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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Beton- bzw. Eisenbeton-Grundmauern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Beton- bzw. Eisenbetongrundmauern,
wie sie zur Begrenzung von Baugruben bei der Ausführungvon Unterpflasterbahnen,
Kaimauern u. dgl. angewendet werden können. Derartige Verfahren sind bekannt. So
ist schon vorgeschlagen worden, an der Stelle des Erdreiches, an der die Mauer stehen
soll, ein geschlossenes Schachtgerüst abzusenken und dieses anschließend im Erdreich
als selbständige Arbeitsmaschine in der Achse der herzustellenden Wand vorzutreiben.
Die Betonmauer sollte im Schutz des Gerätes abschnittweise ausgeführt werden. Es
sind ferner Verfahren bekannt, bei welchen ein Vortriebsgerät im Boden vorgetrieben
wird, in dessen Schutz vorbereitete Eisenbetonpfähle oder Spundwände versetzt werden.
Unter anderem hat man solchen Vortriebsgeräten schiffskörperähnliche Formen gegeben,
um den Vortrieb im Erdreich zu erleichtern. Der Nachteil der bekannten Verfahren
besteht vor allen Dingen darin, daß Bodenbewegungen im Erdreich nicht mit Sicherheit
unterbunden sind und eine ungünstige Bodenverdrängung erfolgt. Gerade bei Bauarbeiten
im städtischen Tiefbau müssen störende Bodenbewegungen mit Rücksicht auf Fundamentsetzungen
tunlichst vermieden werden.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorschläge besteht darin, däß
dort, «-o man mit einer Bodenverdrängung durch das Vortriebsgerät arbeitet, in größeren
Tiefen und bei festen Böden große Schwierigkeiten entstehen, da dann das Gerät wegen
des zu großen Widerstandes nicht vorwärts zu bewegen Ist.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die bisher auf diesem
Gebiet noch bestehenden Nachteile zu beseitigen, und löst diese Aufgabe in erster
Linie dadurch, daß eine der Breite der herzustellenden Grundmauer entsprechende
Schürfvorrichtung abgesenkt
und der in der Vortriebsrichtung anstehende
Boden gelöst und abgefördert wird, worauf dann frische Betonmischung ini Schutze
der allseitig geschlossenen Baugruhe eingebracht und durch die Vortriebsmittel für
die Schürfvorrichtung verdichtet wird.
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Bei diesem Verfahren entstehen keine Bewegungen im Erdreich. Das Gerät
kann in größeren Tiefen arbeiten, da es den Boden nicht zu verdrängen braucht, also
auch kein übermäßig großer Kraftaufwand erforderlich ist.
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Im einzelnen kann das Verfahren insbesondere so ausgeführt werden,
daß die Arbeitsmaschine vor Beginn des Vortriebs so tief abgesenkt wird, daß etwaige,
die Vortriebsrichtung kreuzende Rohr- undfoder Kabelleitungen sowie auch Fundamente
unterfahren werden können, was ebenfalls ein Vorteil der Erfindung ist. Der als
Stütze für das Vortriebsgerät dienende Trägerrost wird nach dem Vordringen des Gerätes
um ein gewisses Stück mit Ausnahme des _l,.hschlußscliildes vom Vortriebsgerät angezogen
und in der neuen Stellung an dem Trägerrost ein zweiter Abschlußschild angesetzt,
worauf nach dem Ausbetonieren des zwischen beiden Abschlußschilden befindlichen
Zwischenraumes der erste Abschlußschild gezogen und der dadurch entstehende Zwischenraum
durch den durch das Vortriebsgerät verdichteten Beton geschlossen wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere des nach der Erfindung
ausgebildeten Vortriebsgerätes, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
des auf der Zeichnung schematisch dargestellten, zur Ausübung des Verfahrens dienenden
Gerätes.
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Abb. i zeigt schematisch einen Horizontalabschnitt durch die Tunnelstrecke
bei Anwendung des Vor triebsgerätes, und zwar von links nach rechts, zwei arbeitende
Vortriebsgeräte mit der anschließenden Grundmauer, die ausgesteifte Tunnelbaugrube
und schließlich den fertigen Tunnel.
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Abb. 2 gibt einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Erdreichs wieder,
der das Vortriebsgerät aufnimmt, nebst Vortriebsgerät und Hilfseinrichtungen in
Ansicht.
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Abb. 3 veranschaulicht einen Grundriß des ausgefahrenen, Abb. q. einen
Grundriß des eingefahrenen, Abb. 5 einen Grundriß des ausgefahrenen, in einer Kurve
arbeitenden° Vortriebsgerätes und Abb.6 einen Grundriß der Schürfwalze oder des
Schürfrades.
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Die zur Ausübung des Verfahrens benötigte Einrichtung besteht aus
einem Vortriebsgerät und verschiedenen Hilfseinrichtungen, die zweckmäßig in einem
Gerüst i zusammengefaßt sind. Das Vortriebsgerilt besteht aus der Schürfwalze oder
dem Schürfrad 2, das durch einen auf der Zeichnung nicht dargestellten Motorantrieb
von der Welle 3 aus in Drehung versetzt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel sind auf der \Velle 3 mehrere Schürfwalzen
oder Schürfräder 2 übereinander angeordnet. Jede Schürfwalze -2 hat eine beliebige
Anzahl, z. B. sechs Arme d., deren Enden als Schneiden 5 ausgebildet sind. Zwischen
je zwei Armen befindet sich eine Kammer 6, die durch eine nachgiebige Wand 7 verschlossen
ist. Die Wände 7 sind in den Punkten 8 an den Arenen .1. angelenkt und durch sich
gegen die Arme legende Federn g nachgiebig gestützt. Die Arme 4. sind durch Schrauben
io lösbar an der `Nabe der Schürfwalze befestigt, so da13 sie bei Bedarf nach Lösen
der Schrauben io ausgebaut werden können.
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Jede Schürfwalze 2 sitzt in einem Kopfstück i i, hinter dem Pressen
12. 13 vorgesehen sind, die über .Arme 14, i 3 mit einem Trägerrost 16 in Verbindung
stehen. gegen den sich der Abschlußschild 17 legt. Vorteilhaft werden die Pressen
als Spindelwinden ausgebildet, deren Gewindespindeln -Muttern 18, icg tragen, an
denen die finit dein Trägerrost 16 gelenkig verbundenen Arme oder Streben 14., 15
gelenkig angreifen. Pressen und Schürfwalze sowie Trägerrost sind von Seitenwänden
2o, 21 begrenzt. jeder Schürfwalze ist ein Elektromotor 22 zugeordnet, der zum Antrieb
der Spindelwinden oder Pressen dient.
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Innerhalb des Vortriebsgerätes ist ferner ein Becherwerk 23 vorgesehen,
das zum Fördern des von den Schürfwalzen gelöstenErdreiches dient. über diesem Becherwerk
befindet sich ein weiteres Becherwerk 24, das in dein Gerüst i. das die Hilfseinrichtungen
trägt und somit das Hilfsgerät darstellt. pendelnd oder verschiebbar aufgehängt
ist. Da nämlich die Bewegungen des Hilfsgerätes i und des Vortriebsgerätes unabhängig
voneinander sein sollen, darf das Becherwerk24 nicht starr senkrecht angebracht
sein. sondern inur, entsprechend den verschiedenen Vorwärtsbewegungen des Vortriebsgerätebeweglich
gelagert sein.
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Neben dein Becherwerk 24. sind im Hilfsgerät i noch eine Betonmischmaschine,
eine Kompressoranlage, zwei Winden für das Aufziehen der Becherwerke und für die
Abschlußschilde, eine Winde für die Vorwärtsbewegung des Hilfsgerätes, eine Winde
für den Kiesladekran und eine kleine Winde für das Schüttrohr vorhanden. Das obere
Becherwerk 24. und der Schüttrichter 2; müssen seitlich verschiebbar angeordnet
sein. damit finit dein Hilfsgerät auch dann gearbeitetwerden
kann,
wenn Bauwerke dicht an die Baugrube heranreichen.
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Die vorstehend kurz beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt.
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Vor Aufnahme der Arbeiten wird das Vortriebsgerät wie bei einer Brunnengründung
abgesenkt. Hierbei sind die Förderwalze, die Pressen, der Trägerrost und der Sohlenverschluß
unter dem Becherwerk noch nicht eingebaut. Die Vorderseite ist durch einen halbrunden,
die Rückseite durch einen flachen Schild geschlossen. Beide Schilde -werden nach
fertiger Montage des Gerätes gezogen. Das Vortriebsgerät wird aus einzelnen Meterabschnitten
zusammengesetzt, so daß es allen erforderlichen Höhen der Grundmauern angepaßt werden
kann.
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Nachdem die Absenkung und :Montage des Vortriebsgerätes erfolgt ist
und beide Schilde gezogen sind sowie das Hilfsgerät i in seine Stellung gebracht
worden ist, beginnt das Arbeiten. Das Vortriebsgerät, dessen Schürfwalze bzw. Schürfwalzen
2 über die Welle 3 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben werden, bewegt
sich im horizontalen Sinne, und zwar wird es durch die Pressen-oder Spindelwinden
12, 13, die von einem Motor 22 angetrieben werden, vorwärts gedrückt. Die vor der
Schürfwalze 2 befindlichen Bodenmassen werden von den Schneiden 5 der Arme 4 gelöst
und drücken die beweglichen Wandteile 7 entgegen dem Druck der Feder 9 nach innen.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß nicht mehr Boden von der Schürfwalze aufgenommen
werden kann, als durch den Vortrieb des Gerätes bedingt ist. Die Kammern 6 öffnen
sich erst dem Erfordernis der Bodenverdrängung entsprechend, wenn der Druck des
Erdreichs beim Vortrieb größer als der aktive Erddruck wird. Erfolgt kein Vortrieb,.
so kann auch bei rotierender Schürfwalze 2 kein Erdeinbruch erfolgen, da die Förderkammern
6 geschlossen bleiben.
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Das von den Schürfarmen .4 gelöste und in dem durch die Arme 7 freigegebenen
Raum der Kammern befindliche Erdreich wird durch die rotierende Schürfwalze in den
Raum hinter der Walze gebracht und von hier durch das Becherwerk 23 in den Trichter
26 gefördert, von wo es mit dem Becherwerk 24 auf ein Transportband 27 o. dgl. gebracht
und von hier weiter, z. B. in die Verladewagen, befördert wird.
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Die Spindelwinden i2, 13 bewegen nun das Gerät abschnittweise, und
zwar z. B. jeweils um etwa ein Meter vorwärts. Ist das Gerät so weit vorgeschritten,
dann ziehen die Spindeln den Trägerrost i6, gegen den sie sich abgestützt haben,
mit Ausnahme des Abschlußschildes 17 wieder an. Pann wird 12 -
ein
zweiter Schild 28 an den Trägerrost 16 angesetzt. In den freien Raum zwischen den
beiden Abschlußschilden 17, 28 -wird nun zunächst, falls erforderlich, eine
Eisenarmierung eingebracht, und anschließend wird der Wandabschnitt betoniert und
der Abschlußschild 17 gezogen. So wird abwechselnd mit zwei Schilden gearbeitet.
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Läßt sich der Abschlußschild wegen eines darüberliegenden Hindernisses,
wie z. B. einer Rohrleitung ö. dgl., nicht ziehen, so muß mit geteilten Schilden
gearbeitet werden, die beim Betonieren in Abschnitten ausgebaut werden. Beim weiteren
Vortrieb des Gerätes wird der Beton durch die den Vortrieb erzeugenden Kräfte, die
als Reaktionskräfte wirken, derart verdichtet, daß die durch die vorwärts gleitenden
Eisenwände 20, 21 entstehenden Hohlräume ausgedrückt werden. Eine Bodensetzung
außerhalb der Wand kann daher nicht eintreten.
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Die Anordnung kann nun so getroffen sein, daß der Kopf des Vortriebsgerätes
gesteuert werden wird. Die Steuerung erfolgt im Prinzip genau so wie bei einem Wagen,
indem der Kopf i i, der die Schürfwalze 2 trägt. gegenüber dem übrigen Teil in gewissem
Umfang verschwenkbar -ist. Hierdurch läßt sich bei dein Vortriebsweg eine Kurve
mit einem Radius bis etwa 20 m erzielen. Das Gerät verläuft immer parallel zur Wandachse,
d. h. im U-Bahnbau parallel zur Schienenoberkante. Die Stellung des Geräts ist also
nicht immer lotrecht, sondern es wird stets senkrecht zur Wandachse geführt. Bei
Gefälleänderungen wird durch entsprechend gesteuerten und ungleichmäßigen Hub der
Winden das Gerät normal zum neuen Gefälle gekippt. Das erfolgt dadurch, daß sich
der Weg der Spindelpressen untereinander wie ihr Abstand von dem Kippmittelpunkt
verhalten muß. Damit beim Kurvenfahren und bei Gefälleänderungen die Spindelpressen
sich verschieden schnell bewegen können, muß zwischen ihnen ein Differentialgetriebe,
ähnlich wie beim Kraftwagenantrieb, eingeschaltet sein.
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Das Vortriebsgerät kann mit seiner Oberkante in Geländehöhe verlaufen.
In Stadtstraßen wird die Oberkante jedoch zweckmäßigerweise auf der Sohle einer
kanalmäßig ausgeschachteten und ausgesteiften, etwa 2 bis 2,5o m unter Geländeoberkante
verlaufenden Baugrube geführt. Auf diese Weise können Rohr- und Kabelkreuzungen
unterfahren -werden.
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Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Schürfwalze ist als Universalgerät
für die meisten vorkommenden Bodenarten zu gebrauchen. Es ist jedoch möglich, für
Sonderfälle Spezialgeräte anzuwenden, wie z. B. bei
schwerem _Iergelboden
mit Findlingen. Da bei solchen Bodenarten zwar eine große Widerstandsfähigkeit vorliegt,
andererseits aber keine Gefahr eines Bodeneinbruches bestellt, so kann man auf die
geschlossenen Kammern verzichten. An Stelle der Schürfarme können dann pflugartige
Schneidenvorgesehenwerden.
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Die Schürfarme werden naturgemäß hoch beansprucht, vor allen Dingen
dann, wenn sich Hindernisse im Erdreich befinden. Daher müssen die Schürfarme des
Vortriebsgerätes so dimensioniert sein, daß sie mittlere Steine, die sich zwischen
zwei Schürfarmen einklemmen wollen, brechen. Bei größeren Findlingen wird die Schürfwalze
automatisch, z. B. durch einen eingebauten Ausschalter, abgeschaltet, d. h. der
Antriebsmotor stillgesetzt. Falls ein größeres Hindernis vorliegt, müssen ein oder
mehrere Arme vom Innern des Gerätes aus ausgebaut werden, was leicht möglich ist,
da ja hierzu nur die Schrauben, die die Arme mit der X;abe verbinden, gelöst zu
werden brauchen. Durch den Ausbau der Arme wird genügend Raum geschaffen, um Preßluftgeräte
ansetzen zu können, mit denen das Hindernis zertrümmert wird. Die leichte Ausbaumöglichkeit
der Arme der Schürfwalze ist auch dann von Vorteil, "venn einmal ein Arm brechen
sollte und durch eitlen anderen ersetzt werden muß.
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Wie schon erwähnt, sind neben dem Vortriebsgerät noch zwei Becherwerke
23, 24. vorgesehen. Die Leistung dieser Becherwerke muß gleich derjenigen der Schürfwalze
oder größer als diese sein, damit das Ausstoßen des Erdreichs aus den Förderkammern
der Walze einwandfrei erfolgen kann. Beide Becherwerke werden von je einem auf der
Zeichnung nicht dargestellten, in dein Kopfstück jedes Becherwerkes untergebrachten
Elektromotor angetrieben. Das untere Becherwerk 23 ist zwischen Leitschienen 23'
angeordnet, so daß es schnell und leicht ein- und ausgefahren ,-erden kann.
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Das obere BecherWerk 24 ist im Gerüst i des sogenannten Hilfsgerätes
pendelnd aufgehängt. Dieses Becherwerk 24. gibt das Erdreich auf das waagerechte
Verladeband 27 ab, mit dem Lastzüge für die Bodenabfuhr unmittelbar beladen «erden
können. Beide Becherwerke 23, 24. können durch das Hilfsgerät ausgefahren werden.
Das Ausfahren des oberen Becherwerks 2.1 wird notwendig. wenn das Gerät unter einer
Rohrleitung oder Kabelkreuzung hindurchfährt. Für die Zeit des Durchlaufens unter
einer solchen Leitungskreuzung muß der Boden vom unteren Becherwerk 23 von Hand
abgenommen werden. Das Ausfahren des unteren Becherwerkes 23 wird bei Betriebsstörungen
erforderlich. so z. B. wenn das Gerät auf ein Hindernis stößt. Läuft das Wandvortriebsgerät
z. 13. unter einem Haus durch, dann kann das Hilfsgerät i nicht folgen. Der Boden
wird an dem unteren Becherwerk 23 abgeworfen und muß von Hand abgenommen und durch
den Keller transportiert werden. Der Betrieb ,wird hierdurch naturgemäß langsamer
vor sich gelten als auf der unbehinderten Strecke, ist trotzdem aber noch ganz erheblich
einfacher als bei der bisherigen Arbeitsweise durch langwieriges Abtäufen einzelner
Schächte. Beim Betonbetrieb muß man das Mischgut von der Mischmaschine dein Vortriebsgerät
mittels Schubkarren oder anderer Transportmittel zuführen.
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Der Mischmaschine werden die Zuschlagstoffe mittels Schwenkkran direkt
vom Lastzug zugeführt. Das Mischgut gelangt durch den Trichter 25 und zusammenschiebbare
Schüttrohre in den Schacht.
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Bei Grundwasserandrang muß für das Vortriebsgerät eine Tiefbruimenwasserhaltung
eingebaut werden.
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Bei der Anwendung der Bauweise gemäß der Erfindung ergeben sich somit
erhebliche Vorteile, die z. B. für den Unterpflasterbahnbau zusammengefaßt im wesentlichen
folgende sind: i. Die Baukosten auf der normalen Tunnelstrecke werden geringer als
bisher. Durch Fortfall der Haussicherungen und Vereinfachung der Hausunterfahrungen
werden beträchtliche Zeit- und Geldersparnisse erzielt.
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3. Durch starke Verminderung von Hausschäden, die sonst durch Bodensenkungen.
Rammerschütterungen usw. entstehen, und durch Nichtinanspruchnahme von Kellerräunien
werden Entschädigungen gespart.
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.1. Einbauholz für die Baugrubenbegrenzung wird überhaupt nicht benötigt.
Es entfällt also der bisher bestehende Übelstand, daß Holz im Erdreich verbleibt.
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5. Der Eisenbedarf für die Baugrubenauskleidung ist wesentlich geringer,
da Rammträger fortfallen.
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6. Die Standsicherheit der Baugrube ist größer.
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7. Der Tunnel kann mit dem Löffelbagger ausgeschachtet werden, da
die Wände vor dem Ausschachten hergestellt und der Steifenla genabstand vergrößert
«erden kann.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bauweise und der zu ihrer Durchführung
vo@-geschlagenen Mittel sind. wie diese kurze Zusammenfassung zeigt, erheblich.