DE4415399C2 - Anordnung zum Vortrieb eines Tunnel- oder Abwasserrohrs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Vortrieb eines Tunnel- oder Ab­ wasserrohrs entlang einer von einem Startschacht zu einem Zielschacht füh­ renden Vortriebsstrecke mit einem einen zylindrischen Schildmantel und eine stirnseitig um die Zentralachse des Schildmantels drehbare, motorisch antreibbare Schürfscheibe aufweisenden Vortriebskopf, mit einem innerhalb des Startschachts an einem Widerlager abstützbaren Pressschlitten, der da­ zu bestimmt ist, eine Anzahl nacheinander über den Startschacht in die Vor­ triebsstrecke einführbare Rohrstücke, deren erstes Rohrstück axial gegen den Schildmantel des Vortriebskopf zur Anlage bringbar ist, axial in Richtung Vortriebsstrecke zu pressen, mit einem über Durchtrittsöffnungen in der Schürfscheibe mit Abraum beaufschlagbaren, durch eine Trennwand abge­ schlossenen Schneidraum und mit einem vorzugsweise mit einer Förder­ schnecke oder einem Förderschneckenpaar bestückten, durch die Trenn­ wand hindurchgreifenden Transportrohr für den Abtransport des Abraums aus dem Schneidraum zu einer austrittsseitig an das Transportrohr an­ schließbaren Abraumtransportstrecke.

Anordnungen der vorstehenden Art, die nach dem Rohrpressungsverfahren (Pipe Jacking) arbeiten, werden häufig zur Herstellung von Mikrotunneln und Kleintunneln bis etwa 3 m Durchmesser und Längen bis ca. 800 m ver­ wendet. Dabei wird ein getriebener Vortriebskopf durch den Pressschlitten bei ständiger Ergänzung von zusätzlichen Rohrstücken durch das Erdreich gedrückt. Der anfallende Abraum wird bisher entweder über Förderbänder, Loren oder durch Ausspülen (Spülförderung) nach außen gefördert. Dabei ist der Bandaustrag relativ aufwendig, wenn man berücksichtigt, dass die Bän­ der beim Nachschieben der Rohrstücke ständig verlängert werden müssen. Hinzu kommt der relativ große Platzbedarf einer Bandförderanlage. Der Aus­ trag über Loren und Schienen ist zwar einfach, aber recht zeitaufwendig, da der Vortriebskopf nur dann arbeiten kann, wenn die Lore vor Ort ist. Bei kie­ sig-körnigem Boden, aber auch bei hartem Gestein, wird Spülförderung an­ gewendet. Dabei fließt die Trägerflüssigkeit oder Suspension mit hoher Ge­ schwindigkeit durch den Schneidraum des Vortriebskopfs und reißt etwa 15% des Umlaufvolumens an Abraum mit. Überirdisch wird die Trägerflüssig­ keit über Zyklone, Filter usw. vom Abraum getrennt und fließt dem Kreislauf wieder zu. Diese Methode ist aufwendig, übertägig platzraubend und nicht für alle Böden geeignet. Bei sehr weichen, feinkörnigen, beispielsweise lehm- oder tonhaltigen Böden hat sich die Haltung des Erddruckes als prob­ lematisch erwiesen. Es werden deshalb sogenannte Erddruckschilde ver­ wendet, bei denen es darauf ankommt, dass sich der Vorschub und der Ab­ transport des abgeförderten Materials exakt die Waage halten, so dass we­ der eine Hebung des Bodens noch eine Bodensetzung auftreten kann. Diese Bedingung kann jedoch nur dann eingehalten werden, wenn der Abraum gegenüber der Austragschnecke noch so viel Reibung aufweist, dass der Erddruck gehalten werden kann. Dies gilt zwar für steifplastische und plasti­ sche Böden, nicht jedoch für Böden mit weichplastischer oder flüssiger Kon­ sistenz, die über die Austragschnecke nicht genügend Reibung aufbauen können.

Aus der älteren Patentanmeldung P 43 15 196.5 (DE 43 15 196 A1) wurde bei einer Tunnelvortriebsmaschine der eingangs angegebenen Art an sich bekannt, zum Abtransport des Abraummaterials eine Kolben- oder Doppel­ kolbenpumpe zu Verwenden. Große Steine werden dort in einem Steinbre­ cher so zerkleinert, dass sie über die Pumpe abtransportiert werden können.

Weiter ist es bei einem Vortriebsschild mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust und hydraulischer Bodenförderung an sich bekannt, an die Fördereinrichtung eine Siebeinrichtung mit darunter liegendem Sammelbehälter für Wasser und Feinmaterial anzuschließen. Der Sammelbehälter ist dabei über eine Leitung entleerbar, während an die Siebeinrichtung eine Materialschleuse angeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Vortrieb ei­ nes Tunnel- oder Abwasserrohrs zu entwickeln, die einen störungsfreien Ab­ transport von steinhaltigem Abraum von weichplastischer und/oder flüssiger Konsistenz ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü­ chen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, auf der Aus­ trittsseite des mit dem Schneidraum des Vortriebskopfes verbundenen Transportrohrs einen Gegendruck aufzubauen, der auch bei weichplasti­ schem Abraum eine dem Vortrieb angepasste Erddruckhaltung ermöglicht. Um dies zu erreichen, sind an das austrittsseitige Ende des Transportrohrs hintereinander eine druckdicht verschließbare Steinfalle und die druckdicht verschließbare Saugseite einer Dickstoffpumpe anschließbar, wobei die Dickstoffpumpe druckseitig mit einer sukzessive verlängerbaren Förderlei­ tung für den Abraum verbunden ist. Die druckdichte Ausbildung der Abraum­ transportstrecke bis zur Saugseite der Dickstoffpumpe ermöglicht bei gege­ benem Vortrieb die Anpassung des Gegendrucks an den Erddruck, und zwar unabhängig von der Konsistenz des Abraums. Die Dickstoffpumpe kann ei­ nen zusätzlichen Überdruck zum Abtransport des Abraums durch die Förder­ leitung zur Verfügung stellen. Die erfindungsgemäße Steinfalle vor der Saug­ seite der Dickstoffpumpe, die gleichfalls hermetisch abgeschlossen ist, sorgt dafür, dass es entlang der Förderleitung zu keinen Stopfern, die nur schwer auffindbar wären, kommen kann. Die Dickstoffpumpe ist als hydraulisch betätigbare Kolbenpumpe mit einem oder zwei Förderzylindern ausge­ bildet, deren Förderzylinder in einen druckdicht verschließbaren Materialauf­ gabebehälter mündet bzw. münden, in welchen ein an die Förderleitung an­ geschlossener, abwechselnd an den oder die Förderzylinder anschließbarer Rohrschieber eingreift. Zur Drucküberwachung können entlang der Abraum­ transportstrecke mindestens zwei in diese eingreifende Drucksensoren an­ geordnet werden. Die Erddrucküberwachung erfolgt dabei vorteilhafterweise durch einen in den Schneidraum eingreifenden Drucksensor. Zwei weitere Drucksensoren können unmittelbar vor und hinter der Steinfalle angeordnet werden. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckabfalls entlang der Steinfalle kann auf das Vorhandensein eines Stopfers geschlossen werden, der eine Unterbrechung des Vortriebs zum Zwecke der Reinigung der Stein­ falle erforderlich macht.

Die Dickstoffpumpe wird zweckmäßig in dem gegen den Vortriebskopf anlie­ genden Rohrstück montiert. Dabei können die Dickstoffpumpe und ihre vor­ zugsweise hydraulischen Antriebsaggregate an einer Schnittstelle auf­ trennbar und in zwei benachbarten Rohrstücken montierbar sein. Um mit dem Vortriebskopf auch Kurven durchfahren zu können, ist es zweckmäßig, das Transportrohr des Vortriebskopfes mit einem elastisch oder gelenkig verbiegbaren Kompensator mit der Dickstoffpumpe zu verbinden. Zweckmä­ ßig ist dabei die Steinfalle starr an das austrittsseitige Ende des Transport­ rohrs angeflanscht, während der Kompensator zwischen der Steinfalle und der Saugseite der Dickstoffpumpe angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steinfalle ein in einem druckdicht mit einem abnehmbaren Deckel verschließbaren, eintrittsseitig an das Förderrohr und austrittsseitig an die Saugseite der Dick­ stoffpumpe angeschlossenen Topf angeordnetes Siebgitter aufweist, das Festkörper, wie Steine oder Wurzelstücke über einer gewissen Größe, die zu einer Verstopfung der Förderleitung führen könnten, zurückhält. Zur Reini­ gung des Siebgitters ist bei angehaltenem Vortrieb der Deckel abzunehmen.

Alternativ dazu kann die Steinfalle auch einen als Querschieber ausgebilde­ ten, sich in Durchtrittsöffnung verjüngenden und/oder ein Siebgitter enthal­ tenden Durchlasskanal für den Abraumkanal aufweisen. Im Reinigungsfall wird der Querschieber so verschoben, dass der Durchlasskanal von außen her zu Reinigungszwecken zugänglich ist.

Um für Wartungszwecke einen Freiraum zwischen Dickstoffpumpe und Rohrwand freizuhalten, wird vor allem bei Tunnelrohren mit kleinem Durch­ messer die Dickstoffpumpe und/oder ihre Antriebsaggregate einseitig zur vertikalen Symmetrieebene der Tunnelrohre versetzt angeordnet. Um ein Verrollen des Vortriebskopfes um die Längsachse zu vermeiden, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der Freiraumseite des Rohrstücks ein Kontergewicht für den Massenausgleich angeordnet.

Da bei schwankender Abraumkonsistenz auch die Reibung in der Förderlei­ tung variiert und teilweise sehr hoch sein kann, ist es vorteilhaft, in der Nähe des Druckausgangs der Dickstoffpumpe eine Gleitmittelinjektion in die För­ derleitung vorzusehen. Dort kann ein spezielles Gleitmittel, oder auch nur Wasser, kontinuierlich in die Förderleitung injiziert und ein Gleitfilm zwischen Fördermaterial und Rohrinnenwand aufgebaut werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schema­ tischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine nach dem Rohrpressverfahren arbeitende Tunnelvortriebs­ maschine in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vortriebsmaschine nach Fig. 1,

1 Fig. 3a bis d Schnitte entlang den Schnittlinien A-A, B-B, C-C und D-D der Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 3d

Fig. 5a und b einen Längsschnitt durch die Steinfalle nach Fig. 2 und ei­ nen Schnitt entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig. 5a.

Die in der Zeichnung dargestellte Tunnelvortriebsmaschine ist für die Her­ stellung von Mikrotunneln und Kleintunneln bestimmt, bei welchen Tunnel- oder Abwasserrohre im Rohrpressungsverfahren (Pipe Jacking) von einem Startschacht 10 aus mit Hilfe eines hydraulisch betätigbaren Preaaschlittens 12 in eine Vortriebsstrecke 14 eingebracht werden.

Der Vortriebskopf 16 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Schildmantel 18, einer den Schildmantel stirnseitig begrenzenden, motorisch angetriebenen, mit Schneidzähnen 20 bestückten Schürfscheibe 22 und ei­ nem mit einer motorisch angetriebenen Förderschnecke 24 bestückten, ein­ trittsseitig in den Schneidraum 26 des Vortriebskopfs 16 eingreifenden, durch die Trennwand 28 des Schneidraums nach hinten hindurchgreifenden Transportrohr 30 für den im Schneidraum 26 anfallenden Abraum 32. Am austrittsseitigen Ende des Transportrohrs 30 ist eine mittels eines Deckels 34 druckdicht verschließbare Steinfalle 36 angeflanscht, deren Auslassstut­ zen 38 über einen biegsamen Kompensator 40 mit dem in einem Material­ aufgabebehälter 42 befindlichen Saugraum einer Zweizylinder- Dickstoffpumpe 44 verbunden ist. Der Materialaufgabebehälter 42 ist mit Hil­ fe eines Deckels 46 druckdicht verschließbar. Die Förderzylinder 48 der Dickstoffpumpe 44 münden stirnseitig in den Materialaufgabebehälter 42. Ihre Kolben sind im Gegentakt hydraulisch mit Hilfe der Hydrozylinder 50 verschiebbar. Innerhalb des Materialaufgabebehälters 42 befindet sich eine S-förmig gebogene Rohrweiche 52, deren eintrittsseitige Öffnung abwech­ selnd vor die Zylinderöffnungen der Förderzylinder 48 geschwenkt wird und deren austrittsseitiges Ende 54 über eine Rohrdrehverbindung an eine nach außen führende Förderleitung 56 angeschlossen ist. Die Ansteuerung der Dickstoffpumpe 44 erfolgt über ein Hydraulikaggregat 58 und eine elektri­ sche Steuereinheit 60.

Die in Fig. 5a und b gezeigte Steinfalle 36 besteht im wesentlichen aus ei­ nem zylindrischen Topf 82 mit einem eintrittsseitigen Flanschanschluss 84 für das Transportrohr 30 und einem seitlich abgehenden ausgangsseitigen Auslassstutzen 38, sowie einem Siebgitter 86, das rückseitig durch den De­ ckel 34 verschlossen und mit diesem starr verbunden ist und stirnseitig trich­ terartig zur flanschseitigen Eintrittsöffnung 88 hin offen ist. Mit dieser Anord­ nung wird sichergestellt, dass nur solcher Abraum, der durch das Siebgitter 86 hindurchpasst, an die Dickstoffpumpe 44 für den Abtransport weitergelei­ tet wird. Mit dem Abraum 32 ankommende größere Stücke sammeln sich im Siebgitter 86 und können durch Abnahme des Deckels 34 zusammen mit dem Siebgitter 86 aus der Steinfalle 36 entfernt werden.

Zu Beginn der Tunnelarbeiten wird der Startschacht 10 im Absenkverfahren hergestellt und der Pressschlitten 12 innerhalb des Startschachtes in Positi­ on gebracht. Sodann wird der Vortriebskopf 16 mit Hilfe des Pressschlittens 12 ein Stück weit in die Vortriebsstrecke hinein verschoben und der anfal­ lende Abraum aus dem Startschacht entfernt. Zug um Zug werden dann die Rohrstücke 62 im Startschacht 10 abgesenkt und mit dem Pressschlitten in die Vortriebsstrecke 14 gepresst. Im ersten Rohrstück 62 hinter dem Vor­ triebskopf 16 ist die Dickstoffpumpe 44 montiert, die über die Steinfalle 36 an das Transportrohr 30 angeschlossen wird. Die druckseitig an der Dickstoff­ pumpe 44 abgehende Förderleitung 56 wird über ein zweiarmiges Gelenk­ rohr 64 und das vertikale Leitungsstück 66 über den Startschacht 10 nach außen geführt. Mit jedem Rohrstück 62 wird ein weiterer Leitungsabschnitt 68 in den Startschacht 10 eingeführt und in die Förderleitung 56 eingekup­ pelt. Der Vorschub der Maschine erfolgt dann über den Pressschlitten 12 schrittweise um jeweils eine Rohrstücklänge. Während des Vortriebs wird durch geeignet positionierte Sensoren 70, 72, 74 der Druck im Schneidraum 26 des Vortriebskopfs 16, am Eingang der Steinfalle 36 und innerhalb des Saugraums 42 gemessen und überwacht. Um Verstopfungen innerhalb der Dickstoffpumpe 44 und der Förderleitung 56 zu vermeiden, werden übergro­ ße Steine und Wurzeln und sonstige Verunreinigungen, die im Boden sein könnten, mit Hilfe der Steinfalle 36 abgefangen. Durch kontinuierliche Mes­ sung des Erddruckes über die Drucksensoren 72, 74 vor und hinter der Steinfalle 36 ist sichergestellt, dass ein Stopfer sofort entdeckt und anschlie­ ßend beseitigt werden kann. Die Steinfalle kann zu diesem Zweck an ihrem Deckel 34 leicht geöffnet und gereinigt werden. Dies kann entweder automa­ tisch oder manuell erfolgen.

Da bei schwankender Bodenkonsistenz auch der Reibwiderstand in der För­ derleitung 56 schwanken und teilweise sehr hoch sein kann, ist am Eingang der Förderleitung 56 eine Injektionsringdüse 76 vorgesehen, über die ein Gleitmittel oder Wasser in die Förderleitung injiziert werden kann.

Da sowohl die Dickstoffpumpe 44 als auch das Hydraulikaggregat 58 für Re­ paraturzwecke zugänglich sein müssen, sind sie unter Freilassung eines Freiraums 78 einseitig zur Tunnelhochachse angeordnet. Durch zusätzlich im betreffenden Rohrstück 62 angebrachte Kontergewichte 80 wird ein Mas­ senausgleich bewirkt, um ein Verrollen des Vortriebskopfs 16 zu verhindern.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Vortrieb eines Tunnel- oder Abwasserrohrs entlang einer von einem Startschacht 10 zu einem Zielschacht führenden Vor­ triebsstrecke 14. Die Anordnung ist vor allem für die Herstellung von Mikro­ tunneln oder Kleintunneln bestimmt, bei denen Zug um Zug Rohrstücke 62 in die Vortriebsstrecke gegen einen stirnseitig angeordneten Vortriebskopf 16 gepresst werden. Zum Abtransport des Abraums 32 ist eine in den Schneid­ raum 26 des Vortriebskopfs eingreifende Förderschnecke vorgesehen, an deren austrittsseitiges Ende hintereinander eine druckdicht verschließbare Steinfalle 36 und die druckdicht verschließbare Saugseite 42 einer Dickstoff­ pumpe 44 anschließbar sind, während die Dickstoffpume 44 druckseitig mit einer sukzessive verlängerbaren Förderleitung 56 für den Abraum verbun­ den ist.

Claims (11)

1. Anordnung zum Vortrieb eines Tunnel- oder Abwasserrohrs entlang einer von einem Startschacht (10) zu einem Zielschacht führenden Vor­ triebsstrecke (14) mit einem einen zylindrischen Schildmantel (18) und eine stirnseitig um die Zentralachse des Schildmantels drehbare, moto­ risch antreibbare Schürfscheibe (22) aufweisenden Vortriebskopf (16), mit einem innerhalb des Startschachts an einem Widerlager abstützba­ ren Pressschlitten (12), der dazu bestimmt ist, eine Anzahl nacheinan­ der über den Startschacht (10) in die Vortriebsstrecke (14) einführbare Rohrstücke (62), deren erstes Rohrstück axial gegen den Schildmantel (18) des Vortriebskopf (16) zur Anlage bringbar ist, axial in Richtung Vortriebsstrecke zu pressen, mit einem über Durchtrittsöffnungen in der Schürfscheibe (22) mit Abraum (32) beaufschlagbaren, durch eine Trennwand (28) abgeschlossenen Schneidraum (26) und mit einem vorzugsweise mit einer Förderschnecke (24) oder einem Förderschne­ ckenpaar bestückten, durch die Trennwand (28) hindurchgreifenden Transportrohr (30) für den Abtransport des Abraums (32) aus dem Schneidraum (26) zu einer austrittsseitig an das Transportrohr an­ schließbaren Abraumtransportstrecke, wobei an das austrittsseitige Ende des Transportrohrs (30) hintereinander eine druckdicht ver­ schließbare Steinfalle (36) und die druckdicht verschließbare Saugseite (42) einer Dickstoffpumpe (44) anschließbar sind, wobei die Dickstoff­ pumpe (44) druckseitig mit einer sukzessive verlängerbaren Förderlei­ tung (56, 68, 66) für den Abraum (32) verbindbar ist und wobei die Dick­ stoffpumpe (44) als hydraulisch betätigbare Kolbenpumpe mit einem oder zwei Förderzylindern (48) ausgebildet ist, deren Förderzylinder (48) in einen druckdicht verschließbaren Materialaufgabebehälter (42) mündet bzw. münden, in welchen ein an die Förderleitung angeschlos­ sener, abwechselnd an den oder die Förderzylinder (48) anschließbarer Rohrschieber (52) eingreift, und wobei im Schneidraum (26) und/oder in der Abraumtransportstrecke und/oder in der Förderleitung (56, 68, 66) Drucküberwachungsmittel in Form von Drucksensoren (70, 72, 74) an­ geordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickstoffpumpe (44) in dem gegen den Vortriebskopf (16) anliegenden ersten Rohrstück (62) montiert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickstoffpumpe (44) und ihre vorzugsweise hydraulischen Antriebs­ aggregate (58) an einer Schnittstelle auftrennbar und in zwei benach­ barte Rohrstücke (62) montierbar sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens zwei entlang der Abraumtransportstrecke angeordnete, in diese eingreifende Drucksensoren (72, 74).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Drucksensor (72, 74) unmittelbar vor und hinter der Steinfalle (36) an­ geordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, dass die Steinfalle (36) ein in einem druckdicht mit einem ab­ nehmbaren Deckel (34) verschließbaren, eintrittsseitig an das Druck­ rohr (30) und austrittsseitig an die Saugseite (42) der Dickstoffpumpe (44) angeschlossenen Topf angeordnetes Siebgitter aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Steinfalle (36) einen als Querschieber ausgebildeten, sich in Durchtrittsöffnung verjüngenden und/oder ein Siebgitter enthaltenden Durchlasskanal für den Abraum (32) aufweist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Dickstoffpumpe (44) und/oder ihre Antriebsaggregate (58) gegen die Hochachse des betreffenden Rohrstücks (62) unter Freilas­ sung eines Freiraums (78) seitlich versetzt montiert sind, und dass auf der Freiraumseite des Rohrstücks (62) ein Kontergewicht (80) ange­ ordnet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, dass zwischen Steinfalle (36) und Saugseite (42) der Dickstoff­ pumpe (44) ein elastisch verbiegbarer Kompensator (40) angeordnet.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, dass in der Förderleitung (56) ein vorzugsweise als Gleitringdüse ausgebildeter Gleitmittelinjektor (76) angeordnet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Pressschlitten (12) ein an die Förderleitung (56) an­ schließbares Gelenkrohr (64) trägt.