DE4237689C2

DE4237689C2 - Verfahren zum Ermitteln des radialen Abstandes zwischen der Innenfläche des rückwärtigen Teils eines Vortriebsschildes und der Außenfläche einer Tübbingauskleidung

Info

Publication number: DE4237689C2
Application number: DE19924237689
Authority: DE
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Poltinger Alwin Dipl Ing Fh 81925 Muenchen
Priority date: 1992-11-07
Filing date: 1992-11-07
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2012-11-08
Also published as: DE4237689A1

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 groß 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.

Im einfachsten Fall erfolgt diese Ermittlung 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.

Aus der DE-OS 37 33 553 A1 ist es auch schon bekannt, die Schildschwanzluft automatisch zu messen. Dazu sind im Bereich des Schildschwanzes Ultraschallgeräte angeordnet, mittels deren vertikal zur Schildachse die radialen Abstände zur Innenfläche der Tunnelauskleidung gemessen werden. Aus diesen Werten werden dann rechnerisch die zugehörigen Schwanzluftwerte Delta U abgeleitet. Da aber erfahrungsgemäß der Schildschwanzquerschnitt infolge Gebirgsdruck bei fehlender Aussteifung von seinem Sollquerschnitt abweicht, führen die auf diese Weise gewonnenen Meßergebnisse zu falschen Schwanzluftwerten.

Schließlich ist aus der DE-OS 29 17 021 eine Vorrichtung zum Messen von Innenprofilen eines geschlossenen Raumes, wie z. B. einer Tunnelröhre, bekannt. Dabei werden kontinuierlich kollimierte Lichtstrahlen auf das Raumprofil entsendet. Ein Teil des reflektierenden Lichts wird mittels einer Sammellinse auf der Oberfläche eines opto-elektronischen Empfängers gebündelt und dort ausgewertet.

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 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 läßt. 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 min 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 L_S1 der Radius R_S1 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 L_T1, aus der sich der Radius R_T ermitteln läßt.

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 L_S2 gemessen und nach Einsetzen des folgenden, gestrichelt dargestellten, Tübbingrings die bis zu dessen Innenfläche reichende Länge L_T2.

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 R_S des Schildschwanzes 3 und dem Innenradius R_T der Tübbingringe vermehrt um die bekannte Dicke d der Tübbingringe 14. Hierzu wird der durch den Innenradius R_T 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

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, bei dem aus über Entfernungsmeßgeräte gewonnenen Meßdaten unter Berücksichtigung der bekannten Dicke der Tübbingauskleidung der radiale Abstand Delta zwischen der Innenfläche des Schildmantels und der Außenfläche der Tübbingauskleidung ermittelt wird, 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 und daß im Zuge des Vortriebs sowohl der Abstand (L_S) zur Innenfläche (13) des Schildmantels (2), als auch der Abstand (L_T) zur Innenfläche (15) der Tübbingauskleidung (14) gemessen werden.

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.