelle Abweichung der Geometrie des Schildschwanzes
3 vom Kreis in diesem Bereich bekannt. Nach Einsetzen des
neuen Tübbingrings 14a bei stillstehendem Vortrieb trifft
der Meßstrahl 12 auf die Innenfläche 15 dieses Tübbingrings
14a; dies ergibt die Länge LT1, aus der sich der Radius RT
ermitteln lädt.
Bei dem weiteren Vortrieb des Vortriebsschildes 1 bestimmen
die Sensoren 11 die Lage des Schildschwanzes 3 im Raum. Der
Meßstrahl 12 wandert an der Innenfläche 15 des Tübbingrings
14a entlang, was am Meßgerät einen linearen Verlauf erkennen
läßt. Eine erste Unstetigkeit im Verlauf der Messung zeigt
sich, wenn der Meßstrahl 12 die innere Kante der vorderen
Stirnseite des Tübbingrings 14a passiert und entlang dieser
Stirnseite von dieser inneren Kante zur äußeren Kante hin
wandert, um dann in ähnlicher Weise wie beim vorhergehenden
Tübbingring 14 auf die Innenfläche 13 des Schildschwanzes 3
zu treffen. Mittels des Meßstrahles 12 wird in dieser
Stellung die Länge LS2 gemessen und nach Einsetzen des
folgenden, gestrichelt dargestellten, Tübbingrings die bis
zu dessen Innenfläche reichende Länge LT2.
Die Schildschwanzluft Delta, d. h. der Abstand von der
Außenfläche 16 der Tübbingringe 14 zur Innenfläche 13 des
Schildschwanzes 3 ergibt sich nun als Differenz zwischen dem
Innenradius RS des Schildschwanzes 3 und dem Innenradius RT
der Tübbingringe vermehrt um die bekannte Dicke d der
Tübbingringe 14. Hierzu wird der durch den Innenradius RT
bestimmte Kreis, addiert mit der Dicke d des Tübbingrings 14
auf den vorab bestimmten Zylinder transformiert. Damit ist
die Lage des gemessenen Profils der Tübbingaußenfläche 16
zur Innenfläche 13 des Schildschwanzes 3, die
"Schildschwanzluft" bestimmt.
Claims (3)
1. Verfahren zum Ermitteln des radialen Abstandes zwischen
der Innenfläche des rückwärtigen Teils eines
Vortriebsschildes und der Außenfläche einer
Tübbingauskleidung beim Auffahren eines unterirdischen
Hohlraumes im Schildvortrieb, dadurch gekennzeichnet, daß an
der Rückseite einer den Schildmantel (2) in radialer
Richtung aussteifenden Wand, z. B. der Druckwand (9),
mindestens drei Entfernungsmeßsensoren (11) mit gegen den
Schildumfang gerichteter Meßrichtung fest derart angeordnet
werden, daß die von diesen ausgesandten Meßstrahlen (12)
unter einem bekannten räumlichen Winkel Alpha zur
Schildfahrachse (4) entgegen der Vortriebsrichtung nach
außen gerichtet sind, daß im Zuge des Vortriebs sowohl der
Abstand (LS) zur Innenfläche (13) des Schildmantels (2), als
auch der Abstand (LT) zur Innenfläche (15) der
Tübbingauskleidung (14) gemessen werden und daß aus den
gemessenen Werten unter Berücksichtigung der bekannten Dicke
(d) der Tübbingauskleidung der radiale Abstand Delta
zwischen der Innenfläche (13) des Schildmantels (2) und der
Außenfläche (16) der Tübbingauskleidung (14) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Meßsensoren (11) derart angeordnet werden, daß die von
diesen ausgesandten Meßstrahlen (12) gleichmäßig über den
Schildumfang verteilt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßsensoren (11) im Bereich der
Schildfahrachse (4) angeordnet werden.
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