DE4243353C2 - Vortriebsrohrverbindung für den unterirdischen Schildvortrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vortriebsrohrverbindung für den unterirdischen Schildvortrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit der weite Vortriebsdistanzen überwunden werden können.

Vortriebsrohrverbindungen für den unterirdischen Schild­ vortrieb sind bekannt.

So beschreibt die deutsche Patentschrift DE 36 18 334 C1 ein Vortriebsrohr, das aus einem aus Metall bestehenden inneren Rohrabschnitt und einem diesen umgebenden Ummantelungs­ abschnitt aus Beton oder geschäumten Kunststoff besteht, wo­ bei die Ummantelung mittels einer Schalung hergestellt wird, die auch als sogenannte verlorene Schalung, d. h. als zusätz­ liches Mantelrohr am Vortriebsrohr verbleiben kann.

Durch die Ummantelung erhält das Vortriebsrohr, dessen Innen­ rohr durch die zur Verbindung notwendige Steckmuffe einen auf seiner Gesamtlänge verschiedene Innen- und Außendurchmesser aufweist, der sich beim Schildvortrieb des Rohrstranges be­ hindernd auswirken würde, eine nahezu zylindrische Form.

Die Ummantelung ist jedoch, wenn sie aus Beton besteht, rela­ tiv spröde oder, bei geschäumten Kunststoff, nicht druckfest, so daß sie zur Mitübertragung der auf das Vortriebsrohr aus­ geübten Vortriebskräfte ungeeignet ist. Deshalb sieht die Lö­ sung des vorgenannten Patentes vor, den Vortriebsdruck nur über den inneren Rohrabschnitt zu übertragen. Hierzu besitzt die Muffe des Vortriebsrohres eine innere Ringfläche, auf der die Stirnseite des ummantelungsfreien vorderen Abschnitts des nachfolgenden Rohres aufsetzt. Der ummantelungsfreie Ab­ schnitt ist etwas länger als die vorgesehene Einstecktiefe in der Muffe, so daß zwischen der Muffenkante und der Stirn­ fläche der Ummantelung ein Ringspalt verbleibt, der eine Kräftewirkung zwischen diesen Teilen verhindert.

Eine ähnliche Lösung wird in der deutschen Offenlegungs­ schrift DE 37 03 580 A1 beschrieben. Diese beinhaltet ebenfalls ein Vortriebsrohr mit Betonmantel, bei dem durch ein speziel­ les Widerlager in der Rohrmuffe die ausschließliche Kraft­ übertragung vom mantelfeien Einsteckende des folgenden Rohres auf dieses Widerlager gesichert wird, indem das mantelfreie Einsteckende wiederum länger ist als die vorgesehene Ein­ stecktiefe und der Betonmantel dadurch von allen in Schubrichtung wirkenden Kräften freigehalten wird.

Wie aus der Beschreibung des Standes der Technik in der deut­ schen Offenlegungsschrift DE 38 41 064 A1 hervorgeht, ist es auch möglich, die Belastung der Ummantelung dadurch zu ver­ meiden, daß am Ende der Ummantelung, d. h. am Beginn des um­ mantelungsfreien Einsteckendes des Rohres ein Ringflansch z. B. durch Aufschweißen befestigt wird, welcher auf die Stirn­ seite der Muffe des vorausgehenden Rohres aufsetzt und so die Kraftübertragung von Rohr zu Rohr sicherstellt, ohne die Ummantelung zu belasten.

Die Lösung der DE 38 41 064 A1 schlägt wiederum, ganz ähnlich den Lösungen der DE 36 18 334 C1 und DE 37 03 580 A1, eine Kraftübertragung über die Stirnfläche des ummantelungsfreien Einsteckendes des folgenden Rohres auf eine im Inneren der Muffe des vorangehenden Rohres durch einen Ansatz gebildete Ringfläche vor. Die Ummantelung wird wiederum von jeglicher Kraftübertragung bewußt freigehalten.

Die steuerungstechnische Weiterentwicklung der Vortriebstechnik gestattet es heute, wesentlich größere Distanzen als bisher ohne Zwischenstationen zu überwinden. Im Grunde setzt nur die mangelnde Festigkeit der bisher verwendeten Vortriebsrohre einer sprunghaften Steigerung der Vortriebsweiten gewisse Grenzen, weil die Herstellung von Rohren mit der erforderlichen Festigkeit gegenüber den bisher verwendeten Rohren einen ungleich höheren Aufwand erfordert, so daß die Wirtschaftlichkeit beim Vortrieb über heute theoretisch mögliche Vortriebsdistanzen in Frage gestellt ist.

Das Dokument DE 39 22 985 A1 beschreibt eine Vortriebsrohrverbindung, bei der zwischen der Stirnseite der Ummantelung am Beginn des ummantelungsfreien vorderen Abschnittes des Innenrohres des nachfolgenden Vortriebsrohres und der Innenstirnseite der Ummantelung des vorangehenden Vortriebsrohres sowie zwischen den aneinandergrenzenden Vortriebsrohren selbst ein Druckring angeordnet ist. Das zugrundeliegende Problem der Vorrichtung nach dem Dokument DE 39 22 985 A1 war es, eine Vortriebsrohrverbindung für unterirdisch zu verlegende Rohre vorzusehen, wobei man aus fertigungstechnischen Gründen Muffen an den Innenrohren vermeiden wollte. Der Nachteil der aus dem Dokument DE 39 22 985 A1 bekannten Vortriebsrohrverbindung ist darin zu sehen, daß sich die Kraftübertragung aufgrund des direkten bzw. lediglich durch das weiche Zwischenstück abgefederte Aufeinandertreffen der Stirnflächen der Innenrohre der aufeinanderfolgenden Vortriebsrohre nicht für die heutzutage möglichen Vortriebsdistanzen bzw. Vortriebskräfte eignet bzw. sehr hochwertige und damit teure Innenrohre sowie eine besonders verstärkte Ummantelung notwendig machen würde.

Aus dem Dokument DE 36 13 140 A1 ist ein quer verformbarer Rohrring aus Beton offenbart, dessen vorrangige Eigenschaft seine Querverformbarkeit bei Bodenbewegungen ist. Abgesehen von der Tatsache, daß in diesem Dokument ein Rohrring vorgesehen ist, dem die charakteristischen Eigenschaften von Vortriebsrohren einschließlich des Innenrohres fehlen, macht dieses Dokument keine Angaben zu den Größenverhältnissen der vorgesehenen Zwischenschicht, dem Kraftübertragungsverhalten oder anderen Charakteristika, die aber von grundlegender Bedeutung sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Vortriebsrohrverbindung anzugeben, die es gestattet, hohe Vortriebsdrücke für die Überwindung großer Vortriebsdistanzen aufnehmen und übertragen zu können.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. In den Patentansprüchen 2 bis 7 sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die Lösung besteht im Prinzip in der Mitnutzung der Rohrummantelung, d. h. der Mantelfüllung und des Mantelrohres für die Übertragung des Vortriebdruckes. Dies wird dadurch ermöglicht, daß zwischen der Stirnseite des Muffenteiles des vorangehenden Vortriebsrohres und der Stirnseite der Ummantelung am Beginn des ummantelungsfreien vorderen Abschnittes des Innenrohres des nachfolgenden Vortriebsrohres ein Druck­ ring angeordnet ist. Dadurch werden die Vortriebskräfte bis zu einem Druck, der den Druckring soweit zusammendrückt, daß die Stirnseite des Innenrohres des nachfolgenden Vortriebs­ rohres auf die Ringfläche des Muffenteiles des vorangehenden Vortriebsrohres aufsetzt, allein über die Ummantelung über­ tragen. Nach Aufsetzen des Innenrohres erfolgt die Übertra­ gung der Vortriebskräfte sowohl über das Innenrohr als auch über die Ummantelung.

Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier Ausführungs­ beispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 näher erläu­ tert werden. Hierin zeigen

Fig. 1 einen schematischen Seitenschnitt der erfindungs­ gemäßen Vortriebsrohrverbindung,

Fig. 2 einen schematischen Seitenschnitt einer weiteren Ausführungsform der Verbindung, bei der das Mantelrohr des vorangehenden Vortriebsrohres die Mantelfüllung des nachfolgenden Vortriebsrohres überkragt,

Fig. 3 einen schematischen Seitenschnitt einer weiteren Ausführungsform der Verbindung, wobei das Mantelrohr des nachfolgenden Vortriebsrohres verlängert ist und die Mantelfüllung des voran­ gehenden Vortriebsrohres überkragt, und

Fig. 4 die prinzipielle Darstellung eines Kraft-Weg-Dia­ grammes bei Anwendung der Erfindung beim Schildvortrieb.

Bei der erfindungsgemäßen Vortriebsrohrverbindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, werden Vortriebsrohre eingesetzt, die aus einem Innenrohr 1, einem Mantelrohr 4 und einer da­ zwischenliegenden Mantelfüllung 5 bestehen. Als Innenrohre 1 können z. B. übliche Gußrohre verwendet werden. Die Mantel­ füllung kann z. B. aus Beton bestehen. Als Mantelrohre sind dünne Metallrohre oder Kunststoffrohre geeignet. Das Innen­ rohr 1 hat an seinem vorderen Ende einen ummantelungsfreien Abschnitt 7. An seinem hinteren Ende ist das Innenrohr 1 als Muffenteil 9 mit einer Ringfläche 2 ausgebildet. Beim Rohr­ vortrieb wird der ummantelungsfreie Abschnitt 7 des nachfol­ genden Vortriebsrohres 11 in das Muffenteil 9 des vorangehen­ den Vortriebsrohres 10 gesteckt. Zwischen der Stirnseite des Muffenteiles 9 des vorangehenden Vortriebsrohres 10 und der Stirnseite der Ummantelung 12 am Beginn des ummantelungs­ freien vorderen Abschnittes 7 des Innenrohres 1 des nach­ folgenden Vortriebsrohres 11 wird ein Druckring 6 eingelegt, der folgende Größen aufweist: Seine Höhe H ist größer als die Entfernung E zwischen der Ringfläche 2 des Muffenteiles 9 des vorangehenden Vortriebsrohres 10 und der Stirnfläche 3 des ummantelungsfreien vorderen Abschnittes 7 des Innenrohres 1 des nachfolgenden Vortriebsrohres 11. Sein Innendurchmesser ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des ummante­ lungsfreien Abschnittes 7 des Innenrohres 1 und sein Außen­ durchmesser entspricht etwa dem Außendurchmesser der Vor­ triebsrohre 10 und 11. Der Druckring besteht vorzugsweise aus Holz.

Die Abdichtung der Rohrverbindung erfolgt über ein zwischen der Innenfläche des Muffenteiles 9 des vorangehenden Vor­ triebsrohres 10 und der Außenfläche des ummantelungsfreien Abschnittes 7 des Innenrohres 11 des nachfolgenden Vortriebs­ rohres 11 angeordnetes Dichtelement 13. Beim Schildvortrieb drückt die hydraulische Schubvorrichtung in Richtung der Rohrachse auf die Stirnfläche des Muffenteiles 9 des in die Muffe des vorangehenden Vortriebsrohres 10 eingesteckten Vor­ triebsrohres 11. Dabei wirkt die Schubkraft zunächst nur über das Mantelrohr 4 und die Mantelfüllung 5 auf den Druckring 6 und von diesem weiter auf die gesamte Stirnfläche des Muffen­ teiles 9 des vorangehenden Vortriebsrohres 10. Bei größeren Vortriebsdrücken, die bei dieser Art der Kraftübertragung zur Beschädigung der Ummantelung führen könnten, wird der Druck­ ring 6 so weit zusammengedrückt, daß die Stirnseite 3 des Innenrohres 1 des nachfolgenden Vortriebsrohres auf der Ring­ fläche 2 des Muffenteiles 9 des vorangehenden Vortriebsrohres 10 aufsetzt. Dadurch wird bei größeren Vortriebsdrücken auch das Innenrohr zur Kraftübertragung mitbenutzt.

Durch die Erfindung ist es möglich, den gesamten Querschnitt des Vortriebsrohres, d. h. auch den der Ummantelung, zur Übertragung der Vortriebskraft zu nutzen, ohne daß die Gefahr der Beschädigung der Ummantelung durch die Vortriebskraft be­ steht. Auf diese Weise ist es möglich, wirtschaftlich her­ stellbare Vortriebsrohre, in einer Qualität, wie sie bisher eingesetzt wurden, wesentlich höher zu belasten und dadurch bedeutend größere Vortriebsdistanzen zu überwinden.

Die Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vortriebsrohrverbindung. Die Wirkungsweise ist prinzipiell mit der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form identisch. Durch Überkragen des Mantelrohres 4 des vor­ angehenden Vortriebsrohres 10 über den Druckring 6 und die Mantelfüllung 5 des nachfolgenden Vortriebsrohres 11 wird das Eindringen von Erdreich in die Rohrverbindung verhindert.

Um ein Überkragen des am Muffenteil verlängerten Mantelrohres 4 des vorangehenden Vortriebsrohres über die Mantelfüllung 5 des nachfolgenden Vortriebsrohres 11 zu ermöglichen, muß das Mantelrohr 4 des nachfolgenden Vortriebsrohres 11 am vorderen Ende entsprechend verkürzt werden. Ein Stabilisierungsring 8 sorgt an der Stelle, wo die Mantelfüllung 5 infolge des Zu­ rücksetzens des Mantelrohres 4 mit ihrer Außenkante frei­ liegt, für einen guten Kantenschutz.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Auch hier ist die Wirkungsweise beim Vortrieb gleich der, wie sie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben wurde.

In diesem Falle ist das Mantelrohr 4 des nachfolgenden Vor­ triebsrohres 11 verlängert und überkragt den Druckring 6 und einen Teil des Innenrohres 1 und der Mantelfüllung 5 des Muffenteiles 9 des vorangehenden Vortriebsrohres 10. Hierzu ist eine Verkürzung des Mantelrohres 4 am Muffenteil des vor­ angehenden Vortriebsrohres 10 notwendig.

In dem in Fig. 4 dargestellten Kraft-Weg-Diagramm ist gut zu erkennen, welch erheblicher Kraftbetrag durch die Mitbenut­ zung der Ummantelung zur Vortriebskraftübertragung infolge der Erfindung zusätzlich genutzt werden kann, ohne hoch­ wertigere Rohre als bisher einsetzen zu müssen.

Claims (10)

1. Vortriebsrohrverbindung für ein aus einem Innenrohr (1), einem Mantelrohr (4) und einer Mantelfüllung (5) bestehendes Vortriebsrohr für den unterirdischen Schildvortrieb, bei der das Innenrohr (1) an seinem vorderen Ende einen ummantelungsfreien Abschnitt (7) aufweist und am hinteren Ende ein Muffenteil (9) mit einer Ringfläche ausgebildet ist, bei der der ummantelungsfreie Abschnitt (7) des nachfolgenden Vortriebsrohres (11) in das Muffenteil (9) des vorangehenden Vortriebsrohres (10) eintaucht, und bei der zwischen dem vorlaufenden und nachlaufenden Vortriebsrohr (10, 11) ein Druckring vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (2) des Muffenteils (9) am Innenrohr (1) ausgebildet ist, daß der Druckring (6) zwischen der von zumindest dem Innenrohr (1) und der Mantelfüllung (5) gebildeten Stirnseite des Muffenteils (9) des vorangehenden Vortriebsrohres (10) und der Stirnseite (12) des ummantelten Abschnitts des nachfolgenden Vortriebsrohres (11) angeordnet ist, und daß die Höhe (H) des Druckringes (6) größer ist als die Entfernung (E) zwischen der Ringfläche (2) des Muffenteiles (9) des vorangehenden Vortriebsrohres (10) und der Stirnfläche (3) des ummantelungsfreien Abschnitts (7) des Innenrohres (1) des nachfolgenden Vortriebsrohres (11).

2. Vortriebsrohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (6) einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig größer als der ummantelungsfreie Abschnitt (7) des Innenrohres (1) ist.

3. Vortriebsrohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Muffenteil (9) des vorangehenden Vortriebsrohres (10) zwischen dessen Innenwandseite und der Außenseite des Innenrohres (1) des nachfolgenden Vortriebsrohres (11) ein Dichtelement (13) angeordnet ist.

4. Vortriebsrohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (4) am vorderen Ende des Vortriebsrohres kürzer als die Mantelfüllung (5) und am hinteren Ende länger als das Muffenteil (9) des Innenrohres (1) und die darüberliegende Mantelfüllung (5) ist, daß der Ring (6) einen Außendurchmesser besitzt, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Mantelrohres (4) ist und daß das Mantelrohr (4) des vorangehenden Vortriebsrohres den Druckring (6) und einen Teil der Mantelfüllung des nachfolgenden Vortriebsrohres überkragt.

5. Vortriebsrohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr des Vortriebsrohres an seinem hinteren Ende um die Muffenlänge kürzer ist als das Innenrohr (1) und die Mantelfüllung (5) und an seinem vorderen Ende so lang wie das Innenrohr ist, daß der Innendurchmesser des Druckringes (6) geringfügig größer als der Außendurchmesser des Innenrohres (1) und der Außendurchmesser des Druckringes (6) geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Mantelrohres (4) ist und daß das Mantelrohr (4) des nachfolgenden Vortriebsrohres (11) die Mantelfüllung (5) des vorangehenden Vortriebsrohres (10) überkragt.

6. Vortriebsrohrverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den freiliegenden äußeren Kanten der Mantelfüllung (5) ein Stabilisierungsring (8) angeordnet ist.

7. Vortriebsrohrverbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (6) aus Holz besteht.

8. Vortriebsrohrverbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (1) ein Gußrohr ist und insbesondere aus duktilem Guß besteht.

9. Vortriebsrohrverbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfüllung (5) aus Beton, Schaumbeton oder einem geschäumten Kunststoff besteht.

10. Vortriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (4) ein dünnes Metallrohr oder ein Kunststoffrohr ist.