EP0245542B1 - Vortriebsschild für das Vorpressen vorgefertigter Betonrohre zum Auffahren von Stollen und Tunneln in wasserführenden Böden oder Fliessböden - Google Patents

Vortriebsschild für das Vorpressen vorgefertigter Betonrohre zum Auffahren von Stollen und Tunneln in wasserführenden Böden oder Fliessböden Download PDF

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EP0245542B1
EP0245542B1 EP86200817A EP86200817A EP0245542B1 EP 0245542 B1 EP0245542 B1 EP 0245542B1 EP 86200817 A EP86200817 A EP 86200817A EP 86200817 A EP86200817 A EP 86200817A EP 0245542 B1 EP0245542 B1 EP 0245542B1
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filter
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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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0642—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield having means for additional processing at the front end
    • E21D9/0664—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield having means for additional processing at the front end with means for applying a coating layer to the front face, e.g. by spraying

Definitions

  • the invention relates to a jacking plate for the pre-pressing of prefabricated concrete pipes for opening tunnels or tunnels in water-bearing floors or flowing floors, which consists of a double-walled pressure ring with a funnel-like cutting head forming an annular cavity, a bulkhead wall provided with flaps which can be closed by flaps, and filter-like water drainage pipes.
  • the compressed air method in which the work space is delimited on site by a bulkhead wall which is provided with compressed air inlets and entry openings.
  • the compressed air supplied presses the water out of the ground on site and prevents it from flowing.
  • This method of operation has the disadvantage, however, that the working personnel are exposed to the overpressure of about 0.2 to 3.0 atmospheres in a way that is harmful to health when cleaning out on site, and that special locks are provided for pressure compensation behind the bulkhead wall have to.
  • the same disadvantages are also present in the embodiment known from DE-B 12 44 222, in which the work space is divided by a horizontal partition into an upper and a lower work chamber, which are subjected to different air overpressures in accordance with the water pressure.
  • the invention has for its object to design a tunneling shield of the generic type such that water-containing soil on the face is permanently drained by vacuum.
  • This object is achieved in that the cutting head is provided with filter elements and the cavity is connected to a vacuum device.
  • the vacuum device is part of the tunneling shield and is automatically carried along with the shield tunneling without the action of the vacuum on the ground having to be interrupted.
  • the water is continuously sucked off so that the soil maintains its stable condition and can be broken down safely.
  • a particularly favorable drainage can be achieved in that the filter elements are arranged in the lower region of the funnel-shaped inner wall of the cutting head and in the upper region of the pressure ring.
  • one or more double-walled bulkheads are preferably arranged in the shield space in front of the bulkhead wall, which are provided with filter elements and the cavity of which is connected to the vacuum device.
  • the filter elements can be designed differently depending on the soil conditions. For example, they can consist of lamellar filters, which are arranged in a frame that is interchangeably fastened in a cutout of the cutting head or the bulkhead, or they can also consist of sandwich-like filter screens that are interchangeable in cutouts of the cutting head or bulkhead are attached.
  • a bentonite layer can be sprayed onto the soil material in the shield area, so that the vacuum can build up again.
  • spray cans are provided in the ridge of the shield space and possibly under the bulkheads, which are connected to a bentonite line.
  • the flaps closing the working openings are expediently foldable in the direction of the pipe string and are provided with adjustable spring hinges, so that even heavy closing flaps can be closed quickly and easily by hand in the event of a risk of water ingress or during rest.
  • the driving shield 1 shown schematically in FIGS. 1 and 2 is pressed into the ground with the interposition of a compensating ring 2 via prefabricated concrete pipes 3 by means of hydraulic working cylinders (not shown).
  • the driving shield 1 consists essentially of a double-walled pressure ring 4 and a cutting head 5. Both parts are formed by an outer tube and an inner tube, the diameter of which is matched to the outer diameter and inner diameter of the concrete tubes 3 and which are welded to one another by spacer rings .
  • a bulkhead wall 7 is attached, to which a horizontal bulkhead 8 connects, which is fastened to the inner tube of the pressure ring 4 and the inner wall 6 of the cutting head 5 and extends with its front edge approximately to the surface formed by the annular cutting edge.
  • a horizontal bulkhead 8 connects to the inner tube of the pressure ring 4 and the inner wall 6 of the cutting head 5 and extends with its front edge approximately to the surface formed by the annular cutting edge.
  • an angled upward side wall 9 which, as shown in FIG. 1, forms a wedge-shaped, horizontally running cutting edge with the bulkhead 8 in longitudinal section.
  • the bulkhead wall 7 is provided at a height above and below the bulk floor 8 with working openings which can be closed by flaps 10, 11.
  • the flaps 10, 11 form a segment of a circle and can each be pivoted about a horizontal axis by means of adjustable spring hinges 12, 13. By adjusting the spring tension, even massive flaps 10, 11 can be operated quickly and easily.
  • the cutting head 5 has an annular cavity 14, and in a corresponding manner the front part of the bulk floor 8 also has a horizontal cavity 18. As shown in particular in FIG. 2, the cutting head 5 is in the lower region on its funnel-like inner wall 6 and in Provide the upper area on its outer tube with filter elements 15 which let water through and substantially retain solid particles.
  • the associated cavity 14 is connected to a vacuum pump (not shown) via two pipes 16 and coupling elements 17.
  • the inclined side wall 9 of the bulk floor 8 is also equipped with filter elements 15 and the cavity 18 is connected to the vacuum pump via pipes 19 and coupling elements 20.
  • the lower group of filter elements 15 assigned to the cutting head 5 extends over a partial arc. Their number and arrangement depends on the soil conditions.
  • the filter elements 15 of the cutting head 8 extend essentially over its width.
  • the soil cut by the cutting head 5 on site is dewatered to such an extent that it loses its flow properties, is stabilized and therefore, when the flaps 10, 11 are open, through the work openings from the upper and lower shield spaces 24, 25 can be cleared by hand or with the help of machines.
  • the vacuum is maintained even during the advance of the pipe string so that the drainage is not interrupted. With a correspondingly low groundwater level, the vacuum only needs to be applied to the lower and middle group of filter elements 15, or if the soil is waterless, the vacuum device can be switched off altogether.
  • a spray nozzle 21 is attached under the ridge of the pressure ring 4 and under the bulkhead 8, which can be connected via a bentonite line 22 and a coupling element 23 to a bentonite pump (not shown).
  • the filter elements 15 can be designed differently.
  • cutouts are provided in the inner wall 6, into which a frame 29 equipped with lamellar filter plates 30 is inserted with the interposition of a sealing ring 31.
  • the individual lamellae are attached obliquely to the frame 29, a small gap being present between their flat sides through which water can flow, but essentially solid particles are retained.
  • 3 also shows how the cavity 14 is delimited on its rear side by an annular rear wall 28.
  • filter sieves 33, 34 arranged in a sandwich-like manner are provided, which rest with their edges with the interposition of a sealing ring 35 on a collar 32 enclosing the cut-out edge and are detachably fastened.
  • a close-meshed filter screen 33 is arranged between two coarse-mesh filter screens 34 or grate screens or perforated plates.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild für das Vorpressen vorgefertigter Betonrohre zum Auffahren von Stollen oder Tunneln in wasserführenden Böden oder Fließböden, der aus einem doppelwandigen Druckring mit einem trichterartigen, einen ringförmigen Hohlraum bildenden Schneidkopf, einer mit durch Klappen verschließbaren Arbeitsöffnungen versehenen Schottenwand und filterartigen Wasserableitem besteht.
  • Beim Auffahren von Stollen oder Tunneln in wasserhaitigen Fließböden durch Schildvortrieb entstehen erhebliche Schwierigkeiten durch das Fließen des Erdreichs, welches auch bestehen bleibt, wenn das Erdreich durch Abpumpen und Senken des Grundwasserspiegels entwässert ist. Auch in diesem Falle bleibt das Kapillarwasser im Boden zurück verursacht das Fließen.
  • Zur Verhinderung eines solchen Fließens ist das Druckluftverfahren bekannt, bei dem der Arbeitsraum vor Ort durch eine Schottenwand abgegrenzt wird, welche mit Druckluftzuführungen und Einstiegsöffnungen versehen ist. Die zugeführte Druckluft preßt das Wasser vor Ort aus dem Erdreich und verhindert dessen Fließen. Diese Arbeitsweise hat jedoch den Nachteil, daß das Arbeitspersonal in einer die Gesundheit belastenden Weise beim Ausräumen vor Ort ständig dem im Arbeitsraum herrschen den Überdruck von etwa 0,2 bis 3,0 atü ausgesetzt ist und daß zum Druckausgleich hinter der Schottenwand besondere Schleusen vorgesehen sein müssen. Die gleichen Nachteile sind auch bei der aus der DE-B 12 44 222 bekannten Ausführung vorhanden, bei welcher der Arbeitsraum durch eine waagerechte Zwischenwand in eine obere und eine untere Arbeitskammer unterteilt ist, welche entsprechend dem Wasserdruck mit unterschiedlichem Luftüberdruck beaufschlagt werden. Zum Schutze des Arbeitspersonals ist bereits vorgeschlagen worden, in der unter Luftüberdruck stehenden Arbeitskammer Räummaschinen und Steuereinrichtungen unterzubrigen, welche von dem hinter der Schottenwand befindlichen, unter Atmosphärendruck stehenden Rohrraum aus gesteuert werden. Eine solche Arbeitsweise ist jedoch sehr aufwendig und störanfällig. Um die Aufräumarbeit in den Arbeitskammern vom Arbeitspersonal unter Atmosphärendruck ausführen zu können, ist aus der DE-A 28 01 616 bekannt, die Arbeitsräume zunächst mit Druckluft zu beaufschlagen und dann nacheinander zu entspannen und das Erdreich auszuräumen.
  • Weiterhin ist aus der DE-B 1 138 083 bekannt, den Arbeitsraum vor Ort dadurch zu entwässern, daß im Bereich des Tunnelfußes mehrere aus Filterrohren bestehende Vakuumlanzen mit dem Rohrvortrieb in die Ortsbrust eingespült werden. Diese leiten das Wasser ab, das ihnen durch die Druckluft zugeführt wird. Diese Arbeitsmethode hat aber Nachteil, daß die Vakuumlanzen mit dem Arbeitsfortschritt ständig neu eingespült werden müssen und hierfür nicht nur der Rohrvortrieb unterbrochen werden muß, sondern die Unterbrechung zu gefährlichen Fließerscheinungen führt, wobei auch Grundwassereinbrüche auftreten können.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vortriebsschild der gattungsgemä-Ben Art derart auszubilden, daß wasserhaltiger Boden an der Ortsbrust permanent durch Vakuum entwässert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schneidkopf mit Filterelementen versehen und dessen Hohlraum an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen ist.
  • Durch diese Ausbildung ist die Vakuumeinrichtung Bestandteil des Vortriebsschildes und wird automatisch bei dem Schildvortrieb mitgeführt, ohne daß die Einwirkung des Vakuums auf den Boden unterbrochen werden muß. Das Wasser wird fortlaufend abgesaugt, so daß der Boden seine stabile Beschaffenheit behält und gefahrlos abgebaut werden kann.
  • Eine besonders günstige Entwässerung läßt sich dadurch erreichen, daß die Filterelemente im unteren Bereich der trichterförmigen Innenwand des Schneidkopfes und im oberen Bereich des Druckringes angeordnet sind. Um den Schüttkegel vor Ort zu verringern, sind vorzugsweise in dem vor der Schottenwand befindlichen Schildraum ein oder mehrere doppelwandige Schüttböden angeordnet, die mit Filterelementen versehen und deren Hohlraum an die Vakuumeinrichtung angeschlossen ist.
  • Die Filterelementen können in Abhängigkeit von den Bodenverhältnissen verschiedenartig ausgebildet sein. Sie können beispielsweise aus Lamellenfiltern bestehen, die in einem Rahmen angeordnet sind, der auswechselbar in einem Ausschnitt des Schneidkopfes bzw. des Schüttbodens befestigt ist.Sie können aber aber auch aus sandwichartig angeordneten Filtersieben bestehen, die auswechselbar in Ausschnitten des Schneidkopfes bzw. des Schüttbodens liegend befestigt sind.
  • Stößt man bei dem Vortrieb auf porösen Boden, der zum Absaugen von Luft führt und die Entwässerung stört, kann auf das im Schildraum befindliche Bodenmaterial eine Bentonitschicht aufgesprüht werden, so daß sich das Va kuum wieder aufbauen kann. Hierfür sind im First des Schildraumes und gegebenenfalls unter den Schüttböden Sprühdosen vorgesehen, die an eine Bentonitleitung angeschlossen sind.
  • Zweckmäßig sind die die Arbeitsöffnungen verschließenden Klappen in Richtung zum Rohrstrang aufklappbar und mit einstellbaren Federscharnieren versehen, so daß auch schwere Verschlußklappen bei der Gefahr eines Wassereinbruches oder während der Arbeitsruhe schnell und leicht von Hand verschließbar sind.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt; es zeigt:
    • Fig.1 den Vortriebsschild für einen Rohrstrang in einem Längsschnitt,
    • Fig.2 den Gegenstand der Fig.1 in einer Stirnansicht,
    • Fig.3 den dem Vortriebsschild nach Fig.1 zugeordneten Schneidkopf mit einem Filterelement in einem Ausschnitt und einem größeren Maßstab und
    • Fig.4 ein anderes Filterelement, eingebaut am First des Schneidkopfes nach Fig.1.
  • Der in den Fig.1 und 2 schematisch dargestellte Vortriebsschild 1 wird unter Zwischenlage eines Ausgleichsringes 2 über vorgefertigte Betonrohre 3 mittels hydraulischer Arbeitszylinder (nicht dargestellt) in das Erdreich eingepreßt. Der Vortriebsschild 1 besteht im wesentlichen aus einem doppelwandigen Druckring 4 und einem Schneidkopf 5. Beide Teile werden durch ein Außenrohr und ein Innenrohr gebildet, deren Durchmesser auf den Au-Ben- bzw. Innendurchmesser der Betonrohre 3 abgestimmt ist und welche durch Abstandsringe miteinander verschweißt sind. Am Schneidkopf 5 befindet sich eine trichterartige Innenwand 6, so daß eine dem Außendurchmesser entsprechende ringförmige Schneidkante vorhanden ist. Innerhalb des Druckringes 4 ist eine Schottenwand 7 angebracht, an der ein horizontaler Schüttboden 8 anschließt, der an dem Innenrohr des Druckringes 4 und der Innenwand 6 des Schneidkopfes 5 befestigt ist und mit seiner Vorderkante bis etwa zu der von der ringförmigen Schneidkante gebildeten Fläche ragt. Im vorderen Teil dieses Schüttbodens 8 ist eine schräg nach oben angeordnete Nebenwand 9 vorgesehen, welche, wie Fig.1 zeigt, mit dem Schüttboden 8 im Längsschnitt eine keilförmige, horizontal verlaufende Schneidkante bildet. Die Schottenwand 7 ist in einer über und unter dem Schüttboden 8 liegenden Höhe mit Arbeitsöffnungen versehen, die durch Klappen 10,11 verschließbar sind. Die Klappen 10,11 bilden ein Kreissegment und sind mittels einstellbarer Federscharniere 12,13 jeweils um eine horizontale Achse verschwenkbar. Durch Einstellung der Federspannung können auch massige Klappen 10,11 mühelos und schnell betätigt werden.
  • Der Schneidkopf 5 weist einen ringförmigen Hohlraum 14 auf, und in entsprechender Weise besitzt auch der vordere Teil des Schüttbodens 8 einen.horizontal verlaufenden Hohlraum 18. Wie insbesondere Fig.2 zeigt, ist der Schneidkopf 5 im unteren Bereich an seiner trichterartigen Innenwand 6 und im oberen Bereich an seinem Außenrohr mit Filterelementen 15 versehen, welche Wasser durchlassen und Feststoffteilchen im wesentlichen zurückhalten. Der zugehörige Hohlraum 14 ist über zwei Rohrleitungen 16 und Kupplungselemente 17 an eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) angeschlossen. In entsprechender Weise ist auch die schräge Nebenwand 9 des Schüttbodens 8 mit Filterelementen 15 ausgestattet und der Hohlraum 18 über Rohrleitungen 19 und Kupplungselemente 20 mit der Vakuumpumpe verbunden. Die dem Schneidkopf 5 zugeordnete untere Gruppe Filterelemente 15 erstreckt sich ebenso wie die obere Gruppe Filterelemente 15 über einen Teilbogen. Ihre Anzahl und Anordnung hängt von den Bodenverhältnissen ab. Die Filterelemente 15 des Schneidkopfes 8 erstrecken sich im wesentlichen über dessen Breite.
  • Durch Anlegen eines Vakuums an die Hohlräume 14,18 wird der vom Schneidkopf 5 vor Ort angeschnittene Boden soweit entwässert, daß er seine Fließeigenschaft verliert, stabilisiert wird und daher bei geöffneten Klappen 10,11 durch die Arbeitsöffnungen aus dem oberen und unteren Schildraum 24,25 von Hand oder mit Hilfe von Machinen geräumt werden kann. Das Vakuum bleibt auch während des Vortriebs des Rohrstranges aufrechterhalten, so daß die Entwässerung keine Unterbrechung erfährt. Bei einem entsprechend niedrigen Grundwasserspiegel braucht das Vakuum bloß an die untere und mittlere Gruppe Filterelemente 15 angelegt zu werden, oder bei wasserlosem Boden kann die Vakuumeinrichtung insgesamt abgeschaltet werden.
  • Falls beim Vortrieb poröser Boden angeschnitten wird, kann es vorkommen, daß aus den Schildräumen 24,25 und dem Rohrstrang Luft angesaugt wird. Dies läßt sich durch Aufspritzen einer Bentonitschicht 27 auf die Böschung 26 ausschließen. Hierfür ist unter dem First des Druckringes 4 und unter dem Schüttboden 8 je eine Sprühdüse 21 angebracht, die über je eine Bentonitleitung 22 und ein Kupplungselement 23 an eine Bentonitpumpe (nicht dargestellt) anschließbar sind.
  • Die Filterelemente 15 können verschieden ausgebildet sein. Bei der Ausführung nach Fig.3 sind in der Innenwand 6 ausschnitte vorgesehen, in welche ein mit Lamellenfilterplatten 30 bestückter Rahmen 29 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 31 eingesetzt sind. Die einzelnen Lamellen sind schräg am Rahmen 29 befestigt, wobei zwischen ihren Flachseiten ein kleiner Spalt vorhanden ist, durch den Wasser strömen kann, jedoch Feststoffteilchen im wesentlichen zurückgehalten werden. Fig.3 zeigt auch, wie der Hohlraum 14 an seiner Rückseite von einer ringförmigen Rückwand 28 begrenzt wird. Bei der Ausführung nach Fig.4 sind sandwichartig angeordnete Filtersiebe 33,34 vorgesehen, die mit ihrem Rand unter Zwischenlage eines Dichtungsrings 35 auf einem den Ausschnittsrand einfassenden Kragen 32 aufliegen und lösbar befestigt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein engmaschiges Filtersieb 33 zwischen zwei grobmaschigen Filtersieben 34 bzw. Rostsieben oder Lochplatten angeordnet.

Claims (7)

1. Vortreibschild (1) für das Vorpressen vorgefertigter Betonrohre (2) zum Auffahren von Stollen oder Tunneln in wasserführenden Böden oder Fließböden, bestehend aus einem doppelwandigen Druckring (4) mit einem trichterartigen, einen ringförmigen Hohlraum (14) bildenden Schneidkopf (5), einer mit durch Klappen (10,11) verschließbaren Arbeitsöffnungen versehene Schottenwand (7) und filterartigen Wasserableitern, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkopf (5) mit Filterelementen (15) versehen und dessen Hohlraum (14) an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen ist.
2. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (15) im unteren Bereich der trichterförmigen Innenwand (6) des Schneidkopfes (5) und im oberen Bereich des Druckringes (4) angeordnet sind.
3. Vortriebsschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vor der Schottenwand (7) befindlichen Schildraum (24,25) ein oder mehrere doppelwandige Schüttböden (8) angeordnet sind, die mit Filterelementen (15) versehen sind und deren Hohlraum (18) an die Vakuumeinrichtung angeschlossen ist.
4. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (15) aus Lamellenfilterplatten (30) bestehen, die in einem Rahmen (29) angeordnet sind, der auswechselbar in einem Ausschnitt des Schneidkopfes (5) bzw. des Schüttbodens (8) befestigt ist.
5. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (15) aus sandwichartig angeordneten Filtersieben (33,34) bestehen, die auswechselbar in Ausschnitten des Schneidkopfes (5) bzw. des Schüttbodens (8) liegend befestigt sind.
6. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im First des. Schildraumes (25) und gegebenenfalls unter den Schüttböden (24) Sprühdüsen (21) vorgesehen sind, die an eine Bentonitleitung (22) angeschlossen sind.
7. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Arbeitsöffnungen verschließenden Klappen (10,11) in Richtung zum Rohrstrang aufklappbar und mit einstellbaren Federscharnieren versehen sind.
EP86200817A 1986-05-12 1986-05-12 Vortriebsschild für das Vorpressen vorgefertigter Betonrohre zum Auffahren von Stollen und Tunneln in wasserführenden Böden oder Fliessböden Expired EP0245542B1 (de)

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