EP0205853A2 - Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Tunnels, Stollens oder dergleichen im Schildvortrieb sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Tunnels, Stollens oder dergleichen im Schildvortrieb sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Download PDF

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EP0205853A2
EP0205853A2 EP86106275A EP86106275A EP0205853A2 EP 0205853 A2 EP0205853 A2 EP 0205853A2 EP 86106275 A EP86106275 A EP 86106275A EP 86106275 A EP86106275 A EP 86106275A EP 0205853 A2 EP0205853 A2 EP 0205853A2
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EP
European Patent Office
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formwork
shield
lining
section
elements
Prior art date
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EP86106275A
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EP0205853A3 (en
EP0205853B1 (de
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Widmann Aktiengesel Dyckerhoff
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Walter Bau AG
Original Assignee
Dyckerhoff and Widmann AG
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Publication date
Application filed by Dyckerhoff and Widmann AG filed Critical Dyckerhoff and Widmann AG
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Publication of EP0205853A3 publication Critical patent/EP0205853A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/087—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/0873—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a tubular underground cavity, e.g. a tunnel, tunnel or the like, in which pasty material is introduced into the space between the rock and the lining during the course of the tunneling, and a device for carrying out this method.
  • a tubular underground cavity e.g. a tunnel, tunnel or the like
  • tunneling shield is guided telescopically at its rear end on the part of the lining that has already been produced. As a result, he is restricted in his movement options, which makes cornering difficult.
  • the invention is based on the object in the manufacture of a tubular underground cavity, the lining of which consists of hardening material introduced in place during the course of the advance, and a layer of a pasty material is introduced into the space between the lining and the rock, to create a way to install built-in parts, eg reinforcement, to be able to install and to ensure the controllability of the tunnel shield.
  • this object is achieved procedurally in that the lining in successive construction sections on site by introducing hardening material, e.g. Concrete is made into the space between an inner formwork and an outer formwork, which is delimited on the face side by a stimulation formwork that can be moved in the direction of advance, that the pasty material is introduced in the course of advancing the tunneling shield and the outer formwork after the material of the last manufactured section has hardened, and the stimulating formwork the implementation of the inner formwork is advanced, wherein the outer formwork is lifted in the radial direction from the outer surface of the last manufactured section of the lining before being advanced.
  • hardening material e.g. Concrete is made into the space between an inner formwork and an outer formwork, which is delimited on the face side by a stimulation formwork that can be moved in the direction of advance, that the pasty material is introduced in the course of advancing the tunneling shield and the outer formwork after the material of the last manufactured section has hardened, and the stimulating formwork the implementation of the inner formwork is advanced, wherein
  • the outer formwork is expediently advanced at the same time as the tunneling shield.
  • an axial compressive force can be exerted on the end face of the last manufactured section of the lining while the advance shield and / or the outer formwork is being pushed against the inner formwork.
  • a device for carrying out the method expediently consists of a jacking plate equipped with jacking presses with a shielding jacket and devices arranged on the inside thereof for pressing the pasty material into the space between the lining and the rock and, in addition to an inner formwork following the jacking, against which the Support jacking presses, on the inside of the shield shell an outer formwork and a ring-shaped formwork for each section of the lining, the outer formwork being designed so that it transmits the pressure generated during the manufacture of the section directly to the shield shell and for advancing the tunnel shield by widening can be lifted off the surface of this section.
  • the outer formwork can be expediently connected to the shield jacket.
  • the formwork can be displaceable in the direction of advance relative to the outer formwork; it can also be connectable to the external formwork.
  • the end formwork is expediently designed in such a way that axial compressive forces can be exerted on it at least during the advancement of the tunneling shield on the end face of the last section of the lining produced.
  • the front formwork can be supported against the driving shield by means of cylinder-piston units with an axial direction of action.
  • the outer formwork expediently consists of a plurality of lamellar formwork elements running in the direction of advance and arranged closely next to one another, the inner surface of which facing away from the shield shell forms the formwork skin.
  • This inner surface can be formed in each case on a formwork panel which is designed to be rigid over the width of the respective formwork element and over a length which is greater than the length of the lining section to be produced in each case.
  • the longitudinal and transverse walls of the formwork elements are expediently shortenable in the radial direction, but are designed to be tensile; they can at least partially consist of elastic material, such as rubber, plastic or the like, and be designed like a bellows.
  • the formwork elements thus enclose a closed cavity and can be acted upon by a pressure medium such as air, water, oil or the like.
  • the formwork elements expediently each have a rear wall abutting the inner surface of the shield casing. They can also be interchangeable.
  • Lines for pressing material to fill in the cavity between the rock and the lining can be provided within the formwork elements; these lines can also be integrated into the formwork elements.
  • the formwork elements provided with lines are expediently arranged at regular intervals over the circumference of the shield jacket.
  • the basic idea of the invention is, in addition to the implementable inner formwork, to also provide an outer formwork for the lining and to produce it in successive construction sections, the tunneling shield and the outer formwork being advanced only after the last section that has been produced has hardened.
  • the controllability of the tunneling shield when advancing is made possible in that the outer formwork can be lifted outward in the radial direction from the surface of the last section of the lining. This not only frees the outer formwork from the lining, but also creates a free space between the lining and the shield jacket, in which the driving shield can be pivoted by a certain amount of angle to enable cornering.
  • the front formwork exerts an axial pressure on the last section of the lining produced and pasty material is introduced under pressure into the space between the lining and the rock.
  • the tunneling shield (1) shown in longitudinal section in FIG. 1 is intended for tunneling tunnels or tunnels or the like.
  • the basic structure of the tunneling shield (1) includes a shield jacket (2) with a shield tail area (3).
  • On the face of the tunneling shield (1) there are tunneling tools (4) arranged for the mining of the mountains or soil.
  • the degraded material is conveyed from a degradation chamber (5), which may be filled with water or thixotropic liquid, in a manner known per se, for example by means of a screw conveyor (6).
  • the tunneling shield (1) is supported for the advance by means of tunneling presses (7) in relation to the inner formwork (8) for the tunnel lining (9).
  • the inner formwork (8) consists of individual annular sections (8a, 8b, 8c, etc.), which are implemented according to the advance.
  • the sections are designed like tubbing, i.e. they consist of individual parts (8 ') and a keystone (8 ") (Fig. 2).
  • outer formwork (10) for each ring section of the lining (9), which consists of a number of lamellar formwork elements (10 ').
  • These formwork elements (10 '), which will be explained in more detail in connection with FIGS. 3 and 4, are penetrated in the axial direction by lines 11 which serve to press in a pasty mixture which forms an intermediate layer (12) into the intermediate space between the mountains (13) and the lining (9) is introduced.
  • the formwork elements (10 ') in the area of the shield tail (3) also form an annular formwork for the pasty material; the space between the outer formwork and the lining (9) is sealed by a shield tail seal (14).
  • annular stimulating formwork 15
  • lining 9
  • driving shield cylinder-piston units (16) mounted on the driving shield (1) (1) is movable.
  • the tunneling shield (1) has advanced one section length; the outer formwork - (10) together with a ring section - (8a) of the inner formwork (8) and the face formwork - (15) define an annular cavity (17) into which concrete is inserted after the installation of a reinforcement cage (18) by press-in lines (19) is introduced.
  • the formwork element (10 ') of the outer formwork is shown in greater detail in FIGS. 3 and 4 in an enlarged but circumferentially shortened section from the cross section of FIG. 2.
  • the formwork element (10 ') consists of a flat hollow body which is adapted in the transverse direction to the curvature of the shield casing (2) and which has an inner formwork panel (19), an outer rear wall (20) and longitudinal walls (21) and - not shown in the illustration - Has end walls.
  • the longitudinal walls (21) consist of a flexible material, e.g. Rubber, plastic or the like, which can be transferred from the concreting position shown in FIG. 3 by elastic deformation into the radially shortened position shown in FIG. 4.
  • the formwork plate (19) While the rear wall (20) of the formwork elements (10 ') lies against the inside of the shield casing - (2), the formwork plate (19) must not only have the respective width of the formwork elements, but also a length which is greater than the length (1) a section of the lining (9) be designed to be rigid (FIG. 6).
  • the formwork sheet - (19) lies on the one hand on the outer peripheral surface (29) of the formwork (15) and on the other hand on the outer edge (22) of the last section (8b) (Fig. 5).
  • the formwork panel (19) is elastically yieldingly connected via a spacer bar (25) or directly to the rear wall (20) (FIG. 6).
  • the formwork elements (10 ') are arranged closely next to one another in the circumferential direction, so that the formwork panels (19) touch at their longitudinal edges in joints (26).
  • the lines (11) are arranged within at least some of these formwork elements, through which the pasty material for forming the intermediate layer (12) can be pressed.
  • a print medium e.g. Air, water or oil
  • a pressure medium By applying a pressure medium, the shape shown in Fig. 3 is achieved, in which the radial longitudinal walls (21) appear stretched.
  • the longitudinal walls (21) must be tensile in the radial direction so that the radial distance between the formwork panel (19) and the rear wall (20) is always maintained.
  • Filling the inner cavities of the formwork elements (10 ') with a pressure medium causes the inner formwork plate (19) to be supported directly against the rear wall (20) or the shield casing (2), so that when a section of the lining (9) is concreted occurring forces are transferred directly to the shield jacket (2).
  • the flexible, resilient connection of the formwork panel (19) and the rear wall (20) on their longitudinal and transverse sides has the effect that a reduction in their radial thickness can occur when part of the pressure medium is extracted from the cavities of the formwork elements (10 ') (Fig. 4).
  • the longitudinal walls (21) deform approximately like bellows.
  • In the area of the end faces (23 and 24) there are joint-like connections that make it possible for the formwork plate (19) to lie against the boundary of the line (11) or a corresponding spacer. In this way it is possible to lift the formwork panels (19), which form the outer formlining for each section of the lining (9), in the radial direction from the hardened concrete, similar to the case with concrete structures with a freely accessible surface.
  • FIGS. 5 to 8 show successive working phases in a somewhat shortened and excessive representation.
  • Fig. 5 shows a working phase in which the section (9b) of the lining was last produced.
  • the driving shield (1) with the shield casing - (2) and the formwork elements (10 ') and the front formwork (15) is in a position in which an annular cavity (17) is formed. Installation parts can be inserted into this cavity (17), e.g. Reinforcement cages (18) (Fig. 6).
  • the formwork elements (10 ') are in this phase in the extended state, i.e. the formwork panels (19) rest on (22) on the last manufactured section (9b) and on the other hand on the annular face formwork (15).
  • the cavity enclosed by the formwork elements (10 ') is filled with a pressure medium which transfers the pressure of the concrete mixture now to be filled into the cavity (17) directly to the shield jacket (2).
  • Fig. 6 shows the state in which the cavity (17) is closed by the ring section (8a) of the inner formwork, which in turn rests on the inner peripheral surface (27) of the end formwork (15).
  • the driving shield With continuous pressing of pasty material through the lines (11), the driving shield is pushed further in the direction of the arrow (28) until it has reached the position shown in FIG. 5 for the section (9b) in the section (9a) the inner formwork plate - (19) of the formwork elements (10 ') still rests on the last section (9a).
  • the shield tail seal (14) seals the cavity between the outer formwork (10) and the outer surface of the lining (9), so that the pasty material can be pressed into the space under pressure.
  • the jacking presses (7) are supported against the inner formwork (8); by means of the forehead formwork presses (16), an axial pressure is exerted on the last formwork (9a) of the lining via the forehead formwork (15) in order to hold it in position until the entire outer space to the rock (13) with pasty material is filled.
  • the individual sections - (9a, 9b, 9c etc.) in the ring joints they can, as shown in FIGS. 5 to 8, be provided with teeth.
  • the face formwork (16) is also used to advance the face formwork (15) and the formwork plates (19) of the formwork elements (10 ') are again applied to the outer surface by applying pressure medium Bring the front edge of the section (9a) and the outer peripheral surface (29) of the front formwork (15), so that the position shown in Fig. 5 is reached again and a new operation can take place.
  • the formwork elements (10 ') are retracted during the advancement of the tunneling shield (1), so that a between the front formwork (15) or the lining (9) and the outer formwork or the shield casing (2) There is free space, which makes it possible for the driving shield (1) to be pivoted through an angle when it is approaching the part of the lining (9) that has already been completed (FIG. 8). This enables the heading shield to corner.

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Abstract

Beim Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Tunnels, Stollens oder dergleichen im Schildvortrieb wird die Auskleidung - (9) im Zuge des Vortriebs in aufeinanderfolgenden Bauabschnitten (9b) an Ort und Stelle durch Einbringen von Beton in den stirnseitig durch eine Stirnschalung (15) begrenzten Hohlraum (17) zwischen einem Abschnitt (8a) einer Innenschalung und einer aus einzelnen Schalelementen (10') bestehenden Außenschalung hergestellt. Da der Vortriebsschild und die Stimschalung (15) nach dem Erhärten des Betons des jeweils zuletzt hergestellten Abschnitts vorgeschoben werden, bleibt vor dem Umsetzen des betreffenden Abschnitts (8a) der Innenschalung ein ringförmiger Hohlraum, der von der Innenseite des Vortriebsschildes her zugänglich ist und in den Einbauteile, z.B. Bewehrungselemente (18), eingelegt werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Tunnels, Stollens oder dergleichen, bei dem im Zuge des Vortriebs pastöses Material in den Zwischenraum zwischen dem Gebirge und der Auskleidung eingebracht wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
  • Es ist bekannt, zwischen der Außenfläche der den Gebirgsdruck aufnehmenden Auskleidung eines unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Verkehrstunnels, und dem Gebirge eine Schicht aus einem Material anzuordnen, das bei Relativverschiebungen zwischen dem Gebirge und der Auskleidung durch plastische Verformung die gegenseitige Übertragung von Kräften begrenzt (DE-OS 33 32 242). Diese Schicht kann aus einem Tonmineral, z.B. Bentonit, bestehen, das als pastöse Mischung mit Wasser, gegebenenfalls auch mit Füllstoffen mit dem Fortschreiten der Herstellung der Auskleidung eingebracht werden soll.
  • Es ist weiterhin z.B. aus der DE-OS 30 15 210 bekannt, Tunnelauskleidungen aus Ortbeton mittels einer Schildvortriebsmaschine in der Weise herzustellen, daß der Beton an Ort und Stelle zwischen einer dem Vorschub eines Vortriebsschildes folgenden Innenschalung und dem anstehenden Gebirge oder Erdreich eirigebracht wird. Dabei wird die aus einzelnen tübbingartigen Schalungselementen bestehende Innenschalung im Zuge des Vortriebs laufend umgesetzt, jedoch immer so, daß die Stimschalung für den einzubringenden Beton den Raum zwischen dem Schildschwanz und der Innenschalung abdichtet. Somit besteht keine Möglichkeit, in den die Auskleidung bildenden Beton Einbauteile, wie z.B. Bewehrungselemente, Fugenbänder oder dergleichen einzubringen.
  • Bei der Herstellung von Tunnelauskleidungen in Ortbeton besteht ein weiteres Problem darin, daß der Vortriebsschild an seinem rückwärtigen Ende an dem bereits hergestellten Teil der Auskleidung teleskopartig geführt ist. Dadurch ist er in seinen Bewegungsmöglichkeiten eingeschränkt, was die Kurvenfahrt erschwert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, dessen Auskleidung aus an Ort und Stelle im Zuge des Vortriebs eingebrachtem erhärtendem Material besteht und wobei in den Zwischenraum zwischen der Auskleidung und dem Gebirge eine Schicht aus einem pastösen Material eingebracht wird, eine Möglichkeit zu schaffen, um in die Auskleidung Einbauteile, z.B. eine Bewehrung, einbauen zu können und die Steuerbarkeit des Vortriebsschildes sicherzustellen.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die Auskleidung in aufeinanderfolgenden Bauabschnitten an Ort und Stelle durch Einbringen von erhärtendem Material, z.B. Beton, in den stimseitig durch eine in Vortriebsrichtung verschiebbare Stimschalung begrenzten Zwischenraum zwischen einer Innenschalung und einer Außenschalung hergestellt wird, daß das pastöse Material im Zuge des nach dem Erhärten des Materials des zuletzt hergestellten Abschnitts erfolgenden Vorschiebens des Vortriebsschildes und der Außenschalung eingebracht und die Stimschalung vor dem Umsetzen der Innenschalung vorgeschoben wird, wobei die Außenschalung vor dem Vorschieben in radialer Richtung von der Außenfläche des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung abgehoben wird.
  • Zweckmäßig wird die Außenschalung zugleich mit dem Vortriebsschild vorgeschoben. Dabei kann während des Vorschiebens des Vortriebsschildes und/oder der Außenschalung unter Abstützung gegen die Innenschalung eine axiale Druckkraft auf die Stirnseite des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung ausgeübt werden .
  • Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens besteht zweckmäßig aus einem mit Vortriebspressen ausgerüsteten Vortriebsschild mit einem Schildmantel und an dessen Innenseite angeordneten Einrichtungen zum Einpressen des pastösen Materials in den Zwischenraum zwischen der Auskleidung und dem Gebirge und weist neben einer dem Vortrieb folgenden Innenschalung, gegen die sich die Vortriebspressen abstützen, an der Innenseite des Schildmantels eine Außenschalung und eine ringförmige Stimschalung für jeweils einen Abschnitt der Auskleidung auf, wobei die Außenschalung so ausgebildet ist, daß sie den beim Herstellen des Abschnitts entstehenden Druck unmittelbar auf den Schildmantel überträgt und zum Vorfahren des Vortriebsschildes durch Aufweiten von der Oberfläche dieses Abschnitts abhebbar ist.
  • Die Außenschalung ist zweckmäßig mit dem Schildmantel verbindbar. Die Stimschalung kann in Vortriebsrichtung gegenüber der Außenschalung verschiebbar sein; sie kann auch mit der Außenschalung verbindbar sein.
  • Zweckmäßig ist die Stirnschalung so ausgebildet, daß über sie zumindest während des Vorschiebens des Vortriebsschildes axiale Druckkräfte auf die Stirnseite des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung ausübbar sind. Zu diesem Zweck kann die Stirnschalung mittels Zylinder-Kolben-Einheiten mit axialer Wirkungsrichtung gegenüber dem Vortriebsschild abgestützt sein.
  • Die Außenschalung besteht zweckmäßig aus einer Mehrzahl von lamellenförmigen, in Vortriebsrichtung verlaufenden und dicht nebeneinander angeordneten Schalungselementen, deren dem Schildmantel abgewandte Innenfläche die Schalhaut bildet. Diese Innenfläche kann an jeweils einer Schalplatte gebildet sein, die über die Breite des jeweiligen Schalungselements sowie über eine Länge, die größer ist als die Länge des jeweils herzustellenden Auskleidungsabschnitts biegesteif ausgebildet ist.
  • Zweckmäßig sind die Längs-und Querwände der Schalungselemente in radialer Richtung verkürzbar, aber zugfest ausgebildet; sie können zumindest teilweise aus elastischem Werkstoff, wie Gummi, Kunststoff oder dergleichen bestehen und faltenbalgartig ausgebildet sein. Die Schalungselemente umschließen so einen geschlossenen Hohlraum und sind durch ein Druckmedium, wie Luft, Wasser, Öl oder dergleichen beaufschlagbar.
  • Zweckmäßig weisen die Schalungselemente jeweils eine an der Innenfläche des Schildmantels anliegende Rückwand auf. Sie können auch auswechselbar sein.
  • Innerhalb der Schalungselemente können Leitungen zum Einpressen von Material zum Ausfüllen des Hohlraums zwischen Gebirge und Auskleidung vorgeseheh sein; diese Leitungen können auch in die Schalungselemente integriert sein. Die mit Leitungen versehenen Schalungselemente sind zweckmäßig in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Schildmantels angeordnet.
  • Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, neben der umsetzbaren Innenschalung auch eine Außenschalung für die Auskleidung vorzusehen und diese in aufeinanderfolgenden Bauabschnitten herzustellen, wobei der Vortriebsschild und die Außenschalung jeweils erst nach dem Erhärten des jeweils zuletzt hergestellten Abschnitts vorgeschoben werden. Dies schafft die Voraussetzung dafür, die Stimschalung für den jeweils herzustellenden Abschnitt der Auskleidung schon vor dem Umsetzen der Innenschalung und unabhängig hiervon vorschieben zu können. Dadurch entsteht im Schutz des Schildmantels ein von der ,Stirnseite des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung, der Außenschalung und der Stirnschalung begrenzter ringförmiger Hohlraum, der von der Innenseite des Vortriebsschildes her zugänglich ist und in den Einbauteile, wie z.B. eine Bewehrung, Fugenbänder oder dergleichen eingebaut werden können. Erst nach dem Einbau dieser Einbauteile wird dieser ringförmige Hohlraum durch Umsetzen eines Abschnitts der Innenschalung geschlossen, so daß in diesen Ringraum der Beton für diesen Abschnitt eingebracht werden kann.
  • Die Steuerbarkeit des Vortriebsschildes beim Vorschieben wird dadurch ermöglicht, daß die Außenschalung in radialer Richtung nach außen von der Oberfläche des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung abhebbar ist. Dadurch kommt nicht nur die Außenschalung frei von der Auskleidung, sondern es entsteht zwischen der Auskleidung und dem Schildmantel ein Freiraum, in dem der Vortriebsschild um einen gewissen Winkelbetrag verschwenkt werden kann, um eine Kurvenfahrt zu ermöglichen.
  • Während des Vorschiebens des Vortriebsschildes, wobei sich die Vortriebspressen gegen die Innenschalung abstützen, wird mittels der Stirnschalung ein axialer Druck auf den zuletzt hergestellten Abschnitt der Auskleidung ausgeübt und wird in den Zwischenraum zwischen der Auskleidung und dem Gebirge pastöses Material unter Druck eingebracht. Dadurch wird einerseits der betreffende Abschnitt so lange gehalten, bis der Hohlraum zwischen Gebirge und Auskleidung satt ausgefüllt ist, sondern es wird auch der beim Vorziehen des Schildschwanzes entstehende Volumenverlust sogleich durch Nachpressen von pastösem Material ausgeglichen, so daß Hohlräume, die zu Setzungen Anlaß geben könnten, sich nicht bilden können.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1 einen etwas vereinfachten Längsschnitt durch einen Vortriebsschild mit Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
    • Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 1,
    • Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit Darstellung der die Außenschalung bildenden Schalungselemente im Betonierzustand,
    • Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Ausschnitt beim Vorschieben des Vortriebsschildes und die
    • Fig. 5 bis 8 in Teillängsschnitten durch den Schildschwanz einige aufeinanderfolgende Arbeitsphasen.
  • Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Vortriebsschild (1) ist für den Vortrieb von Tunnels, Stollen oder dergleichen bestimmt. Zum grundsätzlichen Aufbau des Vortriebsschildes (1) gehören zunächst ein Schildmantel (2) mit einem Schildschwanzbereich (3). An der Stirnseite des Vortriebsschildes (1) sind Vortriebswerkzeuge (4) für den Abbau des Gebirges bzw. Erdreichs angeordnet. Das abgebaute Material wird aus einer gegebenenfalls mit Wasser oder thixotroper Flüssigkeit gefüllten Abbaukammer (5) in an sich bekannter Weise gefördert, z.B. mittels eines Schneckenförderers (6).
  • Der Vortriebsschild (1) ist zum Zwecke des Vorschubs mittels Vortriebspressen (7) gegenüber der Innenschalung (8) für die Tunnelauskleidung (9) abgestützt. Die Innenschalung (8) besteht aus einzelnen ringförmigen Abschnitten (8a, 8b, 8c usw.), die entsprechend dem Vortrieb umgesetzt werden. Die Abschnitte sind tübbingartig ausgebildet, d.h. sie bestehen aus einzelnen Teilen (8') und einem Schlußstein (8") (Fig. 2).
  • An der Innenseite des rückwärtigen Teils des Schildmantels (2) ist eine Außenschalung (10) für jeweils einen Ringabschnitt der Auskleidung (9) angeordnet, die aus einer Anzahl von lamellenartigen Schalungselementen (10') besteht. Diese Schalungselemente (10'), die im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 noch näher erläutert werden, sind in axialer Richtung von Leitungen 11 durchsetzt, die zum Einpressen einer pastösen Mischung dienen, die zur Bildung einer Zwischenschicht (12) in den Zwischenraum zwischen dem Gebirge (13) und der Auskleidung (9) eingebracht wird. Die Schalungselemente (10') bilden im Bereich des Schildschwanzes (3) zugleich eine ringförmige Stimschalung für das pastöse Material; der Zwischenraum zwischen der Außenschalung und der Auskleidung (9) wird durch eine Schildschwanzdichtung (14) gedichtet.
  • Innerhalb der Außenschalung (10) indet sich noch eine ringförmige Stimschalung (15) für die Auskleidung (9), die mittels am Vortriebsschild (1) gelagerter Zylinder-Kolben-Einheiten (16) in axialer Richtung relativ zur Außenschalung (10) und zum Vortriebsschild (1) bewegbar ist.
  • In dem in Fig. 1 dargestellten Arbeitszustand ist als letzter der Auskfeidungsabschnitt (9b) hergestellt worden. Der Vortriebsschild (1) ist um eine Abschnittsiänge vorgefahren; die Außenschalung - (10) begrenzt zusammen mit einem Ringabschnitt - (8a) der Innenschalung (8) und der Stimschalung - (15) einen ringförmigen Hohlraum (17), in den nach dem Einbau eines Bewehrungskorbes (18) durch Einpreßleitungen (19) Beton eingebracht wird.
  • Eines der Schalungselemente (10') der Außenschalung ist in den Fig. 3 und 4 in einem vergrößerten aber umfangsmäßig verkürzten Ausschnitt aus dem Querschnitt der Fig. 2 ausführlicher dargestellt. Das Schalungselement (10') besteht aus einem flachen, in Querrichtung der Krümmung des Schildmantels (2) angepaßten Hohlkörper, der eine innere Schalplatte (19), eine äußere Rückwand (20) sowie Längswände (21) und -aus der Darstellung nicht erkennbare - Stirnwände aufweist. Die Längswände (21) bestehen aus einem biegeweichen Werkstoff, z.B. Gummi, Kunststoff oder dergleichen, der aus der in Fig. 3 gezeigten Betonierstellung durch elastische Verformung in die in Fig. 4 dargestellte radial verkürzte Stellung übergeführt werden kann.
  • Während die Rückwand (20) der Schalungselemente (10') an der Innenseite des Schildmantels - (2) anliegt, muß die Schalplatte (19) nicht nur über die jeweilige Breite der Schalungselemente, sondem auch über eine Länge, die größer ist als die Länge (1) eines Abschnitts der Auskleidung (9) biegesteif ausgebildet sein (Fig. 6). Die Schalplatte - (19) liegt im Betonierzustand einerseits auf der äußeren Umfangsfläche (29) der Stimschalung (15) und andererseits auf dem Außenrand (22) des zuletzt hergestellten Abschnitts (8b) auf (Fig. 5). An den Stirnseiten (23 und 24) ist die Schalplatte (19) über eine Distanzleiste (25) bzw. unmittelbar mit der Rückwand (20) elastisch nachgiebig verbunden _(Fig. 6).
  • Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind die Schalungselemente (10') in Umfangsrichtung dicht nebeneinander angeordnet, so daß sich die Schalplatten (19) an ihren Längsrändern in Fugen (26) berühren. Innerhalb zumindest einiger dieser Schalungselemente sind die Leitungen (11) angeordnet, durch die das pastöse Material zur Bildung der Zwischenschicht - (12) eingepreßt werden kann.
  • Die Schalungselemente (10'), die am Schildmantel (2) auswechselbar befestigt sind, bilden je für sich abgeschlossene Hohlräume; die mit einem Druckmedium, wie z.B. Luft, Wasser oder Öl beaufschlagt werden können. Durch Beaufschlagung mit einem Druckmedium wird die in Fig. 3 dargestellte Form erreicht, in der die radialen Längswände (21) gestreckt erscheinen. Die Längswände (21) müssen in radialer Richtung zugfest sein, so daß der radiale Abstand zwischen der Schalplatte (19) und der Rückwand (20) immer eingehalten wird. Die Ausfüllung der inneren Hohlräume der Schalungselemente (10') durch ein Druckmedium bewirkt die unmittelbare Abstützung der inneren Schalplatte (19) gegenüber der Rückwand (20) bzw. dem Schildmantel (2), so daß die beim Betonieren eines Abschnitts der Auskleidung (9) auftretenden Kräfte unmittelbar auf den Schildmantel (2) abgetragen werden.
  • Die biegeweiche, nachgiebige Verbindung der Schalplatte (19) und der Rückwand (20) an ihren Längs-und Querseiten bewirkt, daß bei Absaugung eines Teils des Druckmediums aus den Hohlräumen der Schalungselemente (10') eine Verringerung ihrer radialen Dicke eintreten kann (Fig. 4). Dabei verformen sich die Längswände (21) etwa faltenbalgartig. Im Bereich der Stirnseiten (23 und 24) herrschen gelenkartige Verbindungen vor, die es ermöglichen, daß sich die Schalplatte (19) an die Begrenzung der Leitung (11) bzw. einen entsprechenden Abstandhalter anlegt. Auf diese Weise ist es möglich, die Schalplatten (19), welche die äußere Schalhaut für jeweils einen Abschnitt der Auskleidung (9) bilden, in radialer Richtung von dem erhärteten Beton abzuheben, ähnlich wie dies bei Betonbauwerken mit frei zugänglicher Oberfläche der Fall ist.
  • Die Arbeitsweise nach dem erfindungsgemaßen Verfahren sowie der Betrieb der Vorrichtung werden nachstehend anhand der in etwas verkürzter und überhöhter Darstellung aufeinanderfolgende Arbeitsphasen zeigenden Fig. 5 bis 8 näher erläutert.
  • Fig. 5 zeigt eine Arbeitsphase, in der zuletzt der Abschnitt (9b) der Auskleidung hergestellt wurde. Der Vortriebsschild (1) mit dem Schildmantel - (2) und den Schalungselementen (10') sowie der Stirnschalung (15) befindet sich in einer Position, in der ein ringförmiger Hohlraum (17) gebildet ist. In diesen Hohlraum (17) können Einbauteile eingelegt werden, z.B. Bewehrungskörbe (18) (Fig. 6). Die Schalungselemente (10') befinden sich in dieser Phase in ausgefahrenem Zustand, d.h. die Schalplatten (19) liegen einerseits bei (22) auf dem zuletzt hergestellten Abschnitt (9b) und andererseits auf der ringförmigen Stirnschalung (15) auf. Der von den Schalungselementen (10') umschlossene Hohlraum ist mit einem Druckmedium gefüllt, das den Druck der nun in den Hohlraum (17) einzufüllenden Betonmischung unmittelbar auf den Schildmantel (2) überträgt.
  • Fig. 6 zeigt den Zustand, in dem der Hohlraum (17) durch den Ringabschnitt (8a) der Innenschalung geschlossen ist, der seinerseits an der inneren Umfangsfläche (27) der Stirnschalung (15) anliegt. Gegen die Stirnseite der lnnenschalung (8) stützen sich die Kolbenstangen (7a) der Vortriebspressen (7) ab, deren Zylinder (7b) am Vortriebsschild (1) gelagert sind.
  • Zur Vorbereitung des Vorschubs des Vortriebsschildes (1) nach dem Erhärten des Abschnitts - (9a) wird zunächst Druckmedium aus den Hohlräumen der Schalungselemente (10') abgelassen. Dadurch entsteht ein Unterdruck, durch dessen Wirkung sich die Schalplatten (19) von der Oberfläche der Auskleidung (9) abheben. Diese Stellung ist in Fig. 7 dargestellt. Unter Abstützung der Vortriebspressen (7) gegenüber der Innenschalung (8) und gleichzeitigem Einpressen von pastösem Material durch die Leitungen (11) zur Bildung der Zwischenschicht (12) beginnt dann der Vorschub des Vortriebsschildes (1).
  • Unter fortwährendem Einpressen pastösen Materials durch die Leitungen (11) wird der Vortriebsschild in Richtung des Pfeils (28) weiter vorgeschoben, bis er bezüglich des Abschnitts (9a) die in Fig. 5 für den Abschnitt (9b) dargestellte Stellung erreicht hat, in der die innere Schalplatte - (19) der Schalungselemente (10') noch auf dem zuletzt hergestellten Abschnitt (9a) aufliegt. Die Schildschwanzdichtung (14) dichtet dabei den Hohlraum zwischen der Außenschalung (10) und der Außenfläche der Auskleidung (9) ab, so daß das pastöse Material unter Druck in den Zwischenraum eingepreßt werden kann. Während dieser Zeit stützen sich die Vortriebspressen (7) gegenüber der Innenschalung (8) ab; mittels der Stirnschalungspressen (16) wird über die Stirnschalung (15) ein axialer Druck auf den zuletzt hergestellten Abschnitt (9a) der Auskleidung ausgeübt, um ihn so lange in Position zu halten, bis der gesamte äußere Zwischenraum zum Gebirge (13) mit pastösem Material gefüllt ist. Um eine etwaige Verschiebung der einzelnen Abschnitte - (9a, 9b, 9c usw.) in den Ringfugen zu erreichen, können diese, wie in den Fig. 5 bis 8 dargestellt, mit einer Verzahnung versehen sein.
  • Nachdem der Vortriebsschild (1) um eine Abschnittslänge vorgeschoben wurde, wird mittels der Stirnschalungspressen (16) auch die Stimschalung (15) vorgeschoben und werden die Schaipiatten - (19) der Schalungselemente (10') durch Beaufschlagung mit Druckmedium wieder zum Anliegen an der äußeren Vorderkante des Abschnitts (9a) und der äußeren Umfangsfläche (29) der Stirnschalung (15) gebracht, so daß die in Fig. 5 gezeigte Position wieder erreicht ist und ein neuer Arbeitsvorgang ablaufen kann.
  • Wesentlich für die Erfindung ist, daß während des Vorschiebens des Vortriebsschildes (1) die Schalungselemente (10') eingefahren sind, so daß zwischen der Stirnschaling (15) bzw. der Auskleidung (9) und der Außenschalung bzw.dem Schildmantel (2) ein Freiraum besteht, der es ermöglicht, .daß der Vortriebsschild (1) beim Vorfahren gegenüber dem bereits fertiggestellten Teil der Auskleidung (9) um einen gewinnen Winkel verschwenkt werden kann (Fig. 8). Dadurch wird die Kurvenfahrt des Vortriebsschildes ermöglicht.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines röhrenförmigen unterirdischen Hohlraums, z.B. eines Tunnels, Stollens oder dergleichen mit einer den Gebirgsdruck aufnehmenden Auskleidung im Schildvortrieb, bei dem im Zuge. des Vortriebs pastöses Material in den Zwischenraum zwischen dem Gebirge und der Auskleidung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (9) in aufeinanderfolgenden Bauabschnitten (9a, b, c usw.) an Ort und Stelle durch Einbringen von erhärtendem Material, z.B. Beton, in den stirnseitig durch eine in Vortriebsrichtung verschiebbare Stirnschalung (15) begrenzten Zwischenraum zwischen einer Innenschalung (8) und einer Außenschalung - (10) hergestellt wird, daß das pastöse Material im Zuge des nach dem Erhärten des Materials des zuletzt hergestellten Abschnitts erfolgenden Vorschiebens des Vortriebsschildes (1) und der Außenschalung (10) eingebracht und die Stimschalung (15) vor dem Umsetzen der Innenschalung (8) vorgeschoben wird, wobei die Außenschalung (10) vor dem Vorschieben in radialer Richtung von der Außenfläche des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung (9) abgehoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalung (10) zugleich mit dem Vortriebsschild (1) vorgeschoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorschiebens des Vortriebsschildes (1) und/oder der Außenschalung @10) unter Abstützung gegen die Innenschalung (8) eine axiale Druckkraft auf die Stirnseite des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung (9) ausgeübt wird.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einem mit Vortriebspressen ausgerüsteten Vortriebsschild, mit einem Schildmantel und an dessen Innenseite angeordneten Einrichtungen zum Einpressen des pastösen Materials in den Zwischenraum zwischen der Auskleidung und dem Gebirge, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer dem Vortrieb folgenden Innenschalung (9), gegen die sich die Vortriebspressen (7) abstützen, an der Innenseite des Schildmantels (2) eine Außenschalung (10) und eine ringförmige SfimschaIung - (15)'für jeweils einen Abschnitt der Auskleidung - (9) angeordnet sind, wobei die Außenschalung (10) so ausgebildet ist, daß sie den. beim Herstellen des Abschnitts entstehenden Druck unmittelbar auf den Schildmantel (2) überträgt und zum Vorfahren des Vortriebsschildes (1) durch Aufweiten von der Oberfläche dieses Abschnitts abhebbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalung (10) mit dem Schildmantel (2) verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimschalung (15) in Vortriebsrichtung gegenüber der Außenschalung (10) verschiebbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimschalung (15) mit der Außenschalung (10) verbindbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimschalung - (15) so ausgebildet ist, daß über sie zumindest während des Vorschiebens des Vortriebsschildes - (1) axiale Druckkräfte auf die Stirnseite des zuletzt hergestellten Abschnitts der Auskleidung (9) ausübbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimschalung (15) mittels Zylinder-Kolben-Einheiten (16) mit axialer Wirkungsrichtung gegenüber dem Vortriebsschild (1) abgestützt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalung (10) aus einer Mehrzahl von lamellenförmigen, in Vortriebsrichtung verlaufenden und dicht nebeneinander angeordneten Schalungselementen (10') besteht, deren dem Schildmantel (2) abgewandte Innenfläche die Schalhaut bildet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Schalungselemente (10') an jeweils einer Schalplatte (19) gebildet ist, die über die Breite des jeweiligen Schalungselements (10') sowie über eine Länge, die größer ist als die Länge des jeweils herzustellenden Auskleidungsabschnitts biegesteif ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs-und Querwände der Schalungselemente (10') in radialer Richtung verkürzbar, aber zugfest ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs-und Querwände zumindest teilweise aus elastischem Werkstoff, wie Gummi, Kunststoff oder dergleichen bestehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs-und Querwände faltenbalgartig ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaiungselemente (10') einen geschlossenen Hohlraum umschließen und durch ein Druckmedium, wie Luft, Wasser, Öl oder dergleichen beaufschlagbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalungselemente (10') jeweils eine an der Innenfläche des Schildmantels (2) anliegende Rückwand (20) aufweisen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalungselemente (10') auswechselbar sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schalungselemente (10') Leitungen (11) zum Einpressen von Material zum Ausfüllen des Hohlraums zwischen Gebirge (13) und Auskleidung (9) vorgesehen sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (11) in die Schalungselemente (10') integriert sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Leitungen - (11) versehenen Schalungselemente (10') in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Schildmantels (2) angeordnet sind.
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